碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變場的有限元數(shù)值模擬研究.pdf

1、本課題采用有限元方法并利用ANSYS軟件建立了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料有限元模型，并且模擬出碳納米管及周圍基體的應(yīng)力場分布情況，對彈性條件下與彈塑性條件下鎂合金基體和碳納米管等效應(yīng)力與應(yīng)變分布進(jìn)行對比，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對照。
　　 分析結(jié)果表明：
　　 對于碳納米管增強(qiáng)純鎂和AZ91D鎂合金復(fù)合材料，等效應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律基本相同。在相同拉力下，復(fù)合材料整體軸向變形比未加CNTs的基體材料軸向變形明顯減小。在CNTs兩

2、端面處附近的基底部分出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，基體的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在碳管端面周圍，碳納米管的應(yīng)力數(shù)值大于基體的應(yīng)力數(shù)值。應(yīng)變分布與應(yīng)力分布情況類似，在碳管管身周圍基體的應(yīng)變低于碳管端面周圍的基體，因此碳納米管能夠限制基體的變形，起到很好的增強(qiáng)效果。等效應(yīng)力和應(yīng)變在分布趨勢上是對稱的，但是應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值不是對稱分布的。
　　 對于鍍鎳碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，應(yīng)力和應(yīng)變分布情況與未鍍鎳時相近似，鎳層的等效應(yīng)力最大值出現(xiàn)CNTs鎳層端

3、面區(qū)域。鎳層等效應(yīng)力大于鎂合金基體等效應(yīng)力，CNTs的等效應(yīng)力大于鎳層的等效應(yīng)力。說明當(dāng)軸向拉伸基體材料時，應(yīng)力是從基體傳遞到鍍鎳層，再由鍍鎳層傳遞到CNTs。碳納米管對基體的限制區(qū)域是以其中心軸為軸心，半徑8～12倍的圓柱缽區(qū)域，并且在5倍半徑以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)碳納米管的限制作用明顯大于之外的區(qū)域。
　　 斷裂的位置出現(xiàn)在碳納米管兩端端面與鎂合金基體交接的鎳層上。復(fù)合材料的斷裂是從CNTs兩端面附近界面處開始，其破壞方式是界面脫開。