COMSOL和Matlab联合仿真之复合材料填充建模

在基底材料中添加填料制成的复合材料，被用在绝缘材料改良性能机械防腐蚀性能、导热材料提高导热性能等应用场合。在绝缘材料中，根据不同需要向聚合物基体添加的填料可以是补强剂、惰性填充剂、阻燃剂、防老剂及其它特殊用途填料。在提高上述性能的同时，也要保证足够的绝缘性能。在导热材料中，用于芯片散热的硅脂是经典的复合导热材料用途之一。

对这些复合材料性能的仿真研究中，需要建立随机填料几何模型。在COMSOL中，如果要建立大量随机部件，直接在软件中建模是很不方便的。

这种情况，适合采用程序化建模。具体的方法有：

1、方法或插件

3、java接口

4、matlab接口（comsol with matlab）

（上图是采用方法实现的随机几何建模）

其中，matlab接口是最灵活的，可以利用matlab内置的函数，使得开发更简单，并能开发出具有更复杂需求代码。

COMSOL软件提供了使用matlab建模仿真的API（COMSOL with MATLAB），可以通过编写matlab脚本，自动构建各种随机模型：

填料的材料可以是一种，也可以是多种；填料的形状可以是一种，也可以是多种（球形、圆柱形、长方体等）。

上述模型是填料都在计算域内部的，也可以制作填料被边界截断的模型：

程序随机填料，可以保证填料颗粒间不相交，填料的尺寸可以是相同的、等概率随机分布、正态随机分布等。计算域除了可以是上述模型中的长方体，也可以是圆柱体、球体等。

另外，可以代码可以自动完成材料的设置、边界条件的设置：

方便进行复合材料的力学性能、等效电导率、等效导热系数等：

可以批量生成模型，计算不同填料填充率时，复合材料的物理性能：

对于这些复合材料的仿真研究，既可以研究填充率的影响，也可以研究填料尺寸的影响、长宽比比较大的材料取向的影响等。总之，随机材料构建的仿真模型给这类复合材料的研究提供了强大的理论研究手段。

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