碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的试验研究与三维数值模拟研究

摘要

本文从试验和理论分析两个方面研究碳纳米管水泥基复合材料的压阻效应。首先，对不同碳纳米管掺量、不同砂率以及不同碳纳米管悬浮液超声时间的复合材料试件进行试验研究。结果表明，增加碳纳米管的掺量有利于改善复合材料的导电性能，而增多含砂量则会减弱复合材料的导电能力；超声时间对碳纳米管的分散也有一定的影响。研究还发现，试件负压敏性的出现与碳纳米管的掺量大小、砂率大小以及超声时间长短有关。
　　在此基础上，本文建立了模拟碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的三维物理非线性有限元模型。通过采用三向应力状态下的本构关系和Ottosen四参数强度准则模型，模拟分析和验证了复合材料在加载过程中的物理非线性行为。采用Weibull分布描述碳纳米管的随机分布状态，还分析了碳纳米管掺量和孔隙水连通性对复合材料电导率的影响。基于上述有限元分析，模拟碳纳米管水泥基复合材料在力场与电场耦合作用下的压阻效应。数值结果与试验符合较好。结果还表明，碳纳米管掺量的增加能够有效形成导电通路，减少压敏性幅度；复合材料出现正压敏性时，水的连通性变化速度为正值，出现负压敏性时，水的连通性变化速度为负值。
　　上述研究提供了一种新的三维压阻效应的数值模拟方法，对碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的预测具有科学意义和实用价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2碳纳米管复合材料研究现状

1.3复合材料电导率的预测方法

1.4当前碳纳米管水泥基复合材料压阻效应研究的不足之处

1.5本论文研究的主要内容

参考文献

第2章 碳纳米管水泥基复合材料压阻效应试验

2.1引言

2.2 试验目的

2.3试验材料和仪器

2.4试件的制备和试验过程

2.5试验结果与分析

2.6本章小结

参考文献

第3章 碳纳米管水泥基复合材料的三维压阻效应数值模拟

3.1引言

3.2三维力场数值模拟的基本原理

3.3三维电场的数值模拟基本原理

3.4数值模拟分析

3.5本章小结

参考文献

第4章 结论与展望

4.1本文主要结论

4.2展望

致谢