2011-1-31 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：高分子 復(fù)合材料 有限元分析 優(yōu)化設(shè)計 長春應(yīng)化所 山東大學(xué)
中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所與山東大學(xué)合作，在“高分子及復(fù)合材料制備-結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計”方面取得突出進展，定量揭示了高分子材料制備-結(jié)構(gòu)-性能的相關(guān)性及其規(guī)律，發(fā)展了材料制備過程的優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，自主開發(fā)的模擬軟件得到了很好的應(yīng)用，日前該成果榮獲2010年度吉林省科技進步獎一等獎。
長春應(yīng)化所和山東大學(xué)從揭示材料性能定量調(diào)控機制、實現(xiàn)材料制備過程優(yōu)化設(shè)計等關(guān)鍵科學(xué)問題出發(fā)，于2002年開展了“高分子及復(fù)合材料制備-結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計”的研究。綜合應(yīng)用有限元方法、Monte Carlo方法、增量理論、反應(yīng)統(tǒng)計學(xué)、化學(xué)流變學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等學(xué)科知識，采用實驗研究、理論研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，在高分子材料的凝膠化轉(zhuǎn)變、聚烯烴的反應(yīng)擠出、纖維復(fù)合材料的液態(tài)模塑成型等有代表性的材料制備過程中，首次以凝膠制備過程的有限元模擬作為目標函數(shù)求解方法，以遺傳算法作為材料組分和制備條件的搜索尋優(yōu)方法，建立了凝膠化轉(zhuǎn)變過程優(yōu)化設(shè)計的計算機模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)了在凝膠制備過程中的反應(yīng)控制、結(jié)構(gòu)控制以及性能調(diào)控；定量地揭示了在非等溫、非等壓等復(fù)雜加工條件下化學(xué)反應(yīng)對高分子材料結(jié)構(gòu)和流變性質(zhì)的影響規(guī)律，首次數(shù)值分析了在聚合反應(yīng)擠出過程中化學(xué)熱效應(yīng)和凝膠效應(yīng)的耦合作用；揭示了缺陷種類、含量及分布對復(fù)合材料力學(xué)性能和破壞行為的影響規(guī)律。豐富了凝膠化轉(zhuǎn)變、反應(yīng)擠出以及復(fù)合材料制備與破壞的基礎(chǔ)理論和研究方法。
該項成果共發(fā)表研究論文30余篇，被國家版權(quán)局授予計算機軟件著作權(quán)3項。從技術(shù)上有效支撐了多個國防項目，有力地促進了碳纖維復(fù)合材料在我國航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。同時，為企業(yè)提供了技術(shù)支持，自主開發(fā)的橡塑制品熱固化工藝模擬軟件和聚烯烴反應(yīng)擠出模擬軟件得到了很好的應(yīng)用，使企業(yè)取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。