[发明专利]一种预测复合材料机械性能的理论计算方法

权利要求书

1.一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1:高分子基体和复合材料的应力具有以下关系：

S2:这里和σ₀分别是高分子基体和复合材料的拉伸应力，固体添加剂的体积分数为φ＝(43)π(nr)³.，所以，方程有

S3:由于颗粒和聚合物网络之间的相互作用，上述方程变为

S4:这里B是描述交互强度的系数，如果填料颗粒具有粒度分布r_i(i＝1,2,…,N)和体积分数分布φ_i(i＝1,2,…,N),等式变为

这里φ＝(φ₁,…,φ_N).，k是一个校正器参数,ρ_i是质量密度，S_i是比表面积，上面的等式给出了固定温度的良好预测。

S5:任何温度下的屈服应力和断裂应力T可以写成

S6:A是温度相关系数，由下式给出

S7:这里c_p是恒压下的比热容，T_g和T_m分别是聚合物的玻璃化转变温度和熔融温度.，E是杨氏模量.，这个E(T,φ)值通过插值分子动力学数据或实验数据获得.，这个σ₀(T₀,φ)值通过假设线性关系获得

S8:这里只是EPN的压力，由于颗粒和聚合物网络之间的相互作用，方程有

屈服应力和最大应力可以通过组合公式(5)、(6)和公式(6)来预测(8)，E(T,φ₀)通过MD模拟的外推法几乎计算出来，并且E(T₀,φ)通过实验应变-应力曲线给出。

2.根据权利要求1所述的一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：所述复合材料中的颗粒由粒度分布描述(r_i,i＝1,2,…,N)和体积分数分布(φ_i,i＝1,2,…,N),其中N是粒子的物种数，对于给定的单轴应变，应力σ＝σ(T,φ)和杨氏模量E＝E(T,φ)取决于温度T和φ＝(φ₁,φ₂,…,φ_N)，从引用状态(T₀,φ)通过实验和分子动力学模拟相结合获得的应力数据去开发一个有用的屈服应力公式(σ_y)和最大断裂应力(σ_f)的理论模型。

3.根据权利要求2所述的一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：所述复合材料的聚合物网络的单位立方体，其长度在温度下T₀.应力是其中一个表面的蒂形，添加n³半径为球形颗粒进入聚合物网络。

4.根据权利要求3所述的一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：若球形颗粒均匀分散在网络中，应力载荷仅由聚合物相承载，应力荷载的最小有效表面积为S＝1-π(nr)^2。

5.根据权利要求1所述的一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：所述复合材料的比热容和温度依赖性杨氏模量通过实验证明的MD模拟直接测量。

6.根据权利要求5所述的一种预测复合材料机械性能的理论计算方法，其特征在于：所述复合材料的温度依赖性拉伸强度通过理论模型方便地预测，而无需任何拟合参数，这时整个理论方法计算已经完成。