基于Voronoi模型的多孔泡沫材料導(dǎo)熱及彈性性能研究.pdf

1、多孔泡沫材料是由固體骨架和大量孔隙形成的新型功能結(jié)構(gòu)材料，由于孔隙幾何結(jié)構(gòu)的隨機性，使其具有相對密度小、比表面積大、高孔隙率、高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、隔音、吸能、抗沖擊等特點。隨著科技的發(fā)展，多孔泡沫材料的這些優(yōu)良特性可以很好滿足人們對新型材料小型化、輕量化的需求，比常規(guī)材料更能適應(yīng)未來的發(fā)展，因此對其性能的研究尤為重要。
　　與連續(xù)介質(zhì)相比，由于包含大量隨機分布的孔隙，孔隙尺寸大小不一，導(dǎo)致多孔泡沫材料的性能預(yù)測變得復(fù)雜?？紤]實

2、際泡沫材料大多是非均質(zhì)材料，多孔泡沫材料的性能與孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)，僅用孔隙率已不足以描述真實材料的孔隙結(jié)構(gòu)。本文用數(shù)值模擬分析方法，模擬非均質(zhì)泡沫模型的導(dǎo)熱過程和線彈性壓縮過程，研究孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對多孔泡沫材料導(dǎo)熱性能及力學性能的影響。本文主要研究內(nèi)容包括：
　　建立多孔材料二維非均質(zhì)模型?；赩oronoi分布圖建立二維Voronoi泡沫模型，定義孔隙隨機度 S，和孔隙率ε一同作為孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨機度越大材料孔隙幾何結(jié)構(gòu)越隨機，隨機度

3、越小材料越規(guī)則。通過調(diào)節(jié)核點位置偏移因子α和邊寬系數(shù)β改變模型的隨機度S和孔隙率ε。
　　導(dǎo)熱性能方面，應(yīng)用MATLAB和ANSYS等軟件建立二維Voronoi多孔泡沫模型，進行導(dǎo)熱數(shù)值模擬，計算模型的相對有效導(dǎo)熱系數(shù)，分析孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和相對有效導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明隨機度和孔隙率同時影響多孔泡沫材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)。當隨機度一定時，隨著孔隙率增大，材料有效導(dǎo)熱系數(shù)減??；當孔隙率一定時，隨著隨機度的增大，有效導(dǎo)熱系數(shù)減小。根據(jù)有限

4、元數(shù)值模擬結(jié)果，擬合了相對有效導(dǎo)熱系數(shù)由孔隙率和隨機度組成的函數(shù)表達式。
　　力學性能方面，基于二維Voronoi多孔泡沫模型，對彈性壓縮過程進行數(shù)值模擬分析，計算模型的有效彈性模量，分析孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對相對有效彈性模量的關(guān)系，結(jié)果表明相對彈性模量不僅與孔隙率有關(guān)，還受隨機度的影響。當隨機度一定時，隨著孔隙率增大，材料有效彈性模量減??；當孔隙率一定時，隨著隨機度的增大，有效彈性模量減小。根據(jù)有限元數(shù)值模擬結(jié)果，擬合了非均質(zhì)多孔泡沫材