剪切滯后模型預(yù)測碳納米管復(fù)合材料的力學(xué)行為.pdf

1、納米復(fù)合材料成為當(dāng)前科技領(lǐng)域中理論和實驗研究的熱點。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能、表面性能和多功能特性等物理化學(xué)性能，以及在納米尺度上的微結(jié)構(gòu)和超大界面面積引起與基體強(qiáng)相互作用的性能，成為理想的增強(qiáng)纖維材料，帶動了納米科技的發(fā)展和革命。碳納米管復(fù)合材料是碳納米管的眾多應(yīng)用中的一個重要方面。 碳納米管復(fù)合材料的相關(guān)實驗結(jié)果表明，碳納米管與聚合物基體之間存在界面層，其厚度與納米管直徑尺度相當(dāng)、并均在納米尺度范圍內(nèi)，同時聚合物基體具有明

2、顯的粘彈性性能。為深入的研究碳納米管在納米尺度上增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的力學(xué)行為，基于連續(xù)介質(zhì)理論，將碳納米管等效成連續(xù)殼體的短纖維增強(qiáng)材料，基體采用廣義Maxwell模型來描述粘彈性性能，建立包含界面層的三相柱殼形剪切滯后模型。對碳納米管復(fù)合材料的應(yīng)力場、應(yīng)力傳遞效率、纖維飽和應(yīng)力、纖維有效長度和復(fù)合材料模量、影響它們的各參數(shù)以及納米管復(fù)合材料界面效應(yīng)等進(jìn)行彈性力學(xué)分析；同時分析代表性體積單元的應(yīng)力、位移等體現(xiàn)在相位差上的粘彈性效應(yīng)，應(yīng)力

3、場和復(fù)合材料模量隨時間的演化情況，即為碳納米管復(fù)合材料的粘彈性力學(xué)行為，以及復(fù)模量、存儲模量、損失模量、阻尼比和材料能量損耗等隨頻率的變化關(guān)系。 通過剪切滯后分析結(jié)果表明界面層的存在對應(yīng)力傳遞，及其幾何位形與力學(xué)性能對復(fù)合材料的力學(xué)行為起到?jīng)Q定性的影響；復(fù)合材料中碳納米管的長徑比對于增強(qiáng)效果沒有影響，而在小直徑(約小于20 nm)或較大體積分?jǐn)?shù)下具有明顯的尺度效應(yīng)；界面層和基體的粘彈性性能，對聚合物基體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能和壽命均