基于分子动力学测定纳米球颗粒碰撞恢复系数的方法

本发明涉及纳米球形颗粒的碰撞恢复系数测定，尤其是一种基于分子动力学测定纳米球颗粒碰撞恢复系数的方法。

背景技术：

1、在纳米颗粒的研究中，特别是在表征纳米颗粒碰撞行为方面，碰撞恢复系数是一个关键参数，它描述了碰撞过程中能量的损失程度，直接影响到材料的性能和应用。同时，材料在极端工况下的性能决定了材料的应用范围。

2、传统方法中，测定纳米颗粒的碰撞恢复系数往往依赖于实验室中的光学或者力学测试设备，这些方法不仅操作复杂，而且往往受到纳米颗粒尺寸和表面特性的限制，且难以在极端工况下操作。并且针对颗粒的模拟，绝大多数是从宏观视角，采用dem、fem等方法，基于连续体模型进行建模，缺乏从微观角度对纳米颗粒进行合理精确模拟的技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于分子动力学测定纳米球颗粒碰撞恢复系数的方法，解决了传统方法的局限性，提高了测定精度和可靠性。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于分子动力学测定纳米球颗粒碰撞恢复系数的方法，包括以下步骤：

4、建立颗粒模型，包括：从材料数据库中选择标准α-al2o3晶体结构，导入ovito软件，对α-al2o3晶体结构进行扩胞获得三维晶体模型，对所述三维晶体模型进行选择，删除未被选择的部分，得到一个纳米球形al2o3颗粒模型，复制后得到两个颗粒模型；

5、定义原子间键长，在ovito软件的模拟盒子中随机生成原子，获得氮气分子模型、氧气分子模型；

6、将所述氮气分子模型、氧气分子模型、所述两个颗粒模型放置在一个模拟盒子中，构成模拟对象系统；

7、将所述模拟对象系统转化成所需的格式导入lammps软件，设置模拟初始参数；

8、设置势函数，包括：铝原子与氧原子间的势函数采用第三代电荷优化多体势函数，氮气分子和氧气分子之间的势函数采用lj/cut势函数；

9、采用min_style命令进行能量最小化，选择npt系综进行模拟对象系统平衡约束，利用nose-hoover热浴法调节系统温度，设置驰豫步数；

10、设置两个颗粒模型的初始速度，进行分子动力学模拟，得到颗粒模型运动过程中的参数数据，并将所得参数数据导入ovito软件中，观察颗粒模型碰撞过程中的形变；所述参数数据包括颗粒模型质心的位移、速度、受力；

11、对所述参数数据进行后处理，获得颗粒模型的受力-位移曲线，判断颗粒模型发生碰撞与结束碰撞时间，并确定颗粒模型碰撞速度与回弹时的分离速度，根据碰撞前、后速度变化，计算颗粒模型的碰撞恢复系数。

12、进一步技术方案为：

13、通过对纳米球形al2o3颗粒模型的直径、颗粒模型的初始速度及系统温度调整，获得不同工况下颗粒模型的碰撞过程模拟结果。

14、所述模拟初始参数的设置，包括：设置空间维度为三维；设置模型原子采用metal单位；设置边界条件为周期性边界条件；设置时间步长和迭代步长。

15、所述纳米球形al2o3颗粒模型的直径小于100nm。

16、所述系统温度2000k～3000k，压力为8.2mpa。

17、所述纳米球形al2o3颗粒模型的初始速度不低于70m/s。

18、本发明的有益效果如下：

19、本发明从纳米尺度入手，应用分子动力学(md)方法，实现对高温高压环境下纳米颗粒碰撞的全过程动态模拟，能够通过对碰撞恢复系数分析，得到不同初始速度、温度、颗粒直径对颗粒碰撞结果的影响，精确的获取极端工况下纳米颗粒碰撞的运动数据。同时可以直观清晰的观察到纳米熔融颗粒在高压气体环境中的碰撞形变情况，避免了传统实验中的纳米尺寸、实时观测和极端工况的限制，对探究纳米颗粒动力学、纳米颗粒的材料性能如粘弹塑性等具有重要意义

20、本发明方法精确度高：基于分子动力学模拟，能够准确捕捉纳米颗粒碰撞过程中的微观信息，从而准确测定出纳米球形颗粒的碰撞恢复系数。

21、本发明方法适用性广：不受纳米颗粒材料和工况的限制，适用于各种类型，各种条件的纳米颗粒材料。

22、本发明方法操作简便：相比传统实验，模拟计算操作简单且可重复性强。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

1.一种基于分子动力学测定纳米球颗粒碰撞恢复系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对纳米球形al2o3颗粒模型的直径、颗粒模型的初始速度及系统温度调整，获得不同工况下颗粒模型的碰撞过程模拟结果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟初始参数的设置，包括：设置空间维度为三维；设置模型原子采用metal单位；设置边界条件为周期性边界条件；设置时间步长和迭代步长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米球形al2o3颗粒模型的直径小于100nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统温度2000k～3000k，压力为8.2mpa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米球形al2o3颗粒模型的初始速度不低于70m/s。