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PA6力学性能的分子模拟

作　者: 唐现琼
导　师: 张为民；张平
学　校: 湘潭大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: PA6 拉伸模量剪切模量泊松比分子模拟
分类号: TQ323.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
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内容摘要

聚酰胺6(PA6)是一种重要的聚酰胺树脂,应用范围较为广泛。近年来,随着计算机硬件、软件的不断发展,采用计算机模拟真实的过程,认识原子及分子层次的机理,不仅有助于人们对分子设计进行指导,而且可以缩短实验周期,提高效率,减少人为造成的数据和分析误差。本文运用当代分子力学和分子动力学等理论方法,对PA6晶体进行了较系统的计算和模拟,在探讨结构—性能规律性联系方面,取得了较好的成果。本文主要做了以下几方面的工作:1.建立PA6的晶体模型,为减少计算误差,采用超晶胞。为避免手动建模给计算带来的影响,进行能量最小化运算。结果表明,所建立的模型是基本合理的。2.结合COMPASS力场,采用等温等压分子动力学(MD)方法对PA6进行数值模拟,获得其平衡构型,模拟的温度为100 K～400 K(步长20 K)。整个分析将进行30万步,前20万步用于模型的平衡,以期消除不合理的构型;后10万步用于统计分析,得到PA6的各项力学常量。在100 ps至200 ps时间段,有一个明显的能量减小过程;而在200 ps至300 ps时间段,能量则没有太大的变化,证明已经达到了平衡。并以此得到平衡后的晶胞常数、体积和密度。3.用静态力学方法得到其弹性系数,并以此求得其拉伸模量,剪切模量和泊松比。结果表明,在100 K～400 K时,PA6的拉伸模量和剪切模量随温度的升高而减小,而泊松比基本保持不变。利用线性回归,分别得到了拉伸模量,剪切模量与温度的相关关系。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 聚酰胺的结构与性能  8-12
    1.2.1 聚酰胺的结构特征  8-11
    1.2.2 聚酰胺分子链结构对结晶性的影响  11
    1.2.3 聚酰胺分子链结构对力学性能的影响  11-12
  1.3 计算机模拟研究的必要性  12-14
  1.4 分子动力学模拟的局限性和目前的研究方向  14
  1.5 力学性能的研究方法及PA6 力学性能研究现状  14-15
  1.6 本文的主要工作和研究内容  15-17
第2章分子模拟基本理论  17-36
  2.1 分子模拟概述  17-19
  2.2 分子模拟的理论基础  19-36
    2.2.1 分子力学方法概况  19-20
    2.2.2 分子力场概述  20-25
    2.2.3 COMPASS力场简述  25-26
    2.2.4 体系的边界  26-28
    2.2.5 经典分子动力学模拟理论  28-36
第3章静态力学方法  36-45
  3.1 各向异性弹性力学基本方程  36-38
  3.2 各向异性弹性体的应力应变关系  38-40
  3.3 具有一个弹性对称平面的材料  40-41
  3.4 正交各向异性材料  41-42
  3.5 各向同性材料  42-43
  3.6 静态力学分析步骤  43-45
第4章 MD模拟和弹性性能计算  45-58
  4.1 PA6 晶体初始构型  45
  4.2 初始构形能量最小化  45-49
  4.3 分子动力学运算  49-58
    4.3.1 体系平衡判断  50-54
    4.3.2 力学性能计算结果  54-58
结论和展望  58-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
附录A（攻读硕士学位期间公开发表的论文）  63

PA6力学性能的分子模拟

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