航天惯性器件用碳纳米管铝基复合材料断裂性能的研究
发布时间：2022-02-24 21:36
低密度、高比强度、良好的塑性、优良的导电性、导热性及抗腐蚀性是铝基复合材料具有的优异的力学性能,因此得以在航空航天、汽车制造、机械制造、船舶以及化工工业等领域广泛被使用。随着科技的发展,碳纳米管（CNT）作为一种新型的、低密度、高比强度、高比刚度、热膨胀系数低以及良好的热稳定性的材料,成为复合材料增强体的最优选。因此,将碳纳米管采用适当的方法加入到铝合金基体中,可以进一步提高铝合金基体的力学性能。本文主要介绍了碳纳米管、碳纳米管复合材料以及碳纳米管铝基复合材料（CNT/Al）的研究背景、现状、意义以及目前存在的问题,明确了本文的研究内容。此外,本文介绍了碳纳米管铝基复合材料的理论基础,主要包括碳纳米管的连续介质模型、复合材料的代表性体积元和细观力学以及碳纳米管的增强机理,为研究碳纳米管铝基复合材料的断裂性能提供了理论基础。首先本文根据续介质理论,采用2024铝合金作为基体,研究了体积分数为2%、3%和4%的碳纳米管对碳纳米管铝基复合材料断裂性能的影响。研究结果表明碳纳米管铝基复合材料的断裂性能与加入的碳纳米管的体积分数有着重要的关系,其力学性能主要体现在弹性模量、屈服强度以及剪切模量三...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管示意图
２．２复合材料代表性体积元??由于复合材料内部结构比较复杂，很难用有限元软件进行分析研究，因此，为??了使研宄顺利进行，将采用代表性体积元的方法，将复合材料看作是由许多个代表??性体积元周期性排列而成，对复合材料的力学性能进行分析。当复合材料受到外部??拉力作用时，由亍每个代表性体积元都是一样的，因此，其中的某一个代表性体积??元的应力应变场就可以反映整个复合材料的应力应变场，取出的典型体积单元必??须小的足以表示材料的细观结构特征，而且又要大到足以代表复合材料的全部物??理性能。这种简化的单元体称为代表性体积单元（ＲＶＥ）?Ｉ４６－４８１，由此来预测复合材??料的力学性能。??传统的阵列代表性体积元不能真实反映复合材料的实际情况，因此不能够预??测其力学性能。均匀分布的碳纳米管虽然可以使建模过程简单，但也不能准确反映??复合材料力学性能，因此也不采用。实际生活中碳纳米管铝基复合材料的碳纳米管??
?１２??本文利用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ中Ｐａｒｔ、Ａｓｓｅｍｂｌｙ和Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ模块建立??２％、３％和４％体积分数的碳纳米管铝基复合材料模型如图３．２所示。本文建立的??碳纳米管铝基复合材料的代表性体积元模型，其中的碳纳米管均匀随机分布在基??体中间，并且碳纳米管之间并无交错，其中有部分碳纳米管伸出基体外，将基体分??别移动到对面，碳纳米管伸出的部分重新继续分布在基体中，保证了碳纳米管在基??体中的体积分数不变，使模拟结果更加准确可信。??（ａ）?Ｖｆ＝２°／〇?（ｂ）?Ｖｆ＝３％??－１９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面织构化在工业摩擦学领域的研究现状与展望[J]. 于如飞,陈渭. 机械工程学报. 2017(03)
[2]石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备研究进展[J]. 黄维,付志兵,朱家艺,王朝阳. 材料导报. 2016(S1)
[3]铍材在高精度石英挠性加速度计上的应用[J]. 王晓东,宋雪杰,章培成,常江. 导弹与航天运载技术. 2015(01)
[4]碳纳米管增强铝基复合材料的界面特性及增强机理研究进展[J]. 李景瑞,蒋小松,刘晚霞,李欣,朱德贵. 材料导报. 2015(01)
[5]先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用[J]. 丁文江,付彭怀,彭立明,蒋海燕,王迎新,吴国华,董杰,郭兴伍. 航天器环境工程. 2011(02)
[6]碳纳米管增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析[J]. 李维学,张胡军,戴剑锋,王青. 复合材料学报. 2011(01)
[7]聚苯乙烯/碳纳米管复合材料研究进展[J]. 孙国星,陈光明,刘正平. 高分子通报. 2009(02)
[8]碳纳米管聚合物复合材料的力学性质[J]. 雷振坤,仇巍,李秋,亢一澜,潘学民. 高分子材料科学与工程. 2008(12)
[9]WC-Ni硬质合金的特性、发展及其应用[J]. 陈德勇,罗在清. 硬质合金. 2007(01)
[10]纳米晶WC-Co硬质合金的研究现状[J]. 张武装,刘咏,黄伯云. 材料导报. 2007(02)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的制备及组织性能研究[D]. 邓春锋.哈尔滨工业大学 2007
[2]碳纳米管及其复合材料的力学性能研究[D]. 施冬莉.清华大学 2005
硕士论文
[1]单壁枝节碳纳米管拉伸力学性能多尺度模拟[D]. 吴小光.南昌航空大学 2014
