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n -Phase micromechanical framework for the conductivity and elastic modulus of particulate composites: Design to microencapsulated phase change materials (MPCMs)-cementitious composites
Materials & Design ( IF 8.4 ) Pub Date : 2018-05-01 , DOI: 10.1016/j.matdes.2018.02.065
Wenxiang Xu , Mingkun Jia , Zhigang Zhu , Mingjun Liu , Dong Lei , Xiaofan Gou

Abstract The smart design of microencapsulated phase change materials (MPCMs) in cementitious composites requires an explicit understanding of effects of soft microcapsule particles, stiff aggregates and their surrounding weak interfaces on the physico-mechanical properties of particulate composites. This paper devises a n-phase micromechanical framework to predict the effective thermal conductivity and elastic modulus of multicomponent particulate composites that consist in stiff and soft anisotropic-shaped inclusions, their surrounding weak interfaces and matrix. In this micromechanical model, the volume fraction of weak interfaces treated as the interphase model is quantified and incorporated into the n-phase differential effective medium model. It is found that the structural configuration of interfaces has a significant effect on the effective physico-mechanical properties of particulate composites. The micromechanical model leads to predictions of the effective conductivity and elastic modulus of multicomponent particulate composites to a good accuracy by comparing with available experimental data for regular concrete, quartz mortar and MPCMs-cementitious composites. By utilizing the micromechanical model, the authors further develop a theoretical design rule for the robust overall performance of MPCMs-cementitious composites with the better thermal resistance and elastic modulus. These results can also be used to design other multiphase particulate composites and porous media with the cherry-pit structure.

中文翻译:

用于颗粒复合材料电导率和弹性模量的 n 相微机械框架:微胶囊相变材料 (MPCM)-水泥基复合材料的设计

摘要 水泥基复合材料中微胶囊相变材料 (MPCM) 的智能设计需要明确了解软微胶囊颗粒、硬骨料及其周围弱界面对颗粒复合材料物理机械性能的影响。本文设计了一个 n 相微机械框架来预测多组分颗粒复合材料的有效热导率和弹性模量,这些复合材料由硬和软各向异性形状的夹杂物、它们周围的弱界面和基体组成。在这个微机械模型中,作为界面模型处理的弱界面的体积分数被量化并合并到 n 相微分有效介质模型中。结果表明,界面的结构配置对颗粒复合材料的有效物理力学性能有显着影响。通过与常规混凝土、石英砂浆和 MPCMs-水泥基复合材料的现有实验数据进行比较,该微观力学模型可以准确地预测多组分颗粒复合材料的有效电导率和弹性模量。通过利用微观力学模型,作者进一步开发了具有更好耐热性和弹性模量的 MPCMs-水泥基复合材料稳健整体性能的理论设计规则。这些结果也可用于设计具有樱桃核结构的其他多相颗粒复合材料和多孔介质。通过与常规混凝土、石英砂浆和 MPCMs-水泥基复合材料的现有实验数据进行比较,该微观力学模型可以准确地预测多组分颗粒复合材料的有效电导率和弹性模量。通过利用微观力学模型,作者进一步开发了具有更好耐热性和弹性模量的 MPCMs-水泥基复合材料稳健整体性能的理论设计规则。这些结果也可用于设计具有樱桃核结构的其他多相颗粒复合材料和多孔介质。通过与常规混凝土、石英砂浆和 MPCMs-水泥基复合材料的现有实验数据进行比较,该微观力学模型可以准确地预测多组分颗粒复合材料的有效电导率和弹性模量。通过利用微观力学模型,作者进一步开发了具有更好耐热性和弹性模量的 MPCMs-水泥基复合材料稳健整体性能的理论设计规则。这些结果也可用于设计具有樱桃核结构的其他多相颗粒复合材料和多孔介质。石英砂浆和 MPCMs-水泥基复合材料。通过利用微观力学模型,作者进一步开发了具有更好耐热性和弹性模量的 MPCMs-水泥基复合材料稳健整体性能的理论设计规则。这些结果也可用于设计具有樱桃核结构的其他多相颗粒复合材料和多孔介质。石英砂浆和 MPCMs-水泥基复合材料。通过利用微观力学模型,作者进一步开发了具有更好耐热性和弹性模量的 MPCMs-水泥基复合材料稳健整体性能的理论设计规则。这些结果也可用于设计具有樱桃核结构的其他多相颗粒复合材料和多孔介质。
更新日期:2018-05-01
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