碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)分析.pdf

1、根據(jù)高性能材料發(fā)展要求，設(shè)計(jì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)是21世紀(jì)材料科學(xué)發(fā)展的方向之一。建立復(fù)合材料宏觀性能與細(xì)觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系是對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和強(qiáng)度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文介紹了鎂基復(fù)合材料模型建立、發(fā)展和研究狀況，給出了解析計(jì)算公式及適用條件，并加以分析和比較。
　　 本文采用剪切滯后模型，通過(guò)細(xì)觀力學(xué)方法分析了含有界面層的碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料應(yīng)力場(chǎng)的分布和應(yīng)力傳遞效率，分析表明：載荷通過(guò)剪切應(yīng)力在兩相接觸的端部傳遞到增強(qiáng)體碳納米管上，碳納米管增

2、強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的應(yīng)力集中主要發(fā)生在相接觸面的端部，這與很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相吻合。結(jié)果顯示在碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的界面層厚度為9nm時(shí)，應(yīng)力傳遞效率為最佳值；復(fù)合材料長(zhǎng)徑比小于9時(shí)，長(zhǎng)徑比的變化對(duì)應(yīng)力傳遞效率影響較大。以細(xì)觀力學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用剪切滯后模型推導(dǎo)出碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料有效彈性模量的細(xì)觀力學(xué)解析計(jì)算公式，分析了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料中各組分參數(shù)對(duì)復(fù)合材料彈性模量的影響。結(jié)果表明：界面層的泊松比和彈性模量較小時(shí)對(duì)鎂基復(fù)合材料

3、的彈性模量影響較大；碳納米管的體積分?jǐn)?shù)和長(zhǎng)度對(duì)鎂基復(fù)合材料的彈性模量影響是有限的；鎂基復(fù)合材料的彈性模量隨界面層厚度的增加而增加。
　　 本研究建立了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料界面彈性應(yīng)力傳遞摩擦拔出模型，得到了復(fù)合材料各組分的應(yīng)力和應(yīng)變。考慮泊松效應(yīng)和界面上摩擦應(yīng)力的作用，基于界面分離過(guò)程的能量平衡和界面應(yīng)變失配原則，得到了界面能釋放率和裂紋位移展開(kāi)輪廓的表達(dá)式。分別從界面能釋放率和裂紋位移展開(kāi)輪廓兩個(gè)方面研究了復(fù)合材料性能參數(shù)

4、對(duì)碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料斷裂的影響。結(jié)果表明：界面層分離長(zhǎng)度和厚度較大或碳納米管長(zhǎng)徑比較小時(shí)對(duì)復(fù)合材料的界面分離影響較大；界面材料的楊氏模量和泊松比越大則裂紋位移展開(kāi)輪廓就越大，并對(duì)能釋放率的影響存在著最佳值。采用剪切滯后模型理論，分析碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料受載時(shí)作用在復(fù)合材料上各組分的應(yīng)力；綜合考慮復(fù)合材料各種強(qiáng)化機(jī)制的基礎(chǔ)上，引入各組分性能參數(shù)對(duì)復(fù)合材料屈服強(qiáng)度的影響，建立碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度模型。結(jié)果表明：CNT