复合材料电学性能预测

• 作 者: 王丽芳
• 机 构: 兰州理工大学
• 出 处: 兰州理工大学
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 复合材料 介电常数 电导率 ANSYS 有限元方法

复合材料以其优越的性能被广泛应用于航空航天、电气、电子、机械等多个方面，材料性能是复合材料研究的一个中心议题。无论在研究材料结构、过程或器件时，人们所关心的是各种过程和因素对材料性能的影响，其目的是改善已有材料性能或发掘材料的新性能。有限元方法作为材料性能研究的一种重要手段，被广泛应用于各个邻域。本文在充分学习了已有复合材料结构以及性能研究状况的基础上，提取不同结构复合材料基本的代表性体积单元（RVE），以介质本构方程以及电磁学基本理论为基础，通过商业有限元软件ANSYS对不同结构类型的复合材料进行模拟分析，设计材料结构，提出以本构方程为基础的分析方法，预测得到复合材料的介电常数与电导率，并且多角度验证了本文预测方法的正确性。预测结果与经典理论研究结果相比较，在多个经典理论的适用范围内，预测结果与理论结果都具有良好的一致性；与实验结果相比较，预测结果与实验结果误差极小。从对比结果可以看到，本文预测方法较经典理论研究方法具有更广泛的适用范围，不限于材料结构及材料种类,而且预测结果具有一定的可信度。在此基础上，初步分析了影响介电常数的影响因素，通过模拟分析，发现增加高介电常数添加相的体积百分含量，可以有效的增大复合材料介电常数；在相同的体积百分含量下，几何结构对于介电常数影响较大，如3-3型及随机分布模型可以较好的提高介电常数。通过本文的研究，提出了一种简单易行的复合材料介电常数与电导率的研究方法，并且已验证了该方法的正确性，期望该研究方法对于复合材料的电学性能研究提供参考，有助于开发高介电常数的复合材料，设计具备一定电性能的功能材料等，使得研究更具有目的性，缩短生产周期、降低生产成本。