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脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟 被引量:11
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作者 姚池 何忱 +2 位作者 蒋水华 杨建华 姜清辉 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期96-103,共8页
在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行... 在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行了模拟。计算表明,该方法不仅能成功模拟岩石抗压强度随软弱面倾角变化的"U"形规律,定量上与试验结果吻合良好,而且能同时定量模拟岩石变形特性即弹性模量和泊松比的各向异性特征。 展开更多
关键词 岩石破坏 各向异性 裂隙扩展 刚体弹簧方法 细观模型
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复合固体推进剂细观结构建模及脱黏过程数值模拟 被引量:9
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作者 封涛 郑健 +2 位作者 许进升 韩龙 康娜 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期223-231,共9页
为研究复合固体推进剂损伤演化规律,基于分子动力学颗粒填充算法构建了HTPB(hydroxylterminated polybutadiene)推进剂细观结构模型,通过在AP(ammonium perchlorate)颗粒/HTPB基体界面处引入黏接接触替代传统的黏接单元,并基于Hooke-Jee... 为研究复合固体推进剂损伤演化规律,基于分子动力学颗粒填充算法构建了HTPB(hydroxylterminated polybutadiene)推进剂细观结构模型,通过在AP(ammonium perchlorate)颗粒/HTPB基体界面处引入黏接接触替代传统的黏接单元,并基于Hooke-Jeeves的参数优化算法反演得到颗粒/基体界面处内聚力模型参数,利用双线性和自定义指数型损伤内聚力模型模拟了AP颗粒和HTPB基体黏接界面处损伤的萌生、发展、聚合直至宏观裂纹破坏的过程。通过数值仿真与实验结果对比发现,指数型损伤内聚力模型比双线性模型能更准确描述推进剂单轴拉伸过程中颗粒与HTPB基体界面间脱黏过程。最后对比了多阶段加载实验结果与仿真结果曲线,发现两者变化趋势基本一致,最大偏差仅为10%,验证了所建细观模型的可靠性及反演所得界面参数的准确性。 展开更多
关键词 复合固体推进剂 细观建模 脱黏 有限元数值仿真 内聚力模型 参数反演识别
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UHMWPE层合板抗侵彻性能的一种等效数值分析方法
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作者 王泽坤 陈力 +1 位作者 曹铭津 唐柏鉴 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期952-963,共12页
为了提高超高分子量聚乙烯纤维(ultra high molecular weight polyethylene fiber,UHMWPE)层合板抗弹体侵彻数值分析的建模和计算效率,基于三维等效弹性常数理论,建立了UHMWPE层合板的等效力学模型,发展了一种适用于纤维复合材料层合板... 为了提高超高分子量聚乙烯纤维(ultra high molecular weight polyethylene fiber,UHMWPE)层合板抗弹体侵彻数值分析的建模和计算效率,基于三维等效弹性常数理论,建立了UHMWPE层合板的等效力学模型,发展了一种适用于纤维复合材料层合板抗侵彻性能的三维等效数值分析方法。经UHMWPE层合板抗侵彻试验数据验证,该等效方法考虑了纤维铺层角度对层合板力学性能的影响,可以准确模拟预测层合板的阶段性侵彻破坏特征,对9.1~60.0 mm厚度范围内层合板弹道性能的平均预测误差小于10%。该方法与纤维尺度的细观数值模拟方法相比,无须对纤维束及基体单独建模;与片层尺度的准细观数值模拟方法相比,无须单独指定纤维/树脂片层铺层方向,且无须在片层间插入大量黏结层单元。 展开更多
关键词 UHMWPE层合板 弹体侵彻 数值模拟 细观建模
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面向空间天线的TWF复合材料性能研究 被引量:6
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作者 李怡晨 宋燕平 胡飞 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期25-35,共11页
利用碳纤维三向编织物(triaxial woven fabric,TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,用于卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法,对碳纤维增强... 利用碳纤维三向编织物(triaxial woven fabric,TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,用于卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法,对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性;接下来考虑纤维束交织情况(起伏波动)建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型;然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析,施加周期性边界条件,最终得到等效的均质材料特性;为满足天线反射器高性能需求,分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究,可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 高精度可展开天线 硅橡胶基TWF复合材料 细观建模 周期性边界条件 参数性能分析
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一种自调零平切型电涡流探头及其在碳纤维复合材料细观成像中的应用 被引量:5
