界面约束对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料弹性性能影响有限元分析

摘要

利用有限元软件ABAQUS对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料进行有限元分析并预测其弹性性能,石墨烯和环氧树脂基体分别用Euler-Bernoulli梁单元和六面体线性单元建模,石墨烯和环氧树脂基体之间界面的粘结作用分别采用嵌入区域约束、强绑定约束和弱绑定约束模拟。在此基础上,讨论了界面约束对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料弹性性能的影响。界面粘结作用分别采用嵌入区域约束、强绑定约束和弱绑定约束的情况下,纳米复合材料的杨氏模量计算值与Halpin-Tsai理论模型的结果偏差均在3%以内。在嵌入区域约束的情况下,杨氏模量计算值比强绑定约束和弱绑定约束的稍大,且更接近Halpin-Tsai理论模型的结果。界面脱粘导致纳米复合材料杨氏模量下降,并且界面几何中心区域脱粘对杨氏模量的影响最小,而在石墨烯片边缘位置的脱粘对杨氏模量的影响最大。有限元数值计算也得到了同样的结果,验证了本文提出的有限元数值模拟方法的合理性。