[2]含夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料力学性能及尺寸稳定性研究[D]. 赵永锋.哈尔滨工业大学 2014
[3]1Cr18Ni9Ti不锈钢的原子氧效应研究[D]. 张岚.哈尔滨工业大学 2011
[4]CNTs/AZ91D复合材料热力学有限元分析[D]. 张胡军.兰州理工大学 2011
[5]MWNTs/Si3N4陶瓷复合材料制备及性能[D]. 宋宁.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3643547
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管示意图
２．２复合材料代表性体积元??由于复合材料内部结构比较复杂，很难用有限元软件进行分析研究，因此，为??了使研宄顺利进行，将采用代表性体积元的方法，将复合材料看作是由许多个代表??性体积元周期性排列而成，对复合材料的力学性能进行分析。当复合材料受到外部??拉力作用时，由亍每个代表性体积元都是一样的，因此，其中的某一个代表性体积??元的应力应变场就可以反映整个复合材料的应力应变场，取出的典型体积单元必??须小的足以表示材料的细观结构特征，而且又要大到足以代表复合材料的全部物??理性能。这种简化的单元体称为代表性体积单元（ＲＶＥ）?Ｉ４６－４８１，由此来预测复合材??料的力学性能。??传统的阵列代表性体积元不能真实反映复合材料的实际情况，因此不能够预??测其力学性能。均匀分布的碳纳米管虽然可以使建模过程简单，但也不能准确反映??复合材料力学性能，因此也不采用。实际生活中碳纳米管铝基复合材料的碳纳米管??
?１２??本文利用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ中Ｐａｒｔ、Ａｓｓｅｍｂｌｙ和Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ模块建立??２％、３％和４％体积分数的碳纳米管铝基复合材料模型如图３．２所示。本文建立的??碳纳米管铝基复合材料的代表性体积元模型，其中的碳纳米管均匀随机分布在基??体中间，并且碳纳米管之间并无交错，其中有部分碳纳米管伸出基体外，将基体分??别移动到对面，碳纳米管伸出的部分重新继续分布在基体中，保证了碳纳米管在基??体中的体积分数不变，使模拟结果更加准确可信。??（ａ）?Ｖｆ＝２°／〇?（ｂ）?Ｖｆ＝３％??－１９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面织构化在工业摩擦学领域的研究现状与展望[J]. 于如飞,陈渭. 机械工程学报. 2017(03)
[2]石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备研究进展[J]. 黄维,付志兵,朱家艺,王朝阳. 材料导报. 2016(S1)
[3]铍材在高精度石英挠性加速度计上的应用[J]. 王晓东,宋雪杰,章培成,常江. 导弹与航天运载技术. 2015(01)
[4]碳纳米管增强铝基复合材料的界面特性及增强机理研究进展[J]. 李景瑞,蒋小松,刘晚霞,李欣,朱德贵. 材料导报. 2015(01)
[5]先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用[J]. 丁文江,付彭怀,彭立明,蒋海燕,王迎新,吴国华,董杰,郭兴伍. 航天器环境工程. 2011(02)
[6]碳纳米管增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析[J]. 李维学,张胡军,戴剑锋,王青. 复合材料学报. 2011(01)
[7]聚苯乙烯/碳纳米管复合材料研究进展[J]. 孙国星,陈光明,刘正平. 高分子通报. 2009(02)
[8]碳纳米管聚合物复合材料的力学性质[J]. 雷振坤,仇巍,李秋,亢一澜,潘学民. 高分子材料科学与工程. 2008(12)
[9]WC-Ni硬质合金的特性、发展及其应用[J]. 陈德勇,罗在清. 硬质合金. 2007(01)
[10]纳米晶WC-Co硬质合金的研究现状[J]. 张武装,刘咏,黄伯云. 材料导报. 2007(02)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料的制备及组织性能研究[D]. 邓春锋.哈尔滨工业大学 2007
[2]碳纳米管及其复合材料的力学性能研究[D]. 施冬莉.清华大学 2005
硕士论文
[1]单壁枝节碳纳米管拉伸力学性能多尺度模拟[D]. 吴小光.南昌航空大学 2014
[2]含夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料力学性能及尺寸稳定性研究[D]. 赵永锋.哈尔滨工业大学 2014
[3]1Cr18Ni9Ti不锈钢的原子氧效应研究[D]. 张岚.哈尔滨工业大学 2011
[4]CNTs/AZ91D复合材料热力学有限元分析[D]. 张胡军.兰州理工大学 2011
[5]MWNTs/Si3N4陶瓷复合材料制备及性能[D]. 宋宁.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3643547
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