碳纤维增强复合材料热性能的多尺度建模研究

摘要整理

碳纤维增强复合材料（CFRP）的层状纤维结构因高分子树脂基体导热系数低，导致厚度方向整体导热系数较低。在氢储存罐充装过程中改善复合材料内部传热能力可降低压缩功耗，而改进隔热性能则可最小化能量损失。因此深入理解复合材料热性能至关重要。本研究采用微观、介观和宏观三个尺度的多尺度建模方法，对平纹织物CFRP复合材料的热行为进行了数值模拟。通过数值预测、实验验证和解析模型对比，获得了良好的一致性结果。基于多尺度建模方法，开展了参数化研究，深入分析了各变量对复合材料导热系数的影响规律。研究表明，纤维体积分数和温度对复合材料导热系数的影响最为显著，纤维/基体界面层厚度的影响次之。基体孔隙率的影响相对较小，特别是在孔隙率5%~15%范围内影响有限。该研究为CFRP复合材料的热管理设计提供了理论基础。

相关论文