基于修正梁單元模型對碳納米管徑向和軸向力學(xué)特性的研究.pdf

1、碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來，其力學(xué)性能的研究是眾多性能研究中的熱點(diǎn)之一。近年來，碳納米管在納米領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，倍受研究者的關(guān)注。因此，對碳納米管基礎(chǔ)力學(xué)特性的研究提出了更高要求。
　　本文基于分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，建立了修正梁單元模型，并對單壁碳納米管在徑向和軸向方向上的若干基礎(chǔ)力學(xué)特性進(jìn)行了分析，其中包括對單壁碳納米管徑向彈性模量、軸向彈性模量和剪切模量的分析，對碳納米管屈曲行為的分析，對徑向呼吸模態(tài)的分析，并重點(diǎn)討論了幾何性能對

2、各方面力學(xué)特性的影響。通過與已有相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果比較，驗(yàn)證了對梁單元模型給予修正的思路的可行性和對梁單元模型修正的合理性。
　　在修正梁單元模型的構(gòu)建中，由于任意手性的單壁碳納米管可以看成由石墨烯卷曲而成，面內(nèi)鍵角變化能的鍵角彎曲方向?qū)⒉辉偈堑刃Я簡卧匦谓孛娴男涡闹鬏S方向，石墨烯C-C鍵等效梁單元的參數(shù)不能直接的應(yīng)用于碳納米管，因此應(yīng)當(dāng)給予合理修正。
　　在彈性模量和剪切模量的計(jì)算中，直徑和手性對徑向彈性模量、軸向彈性模量和

3、剪切模量都會有明顯影響，計(jì)算結(jié)果表明，小直徑對它們的影響更為突出。當(dāng)碳納米管的直徑足夠大時(shí)，軸向彈性模量也趨近于石墨烯的彈性模量，同時(shí)徑向彈性模量與實(shí)驗(yàn)和分子動力學(xué)計(jì)算結(jié)果都很好吻合，驗(yàn)證了該修正梁單元模型的合理性。
　　在屈曲分析中，分析了單壁碳納米管在軸向壓縮載荷和彎曲力矩作用下的屈曲行為。重點(diǎn)探討了，在軸向壓縮載荷作用下長徑比、直徑和手性對屈曲變形和屈曲載荷的影響，在彎曲力矩作用下大直徑單壁碳納米管的彎曲力矩與彎曲轉(zhuǎn)角、彎曲