[发明专利]用于模拟填料在高聚物材料中的分散性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于模拟填料在高聚物材料中的分散性的计算机方法，更具体地讲，涉及用于渲染（render）填料分散状态的快速程序。

背景技术

在车辆轮胎中使用的高聚物材料比如复合橡胶通常含有填料比如炭黑和二氧化硅。本技术领域中众所周知的是，填料在复合橡胶中的分散性对于橡胶的性能例如强度会产生较强的影响。

近年来，为了评估填料在高聚物材料中的分散性，人们已经建议了多种计算机模拟（数值计算）方法。

在这种模拟方法中，填料的填料模型和高聚物材料的聚合物模型被定义，然后对于放置或设置在预先确定的虚拟空间中的填料模型和聚合物模型进行分子动力学（MD）计算。然后，根据模拟结果，渲染填料模型和聚合物模型，以便通过肉眼评估填料的分散性。

因此，该方法具有如下问题。

首先，填料模型和聚合物模型的渲染需要非常长的时间。

进一步地，甚至在从任何方向观察渲染的填料模型和聚合物模型的三维图像时，仍看到填料模型与聚合物模型彼此重叠。因此，难以确切地知道填料模型如何被分散。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于模拟填料在高聚物材料中的分散性的方法，该方法能以容易识别的方式在较短时间内渲染填料的分散状态。

根据本发明，用于模拟填料在高聚物材料中的分散性的计算机方法包括：

填料模型定义步骤，其中填料的填料模型被定义，其中每一个填料模型都代表多个填料颗粒，

聚合物模型定义步骤，其中高聚物材料的聚合物模型被定义，其中，每一个聚合物模型都代表一个以上聚合物颗粒，

势能定义步骤，其中在包括填料颗粒和聚合物颗粒在内的颗粒之间，定义使得当所涉及的颗粒间的距离被减小得小于预先确定的截止距离（cutoff distance）时颗粒之间发生相互作用的势能，其中每个填料模型中的一个填料颗粒被定义为最具势力颗粒，并且对该最具势力颗粒定义最大截止距离，

模拟步骤，其中对于放置于预先确定的虚拟空间的聚合物模型和填料模型进行分子动力学计算，以及

输出步骤，其中基于通过模拟步骤获得的数据，输出填料模型的分散性，

其中，输出步骤包括渲染步骤，其中虚拟空间中除最具势力颗粒之外的填料颗粒被隐藏，而填料模型中的最具势力颗粒被渲染以便呈现填料模型的分散状态。

根据本发明的方法可具有如下特征（I）至（III）：

(I)输出步骤还包括在渲染步骤之前的步骤，其中填料模型的最具势力颗粒的径向分布函数被计算，以及

在渲染步骤中，最具势力颗粒中的每一个被渲染成具有半径R的球体，该半径R不低于Rmin值并且不高于Rmax值，其中，

Rmin值是由径向分布函数获得的最具势力颗粒之间的最短距离的一半，以及

Rmax值通过下述表达式（1）获得：

Rmax=(V/N)^1/3/2(1)

其中，

V为虚拟空间的体积，

N为存在于虚拟空间中的最具势力颗粒的数量；

(II)每个填料模型中的填料颗粒均为单个中心填料颗粒和至少四个表面填料颗粒，所述表面填料颗粒的中心被设置在球面上，所述球面的中心与中心填料颗粒的中心重合，

分别在中心填料颗粒和表面填料颗粒之间、以及在表面填料颗粒之间，定义平衡长度（equilibrium length），以及

中心填料颗粒为最具势力颗粒；

(III)中心填料颗粒之间的截止距离大于球面的半径与表面填料颗粒之间截止距离的和。

因此，在填料模型中，来自填料模型外侧的势能在作用于任何其他填料颗粒之前首先作用于最具势力颗粒。在分子动力学计算中，最具势力颗粒被视为填料模型的代表点。如果最具势力颗粒的移动增加，那么可认为填料模型被广泛地分散。因此，在根据本发明的方法中，仅最具势力颗粒被渲染，以便显示填料模型的分散状态。于是，能以易于识别的方式在较短时间内渲染填料分散状态。

附图说明

图1是实施作为本发明实施方式的模拟方法的计算机系统的透视图。

图2是本实施方式中的模拟方法的流程图。

图3是显示填料模型的示意图。

图4是显示聚合物模型的示意图。

图5是模拟条件设定步骤的流程图。

图6是用于解释在包括填料颗粒和聚合物颗粒在内的不同颗粒之间的势能的示意图。

图7是用于解释填料颗粒之间的截止距离的示意图。