颗粒增强镁基复合材料细观力学场的数值模拟分析

本文借助有限元数值模拟,研究了颗粒增强镁基复合材料的细观力学特征.结果表明,等效应力、应力球量、功耗、最大主应力和最大主应变存在明显的集中现象.尽管外力小于基体的屈服强度,但应力集中可使基体发生微区屈服.复合材料主要的失效形式为界面脱粘和基体开裂,同时,细观力学分析说明,增强体的强化作用主要来自于它对基体应力、应变状态...     

石墨/PTFE复合材料导热性能的数值模拟

有限元数值模拟可看作在计算机上进行的模型实验,在模型体系上获得的信息比在实际体系上所作的试验更为详细.介绍了利用ANSYS的参数化有限元分析技术数值模拟的模型、原理及精度,并获得了系列化的数据,为石墨/PTFE复合材料的导热性能设计提供了参考依据.     

导管低温隔热材料低温热导率测试与数值模拟研究

对导管泡沫隔热材料低温热导率进行了实验和数值模拟研究,介绍了绝热材料低温热导率测量装置,并给出了绝热材料测试结果.通过对泡沫保温材料进行合理的简化,建立了数值模拟的物理模型和数学模型,运用FLUENT数值计算软件计算其导热系数,在液氮温度数值模拟结果与实验结果良好吻合,分析了气孔尺寸、气孔率对导热系数的影响,由此得出对泡沫多孔绝热材料研制工艺、配方和实验的建议.     

瞬变平面热源法热导率测量的数值模拟

采用HOT DISK热物性分析仪通过瞬变平面热源(HOT DISK)分别对固体、液体或气体的热导率进行测量,固体材料选用不锈钢块(型号4278),流体材料选用去离子水。并利用ANSYS CFX仿真模拟软件对该测量过程进行数值模拟,将模拟得到的与实验测得的温升曲线进行对比,吻合度较好。结果表明:选用合适的探头和参数,HOT DISK热物性分析仪能准确测量固体的热导率;但是对于流体或气体,热导率的测量结果与真实值相比偏大,原因是测量过程中产生自然对流。     

连续分布界面相对SiCp/Al复合材料热导率影响的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟, 建立了含界面相颗粒增强铝基复合材料测试模型, 研究了不同界面相种类、厚度对复合材料热导率的影响。结果表明: 当界面相与SiC/Al结合理想时, 且界面相在颗粒表面呈连续分布时, 复合材料热导率随着界面层热导率的增加而增大, 但增加的幅度由快变慢; 复合材料热导率随界面层厚度的变化取决于界面层厚度t与颗粒粒径a的比值, 当t/a很小或t/a较大时, 热导率随界面层厚度的变化很小, 当t/a较小时, 热导率随界面层厚度的变化则与界面层热导率有关。     

纤维增强高分子聚合物基复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.      

接触热阻对TPS法测量高聚物薄膜热导率的影响

为研究接触热阻对瞬态平面热源(transient plane source,TPS)法测量高聚物薄膜热导率的影响规律以便提高测量准确度,阐述TPS法基本测量原理,根据串联热路中热阻的关系建立接触热阻的简化计算模型,以不同厚度硅橡胶薄膜为对象,通过回归分析的方法获得接触热阻随压力的变化规律,利用此规律测量单一厚度聚四氟乙烯薄膜和聚酯薄膜的热导率。结果表明:当未施加压力时,接触热阻的存在导致测量结果的相对误差为10%~30%,接触热阻会随压力的增大近似呈非线性关系减小,当压力达到200 k Pa时,可减小测量误差到6%以内。同种材质的高聚物薄膜还可通过改变厚度来减小接触热阻。     

高比例SiC_p/Al复合材料的有效热导率模型

有效热导率是铝基复合材料在电子封装、热控方面应用的重要性能指标.结合复合材料广义自洽微观力学模型,并在Maxwell理论的基础上,初步建立了适合高体积分数SiCp/Al复合材料的有效热导率预测模型.模型不仅考虑了颗粒与颗粒、颗粒与基体间的界面效应,而且在一定程度上也考虑了增强体颗粒的形状.其理论计算结果与实测值吻合较好.     

