复合泡沫塑料(Syntactic Foam)是一类由高分子聚合物基体和空心微球填料经过混合、成型、固化而制成的多孔材料。与传统泡沫塑料相比,由于该材料中气孔存在于封闭的空心微球中,因此其具有低密度、高比强度和刚度、低吸水性、良好的绝热性能、电绝缘性能、声学和机械阻尼性能的特点,广泛应用于航空和航天领域、阻尼板材、深海浮力材料、近海作业、夹心结构和电子工业中。本文通过ANSYS自带APDL语言进行二次开发编程,建立了多颗粒随机分布代表体积元模型,用RSA算法程序实现空心玻璃微球在树脂基体中的随机分布。使用有限元分析方法对代表体积元模型进行数值模拟,研究了填料体积分数、微球壁厚、微球粒径对复合材料等效导热系数的影响,通过查看材料局部温度分布云图和热流矢量图,具体研究材料微观结构对热性能的影响机理,从而实现复合泡沫塑料的优化设计。并引入经典理论模型,验证有限元分析方法的可行性和准确性,进一步丰富了有限元分析方法在工程中的应用。综合各项数据,得出一下结论:(1)通过有限元分析软件ANSYS中APDL语言二次开发编程,建立空心玻璃微球填充环氧树脂基体随机分布模型,采用代表体积元思想对复合材料进行数值模拟,是研究复合泡沫塑料相关热性能的有效手段。(2)空心玻璃微球在复合泡沫塑料体系内对热流有一定的阻隔作用,当热流遇到空心玻璃微球后,热流向微球两侧进行了分流,热流中只有一小部分通过空心玻璃微球,而其它大部分沿着微球壁流动,因此复合泡沫塑料可以用作有效的隔热材料。(3)通过有限元分析方法对复合泡沫塑料等效导热系数进行数值模拟,详细研究了空心玻璃微球填充体积分数、空心玻璃微球粒径以及壁厚对复合泡沫塑料热性能的影响。随着空心玻璃微球填充量的增加,材料导热系数基本呈直线下降趋势,而在空心玻璃微球填充量相同的条件下,随着微球粒径增加,微球数目不断减小,复合泡沫塑料等效导热系数升高,当微球直径一定时,随着空心玻璃微内外径比增加,即壁厚越薄,材料导热系数逐渐降低,防隔热性能越好。(4)从防隔热效果的角度出发,根据数值模拟结果,在保证有效分散的情况下尽可能填充多的微球,并使用粒径较小、球壁较薄的微球。但是,工程实际中还需考虑材料的机械性能等众多因素。(5)引入经典分析模型并通过实验数据进行验证,与经典模型相比,有限元分析模型数据更加贴合实验数据,更能准确模拟复合泡沫塑料等效导热系数测定的实际情况,也为预测复合材料体系等热性能参数提供了更加准确、行之有效的方法。