碳納米彈簧的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)有限元分析.pdf

1、新材料是發(fā)展高科技的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。納米材料及其納米結(jié)構(gòu)已成為二十一世紀(jì)新材料研究中最富有活力的生長點(diǎn)之一。其中，碳納米管作為納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）和納米復(fù)合材料(NCM)的基本構(gòu)件，由于其獨(dú)特的納米級尺寸和空心結(jié)構(gòu)，較大的比表面積等特性而倍受關(guān)注。由碳納米管構(gòu)成的螺旋結(jié)構(gòu)---碳納米彈簧，由于具有獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)性能，比碳納米管具有更加廣闊的應(yīng)用前景，已引起人們極大的研究興趣。為了研究碳納米彈簧結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能，基于Li和Chou提

2、出的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法[1]，本文在ANSYS?平臺上實(shí)現(xiàn)了其有限元算法。首先,介紹了分子結(jié)構(gòu)力學(xué)理論和范德華力模擬原理;然后,利用通用有限元軟件ANSYS?二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了相應(yīng)的程序模塊，其中，原子間的化學(xué)鍵用梁單元模擬，分子間的范德華力用非線性彈簧單元模擬。為了驗(yàn)證該方法的有效性，本文首先對碳納米管的彈性行為進(jìn)行了有限元分析，并同現(xiàn)有的文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了對比；在此基礎(chǔ)上，分析了單層碳納米彈簧的彈性常數(shù)與彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)（如管直徑、彈簧直徑、