碳纳米管纤维的动静态力学性能研究

发布时间：2021-01-23 01:08

　　碳纳米管纤维作为新型一维材料,因轻质高强的力学性能备受关注,近期的研究成果表明碳纳米管纤维在军事国防、电子工程以及仿生医疗等领域具有潜在的应用价值。由于碳纳米管纤维材料在工程应用中不可避免地需要处于复杂的加载工况之下,这对其强度、刚度、耐撞性和力学稳定性提出了很高的要求。因此,本文针对不同螺旋程度的碳纳米管纤维在不同加载应变率下的拉伸变形和破坏行为展开研究,分别基于自主搭建的原位SEM和微型霍普金森拉杆设备,系统地探索表面微结构和加载方式对碳纳米管纤维的韧脆转换机理和断裂模式的影响。首先,利用微尺度拉伸试验机,保持加载速率恒定,对具不同表面捻角的碳纳米管纤维进行准静态连续拉伸实验,通过对比纤维的应力-应变曲线来分析表面捻角对碳纳米管纤维弹塑性转换机制和破坏模式的影响。同时,辅助应力松弛实验分析了纤维黏性的时变机理,并借助SEM原位拉伸装置实时监测并验证了纤维表面微结构在变形演化过程中的时间依赖行为。由此,在低应变率范围（10-5s-1～0.1 s-1）内研究了碳纳米管纤维的应变率敏感行为,结果表明表面捻角越大的纤维,其拉伸模量越低、应力松弛程度越大、应变率效应越明显,存在明显的捻角依赖... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 制备高强度碳纳米管纤维
        1.2.2 碳纳米管纤维力学性能的理论分析
        1.2.3 碳纳米管纤维力学性能的实验研究
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 材料制备与实验设备
    2.1 碳纳米管纤维的制备及表征
    2.2 微尺度纤维准静态拉伸测试技术
    2.3 SEM原位拉伸测试技术
第3章 碳纳米管纤维的准静态力学性能
    3.1 引言
    3.2 加捻效应
        3.2.1 连续拉伸实验结果及分析
        3.2.2 非连续拉伸实验结果及分析
        3.2.3 SEM原位拉伸验证
    3.3 捻角依赖的应变率效应
        3.3.1 连续拉伸实验结果及分析
        3.3.2 非连续拉伸实验结果及分析
    3.4 本章小结
第4章 碳纳米管纤维的动态实验结果
    4.1 引言
    4.2 微尺度纤维动态拉伸测试技术
        4.2.1 实验设备
        4.2.2 加载波形分析
        4.2.3 数据处理
        4.2.4 试样应变的有效性分析
    4.3 动态拉伸实验结果
        4.3.1 韧脆转换机制
        4.3.2 双股碳纳米管纤维界面的压剪相互作用
        4.3.3 断裂界面分析
    4.4 本章小结
第5章 碳纳米管纤维拉伸响应的数值分析
    5.1 引言
    5.2 压剪竞争作用
    5.3 数学模型的建立与求解
        5.3.1 经验型三元黏弹性模型的建立
        5.3.2 松弛应力-时间方程的求解
        5.3.3 应力-应变方程的求解（三元黏弹性模型）
        5.3.4 应力-应变方程的求解（Z-W-T理论）
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 创新点
    6.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：2994243