《納米隔熱材料力學性能的尺度研究與實驗驗證》是依託北京航空航天大學，由盧子興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米隔熱材料力學性能的尺度研究與實驗驗證
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：盧子興
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氧化矽氣凝膠作為新型的超級納米隔熱材料在航空、航天領域具有重要的套用前景，但是較差的力學性能制約了其發展和套用。因此，如何提高其力學性能成為該類材料研究所面臨的一個重要挑戰。本項目擬以陶瓷纖維增強二氧化矽氣凝膠複合材料為研究對象，根據該類材料內在結構多尺度的特點，擬結合實驗與數值模擬方法針對其力學行為開展較為系統的研究。通過掃描電鏡等先進設備觀察材料內部的多尺度結構，並進行系統的力學性能測試，以獲取該類材料在不同載荷下的力學性能和變形機制。此外，結合分子動力學、離散元和有限元法，發展一種適用於纖維增強氣凝膠複合材料的多尺度力學模型，即：在不同尺度上分別建立相應的力學模型，通過控制方程建立不同尺度模擬方法之間的關聯，最終形成一套適用於研究具有典型多尺度結構複合材料力學行為的數值模擬方法。並結合實驗和數值模擬結果，建立工程適用的失效判據，為材料性能的最佳化設計奠定理論基礎。
結題摘要
二氧化矽氣凝膠作為新型的超級納米隔熱材料具有重要的套用前景，但是較差的力學性能制約了其發展和套用。因此，如何提高其力學性能成為該類材料研究所面臨的一個重要挑戰。本項目以陶瓷纖維增強二氧化矽氣凝膠複合材料為研究對象，在實驗、理論和模擬研究方面開展的工作和主要成果為：製備了加入隨機短纖維增強的氣凝膠納米隔熱材料,通過掃描電鏡等先進設備觀察材料內部的多尺度結構，開展了該類材料不同特徵方向上的三點彎曲、壓縮等力學性能的測試，獲得了該類材料在不同載荷下的力學性能和變形機制。基於MD 模擬和近似理論研究結果，提出了描述納米多孔隔熱材料內部初級粒子間相互作用機制的理論模型，並在該模型中考慮了初級粒子間的縮聚反應。基於該模型建立了反映納米多孔隔熱材料微觀結構特徵的納米顆粒團簇結構模型, 利用離散元方法（DEM）預測了納米多孔隔熱材料的拉伸、壓縮力學行為, 研究了載入過程中納米多孔隔熱材料微觀結構的演化規律，確定了納米多孔隔熱材料在不同載入模式下的失效機制。利用纖維空間隨機分布算法，建立了能夠反映隨機纖維增強氧化矽氣凝膠隔熱複合材料細觀結構特徵的有限元（FEM）模型。建立了氧化矽氣凝膠基體材料的巨觀等效本構模型，進而模擬了複合材料中短纖維在不同載荷方向上的增強、增韌作用對材料力學性能的影響規律。最終形成一套適用於研究具有典型多尺度結構複合材料力學行為的數值模擬方法。並結合實驗和數值模擬結果，建立工程適用的失效判據，為材料性能的最佳化設計奠定了理論基礎。
