碳纳米管/聚合物复合材料的力学性能模拟研究

摘要

21世纪是纳米科学的世纪,由于碳纳米管优异的力学性能,已成为理想的增强体。在碳纳米管增强复合材料中,增强聚合物基复合材料是当前研究的重点和热点。而随着计算机技术的发展,利用计算机进行模拟已经成为越来越普遍的研究方式。本课题正是在碳纳米管复合材料力学性能研究的大背景下,在前人工作的基础上,致力于开展碳纳米管/聚合物复合材料基于原子势的有限元建模和关键力学问题的计算。
　　1.借助分子结构力学和有限元理论,利用APDL语言,构建了锯齿型和扶手椅型两种碳纳米管模型。计算了两者的弹性模量和剪切模量,并得出碳纳米管的杨氏模量随管径的增大而增大,最后收敛稳定在一定的值。
　　2.采用第一性原理并通过Material Studio中的CASETEP模块对聚丙烯进行力学性质运算,计算了分子状态下的聚丙烯的各向异性有效弹性模量。
　　3.建立碳纳米管/聚丙烯复合材料的有限元模型。通过代表性体积单元的选取,将所研究的单元体简化,取一个立方体中含有一个细长圆柱体碳纳米管作为代表体积单元(RVE)进行研究。
　　4.通过ANSYS分析、计算出碳纳米管/聚丙烯复合材料的变形、应力和有效弹性模量。揭示复合材料中碳纳米管的种类、体积分数对纳米管/聚合物复合材料的影响。

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第 一 章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 碳纳米管

1.3 碳纳米管复合材料研究现状

1.4 课题来源及本文的主要研究内容

第 二 章 单壁碳纳米管的分子结构力学模型

2.1引言

2.2研究背景

2.3原子间作用力场

2.4等效梁单元

2.5碳纳米管的分子结构力学模型

2.6碳纳米管有缺陷时拉伸性能分析

2.7本章小结

第 三 章 聚丙烯力学性能模拟

3.1引言

3.2聚丙烯简介

3.3聚丙烯力学性能模拟

3.4本章小结

第 四 章 碳纳米管/聚丙烯复合材料力学性能模拟

4.1引言

4.2建立CNTs/PP模型

4.3碳纳米管/聚丙烯复合材料力学性能模拟

4.5本章小结

第 五 章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