基于Voronoi模型的多孔泡沫材料導熱及彈性性能研究.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構材料，由于孔隙幾何結構的隨機性，使其具有相對密度小、比表面積大、高孔隙率、高導熱、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)介質相比，由于包含大量隨機分布的孔隙，孔隙尺寸大小不一，導致多孔泡沫材料的性能預測變得復雜?？紤]實

2、際泡沫材料大多是非均質材料，多孔泡沫材料的性能與孔隙結構相關，僅用孔隙率已不足以描述真實材料的孔隙結構。本文用數值模擬分析方法，模擬非均質泡沫模型的導熱過程和線彈性壓縮過程，研究孔隙結構參數對多孔泡沫材料導熱性能及力學性能的影響。本文主要研究內容包括：
　　建立多孔材料二維非均質模型。基于Voronoi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一同作為孔隙結構參數。隨機度越大材料孔隙幾何結構越隨機，隨機度

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

4、元數值模擬結果，擬合了相對有效導熱系數由孔隙率和隨機度組成的函數表達式。
　　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值模擬分析，計算模型的有效彈性模量，分析孔隙結構參數對相對有效彈性模量的關系，結果表明相對彈性模量不僅與孔隙率有關，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。根據有限元數值模擬結果，擬合了非均質多孔泡沫材