刚性边界对磁场作用下的二维短钢纤维空间取向的影响

郭昊; 王思博; 孙轶; 王宝山; 林建军

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刚性边界对磁场作用下的二维短钢纤维空间取向的影响

首发时间：2024-01-25

郭昊 ¹
郭昊（1999-），男，硕士研究生，主要研究方向：纤维增强体系数值分析
王思博 ¹ 孙轶 ¹ 王宝山 ¹ 林建军 ^{1
2}
林建军（1987-），男，副教授、硕导，主要研究方向：非球形颗粒堆积建模及其工程应用

1、燕山大学城市固废无害化协同处置及利用河北省工程研究中心，秦皇岛 066000
2、东南大学材料科学与工程学院，江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189

摘要：钢纤维是材料领域最常用的一种纤维类型，其增强效率与纤维的空间分布和取向密切相关。通过外加磁场可实现钢纤维在材料中的人工定向，然而，其定向效果往往受到模具边壁效应的影响。为探究水泥砂浆中钢纤维在考虑外加磁场作用下模具的刚性边壁对纤维定向效应的影响，本研究首先借助计算机仿真技术生成了由圆棒形纤维颗粒和均质基体组成的二维两相复合模型，然后，结合半周期半刚性边界条件系统分析了纤维在磁场作用前、后两种不同情形下，纤维平均分布个数和取向角等参量随纤维几何特征的变化情况。研究显示：在施加电磁场后，容器任意截面处纤维粒子的平均有效个数和取向角度均得到大幅提高。刚性边界的边壁效应对纤维的电磁定向效果具有非常明显的不利影响，受影响区域的范围基本等于单个纤维粒子的总长度，并且上述规律不受纤维具体几何参数的影响。

关键词：二维纤维粒子空间取向边壁效应电磁场数值研究

For information in English, please click here

Effect of rigid boundaries on the spatial orientation of steel fibers in 2D system under the electromagnetic field

GUO Hao ¹
郭昊（1999-），男，硕士研究生，主要研究方向：纤维增强体系数值分析
WANG Sibo ¹ SUN Yi ¹ WANG Baoshan ¹ LIN Jianjun ^{1
2}
林建军（1987-），男，副教授、硕导，主要研究方向：非球形颗粒堆积建模及其工程应用

1、Hebei Province Engineering Research Center for Harmless Synergistic Treatment and Recycling of Municipal Solid Waste, Yanshan University, Qinhuangdao 066000
2、Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, School of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189

Abstract：Steel fiber is one of the most commonly used fibers in the field of materials and the reinforced efficiency of steel fibers in composite is largely related to their spatial distribution and orientation. By using the external electromagnetic field, the orientation of steel fibers in materials can be driven and controlled artificially, however, the specific orientation degree of them is generally restricted by the wall effect of rigid boundaries of the container. To explore the spatial orientation of steel fibers in composites with the wall effect of rigid boundaries under the electromagnetic field, the two-dimensional (2D) two-phase composite models composed of fibrous particles and homogeneous matrix are generated firstly by the computer simulation technology, in which the steel fibers are simplified as the same-sized discorectangles here. Afterward, based on these 2D models with the semi-periodic boundaries, the effect of fiber geometric characteristics on both the spatial distribution and orientation degree of fibrous particles is further studies before and after the fibers are aligned by the magnetic force. The results show that both the mean effective number and orientation degree of fibrous particles at a cross-section of container can be greatly increased when the electromagnetic field is applied. Moreover, the wall effect of rigid boundaries shows an obviously adverse influence on the electromagnetic orientation efficiency of the steel fibers and the range size of affected region is essentially equal to the total length of fibrous particles. And above trends are not sensitive to the specific geometric characteristics of these fibers.

Keywords： two-dimensional fibrous particles spatial orientation wall effect electromagnetic field numerical study

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郭昊，王思博，孙轶，等. 刚性边界对磁场作用下的二维短钢纤维空间取向的影响[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2024-01-25]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202401-58.

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论文编号	202401-58
论文题目	刚性边界对磁场作用下的二维短钢纤维空间取向的影响
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