用于模擬聚合物材料的方法
【專利摘要】一種用于模擬聚合物材料的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法，包括：對(duì)聚合物模型和填料模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模擬步驟。模擬步驟包括：第一計(jì)算步驟，其中在每個(gè)聚合物的顆粒之間，定義不限制顆粒間距離的第一耦合勢(shì)能的條件下，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算；以及隨后的第二計(jì)算步驟，其中在每個(gè)聚合物的顆粒之間，定義將最大允許顆粒間距離限制為預(yù)定值的第二耦合勢(shì)能P2的條件下，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。
【專利說明】用于模擬聚合物材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的用于模擬聚合物材料的方法，前述方法能夠持續(xù)進(jìn)行馳豫計(jì)算而沒有聚合物鏈模型的纏結(jié)(entanglement)所產(chǎn)生的計(jì)算錯(cuò)誤。
【背景技術(shù)】
[0002]在一般情況下，用于充氣輪胎的橡膠混合物含有增強(qiáng)填料比如炭黑和二氧化硅。例如，如果富含二氧化硅的混合物用作充氣輪胎的胎面橡膠，則胎面橡膠的內(nèi)部能量損失減少，并且輪胎性能例如滾動(dòng)阻力得以提高。這種富含二氧化硅的混合物含有改性劑，從而改善基礎(chǔ)橡膠或彈性體對(duì)二氧化硅填料的親合性。如果親合性低，則橡膠混合物的強(qiáng)度隨著填料含量的增加而降低。
[0003]近年來，為了加快這種橡膠混合物的研發(fā)過程，提出了使用計(jì)算機(jī)模擬。
[0004]根據(jù)如圖12A所示廣泛使用的一種粗粒度的分子動(dòng)力學(xué)方法，
[0005]聚合物材料的聚合物鏈的聚合物模型(b)由球形顆粒(bl)定義，
[0006]定義聚合物模型(b)的顆粒(bl)之間的耦合勢(shì)能f2作為其間的鍵(C)，
[0007]填料的填料模型(a)由球形顆粒所定義，和
[0008]定義填料模型(a)的顆粒與聚合物模型(b)的顆粒(bl)之間的勢(shì)能Π，然后進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。
[0009]為了模擬聚合物材料的分子運(yùn)動(dòng)，定義顆粒(bl)之間的耦合勢(shì)能f2，使得顆粒間距離不允許增加到超過預(yù)定的最大允許距離。
[0010]另一方面，在分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算(弛豫計(jì)算)期間，移動(dòng)的聚合物模型(b)有可能如圖12B所示的被纏結(jié)。
[0011]如果聚合物模型(b)發(fā)生纏結(jié)，由于纏結(jié)位置處的顆粒(bl)之間的距離不允許增加到超過最大允許距離，故聚合物模型(b)有可能無法解開，于是，聚合物模型(b)之間作用的力通過分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算極度增高，并引起使分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算停止的計(jì)算錯(cuò)誤。
[0012]當(dāng)馳豫計(jì)算從聚合物模型的集中或集聚狀態(tài)開始時(shí)，這種計(jì)算錯(cuò)誤易于發(fā)生。
[0013]如果引起了計(jì)算錯(cuò)誤，就不可能進(jìn)行聚合物模型的馳豫，該馳豫對(duì)精確模擬與分析來說是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于模擬聚合物材料的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法，其中聚合物模型的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算能持續(xù)進(jìn)行，而沒有聚合物模型的纏結(jié)所導(dǎo)致的計(jì)算錯(cuò)誤，從而實(shí)現(xiàn)了精確的弛豫。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，一種用于模擬聚合物材料的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法包括:
[0016]定義聚合物材料的聚合物模型的步驟，
[0017]定義填料的填料模型的步驟，以及
[0018]對(duì)設(shè)置于預(yù)定虛擬空間中的聚合物模型和填料模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模擬步驟，
[0019]其中，
[0020]聚合物模型包括多個(gè)聚合物顆粒以及在聚合物顆粒之間的鍵，
