有限元數值模擬可看作在計算機上進行的模型實驗，在模型體系上獲得的信息比在實際體系上所作的試驗更為詳細。介紹了利用ANSYS的參數化有限元分析技術數值模擬的模型、原理及精度，并獲得了系列化的數據，為石墨/PTFE復合材料的導熱性能設計提供了參考依據。

       聚四氟乙烯(PTFE)以其無可比擬的耐腐蝕和不結垢等性能引起廣泛關注，特別是在腐蝕性環境的石油化工熱交換設備方面尤為突出。為改善PTFE的自身弱點（如導熱性能差），與換熱設備相關的復合改性研究也成為熱點問題。石墨具有可與金屬媲美的導熱性能，且能與多數聚合物有較好的相容性，同時也具有良好的耐腐蝕性，是增強PTFE符合材料導熱性能的最佳選擇。

       預測導熱粒子填充聚合物兩相復合材料的有效熱導率的方法的研究，從百年前的Maxwall開始就引起了理論界的極大關注，大量的研究工作產生許多關于有效熱導率理論預測模型表達式，這些模型主要表達了有效熱導率與組成項的熱導率及其體積分數的關系。而大量的試驗表明用組分熱導率和體積分數的函數很難準確預測復合材料的有效熱導率。

       計算機技術與數值模擬技術的發展給運用數值模擬研究有效熱導率提供了一種有效的方法，如有限差分法、有限元法、Monte Carlo模擬及分子動力學模擬等。I．V．Belova 等用Monte Carlo方法來模擬熱量運輸，假定填充粒子沒有接觸、二組成相密度與比熱容相同且粒子呈球形或立方體并均布，模擬結果與Maxwell的結果基本一致。J．K Carson等用二維有限元模型進行模擬試驗，考察了多子L填充物對當量熱導率的影響。Dilek Kumlutas[5]采用有限差分法求解了顆粒填充聚合物復合材料的有效熱導率，Zhang根據有限差分計算結果，給出了基于分散相質量分數和密度的有效熱導率計算公式。文獻[7]探討了分子動力學模擬熱導率的相關問題，指出分子動力學方法是研究微尺導熱問題的有效手段，但是在建立模型系統和算法、邊界條件、系統內部熱流計算等問題上，還存在一些分歧。相比而言，有限元法不受固定節點位置的限制，更適合于不規則幾何體和空間變化的情況，在運算過程方面更具優勢。

       有限元數值模擬可看作在計算機上進行的模型實驗，在模型體系上獲得的微觀信息常常比在實際體系上所作的試驗更為詳細。數值模擬固體復合材料有效熱導率是一種高效的手段，它具有突出的特點：高精度，不需要過多的假設，可以模擬各種分散相狀態下的有效熱導率。

       本文利用ANSYS的參數化有限元分析技術對復合材料導熱性能進行數值研究，獲得了一系列的模擬數據，為PTFE復合材料的導熱性能設計提供了參考依據。

資料下載：   石墨_PTFE復合材料導熱性能的數值模擬_2007.pdf