碳纳米管网络力学性能的理论计算研究及优化

基本信息
批准号:11202012
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:30.00
负责人:陈玉丽
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵丽滨,孙崇强,杨文,赵金龙,王升涛
关键词:
复合材料力学性能碳纳米管网络细观力学优化
结项摘要

Researhcers have been seeking a way to transfer the excellent properties of CNTs in nanoscale to macro-materials. Recent studies show that Carbon nanotube (CNT) constructed network is probably an effective material structure form, so it has drawn the attention of many researchers. However, so far the CNT networks are usually studied by trial and error in numerous experiments, without theoretical guidance. In order to make the networks better inherit the excellent properties of CNTs through the network microstructure design, this project will develop a mesomechanics theory suitable for the CNT networks with and without matrix, which are two usual forms in the engineering applications of the CNT networks. This theoretical model will take into account the influences of inter-tube effects, matrix, interface and CNT geometrical characteristics comprehensively, and predict the optimal design of the CNT networks for their mechanical properties. This project will also develop a multi-level/multi-scale simulation method to investigate the mechanical properties and behaviors of the networks under the influences of different microscopic characteristic parameters quantitatively. Furthermore, some experiments will also be carried out in this project to validate and support the theoretical analysis and numerical simulation. Through feedbacks between the theories, simulations and experiments, the optimal microstructure design of the CNT networks will be made, and the guiding advice on design and preparation of macro-materials of CNTs can be provided, which will have significant meanings for the development and application of CNT materials. The theoretical and numerical methods developed in this project are expected to extend to the structure optimization of other fiber constructed networks as well.

研究者一直在探寻如何将碳纳米管在纳米尺度的优良性能传递到宏观材料,最近的研究显示碳纳米管网络很可能是一种有效的组织形式,因此备受关注。然而,目前对这种网络结构的研究大多集中在实验尝试,尚缺乏理论的指导。为了通过网络结构设计使碳纳米管网络更好地继承碳纳米管的优异性能,本项目将针对工程实际中常见的有基体和无基体两种碳纳米管网络,综合考虑管间作用、基体、界面、碳纳米管的几何特征等因素对网络结构宏观性能的影响,发展适合于碳纳米管网络的细观力学模型对其力学性能进行优化;并建立有效的多级/多尺度计算平台定量研究各种微观特征参量影响下的碳纳米管网络的性能和行为。此外,还将进行部分实验来检验和支持理论和计算方法,通过相互之间的不断反馈,实现碳纳米管网络的结构优化,从而给出对宏观碳纳米管材料设计和制备的指导性建议,加速碳纳米管材料的应用开发。本项目所得到的理论和计算方法亦可拓展用于其它纤维网络的结构优化。

项目摘要

研究者一直在探寻如何将碳纳米管在纳米尺度的优良性能传递到宏观材料,最近的研究显示碳纳米管网络很可能是一种有效的组织形式,因此备受关注。然而,目前对这种网络结构的研究大多集中在实验尝试,尚缺乏理论的指导。为了通过网络结构设计使碳纳米管网络更好地继承碳纳米管的优异性能,本项目针对工程实际中常见的有基体和无基体两种碳纳米管网络,综合考虑管间作用、基体、界面、碳纳米管的几何特征等因素对网络结构宏观性能的影响,发展了适合于碳纳米管网络的细观力学模型对其力学性能进行优化;并建立了有效的多级/多尺度计算平台定量研究各种微观特征参量影响下的碳纳米管网络的性能和行为。对于无基体的随机分布碳纳米管网络,揭示了其刚度阈值和弯-拉转变阈值的存在,并通过稳定率和缺陷率揭示了上述阈值的机理,进而建立了预测整体网络刚度的解析表达式,该表达式表明,碳纳米管网络的相对刚度仅与其相对密度及碳纳米管的长细比有关。对于有基体的碳纳米管网络,即碳纳米管复合材料,研究了碳纳米管本身的几何参数对整体复合材料力学性能的影响,发现对于直径为纳米尺度的纤维类复合材料,并不一定越细越好。最优的碳纳米管直径可由碳纳米管、基体和界面的参数解析地给出。本项目的研究提供了对宏观碳纳米管材料设计和制备的指导性建议,有助于加速碳纳米管材料的应用开发。本项目所得到的理论和计算方法亦可拓展用于其它纤维网络的结构优化。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

跨社交网络用户对齐技术综述

跨社交网络用户对齐技术综述

DOI:10.12198/j.issn.1673 − 159X.3895
发表时间:2021
2

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

城市轨道交通车站火灾情况下客流疏散能力评价

DOI:
发表时间:2015
3

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.015
发表时间:2019
4

敏感性水利工程社会稳定风险演化SD模型

敏感性水利工程社会稳定风险演化SD模型

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2021.04.003
发表时间:2021
5

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022

陈玉丽的其他基金

相似国自然基金

1

大数据流式计算的网络调度优化理论与算法研究

批准号:61502315
批准年份:2015
负责人:陈亮
学科分类:F0207
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
2

含碳过渡金属团簇及碳纳米管物性的理论及计算研究

批准号:10864005
批准年份:2008
负责人:段海明
学科分类:A2104
资助金额:23.00
项目类别:地区科学基金项目
3

布朗热机的热力学性能特征及其优化理论

批准号:11065008
批准年份:2010
负责人:何济洲
学科分类:A2503
资助金额:29.00
项目类别:地区科学基金项目
4

基于不确定动态系统的递归网络实时优化计算及应用

批准号:60574077
批准年份:2005
负责人:宋士吉
学科分类:F0304
资助金额:22.00
项目类别:面上项目