[發明專利]一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法

在審

• 申請號: 202210708672.2
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN115935724A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 陸曉欣;曲恒彤
• 申請（專利權）人: 安徽鑄脊新材料科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
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本發明公開一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法，包括在軟件中生成單層石墨烯片層周期性結構，施加力場，在不同的分子動力學溫度下生成不同的石墨烯片層褶皺結構、依據石墨烯片層中碳原子的位置劃分二維三角形網格，并將石墨烯片層嵌入到三維橢球體中，利用有限元分析的方法對含有石墨烯片層的橢球體力學性能進行力學性能計算和均質化分析，得到有效剛度矩陣和設定含有石墨烯片層的橢球體為均勻分布在代表性體積單元中，利用self?consistent模型計算宏觀材料的力學性能，發明將分子動力學和有限元方法以及自適應解析方法相結合，采用多尺度數值模擬的方法對石墨烯復合材料的力學性能進行預測分析，可以有效的提高石墨烯復合材料的力學性能精確度。

技術領域

本發明涉及復合材料力學性能預測技術領域，具體為一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法。

背景技術

采用石墨烯填充樹脂基體可以有效的提高復合材料的力學性能。

現有的對于該種復合材料的力學性能的模擬預測主要是基于微觀力學模型、連續介質模型等解析方法。然而上述解析方法并不能充分考慮到石墨烯的褶皺形態對于復合材料宏觀力學性能的影響，導致對石墨烯復合材料的力學性能精確度低。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有石墨烯增強樹脂力學性能預測中存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明的目的是提供一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法，將分子動力學和有限元方法以及自適應解析方法相結合，采用多尺度數值模擬的方法對石墨烯復合材料的力學性能做更為精準的預測和模擬。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法，其包括：

S1、在Lammps軟件中生成單層石墨烯片層周期性結構，施加Dreiding力場，在不同的分子動力學溫度下生成不同的石墨烯片層褶皺結構；

S2、依據石墨烯片層中碳原子的位置劃分二維三角形網格，并將石墨烯片層嵌入到三維橢球體中，利用有限元分析的方法對含有石墨烯片層的橢球體力學性能進行力學性能計算和均質化分析，得到有效剛度矩陣；

S3、設定含有石墨烯片層的橢球體為均勻分布在代表性體積單元中，利用?self-consistent模型計算宏觀材料的力學性能。

作為本發明所述的一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法的一種優選方案，其中，所述步驟S2中，有限元弱形式的計算過程如下：

體系的總能量W＝W^b(ε)+W^s(ε^s)+W^c([u])

其中，體彈性能

石墨烯表面彈性能

粘彈性界面能

對總能量在δu方向進行定向導數，并滿足該倒數值為0，獲得該有限元問題的弱形式為

作為本發明所述的一種石墨烯增強樹脂基復合材料力學性能預測方法的一種優選方案，其中，所述分子動力學溫度為300K、400K和500K。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：本發明將分子動力學和有限元方法以及自適應解析方法相結合，采用多尺度數值模擬的方法對石墨烯復合材料的力學性能進行預測分析，可以有效的提高石墨烯復合材料的力學性能精確度。