[发明专利]一种覆盖碳纳米管的织物复合材料吸波性能模拟方法

说明书

本发明公开一种覆盖碳纳米管的织物复合材料吸波性能模拟方法，包括碳纳米管微观结构均质化分析、碳纳米管‑玻璃纤维介观结构均质化分析和覆盖碳纳米管的织物复合材料宏观结构均质化分析，碳纳米管微观结构均质化分析包括利用Monte‑Carlo方法建立碳纳米管复合材料微观结构模型，将碳纳米管复合材料微观结构模型划分四面体网格，并利用自主编写的有限元程序计算不同填充密度下碳纳米管复合材料的电导率，利用数值模拟的方法计算覆盖碳纳米管的织物复合材料在不同的碳纳米管长度、密度以及编织方式下的电磁屏蔽性能，通过数值仿真的结果深入理解其吸波性能背后的物理机理，能够更好的指导该种结构吸波复合材料的结构设计，对设计方案起到高效的指导作用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种覆盖碳纳米管的织物复合材料吸波性能模拟方法。

背景技术

由于电子设备的快速发展，电磁吸收器引起了广泛的研究关注，用以减少与其他设备的干扰，并保护人体健康免受潜在的电磁辐射。

电磁吸波材料主要可以分为两大类，一类为表面涂层材料，一类为结构电磁吸波材料，其中后者对于航空航天等一些要求轻巧和强度的领域极具吸引力。

玻璃纤维是一种被广泛使用的结构材料，近期有研究人员通过化学气相沉积在玻璃纤维表面生长碳纳米管，实现了一种高性能结构吸波复合材料的开发。然而对于生长的碳纳米管的长度、密度以及玻璃纤维织物的编织方案对于其电磁屏蔽性能的影响，目前并没有深入的研究进展。为了能够更好的指导该种结构吸波复合材料的结构设计，需要我们提出一种高效准确的数值模型对于该种材料的吸波性能进行模拟，通过数值仿真的结果深入理解其吸波性能背后的物理机理。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有高性能结构吸波复合材料开发中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种覆盖碳纳米管的织物复合材料吸波性能模拟方法，利用数值模拟的方法计算覆盖碳纳米管的织物复合材料在不同的碳纳米管长度、密度以及编织方式下的电磁屏蔽性能，从而对该种产品的设计方案起到高效的指导作用。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种覆盖碳纳米管的织物复合材料吸波性能模拟方法，其特征在于，包括：

S1、碳纳米管微观结构均质化分析

1)利用Monte-Carlo方法建立碳纳米管复合材料微观结构模型，其中，碳纳米管相互平行、且互不交叉和接触，结构满足周期性边界条件；

2)将碳纳米管复合材料微观结构模型划分四面体网格，计算体系内有限元网格的每个端点和所有碳纳米管线段的最短距离，并利用有限元程序计算不同填充密度下碳纳米管复合材料的电导率；

S2、碳纳米管-玻璃纤维介观结构均质化分析

1)建立碳纳米管-玻璃纤维复合材料介观结构模型；

2)用有限元方法计算碳纳米管复合材料介观结构模型中包覆碳纤维的玻璃纤维结构的电导率和介电系数；

S3、覆盖碳纳米管的织物复合材料宏观结构均质化分析

1)利用COMSOL建立玻璃纤维编织结构模型；

2)在AC/DC模块中带入S2中计算出的玻璃纤维和碳纳米管的电导率和介电系数，得到生长有碳纳米管的玻璃纤维体系的吸波性能；

3)计算玻璃纤维编织结构模型的代表性体积单元，其中，玻璃纤维之间的距离和排布方式可以调节。