J-OCTA跨尺度分子模擬為材料設(shè)計提供尖端技術(shù)支持

一、跨尺度分子動力學(xué)軟件J-Octa

計算物理學(xué)作為探索微觀和納觀世界的規(guī)律方法，使研究人員更加細(xì)微的掌握復(fù)雜材料特性和現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象是無法通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得的。

J-Octa作為一款跨尺度分子動力學(xué)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)從本質(zhì)上理解材料組分與性能間的關(guān)系。更能從原子級到微米級的范圍內(nèi)對橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質(zhì)材料等的開發(fā)所需的材料特性進(jìn)行預(yù)測。J-Octa通過在共享平臺上與面向各尺度開發(fā)的模擬器合作，為材料設(shè)計與新材料開發(fā)提供最尖端的技術(shù)支持



（圖1：軟件架構(gòu)） J

-Octa作為計算軟件優(yōu)于其他軟件的地方在于J-OCTA中所有輸入數(shù)據(jù)和計算結(jié)果都對用戶開放，便于定制運(yùn)算。J-Octa通過開源多尺度仿真平臺用UDF文本傳遞數(shù)據(jù)、利用并行求解器+功能擴(kuò)展及外部擴(kuò)展器解析，將所有所有功能集成到GUI界面中，為用戶使用提供了較大便利。

（圖2：離子液體的MD模擬）

（圖3：全原子及粗?；Ｐ褪疽鈭D）

二、J-Octa作為模擬分析軟件的具體應(yīng)用

1、高分子的交聯(lián)結(jié)構(gòu)模擬

（1）利用J-OCTA/ VSOP，模擬DGEBA、44DDS交聯(lián)為環(huán)氧樹脂的過程（如圖4）

（圖4，Ref: T. Okabe,“Atomistic simulation of curing and mechanical properties of Epoxy resin”, J-OCTA Users Conference 2014）

（2）彈性模量的模擬（如圖5）

（圖5，Ref: V. Sundararaghavan, A. Kumar, International Journal of Plasticity, 47, 111 (2013)）

? NPT系綜、伸長率為10.22m/s

? 施加5%應(yīng)變，擬合應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到彈性模量

? 模擬得到的彈性模量:4.22GPa(實(shí)驗(yàn)值:3.76GPa)

2.機(jī)器學(xué)習(xí)（如圖6）



（圖6）

3.代表性體積單元（RVE）μ-FEM（如圖7）

從分散相到STL界面或體素網(wǎng)格

從分散填料到STL或位置信息

（圖7）

4.分散相結(jié)構(gòu)

?非線性結(jié)構(gòu)分析：采用J-OCTA獲得橡膠、樹脂的相分離（如圖8、9）

（圖8）

（圖9）

5.粗?；–G）模型的典型案例（如圖10）

? 具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的橡膠

? 交聯(lián)、填料-聚合物作用的影響



（圖10：左圖為無交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、不同變形速度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線；右圖為存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（變形速度為0.001）的應(yīng)力應(yīng)變曲線）

6.循環(huán)拉伸變形下的填充橡膠模擬

（1）從形態(tài)學(xué)（Morphology）的角度討論動態(tài)響應(yīng)差異的來源（如圖11）

（圖11，數(shù)據(jù)來源：）

（2）滯后機(jī)理（如圖12）



（圖12，數(shù)據(jù)來源：）

7.纏結(jié)熔體聚合物的動力學(xué)行為（如圖13）

（圖13）

審核編輯：劉清