环氧树脂/碳化硅复合材料导热性能的多尺度模拟研究
发布时间：2022-01-05 17:35
随着经济的发展和科技的进步,人们对导热高分子材料的应用提出了更高的要求。由于现有理论和实验条件的限制,越来越多的研究者们开始用模拟的方法来探究高分子材料的导热机理。本文以环氧树脂（EP）、碳化硅（SiC）为研究对象,首先在微观尺度上采用非平衡分子动力学模拟（NEMD）的方法研究了SiC粒径对EP/SiC复合材料导热性能的影响;研究了交联度对EP/SiC复合材料界面热导的影响;其次考虑到微观模拟的局限性,采用宏观有限元模拟（FEM）的方法,将微观的模拟结果作为输入参数,研究了SiC体积份率、随机分布对EP/SiC复合材料导热性能的影响。通过微观-宏观相结合的方法探究了高分子材料的导热机理,为改善高分子复合材料的导热性能提供了一定的理论预测和指导。主要研究内容:（1）研究了SiC粒径对EP/SiC复合材料导热性能的影响。结果表明复合材料的热导率会随着SiC粒径的增大而增大。分析了复合体系的振动能谱（VPS）变化情况,结果表明EP、SiC的VPS重叠区域面积会随着SiC粒径的增大而减小,说明两者之间的声子碰撞逐渐减弱,整体热导逐渐增大;EP的VPS曲线峰值会随着SiC粒径的增大而减小,并开始...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高分子材料的导热概述
1.2 高分子材料的导热机理
1.2.1 微观尺度的导热机理
1.2.2 宏观尺度的导热机理
1.3 分子动力学模拟（MD）概述
1.3.1 平衡分子动力学模拟（EMD）方法
1.3.2 非平衡分子动力学模拟（NEMD）方法
1.4 宏观有限元模拟（FEM）概述
1.5 高分子材料导热研究现状
1.5.1 本征型导热高分子材料的MD研究现状
1.5.2 填充型导热高分子复合材料的MD研究现状
1.5.3 高分子复合材料导热性能的FEM研究现状
1.6 本文主要研究内容
2 SiC粒径对EP/SiC复合材料导热性能影响的MD研究
2.1 模型构建
2.1.1 无定型模型构建
2.1.2 perl脚本实现动态交联反应
2.1.3 降温
2.2 热导率的NEMD计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 平衡的判定
2.3.2 温度的分布
2.3.3 振动能谱（VPS）分析
2.3.4 均方位移（MSD）分析
2.3.5 均方回转半径（RG）分析
2.3.6 径向分布函数（RDF）分析
2.4 本章小结
3 交联度对EP/SiC复合材料界面热导影响的MD研究
3.1 模型构建
3.2 界面热导的NEMD计算
3.3 结果与讨论
3.3.1 平衡的判定
3.3.2 温度的分布
3.3.3 振动能谱（VPS）分析
3.3.4 均方位移（MSD）分析
3.3.5 均方回转半径（RG）分析
3.3.6 径向分布函数（RDF）分析
3.4 本章小结
4 SiC体积份率、随机分布对EP/SiC复合材料导热性能影响的FEM研究
4.1 模型构建及模拟细节
4.1.1 模型的构建及独立网格的划分
4.1.2 材料属性的定义及组装体的完成
4.1.3 分析步的设置
4.1.4 相互作用的设置及外加载荷的施加
4.2 结果与讨论
4.2.1 碳化硅体积份率对环氧树脂/碳化硅复合材料导热性能的影响
4.2.2 碳化硅随机分布对环氧树脂/碳化硅复合材料导热性能的影响
4.3 本章小结
5 结论
5.1 本文的主要结论
5.2 本文主要创新之处及存在问题
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和多孔介质不同动力耦合形式数值分析[J]. 刘宝,苏谦,刘亭,李婷. 振动与冲击. 2017(09)
[2]深水网箱护栏力学性能分析及优化[J]. 刘海阳,王绍敏,黄小华,陶启友,胡昱,郭根喜,宋利明. 农业工程学报. 2017(04)
[3]导热高分子材料的研究与应用[J]. 李福君. 化工管理. 2017(01)
[4]石墨烯基环氧树脂复合热界面材料的制备及热性能[J]. 唐波,许继星,黄维秋. 硅酸盐学报. 2017(01)
[5]基于拉曼散射的石墨烯/氧化硅界面传热研究[J]. 李满,赵晓龙,肖湘衡,岳亚楠. 工程热物理学报. 2016(09)
[6]石墨烯/聚乙烯界面导热性能的分子动力学模拟[J]. 王建,苗瑞珍,刘伟帅,康志鹏,荆兴斌,付一政,赵贵哲. 分子科学学报. 2016(02)
[7]微注塑散热器流动诱导热导率变化的多尺度数值预测[J]. 杨灿,曹泽卫,尹晓红,阚君武,程光明,李熹平. 光学精密工程. 2016(03)
[8]导热高分子复合材料的研究进展[J]. 张忠勇,李明. 学园. 2016(05)
[9]矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解[J]. 师文豪,杨天鸿,刘洪磊,杨斌,杨鑫,周永发. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[10]鳞片石墨填充聚酰胺/聚丙烯导热复合材料的研究[J]. 徐华根,彭新涛,周军杰,陈晓东,刘引烽. 工程塑料应用. 2015(09)
博士论文
[1]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
[2]聚酰亚胺/氮化铝复合材料的制备与性能研究[D]. 王家俊.浙江大学 2001
硕士论文
[1]环氧树脂基复合材料的导热性能研究[D]. 张成雨.哈尔滨工业大学 2016