粒子填充聚合物基复合材料导热性能的数值模拟

根据电镜照片中观察的微观结构信息,基于两套新设计的算法建立了代表体积元(RVE)模型,基于此模型研究了粒子填充聚合物基复合材料的导热性能与微观结构的关系。通过对电镜照片的处理得到两个参数即稀疏区比重和稀疏区半径,建立了与实际体系相符的具有非均匀粒子分布结构的 RVE模型。制备了氧化铝/高温硫化硅橡胶导热复合材料,并测试了不同填充量下体系的热导率,用以验证模型的有效性。采用有限元方法求解RVE模型得到的热导率预测值与实验值进行对比,结果表明：填料用量在宽范围内预测结果与实验值均吻合很好; 与均匀分布或随机分布相比,存在稀疏区和富集区的非均匀分布的体系具有更高的热导率,这种差异在高填充量下当颗粒间形成导热网链时更为显著;在相同填充量下,不同的粒子空间分布结构可使体系热导率差别很大,是影响体系热导率的关键因素。     

瞬态热线法导热系数测量的数值模拟

利用有限元方法对瞬态热线法导热系数测量进行了数值模拟,对各种因素如加热功率、热线半径以及实验温度等对测量过程的影响进行了分析,并将模拟得到的温升曲线与实验测量得到的温升曲线进行了比较,结果表明:通过选择适当的参数值,模拟曲线可以与实测曲线吻合得很好,实验值与模拟值的偏差小于实验结果的不确定度.本结果的获得对进一步理解瞬态热线法导热系数测量过程,提高导热系数测量技术水平具有借鉴意义.     

AlN/橡胶复合材料等效热导率数值计算

利用计算机生成不同的AlN/橡胶复合材料等效结构单元,基于三维格子玻尔兹曼模型计算了复合材料的等效热导率。实验制备了AlN/橡胶复合材料,并测定了不同填充量下复合材料的热导率,用以验证模型的有效性。将LBM计算结果与实验结果及Maxwell、Bruggeman、Nielsen等模型进行了比较,发现本文数值计算结果与Maxwell模型吻合较好,相比较于Bruggeman模型与Nielsen模型更加接近实验值。研究了AlN颗粒尺寸及分布方式对复合材料导热性能的影响。结果表明,一定体积分数范围内,粒径较小的AlN颗粒填充橡胶复合材料的等效热导率较大,当体积分数增大到20%,粒径较大的复合材料内先开始形成导热网络,大大提高了热导率;随机分布比均匀分布方式下的复合材料的等效热导率大,不同的粒子空间分布结构是影响复合材料热导率的关键因素。     

热传导聚合物基复合材料的研究进展

本文主要介绍了聚合物基复合材料的导热机理 ,以及预测二相体系复合材料热导率的理论模型方程。同时介绍了聚合物基导热材料的 3种类型及其具体应用 ,并提出聚合物基导热材料现阶段值得开发的课题和研究方向     

泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究

为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材料(composite phase claange material,CPCM)的导热性能,提出了一种新的CPCM相分布模型,以此为基础建立了带有空穴子模型的简化传热模型,并利用等效热阻法推导得到泡沫金属基CPCM有效导热系数的通用计算式.传热模型考虑了相变过程中相变材料(plnase change material,PCM)的体积变化和空穴分布的影响,使得有效导热系数的计算结果更加符合实际.     