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作者 程军 徐帅 +3 位作者 汪步云 许德章 杨继全 裘进浩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期27-35,共9页
针对碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)弱导电性和异质多相结构特点,通过设计开发高分辨率涡流线圈探头结合空频域信号处理方法,实现对碳纤维复合材料板中10^(-6)~10^(-3 )m细观尺寸范围内的纤维分布以... 针对碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)弱导电性和异质多相结构特点,通过设计开发高分辨率涡流线圈探头结合空频域信号处理方法,实现对碳纤维复合材料板中10^(-6)~10^(-3 )m细观尺寸范围内的纤维分布以及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的涡流成像。主要从线圈探头耦合特性建模仿真和图像特征参数提取两个方面对碳纤维复合材料的电涡流细观尺度成像技术进行研究,建立分离式线圈探头耦合阻抗信号模型和点扩散函数数学模型,综合考虑这两方面影响因素设计一种自调零涡流探头并确定了其结构参数。对多方向CFRP层合板进行了检测并研究了图像的特征参数提取方法,基于复平面相位旋转的方法确定每个扫描点的像素值,得到了清晰的纤维纹路分布和缺陷图像,进一步提高检测的分辨率。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 涡流检测 细观成像 阻抗建模 点扩散函数
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基于自由变形技术的二维机织物细观模型 被引量:1
6
作者 高梓越 陈利 赵世波 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期567-576,共10页
为了避免理想化织物模型横截面恒定、纱线间相互渗透的问题,生成具有真实感的二维机织物三维细观模型,提出一种基于自由变形技术的几何变形方法。首先通过理想化的纱线中心线轨迹、横截面建立织物初始几何模型,然后应用自由变形技术对... 为了避免理想化织物模型横截面恒定、纱线间相互渗透的问题,生成具有真实感的二维机织物三维细观模型,提出一种基于自由变形技术的几何变形方法。首先通过理想化的纱线中心线轨迹、横截面建立织物初始几何模型,然后应用自由变形技术对纱线进行变形。在变形过程中,所有纱线横截面在空间位置和参数的约束下进行自由变形,所有横截面变形后的控制网格组成纱线的控制网格,以驱动纱线的整体变形,最终生成具有真实感的织物细观模型。变形过程中纱线间的接触应用基于射线的碰撞检测技术处理。该方法可以扩展并应用于其他织物结构,且可以输出到其他软件中进行模拟计算。 展开更多
关键词 二维机织物 自由变形 细观模型 纱线建模 接触检测
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A Multi-phase Field Model for Static Recrystallization of Hot Deformed Austenite in a C–Mn Steel 被引量:3
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作者 Jun Zhang Cheng-Wu Zheng Dian-Zhong Li 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期208-215,共8页
A multi-phase-field model has been developed to simulate the microstructure evolution and kinetics of the austenite static recrystallization(SRX) in a C–Mn steel. In this model, the bulk free energy that coupling t... A multi-phase-field model has been developed to simulate the microstructure evolution and kinetics of the austenite static recrystallization(SRX) in a C–Mn steel. In this model, the bulk free energy that coupling the deformation stored energy with a special interpolation function is incorporated. Both the deformed grain topology and the deformation stored energy have been included in order to investigate the influence of pre-deformation on the subsequent austenite SRX at different hot deformation levels. Diverse scenarios of microstructure evolution show different deformation-dependent recrystallized grain sizes. The transformation kinetics is then discussed by analyzing the overall SRX fraction and the average interface velocity on the recrystallization front. 展开更多
关键词 PHASE-FIELD Static recrystallization Microstructure evolution Hot deformation mesoscopic modeling
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Microstructural Depictions of Austenite Dynamic Recrystallization in a Low-Carbon Steel:A Cellular Automaton Model 被引量:2
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作者 Xuan Ma Cheng-Wu Zheng +1 位作者 Xing-Guo Zhang Dian-Zhong Li 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期1127-1135,共9页
