收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于连续介质力学的碳纳米管若干力学问题研究

谢根全  
【摘要】: 本文综述了碳纳米管国内外研究现状及进展,然后在总结前人研究成果的基础上,应用适合于研究微观力学的微极性弹性理论和非局部弹性理论对碳纳米管的静力学、屈曲以及动力学性能进行了研究。 微极性弹性力学和经典弹性力学不同之处在于前者变形中包含微观转角以及应力中包含应力偶。本文基于微极性力学推导出了碳纳米管的本构方程,本构方程中含有碳纳米管的碳-碳键长和它的壁厚。因此,包含了碳纳米管微观信息的微极性弹性理论的本构方程,比经典连续介质力学的本构方程更能准确揭示碳纳米管的力学性能。应用有限单元法将碳纳米管划分为单元,对于每个单元应用虚功原理,建立单元的平衡方程,进而得到单元的刚度矩阵,将单元刚度矩阵和单元力向量装配成碳纳米管结构的刚度矩阵和力向量,得到结构的平衡方程。通过施加不同性质的外力,使单壁和双壁碳纳米管产生压缩、弯曲和扭转变形。研究了在这些基本变形下的位移、应力以及应变。对结果进行了分析和与已有研究结果进行比较,它们吻合较好。 非局部弹性理论与经典弹性理论不同之处在于前者考虑了长程力作用,即认为被研究体内某一点处的应力不仅与同一点的应变有关,而且与体内其它点处的应变有关,也就是说某点的应力是体内所有点应变的函数。基于以上思想,本文考虑空间任意场都可以表示成加权的体积平均,取碳纳米管的一个典型单元为正六边形单元,将典型单元内某一点的应力场按泰勒级数展开,再求体积平均,将平均应力作为非局部应力。求出局部应力和非局部应力的关系以后,推导出了碳纳米管的典型单元体的本构方程。 由于碳纳米管的非局部理论的本构方程中也包含了碳纳米管的内部特征长度,本文从这个本构方程出发研究了小尺度参数对单壁、双壁和多壁碳纳米管的轴向和径向屈曲应力的影响。研究结果表明小尺度参数和屈曲模式对碳纳米管屈曲应力的影响是相互关联的。在碳纳米管直径一定的情况下,随着碳纳米管长度的增大,小尺度效应减小,当长度大于某一临界尺寸后,小尺度效应消失,这时,碳纳米管屈曲的轴向半波数对小尺度效应无影响,小尺度效应只是随周向波数的增大而增大;在碳纳米管长度一定的情况下,小尺度效应随碳纳米管直径的增大而减小,当它的直径大于某一临界值以后,小尺度效应消失,这时,碳纳米管屈曲在周向的波数对碳纳米管的屈曲应力无影响,而轴向的半波数对碳纳米管的屈曲应力的影响增大;当碳纳米管的长度和直径都小于上述临界值时,随着屈曲模式的增大,小尺度效应将增大。研究结果表明碳纳米管的结构尺寸大于某一临界值时,完全可以用经典的连续介质力学理论来研究它的力学性能。 基于非局部弹性理论,本文还研究了碳纳米管的动力学特性,包括振动特性和波动特性。振动研究结果表明碳纳米管尺寸和振动模式对单壁和双壁碳纳米管的振动基频的影响趋势都相差不多。随着振动周向波数和轴向半波数的增加,碳纳米管的振动基频都会增大,但周向波数比轴向半波数的变化对碳纳米管基频的影响大;当其它条件确定以


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 申俊;李显方;;碳纳米管中弹性弯曲波的尺度特性研究[J];中国西部科技;2010年04期
2 王立峰;郭万林;胡海岩;;管内流体对单壁碳纳米管中弯曲波频散的影响[J];力学季刊;2009年01期
3 崔福斋,夏光睿,陈安;碳纳米管辐照损伤的计算机模拟[J];自然科学进展;2000年03期
4 孙明礼,成荣明,徐学诚,陈奕卫,李伟;碳纳米管对酚类物质的吸附研究[J];东北师大学报(自然科学版);2004年04期
5 陈玉莲,朱燕娟,薛新民,邓颖宇,张国富,李顺华,张海燕;水热法合成Ni(OH)_2/SiO_2催化剂制备碳纳米管:镍含量对碳纳米管管径和产率的影响[J];人工晶体学报;2005年01期
6 常丽君;;碳纳米管中首次观察到场致发光[J];前沿科学;2010年04期
7 汪兆平,韩和相,李国华;碳纳米管的拉曼散射研究[J];光散射学报;1999年01期
8 解思深;超长定向碳纳米管列阵的制备取得突破性进展[J];中国科学院院刊;1999年05期
9 詹业宏;碳纳米管的电子自旋共振研究[J];化学物理学报;1999年05期
10 郭连权;碳纳米管的物性与应用[J];人工晶体学报;2002年02期
11 孙劲鹏,王太宏;一种基于碳纳米管的随机存储器[J];物理学报;2002年09期
12 ;碳纳米管的危害——对人体危害可能强于石英粉末[J];中国科技信息;2003年18期
13 伊爱娃;;科学视野[J];科学生活;2007年10期
14 李辰砂,刘海涛,邱成军,曹茂盛,张景东,卢伟哲,李志,梁吉;碳纳米管应用于聚合物抗静电纤维的研究[J];高技术通讯;2002年12期
15 曹培江,顾有松,刘飞,刘虹雯,张琦锋,王岩国,高鸿钧;碳纳米管阵列、捆束的三步升温工艺制备及其形貌与结构[J];物理学报;2004年03期
16 赵廷凯,柳永宁,朱杰武;气氛与压力对制取非晶碳纳米管的影响[J];科学通报;2004年23期
17 ;碳纳米管收音机[J];新知客;2007年12期
18 戴闻;;利用碳纳米管中的自旋和轨道自由度[J];物理;2008年08期
19 群芳;;碳纳米管新技术有望永久保存数据[J];前沿科学;2010年02期
20 方陵生;;新型碳材料前景展望[J];世界科学;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡业旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;电晕放电等离子体增强化学气相沉积法合成氮掺杂碳纳米管[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
