基于碳纳米管的纳米销设计及其性能分析

发布时间：2018-06-03 04:39

本文选题：碳纳米管 + 纳米销　；参考：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：经过20多年的发展,碳纳米管的物理化学特性研究在众多学者的努力下已臻于成熟,并作为典型纳米材料得到了广泛应用,而基于碳纳米管器件的设计和应用则成为近年来的研究热点之一。目前,碳纳米管在纳米机械、纳米传感、纳米电子、纳米储能、纳米流体等纳米器件领域已取得巨大进展,进一步的研究除了发展更合理的纳米器件外,还需要注重纳米器件的连接和集成。因此,本文利用分子动力学,提出了基于碳纳米管的纳米销并考察其性能,进一步促进纳米器件的整合发展,为未来基于碳纳米管的连接件设计、研究提供理论依据。首先,提出了基于Y型碳纳米管的纳米销模型,确认了其相对合适间隙,并进一步考察了定位误差、系统温度、加载速度对纳米销装卸过程的影响。较小的间隙意味着较好的固定性能,但过小的间隙会导致纳米销装卸过程的不稳定性。不同于宏观销,适宜的定位误差反而可以在一定程度上促进纳米销的安装。系统温度的升高会提升碳纳米管的径向稳定性,但也会促进碳纳米管的整体柔性,造成热振荡,而较大的加载速度会增大装卸过程中的冲击,从而提升装卸过程的不稳定性。不过,正常范围内的系统温度和加载速度并不影响纳米销的固定性能,因此300 K被选作系统初始动力学温度的典型值,10 m/s被选作纳米销加载速度的典型值。接着,为了提升计算效率和方便进一步优化,又重新构建Y型管纳米销,并对其一些主要结构参数的影响进行考察。对于Y型管纳米销,其装配端长度并不会影响纳米销固定性能,但过长的装配端会导致装卸过程的不稳定性。支管高度对纳米销固定性能起着关键性作用,随着支管高度的增加,纳米销的卸载力会先增大而后保持稳定,并出现明显振荡。一般来说,较小的支管夹角会使得纳米销有更好的固定性能,但过小的夹角也会导致装卸过程的不稳定性。然后,在对比Y型管纳米销推安装方法和拉安装方法的基础上,进一步评估了双支管纳米销的可行性及其剪切特性。研究发现,拉安装过程中纳米销受力要比推安装过程中的大一个量级,从而推安装方法比拉安装方法更加省力、高效。由于中间支管关节往往会导致主管轻微的弯曲,因此具有双支管或更多支管的纳米销的安装需要精确的筛选和定位误差补偿。200?的控制端和第二支管的位置并不会直接决定双支管纳米销安装成功与否,但过于靠近的支管会相互吸引、相互影响以致安装失败。此外,碳纳米管的径向稳定性在纳米销的剪切过程中扮演着重要角色。最后,本文还演示了五种基于结构碳纳米管的常见纳米销模型,并对其进行了装卸测试以评估其适用性。其中,Y型管纳米销具有最高的性价比,且还具有进一步提升的空间,而V型管并不能独自固定孔部件,需要和其他纳米销配合使用。尽管90°Y型管的安装力和卸载力在同一量级,但其推安装方法要比拉安装方法相对省力些。对于T型管纳米销,硅孔和纳米销之间的吸引力会误导支管进而导致安装失败。此外,锥头碳管作为一种可以插入更小孔的典型纳米销,其终端决定了其轴向固定性能。
[Abstract]:This paper presents a nano - pin model based on Y - type carbon nanotubes , which can promote the stability of nano - pin . in addition , that radial stability of the carbon nanotubes play an important role in the shearing process of the nano - pin .
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O613.71;TB383.1

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