(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111333894.2 (22)申请日 2021.11.11 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 冯聪　郑进　明平文　张存满　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 代理人 蒋亮珠 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G16C 10/00(2019.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方 法 (57)摘要 本发明涉及一种多孔复合材料的多尺度建 模与仿真方法， 包括以下步骤:S1、 根据复合材料 的材料成分， 建立复合材料中各界面的多粒子模 型； S2、 选取能够描述体系中原子间相 互作用的 势函数， 用分子动力学方法对多粒子模型进行系 统弛豫及热力学、 动力学分析； S3、 通过分子动力 学方法计算获得复合材料中各界面的力学、 热学 相关性质； S4、 对复合材料建立代表性体积单元 模型； S5、 对代表性体积单元进行有限元分析。 与 现有技术相比， 本发明可用于不同使用工况下多 孔复合材料微观结构与物理性能关系的仿真研 究， 如探究界面强度、 界面热导率、 孔隙、 各颗粒 尺寸、 分布和含量对复合材料热导率、 弹性模量、 屈服强度、 应力分布和电导 率等参数的影响。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 114121184 A 2022.03.01 CN 114121184 A 1.一种多孔复合材 料的多尺度建模与仿真方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： S1、 根据复合材 料的材料成分， 建立复合材 料中各界面的多粒子模型； S2、 选取能够描述体系中原子间相互作用的势函数， 用分子动力学方法对多粒子模型 进行系统弛豫及热力学、 动力学分析； S3、 通过分子动力学 方法计算获得复合材 料中各界面的力学、 热 学相关性质； S4、 对复合材料进行模型假设和几何设定， 建立代表性体积单元模型， 模型界面属性由 分子动力学 结果提供； S5、 对代表性体积单 元进行有限元分析。 2.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S1包括以下 具体步骤： S101、 根据各物相原子、 分子结构及尺寸和含量， 分别建立多粒子模型； S102、 将组成界面的多粒子模型组合， 以范德华力描述界面原子相互作用力， 组合时模 型间距不得小于原子之间共价键作用的距离范围。 3.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S2中所述系统弛豫的参数包括退火、 能量 最小化、 等温等压系综控温条件和邻域列表。 4.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S3中计算时， 将体系划分为n层， 将界面层至少单独划分一层， 计算界面处对应的热力学 量和其他性质。 5.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S3中， 所述的界面力学性质包括拉伸强度、 剪切强度及对应的界面分离距离 。 6.根据权利要求5所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 计 算界面力学性质的具体方法为： 对界面一侧分子施加恒定速度载荷， 计算两侧分子的相互 作用力， 分离至相互作用力完全为0， 做出相互作用力 ‑分离距离曲线， 以最大作用力作为使 界面完全分离所需的力。 7.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S3中， 所述的界面热 学性质包括界面热导 率。 8.根据权利要求7所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 计 算界面热导率的具体方法为： 将体系划分为n层， 将中间层设置为热源， 施加恒定热流P； 将 体系两端层设定为冷源， 移除相同热量P， 保持体系总能量不变， 至传热到达稳定后， 统计每 一层温度， 根据界面层温差计算界面热导 率， 热导率计算公式为： 其中， A为界面接触面积， dT/dz为传热 方向温度梯度， k 为热导率。 9.根据权利要求1所述的一种 多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步 骤S4中， 所述的代表性体积单元模型中， 多孔复合材料的孔隙、 基体相、 界面相以及包含物 相和界面相， 其中界面相的厚度假定为0， 界面属性 通过接触属性赋予。 10.根据权利要求9所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法， 其特征在于， 步骤S4包括以下 具体步骤： ： S1001、 在3D 建模软件中设定基体相、 包含物相、 界面相和孔隙， 将基体相设置为正方形权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114121184 A 2结构， 将包 含物相和孔隙设置为圆形； S1002、 建立基体相模型， 在基体相中孔隙的中心坐标处用布尔减法运算除去一个直径 与孔隙大小相等的圆形， 得到孔洞； 同样， 用布尔减法运算除去与包含物相大小相等的圆 形， 并在挖去的圆形区域插 入包含物相； S1003、 按照下式设置周期性 边界条件： ur‑ul＝u1‑u0    (2) ut‑ub＝u2‑u0    (3) u3‑u2＝u1‑u0    (4) 其中， ut、 ub、 ul、 ur分别为正方形上、 下、 左、 右边界上点的位移， u0、 u1、 u2、 u3分别为左下、 右下、 左上、 右上四个顶点的位移； S1004、 建立包含物相与基体相之间的接触， 将分子动力学计算得到的界面强度、 界面 热导率等属性赋予界面相。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114121184 A 3