碳納米管復(fù)合材料界面應(yīng)力傳遞及石墨烯彈性性能研究.pdf

1、碳納米管和石墨烯由于其優(yōu)異的物理和力學(xué)性能而被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相,它們和復(fù)合材料基體的界面力學(xué)行為是影響復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能的重要因素,近年來(lái)已經(jīng)成為復(fù)合材料研究的重點(diǎn)。本論文針對(duì)碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料的界面應(yīng)力傳遞以及石墨烯的彈性性能開展了理論研究。
　　建立了一個(gè)三維軸對(duì)稱兩圓柱殼模型,并在模型中考慮了碳納米管與基體的泊松效應(yīng)、雙壁碳納米管管壁間范德華力以及由于碳納米管和基體熱膨脹系數(shù)失配而引起的殘余應(yīng)力的影響,分別研究

2、了雙壁碳納米管和基體在完全粘接和脫粘情況下的界面應(yīng)力分布和傳遞機(jī)制。根據(jù)平衡關(guān)系及界面上的位移與應(yīng)力連續(xù)條件,推導(dǎo)出了碳納米管軸向應(yīng)力的微分方程,從而得到了碳納米管軸向應(yīng)力、基體的軸向平均應(yīng)力以及碳納米管與基體界面上切應(yīng)力的解析表達(dá)式,并對(duì)這些表達(dá)式進(jìn)行了無(wú)量綱化處理。通過(guò)數(shù)值計(jì)算,分析了碳納米管的細(xì)長(zhǎng)比、體積分?jǐn)?shù)、基體與碳納米管的彈性模量比、溫度變化、界面摩擦系數(shù)以及范德華力對(duì)應(yīng)力分布情況的影響。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用有限單元法對(duì)單壁

3、碳納米管增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的界面脫粘、應(yīng)力傳遞及拔出載荷進(jìn)行了數(shù)值模擬。建立一個(gè)軸對(duì)稱三圓柱殼模型,引入ABAQUS中的Cohesive單元模擬碳納米管和聚合物基體之間的界面層,分析了單壁碳納米管的細(xì)長(zhǎng)比、界面強(qiáng)度以及熱殘余應(yīng)力等因素對(duì)單壁碳納米管與聚合物基體間的界面切應(yīng)力、碳納米管的軸向應(yīng)力以及拔出載荷的影響。
　　另外,本文提出了一個(gè)基于原子間作用勢(shì)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的理論模型來(lái)預(yù)測(cè)單層石墨烯納米帶的彈性性能。采用彈性拉伸與扭轉(zhuǎn)彈