碳納米管復合材料界面應(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)異的物理和力學性能而被認為是復合材料的理想增強相,它們和復合材料基體的界面力學行為是影響復合材料宏觀力學性能的重要因素,近年來已經(jīng)成為復合材料研究的重點。本論文針對碳納米管增強復合材料的界面應(yīng)力傳遞以及石墨烯的彈性性能開展了理論研究。
　　建立了一個三維軸對稱兩圓柱殼模型,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)力的解析表達式,并對這些表達式進行了無量綱化處理。通過數(shù)值計算,分析了碳納米管的細長比、體積分數(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)以及范德華力對應(yīng)力分布情況的影響。在此基礎(chǔ)上,進一步利用有限單元法對單壁

3、碳納米管增強聚合物復合材料的界面脫粘、應(yīng)力傳遞及拔出載荷進行了數(shù)值模擬。建立一個軸對稱三圓柱殼模型,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長比、界面強度以及熱殘余應(yīng)力等因素對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,本文提出了一個基于原子間作用勢和連續(xù)介質(zhì)力學的理論模型來預(yù)測單層石墨烯納米帶的彈性性能。采用彈性拉伸與扭轉(zhuǎn)彈