An improved phase field model for semi-crystalline polymers: modeling and computational optimization

Dieser Artikel befasst sich mit der Entwicklung eines verbesserten Phasenfeldmodells für teilkristalline Polymere, wobei der Schwerpunkt auf der Simulation komplexer Grenzflächenmorphologien wie dendritische Strukturen, ringgebänderte Sphäroliten und Shish-Kebab-Strukturen liegt. Die Studie beginnt mit einer umfassenden Einführung in die Polymerkristallisation und die Vorteile der Phasenfeldmethode bei der Simulation dieser Prozesse. Anschließend wird eine detaillierte Formulierung des Phasenfeldmodells präsentiert, in der die wichtigsten Innovationen und Verbesserungen gegenüber früheren Modellen hervorgehoben werden. Der Artikel stellt auch rechnerisch effiziente numerische Schemata vor, einschließlich der Methoden RGSAV-RK und RGSAV-ETDRK, die die Energiestabilität während der Simulation gewährleisten. Umfangreiche numerische Experimente sowohl im 2D- als auch im 3D-Raum bestätigen die Genauigkeit des Modells und die Effektivität der vorgeschlagenen Schemata. Die Studie untersucht die Auswirkungen verschiedener Parameter wie latente Hitze und Anisotropiestärke auf die Grenzflächenmorphologie von Polymerkristallen. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Modells, das Wachstum mehrerer Kristalle und die Bildung komplizierter Strukturen präzise zu simulieren. Der Artikel schließt mit einer Diskussion über die Implikationen der Ergebnisse und die möglichen Anwendungen des Modells in der Polymerwissenschaft und im Ingenieurwesen.