论文部分内容阅读
纳米复合材料因其优异的力学性能成为各领域炙手可热的研究对象,纳米材料增强相的选择对纳米复合材料的整体特性来说至关重要。石墨烯、碳纳米管等纳米材料因其高强度、高刚度以及可设计性强等优点,成为树脂基复合材料首选的增强相材料。本文基于有限单元法主要研究了不同条件下石墨烯增强树脂基纳米复合材料以及石墨烯、碳纳米管构建的新型混合碳结构—柱状石墨烯(PGS)的弹性性能。本文基于分子结构力学方法以及多尺度有限元模拟方法,利用有限元软件ABAQUS,采用修正的梁单元构建石墨烯、碳纳米管和PGS的有限元模型,采用固体单元构建树脂基体的有限元模型。通过与已有文献的结果对比,验证了模型的有效性。在此基础上进一步分析了石墨烯增强树脂基纳米复合材料的杨氏模量、剪切模量、复合材料界面层的应力传递以及PGS的相关力学性能。本论文主要研究内容包括:石墨烯增强树脂基复合材料的力学性能分析。通过ABAQUS构建纳米复合材料的代表性体积单元(RVE),分析了石墨烯与基体不同夹角分布情况下该纳米复合材料的杨氏模量、剪切模量以及界面层的应力传递。利用ABAQUS中的Tie连接实现了石墨烯纳米结构与基体的结合。界面层利用切割方式,通过赋予其不同的材料属性,实现了树脂基体相与石墨烯增强相材料属性的过渡。含缺陷石墨烯增强树脂基复合材料的力学性能分析。通过构建含不同缺陷种类和数量石墨烯的有限元模型,进一步分析了不同数量空缺缺陷和Stone-Wales(S-W)缺陷下含缺陷石墨烯对增强树脂基复合材料弹性性能的影响。新型3D碳结构柱状石墨烯PGS的力学性能分析。基于ABAQUS的梁单元,建立了PGS的代表性体积单元。从石墨烯和碳纳米管手性的不同、碳纳米管的体积含量以及碳纳米管生长方式的不同三方面分别模拟分析了PGS的有效和等效杨氏模量、剪切模量。与基本结构石墨烯和碳纳米管对比表明,PGS结构有效的提高了石墨烯面外的力学性能。