[2]碳纳米管/天然橡胶复合材料导热系数分子动力学模拟[D]. 宋云鹏.青岛科技大学 2015
[3]碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料导热系数分子动力学模拟[D]. 杨刚.青岛科技大学 2013
[4]低维纳米结构导热性质的分子动力学模拟与实验研究[D]. 李元伟.清华大学 2012
[5]纳米复合材料中热输运的分子动力学模拟[D]. 黄小鹏.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3570779
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高分子材料的导热概述
1.2 高分子材料的导热机理
1.2.1 微观尺度的导热机理
1.2.2 宏观尺度的导热机理
1.3 分子动力学模拟（MD）概述
1.3.1 平衡分子动力学模拟（EMD）方法
1.3.2 非平衡分子动力学模拟（NEMD）方法
1.4 宏观有限元模拟（FEM）概述
1.5 高分子材料导热研究现状
1.5.1 本征型导热高分子材料的MD研究现状
1.5.2 填充型导热高分子复合材料的MD研究现状
1.5.3 高分子复合材料导热性能的FEM研究现状
1.6 本文主要研究内容
2 SiC粒径对EP/SiC复合材料导热性能影响的MD研究
2.1 模型构建
2.1.1 无定型模型构建
2.1.2 perl脚本实现动态交联反应
2.1.3 降温
2.2 热导率的NEMD计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 平衡的判定
2.3.2 温度的分布
2.3.3 振动能谱（VPS）分析
2.3.4 均方位移（MSD）分析
2.3.5 均方回转半径（RG）分析
2.3.6 径向分布函数（RDF）分析
2.4 本章小结
3 交联度对EP/SiC复合材料界面热导影响的MD研究
3.1 模型构建
3.2 界面热导的NEMD计算
3.3 结果与讨论
3.3.1 平衡的判定
3.3.2 温度的分布
3.3.3 振动能谱（VPS）分析
3.3.4 均方位移（MSD）分析
3.3.5 均方回转半径（RG）分析
3.3.6 径向分布函数（RDF）分析
3.4 本章小结
4 SiC体积份率、随机分布对EP/SiC复合材料导热性能影响的FEM研究
4.1 模型构建及模拟细节
4.1.1 模型的构建及独立网格的划分
4.1.2 材料属性的定义及组装体的完成
4.1.3 分析步的设置
4.1.4 相互作用的设置及外加载荷的施加
4.2 结果与讨论
4.2.1 碳化硅体积份率对环氧树脂/碳化硅复合材料导热性能的影响
4.2.2 碳化硅随机分布对环氧树脂/碳化硅复合材料导热性能的影响
4.3 本章小结
5 结论
5.1 本文的主要结论
5.2 本文主要创新之处及存在问题
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和多孔介质不同动力耦合形式数值分析[J]. 刘宝,苏谦,刘亭,李婷. 振动与冲击. 2017(09)
[2]深水网箱护栏力学性能分析及优化[J]. 刘海阳,王绍敏,黄小华,陶启友,胡昱,郭根喜,宋利明. 农业工程学报. 2017(04)
[3]导热高分子材料的研究与应用[J]. 李福君. 化工管理. 2017(01)
[4]石墨烯基环氧树脂复合热界面材料的制备及热性能[J]. 唐波,许继星,黄维秋. 硅酸盐学报. 2017(01)
[5]基于拉曼散射的石墨烯/氧化硅界面传热研究[J]. 李满,赵晓龙,肖湘衡,岳亚楠. 工程热物理学报. 2016(09)
[6]石墨烯/聚乙烯界面导热性能的分子动力学模拟[J]. 王建,苗瑞珍,刘伟帅,康志鹏,荆兴斌,付一政,赵贵哲. 分子科学学报. 2016(02)
[7]微注塑散热器流动诱导热导率变化的多尺度数值预测[J]. 杨灿,曹泽卫,尹晓红,阚君武,程光明,李熹平. 光学精密工程. 2016(03)
[8]导热高分子复合材料的研究进展[J]. 张忠勇,李明. 学园. 2016(05)
[9]矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解[J]. 师文豪,杨天鸿,刘洪磊,杨斌,杨鑫,周永发. 岩石力学与工程学报. 2016(03)
[10]鳞片石墨填充聚酰胺/聚丙烯导热复合材料的研究[J]. 徐华根,彭新涛,周军杰,陈晓东,刘引烽. 工程塑料应用. 2015(09)
博士论文
[1]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
[2]聚酰亚胺/氮化铝复合材料的制备与性能研究[D]. 王家俊.浙江大学 2001
硕士论文
[1]环氧树脂基复合材料的导热性能研究[D]. 张成雨.哈尔滨工业大学 2016
[2]碳纳米管/天然橡胶复合材料导热系数分子动力学模拟[D]. 宋云鹏.青岛科技大学 2015
[3]碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料导热系数分子动力学模拟[D]. 杨刚.青岛科技大学 2013
[4]低维纳米结构导热性质的分子动力学模拟与实验研究[D]. 李元伟.清华大学 2012
[5]纳米复合材料中热输运的分子动力学模拟[D]. 黄小鹏.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：3570779
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