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多相复合材料等效物理性能预测

作　者: 张贝
导　师: 张联盟
学　校: 武汉理工大学
专　业: 力学
关键词: 等效性能多相复合材料格子Boltzmann方法数值方法
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 69次
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内容摘要

多相复合材料等效性能的预测对优化复合材料设计和探索新型复合材料的研究工作都具有重要的指导意义。本文以多相复合材料等效物理性能预测数值方法的软件研究为主。在详细了解了基于显微结构图片几何特征和相界面信息以建立显微结构模型的多参数随机建模方法和求解控制方程的格子Boltzmann方法的基础上,编制软件计算颗粒增强型和纤维增强型多相复合材料的等效物理性能,并用该软件进一步讨论了各组分相性能比值、颗粒尺寸、各向异性程度、相界面结合程度等因素对颗粒增强型复合材料等效性能的影响和不同显微结构形态对等效性能的影响。本文共四章,各章节内容概括如下：第一章调研了国内外复合材料等效性能预测方法的发展历程和应用现状,分析各方法的优缺点。结合国内外的研究现状,阐明本课题的研究内容。第二章在介绍针对颗粒增强型复合材料和纤维增强型复合材料的多参数随机显微结构建模方法和格子Boltzmann方法的理论基础上,证明了用格子Boltzmann方法求解控制方法的合理性。并具体阐述软件开发的设计思路和程序流程。第三章应用所编制的软件预测了几种颗粒增强型复合材料和纤维增强型复合材料的等效热导率、电导率、介电常数和弹性模量,通过与文献中预测或实验结合的对比证明所编制软件的正确性。同时进一步讨论了各组分相性能比值、颗粒尺寸、颗粒各向异性程度、相界面结合程度和显微结构形态对多相复合材料等效性能的影响。第四章总结全文的研究工作。结合本文研究的未尽之路,为下一步的研究提出展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-31
  1.1 引言  9-17
  1.2 传统细观力学模型及方法  17-23
    1.2.1 混合率  17-18
    1.2.2 修正的混合率  18
    1.2.3 变分法  18-19
    1.2.4 平均场理论  19-21
    1.2.5 Kemer法则  21
    1.2.6 Mori-Tanaka方法  21
    1.2.7 自洽模型  21-22
    1.2.8 三相模型/广义自洽模型/Christensten公式  22-23
    1.2.9 相互作用直推法(IDD法)  23
    1.2.10 各细观力学方法小结  23
  1.3 数值方法  23-30
    1.3.1 显微结构建模方法  23-27
    1.3.2 控制方程求解的数值方法  27-30
  1.4 本文主要研究内容  30-31
第2章数值方法与程序设计  31-49
  2.1 参数化随机建模方法  31-34
    2.1.1 颗粒增强型复合材料的显微结构  31-33
    2.1.2 纤维增强型复合材料的显微结构  33-34
  2.2 求解控制方程的格子Boltzmann方法  34-42
    2.2.1 控制方程  34-35
    2.2.2 格子Boltzmann方法  35-37
    2.2.3 从格子Boltzmann方法到控制方程  37-42
  2.3 程序设计  42-49
    2.3.1 变量设计  42-43
    2.3.2 程序流程  43-49
第3章多相复合材料等效物理性能预测  49-71
  3.1 各物理性能预测  49-58
    3.1.1 热导率  49-52
    3.1.2 电导率  52-53
    3.1.3 介电常数  53-56
    3.1.4 弹性模量  56-58
  3.2 增强相与基体相性能比值对等效性能的影响  58-60
  3.3 颗粒尺寸对性能的影响  60-64
  3.4 各向异性性对等效性能的影响  64-66
  3.5 相界面结合程度对性能的影响  66-69
  3.6 显微结构形态对性能的影响  69-71
第4章全文工作总结及展望  71-74
  4.1 总结  71-72
  4.2 展望  72-74
参考文献  74-81
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  81-82
致谢  82

多相复合材料等效物理性能预测

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