模拟技术的原理、方法及在高分子材料研究中的应用

介绍了多种计算机模拟技术的常用软件、原理和方法,重点介绍了模拟技术相对传统研究方法的优势,在高分子材料研究中构建和表征高分子链、晶态或非晶态本体聚合物和复合材料的结构,预测包括共混行为、机械性质、扩散、内聚与润湿及表面粘接等在内的重要性质,以及在辅助聚合催化剂的设计中的应用,并提出了以后的发展趋势。     

复杂材料的微相分离和结构演变

共聚高分子和表面活性剂系统常常能够形成不同尺度的复杂结构,在材料和生物技术领域具有广泛的用途.这种结构及其形成过程与自然界中大量存在的斑图及其演化过程具有非常类似的机理,受到不同学科研究者的广泛关注.在高分子系统的分子热力学、微相分离及结构演变过程领域已经开展了大量的研究工作,已成为凝聚态物理、高分子物理、统计力学理论和计算机模拟的热点之一.在分子尺度上,基于格子和自由空间的分子热力学模型、计算机分子模拟方法可以用于描述高分子系统的相平衡和分子的聚集形态.在介观尺度上,时间相关的Ginzberg-Landau理论、元胞动力学方法等可以有效地研究微相分离结构的演变过程及其受外场的影响.而耗散粒子动力学模拟则可以将分子尺度和介观尺度的研究结合起来,是一种跨尺度的研究方法.多尺度研究方法的发展将成为今后研究的重点.本文总结了该领域的某些研究进展.     

固液界面高分子吸附研究(Ⅰ)──模型的建立和检验

从常用密堆积格子模型导出了高分子溶液中自由高分子链节的几率表达式,在此基础上,通过类比的方法,建立了固液界面层中自由高分子链节的几率表达式,与DiMarzio-Rubin的高分子统计矩阵方法相结合,从而建立了基于密堆积格子的固液界面吸附模型．模型预测的高分子在界面层中的浓度分布与MC计算机模拟结果进行了比较,表明基于RevisedFreed和Guggenheim模型的固液界面吸附模型的计算结果比基于Flory-Huggins理论的模型计算结果,更接近于MC模拟值．     

固液界面高分子吸附研究(Ⅰ)──模型的建立和检验

从常用密堆积格子模型导出了高分子溶液中自由高分子链节的几率表达式，在此基础上，通过类比的方法，建立了固液界面层中自由高分子链节的几率表达式，与DiMarzio-Rubin的高分子统计矩阵方法相结合，从而建立了基于密堆积格子的固液界面吸附模型．模型预测的高分子在界面层中的浓度分布与MC计算机模拟结果进行了比较，表明基于RevisedFreed和Guggenheim模型的固液界面吸附模型的计算结果比基于Flory-Huggins理论的模型计算结果，更接近于MC模拟值．     

计算机辅助建模在耐火材料研究中的应用

简述了计算机辅助建模的定义,分析了耐火材料结构的层次性和研究的复杂性,介绍了利用计算化学、计算物理、有限元分析、统计数学、人工智能和系统科学等建立模型及其在材料研究上取得的成果,对计算材料学的发展提出了建议。     

有机基质自组装的计算机模拟及其在仿生合成中的应用进展

利用有机基质的模板作用能仿生合成出性能优异的新型无机材料。计算机模拟是研究有机基质自组装特性、超分子聚集体结构和特性的有效方法。本文简述了仿生技术的基础理论后,对两亲有机分子、有机高分子、生物大分子三类有机基质自组装的计算机模拟研究及其在仿生材料合成中的应用研究进行了综述,最后展望了仿生合成在未来材料化学中的发展趋势和前景。     

11.00R20轮胎在负荷作用下的有限元分析

研究11.00R20全钢载重子午线轮胎在负荷作用下的有限元模型.介绍了求解几何非线性问题的有限元基本公式和接触问题的计算方法以及轮胎材料的组成特征和描述方法;建立了11.00R20轮胎在负荷作用下的三维有限元离散模型,并应用Abaqus软件模拟了轮胎装配和充气状态及与地面的静态接触状况.     

