[發明專利]一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法

在審

• 申請號: 202210759782.1
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115081286A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 陳思琪;卞星明;熊沛琪;伍珈樂;劉淼;沈博洋
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25;G06F30/10;G06F111/08;G06F113/26;G06F119/08
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李曉曉

1.一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，包括：

S1：根據復合材料的SEM圖，建立反映材料整體形貌的體積元模型；

S2：在體積元模型中隨機選取一對代表填料顆粒的立方體，進行接觸檢測，通過軸投影的方法分別計算得到填料顆粒面面接觸概率和面邊接觸概率；

S3：根據有限元方法計算得到的面面接觸和面邊接觸模式下的接觸面法向熱流密度，通過S2中得到的填料顆粒面面接觸概率和面邊接觸概率，計算得到最終的填料顆粒整體接觸概率，并對比多組不同填料粒徑和體積分數下實驗測得的復合材料導熱率和接觸概率的變化曲線，得到接觸概率與導熱率歸一化數值比較圖，通過接觸概率與導熱率歸一化數值比較圖得到復合材料導熱率。

2.根據權利要求1所述的一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，所述S1中復合材料由聚合物基體和無機填料組成。

3.根據權利要求2所述的一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，所述S1中體積元模型中用大立方體表示聚合物基體，用互不重疊的小立方體表示無機填料，據實際填料粒徑和體積分數確定小立方體的邊長和數量，使用Matlab的隨機函數確定填料中心位置，建立體積元模型：

式中：N_f表示填料顆粒數；V表示復合材料總體積；VOL_f表示填料體積分數；V_f為單個填料體積；D_f為立方體填料邊長。

4.根據權利要求1所述的一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，所述S2中通過軸投影的方法分別計算得到填料顆粒面面接觸概率和面邊接觸概率具體為：

將凸邊形碰撞檢測的向量離析法用于三維空間中的立方體，離析軸變為離析面，選取兩個立方體填料顆粒，兩個填料顆粒在離析面垂直向量軸上作投影；通過離析面數量判定兩填料顆粒是否平行，若平行，則接觸形式為面面接觸；若不平行，則接觸形式為面邊接觸；計算兩填料顆粒的離析面垂直向量軸投影，如果不存在重合部分，則兩個填料顆粒不接觸，否則將繼續計算其余離析面垂直向量軸上的投影；當且僅當所有離析面垂直向量軸上兩填料顆粒的投影均有重合部分時，判定填料顆粒接觸；繼續檢測下一對填料顆粒是否接觸，直至窮盡體積元模型中的填料顆粒對，由此得到填料顆粒面面接觸和面邊接觸的對數。

5.根據權利要求4所述的一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，所述接觸形式具體判斷方法如下：

所述兩個立方體填料顆粒為A和B，將A和B的方向軸分別定義為兩個向量組OA[3]和OB[3]，對應兩個尺寸數組DA[3]和DB[3]，PA和PB是兩個填料顆粒的中心點；OA[3]和OB[3]向量組的元素分別為立方體A和B的三個軸向量，DA[3]和DB[3]標量組的元素分別為立方體A和B在三個軸方向上的長度；

尋找離析面垂直向量軸，兩立方體離析面分為兩類，一類平行于立方體的任意面，另一類的法向量則由兩填料顆粒各取一個軸向量叉乘得到，稱所有離析面垂直向量軸向量的集合為SA[j]，j為垂直向量軸向量個數；通過離析面垂直向量軸數量判定兩立方體是否平行，若數量為3則平行，接觸形式為面面接觸；若數量大于3則不平行，接觸形式為面邊接觸。

6.根據權利要求4所述的一種基于向量離析法預測復合材料導熱率的方法，其特征在于，所述判定填料顆粒接觸的方法具體為：

計算兩填料顆粒的離析面垂直向量軸投影，如果存在下式的不等式關系：

則兩個填料顆粒不接觸，否則繼續計算其余離析面垂直向量軸上的投影，當且僅當所有離析面垂直向量軸上兩填料顆粒的投影均有重合部分時，判定兩填料顆粒接觸。