本文關(guān)鍵詞：碳納米管增強水泥基復(fù)合材料力學(xué)行為的有限元數(shù)值分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳納米管(CNTs)力學(xué)性能優(yōu)異,作為增強相應(yīng)用前景廣泛?混凝土材料是工程中運用最廣的材料,但開裂是影響其應(yīng)用的最大問題?碳納米管作為增強相對水泥基材料的增強作用值得期待?本文采用數(shù)值模擬分析的方法對碳納米管增強水泥基復(fù)合材料的性能進(jìn)行研究?通過采用基于密度泛函理論的平面波贗勢方法和廣義梯度近似的方法,對B(N)環(huán)狀摻雜單壁碳納米管(SWNTs)與Al的吸附模型在無變形和拉壓變形下進(jìn)行了幾何優(yōu)化,研究了(5,5)單壁碳納米管的B、N環(huán)狀摻雜效應(yīng),以及拉壓變形對B(N)環(huán)狀摻雜單壁碳納米管Al吸附性能影響,計算了B(N)環(huán)狀摻雜單壁碳納米管的形成能,得出吸附能及吸附結(jié)構(gòu),確定Al原子最穩(wěn)定吸附位置。結(jié)果表明B、N環(huán)狀摻雜(5,5)單壁碳納米管是穩(wěn)定并且可行的,并且B、N的環(huán)狀摻雜可以引起單壁碳納米管與Al之間吸附能增加,一定范圍內(nèi)的拉伸和壓縮會引起單壁碳納米管與不同位置Al吸附能大部分降低?運用ANSYS軟件的APDL二次開發(fā)功能編寫圓柱體在微元體中的三維隨機(jī)投放程序,建立碳納米管增強水泥基復(fù)合材料模型,進(jìn)行單軸壓縮和拉伸數(shù)值模擬,并且分析其水平位移、垂直位移,水平應(yīng)力,垂直應(yīng)力及第一主應(yīng)力的切面圖?分析發(fā)現(xiàn)碳納米管的摻入對水泥基復(fù)合材料在壓縮和拉伸狀態(tài)下位移變化有一定的影響,但影響范圍較小?在增強體顆粒附近,應(yīng)力分布極不均勻,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象?拉伸過程中,增強體與加載方向平行的側(cè)面應(yīng)力較小,與加載方向垂直的側(cè)面應(yīng)力較大,并且引起一定范圍內(nèi)基體應(yīng)力的增大,應(yīng)力值與水泥基體應(yīng)力值之間相差較大。因此可以推斷,拉伸破壞時,裂縫可能由碳納米管與拉伸方向垂直的側(cè)面邊緣萌生并擴(kuò)展?以二維隨機(jī)分布碳納米管增強水泥基復(fù)合材料模型為研究對象,利用ANSYS有限元分析軟件中生死單元技術(shù)對復(fù)合材料進(jìn)行有限元模擬計算,分析在多載荷步下裂紋的萌生、擴(kuò)展過程,發(fā)現(xiàn)增強體與基體的連接處是復(fù)合材料最容易產(chǎn)生裂紋之處,裂紋擴(kuò)展方向為豎向擴(kuò)展?在不考慮界面時,基體的破壞對整個復(fù)合材料的破壞起到了決定性的作用?在考慮不同界面強度下,對碳納米管增強水泥基復(fù)合材料的單軸拉伸破壞過程進(jìn)行數(shù)值模擬。界面強度過低,會導(dǎo)致裂紋先由界面層擴(kuò)展,進(jìn)而擴(kuò)展到基體,荷載過大時,會出現(xiàn)界面完全破壞現(xiàn)象?當(dāng)界面強度與基體強度相差不大時,裂紋沿著基體應(yīng)力較大的豎向方向進(jìn)行擴(kuò)展,沒有出現(xiàn)界面層完全破壞的現(xiàn)象?
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 水泥基 數(shù)值模擬 裂紋擴(kuò)展
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)、性能10-11
• 1.1.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)10
• 1.1.2 碳納米管的力學(xué)性能10-11
• 1.2 碳納米管增強復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 研究方法的選擇12-13
• 1.4 研究的主要內(nèi)容及思路13
• 1.5 課題研究的目的和意義13-15
• 第2章B（N）環(huán)狀摻雜單壁碳納米管的AL吸附性能15-22
• 2.1 理論模型與計算方法15-16
• 2.2 硼、氮原子環(huán)狀摻雜對（5，，5）SWNTS的穩(wěn)定性影響分析16-17
• 2.3 摻雜對AL原子在CNTS表面吸附的結(jié)構(gòu)及吸附能的影響17-19
• 2.4 拉伸和壓縮對AL原子吸附結(jié)構(gòu)及吸附能的影響19-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第3章 碳納米管增強水泥基復(fù)合材料壓縮和拉伸數(shù)值模擬22-43
• 3.1 碳納米管增強水泥基復(fù)合材料模型的建立22-26
• 3.1.1 代表體積單元22
• 3.1.2 建立碳納米管隨機(jī)分布三維模型的相關(guān)程序22-24
• 3.1.3 模型建立過程24-25
• 3.1.4 碳納米管隨機(jī)分布三維模型的網(wǎng)格劃分25-26
• 3.2 單軸壓縮試驗的數(shù)值模擬26-35
• 3.2.1 選取模型的參數(shù)26
• 3.2.2 選擇加載方式26
• 3.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析26-35
• 3.3 單軸拉伸試驗的數(shù)值模擬35-42
• 3.3.1 模型建立及參數(shù)選取35
• 3.3.2 選擇加載方式35
• 3.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析35-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 碳納米管增強水泥基復(fù)合材料單軸拉伸裂紋擴(kuò)展模擬43-60
• 4.1 單元生死技術(shù)43
• 4.2 失效準(zhǔn)則的選取43-44
• 4.3 模型建立及參數(shù)選取44
• 4.4 選擇加載方式44-45
• 4.5 加載及裂紋擴(kuò)展實現(xiàn)方法45-53
• 4.6 模擬結(jié)果分析53-56
• 4.7 界面強度對材料裂紋擴(kuò)展的影響56-59
• 4.7.1 模型建立，參數(shù)選取與加載56
• 4.7.2 結(jié)果與分析56-59
• 4.8 本章小結(jié)59-60
• 第5章 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 在學(xué)研究成果65-66
• 致謝66

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