碳納米彈簧的分子結構力學有限元分析.pdf

1、新材料是發(fā)展高科技的物質基礎和先導。納米材料及其納米結構已成為二十一世紀新材料研究中最富有活力的生長點之一。其中，碳納米管作為納機電系統（NEMS）和納米復合材料(NCM)的基本構件，由于其獨特的納米級尺寸和空心結構，較大的比表面積等特性而倍受關注。由碳納米管構成的螺旋結構---碳納米彈簧，由于具有獨特的力學和電學性能，比碳納米管具有更加廣闊的應用前景，已引起人們極大的研究興趣。為了研究碳納米彈簧結構的基本力學性能，基于Li和Chou提

2、出的分子結構力學方法[1]，本文在ANSYS?平臺上實現了其有限元算法。首先,介紹了分子結構力學理論和范德華力模擬原理;然后,利用通用有限元軟件ANSYS?二次開發(fā)技術開發(fā)了相應的程序模塊，其中，原子間的化學鍵用梁單元模擬，分子間的范德華力用非線性彈簧單元模擬。為了驗證該方法的有效性，本文首先對碳納米管的彈性行為進行了有限元分析，并同現有的文獻結果進行了對比；在此基礎上，分析了單層碳納米彈簧的彈性常數與彈簧結構參數（如管直徑、彈簧直徑、