基于有限元方法的含缺陷碳納米管力學(xué)性能研究.pdf

1、碳納米管具有極其優(yōu)異的力學(xué)性能，是目前已知的彈性模量和抗拉強(qiáng)度最高的材料，其潛在應(yīng)用價(jià)值巨大，是開發(fā)價(jià)值最高的納米材料之一。因此對碳納米管的結(jié)構(gòu)和特性，特別是含缺陷碳納米管的力學(xué)行為的研究對其實(shí)際應(yīng)用是非常必要的。本文基于分子結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，采用有限元方法建立了單壁和多壁碳納米管的有限元模型，研究了碳納米管的若干力學(xué)性能，主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)建立碳納米管的有限元模型。本文建立了單壁和多壁碳納米管的有限元模型，并實(shí)現(xiàn)了模

2、型中缺陷類型、數(shù)量、位置、密度的參數(shù)化。
　　 (2)碳納米管的彈性常數(shù)計(jì)算。本文計(jì)算了碳納米管的彈性模量、剪切模量、泊松比，并分析了各類因素對彈性常數(shù)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，單壁碳納米管的彈性常數(shù)隨長徑比的變化曲線出現(xiàn)分段現(xiàn)象，相鄰段之間沒有平緩過渡。在本文研究的各類使碳納米管的彈性性能降低的缺陷中，最危險(xiǎn)的是雙原子空位缺陷。范德華力作用使雙壁碳納米管的彈性模量略微降低。
　　 (3)碳納米管的壓縮屈曲行為模擬。本文對碳

3、納米管的屈曲臨界載荷、臨界屈曲應(yīng)變進(jìn)行了計(jì)算，并對影響屈曲行為的因素進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，相同長度的單壁碳納米管承受臨界壓縮屈曲應(yīng)變的能力有一個(gè)最優(yōu)直徑，處在該直徑的單壁碳納米管承載能力最強(qiáng)。缺陷位置越接近單壁碳納米管的中間部位，屈曲臨界載荷和臨界屈曲應(yīng)變減小的幅度越大。在某些特定的周向缺陷間隔角度處，屈曲臨界載荷和臨界屈曲應(yīng)變具有極大值與極小值。范德華力作用使雙壁碳納米管的臨界屈曲應(yīng)變增大。
　　 (4)碳納米管的振動行為研究