碳纳米管填充型导电高分子复合材料因其具有独特的电学性能和力学性能,在柔性传感器领域应用前景广阔,但是目前由其制造的传感器功能还比较单一,可设计性较差。由于实验研究中的客观条件的限制,很难精确的控制内部填料的微观结构,而利用数值模拟技术可以精确的再现这些微观结构,因此数值模拟在研究此类材料性能时具有独特的优势。然而,目前的商业化软件还无法直接实现导电复合材料的力-电耦合模拟,文献中报道的采用“杆单元+实体单元”的研究方案中还存在局部刚度虚增以及自由度匹配等问题。针对上述问题,本文基于隧道电阻理论,从微观角度出发,设计了一套导电高分子复合材料(CPCs)力-电响应的真三维模拟方案,并结合实验验证了该模拟方案的正确性。同时,采用数值模拟结合正交实验的方法,初步探究了CPCs在力-电响应过程中影响导电填料间的“隧道电阻变化”和变形过程中“导电通路网络或拓扑结构改变”的主要因素。本文的主要工作如下:(1)简要介绍了力-电耦合模拟的理论模型和数值方法,并采用蒙特卡罗方法,联合运用Digimat软件和UG软件,构建了碳纳米管填充型导电高分子复合材料的三维代表性体积单元(RVE)。(2)基于隧道电阻理论,提出了一套CPCs力-电响应的真三维模拟方案。该方案首先采用ANSYS软件中的APDL(ANSYS Parametric Design Language)二次开发功能,结合C++语言,开发出用户定义的隧道单元搜索和RVE内导电通路判断的软件程序;然后将自定义软件的结果导入ANSYS软件,对高分子基体和导电填料均采用真三维实体单元进行计算,完成了不同受力情况下此类复合材料的力、电双物理场的耦合求解。(3)开展了MWCNTs/TPU材料的力-电响应灵敏度实验,实验和模拟结果均表明:当填料与基体的弹性模量比越大时,RVE的力-电响应灵敏度越高。两种方法得到的结果趋势一致,证明本文的模拟方案合理。(4)通过设计正交实验,分析了基于“导电填料间隧道电阻变化”机理下的力-电响应灵敏度的六个主要影响因素,其中影响效果最为显著的前三个因素是填料和基体的弹性模量比、碳纳米管的长径比和取向。初步探索了基于“变形过程中导电网络变化”机理下的力-电响应的主要影响因素,分析可得填料与基体的弹性模量比和碳纳米管的取向角很关键。本文构建的力-电耦合真三维数值模拟方案,为填充型导电高分子复合材料传感器的灵敏度设计提供了有效方法,对传感器的定量化设计具有重要的意义和参考价值。