【摘 要】
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纳米复合材料通常指以高分子聚合物、橡胶等基体作为连续相,以石墨烯、碳纳米管等纳米材料作为分散相,通过一定的方法将纳米材料添加到基体物中,以此形成具有纳米尺寸的新材料体系。纳米材料由于拥有良好的力学性能,已被应用于军事、宇航、精密机械等行业。本文基于有限元方法,建立了多种纳米复合材料,研究了在不同条件下的纳米复合材料的弹性性能的变化。本文利用分子动力学的方法,结合模拟分析软件ABAQUS,构建石墨烯
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纳米复合材料通常指以高分子聚合物、橡胶等基体作为连续相,以石墨烯、碳纳米管等纳米材料作为分散相,通过一定的方法将纳米材料添加到基体物中,以此形成具有纳米尺寸的新材料体系。纳米材料由于拥有良好的力学性能,已被应用于军事、宇航、精密机械等行业。本文基于有限元方法,建立了多种纳米复合材料,研究了在不同条件下的纳米复合材料的弹性性能的变化。本文利用分子动力学的方法,结合模拟分析软件ABAQUS,构建石墨烯、碳纳米管和柱状石墨烯的有限元模型,再分散到建立好的基体中,形成石墨烯纳米增强复合材料、碳纳米管增强复合材料、石墨烯和碳纳米管共同增强的纳米复合材料和PGS增强复合材料。与已有的实验结果进行对比,验证了石墨烯纳米复合材料和碳纳米管纳米复合材料的有效性,接着对碳纳米管增强复合材料、石墨烯和碳纳米管共同增强的纳米复合材料和PGS增强复合材料进行研究,并且分析了它们的杨氏模量与剪切模量。本论文主要研究内容包含以下几点:碳纳米管增强树脂基复合材料的弹性性能分析。采用ABAQUS软件构建纳米复合材料的等效体积单元,研究了碳纳米管在基体中不同的倾角和不同的体积分数的情形下,碳纳米管增强复合材料的杨氏模量、剪切模量的变化。采用ABAQUS的Interaction模块中的Tie连接,完成了碳纳米管与基体的融合。采用了对基体的切割方式,形成了界面层,并通过赋予了17个界面层不同的材质属性,实现了树脂基连续相与碳纳米管增强相材料属性的过渡。石墨烯（G）和碳纳米管（CNTs）共同增强的树脂基复合材料的弹性性能分析。通过构建含有不同角度和数量的石墨烯与碳纳米管的复合材料有限元模型,进一步分析了纳米增强相的角度和体积分数对石墨烯和碳纳米管共同增强的树脂基复合材料弹性性能的影响。柱状石墨烯（PGS）增强树脂基复合材料的弹性性能分析。基于在ABAQUS中设置完成材料参数的梁单元,建立了PGS的等效体积单元。通过改变柱间距PD、柱长PL、PGS的体积分数和PGS每层含有的碳纳米管数量这几个变量,分别模拟分析了PGS增强复合材料的杨氏模量和剪切模量的变化情况。相同体积分数下,与碳纳米管增强复合材料和石墨烯和碳纳米管共同增强的复合材料的模拟结果进行对比表明,PGS增强复合材料结构具有更优异的力学性能。
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