Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts

In this thesis we design and develop algorithms for predicting the rheological behavior of polymer melts based on the results of detailed atomistic simulations and guided by theories of the Dynamics of Polymers and fundamental Principles of Science of the Non-Equilibrium Thermodynamics. More specifi...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Στεφάνου, Παύλος
Other Authors: Μαυραντζάς, Βλάσιος
Format: Thesis
Language:English
Published: 2011
Subjects:
Online Access:http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4563
id nemertes-10889-4563
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Dynamics of entangled polymer melts
Generalized viscoelastic model
Tube models
Rouse model for polymer rings
Generalized bracket formalism (Beris-Edwards)
Atomistic molecular dynamics simulations
Segment-survival probability function ψ(s,t)
Rheological properties of industrial polyethylene resins
Δυναμική διαπλεγμένων πολυμερικών τηγμάτων
Γενικευμένο ιξωδοελαστικό μοντέλο
Μοντέλο Rouse για πολυμερικούς δακτυλίους
Θεωρία ερπυσμού και μοντέλα δραστικού σωλήνα
Φορμαλισμός γενικευμένων αγκυλών (Μπέρης-Edwards)
Ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εκτός ισορροπίας
Συνάρτηση πιθανότητας ερπυσμού ψ(s,t)
Θεολογικές ιδιότητες εμπορικών ρητινών πολυαιθυλενίου
668.42
spellingShingle Dynamics of entangled polymer melts
Generalized viscoelastic model
Tube models
Rouse model for polymer rings
Generalized bracket formalism (Beris-Edwards)
Atomistic molecular dynamics simulations
Segment-survival probability function ψ(s,t)
Rheological properties of industrial polyethylene resins
Δυναμική διαπλεγμένων πολυμερικών τηγμάτων
Γενικευμένο ιξωδοελαστικό μοντέλο
Μοντέλο Rouse για πολυμερικούς δακτυλίους
Θεωρία ερπυσμού και μοντέλα δραστικού σωλήνα
Φορμαλισμός γενικευμένων αγκυλών (Μπέρης-Edwards)
Ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εκτός ισορροπίας
Συνάρτηση πιθανότητας ερπυσμού ψ(s,t)
Θεολογικές ιδιότητες εμπορικών ρητινών πολυαιθυλενίου
668.42
Στεφάνου, Παύλος
Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
description In this thesis we design and develop algorithms for predicting the rheological behavior of polymer melts based on the results of detailed atomistic simulations and guided by theories of the Dynamics of Polymers and fundamental Principles of Science of the Non-Equilibrium Thermodynamics. More specifically: 1) We propose a new rheological constitutive model for the time evolution of the tensor conformation tensor C of chains in a polymer melt (and hence the stress tensor τ) using the generalized bracket formalism of Beris and Edwards. The new constitutive model includes terms that describe a whole range of phenomena and are successfully used to describe the rheological properties of commercial polyethylene resins. 2) We developed a new methodology that allows direct connection of the results of atomistic simulations with molecular reptation theory for entangled polymers. The final result of the methodology is the calculation of the function ψ(s,t) which expresses the probability that the segment s along the contour of the primitive path remain in the original tube after time t. 3) We extended the Rouse theory for systems without polymer chain ends, as the polymer rings. While there have been previous theoretical work, a comprehensive analysis of the Rouse model of cyclic polymers was still lacking; here we develop the theory in its entirety.
