热力耦合作用下双层碳纳米管的扭转屈曲

来源 :2007年全国复合材料力学研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeff0482003
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碳纳米管具有许多优异的力学、电学和化学性能,具有很高的强度和韧性,可以预见,将碳纳米管作为复合材料的增强体可以表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性和各向异性.因此,碳纳米管基础力学行为的研究近年来受到了人们的广泛关注。多壁碳纳米管由多个同心的单壁碳纳米管组成,当承受压缩载荷时,多壁碳纳米管会发生弯曲,并伴随弹性皱褶、屈曲以及形成纽结。碳纳米管的许多物理性质如导电性,强烈地受到屈曲变形的影响。由于受到纳米尺度的限制,碳纳米管的屈曲行为的实验研究是非常困难的。因此理论分析方法被广泛用来研究碳纳米管的屈曲行为。主要有两种理论方法可以解释碳纳米管的力学行为:分子动力学方法和连续介质力学方法。分子动力学模拟方法在揭示碳纳米管的力学行为方面起了重要的作用,但是由于分子动力学计算规模较大,对计算尺寸有严格限制,因此直接从纳观和微观结构米预测宏观材料的性能和结构的响应带来很大。YaKobson等利用分子动力学方法引入了单壁碳纳米管的轴向压缩屈曲的原子模型,并奖得到的结果与连续壳模型进行了对比,伅们发现连续壳体模型能够预测用分子动力学模拟得到的所有屈曲变化模式,但是由于多壁碳纳米管之间范德华力的存在,已有的连续壳体模型并不能直接应用于研究多壁碳纳米管的基础力学行为。茹重研究了嵌入弱性介质中双壁碳纳米管受轴向压缩的屈曲行为。他指出在同样条件下,嵌入弹性基体中的双壁碳纳米管的临界屈曲应变低于单壁壁碳主管的临界屈曲应变。采用相追认的理论,韩强研究了双壁碳米管的扭转屈曲和弯曲不稳定性。He等将层间相互作用视为层间距离和管径的函数,考虑任意两层而不仅是反社会主义两层韹相互作用,研究了多壁碳纳米管的屈曲。Xie等基于非局部弹性理论,在考虑小尺度效应影响的情况下,研究了单总装碳纳米管在轴向压力作用下的屈曲。基于非局部弹性理论,在考虑小尺度效应影响的情况下,研究了单壁碳纳米管在轴向压力作用下的屈曲。近来碳纳米管在热环境中屈曲性能的研究引起了人们的广泛关注。本文考虑了双层碳纳米管层间范德华力的作用,利用连续介质力学的壳体理论,建立了热力耦合用用下碳纳米管屈曲问题的控制方程,给出了相应的临屈曲扭矩的析解,通过简化分析,得到的结果与经典弹性壳模型的结果是完体一致的。数值模拟结果表明,在低温和室温环境下,碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而提高;在高温环境下,碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而降低。
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