《超輕大塊氣凝膠力學行為的大規模數值模擬》是依託西安交通大學，由劉子順擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：超輕大塊氣凝膠力學行為的大規模數值模擬
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：劉子順
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氣凝膠是一種超輕材料，其密度為水的0.3%-50%，具有卓越的力學和物理學特徵。矽氣凝膠具有環保、高熱阻等特性，開始套用於航空航天工程，火星探測器精神號和機遇號都採用了矽氣凝膠。目前，未見有關此類超輕材料力學行為的精確模擬及描述的研究報導。本課題擬通過大規模並行分子動力學模擬，研究超輕大塊矽氣凝膠的力學行為，建立其本構模型。利用LAMMPS軟體升級計算集群的計算規模，實現從原子量級上升到納米甚至微米級的大規模數值模擬。通過其幾何構型的精確描述，重點研究大塊矽氣凝膠中的空隙尺寸與分布對其力學行為的影響。此模型可通過多尺度耦合與建模得到進一步的擴展，來描述更大尺度氣凝膠材料的力學和物理特徵。
結題摘要
氣凝膠是一種超輕納米多孔材料，其密度低至水密度的0.3%，具有卓越的力學與物理特性。矽氣凝膠是目前氣凝膠材料中製備工藝最為成熟，研究最為廣泛的一類，它具有環保、高熱阻，高聲阻等優越的特性，目前已經被套用在航天工程，軍事工程，高能物理等領域。本課題通過分子動力學對矽氣凝膠材料的大規模模擬，建立了矽氣凝膠的分子動力學模型，並對其力學與物理性能進行了深入的探究。首先我們採用開源分子動力學軟體LAMMPS建立了矽氣凝膠的微觀模型，採用不同的方法研究了其特徵參數熱傳導率和楊氏模量。研究結果表明，熱傳導率的模擬結果與其他學者的實驗結果相近；楊氏模量與密度之間冪指數為3.168的冪律關係與其他學者的實驗結論相符合。進一步，考慮到矽氣凝膠的分形結構，又提出了描述大塊矽氣凝膠結構的兩級模型，利用矽氣凝膠的結構參數，如密度，內部納米顆粒平均直徑，表面積與體積比，結合理論推導與數值模擬，推導出了預測其楊氏模量的表達式。本課題工作旨在加深對矽氣凝膠各項性能的理解，並推進其在各個領域中的實際套用。
