聚合物粘土纳米复合材料的多尺度建模

纳米薄片状粘土（高长径比）增强聚合物的力学性能提升与单位体积内的高聚合物-填料界面面积相关。完全分离（剥离）片层的理想情况在实践中通常难以实现：典型的纳米复合材料还包含多层插层片层堆叠。本文采用数值模拟研究片层特性如何影响整体力学性能。片层构型采用代表性体积单元（RVE）方法的统计解释进行建模，其中生成一个“样本”非均质材料系综（具有周期性边界条件）。使用简单的蒙特卡洛算法，根据指定的统计分布集将不相交的片层放置在RVE中。通过测量对边界施加小变形所产生的应力（使用标准有限元分析），并对整个统计系综进行平均，来确定片层-基体系统的有效刚度。本文确定了片层特性（曲率、填充分数、刚度、长径比）以及堆叠层数如何影响纳米复合材料的整体刚度增强。因此，我们弥合了宏观尺度行为与纳米增强尺度行为之间的差距，构成了多尺度建模框架的一部分。