author2 Μαυραντζάς, Βλάσιος
author_facet Μαυραντζάς, Βλάσιος
Στεφάνου, Παύλος
format Thesis
author Στεφάνου, Παύλος
author_sort Στεφάνου, Παύλος
title Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
title_short Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
title_full Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
title_fullStr Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
title_full_unstemmed Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
title_sort development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts
publishDate 2011
url http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4563
work_keys_str_mv AT stephanoupaulos developmentofscalebridgingmethodologiesandalgorithmsfoundedontheoutcomeofdetailedatomisticsimulationsforthereliablepredictionoftheviscoelasticpropertiesofpolymermelts
AT stephanoupaulos anaptyxēmethodologiōnkaialgorithmōnproblepsēstēsreologiaspolymerikōntēgmatōnbasizomenoistaapotelesmataleptomerōnatomistikōnprosomoiōseōn
_version_ 1771297285480644608
spelling nemertes-10889-45632022-09-05T20:15:36Z Development of scale-bridging methodologies and algorithms founded on the outcome of detailed atomistic simulations for the reliable prediction of the viscoelastic properties of polymer melts Ανάπτυξη μεθοδολογιών και αλγορίθμων πρόβλεψης της ρεολογίας πολυμερικών τηγμάτων βασιζόμενοι στα αποτελέσματα λεπτομερών ατομιστικών προσομοιώσεων Στεφάνου, Παύλος Μαυραντζάς, Βλάσιος Μπερής, Αντώνης Edwards, Brian Τσαμόπουλος, Ιωάννης Τσιτσιλιάνης, Κωνσταντίνος Θεοδώρου, Θεόδωρος Βλασσόπουλος, Δημήτριος Stefanou, Pavlos Dynamics of entangled polymer melts Generalized viscoelastic model Tube models Rouse model for polymer rings Generalized bracket formalism (Beris-Edwards) Atomistic molecular dynamics simulations Segment-survival probability function ψ(s,t) Rheological properties of industrial polyethylene resins Δυναμική διαπλεγμένων πολυμερικών τηγμάτων Γενικευμένο ιξωδοελαστικό μοντέλο Μοντέλο Rouse για πολυμερικούς δακτυλίους Θεωρία ερπυσμού και μοντέλα δραστικού σωλήνα Φορμαλισμός γενικευμένων αγκυλών (Μπέρης-Edwards) Ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εκτός ισορροπίας Συνάρτηση πιθανότητας ερπυσμού ψ(s,t) Θεολογικές ιδιότητες εμπορικών ρητινών πολυαιθυλενίου 668.42 In this thesis we design and develop algorithms for predicting the rheological behavior of polymer melts based on the results of detailed atomistic simulations and guided by theories of the Dynamics of Polymers and fundamental Principles of Science of the Non-Equilibrium Thermodynamics. More specifically: 1) We propose a new rheological constitutive model for the time evolution of the tensor conformation tensor C of chains in a polymer melt (and hence the stress tensor τ) using the generalized bracket formalism of Beris and Edwards. The new constitutive model includes terms that describe a whole range of phenomena and are successfully used to describe the rheological properties of commercial polyethylene resins. 2) We developed a new methodology that allows direct connection of the results of atomistic simulations with molecular reptation theory for entangled polymers. The final result of the methodology is the calculation of the function ψ(s,t) which expresses the probability that the segment s along the contour of the primitive path remain in the original tube after time t. 3) We extended the Rouse theory for systems without polymer chain ends, as the polymer rings. While there have been previous theoretical work, a comprehensive analysis of the Rouse model of cyclic polymers was still lacking; here we develop the theory in its entirety. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής σχεδιάσαμε και αναπτύξαμε αλγορίθμους πρόβλεψης της ρεολογικής συμπεριφοράς πολυμερικών τηγμάτων βασιζόμενοι στα αποτελέσματα λεπτομερών ατομιστικών προσομοιώσεων, καθοδηγούμενοι όμως από Θεωρίες της Δυναμικής των Πολυμερών αλλά και από θεμελιώδεις αρχές της Επιστήμης της Θερμοδυναμικής Εκτός Ισορροπίας. Πιο συγκεκριμένα: 1) Προτείνουμε αρχικά ένα νέο ρεολογικό καταστατικό μοντέλο για τη χρονική εξέλιξη του τανυστή διαμορφώσεων C των αλυσίδων σε ένα πολυμερικό τήγμα (και κατ’ επέκταση για τον τανυστή των τάσεων τ) κάνοντας χρήση του φορμαλισμού των γενικευμένων αγκυλών των Beris και Edwards. Το νέο καταστατικό μοντέλο περιλαμβάνει όρους που περιγράφουν ένα ολόκληρο φάσμα φαινομένων και χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για την περιγραφή των ρεολογικών ιδιοτήτων εμπορικών ρητινών πολυαιθυλενίου. 2) Αναπτύξαμε μια καινούργια μεθοδολογία που επιτρέπει την άμεση σύνδεση των αποτελεσμάτων των ατομιστικών προσομοιώσεων με τη μοριακή θεωρία του ερπυσμού για διαπλεγμένα πολυμερή. Το τελικό αποτέλεσμα της μεθοδολογίας είναι ο υπολογισμός της συνάρτησης ψ(s,t) που εκφράζει την πιθανότητα το σημείο s κατά μήκος του περιγράμματος του πρωτογενούς δρόμου των αλυσίδων να παραμένει στον αρχικό σωλήνα μετά από χρόνο t. Επεκτείναμε τη θεωρία Rouse και για συστήματα πολυμερικών αλυσίδων δίχως άκρα, όπως αυτά των πολυμερικών δακτυλίων. Παρότι στίγματα της θεωρίας είχαν παρουσιαστεί και σε προηγούμενες εργασίες από άλλους ερευνητές, στην παρούσα διατριβή αναπτύξαμε τη θεωρία στην ολότητά της. 2011-08-11T07:22:38Z 2011-08-11T07:22:38Z 2011 2011-08-11T07:22:38Z Thesis http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4563 en Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 0 application/pdf