论文部分内容阅读
纳米尺度填充颗粒在聚合物基体中的分散效果直接影响了聚合物基纳米复合材料的综合性能,由于纳米颗粒表面能极高,并且在范德华力和静电力的作用下极易团聚形成颗粒团聚体。因此,提高填充纳米颗粒在聚合物基体中的分散均匀性对于聚合物加工领域来说是一项十分重要的课题。目前,实验手段难以精确测得纳米颗粒在加工过程中的位移、速度和接触力等动态信息,并且难以评估团聚体结构对颗粒分散效果的影响。随着离散元法(Discrete Element Method,DEM)发展和逐渐成熟,许多学者开始利用离散元法对团聚体的分散过程展开研究。但是以往所研究的团聚体通常为简单结构或是致密结构,与通过随机运动凝聚形成的团聚体的结构存在一定差别,因此所得结果还不能够完全反映出团聚体的分散特征,同时,未深入揭示团聚体的分散机理,即颗粒究竟以何种分散方式脱离团聚体没有提出明确的判断标准。随着分形凝聚计算机模拟技术的发展完善,采用颗粒分形凝聚模型能够生成与真实颗粒团聚体结构十分相似的分形结构团聚体,因此,对具有分形结构的团聚体在流场中的分散行为进行研究,将有助于揭示团聚体在真实加工流场中的分散机理。将颗粒分形凝聚计算机模拟技术和离散元法数值模拟技术相结合,在Visual Studio2010编程环境中,采用C++编程语言开发颗粒凝聚与分散模拟软件(Particles Aggregate and Disperse,PA&D),利用OpenGL实现颗粒运动行为的可视化。利用PA&D软件模拟了分形结构团聚体凝聚过程,研究了分形结构团聚体在流场中的分散行为及其力链结构演变规律。结果表明,相同凝聚体系条件下,团聚体的分形维数随着颗粒数量的增多而提高;扩散指数的取值直接影响DLCA团聚体的凝聚机制;强弱力链交织形成了团聚体复杂的力链网络形态,分散过程中,团聚体力链结构的变化决定了颗粒的分散机制;DLCA团聚体最终的碎片加权颗粒数随着流场强度的增大以幂函数规律降低;相同流场强度下,拉伸流场对DLCA团聚体的分散效果优于剪切流场。