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會議主題：航空領域仿真分析--復合材料強度與損傷容限分析、熱分析、橡膠密封分析會議時間：2022/06/07，13:30-16:30關鍵詞：航空航天，仿真分析，復合材料，強度與損傷分析、熱分析、橡膠密封活動摘要：航空航天工業(yè)是Abaqus最重要的應用領域之一，波音、空中客車、洛克希德-馬丁等長期合作的用戶。

當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。

因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。熱傳遞的4個類型為應對這一挑戰(zhàn)，海克斯康工業(yè)軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。

Dong 等人通過有限元分析了三維編織 CFs增強 EP 復合材料熱導率，結果表明：三維編織可提升厚度方向的熱導率，使其高于面內方向的熱導率，熱流主要沿 CFs 軸向傳遞，復合材料的熱導率隨著溫度升高而升高。Gou 等人用有限元分析了三維編織 CFs 體積分數和內部編織角對 EP復合材料熱導率的影響。

設計、優(yōu)化碳化硅基體與增強體界面相容性是降低邊界聲子散射效應，提高碳化硅陶瓷基復合材料熱導率的途徑。 3)深入分析碳化硅陶瓷基復合材料高溫熱處理機理。

真空浸漬法制備的聚二甲基硅氧烷(PDMS)復合材料在填充率為18.7 vol%的情況下獲得了3.8 W/mK的高面內導熱系數，分別比原始PDMS和隨機分布BN-TA的PDMS復合材料高2433%和100%。有限元分析結果從理論上證明了高度縱向有序的BN-TA三維骨架在軸向傳熱中的優(yōu)越性。此外，3D BN-TA/PDMS具有優(yōu)異的實用散熱能力，較低的熱膨脹系數和增強的機械性能。

圖4.不同角度（0?，45?和90?）復合材料的SEM和EDS圖像。 圖5.不同條件下復合材料的熱導率變化以及本文熱導率和相關文獻對比。 圖6.SCF-0, SCF-45, SCF-90 和 SCF-only-90的有限元分析。

樹脂基復合材料以其輕質高強、抗疲勞、耐腐蝕等一系列性能優(yōu)勢，逐漸發(fā)展成為航空結構不可或缺的材料體系。按照基體樹脂的種類，可以將樹脂基復合材料分為熱固性和熱塑性兩大類。由于熱塑性復合材料預浸料制備及成型加工困難大，限制了其在飛機及發(fā)動機結構的廣泛應用。以往針對熱固性復合材料的研究較多，應用也較為成熟。

EGaIn納米顆粒裝飾銀片/PVB柔性熱管理復合材料的制備工藝示意圖。圖2. 復合材料的EDS以及結構分析。圖3. 復合材料的導熱系數測試。圖4.復合材料的歸一化的導熱和電阻循環(huán)測試。圖5.復合材料與商用導熱膏的熱管理性能對比。

復合材料表現出獨特的權衡效應，即彈性模量、屈服應力、密度、導熱系數和熔融或結晶焓，可以很容易地通過改變懸浮填料的含量來控制。由于復合材料的高導電性和潛熱儲存能力之間的協同作用，含有該復合材料的焦耳加熱裝置表現出改善的電熱性能。所提出的平臺可用于合理設計和簡易制造高性能無形狀因素潛熱存儲系統(tǒng)，用于各種潛在應用，如電池熱管理和柔性加熱器。

03 圖文導讀 圖1.復合相變材料制備示意圖和微觀結構示意圖。 圖2.復合材料的熱導率以及TG曲線，熱導率和文獻的比較。 圖3.相變復合材料的放熱和吸熱DSC曲線以及結構示意圖。

(a) PPG 復合材料的縱向和橫向導熱系數。(b) PiPG 復合材料的導熱系數。(c) 石蠟和 PPG 相變復合材料的熱重分析曲線。(d) PPG 相變復合材料的殘留物質量百分比，以及 (e) 填充物含量和導熱率提高效率。(f) PPG4 的熱導率和潛熱保持率與已報道的 PCC 的比較。

此外，大多數復合材料具有高強度，但缺乏拉伸性和彈性，將本質上堅韌的珠層和高粘彈性結合在一種材料中似乎是矛盾的，這在自然界中并不存在。然而，這也為新型的類似珍珠的復合材料設計提供了一個機會，以繞過通常的“硬/軟”權衡，使其成為此類應用的有吸引力的選擇。先進的散熱材料除了具有高導熱性、重量輕、可變形等傳統(tǒng)特性外，還具有自愈能力、熱響應性和溫度傳感能力等多種功能。

在這種情況下，采用具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能和熱管理性能的材料來解決上述問題是非常理想的方式之一。含碳導熱填料由于其熱導率高，且填充在聚合物中的復合材料其重量輕、柔韌性好、可加工性好等優(yōu)點，成為當前電磁干擾屏蔽和熱管理材料領域的研究熱點之一。石墨烯納米片(GNPs)具有優(yōu)異的導電性、優(yōu)異的導熱性，顯示出作為新材料的巨大潛力。

此外，鋁填料的超高負載(90 wt%)使復合凝膠具有高導熱系數(4.04 W/mk)。在熱沖擊測試中，復合凝膠在器件通常工作溫度范圍內表現出優(yōu)異的熱沖擊穩(wěn)定性。在循環(huán)加熱/冷卻測試中，該復合凝膠也表現出比市售熱界面材料(TIM)更穩(wěn)定的散熱，該研究結果為設計適合于TIMs的復合凝膠奠定了基礎。

該文提出結合三維多孔石墨烯薄膜和MXene納米片的優(yōu)點，通過真空輔助過濾的方法，將MXene納米片與三維多孔石墨烯薄膜襯底集成，制備出具有獨特結構特征、優(yōu)異柔韌性和優(yōu)異電磁干擾屏蔽能力的柔性石墨烯/MXene (G/M)復合薄膜。本研究中提出的石墨烯/石墨烯復合薄膜直接使用3D互連多孔石墨烯薄膜和MXene水性分散體作為起始材料進行組裝，無需進一步的熱處理。

圖2 高分子復合材料與鋁鎂合金材料的對比傳統(tǒng)的金屬防護方案雖然可靠，但過大的重量已成為阻礙車輛續(xù)航里程提升的“阿克琉斯之踵”。在此背景下，以連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料（Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic， CFRTP） 為代表的輕量化高性能材料方案應運而生，正引領一場從“金屬護甲”到“復合材料鎧甲”的靜默革命。

制造PW@OBC-SEBS復合材料（F-FSPCMs）的流程示意圖。圖2. F-FSPCMs交聯響應的論證。圖3. PW、OBC和PW@OBC-SEBS復合材料(F-FSPCMs)的熱性能。圖4. F-FSPCMs彎曲過程中OBC和SEBS鏈段的示意圖。圖5.