仿胶原纤维碳纳米管束的界面设计与力学性能的研究

发布时间：2020-12-28 03:12

　　碳纳米管(CNT)束的弱界面一直以来都是阻碍其成为超高刚度和强度增强相材料的瓶颈。受胶原纤维结构的启发,本论文提出了仿胶原纤维共价交联界面的设计思路,以期开发出超高强度的碳纳米管束。本文利用分子动力学模拟和理论建模研究了仿胶原纤维碳纳米管束共价交联界面的载荷传递能力和失效行为,具体研究内容包括交联分布方式、交联类型、交联长度、交联密度以及界面长度对界面力学性能的影响。结果显示,少量的共价交联即可显著提高碳纳米管束界面的刚度和强度。较短的交联通常能够提供较高的界面刚度,而较长的交联通常能够提供较高的界面强度。随着交联密度和界面长度的变化,有三种主要的失效模式,即界面突然失效、界面逐渐失效和碳纳米管断裂。合适地选择界面长度和交联密度,可以观察到了第四种失效模式,即交联界面和碳纳米管同时发生渐进破坏,从而使得界面的刚度、强度和断裂韧性同时达到了最优的水平。为了系统地刻画均匀分布共价交联界面的力学行为,本文发展了基于弹性力学和断裂力学的理论模型,给出了仿胶原纤维碳纳米管束均匀界面优化设计的定性规律。对比研究了共价交联均匀分布、两端分布和中间分布三种不同分布形式对于界面的增强效果,发现两端交联分... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 碳纳米管概述
    1.2 碳纳米管纤维研究现状
    1.3 本文研究目标与研究内容
2 分子动力学模拟方法及模型
    2.1 引言
    2.2 分子动力学应用的领域
    2.3 分子动力学的一些理论和算法
        2.3.1 经典力学及Verlet算法
        2.3.2 分子动力学系综基本知识
    2.4 分子动力学模拟
        2.4.1 分子动力学模拟软件Lammps简介
        2.4.2 可视化软件VMD简介
    2.5 原子模型和模拟过程
3 均匀分布共价交联界面的力学性能
    3.1 单根交联键界面的力学性能
    3.2 交联键均匀分布下界面的力学性能
    3.3 失效模式
    3.4 界面长度的影响
    3.5 结论
4 均匀分布共价交联界面失效行为的理论模型
    4.1 引言
    4.2 最大剪应力准则界面失效模型
    4.3 能量法则界面失效模型
        4.3.1 施加位移荷载情况下的理论模型
        4.3.2 施加外力荷载情况下的理论模型
    4.4 算例与讨论
        4.4.1 界面长度为8nm的碳纳米管算例
        4.4.2 界面长度为80nm的碳纳米管算例
    4.5 结论
5 不同交联分布模式界面力学性能的对比研究
    5.1 引言
    5.2 典型的等效剪应力-剪应变曲线
    5.3 交联分布模式和交联密度的影响
    5.4 界面长度的影响
        5.4.1 交联两端分布
        5.4.2 交联中间分布
        5.4.3 交联平均分布
    5.5 结论
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录



本文编号：2943026