碳化硅木材陶瓷復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化.pdf

1、隨著可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的提出，開發(fā)利用固體廢棄物和可再生的生物資源對于環(huán)境保護(hù)具有非常重要的意義?？稍偕镔Y源在高性能復(fù)合材料制備中的作用越來越大，木材是一種可再生的、天然多孔性高分子材料，其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)形態(tài)為陶瓷基復(fù)合材料提供了成型的骨架。碳化硅木材陶瓷復(fù)合材料是一種利用木材和單質(zhì)硅或正硅酸乙酯通過仿生技術(shù)制成的新型多孔陶瓷復(fù)合材料，是一種典型的環(huán)境材料。一方面它繼承了自然木材特殊的孔狀結(jié)構(gòu)，另一方面它又具有了陶瓷的性能。由于其結(jié)構(gòu)和組

2、成材料的特殊性，在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和摩擦學(xué)等方面具有優(yōu)異的特性，經(jīng)加工后可廣泛用作電極、發(fā)熱體、電機(jī)碳刷、剎車襯里、耐腐蝕材料、絕熱材料、過濾材料等，是21世紀(jì)某些不可再生材料的理想替代品，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 目前國內(nèi)外對于木材陶瓷的研究主要集中在木材陶瓷的制備工藝和基本性能表征方面，對于材料微結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化研究比較少，材料微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顚Σ牧系暮暧^力學(xué)性質(zhì)有十分巨大的影響。本文主要工作集中在碳化硅木材陶瓷復(fù)合材料微

3、結(jié)構(gòu)的建模及其形狀優(yōu)化上，即把組成碳化硅木材陶瓷復(fù)合材料微觀胞元橫截面假設(shè)為正方形，將組成材料微觀胞元中各材料層的相對厚度及胞元旋轉(zhuǎn)角作為設(shè)計(jì)參數(shù)，分別選取材料結(jié)構(gòu)的柔度和材料比剛度作為目標(biāo)函數(shù)，采剛結(jié)構(gòu)力學(xué)中的柔度最小原理和復(fù)合材料力學(xué)中的比剛度最大原理作為優(yōu)化準(zhǔn)則，使用原-對偶牛頓內(nèi)點(diǎn)法求出設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)值。同時(shí)，使用均勻化理方法計(jì)算材料有效力學(xué)性能，基于ZZ法的精細(xì)化自適應(yīng)網(wǎng)格應(yīng)用于材料微結(jié)構(gòu)中，求解出材料的均勻化彈性系數(shù)。在現(xiàn)有