高分子材料力学分析的跨尺度方法

固体材料的变形与破坏从根本上源于发生在微观、细观和宏观不同尺度上行为的相互影响。跨尺度模拟是近年来国际上新发展的一个前沿方向。它是在一些关键区域，如裂纹尖端、界面附近等，采用分子动力学，甚至量子力学，以准确地反映变形和破坏特征；而在远场采用宏观连续介质力学，在不降低精确性的同时有效地减少计算负担。跨尺度模拟的关键在于如何处理不同尺度间的过渡区，以解决不同尺度上原理和方法的差异。对于规则有序的晶体材料，现在已经发展了多种方法。但是，对于无序链状结构的高分子材料，到目前为止还没有合适的方法。鉴于高分子材料复杂的微观结构，从原子尺度直接过渡到宏观尺度存在诸多困难。本研究以原子包模型作为中间尺度，发展了一种从原子、原子包、表示体元，逐渐过渡到有限元的跨尺度模拟方法。它可以用来研究高分子材料的断裂、压痕等问题，为揭示高分子材料变形、损伤和破坏的宏、微观机制奠定基础。