碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、碳納米管以其優(yōu)異的力學(xué)性能被廣泛用于復(fù)合材料中。納米尺度碳納米管增強(qiáng)相的添加，使得基體與碳納米管之間的界面問(wèn)題凸顯。界面力學(xué)性能與碳納米管有序排布一并成為影響碳納米管復(fù)合材料力學(xué)性能的重要因素。本論文將碳納米管復(fù)合材料作為研究對(duì)象，分別進(jìn)行材料有效模量預(yù)測(cè)、材料納米結(jié)構(gòu)失效破壞過(guò)程分析和復(fù)合材料宏觀失效過(guò)程研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用軟件ABAQUS中Python腳本，建立位移邊界條件下包含碳納米管、基體、界面三相的正四

2、邊形代表性體積單元模型，以復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)作為理論基礎(chǔ)，對(duì)碳納米管復(fù)合材料的有效模量進(jìn)行預(yù)測(cè)。與傳統(tǒng)單向載荷方法結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，證明了本論文方法的可行性。并分析了界面厚度、界面彈性模量、碳納米管長(zhǎng)徑比對(duì)碳納米管復(fù)合材料有效模量的影響。⑵研究碳納米管復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)失效破壞過(guò)程，采用ABAQUS中內(nèi)聚力單元以及用戶(hù)自定義場(chǎng)技術(shù)，建立了碳納米管復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)模型。分別對(duì)復(fù)合材料施加橫向載荷、縱向載荷，試圖對(duì)在單向載荷下碳納米管復(fù)合材料進(jìn)行

3、強(qiáng)度預(yù)測(cè)和失效過(guò)程分析。結(jié)果表明:在承受橫向載荷時(shí)，起始損傷區(qū)域源自與載荷方向相同的界面處，進(jìn)而逐步擴(kuò)展至與橫向載荷方向垂直的靠近碳納米管的基體，碳納米管間距較小的基體部分將會(huì)優(yōu)先失效，隨著載荷的增大，失效區(qū)域不斷平行擴(kuò)展，最終失效區(qū)域呈“一”字型垂直于橫向載荷方向分布;在承受縱向載荷時(shí)，基體的承載能力變得十分有限。碳納米管性能成為復(fù)合材料縱向性能的決定性因素。⑶采用材料有限退化方法研究復(fù)合材料宏觀失效過(guò)程，以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料NOL環(huán)為