一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法与流程

本发明涉及复合材料力学性能预测，具体为一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法。

背景技术：

1、采用石墨烯填充树脂基体可以有效的提高复合材料的力学性能。

2、现有的对于该种复合材料的力学性能的模拟预测主要是基于微观力学模型、连续介质模型等解析方法。然而上述解析方法并不能充分考虑到石墨烯的褶皱形态对于复合材料宏观力学性能的影响，导致对石墨烯复合材料的力学性能精确度低。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有石墨烯增强树脂力学性能预测中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是提供一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，将分子动力学和有限元方法以及自适应解析方法相结合，采用多尺度数值模拟的方法对石墨烯复合材料的力学性能做更为精准的预测和模拟。

4、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

5、一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，其包括：

6、s1、在lammps软件中生成单层石墨烯片层周期性结构，施加dreiding力场，在不同的分子动力学温度下生成不同的石墨烯片层褶皱结构；

7、s2、依据石墨烯片层中碳原子的位置划分二维三角形网格，并将石墨烯片层嵌入到三维椭球体中，利用有限元分析的方法对含有石墨烯片层的椭球体力学性能进行力学性能计算和均质化分析，得到有效刚度矩阵；

8、s3、设定含有石墨烯片层的椭球体为均匀分布在代表性体积单元中，利用 self-consistent模型计算宏观材料的力学性能。

9、作为本发明所述的一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法的一种优选方案，其中，所述步骤s2中，有限元弱形式的计算过程如下：

10、体系的总能量w＝wb(ε)+ws(εs)+wc([u])

11、其中，体弹性能

12、石墨烯表面弹性能

13、粘弹性界面能

14、对总能量在δu方向进行定向导数，并满足该倒数值为0，获得该有限元问题的弱形式为

15、

16、作为本发明所述的一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法的一种优选方案，其中，所述分子动力学温度为300k、400k和500k。

17、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明将分子动力学和有限元方法以及自适应解析方法相结合，采用多尺度数值模拟的方法对石墨烯复合材料的力学性能进行预测分析，可以有效的提高石墨烯复合材料的力学性能精确度。

技术特征：

1.一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，有限元弱形式的计算过程如下：

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，其特征在于，所述分子动力学温度为300k、400k和500k。

技术总结
本发明公开一种石墨烯增强树脂基复合材料力学性能预测方法，包括在软件中生成单层石墨烯片层周期性结构，施加力场，在不同的分子动力学温度下生成不同的石墨烯片层褶皱结构、依据石墨烯片层中碳原子的位置划分二维三角形网格，并将石墨烯片层嵌入到三维椭球体中，利用有限元分析的方法对含有石墨烯片层的椭球体力学性能进行力学性能计算和均质化分析，得到有效刚度矩阵和设定含有石墨烯片层的椭球体为均匀分布在代表性体积单元中，利用self‑consistent模型计算宏观材料的力学性能，发明将分子动力学和有限元方法以及自适应解析方法相结合，采用多尺度数值模拟的方法对石墨烯复合材料的力学性能进行预测分析，可以有效的提高石墨烯复合材料的力学性能精确度。

技术研发人员：陆晓欣,曲恒彤
受保护的技术使用者：安徽铸脊新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13