一維納米結構力學性能尺寸效應的實驗及理論研究.pdf

1、隨著納米技術的迅速發(fā)展，納米結構力學性能的實驗測量和建模引起了廣泛的關注。本文針對一維納米結構的彈性模量，尤其是尺寸效應相關的問題進行了實驗和理論建模研究。本文對納米結構的研究主要集中在中等尺寸聚合物納米纖維，直徑100～1200納米和超細金屬納米桿，直徑小于10納米。直徑大于1200納米的“宏觀”纖維中，沒有顯示出明顯的尺寸效應。
　　 實驗部分，本文采用靜電紡絲技術制備了不同直徑的PCL納米纖維，并對單根PCL納米纖維進行了

2、軸向拉伸、靜態(tài)彎曲和動態(tài)彎曲三種類型的實驗。實驗中發(fā)現納米纖維的橫截面積是橢圓形，影響了分析結果的精度。本文分別利用AFM和SEM的測量數據，引入垂直直徑和水平直徑，對結果進行了修正。為研究納米纖維的尺寸效應，對直徑變化范圍在100～1200納米的納米纖維的力學性能進行了實驗研究。實驗研究結果顯示，在納米纖維彎曲實驗中，纖維彈性模量隨納米纖維直徑的變化呈現相反的變化趨勢，即直徑越小，彈性模量越大，但對纖維拉伸實驗的統(tǒng)計結果沒有顯示出尺寸

3、效應。
　　 為了分析納米纖維的尺寸效應，本文對應變梯度理論進行了部分的改進，發(fā)展了應變梯度彈性理論的動力學模型。該模型能描述納米纖維彎曲時出現尺寸效應，而拉伸時無尺寸效應的情況，并且模型與實驗數據符合良好。本文發(fā)展的應變梯度理論模型還預測了納米纖維固有頻率的尺寸效應變化趨勢。
　　 為了進一步分析超細納米桿的尺寸效應，本文發(fā)展了晶格理論的原子模型。晶格模型適應于解釋超細納米桿在拉伸情況下的微小的尺寸效應，這一結論好像與