[发明专利]一种层状金属复合材料界面结合能计算方法

说明书

一种层状金属复合材料界面结合能计算方法，属于复合材料界面结合性能研究领域，特征是：从微观层面进行分析，提出了用界面结合能的大小来判断复合材料界面结合性能的好坏，具体方法包括：根据材料晶胞结构各项参数，通过分子动力学软件Material Studio对其进行分子建模，运用软件中的能量模块进行模拟计算，得到各层材料的能量，进而得到相邻界面间的结合能，根据结合能的大小判定层状金属复合材料的危险结合界面；该方法有助于及时避免工程实际中层状金属复合材料因粘接不牢而失效脱落的情况，能够有效验证复合材料界面间的结合性能，进而指导设计生产工艺，降低制造风险，提高产品的成品率。

技术领域

本发明属于复合材料界面结合性能研究技术领域，具体涉及一种层状金属复合材料界面结合能计算方法。

背景技术

现代高科技的发展离不开复合材料，其研究深度和应用广度以及生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家材料应用领域先进水平的重要标志之一。目前，国内外在应用复合材料时多是利用宏观测试的试验方法去探究复合材料界面结合性能，在微观分子层面研究界面结合性能很少。近年来，从微观层面研究复合材料的界面结合性能有了新的进展。分子动力学能从微观尺度上进行模拟计算，利用其时间和空间优势，建立跨尺度的理论模型，从而在复合材料的设计和工艺方面进行探索。

发明内容

本发明目的是利用分子动力学软件Materials studio(简称MS)在分子层面模拟复合材料的各层结构，并计算其施加力场稳定平衡后各层材料的能量，通过计算得出相邻材料之间的界面结合能从而判定层状金属复合材料在工作时的危险结合界面。

本发明目的是这样实现的,如图1所示，其特征是:对于N层材料所构成的复合材料，构成N-1个结合界面，分别为结合界面a、b、……、x，其中N≥2，x≥1且均为正整数。各相邻结合界面间的结合能分别是E_a、E_b、6……E_x，其计算方法如下：

利用分子动力学软件MS构建其微观层面分子模型，运用软件中的能量模块进行模拟计算，得到各层材料的能量，进而得到相邻材料界面间的界面结合能为：

E_a＝E_1～2-(E₁+E₂)

E_b＝E_2～3-(E₂+E₃)

E_c＝E_3～4-(E₃+E₄)

……

E_x＝E_(N-1)～N-(E_N-1+E_N)

式中：

E_a—第1层与第2层界面结合能，kcal/mol；

E_b—第2层与第3层界面结合能，kcal/mol；

E_c—第3层与第4层界面结合能，kcal/mol；

E_x—第N-1层与第N层界面结合能，kcal/mol；

E_1～2—第一层与第二层材料结合的总能量，kcal/mol；

E_2～3—第二层与第三层材料结合的总能量，kcal/mol；

E_3～4—第三层与第四层材料结合的总能量，kcal/mol；