碳化硅木材陶瓷复合材料微结构形状的优化.pdf

宁夏大学硕士学位论文碳化硅木材陶瓷复合材料微结构形状的优化姓名:王福申请学位级别:硕士专业:固体力学指导教师:何力军 20080401 宁夏人!≯硕f‘学何论文摘耍曼曼鼍曼罡皇皇曼曼!!曼量舅曼曼曼曼曼曼曼!蔓皇曼曼曼兰曼皇曼曼皇I一?I I?一III一一I曼曼曼舅曼曼毫曼曼曼蔓璺曼摘要随着可持续性发展战略的提出,开发利用同体废弃物和可再生的生物资源对于环境保护具有非常重要的意义。可再生生物资源在高性能复合材料制备中的作用越来越大,木材是一种可再生的、天然多孔性高分子材料,其优异的结构形态为陶瓷基复合材料提供了成型的骨架。碳化硅木材陶瓷复合材料是一种利用木材和单质硅或正硅酸乙酯通过仿生技术制成的新型多孔陶瓷复合材料,是一种典型的环境材料。一方面它继承了自然木材特殊的孔状结构,另一方面它又具有了陶瓷的性能。由于其结构和组成材料的特殊性,在力学、热学、电磁学和摩擦学等方面具有优异的特性,经加T后可广泛用作电极、发热体、电机碳刷、刹车衬里、耐腐蚀材料、绝热材料、过滤材料等,是2l世纪某些不可再生材料的理想替代品,具有广阔的应用前景。目前国内外对于木材陶瓷的研究主要集中在木材陶瓷的制备工艺和基本性能表征方面,对于材料微结构形状的优化研究比较少,材料微结构的拓扑形状对材料的宏观力学性质有十分巨人的影响。本文主要工作集中在碳化硅木材陶瓷复合材料微结构的建模及其形状优化上,即把组成碳化硅木材陶瓷复合材料微观胞元横截面假设为正方形,将组成材料微观胞元中各材料层的相对厚度及胞元旋转角作为设计参数,分别选取材料结构的柔度和材料比刚度作为目标函数,采用结构力学中的柔度最小原理和复合材料力学中的比刚度最大原理作为优化准则,使用原一对偶牛顿内点法求出设计参数的最优值。同时,使用均匀化理方法计算材料有效力学性能,基于zZ法的精细化自适应网格应用于材料微结构中,求解出材料的均匀化弹性系数。在现有均匀化有限元程序的基础上,改写了适用于本文问题的均匀化有限元程序,编写了相应的优化程序。关键词:木材陶瓷,均匀化方法,形状优化,原一对偶牛顿内点算法,均匀化弹性系数宁夏人学预l:学位论文 Abstract Abstract Wim theadvance ofsustainable development strategy,development and utilizationofsolidwaste and renewablebiological resources forenvironmentalprotection very important significance. Renewablebiological resources inhigh-posite materials play more andmore role, wood arenewable,naturalporous polymer materials,the structure ofMerit for posites pro、,idesmolding new porous ceramic materials posite silicon carbide woodceramics is akind ofcarbon materialmade from wood and Single-quality silicon the same time,it is atypical Ecomaterials designed on the one hand,it inherits thenatural wood specialporous structure,on theotherhand,it hastheproperties on itsspecial structure posites,it shows special characteristics inmechanicals,thermals,ics andother areas,after thepost- Can bewidely used aselectrodes,fever body,brushless motor,brake linings,corrosion-resistant materials,insulation materials,filter materials,it alsothe substituteofnon·renewable materials inthe2 stcentury andhasbroad application prospects. Atpresent,both domestic