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Enhancement of fracture properties of amorphous polymers by nanoparticles: A machine-learning assisted coarse-grained model

Hente, Atiyeh und Arash, Behrouz und Jux, Maximilian und Rolfes, Raimund (2025) Enhancement of fracture properties of amorphous polymers by nanoparticles: A machine-learning assisted coarse-grained model. Materials Today Communications, 48 (1), Seiten 1-18. Elsevier. doi: 10.1016/j.mtcomm.2025.113185. ISSN 2352-4928.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492825016976?via%3Dihub

Kurzfassung

Polymer nanocomposites, formed by incorporating nanoparticles into epoxy matrices, exhibit exceptional thermo-mechanical and fracture properties, making them ideal for advanced engineering applications. This study explores the enhancement of fracture properties of epoxies by nanoparticles and develops a coarsegrained (CG) model to enable this investigation. We present a novel artificial neural network (ANN)-assisted optimization framework to calibrate CG molecular simulation models. The algorithm integrates particle swarm optimization with ANN predictions, where ANN accelerates parameter optimization by minimizing errors between CG simulation results and all-atom reference data. This process significantly reduces computational cost while ensuring accurate predictions of critical properties, such as yield stress and elastic modulus, over a wide temperature range, demonstrating excellent temperature transferability of the model. Large-scale CG simulations facilitated the analysis of nanoparticle agglomeration effects on fracture behavior, a challenge infeasible for all-atom simulations. Simulation outcomes were qualitatively compared with experimental findings, offering valuable insights into the influence of nanoparticle distribution on fracture properties. This integrated approach provides a robust pathway for designing and optimizing polymer nanocomposites for real-world applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215568/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Enhancement of fracture properties of amorphous polymers by nanoparticles: A machine-learning assisted coarse-grained model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hente, AtiyehISD, Uni HannoverNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arash, BehrouzUni OsloNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jux, MaximilianMaximilian.Jux (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0175-2875NICHT SPEZIFIZIERT
Rolfes, RaimundISD, Uni HannoverNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Juli 2025
Erschienen in:Materials Today Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:48
DOI:10.1016/j.mtcomm.2025.113185
Seitenbereich:Seiten 1-18
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Martin, ThomasUniversity of BristolNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:materialstoday COMMUNICATIONS
ISSN:2352-4928
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer nanocomposites Coarse-grained modeling Machine learning optimization Fracture properties Nanoparticle agglomeration
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Multifunktionswerkstoffe
Hinterlegt von: Jux, Maximilian
Hinterlegt am:12 Jan 2026 09:23
Letzte Änderung:13 Jan 2026 14:13

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