碳纖維增強木基復合材料多尺度的電學性能仿真研究.pdf

1、學位論文學校代碼：10225學號：S16379碳纖維增強木基復合材料多尺度的電學性能仿真研究指導教師姓名：申請學位級別：論文提交日期：授予學位單位：朱曉龍孫麗萍教授工學碩士2016年4月東北林業(yè)大學東北林業(yè)大學學科專業(yè)：控制理論與控制工程論文答辯日期：2016年6月授予學位日期：2016年6月答辯委員會主席：論文評閱人：聾多冬符蒜太學摘要摘要隨著科技和生活水半的不斷提高，人們日益注重資源的重復利用和可持續(xù)發(fā)展。木質材料作為應用領域極廣、

2、使用歷史最為久遠的資源，一直深受人類的喜愛。然而，純木質材料在很多方面已經不能滿足需求。例如無特殊情況下木質材料的電阻值極大。常溫下，即便是含水率為25％的木質材料其電阻值也能達到數兆歐姆。然而，復合材料的出現在很多方面彌補了純木質材料的缺陷。碳纖維增強木基復合材料(CFEWC，carbonfiberenhancedwoodcomposites)由于具有碳纖維良好的特性，如較強的力學性能、較低的熱膨脹系數和良好的導電性等，從而增強了木基

3、復合材料的力學、電學等多方面性能。本義主要針對碳纖維增強木基復合材料的電學性能進行了多尺度的研究，其力學性能也在實驗中與純木質材料進行簡單的對比。通過制取復合材料并對其電學性能進行研究，不僅能夠將廢棄的木屑重新加工利用，而且可以探究其在某些腐蝕環(huán)境中代替金屬材料工作，起到導電和電磁屏蔽的效果。由于碳纖維的尺寸、含量、攪拌方法、周圍環(huán)境的溫度和濕度等都會對碳纖維復合材料的導電性能產生影響。因此首先通過介紹復合樣板的工藝流程，從而制取含有不

4、同碳纖維含量的單貼面和雙貼面復合樣板對它們的力學參數進行測量，并通過測量數據對比進行簡單的分析。再對復合樣板的電學參數(介電常數、電容、正切損耗角、表面電阻率和電磁屏蔽)進行測量，從宏觀尺度、細觀尺度和微觀尺度歸納、分析電學參數的變化。從而獲得碳纖維含量、制板方式和溫度對復合材料特性的影響規(guī)律，為后續(xù)的ANSYS建模仿真提供實驗數據。碳纖維增強木基復合材料的多尺度建模主要是在ANSYSl40的工作環(huán)境下，從宏觀、細觀和微觀三個方面進行的

5、二維和三維的幾何模型仿真。通過對復合樣板進行宏觀尺度的二維模型建立，可直觀的觀察到不同樣板的表面電勢差分布。通過對復合樣板進行細觀尺度的三維模型建立，可獲得樣板的電磁場大小。通過對復合樣板進行微觀尺度的二維、三維模型建立，能夠模擬出樣板電流密度和微觀粒子帶點情況。設置不同的相關參數值還可以對比觀察這些樣板電學性能的變化。再結合MATLAB數據曲線進行分析，從多尺度全面的研究了碳纖維增強木基復合材料的電學性能。為碳纖維增強木基復合材料制備