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高密度多相非球形颗粒材料导热性能的数值模拟研究

计算力学在工程中的应用 > 计算岩土力学与岩土工程

清晰地理解颗粒材料的热传导性能直接关乎到对工程保温材料和功能导热材料的设计和应用。现有的理论模型处理高密度颗粒材料的能力有限，因此本文将从数值角度出发，目的在于建立一种针对高密度多相颗粒复合材料有效导热系数的预测机制。本文将颗粒材料视作为由均质化基体、椭圆形颗粒及其周围界面组成的三相复合材料。利用离散元方法构建堆积密度高达80%的硬化椭圆颗粒随机紧密堆积结构；对颗粒周围界面进行精确构建；采用随机游走机制和有限元模拟两种数值策略分析含有高堆积密度的椭圆颗粒三相材料的热导率。与有效介质理论结果进行比较，证实目前的数值模型的精度是可靠的。利用该数值模型，颗粒的几何性质以及界面性能对颗粒材料的热导率的影响被定量分析。本文建立的数值模型不仅提供了一种有效的技术手段用于评估高体积含量的颗粒增强复合材料有效传导性能，而且适用于设计含多相夹杂复合材料及其他有效物理力学性能的评估。