復合材料，雷擊損傷，相變，潛熱
關注創建者：跌到迭代 創建時間：2018-06-05
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復合材料雷擊損傷——基于abaqus的雷擊過程及剩余強度仿真
課程大綱： 1.雷電弧模型2.電熱耦合模型3.復合材料熱解模型4.復合材料剩余強度分析模型 通過本課程學習，大家可以了解復合材料雷擊仿真的基本要素，理解雷擊作用下復合材料失效機理，掌握復合材料雷擊過程模擬仿真能力。
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考慮熱-電-力-化耦合的復合材料雷擊損傷分析
本課程講解了如何通過abaqus軟件對復合材料雷擊損傷進行分析。通過考慮雷擊過程的電-熱-力-化學多場耦合，計算了復合材料雷擊過程中的電場、溫度場、損傷場及熱解度場。同時也對復合材料雷擊后的剩余強度進行了分析，講解了不同場在計算中的傳遞方法，獲得了雷擊對復合材料的影響效果。
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*復合材料損傷 MAT_054 (MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE)： 針對碳纖維層合板（CFRP），MAT_054利用Chang-Chang失效準則分別判斷基體與纖維的拉壓破壞。由于復合材料的極度脆性，單元失效極易引發應力波的虛假反射。
針對早期修建的低等級混凝土護欄防護能力與現階段交通流不匹配問題，提出一種可直接設置在混凝土護欄表面的復合材料新型護板，改造形成組合式護欄，以防護重型車輛撞擊。為準確評估該類防護裝置的性能，首先針對柔性護板開展沖擊性能試驗，基于Ansys LS-DYNA開展了GFRP試件的水平沖擊數值仿真，建立了既滿足精度又兼顧效率的詳細模擬方法。
相變材料的模擬：冰塊融化涉及到相變過程，ABAQUS可以采用Latent heat方法模擬相變材料，定義相變溫度、相變潛熱和相變區間。
多物理場耦合分析：ABAQUS支持熱-力耦合分析，可以同時考慮熱傳遞和結構響應。可進行評估冰塊在高溫下的力學行為和穩定性。
二、問題描述
為冰塊融化仿真，模擬高溫下，冰塊的熱傳遞和融化過程。通過仿真可以得到冰塊的體積不斷減少的過程。
當開啟共軛傳熱模塊時，階梯函數H為固體階梯函數和流體階梯函數的復合，即在全體計算域內皆是1，因此固體和流體內的溫度場同時求解。
03 模型輸入及設置
【仿真條件】
工作壓力為1.68MPa，飽和溫度為333.11K；進口過冷度為5K，流量為0.1m3/h；熱源芯片熱功率20kW，環境溫度為20℃；固體材料為鋁。
以下是流固共軛換熱幾何模型，外部是固體域，內部為流體域。
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
相變材料(PCMs)是一系列具有優異能量存儲能力的材料，能夠在接近恒定的溫度下存儲/釋放大量潛熱，使其在熱管理技術創新中發揮不可或缺的作用。同時在應對環境污染和能源危機方面具有相當大的潛力。
（目前一般采用釹鐵硼永磁材料，釤鈷永磁材料溫度極限更高，但以磁能積下降為代價，且成本較高
）、高導熱的灌封膠和槳轂材料（降低內部熱阻），對于需要持續大功率的涵道風扇推進系統，還需考慮增大槳轂直徑，增加液冷散熱方式；
4）對于布置在槳轂內的控制器功率器件局部散熱，根據散熱功耗可以采取風冷散熱、液冷和相變材料換熱相結合的復合散熱方式。
此外，超支化有序碳網絡提供了有效的導熱路徑，提高了復合材料的導熱性能(圖6b)。定向多孔碳提供了足夠的孔隙體積來有效地限制PEG分子。最終，復合材料的熱焓達到160.3 Jg-1，與理論值非常接近。最近，Tang小組利用冷凍干燥技術開發了具有三維網絡結構的PEG/Fe3O4GO相變氣凝膠，并將其應用于聲熱能轉換領域(圖6c,d)。
此外，超支化有序碳網絡提供了有效的導熱路徑，提高了復合材料的導熱性能(圖6b)。定向多孔碳提供了足夠的孔隙體積來有效地限制PEG分子。最終，復合材料的熱焓達到160.3 Jg-1，與理論值非常接近。最近，Tang小組利用冷凍干燥技術開發了具有三維網絡結構的PEG/Fe3O4GO相變氣凝膠，并將其應用于聲熱能轉換領域(圖6c,d)。
采用英國鉆石光源同步輻射X 射線衍射追蹤粉末到塊體材料轉變過程中的微量相變，X射線能量為75 keV，波長為0.016314 nm，獲得1 個衍射花樣的時間為1~2 s(圖13b)。通過電子背散射衍射(EBSD)和電子探針(EPMA)結合的方式觀察粉末樹枝晶向平直晶界等軸細晶轉變和元素的快速再分配規律。
與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料具有下列優勢：
（1）經合理優化凝聚態結構的熱塑性基體具有較高的基體韌性，熱塑性樹脂基復合材料耐疲勞性能好，沖擊損傷阻抗和損傷容限都比熱固性樹脂基復合材料高。
（2）孔隙率低，吸濕率低，耐環境性能好。