A mesoscopic cellular automaton model that takes into account grain deformation during hot deformation has been developed to quantitatively depict the microstructural evolution of the austenite dynamic recrystallizati... A mesoscopic cellular automaton model that takes into account grain deformation during hot deformation has been developed to quantitatively depict the microstructural evolution of the austenite dynamic recrystallization (DRX) in a low-carbon steel. Both the grain deformation and the concept of DRX cycle are introduced, allowing accurate depictions of the grain structures, the overall microstructural properties and the flow stress evolutions that involving in the austenite DRX. The simulation results are compared with the experimental results and the predictions by the macroscopic DRX model and are found to be in good agreement. 展开更多
关键词 Dynamic recrystallization AUSTENITE DRX cycle Cellular automaton mesoscopic modeling
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Data Mining for Mesoscopic Simulation of Electron Beam Selective Melting 被引量:1
9
作者 Ya Qian Wentao Yan Feng Lin 《Engineering》 SCIE EI 2019年第4期746-754,共9页
In the electron beam selective melting(EBSM)process,the quality of each deposited melt track has an effect on the properties of the manufactured component.However,the formation of the melt track is governed by various... In the electron beam selective melting(EBSM)process,the quality of each deposited melt track has an effect on the properties of the manufactured component.However,the formation of the melt track is governed by various physical phenomena and influenced by various process parameters,and the correlation of these parameters is complicated and difficult to establish experimentally.The mesoscopic modeling technique was recently introduced as a means of simulating the electron beam(EB)melting process and revealing the formation mechanisms of specific melt track morphologies.However,the correlation between the process parameters and the melt track features has not yet been quantitatively understood.This paper investigates the morphological features of the melt track from the results of mesoscopic simulation,while introducing key descriptive indexes such as melt track width and height in order to numerically assess the deposition quality.The effects of various processing parameters are also quantitatively investigated,and the correlation between the processing conditions and the melt track features is thereby derived.Finally,a simulation-driven optimization framework consisting of mesoscopic modeling and data mining is proposed,and its potential and limitations are discussed. 展开更多
关键词 ELECTRON beam SELECTIVE MELTING mesoscopic modeling Data MINING
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柔性基体TWF复合材料弹性性能研究 被引量:2
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作者 李怡晨 宋燕平 胡飞 《空间电子技术》 2019年第5期38-44,共7页
