[發(fā)明專利]一種基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510022415.3
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104573370A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉柄林;馬驍;湯哲鵬;邵勤思;孫晉良;任慕蘇;李愛軍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.在一種基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法，其特征在于包括以下步驟：

A．??熱解碳沉積化學(xué)動力學(xué)建模：CVI?過程中熱解碳基體生長是一個由非均相反應(yīng)控制的生長過程，涉及7中組分和9個反應(yīng)，包含小分子芳香烴類C₆和小分子線性烴類C₂兩種主要的氣相組分，其中，C₆記為P，C₂記為F；按照L-H理論將沉積成碳的過程分為組分吸附、表面組分脫附和表面脫氫反應(yīng)這三個過程，基于P-F模型將MT和HT熱解碳作為碳的兩種亞穩(wěn)相，以氣相中的兩種主要組分線性小分子烴C₂和小分子芳香烴C₆作為熱解碳沉積的前驅(qū)體，假設(shè)基體表面單分子沉積形成MT熱解炭和表面雙分子反應(yīng)形成HT熱解炭的過程，建立熱解碳沉積的化學(xué)動力學(xué)模型；

B．???熱解碳MC算法：熱解碳沉積的化學(xué)動力學(xué)模型中，熱解碳基體的表面用一個由六邊形格子組成的50*50的二維平面表示，線性小分子C₂的吸附、脫附和沉積反應(yīng)發(fā)生在相鄰的兩個格點上，大分子芳香烴C₆的吸附、脫附和沉積反應(yīng)發(fā)生在能形成六元環(huán)的格點上，表面雙分子反應(yīng)發(fā)生在一個C₆吸附位和與之相鄰的一個C₂吸附位上，事件i發(fā)生的概率P_i是第i個反應(yīng)的反應(yīng)速率占所有反應(yīng)速率總和的比例；相關(guān)的反應(yīng)概率為：????????????????????????????????????????????????

其中P_i為第i個反應(yīng)發(fā)生的概率；

C．???編寫C++程序，根據(jù)輸入不同的氣相組分配比，即線性小分子C₂的濃度a和小分子芳香烴C₆的濃度b，計算在一次MCS內(nèi)各個反應(yīng)進行的反應(yīng)數(shù)，并由此作出各個反應(yīng)數(shù)隨MCS增加而變化的圖形，步長設(shè)定為20000MCS。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法，其特征在于：上述步驟a中，熱解碳基體生長過程中，涉及7中組分和9個反應(yīng)，其中，原料氣在反應(yīng)器入口處已完全轉(zhuǎn)化為小分子，即k₀=0；且不考慮C₂與C₆之間的轉(zhuǎn)化，即k8=0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法，其特征在于：上述步驟a中，所述的化學(xué)動力學(xué)模型中，假設(shè)基體表面單分子沉積形成MT熱解碳和表面雙分子反應(yīng)形成HT熱解碳。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法，其特征在于：上述步驟b中，所述的化學(xué)動力學(xué)模型，是一個由六邊形格子組成的50*50的二維平面，這與實際反應(yīng)中熱解碳沉積機制是一致的。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蒙特卡洛模擬碳/碳復(fù)合材料織構(gòu)的方法，其特征在于：上述步驟b中，具體MC模擬的算法流程如下：

（1）???????初始化基體表面，認為初始表面全為活性位覆蓋，即設(shè)定二維數(shù)組為二維0數(shù)組；

（2）???????掃描整個二維數(shù)組，分別計算每一個事件i（i=1,?2,?…,?7）對應(yīng)的發(fā)生的概率P_i

（3）???????生成一個分布于（0,?1）的均勻隨機數(shù)r，如果，那么第k個反應(yīng)將發(fā)生（k=1,?2,?…,?7）；

（4）???????如果k=1，則發(fā)生C₂吸附，那么在整個2D六邊形網(wǎng)格中隨機選擇一個空位，再選擇一個與之相鄰的空位進行吸附，線性小分子C₂吸附數(shù)nax+1，并更新這兩格點數(shù)組值為-1；如果與該空位相連的格點上不存在空位，即嘗試失敗，返回步驟（2）進行新一輪循環(huán)；

如果k=2，則C₂*在基體表面脫附，從表面已被C₂占據(jù)的格點位置中隨機選擇一個位置，與C₂吸附類似，再選擇一個與之相鄰的C₂吸附點進行脫附，線性小分子C₂脫附數(shù)nat+1，并更新這兩格點數(shù)組值為0，如果與該位置相連的格點中都沒有被C₂*占據(jù)，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行下一次循環(huán)；

如果k=3，則C₆吸附，那么在整個2D六邊形網(wǎng)格中隨機選擇一個空位，若該空位周圍的空位能與之組成正六邊形的六元環(huán)則發(fā)生C₆吸附，小分子芳香烴的吸附數(shù)nbx+1，并更新數(shù)組值為nbx，如果該空位與周圍的空位不能組成至少一個正六邊形的六元環(huán)，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行新一輪循環(huán)；

如果k=4，則C₆*在基體表面脫附，那么在整個2D六邊形網(wǎng)格中隨機選擇一個C₆*吸附位，確定此吸附位數(shù)組值，掃描整個平面，更新表面，將數(shù)組值為此值的吸附位的格點的數(shù)組值更新為0，同時，小分子芳香烴C₆*的脫附數(shù)nbt+1；如果不存在，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行下一次循環(huán)；

如果k=5，則C₂*在基體表面沉積，從表面已被C₂占據(jù)的格點位置中隨機選擇一個位置，與C₂脫附類似，再選擇一個與之相鄰的C₂吸附點進行沉積，線性小分子C₂沉積數(shù)na+1，并更新這兩格點數(shù)組值為0，如果與該位置相連的格點中都沒有被C₂*占據(jù)，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行下一次循環(huán)；

如果k=6，則C₆*在基體表面沉積，那么在整個2D六邊形網(wǎng)格中隨機選擇一個C₆*吸附位，確定此吸附位的數(shù)組值，掃描整個平面，更新表面，將數(shù)組值與此值相同的格點的數(shù)組值更新為0，同時，小分子芳香烴C₆的沉積數(shù)nbd+1，如果不存在，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行下一次循環(huán)；

如果k=7，則C₂*與C₆*在基體表面發(fā)生雙分子反應(yīng)，那么在整個2D六邊形網(wǎng)格中隨機選擇一個已被C₂*占據(jù)的位置，如果該點滿足雙分子反應(yīng)的條件，則進行雙分子反應(yīng)，雙分子反應(yīng)數(shù)nab+1，同時更新參與反應(yīng)的格點的數(shù)組值為0，如果與此C₂*相連的格點中不存在C₂*吸附點或者與這2個C₂*相鄰的格點中不存在C₆*的六元環(huán)吸附點，則嘗試失敗，返回步驟（2）進行下一次循環(huán)；

（5）對步驟2-4進行循環(huán)運算直到需要的模擬步長。