聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的數(shù)值模擬研究.pdf

1、聚合物基粒子填充復(fù)合材料結(jié)合了聚合物基體和填充粒子的優(yōu)越物理性能,得到了深入研究與廣泛應(yīng)用。導(dǎo)熱復(fù)合材料的性能一方面取決于基體和填料自身的屬性,另一方面由填料填充體積分?jǐn)?shù)、粒子形狀、粒徑及粒徑分布,填料在基體中的空間分布以及填料與基體的結(jié)合程度等多種因素決定。由于體系的復(fù)雜性,給理論研究帶來了極大的困難,本文用有限元數(shù)值模擬方法研究了粒子填充聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系,特別是為粒子空間分布建模難題提供了一整套可行方案。主

2、要工作內(nèi)容如下:
　　 首先研究了2D建模,通過對電鏡照片的處理得到兩個參數(shù)即稀疏區(qū)比重和稀疏區(qū)半徑,建立了與實際體系相符的具有非均勻粒子分布結(jié)構(gòu)的RVE模型,結(jié)果表明:填料用量在寬范圍內(nèi)預(yù)測結(jié)果與實驗值均吻合很好；與均勻分布或隨機(jī)分布相比,存在稀疏區(qū)和富集區(qū)的非均勻分布的體系具有更高的熱導(dǎo)率。
　　 本文重點(diǎn)內(nèi)容是用3D建模數(shù)值模擬,深入研究了粒子空間分布對材料導(dǎo)熱性能的影響,探索了有效導(dǎo)熱通路形成的必要條件。為了解決

3、任意體積分?jǐn)?shù)、指定空間構(gòu)型的代表體元(RVE)建模難題,用空間分布勢能函數(shù)來描述目標(biāo)空間分布構(gòu)型,設(shè)計了Monte Carlo可控空間分布算法,該算法能夠有效生成包含團(tuán)簇和網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)的任意空間構(gòu)型的RVE。
　　 模擬研究表明:相同體積分?jǐn)?shù)下,網(wǎng)鏈構(gòu)型較團(tuán)簇構(gòu)型更能有效地形成導(dǎo)熱通路,具有更高的熱導(dǎo)率；體積分?jǐn)?shù)對有效導(dǎo)熱通路能否形成有重要影響,僅當(dāng)體積分?jǐn)?shù)大于20％之后,才具備形成有效導(dǎo)熱通路的條件；粒子間距只有小于一定水平時,導(dǎo)