剪切滯后模型預測碳納米管復合材料的力學行為.pdf

1、納米復合材料成為當前科技領域中理論和實驗研究的熱點。碳納米管具有優(yōu)異的力學性能、表面性能和多功能特性等物理化學性能，以及在納米尺度上的微結構和超大界面面積引起與基體強相互作用的性能，成為理想的增強纖維材料，帶動了納米科技的發(fā)展和革命。碳納米管復合材料是碳納米管的眾多應用中的一個重要方面。 碳納米管復合材料的相關實驗結果表明，碳納米管與聚合物基體之間存在界面層，其厚度與納米管直徑尺度相當、并均在納米尺度范圍內，同時聚合物基體具有明

2、顯的粘彈性性能。為深入的研究碳納米管在納米尺度上增強聚合物復合材料的力學行為，基于連續(xù)介質理論，將碳納米管等效成連續(xù)殼體的短纖維增強材料，基體采用廣義Maxwell模型來描述粘彈性性能，建立包含界面層的三相柱殼形剪切滯后模型。對碳納米管復合材料的應力場、應力傳遞效率、纖維飽和應力、纖維有效長度和復合材料模量、影響它們的各參數(shù)以及納米管復合材料界面效應等進行彈性力學分析；同時分析代表性體積單元的應力、位移等體現(xiàn)在相位差上的粘彈性效應，應力

3、場和復合材料模量隨時間的演化情況，即為碳納米管復合材料的粘彈性力學行為，以及復模量、存儲模量、損失模量、阻尼比和材料能量損耗等隨頻率的變化關系。 通過剪切滯后分析結果表明界面層的存在對應力傳遞，及其幾何位形與力學性能對復合材料的力學行為起到決定性的影響；復合材料中碳納米管的長徑比對于增強效果沒有影響，而在小直徑(約小于20 nm)或較大體積分數(shù)下具有明顯的尺度效應；界面層和基體的粘彈性性能，對聚合物基體復合材料的結構性能和壽命均