利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与合适的柔性基体材料(例如硅橡胶)复合,制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实... 利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与合适的柔性基体材料(例如硅橡胶)复合,制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实现方案。文章对采用硅橡胶的TWF复合材料进行了弹性性能的研究。采用细观方法,通过研究纤维和基体之间的相互作用,确定复合材料宏观力学性质与组份材料特性及细观结构之间的定量联系,对表征编织复合材料结构特性的三维单胞进行了均匀化有限元分析,最终将得到整个复合材料的弹性模量。首先,考虑纤维束交织情况(起伏波动)对单胞进行了精细几何建模,通过混合规则得到纤维束的材料特性;接下来,对单胞进行了有限元的分析,施加周期性边界条件,应用均匀化的方法通过6个独立加载分析得到体积平均应力、应变,从而得到刚度矩阵,最终获得工程常数。目前国内外对于柔性基体TWF复合材料的研究较少,对该材料弹性性能的研究,为今后该材料性能的进一步深入研究打下了坚实基础。 展开更多
关键词 柔性基体TWF复合材料 细观建模 周期性边界条件 弹性性能
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混凝土细观模拟的不同建模技术影响分析 被引量:2
11
作者 叶永 余欢 +1 位作者 罗威 卢强 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 2016年第2期33-36,共4页
建立了圆形、正多边形、随机多边形3种不同形状骨料的150mm×150mm随机骨料模型,且将随机多边形骨料模型单元等效均质化后得到细观单元等效化模型,进行4种不同随机模型的影响分析.结果表明:随机多边形骨料模型的计算精度最高,正多... 建立了圆形、正多边形、随机多边形3种不同形状骨料的150mm×150mm随机骨料模型,且将随机多边形骨料模型单元等效均质化后得到细观单元等效化模型,进行4种不同随机模型的影响分析.结果表明:随机多边形骨料模型的计算精度最高,正多边形骨料模型次之,且4种模型与试验结果的误差均在7%以内;随机骨料模型中,细观单元等效化模型运算效率较高,且能保证一定的计算精度. 展开更多
关键词 混凝土 细观模拟 等效均质化 建模技术 运算效率
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Mesoscopic characterization and modeling of microcracking in cementitious materials by the extended finite element method
12
作者 Junjie Huang Mingxiang Chen Jian Sun 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2014年第4期1-11,共11页
This study develops a mesoscopic framework and methodology for the modeling of microcracks in concrete. A new algorithm is first proposed for the generation of random concrete meso-structure including microcracks and ... This study develops a mesoscopic framework and methodology for the modeling of microcracks in concrete. A new algorithm is first proposed for the generation of random concrete meso-structure including microcracks and then coupled with the extended finite element method to simulate the heterogeneities and discontinuities present in the meso-structure of concrete. The proposed procedure is verified and exemplified by a series of numerical simulations. The simulation results show that microcracks can exert considerable impact on the fracture performance of concrete. More broadly, this work provides valuable insight into the initiation and propagation mechanism of microcracks in concrete and helps to foster a better understanding of the micro-mechanical behavior of cementitious materials. 展开更多
关键词 MICROCRACKS extended finite element method mesoscopic modeling CONCRETE
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Preface: theory, methods, and applications of mesoscopic modeling
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作者 Z. LI Guohui HU G.E. KARNIADAKIS 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2018年第1期1-2,共2页
With increasing attention to complex fluids and soft matter, we have witnessed a fast- growing research in mesoscopic modeling and simulation in the past decades. The development of mesoscopic methods offers many pote... With increasing attention to complex fluids and soft matter, we have witnessed a fast- growing research in mesoscopic modeling and simulation in the past decades. The development of mesoscopic methods offers many potential opportunities as well as challenges in modeling of complex materials for diverse applications. Despite