● 摘要
三维编织复合材料导热性能及热膨胀性能研究摘要三维编织复合材料由于其优越的力学和物理性能，而受到学术界和工程界的普遍关注。然而以往的研究中，研究成果较多地集中在其细观结构和刚度方面，而较少地涉及其热物理性能，但热物理性能作为三维编织复合材料的一个重要的物理属性，其研究需要引起人们的重视。尤其当该材料用于热环境时，一些问题会应运而生，例如内部的热应力分布，是否会降低刚度和强度等问题。另外，金属基复合材料由于其高导热率、低膨胀和密度低等优点被广泛应用于电子封装行业，而三维编织金属基复合材料，既具有良好的力学性能，又可以发挥金属的高导热率的特点，有望成为电子封装工业材料的新选择。然而，这些问题的解决都是建立在三维编织复合材料的热物理性能可设计的基础上的。本文首先广泛调研了三维编织复合材料的几何胞体模型，从中选择了一个较能反映其细观结构的胞体模型，然后以此模型为基础，用有限元方法研究了三维四向编织复合材料的等效导热性能及热膨胀性能。在分析过程中，重点考虑了纤维束浸胶固化后得到的复合材料柱体的性能对三维编织复合材料等效导热性能及热膨胀性能的影响，详细研究了计算等效导热性能及热膨胀性能所需的边界条件，并得到了等效导热性能及热膨胀性能随编织参数的变化规律以及胞体内部物理量的分布（如温度分布，应力分布等），还通过参数变化考虑了纤维及基体种类的不同对等效导热性能及热膨胀性能的影响，得出了一些重要的结论，这些结果将为这类材料等效导热性能及热膨胀性能的优化设计提供依据。另外，文中还从工程应用角度，对三维编织复合材料的胞体模型进行简化，提出了一个相对简单的模型，然后在此模型基础上应用热电比拟法研究了三维四向编织复合材料的等效横向导热性能。本文所有计算结果与实验值较为一致，从而证明了本文模型及方法可有效地预报三维编织复合材料的等效导热性能及热膨胀性能。关键词：三维编织复合材料，导热性能，热膨胀性能，有限元，周期性