基于有限元的碳纤维木质复合材料力电性能研究

论文摘要

本文选用实验室制备的碳纤维木质复合材料作为检测样本,对碳纤维木质复合材料进行力学性能测试,验证其满足国家标准要求,该材料具有力学性能好,减震,自然环保等优点,且具有导电性,是电磁屏蔽材料的一个发展方向。通过对不同参数下碳纤维木质复合材料的性能研究,验证碳纤维的复合对木质材料的强化作用。从力学和电学两个方向入手,进行有限元分析,并利用ANSYS10.0软件进行了建模仿真。依据单元特性分析理论和电磁理论构建有限元力学和电磁仿真模型,通过与实验数据进行对照分析,验证了分析模型的可靠性和准确性。在实验及生产中能够起到简化实验过程,减少材料消耗与浪费的预期目标。随着电子设备的设计和制造工艺日臻完善,我国电子行业电子设备结构设计的重心也转到抗电磁干扰技术研究。屏蔽技术针对的是电子机箱信息辐射外泄或外部辐射的电磁扰乱。电磁屏蔽是使用屏蔽体阻碍或降低电磁能量传送,遏制辐射扰乱的办法。因此本文在对不同配比的碳纤维木质复合材料电磁屏蔽数据进行了测试分析的基础上,利用其表面电阻率的性能测试数据,通过对电流和电位分布进行了有限元建模,为电磁屏蔽的性能分析奠定了理论基础。虽然有限元建模结果能够对其性能有清晰直观的了解,但在建模之前不能很快找到最佳的建模参数,需要通过大量比对不同参数的模型结果进行判断。为减少不必要的比对模型的建立,有效地寻求建模的最优参数,在本文在最后一章通过支持向量机算法对纤维木质复合材料的力学与电学性能进行回归拟合预测,并在MATLAB7.0和Libsvm-2.6软件上进行实验,由于引入了支持向量机的结构风险最小化思想,使得设计出来网络能够同时兼顾训练误差和模型复杂度,从而保证了良好的泛化能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 碳纤维木质复合材料的研究现状
• 1.4 课题研究的内容和方法
• 2 有限元建模基础
• 2.1 引言
• 2.2 均匀化理论下的有限元单胞模型分析
• 2.2.1 物体离散化
• 2.2.2 单元特性分析
• 2.2.3 有限元分析软件ANSYS简介
• 2.3 电磁理论在碳纤维木质复合材料建模的应用
• 2.3.1 电磁屏蔽理论的应用
• 2.3.2 电磁场理论下的有限元分析
• 2.4 本章小结
• 3 碳纤维木质复合材料性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 碳纤维木质复合材料的力学性能测试
• 3.2.1 主要仪器及设备
• 3.2.2 主要实验原料
• 3.2.3 制板方法
• 3.2.4 性能测试
• 3.3 碳纤维木质复合材料的电学性能测试及屏蔽方法讨论
• 3.3.1 表面电阻率测试
• 3.3.2 电磁波的基本原理及屏蔽测试系统
• 3.4 碳纤维木质复合材料的甲醛排放量与电镜测试
• 3.5 本章小结
• 4 碳纤维木质复合材料有限元力电建模分析
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS环境下有限元建模仿真
• 4.2.1 定义模型的初始条件
• 4.2.2 加载与求解
• 4.2.3 结果获取
• 4.3 碳纤维木质复合材料的力学性能建模分析
• 4.4 碳纤维木质复合材料的电学性能建模分析
• 4.5 本章小结
• 5 碳纤维木质复合材料支持向量机的力电预测分析
• 5.1 引言
• 5.2 支持向量机的建模基础
• 5.2.1 用于分类的支持向量机
• 5.2.2 用于回归的支持向量机
• 5.3 支持向量机回归拟合的模型构建及仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