多壁碳纳米管的扭转和偏心压屈曲

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碳纳米管自发现以来,以其独特的电磁学、优异的力学等特性引起了人们的广泛关注和研究,其应用前景广阔。在这些应用中,碳纳米管将可能承受各种形式的载荷作用而发生变形,这些变形可能会导致其物理性能的改变。本文基于连续介质力学壳模型研究多壁碳纳米管的扭转和偏心压屈曲问题。 根据碳纳米管内管半径与总厚度比,将多壁碳纳米管分成三类:薄管、厚管和(近)实心管。考虑到无限大基体和多壁碳纳米管管壁间范德华力的影响,计算了不同类型碳纳米管的扭转、轴向压缩、弯曲以及弯压组合的屈曲临界载荷和位移屈曲模式。结果表明对每一种加载方式,其临界载荷均对应着唯一的屈曲模式;基体可以显著提高碳纳米管的扭转临界剪应力,而对偏心压屈曲临界载荷的影响不大。在扭转屈曲的计算中,外加径向压力将线性的提高碳纳米管临界扭转剪应力。 为了降低多壁碳纳米管计算的复杂性,一个N层的薄多壁碳纳米管(内管半径与厚度比>=5)可等效成一个弯曲刚度为ND和厚度为Nt的单壁管来计算。基于这个结论,提出了一个以层数较少的等效纳米管来替代实际层数较多的厚多壁纳米管的近似等效计算方法,并取得很高计算效率和精度。
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