三维编织复合材料力学性能研究现状

对三维编织复合材料的力学性能研究现状进行了综述,研究内容大致归纳为细观结构特征研究、有限元仿真研究及实验研究。细观结构研究主要是研究单胞几何模型的建立和编织工艺与单胞结构模型的关系。有限元研究主要集中在利用有限元软件对细观结构模型进行力学分析、刚度强度性能预测。实验研究是运用实验的方法对材料的拉伸性能、弯曲性能及疲劳性能进行研究,并分析编织工艺参数和温度对其力学性能的影响。最后,对目前研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了展望。     

聚合物材料力学性能的计算机模拟

聚合物材料的宏观力学性能与其微观结构具有密切的关系,计算机模拟是研究这种结构与性能关系的重要手段之一,近年来国内外学者已经发展了多种模拟方法并从不同尺度来模拟聚合物材料的力学性能。本文综述了不同方法在聚合物材料力学性能模拟研究中的应用,重点介绍了Monte Carlo模拟、分子动力学模拟和基于弹簧格子模型的多尺度模拟这3种常见模拟方法的应用情况,如在分子动力学模拟中重点关注无定形聚合物玻璃态、结晶聚乙烯和部分非均质体系,而在多尺度模拟中则重点关注复杂的非均质聚合物体系,并讨论了各种方法的应用前景及亟待解决的问题。     

聚甲醛连续挤压过程温度场的数值模拟与分析

采用高分子材料加工理论和有限元方法,建立了聚甲醛连续挤压的有限元模型,模拟了聚甲醛连续挤压过程的温度场分布,分析了预热温度和滑动块滑动速度对聚甲醛在滑动块沟槽、模腔和模具中的温度场的影响规律.模拟结果表明:随着预热温度和滑动速度的提高,在整个连续挤压成型过程中坯料温度升高,高温区的范围有扩大趋势,并且滑动块速度的提高使高温区扩展的程度小于预热温度改变带来的影响.该研究对于聚甲醛连续挤压工艺的制定具有重要指导作用.     

BFRP抗浮锚杆力学性能研究进展

随着大型地铁、深基坑等复杂地下工程的发展,结构抗浮问题在工程中更加重要。而采用玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）抗浮锚筋是为良好的选择。BFRP抗浮锚筋具有抗拉强度高、耐久性和环境友好等优点,适用于复杂地质条件的地下工程抗浮技术。但目前关于BFRP抗浮锚杆的研究相对较少,对BFRP抗浮锚杆力学性能尚缺乏系统的认识。基于此,本文归纳总结了针对BFRP抗浮锚杆受力性能的研究进展,探讨了在相关试验与数值模拟方面的研究内容,分析了BFRP抗浮锚杆研究中存在的问题与缺陷,对其后期力学性能的研究提供相应的建议与思路,所得结果为BFRP抗浮锚杆的应用提供了基础。     

水性聚氨酯合成工艺及其改性研究

水性聚氨酯作为乳液有其低毒,环保等特点,因而其应用极为广泛.讨论了水性聚氨酯的各种合成工艺,分析了其各种工艺的优缺点,指出作为绿色环保型高分子材料的水性聚氨酯,其工艺合成越来越受到研究人员的关注,同时介绍了我们国家的水性聚氨酯的研究现状及其进展.     

Temperature effects on structural integrity of fiber-reinforced polymer matrix composites: A review

Fiber-reinforced polymer matrix composites (FRPMCs) are the most promising and valuable material developed in the last few decades. In response to the increased research and publications concerning the thermal stability of FRPMCs, this review has culled typical journals for publications relevant to structural stability. In this review, the effects of temperature on the structural integrity of FRPMCs are discussed from the perspective of matrix types, fiber types, nanoparticle (NP) modifications on resin matrix, and various related mechanical properties. For NP-modified FRPMCs, characterization of all anisotropic properties under various strain rates and temperatures becomes essential for analysis, design, and numerical simulations. Improving the structural stability of FRPMCs at different temperatures is an important direction. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 48206.     

