分子力學(xué)在碳納米管力學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、碳納米管是納米材料中很重要的和亟待研究與應(yīng)用的材料之一,對其性能的研究具有重大的理論和現(xiàn)實意義.該文首先用準連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法研究了碳納米管的抗彎剛度,接著提出了一種用來模擬碳納米管力學(xué)性質(zhì)的修正的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法,然后利用此方法模擬了碳納米管的拉伸和彎曲特性.該文首先介紹了碳納米管的基本結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用,并綜述了碳納米管力學(xué)的歷史背景和已取得的成果;然后介紹了分子力學(xué)方法的理論基礎(chǔ)和一般特征,特別對各能量項的力場函數(shù)形式、特點以及它們應(yīng)

2、用時要注意的問題做了詳細的討論.該文通過對單壁碳納米管的獨特結(jié)構(gòu)的仔細分析,運用分子力學(xué)方法,得到了單壁碳納米管抗彎剛度的計算公式,其結(jié)果與目前公認的單壁碳納米管的有效抗彎剛度吻合得很好.基于單壁碳納米管的分析結(jié)果,提出了一種新的計算多壁碳納米管抗彎剛度的方法,并推導(dǎo)了多壁碳納米管的抗彎剛度公式.該公式能在極限條件下很好的還原為經(jīng)典彈性力學(xué)中的抗彎剛度公式,并清楚地反映了單壁碳納米管抗彎剛度不能由經(jīng)典彈性力學(xué)抗彎剛度公式計算的本質(zhì)原因.

3、該章的結(jié)果很好地解釋了多壁碳納米管的屈服波長與經(jīng)典預(yù)言偏差很大的現(xiàn)象.該文仔細研究了分子力學(xué)方法在碳納米管中的應(yīng)用,并結(jié)合作者對碳納米管和分子力學(xué)的理解,提出了一種基于分子力學(xué)的類似于有限元方法的修正分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法.該方法是用分子力學(xué)中力場勢能函數(shù)表述系統(tǒng)的勢能,并將系統(tǒng)能量按一定方式離散,然后直接從能量原理出發(fā),在小變形假設(shè)的基礎(chǔ)上,直接建立系統(tǒng)方程.基于此方法,一個計算程序被編寫,并用此程序模擬了碳納米管的拉伸和彎曲特性.從均勻的