颗粒填充型复合材料有效导热系数的数值计算方法

基于Monte Carlo随机摆放方法,建立颗粒填充型两相复合材料的随机分布模型。应用有限差分法对导热微分方程进行离散,获得差分格式的热传导方程。将复合材料模型中的微观随机结构单元的数据信息导入计算机,应用循环迭代法对差分格式热传导方程进行求解,实现了对二维稳态导热温度场的数值模拟。采用此方法对可以理论求解的特殊情形进行模拟验证,结果表明其准确可靠。同时模拟了导热增强颗粒含量、颗粒与基体的导热系数比对复合材料有效导热系数的影响,并将模拟结果与Maxwell-Eucken、Bruggeman模型进行了比较,发现该方法的模拟结果在低填充量时与Maxwell-Eucken模型、在高填充量时与Bruggeman模型吻合良好。研究表明所述方法能够较好地计算颗粒填充型复合材料的导热系数。

有限元法在颗粒填充型复合材料结构与力学性能关系研究中的应用

颗粒填充型复合材料在包装中的应用越来越广泛,材料的性能在本质上由其结构决定。从颗粒填充型复合材料的结构模型的建立、边界条件、界面分析和网格划分4个角度,对用有限元法研究颗粒填充型复合材料的力学性能进行了介绍与分析。重点对比说明了基于几何建模的周期性单胞单颗粒模型、多颗粒模型和基于实际微观结构的有限元模型,归纳了各种模型的边界条件设置,并讨论说明了界面性质和网格划分对预测复合材料力学性能结果的影响。此外,还展望了有限元法研究其他复合材料力学性能的发展方向。