碳纤维碳纳米管共同增强复合材料刚度和渐进损伤分析
本文选题:碳纳米管 + 共同增强复合材料 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:碳纳米管简单又近乎完美的分子结构造就了碳纳米管优异的力学性能,已经越来越广泛地作为增强相掺加到复合材料中用以增强复合材料的力学性能。对于碳纳米管复合材料性质的研究需求也日渐增多,这些研究结果是我们顺利利用碳纳米管增强相复合材料的关键。本文主要尝试建立了碳纳米管碳纤维共同增强复合材料的刚度预报模型并且对损伤演化过程进行表征,主要分实验,模拟和理论两三部分。由于复合材料中纤维丝和碳纳米管尺寸相差太大,达到了1000多倍,本文采用了将碳纳米管和基体混合后的材料等效成一种基体,再和碳纤维混合成纤维增强复合材料的方法来进行研究。实验上对碳纳米管含量分别为0,0.2%,0.5%的碳纳米管碳纤维共同增强复合材料进行拉伸,压缩和剪切实验。并且测试了不同含量碳纳米管的树脂浇注体的各项力学参数;模拟上用有限元分析软件ABAQUS分别建立刚度预测模型,并与理论模型的刚度和实验结果进行对比。并且用ABAQUS表征材料发生破坏以及损伤演化模型,渐进损伤演化模型的损伤触发准则中采用puck准则,损伤演化模型采用指数和线性组合损伤演化模型,编写vumat子程序,表征材料渐进损伤的过程。本文采用的材料中,纤维型号为T700SC-12000,环氧树脂为AG80,这种环氧树脂较其他种类的树脂来说,粘度大,混合碳纳米管的过程会比较困难,但也正因为粘度大,固化后的材料的刚度、强度也越大,性能也越好,今后的应用前景也是极好的。
[Abstract]:The simple and almost perfect molecular structure of carbon nanotubes (CNTs) has made carbon nanotubes (CNTs) have excellent mechanical properties, and have been increasingly used as reinforcements to enhance the mechanical properties of composites. The demand for the properties of carbon nanotube composites is increasing. These results are the key to the successful use of carbon nanotube reinforced composites. In this paper, the stiffness prediction model of carbon nanotubes and carbon fiber reinforced composites is established and the damage evolution process is characterized. The model is divided into experimental, simulation and theoretical parts. Because the size difference of fiber filament and carbon nanotube in composite material is too big, it is more than 1000 times. In this paper, the material mixed with carbon nanotube and matrix is equivalent to a kind of matrix. The method of mixing with carbon fiber to form fiber reinforced composites was studied. The tensile compression and shear tests of carbon nanotube carbon fiber reinforced composites with 0.5% carbon nanotube content were carried out experimentally. The mechanical parameters of the resin castable with different contents of carbon nanotubes were tested, and the stiffness prediction models were established by finite element analysis software Abaqus, and compared with the theoretical model and the experimental results. Abaqus is used to characterize material damage and damage evolution model. Puck criterion is used in damage trigger criterion of progressive damage evolution model, and exponential and linear combination damage evolution model is used in damage evolution model. Vumat subroutine is compiled. The process of progressive damage of materials is characterized. Among the materials used in this paper, the fiber type is T700SC-12000 and the epoxy resin is AG80. This kind of epoxy resin is more viscous than other kinds of resins, and the process of mixing carbon nanotubes will be more difficult, but also because of the high viscosity, the stiffness of the cured materials. The greater the strength and the better the performance, the better the future application prospects.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB332
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本文编号:2098072
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