礦物復(fù)合材料中尺度建模-模擬-優(yōu)化.pdf

1、礦物復(fù)合材料是以改性環(huán)氧樹脂為膠結(jié)料，礦物顆粒為骨料顆粒，并添加填料而形成的一種新型復(fù)合材料。礦物復(fù)合材料具有較好的振動(dòng)阻尼性能、較低的熱膨脹率以及熱傳導(dǎo)速度，以其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼等材料作為精密機(jī)床構(gòu)件，可以在很大程度上提高機(jī)床的加工精度。但礦物復(fù)合材料也存在著力學(xué)性能不足等缺陷，制約著其應(yīng)用的廣泛性。影響礦物復(fù)合材料力學(xué)性能以及熱學(xué)性能的因素包括:骨料顆粒級(jí)配、骨料顆粒及膠結(jié)料的物理性能等。因此，采用適當(dāng)?shù)墓橇霞?jí)配，選取物理性能較

2、好的骨料顆粒以及膠結(jié)料，可以有效地改善礦物復(fù)合材料的性能。
　　本文根據(jù)瓦拉文算法，推導(dǎo)出富勒級(jí)配、沙氏級(jí)配以及離散型級(jí)配的2D等效公式。根據(jù)不同級(jí)配方法下骨料顆粒的3D質(zhì)量分布曲線，通過相應(yīng)的2D等效公式，轉(zhuǎn)換為2D截面積分布曲線，并依此編寫礦物復(fù)合材料骨料顆粒隨機(jī)投放的MATLAB程序，同時(shí)采用多邊形徑向延縮方法隨機(jī)生成各尺寸的骨料顆粒形狀，從而生成不同級(jí)配方法的礦物復(fù)合材料的2D中尺度模型。使用LS-DYNA有限元軟件，模擬

3、分析了富勒級(jí)配、沙氏級(jí)配等級(jí)配的礦物復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱膨脹性能以及熱傳導(dǎo)性能，分析了不同級(jí)配方法對(duì)礦物復(fù)合材料性能的影響，得到了綜合性能最佳的骨料顆粒級(jí)配方法。使用LS-OPT優(yōu)化軟件優(yōu)化了礦物復(fù)合材料的力學(xué)以及熱學(xué)性能，得到了骨料和膠結(jié)料的屈服強(qiáng)度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)礦物復(fù)合材料的力學(xué)以及熱學(xué)性能的影響趨勢(shì)，并可依此獲得性能優(yōu)化的材料結(jié)構(gòu)。通過礦物復(fù)合材料的中尺度結(jié)構(gòu)建模與性能模擬，可以分析各組分性能以及材料