阐明微结构对相分离聚脲力学性能的影响：基于分子动力学衍生微结构的有限元建模
材料科学
2023-10-03 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
相分离聚脲（PU）因其作为坚韧、抗冲击涂层的使用而受到相当关注。聚脲因其在机械应变率敏感性和能量耗散方面的表现而受青睐于这些应用。由于弹性相与玻璃态相之间复杂的相互作用，预测和定制 PU 的力学响应仍然具有挑战性。为阐明 PU 微结构对其力学性能的作用，我们开发了一个有限元建模框架，其中每个相由代表性体积单元（RVE）内的体积分数表示。关键的是，我们使用独立的本构模型来描述弹性相和玻璃态相。我们开发了一种由塑性驱动的分解过程，其中将玻璃态相建模为分解成一个新相。每个相在材料点处的整体贡献由其各自在 RVE 内的体积分数决定。我们将建模方法应用于两种具有不同弹性链段长度（源自低聚醚二胺 Versalink P650 和 P1000）的 PU 组合。我们的模拟表明，微结构差异与弹性相性质的共同作用解释了 P650 与 P1000 之间力学响应的差异。我们展示了模型在多种载荷条件下预测 PU 行为的能力，包括低速率循环加载和宽应变率范围的单调加载。我们的模型产生的微结构转变与小角 X 射线散射（SAXS）实验所指示的相吻合。对 RVE 的傅里叶变换分析揭示了因变形导致的玻璃态相原纤化，这一发现与 SAXS 实验一致。
引用
@article{arxiv.2310.00065,
title = {Elucidating the impact of microstructure on mechanical properties of phase-segregated polyurea: Finite element modeling of molecular dynamics derived microstructures},
author = {Steven J. Yang and Stephanie I. Rosenbloom and Brett P. Fors and Meredith N. Silberstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.00065},
year = {2023}
}