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《燕山大学》 2018年
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复合资料细观力学模型及相关资料功用研讨

潘静  
【摘要】:碳纳米管增强复合资料在很多范畴都展示了不行比较的优胜功用,具有宽广的发展前景。因为碳纳米管具有大的长径比和低的抗弯刚度,使得碳纳米管在基体中很简单呈现曲折及集合的现象。几十年来,具有涣散搀杂物的基体构成的复合资料的力学功用和热功用一直是人们重视的焦点。因而,能否最大极限的发挥复合资料的高比强度,高比刚度等优胜的力学功用及热功用,在很大程度上取决于增强纤维的形状、标准、性质和涣散形状等要素。本文选取碳纳米管、纳米颗粒及纤维作为增强资料,聚合物和金属作为基体资料。以增强纤维的形状、散布状况及本身标准等特征为起点,选用细观力学中的等效搀杂理论,自洽办法及Mori-Tanaka办法等对纳米/纤维复合资料的细观力学功用及热功用进行剖析和研讨。本文假定曲折的碳纳米管具有弓形形状的波纹并将其等效为固体短纤维,依据复合资料细观力学中的等效搀杂理论和Mori-Tanaka办法核算曲折碳纳米管增强复合资料的体积模量和剪切模量。经过引进波长和振幅等参数,剖析不同曲折程度的碳纳米管对复合资料有用功用的影响。依据碳纳米管的集合机理,树立碳纳米管聚会的细观力学模型。将集合的碳纳米管视为球形搀杂,随机涣散的碳纳米管及部分初始基体视为设想基体。引进两个聚会参数表征碳纳米管的聚会程度,结合Mori-Tanaka办法和自洽办法,推导碳纳米管增强复合资料有用弹性模量的表达式,预告不同程度的碳纳米管聚会对纳米复合资料弹性功用的影响。此外,依据碳纳米管在基体中的散布形状,将代表性体积单元分为碳纳米管高浓度集合区域和低浓度集合区域。根据复合资猜中碳纳米管的形状学图画,树立合理的碳纳米管涣散模型。别离经过复合资料细观力学中的Mori-Tanaka办法和Halpin–Tsai方程,剖析凹凸浓度的碳纳米聚会对复合资料热膨胀系数和热传导的影响。使用复合资料有用介质之间的相关联系,引进表明复合资料有用刚度的资料常数。根据等效搀杂理论和Mori-Tanaka办法,树立单向纤维增强复合资料的细观力学模型,研讨不同长径比的纤维增强复合资料热膨胀系数及有用功用的改变规则。扼要剖析纤维的摆放办法、增强方向等对复合资料纵向和横向热膨胀系数及弹性功用的影响。混合复合资料在动力和结构使用上具有巨大的潜力,其间最常见的混合复合资料是在碳纤维增强复合资猜中参加玻璃纤维。碳纤维和玻璃纤维混合复合资料具有杰出的力学功用,并且大大降低了本钱。本文考虑了混合纤维在基体中体积含量改变及纤维摆放办法的影响,研讨了复合资料有用功用的改变规则。在纳米颗粒和聚合物基体中引进界面相,考虑界面厚度和刚度及纳米颗粒粒径巨细的影响。树立含有界面相的纳米颗粒聚会的细观力学模型,将包括纳米颗粒的界面和纳米颗粒当作一个体系,进一步研讨纳米颗粒的聚会及界面特性对三相复合资料力学功用的影响。
【学位颁发单位】:燕山大学
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2018
【分类号】:TB33

【参考文献】
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