significant progress in the past decade, mesoscopic methods are still under development. New formulation in the models, novel theo- retical interpretations, and innovative numerical algorithms often appear in literature. These mesoscopic methods have been already applied to a large number of problems, including poly- mer and colloidal suspensions, multiphase fluids, biological materials, and blood rheology. New applications of mesoscopic modeling in different areas are still emerging. 展开更多
关键词 THEORY METHODS mesoscopic modeling
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CFRP加固混凝土梁微观界面性能分析
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作者 廖原 郭永昌 莫晓东 《混凝土》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期8-9,12,共3页
通过对CFRP加固混凝土梁建立宏、微观有限元界面分析模型,分析了界面端部附近砂浆、胶层及碳纤维布材料在不同载荷下关键应力的分布情况。结果表明在界面端部附近砂浆容易出现裂纹,随着载荷的增大,最终可能产生混凝土剥离破坏。而在界... 通过对CFRP加固混凝土梁建立宏、微观有限元界面分析模型,分析了界面端部附近砂浆、胶层及碳纤维布材料在不同载荷下关键应力的分布情况。结果表明在界面端部附近砂浆容易出现裂纹,随着载荷的增大,最终可能产生混凝土剥离破坏。而在界面端部附近胶层剪应力与正应力出现极大值,在该处容易发生面内剥离破坏。 展开更多
关键词 CFRP 界面性能 微观模型
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高性能TWF复合材料力学性能研究
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作者 李怡晨 宋燕平 胡飞 《空间电子技术》 2020年第6期48-54,共7页
为满足星载可展开天线反射器实现大口径、高精度、轻质量、大收纳比的目标,利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星... 为满足星载可展开天线反射器实现大口径、高精度、轻质量、大收纳比的目标,利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器。本文对硅橡胶基TWF复合材料进行了力学性能的研究。对TWF选取合适的体积重复单元-单胞,建立其实体有限元模型;进行了两次等效,首先由纤维和基体的材料特性得到等效纤维束的材料特性参数;然后由单胞的均匀化有限元分析,得到等效的整个TWF复合材料特性参数,其中均匀化分析的重点为施加周期性边界条件。最后,分析了纤维体积含量对材料性能的影响。本文对该材料进行力学性能的研究,为其未来应用于大型可展开高精度天线反射器提供理论依据。 展开更多
关键词 硅橡胶基TWF复合材料 细观建模 周期性边界条件 均匀化分析
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基于能量法的三维四向编织复合材料细观建模 被引量:4
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作者 巩龙东 申秀丽 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期106-113,共8页
基于三维四向编织携纱器运动规律和内部纤维束受力分析,提出一种基于能量法的细观建模方法,将建模过程分解为纤维束打紧后控制点的调整、纤维束相互挤压缠绕空间位置的改变和应变能最小时纤维束轨迹的确定.通过单胞模型几何尺寸分析,建... 基于三维四向编织携纱器运动规律和内部纤维束受力分析,提出一种基于能量法的细观建模方法,将建模过程分解为纤维束打紧后控制点的调整、纤维束相互挤压缠绕空间位置的改变和应变能最小时纤维束轨迹的确定.通过单胞模型几何尺寸分析,建立了单胞模型与编织参数之间的对应关系.该建模方法得到的纤维束模型互不干涉且紧密压实,纤维束轨迹为空间曲线与其两条相切直线组成,轨迹接近直线.通过实验对比,纤维束轨迹、模型横截面图与电镜扫描得到的图像一致,计算得到的编织结构尺寸与实验测得数据吻合.花节长度最大计算相对误差在5%左右,特别是编织角在21°左右时,计算相对误差在2%以下. 展开更多
关键词 三维四向编织复合材料 细观建模方法 最小应变能 单胞模型 能量法
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LiCoO2电池正极微结构模拟退火重构及传输物性预测 被引量:2
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作者 吴伟 蒋方明 曾建邦 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期345-356,共12页
采用实验或数值方法对多孔复合电极微结构进行重构和特征化不仅是锂离子电池介观尺度数值模型的重要组成部分,也是通过数值技术由底向上进行电极微结构虚拟设计与优化的基础.本文以某商用LiCoO2电池正极的孔隙率、电极组成材料的组分体... 采用实验或数值方法对多孔复合电极微结构进行重构和特征化不仅是锂离子电池介观尺度数值模型的重要组成部分,也是通过数值技术由底向上进行电极微结构虚拟设计与优化的基础.本文以某商用LiCoO2电池正极的孔隙率、电极组成材料的组分体积分数、活性材料颗粒粒径分布、相关函数等重要结构与统计信息作为输入参数,采用模拟退火法对其微结构进行了数值重建,得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构,其重要特性参数与实际电极一致.对重构电极的特征化分析,得到了电极内部各组分的连通性、孔径分布等特征信息.同时,采用D3Q15格子Boltzmann模型计算了重构电极的有效热导率以及电解液(或固相)的有效传输系数.与随机行走模拟或Bruggemann等经验公式相比,基于实际电极微结构细节信息的介观数值方法对多孔电极有效传输系数的预测更为准确可靠. 展开更多
关键词 有效物性参数 锂离子电池介观模型 模拟退火法 格子BOLTZMANN方法
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