Hydrodynamic reinforcement in filled polymer systems: numerical simulations and non-linear modeling

填充聚合物系统中的流体动力增强:数值模拟和非线性建模

基本信息

项目摘要

The aim of the present project is to develop an analytical stress and strain amplification approach (SSAA) for the description of the non-linear mechanical response in polymer melts and networks containing spherical and anisometric rigid inclusions up to moderate filler loadings. The SSAA is valid in a continuum limit, when the (smallest) size of particles exceeds the average end-to-end distance of polymer chains or strands. An important feature of the SSAA is that it accounts for pure hydrodynamic reinforcement by non-aggregating filler particles which do not interact attractively or repulsively with surrounding polymer chains and each other. Hence, the SSAA should enable in future a clear separation between the effect of hydrodynamic reinforcement and other reinforcement effects arising for example due to the presence of filler agglomerates / network or due to the chain localization on the filler surface.In the case of filled polymer melts, the SSAA which has already been applied to the Bird-Carreau model in the dilute limit, will be further developed for higher volume fractions of particles and different particle aspect ratios. It is planned to consider stationary shear and elongational flows. In the case of filled elastomers, the SSAA will be developed for a number of non-linear constitutive models with increasing complexity such as the Neo-Hooke model, the Mooney-Rivlin model and the extended tube-model for rubber elasticity. The separation of the hydrodynamic amplification factor into the stress and strain amplification factors will be done by direct comparison between predictions of an analytically modified constitutive equation with results from numerical homogenisation.
本项目的目的是开发一种分析应力和应变放大方法(SSAA),用于描述聚合物熔体和包含球形和不等轴刚性夹杂物的网络中的非线性机械响应,直至中等填料负载。当颗粒(最小)尺寸超过聚合物链或链的平均端到端距离时,SSAA 在连续极限内有效。 SSAA 的一个重要特征是,它通过非聚集填料颗粒实现纯流体动力增强,这些颗粒不会与周围的聚合物链和彼此之间发生吸引或排斥相互作用。因此,SSAA 应该能够在未来实现流体动力增强效果和其他增强效果之间的清晰分离,例如由于填料团聚体/网络的存在或由于填料表面上的链定位而产生的效果。在填充聚合物的情况下对于熔体,SSAA 已应用于稀极限的 Bird-Carreau 模型,将进一步开发用于更高的颗粒体积分数和不同的颗粒长宽比。计划考虑静态剪切流和拉伸流。在填充弹性体的情况下,SSAA 将针对许多复杂性不断增加的非线性本构模型进行开发,例如 Neo-Hooke 模型、Mooney-Rivlin 模型和橡胶弹性的延长管模型。将流体动力学放大因子分离为应力和应变放大因子,将通过对经过分析修改的本构方程的预测与数值均质化的结果进行直接比较来完成。

项目成果

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Orientation Approach to Directional Photodeformations in Glassy Side-Chain Azopolymers.
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.9b00614
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bharti Yadav;J. Domurath;Kwangjin Kim;Seungwoo Lee;M. Saphiannikova
  • 通讯作者:
    Bharti Yadav;J. Domurath;Kwangjin Kim;Seungwoo Lee;M. Saphiannikova
Numerical investigation of dilute suspensions of rigid rods in power-law fluids
  • DOI:
    10.1016/j.jnnfm.2020.104280
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Domurath, Jan;Ausias, Gilles;Saphiannikova, Marina
  • 通讯作者:
    Saphiannikova, Marina
Modeling of Stripe Patterns in Photosensitive Azopolymers
  • DOI:
    10.3390/polym12040735
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Bharti Yadav;J. Domurath;M. Saphiannikova
  • 通讯作者:
    Bharti Yadav;J. Domurath;M. Saphiannikova
A model for the stress tensor in dilute suspensions of rigid spheroids in a generalized Newtonian fluid
广义牛顿流体中刚性球体稀悬浮液的应力张量模型
  • DOI:
    10.1016/j.jnnfm.2018.12.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Domurath;Ausias;Férec;Heinrich;Saphiannikova
  • 通讯作者:
    Saphiannikova
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