机械工程材料，
MATERIALS FOR MECHANCAL ENGINEERING
2015年5月第39卷第5期Vol.39No.5May.2015
中空玻璃珠/环氧树脂复合材料导热系数的有限元模拟
蒋潇，贺铸，高标，蔡辉，刘春欢，许志安，祝鑫阳
（武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉430081）
摘要：通过有限元模拟方法，用ANSYS软件建立了4种中空玻璃珠随机分布的中空玻璃珠(HGB)/环氧树脂复合材料的数学模型，计算得到了复合材料常温下的导热系数，并与文献中的试验结果进行了对比。结果表明：HGB的热绝缘效果非常星著，随着HGB体积分数增大，HGB/环氧树脂复合材料的导热系数线性减小，模拟结果与文献中的试验结果相符，证明了模拟结果的准确性。
关键词：中空玻璃珠/环氧树脂复合材料；导热系数；有限元法
中图分类号：TB332
文献标志码：A
文章编号：1000-3738(2015)05-0093-04
Modeling of Thermal Conductivity of Hollow-Glass-Bead/Epoxy
ResinCompositebyFiniteElementMethod
JIANG Xiao, HE Zhu,GAO Biao, CAI Hui,LIU Chun-huan,XU Zhi-an,ZHU Xin-yang(Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization, Ministry of Education,
Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China)
Abstract; A mathematic model for four hollow-glass-bead(HGB) /epoxy resin composites with HGB random distribution was set up by finite element method using ANSYS software.The thermal conductivities of the composites at room temperature were calculated, and the predicted results were compared with the test results in Some reference. The results show that the thermal insulation effect of HGB was remarkable. With the incresse in volume fraction of HGBs, the thermal conductivity of HGB/epoxy resin composites linearly decreased, The predicted results in accordance with the experimental results in the reference were proved to be accurate.
Key words: hollow-glass-bead (HGB)/epoxy resin composite; thermal conductivity; finite element method
0引言
在众多聚合物中，环氧树脂以其优异的粘接性、耐腐蚀性、低介电常数以及较低的固化收缩率等特点而得到广泛应用，但其固有的缺点如耐冲击损伤能力、韧性、耐热性能较差等也限制了它的进一步应用[1-3]。为了提高环氧树脂的弹性模量、断裂韧性和弯曲强度(4-7，通常采用在其中加人中空玻璃珠(HGB)等的方法来改性。HGB/环氧树脂复合材料通常称为合成泡沫，它的主要特点是密度低，是一种力学性能优异，集减振、绝缘、低导热、防火于一体的多功能材料[8-10]。
收稿日期：2013-12-13;修订日期：2014-11-05
基金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAK06B02）作者第介：蒋满（1992一），男，潮南风凰人，硕士研究生。
导师(通讯作者)：贺铸副教投万方数据
导热系数是表征复合材料导热性能的重要参数。HGB/环氧树脂复合材料是三元复合材料， HGB在聚合物中的分布具有很大的随机性，其传热过程比较复杂。近些年已有学者通过试验对HGB 的导热系数进行了测试[]，Patankar等[12]对HGB 改性高密度聚乙烯（HDPE)进行了研究，赵斌等(13) 对Al,O,/环氧树脂复合材料的导热性能进行了研究。但是采用试验测定复合材料导热系数的方法不仅耗时耗力、成本高，而且在记录试验数据时会产生不可避免的误差。近年来随着计算机技术的发展，人们开始采用有限元模拟方法来研究复合材料的导热系数，该方法具有节约成本、省时省力、避免记录误差等优势，而且可以固定某些变量，通过单独改变某一参数以研究该参数对导热系数的影响。采用有限元模拟方法来预测聚合物基复合材料导热性能的研究引起了越来越多的关注[14-15]，如Liang等[16]
·93.