碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料多尺度的電學(xué)性能仿真研究.pdf

1、學(xué)位論文學(xué)校代碼：10225學(xué)號(hào)：S16379碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料多尺度的電學(xué)性能仿真研究指導(dǎo)教師姓名：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：論文提交日期：授予學(xué)位單位：朱曉龍孫麗萍教授工學(xué)碩士2016年4月東北林業(yè)大學(xué)東北林業(yè)大學(xué)學(xué)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(xué)位日期：2016年6月答辯委員會(huì)主席：論文評(píng)閱人：聾多冬符蒜太學(xué)摘要摘要隨著科技和生活水半的不斷提高，人們?nèi)找孀⒅刭Y源的重復(fù)利用和可持續(xù)發(fā)展。木質(zhì)材料作為應(yīng)用領(lǐng)域極廣、

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

3、復(fù)合材料的力學(xué)、電學(xué)等多方面性能。本義主要針對(duì)碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料的電學(xué)性能進(jìn)行了多尺度的研究，其力學(xué)性能也在實(shí)驗(yàn)中與純木質(zhì)材料進(jìn)行簡單的對(duì)比。通過制取復(fù)合材料并對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行研究，不僅能夠?qū)U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(dǎo)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(huì)對(duì)碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響。因此首先通過介紹復(fù)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(fù)合樣板對(duì)它們的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量，并通過測量數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)行簡單的分析。再對(duì)復(fù)合樣板的電學(xué)參數(shù)(介電常數(shù)、電容、正切損耗角、表面電阻率和電磁屏蔽)進(jìn)行測量，從宏觀尺度、細(xì)觀尺度和微觀尺度歸納、分析電學(xué)參數(shù)的變化。從而獲得碳纖維含量、制板方式和溫度對(duì)復(fù)合材料特性的影響規(guī)律，為后續(xù)的ANSYS建模仿真提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)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(xì)觀和微觀三個(gè)方面進(jìn)行的

5、二維和三維的幾何模型仿真。通過對(duì)復(fù)合樣板進(jìn)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(duì)復(fù)合樣板進(jìn)行細(xì)觀尺度的三維模型建立，可獲得樣板的電磁場大小。通過對(duì)復(fù)合樣板進(jìn)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(diǎn)情況。設(shè)置不同的相關(guān)參數(shù)值還可以對(duì)比觀察這些樣板電學(xué)性能的變化。再結(jié)合MATLAB數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行分析，從多尺度全面的研究了碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料的電學(xué)性能。為碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料制備