基于球型填充相复合材料有效导热系数的计算

第３１卷第９期２００８年９月

合肥工业大学学报（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

ＶｏＬ３１Ｎｏ．９

Ｓｅｐｔ．２００８

基于球型填充相复合材料有效导热系数的计算

刘祥宽１，

ＭｅｈａｒｉＳａｌｏｍｏｎ

１’２，

胡献国１

（１．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９；２．德国达姆斯达特应用大学，达姆斯达特Ｄ－－６４２９５）

摘要：文章运用数值单元体法建立了计算填充二硫化钼聚甲醛基复合材料有效导热系数的模型，提出了用有限元法和用求单元体模型的等效热阻来确定该复合材料等效导热系数２种计算方法，通过计算表明２种方法的计算结果比较接近，并运用上述方法研究了二硫化钼含量对聚甲醛基复合材料导热系数的影响规律。关键词：复合材料；等效导热系数；有限元中图分类号：ＴＱ３１４．２５８

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—５０６０（２００８）０９—１３７８—０４

Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆ

ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｓｐｈｅｒｉｃａｌｆｉｌｌｉｎｇｓ

ＬＩＵＸｉａｎｇ－ｋｕａｎ１，ＭｅｈａｒｉＳａｌｏｍｏｎ１”，ＨＵＸｉａｎ－ｇｕｏ

ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａａｒｄｔｒｉｎｇ１００，Ｄ－－５４２９５Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｍｍｎｙ）

１

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，ＣＫｌｌａ；２．ＨｏｃｈｓｅｈｕｌｅＤａｍｍｔａｄｔ，

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉＳｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈ

ａ

ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ

ｔＯ

ｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＥＴＣ）ｏｆｔｈｅｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＰＯＭ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉ—

ｓｕｌｆｉｄｅ（ＭｏＳ２）ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ａ

ｔＯ

ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄ

ａｎ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ

ａｒｅ

ａｄｏｐｔｅｄ

ｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅ

ａｒｅ

ｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｃｌｏｓｅｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｆｉｌｌｅｒｃｏｎｔｅｎｔ

ｏｎ

ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌ

ｃｏｎ－

ｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｍａｔｅｒｉａｌｉＳａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｂｏｖｅ－ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｌｅｘｍａｔｅｒｉａｌ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ

０引言

Ｃｈｅｎｇ－Ｖｏｃｈｏｎ模型等［１］。对于填充聚合物复合材料，Ｍａｘｗｅｌｌ等通过求解电场能量的方程推导出基体／球形粒子复合材料的电导率计算公式。Ｅｕｅｋｅｎ将电导率换为导热系数，从而得到Ｍａｘ—

复合材料构件具有较好的自润滑性和耐磨性，且综合性能优异，已经广泛应用于航空、汽车、精密仪器及电子电器等行业。但复合材料表面摩擦温升对其摩擦磨损性能具有重要的影响，大部分聚合物复合材料的导热性能差、熔点不高，若摩擦产生的热量不能及时地排出，将会影响构件的正常工作，导热系数是表征复合材料热性能的主要参数。

？国内外对复合材料传热特性进行了一系列的研究，目前已就两相的复合材料的导热与物理性能建立了多种预测模型ｊ如Ｂｒｕｇｇｅｎｍｅｎ模型及

收稿日期：２００７－０９—１２；修改日期：２００７—１１—１２

ｗｅｌｌ—Ｅｕｃｋｅｎ方程［２３。计算复合材料的导热系数

时，不仅需要考虑填料的含量，还需考虑各相的尺寸、形状、排列方式等微观结构形式［３“］。此外，一些研究者认为复合材料的导热系数计算可归结

为单元体等效导热系数的计算，而单元体的等效导热系数可以通过数值计算或有限元计算来获

得。采用数值计算法分析以塑料相为连续相的复合材料时，先计算各通道的并联热阻，再将各通道并联热阻串联得到等效热阻［５３；有限元法是运用

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７５０７１）；安徽省自然科学基金资助项目（０７０４１４１５２）作者简介：刘祥宽（１９８２－－），男．江西占安人，合肥工业大学硕上生；

胡献Ｎ１（１９６３－），男，安徽安庆人，博士，合肥工业大学教授，博士生导师．

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