Comsol复合材料导热系数计算

复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。

结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等，基体则有高聚物(树脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。

功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。

（1）‌航空航天领域‌：复合材料在航空航天领域应用广泛，主要用于制造飞机和航天器的结构部件，如机翼、机身、发动机部件等。这些部件需要具备高强度、高刚性和耐高温等特性，复合材料因其优异的性能成为理想的选择。

（2）‌汽车工业‌：在汽车工业中，复合材料被用于制造车身部件、底盘结构件等，以减轻车辆重量、提高燃油效率和耐久性。例如，碳纤维增强塑料被用于制造高性能跑车和电动汽车的轻量化部件。

（3）‌建筑行业‌：复合材料在建筑领域主要用于制造高性能门窗、外墙板、屋顶材料等，具有轻质高强、耐腐蚀、保温隔热等优点，能够显著提升建筑物的整体性能和舒适度。

（4）‌电子电器‌：在电子电器领域，复合材料被用于制造电路板、外壳、散热器等部件，因其具有良好的电气绝缘性和稳定性，能够确保电子设备的可靠运行。

（5）‌体育用品‌：复合材料在体育用品中也有广泛应用，如高尔夫球杆、钓鱼竿、滑雪板等，这些产品利用复合材料的轻质高强和耐冲击性，提升产品的使用体验。

图1. 太空飞行器复合材料

图2. 几何模型

图3. 材料参数

物理边界条件

温度场边界条件：

（1）初始温度设为室温293.15K；

（2）上侧材料设为固体导热材料1，下侧材料设为固体导热材料2；

（3）左侧和右侧设为第1类温度边界条件；

（4）其余边界设为热绝缘；

详细物理场边界条件如图4所示。

图4. 物理场边界条件

根据有限元法的求解原理，剖分越精细，求解越准确，数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，采用扫略网格对复合材料模型进行划分，具体网格分布如图5所示。

图5. 计算网格

结果展示

复合材料片导热系数求解模型采用稳态全耦合求解器进行求解，通过计算得到复合材料片温度场分布和导热系数计算结果如下图所示。

图6. 温度场分布

图7. 等温面分布

图8. 热流密度分布

图9. 复合材料导热系数计算结果

来源：Comsol有限元模拟