松香基功能性单体的合成及应用

松香是我国重要的林业生物质资源,主要成分为松香树脂酸。由于松香分子结构中含有双键和羧基,可经多种反应途径合成功能性单体制备高分子材料,广泛应用在涂料、胶黏剂、航空航天等领域中。由于松香价格低廉、力学性能与热性能优越,同时具有环境友好、可再生等优点,在高分子领域引起了广泛的关注。论文分别对丙烯酸酯类、乙烯基酯类及烯丙基类的改性松香功能性单体的合成进行了综述,重点论述了在聚氨酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和不饱和聚酯等领域的应用。针对松香基功能性单体的深度研究,探讨了一系列由松香基衍生物参与的新型材料的应用,为新型表面活性剂、交联剂、形状记忆类材料等领域的发展提供了新的视角。最后,论文对未来松香基高分子材料合成研究的方向进行了展望。     

腐植酸应用化学研究进展

有机化学、无机化学、物理化学、分析化学与材料科学、能源科学、生命科学、环境科学、信息科学等学科的互相关联和渗透是现代腐植酸应用化学研究的特征。腐植酸属于复杂的生物大分子。腐植酸原料的多样性、复杂性,用途的广泛性,使腐植酸的应用化学研究几乎涉及了所有的化学学科研究领域。本研究主要介绍了近些年腐植酸的应用化学研究进展,旨在对腐植酸的研究开发起到新的促进作用。     

高分子固-固相变储能材料的研究与应用

综述了各类高分子固-固相变储能材料的性能、储能机理及其优缺点,介绍了此类材料的各种应用, 并对其发展前景做了探讨和展望。高分子固-固相变储能材料具有储能密度大,相变温度恒定,体积变化小,相变过程无液体泄漏等诸多优点,已成为能源开发利用和材料科学研究的新热点。     

反气相色谱法研究聚合物物理化学参数的原理及现状

反气相色谱(IGC)法作为一种快速、精确和灵敏的方法,近年来在聚合物科学和工程中得到良好应用。介绍了IGC法用于表征聚合物的表面能色散分量、表面酸碱性、结晶度、特征转变温度、Flory-Huggins相互作用参数及小分子在其表面的扩散系数等理化参数的原理、方法及应用,并指出了其未来的发展趋势。     

高分子材料表面改性新技术

综述了近年来高分子材料表面改性新技术--等离子体技术表面改性高分子材料的最新进展.运用等离子体技术改变高分子材料的表面性质的方法主要有三类:等离子体处理、等离子体聚合和等离子体接枝聚合.等离子体技术正以其优越性在高聚物材料表面改性方面得到越来越广泛的应用.     

Numerical simulation of moving free surface problems in polymer processing using volume‐of‐fluid method

We have developed a numerical algorithm based on 2D/3D finite element method for solving non‐Newtonian fluid flow with the moving free surface encountered in polymer processing. The power law model is considered as a rheological constitutive equation. The standard Galerkin finite element formulation/penalty formulation are applied to discrctize the governing equations, the volume‐of‐fluid (VOF) scheme is used to track the moving free surface, and the donor‐acceptor model introduced by Hirt and Nichols is modified and implemented on FEM. We applied the numerical scheme to simulate fountain flow and viscous buckling problems. For fountain flow, the numerical prediction of this study is in good agreement with the experimental results of other investigators. For viscous buckling, both 2D and 3D numerical simulations show that the shear thinning effect retards buckling. As this algorithm is very effective in treating moving free surface problems and requires less memory than previous algorithms, it may help solve challenging problems in polymer processing such as transient visroelastic flow simulations with moving free surfaces.