用于模擬聚合物材料的方法
【專利摘要】一種用于模擬聚合物材料的計算機實施方法，包括：對聚合物模型和填料模型進行分子動力學計算的模擬步驟。模擬步驟包括：第一計算步驟，其中在每個聚合物的顆粒之間，定義不限制顆粒間距離的第一耦合勢能的條件下，進行分子動力學計算；以及隨后的第二計算步驟，其中在每個聚合物的顆粒之間，定義將最大允許顆粒間距離限制為預定值的第二耦合勢能P2的條件下，進行分子動力學計算。
【專利說明】用于模擬聚合物材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計算機實施的用于模擬聚合物材料的方法，前述方法能夠持續(xù)進行馳豫計算而沒有聚合物鏈模型的纏結(entanglement)所產生的計算錯誤。
【背景技術】
[0002]在一般情況下，用于充氣輪胎的橡膠混合物含有增強填料比如炭黑和二氧化硅。例如，如果富含二氧化硅的混合物用作充氣輪胎的胎面橡膠，則胎面橡膠的內部能量損失減少，并且輪胎性能例如滾動阻力得以提高。這種富含二氧化硅的混合物含有改性劑，從而改善基礎橡膠或彈性體對二氧化硅填料的親合性。如果親合性低，則橡膠混合物的強度隨著填料含量的增加而降低。
[0003]近年來，為了加快這種橡膠混合物的研發(fā)過程，提出了使用計算機模擬。
[0004]根據如圖12A所示廣泛使用的一種粗粒度的分子動力學方法，
[0005]聚合物材料的聚合物鏈的聚合物模型(b)由球形顆粒(bl)定義，
[0006]定義聚合物模型(b)的顆粒(bl)之間的耦合勢能f2作為其間的鍵(C)，
[0007]填料的填料模型(a)由球形顆粒所定義，和
[0008]定義填料模型(a)的顆粒與聚合物模型(b)的顆粒(bl)之間的勢能Π，然后進行分子動力學計算。
[0009]為了模擬聚合物材料的分子運動，定義顆粒(bl)之間的耦合勢能f2，使得顆粒間距離不允許增加到超過預定的最大允許距離。
[0010]另一方面，在分子動力學計算(弛豫計算)期間，移動的聚合物模型(b)有可能如圖12B所示的被纏結。
[0011]如果聚合物模型(b)發(fā)生纏結，由于纏結位置處的顆粒(bl)之間的距離不允許增加到超過最大允許距離，故聚合物模型(b)有可能無法解開，于是，聚合物模型(b)之間作用的力通過分子動力學計算極度增高，并引起使分子動力學計算停止的計算錯誤。
[0012]當馳豫計算從聚合物模型的集中或集聚狀態(tài)開始時，這種計算錯誤易于發(fā)生。
[0013]如果引起了計算錯誤，就不可能進行聚合物模型的馳豫，該馳豫對精確模擬與分析來說是重要的。
【發(fā)明內容】
[0014]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于模擬聚合物材料的計算機實施方法，其中聚合物模型的分子動力學計算能持續(xù)進行，而沒有聚合物模型的纏結所導致的計算錯誤，從而實現了精確的弛豫。
[0015]根據本發(fā)明，一種用于模擬聚合物材料的計算機實施方法包括:
[0016]定義聚合物材料的聚合物模型的步驟，
[0017]定義填料的填料模型的步驟，以及
[0018]對設置于預定虛擬空間中的聚合物模型和填料模型進行分子動力學計算的模擬步驟，
[0019]其中，
[0020]聚合物模型包括多個聚合物顆粒以及在聚合物顆粒之間的鍵，
[0021]鍵由耦合勢能P定義，
[0022]耦合勢能P包括第一耦合勢能Pl和第二耦合勢能P2，第二耦合勢能P2不允許任何顆粒間距離超過預定的最大允許距離，并且第一耦合勢能Pl沒有用于顆粒間距離的最大允許距離，以及
[0023]模擬步驟包括第一計算步驟和隨后的第二計算步驟， [0024]第一計算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第一耦合勢能Pl的條件下進行分子動力學計算，以及
[0025]第二計算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第二耦合勢能P2的條件下進行分子動力學計算。
[0026]因此，在第一計算步驟中，由于聚合物顆粒之間的顆粒間距離不受限制，即使聚合物模型發(fā)生纏結，聚合物模型也很容易解開。因此，可防止纏結的聚合物模型之間的作用力變得過度增高。因此，可以有效防止計算錯誤的發(fā)生。
[0027]這樣，通過第一計算步驟，聚合物顆?？梢粤己民Y豫，即使計算從集中或集聚狀態(tài)開始也是如此。
[0028]從這種馳豫狀態(tài)開始，進行第二計算步驟的分子動力學計算，該計算不允許顆粒間距離增加到超過最大允許距離。因此，在第二計算步驟中，可以進行與聚合物材料的實際分子運動相似的馳豫，以提供精確的模擬結果。
[0029]根據本發(fā)明的模擬方法具有以下特點(a)和/或(b):
[0030](a)虛擬空間具有一對平行相對的壁表面，以及填料模型分別由平行相對的壁表面定義；
[0031](b)第一耦合勢能Pl由下式(I)定義，
[0032]第二耦合勢能P2由排斥勢能R和吸引勢能G之和定義，排斥勢能R由下式(2)定義，吸引勢能G由下式(3)定義:
【權利要求】
1.一種用于模擬聚合物材料的計算機實施方法，包括: 定義聚合物材料的聚合物模型的步驟， 定義填料的填料模型的步驟， 對設置于預定虛擬空間中的聚合物模型和填料模型進行分子動力學計算的模擬步驟， 其中， 聚合物模型包括多個聚合物顆粒以及聚合物顆粒之間的鍵， 鍵由耦合勢能P定義， 耦合勢能P包括第一耦合勢能Pl和第二耦合勢能P2，第二耦合勢能P2不允許任何顆粒間距離超過預定的最大允許距離，而第一耦合勢能Pl沒有用于顆粒間距離的最大允許距離，以及 模擬步驟包括: 第一計算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第一耦合勢能Pl的條件下進行分子動力學計算，以及 隨后的第二計算步驟，其中在聚合物顆粒之間定義第二耦合勢能P2的條件下進行分子動力學計算。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于， 第一I禹合勢能Pl由下式(I)定義， 第二耦合勢能P2由排斥勢能R與吸引勢能G之和定義，排斥勢能R由下式(2)定義，吸引勢能G由下式(3)定義:
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述虛擬空間具有一對平行相對的壁表面，以及填料模型分別由平行相對的壁表面定義。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述虛擬空間具有一對平行相對的壁表面，以及填料模型分別由平行相對的壁表`面定義。
【文檔編號】G06F17/50GK103678752SQ201310307193
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權日:2012年8月31日
【發(fā)明者】上野真一 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會社