Measurement of the effective thermal conductivity of agricultural products

This paper reports new measurements of the effective thermal conductivity of agricultural materials such as grains by means of the transient heat flow method using a line heat source. The effect of a probe diameter used for the transient heat flow method on the effective thermal conductivity was studied using standard spherical particles and some grains. It was concluded that the transient heat flow method can be applied to the measurement of the effective thermal conductivity of agricultural materials such as grains provided that the ratio of the probe diameter to the diameter of the particles of the specimen is greater than unity.Nomenclature A Area of heating surface - d Diameter of particles of the specimen - d _e Hydrodynamic diameter of particles of the specimen - E Error - H Distance between hot and cold walls - L Probe length - M Moisture content - N Number of contact points of particles of the speciment to the probe surface - Q Net heat flux - q Heat flux per probe length added to probe - R Probe radius - r Radial distance - T Temperature - T _h Surface temperature of the hot wall - T _c Surface temperature of the cold wall - t Time - _a Thermal conductivity of air - _eff Effective thermal conductivity - _s Thermal conductivity of a single kernel - Thermal diffusivity - _s Thermal diffusivity of a single kernel - Porosity - Euler constant (=0.5775...) - Angle Invited paper presented at the Ninth Symposium on Thermophysical Properties, June 24–27, 1985, Boulder, Colorado, U.S.A.     

石墨泡沫/共晶盐等效导热系数的理论研究

为了研究石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的等效导热系数,提出了一个立方单元模型。即6块中间开孔的板围成的立方体结构。此模型可通过改变板厚及连通孔直径表征复合材料不同孔隙度下的内部结构。首先根据热阻分析得到石墨泡沫/空气的等效导热系数,与文献中的实验数据进行了对比,验证了立方单元模型的适用性。接着计算得出不同孔隙度下石墨泡沫/共晶盐的等效导热系数。最后分析了连通孔的直径对等效导热系数的影响。发现随着孔隙度的增大,等效导热系数值呈下降趋势。固体石墨骨架对共晶盐的导热系数具有很大的提升作用。随着孔隙度的增加,连通孔直径的变化对整体等效导热系数的影响逐渐变小。     

颗粒弥散复合材料等效导热系数的估算

等效热导率是热障功能梯度材料的重要热物理性能,本文采用小最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则,推导出了热障型陶瓷／金属复赤道儿热导系数的普通式。并研究了Ni-ZrO2系复合材料的等效热导率随成分变化的规律,将理论值和实测值进行了比较。结果表明该理论对热障功能梯度材料的设计具有指导意义。     

开孔金属泡沫有效热导率的理论分析与实验研究

采用能量守恒定律和光学厚近似法,建立了开孔金属泡沫有效热导率的计算模型,分析了温度和压力等因素对传热的影响,并应用高温真空石墨加热炉对开孔金属泡沫的有效热导率进行了实验测量.理论值与测量值基本吻合,各个测量点的平均相对误差<5%,最大相对误差低于10%.结果表明,开孔泡沫金属的有效热导率随温度和压力的增加而增大,在低温情况下(T<100℃),开孔泡沫金属内部的传热机制主要为固体导热;在高温情况下(T>400℃),辐射成为开孔泡沫金属的主导传热机制;在低压下,气体导热可以忽略不计,但随着压力的增大,气体导热加大对传热的影响.     

周期性复合材料等效传热系数预测的渐进均匀化新算法及其实现

渐进均匀化方法具有严格的数学基础,预测周期性复合材料的等效热传导系数具有较高的计算精度。本文提出了基于渐进均匀化方法预测周期性复合材料等效热传导系数的新算法。相比原有的算法具有两个优点：它的实现与代表体元方法一样简单,新的算法以现有的有限元商业软件为黑箱,通过简单的几个分析步骤,即可以获得复合材料的等效热传导系数;可以利用商业软件提供的多种单元类型去离散同一个单胞,在处理复杂几何单胞结构时,可以节约大量的计算费用。通过几个典型的算例,验证了方法的有效性。该工作对于推广渐进均匀化方法在预测复合材料等效热传导系数的广泛应用具有积极作用。