碳納米管(CNT)束的弱界面一直以來(lái)都是阻礙其成為超高剛度和強(qiáng)度增強(qiáng)相材料的瓶頸。受膠原纖維結(jié)構(gòu)的啟發(fā),本論文提出了仿膠原纖維共價(jià)交聯(lián)界面的設(shè)計(jì)思路,以期開(kāi)發(fā)出超高強(qiáng)度的碳納米管束。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬和理論建模研究了仿膠原纖維碳納米管束共價(jià)交聯(lián)界面的載荷傳遞能力和失效行為,具體研究?jī)?nèi)容包括交聯(lián)分布方式、交聯(lián)類(lèi)型、交聯(lián)長(zhǎng)度、交聯(lián)密度以及界面長(zhǎng)度對(duì)界面力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,少量的共價(jià)交聯(lián)即可顯著提高碳納米管束界面的剛度和強(qiáng)度。較短的交聯(lián)通常能夠提供較高的界面剛度,而較長(zhǎng)的交聯(lián)通常能夠提供較高的界面強(qiáng)度。隨著交聯(lián)密度和界面長(zhǎng)度的變化,有三種主要的失效模式,即界面突然失效、界面逐漸失效和碳納米管斷裂。合適地選擇界面長(zhǎng)度和交聯(lián)密度,可以觀察到了第四種失效模式,即交聯(lián)界面和碳納米管同時(shí)發(fā)生漸進(jìn)破壞,從而使得界面的剛度、強(qiáng)度和斷裂韌性同時(shí)達(dá)到了最優(yōu)的水平。為了系統(tǒng)地刻畫(huà)均勻分布共價(jià)交聯(lián)界面的力學(xué)行為,本文發(fā)展了基于彈性力學(xué)和斷裂力學(xué)的理論模型,給出了仿膠原纖維碳納米管束均勻界面優(yōu)化設(shè)計(jì)的定性規(guī)律。對(duì)比研究了共價(jià)交聯(lián)均勻分布、兩端分布和中間分布三種不同分布形式對(duì)于界面的增強(qiáng)效果,發(fā)現(xiàn)兩端交聯(lián)分... 

【文章來(lái)源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 碳納米管概述
    1.2 碳納米管纖維研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容
2 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法及模型
    2.1 引言
    2.2 分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域
    2.3 分子動(dòng)力學(xué)的一些理論和算法
        2.3.1 經(jīng)典力學(xué)及Verlet算法
        2.3.2 分子動(dòng)力學(xué)系綜基本知識(shí)
    2.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬
        2.4.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件Lammps簡(jiǎn)介
        2.4.2 可視化軟件VMD簡(jiǎn)介
    2.5 原子模型和模擬過(guò)程
3 均勻分布共價(jià)交聯(lián)界面的力學(xué)性能
    3.1 單根交聯(lián)鍵界面的力學(xué)性能
    3.2 交聯(lián)鍵均勻分布下界面的力學(xué)性能
    3.3 失效模式
    3.4 界面長(zhǎng)度的影響
    3.5 結(jié)論
4 均勻分布共價(jià)交聯(lián)界面失效行為的理論模型
    4.1 引言
    4.2 最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則界面失效模型
    4.3 能量法則界面失效模型
        4.3.1 施加位移荷載情況下的理論模型
        4.3.2 施加外力荷載情況下的理論模型
    4.4 算例與討論
        4.4.1 界面長(zhǎng)度為8nm的碳納米管算例
        4.4.2 界面長(zhǎng)度為80nm的碳納米管算例
    4.5 結(jié)論
5 不同交聯(lián)分布模式界面力學(xué)性能的對(duì)比研究
    5.1 引言
    5.2 典型的等效剪應(yīng)力-剪應(yīng)變曲線
    5.3 交聯(lián)分布模式和交聯(lián)密度的影響
    5.4 界面長(zhǎng)度的影響
        5.4.1 交聯(lián)兩端分布
        5.4.2 交聯(lián)中間分布
        5.4.3 交聯(lián)平均分布
    5.5 結(jié)論
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄



本文編號(hào)：2943026