本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：隨著科技和生活水平的不斷提高,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、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)在很多方面彌補了純木質(zhì)材料的缺陷。碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料(CFEWC, carbon fiber enhanced wood composites)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)了木基復(fù)合材料的力學(xué)、電學(xué)等多方面性能。本文主要針對碳纖維增強(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)性能也在實驗中與純木質(zhì)材料進(jìn)行簡單的對比。通過制取復(fù)合材料并對其電學(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對碳纖維復(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,從而制取含有不同碳纖維含量的單貼面和雙貼面復(fù)合樣板對它們的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量,并通過測量數(shù)據(jù)對比進(jìn)行簡單的分析。再對復(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建模仿真提供實驗數(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ANSYS14.0的工作環(huán)境下,從宏觀、細(xì)觀和微觀三個方面進(jìn)行的二維和三維的幾何模型仿真。通過對復(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情況。設(shè)置不同的相關(guān)參數(shù)值還可以對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)合材料制備及其應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)和依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料 多尺度 電學(xué)性能 建模仿真
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.1.1 課題的來歷9
• 1.1.2 課題的研究背景9-10
• 1.2 課題研究的意義10
• 1.3 課題的發(fā)展與研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3.1 多尺度的發(fā)展與研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3.2 復(fù)合材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 課題研究的內(nèi)容12-14
• 2 多尺度方法的基本原理與建模基礎(chǔ)14-24
• 2.1 多尺度的簡介14
• 2.2 常用的多尺度模擬方法14-19
• 2.2.1 多尺度空間耦合法14-15
• 2.2.2 準(zhǔn)連續(xù)模擬法15-16
• 2.2.3 粗�；肿觿恿W(xué)法16-17
• 2.2.4 橋式過渡尺度法17-19
• 2.3 原子尺度有限元法19-21
• 2.4 建模軟件ANSYS簡介21-23
• 2.4.1 有限元分析基本原理22
• 2.4.2 ANSYS軟件的處理過程22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 碳纖維增強(qiáng)木基復(fù)合材料的制備與電學(xué)性能測試24-38
• 3.1 引言24
• 3.2 實驗材料和主要設(shè)備24-26
• 3.2.1 實驗主要材料24-25
• 3.2.2 實驗主要設(shè)備25-26
• 3.3 復(fù)合材料制備方法26-28
• 3.4 復(fù)合材料的力學(xué)性能測量28-29
• 3.5 復(fù)合材料的電學(xué)性能測量29-36
• 3.5.1 介電常數(shù)和損耗角正切測量29-31
• 3.5.2 電容測量31-32
• 3.5.3 表面電阻率測量32-33
• 3.5.4 電磁屏蔽測量33-36
• 3.6 本章小結(jié)36-38
• 4 碳纖維多尺度增強(qiáng)木基復(fù)合材料的建模仿真38-56
• 4.1 引言38
• 4.2 ANSYS在多尺度分析上的應(yīng)用38-39
• 4.3 ANSYS環(huán)境下的模型建立39-41
• 4.3.1 ANSYS的前置處理39-40
• 4.3.2 ANSYS的計算求解40-41
• 4.3.3 ANSYS的后置處理41
• 4.4 復(fù)合樣板宏觀尺度建模41-47
• 4.5 復(fù)合樣板細(xì)觀尺度建模47-50
• 4.6 復(fù)合樣板微觀尺度建模50-55
• 4.6.1 電流隨溫度變化微觀建模50-52
• 4.6.2 微觀導(dǎo)電粒子建模52-55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文61-62
• 致謝62-63

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本文編號：1122648