礦物復合材料中尺度建模-模擬-優(yōu)化.pdf

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

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

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