粘结界面层属性对石墨烯纳米复合材料力学性能影响的有限元分析

摘要

针对石墨烯纳米复合材料粘结界面层材料属性非均匀分布这一现象,本文推导出可以模拟任意函数分布的空间两节点等参梯度单元。假设单层石墨烯在基体内均匀分布且无团聚现象,建立石墨烯纳米复合材料的嵌入式代表体积单元(Representative Volume Element,简称"RVE")有限元模型,对石墨烯纳米复合材料力学性能进行预测。本文讨论了石墨烯体积含量Vfrg、粘结界面层的厚度tin和脱粘情况对纳米复合材料整体力学性能的影响。模拟结果显示,在石墨烯含量Vfrg=3. 0%时,模型中tin的取值由0. 17 nm增大到1. 02 nm会使复合材料杨氏模量Ecx的预测结果偏差17. 4%。在对石墨烯与基体粘结情况讨论中发现,石墨烯边缘脱粘使Ecx下降明显,脱粘的边缘面积为总面积的1/6时,模量降低约10%。