CNTB/聚合物基复合材料的强度和刚度性能预测

作     者：林中燕 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴宏亮

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：孔隙 弹性模量 拉伸强度 碳纳米管束 碳纳米管束复合材料 

摘      要：碳纳米管束(CNTB)/复合材料因其优良的热、力、电学性能而广受青睐,而且CNTB比单根碳纳米管的长分散程度与之相比较好,可设计性较强,在军事、航空航天等众多领域都能看到它的身影。本论文从这一点出发,以CNTB复合材料为研究对象,重点研究这种材料的刚度和强度问题。并将这种材料应用在圆筒结构上,讨论热-电-力场作用下,圆筒结构的多场响应问题。具体内容如下:(1)讨论了碳纳米管在单束内的六边形紧密排布形式,将碳纳米管看作各向同性材料,基于自洽模型、Halpin-Tsai模型以及分层模拟法,研究了CNTB以及CNTB随机分布的复合材料的弹性模量与碳纳米管尺寸及排布的关系。(2)将碳纳米管看作横观各向同性材料,考虑团聚物、孔隙以及CNTB的波状形态影响,基于Mori-Tanaka法和Eshelby弹性常数,对复合材料的整体刚度性能进行预测。(3)考虑CNTB为碳纳米管按照一定规律排布的层级结构,引入一个长度概率密度函数作为描述CNTB长度的分布,基于Cottrell-Kelly-Tyson模型和混合法则,讨论了单束内碳纳米管和CNTB的形态尺寸对CNTB/聚合物基复合材料的拉伸强度问题。(4)基于前几章的研究结果,将CNTB均匀、定向地排布在电致变聚合物基圆筒中,在热电场作用下,研究了CNTB/聚合物基复合材料圆筒的热-电-力学性能。本论文采取的理论建模和数值计算方法得出的结果与已有的实验数据吻合良好,证明了本论文计算方法的可靠性和计算过程的准确性。研究结果为CNTB复合材料的设计提供了可靠的理论指导。