碳納米管增強復合材料力學性能研究.pdf

1、碳納米管以其優(yōu)異的力學性能被廣泛用于復合材料中。納米尺度碳納米管增強相的添加，使得基體與碳納米管之間的界面問題凸顯。界面力學性能與碳納米管有序排布一并成為影響碳納米管復合材料力學性能的重要因素。本論文將碳納米管復合材料作為研究對象，分別進行材料有效模量預測、材料納米結(jié)構(gòu)失效破壞過程分析和復合材料宏觀失效過程研究。
　　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，以復合材料細觀力學作為理論基礎，對碳納米管復合材料的有效模量進行預測。與傳統(tǒng)單向載荷方法結(jié)果進行了對比，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、碳納米管長徑比對碳納米管復合材料有效模量的影響。⑵研究碳納米管復合材料納米結(jié)構(gòu)失效破壞過程，采用ABAQUS中內(nèi)聚力單元以及用戶自定義場技術(shù)，建立了碳納米管復合材料納米結(jié)構(gòu)模型。分別對復合材料施加橫向載荷、縱向載荷，試圖對在單向載荷下碳納米管復合材料進行

3、強度預測和失效過程分析。結(jié)果表明:在承受橫向載荷時，起始損傷區(qū)域源自與載荷方向相同的界面處，進而逐步擴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優(yōu)先失效，隨著載荷的增大，失效區(qū)域不斷平行擴展，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，基體的承載能力變得十分有限。碳納米管性能成為復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合材料宏觀失效過程，以纖維增強復合材料NOL環(huán)為