2 孙瑞敏;赵辉;陈永;刘洋;赵海沨;;碳纳米管与环氧树脂共混工艺研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 李世胜;喻万景;侯鹏翔;刘畅;成会明;罗艳红;孟庆波;吕伟;吴思达;杨全红;;碳纳米管垂直阵列/石墨烯纸复合材料在锂离子电池和染料敏化太阳能电池中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 刘夏;杨庆生;;网络碳纳米管复合材料的有效力学性能[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
6 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
8 苏丹华;张玲;金磊;李春忠;;静电吸附制备玻璃布/碳纳米管增强体改性环氧树脂[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
9 张文毓;;碳纳米管及其应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 吕建伟;王万录;廖克俊;万步勇;张毅;;形变引发碳纳米管膜电阻变化的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘丽娜;碳纳米管—双马来酰亚胺体系的摩擦磨损研究[D];浙江大学;2010年
2 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
3 梅蕾;碳纳米管/碳纤维多尺度结构制备及其界面增强效果研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 朱幸福;碳纳米管复合材料及碳纳米管为模板的纳米管的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
5 崔伟;表面修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的界面结构与性能[D];华中科技大学;2011年
6 蒋辽川;半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
7 亓钧雷;碳纳米管、碳纳米片、石墨烯及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
8 姚胜红;碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电纳米复合材料的显微结构控制与介电性能的关联[D];北京化工大学;2009年
9 韩占涛;表面活性剂悬浮碳纳米管在孔隙介质中的运移研究[D];中国地质科学院;2010年
10 叶丽娜;无机空心微纳米结构的制备及其应用[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐勤;碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究[D];上海师范大学;2010年
2 祝丽娟;碳纳米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡胶硫化胶性能研究[D];南京理工大学;2010年
3 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
4 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
5 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
6 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
7 林小静;碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚[D];天津大学;2010年
8 王蜜;聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能[D];东北林业大学;2010年
9 曾静;自由基加成反应在碳纳米管和石墨烯修饰中的应用[D];兰州大学;2011年
10 郭大鹏;分子开关和十字形碳纳米管的输运性质研究[D];兰州大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
2 记者 何德功;日研制出直径最小碳纳米管[N];新华每日电讯;2003年
3 记者 吴辉;我国碳纳米管产业化突破“瓶颈”[N];中国知识产权报;2001年
4 张巍巍;碳纳米管可激发人体自身免疫反应[N];科技日报;2010年
5 黄绍平;碳纳米管实用的路还远吗?[N];中国电子报;2001年
6 记者 谢昭萍 特约记者 肖萍;我国碳纳米管截短技术获得突破[N];中国化工报;2004年
7 记者 薛冬 通讯员 谭少容;我国率先实现碳纳米管产业化[N];光明日报;2001年
8 本报记者 薛冬 通讯员 谭少容;碳纳米管身价何以远高于黄金[N];光明日报;2001年
9 黄中;碳纳米管及其应用[N];中国知识产权报;2001年
10 冯卫东;数百米超长碳纳米管面世[N];科技日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978