[毕业论文] 碳纳米复合材料的细观力学研究 [复制链接]

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毕业论文-碳纳米复合材料的细观力学研究，共97页，43820字

中文摘要

碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料具有优异的力学性质，由其作为增强相的复

合材料应用前景广阔，也成为了当今科学与工程领域的研究热点之一。对碳纳米

复合材料有效性质的理论预计对于指导材料的制备与应用具有重要意义。

本文采用细观力学的方法，研究了横观各向同性增强相对基体模量提升的基

本规律，并将所得结果应用于碳纳米管以及石墨片增强的纳米复合材料的分析，

得到了当纳米增强相能够在基体中保持理想形态时材料的理论模量。进而针对影

响这类复合材料有效模量的若干关键因素建立了简明的定量分析模型，并具体考

查了增强相的团聚、堆积以及卷褶等微观机制对增强效果的影响。

本文的计算结果表明，碳纳米增强相确实可以大幅度提高基体的力学性质，

石墨片的增强效果尤为出色；但是优异的增强效果需要理想的碳纳米相形状和空

间分布作为前提，当石墨片不能再保持薄片状、碳管不能再保持直线状，或其在

基体中分布很不均匀时，复合材料的有效模量会严重偏离其理想值。

关键词：纳米复合材料；有效模量；横观各向同性增强相；碳纳米管；石墨烯片

目录

第 1 章 引言 .. 1

1.1 课题背景  1

1.2 复合材料细观力学及 Mori-Tanaka 方法简介  1

1.2.1 复合材料细观力学研究综述 ..... 1

1.2.2 Mori-Tanaka 方法 .. 3

1.3 碳纳米材料简介  3

1.3.1 碳纳米管的形态、结构和基本力学性质 . 4

1.3.2 石墨片的形态、结构和基本力学性质 ... 5

1.4 碳纳米复合材料的研究现状及存在的问题 .. 6

1.5 本文的主要内容  9

第 2 章 横观各向同性增强相复合材料的弹性常数推导 . 10

2.1 本章引言 ..... 10

2.2 Mori-Tanaka 方法的基本思想和表达  10

2.3 横观各向同性椭球状增强相复合材料的弹性常数表达 ... 14

2.3.1 横观各向同性弹性常数的表达和计算方法 .... 14

2.3.2 增强相平行分布时复合材料的有效性质  16

2.3.3 增强相随机分布时复合材料的有效性质  20

2.4 本章小结 ..... 25

第 3 章 碳管及石墨片增强复合材料的理论模量 . 27

3.1 本章引言 ..... 27

3.2 碳管及石墨片弹性常数的确定 ..... 27

3.3 碳管及石墨片增强复合材料的理论模量 ... 29

3.3.1 碳管增强复合材料的理论模量 .. 29

3.3.2 石墨片增强复合材料的理论模量  31

3.4 增强相弹性常数对复合材料模量的影响以及碳管与石墨片增强效果的比较... 33

3.5 本章小结 ..... 36

第 4 章 碳管及石墨片增强效果的实际影响因素 . 37

4.1 本章引言 ..... 37

4.2 增强相团聚对复合材料有效模量的影响 ... 37

4.3 石墨片堆垛对复合材料有效模量的影响 ... 44

4.4 石墨片卷褶对复合材料有效模量的影响 ... 46

4.5 本章小结 ..... 48

第 5 章 本文工作总结 ..... 49

插图索引 .... 50

参考文献 .... 52

致谢 .... 57

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附录 A 外文资料的书面翻译  59

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