毫米级碳化硼颗粒增强核辐射屏蔽材料的力学性能预测

摘要

针对现有预测模型不完全适用于兼具中子、伽马综合屏蔽性能的毫米级碳化硼（B₄C）颗粒增强金属基核辐射屏蔽材料力学性能预测的问题，提出一种结合有限元仿真软件和自编程的力学性能预测模型。首先，使用LiveLink^TM for MATLAB®接口将有限元软件COMSOL Multiphysics和MATLAB自编程相结合，构建基于随机算法模型（GRM）的代表性体元模型，并计算确定了模型尺寸、网格划分尺寸等关键模拟参数；其次，与文献模型数据对比，验证了模型的正确性；最后，仿真计算了B₄C颗粒的含量、形状和粒径等参数对复合材料力学性能的影响。结果表明：当B₄C颗粒与基体理想结合、半径为0.20 cm、体积分数为30%时，复合材料的屈服强度比B质量分数为1.80%和1.65%的硼钢分别高25.60%和21.00%;在毫米级粒径范围内，B₄C颗粒形状和粒径大小对复合材料弹性模量、屈服强度的影响不超过3.28%;所提预测模型对毫米级B₄C颗粒增强核辐射屏蔽复合材料多性能优化设计时力学性能的评估具有指导意义。

关键词

毫米级B₄C颗粒 / 核辐射屏蔽 / 代表性体元模型 / 力学性能预测

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12305354); 国家资助博士后研究人员计划项目(GZC20232090)