基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11％下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

填料粒子对复合材料导热性能影响的数值模拟

应用ANSYS Workbench软件中的稳态热分析模块,主要针对填料的几何形态、空间取向和空间堆积方式进行了数值模拟。结果发现:体系的导热系数随着填充填料的几何形状变化而变化,其中填充纤维状填料的体系导热系数最优;纤维状填料/橡胶基体的导热系数随着纤维填料长径比的增加而变大;纤维填料的空间取向对导热性能有显著影响,不同粒径的颗粒混杂及颗粒与纤维混杂都能使体系具有更高的导热系数。     

氮化硼填充聚丙烯复合材料导热性能的数值模拟

基于有限元分析技术,模拟氮化硼（BN）填充量、径厚之比、晶粒取向以及粒径对BN填充聚丙烯（PP）复合材料（BN/PP）导热性能的影响。通过对比数值模拟结果、用理论模型计算的结果和实验结果,验证了数值模拟的可行性。结果表明：随着BN填充量的增加,BN/PP的导热系数不断增大;当BN质量分数低于15%时,提高径厚之比可以改善BN/PP的导热性能,但随着BN填充量的不断增加,径厚之比过大反而会减小BN/PP的导热系数;在固定填充量下,BN/PP的导热系数随着BN晶粒取向角在0～180°内变化而呈现先减小再增大的趋势,且在声子沿BN径向传播热量时为最高;随着BN粒径的增大,在低填充且随机分布的情况下,BN/PP的导热性能有所提高,但对于定向填充来说,增大BN粒径对提升BN/PP导热系数更加有效。     

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。     

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。