[0021]鍵由耦合勢(shì)能P定義，
[0022]耦合勢(shì)能P包括第一耦合勢(shì)能Pl和第二耦合勢(shì)能P2，第二耦合勢(shì)能P2不允許任何顆粒間距離超過預(yù)定的最大允許距離，并且第一耦合勢(shì)能Pl沒有用于顆粒間距離的最大允許距離，以及
[0023]模擬步驟包括第一計(jì)算步驟和隨后的第二計(jì)算步驟， [0024]第一計(jì)算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第一耦合勢(shì)能Pl的條件下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，以及
[0025]第二計(jì)算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第二耦合勢(shì)能P2的條件下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。
[0026]因此，在第一計(jì)算步驟中，由于聚合物顆粒之間的顆粒間距離不受限制，即使聚合物模型發(fā)生纏結(jié)，聚合物模型也很容易解開。因此，可防止纏結(jié)的聚合物模型之間的作用力變得過度增高。因此，可以有效防止計(jì)算錯(cuò)誤的發(fā)生。
[0027]這樣，通過第一計(jì)算步驟，聚合物顆?？梢粤己民Y豫，即使計(jì)算從集中或集聚狀態(tài)開始也是如此。
[0028]從這種馳豫狀態(tài)開始，進(jìn)行第二計(jì)算步驟的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，該計(jì)算不允許顆粒間距離增加到超過最大允許距離。因此，在第二計(jì)算步驟中，可以進(jìn)行與聚合物材料的實(shí)際分子運(yùn)動(dòng)相似的馳豫，以提供精確的模擬結(jié)果。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的模擬方法具有以下特點(diǎn)(a)和/或(b):
[0030](a)虛擬空間具有一對(duì)平行相對(duì)的壁表面，以及填料模型分別由平行相對(duì)的壁表面定義；
[0031](b)第一耦合勢(shì)能Pl由下式(I)定義，
[0032]第二耦合勢(shì)能P2由排斥勢(shì)能R和吸引勢(shì)能G之和定義，排斥勢(shì)能R由下式(2)定義，吸引勢(shì)能G由下式(3)定義:
【權(quán)利要求】
1.一種用于模擬聚合物材料的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法，包括: 定義聚合物材料的聚合物模型的步驟， 定義填料的填料模型的步驟， 對(duì)設(shè)置于預(yù)定虛擬空間中的聚合物模型和填料模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模擬步驟， 其中， 聚合物模型包括多個(gè)聚合物顆粒以及聚合物顆粒之間的鍵， 鍵由耦合勢(shì)能P定義， 耦合勢(shì)能P包括第一耦合勢(shì)能Pl和第二耦合勢(shì)能P2，第二耦合勢(shì)能P2不允許任何顆粒間距離超過預(yù)定的最大允許距離，而第一耦合勢(shì)能Pl沒有用于顆粒間距離的最大允許距離，以及 模擬步驟包括: 第一計(jì)算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第一耦合勢(shì)能Pl的條件下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，以及 隨后的第二計(jì)算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第二耦合勢(shì)能P2的條件下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 第一I禹合勢(shì)能Pl由下式(I)定義， 第二耦合勢(shì)能P2由排斥勢(shì)能R與吸引勢(shì)能G之和定義，排斥勢(shì)能R由下式(2)定義，吸引勢(shì)能G由下式(3)定義:

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述虛擬空間具有一對(duì)平行相對(duì)的壁表面，以及填料模型分別由平行相對(duì)的壁表面定義。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述虛擬空間具有一對(duì)平行相對(duì)的壁表面，以及填料模型分別由平行相對(duì)的壁表`面定義。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103678752SQ201310307193
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】上野真一 申請(qǐng)人:住友橡膠工業(yè)株式會(huì)社