内绝热层是固体火箭发动机热防护体系的重要组成部分。目前,在研究绝热材料的热化学烧蚀性能时,研究人员大多采用宏观烧蚀模型。宏观烧蚀模型不考虑绝热材料介观组成和分布结构的影响,难以深入揭示绝热材料的热化学烧蚀机理。在介观尺度构建绝热材料的微结构模型,进一步研究绝热材料的热化学烧蚀性能,有助于提高绝热材料热化学烧蚀模型的可靠性。为此,首先要建立能够合理反映绝热材料介观组成和分布结构的绝热材料微结构模型,并表征模型的微结构参数。基于随机序列吸附算法,使用MATLAB语言编写程序,分别构建了颗粒填料、短切纤维和颗粒填料/短切纤维掺杂等三种类型的的绝热材料微结构模型。在绝热材料微结构模型中,颗粒填料和短切纤维均匀分布且互不相交,可以调节颗粒填料、短切纤维的形貌、尺寸、取向和体积分数。建立了绝热材料微结构模型中颗粒填料和短切纤维分布均匀性的表征方法。使用等效质心和转动惯量,分析微结构模型中颗粒填料的空间分布特性;使用径向分布函数,分析微结构模型中短切纤维的空间分布特性;使用取向张量,分析微结构模型中短切纤维的取向特性。基于硅橡胶基绝热材料配方,生成了颗粒填料和纤维填料掺杂的绝热材料微结构模型:模型尺寸为1mm×1mm×1mm;颗粒半径服从均值为0.005mm、标准差为0.001mm的正态分布,体积百分数为14.6vol%;短切纤维长度为1mm,直径为0.01mm,体积百分数为6.7vol%。绝热材料微结构模型的计算结果表明,模型中颗粒填料和短切纤维的分布基本均匀,取向符合要求,验证了模型生成算法的合理性。绝热材料微结构模型的内部结构较为复杂,难以使用常规方法划分网格,为此引入基于背景网格的网格划分方法。首先生成规整的六面体背景网格,然后判定网格的材料属性,最终生成有限元模型。以硅橡胶基绝热材料为研究对象,基于ANSYS有限元分析软件,计算了绝热材料的室温导热系数,数值分析了颗粒填料体积分数、颗粒填料粒径、颗粒填料种类、短切纤维取向和短切纤维长径比等参数对绝热材料室温导热系数的影响。研究结果表明:(1)当颗粒填料的导热系数大于基体的导热系数时,随着颗粒填料体积分数的增大,绝热材料的导热系数增大。(2)当颗粒填料的体积分数小于20%时,在10~100μm范围内改变颗粒填料粒径,绝热材料的导热系数基本不变;但是,小粒径颗粒填料有助于材料内部温度场均匀变化。(3)添加低导热系数的颗粒填料,可以有效降低绝热材料的导热系数;反之亦然。(4)在绝热材料中,平行于热流方向取向的短切纤维数目越多,绝热材料的导热系数越大。(5)在短切纤维长径比为10~50的范围内,随纤维长径比的增大,绝热材料的导热系数增大。