【《石墨烯复合材料的力学性能分析案例》1700字】

石墨烯复合材料的力学性能分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u8311石墨烯复合材料的力学性能分析案例 156111.1有限元模型的构建 127101.1.1石墨烯有限元模型的构建 1191241.1.2基体与界面层有限元模型的的建立 262501.1.3材料属性与边界条件的定义 330111.1.4石墨烯和界面层的相互作用 4184911.2结果与讨论 51.1有限元模型的构建1.1.1石墨烯有限元模型的构建以下均以0°为例，长度单位未有特殊说明，均为nm。本文将石墨烯单元结构简化为六边形，如图3-1所示；然后通过装配组合构建出石墨烯结构，如何3-2所示，二者模型空间为三维，基本特征中的形状为线。图3-1六边形图3-2石墨烯板其中六边形边长为0.141081。因为石墨烯建立要以六边形为基本单元，同时又要保持基体高度近似为4.642821，所以石墨烯高度会不同，但是长始终为4.514593。在石墨烯与基体呈0°、15°、30°以及45°下石墨烯高度分别为4.642821、4.765001、5.375898、6.475514。1.1.2基体与界面层有限元模型的的建立基体和界面层因为要起着保护石墨烯的作用，所以它的构建将会相当重要，在这里我们用树脂基体和17层界面层装配起来。图3-3为本文中界面层的有限元模型。图3-3界面层有限元模型通过参考以往文献且从石墨烯的物理性质出发,界面层为图中的蓝色部分，并且该论文中设计的界面层分层厚度和石墨烯厚度相同。在过去几年的有限元模拟中,已经证明当界面层分层厚度和石墨烯厚度相同时所得到的数据结果是可靠的，所以这种设计结构是可行的。其中界面层由17层薄板组成并装配起来，无论界面层与基体的角度如何，厚度始终为0.01，如图3-4所示。图3-4基体与界面层装配图因为不同角度下石墨烯高度不同，再结合角度不同，基体高度会有所不同，但是长度均为7，宽为4.514593。石墨烯与基体呈0°、15°、30°以及45°下基体的高度为4.642821、4.602438、4.655664、4.57888。1.1.3材料属性与边界条件的定义在本论文中基体主要为树脂材料，通过参考学长的意见，得到树脂为各向同性材料，材料属性的各项数值为:.因为界面层要起着过渡的作用以此来保护石墨烯，并且界面层分层的选择至关重要，同时要根据基体和石墨烯属性来界面层的属性。通过参考文献，本章界面层一共划分了34层，每一层为0.01nm，因为界面层关于石墨烯的材料属性是对称的，所以我们只需计算一侧，即17层的材料属性。通过查阅文献，界面层各分层的相关材料属性如表3-5.表3-5混合界面层的弹性属性本论文研究的模型的边界条件较为简单。主要是在一侧固定，另一侧施加位移载荷，位移为0.04544，这样的选择主要是为了与参考文献形成对照，来验证本论文结果的正确性，同时在此基础上，在对复合材料的构造进行改变，从而得出自己的结论，如图3-5所示。图3-6计算纳米复合材料杨氏模量的边界条件同样，我们也可以通过改变相关变量并且施加一定的约束，以此来获得弹性模量、剪切模量和泊松比。通过参考文献，我们选择如下的杨氏模量和剪切模量的相关公式。通过该式可以计算获得杨氏模量。其中；为模型在平面节点总数n因处施加位移所产生的反力的总和。类似的，可以通过此式计算出剪切模量，进而计算出泊松比。本章主要研究石墨烯增强复合材料的模量。通过改变石墨烯在基体中的角度，如图所示。石墨烯的体积含量为，其中为石墨烯的体积，为基体与界面层的基体之和。1.1.4石墨烯和界面层的相互作用本文石墨烯和界面层的相互作用采用ABAQUS相互作用功能块约束管理器的绑定类型将石墨烯和界面层作用起来，如图3-8所示。前提是要在石墨烯与界面层相接触的一面画线以方便绑定起来，如图3-9所示，这样计算出来的结果更加准确。图3-8石墨烯与界面层相互作用图3-9画线之后的界面层1.2结果与讨论以下为石墨烯与基体呈0°、15°、30°以及45°下复合材料的应力和位移图。图3-100°下复合材料的应力和位移图图3-1115°下复合材料的应力和位移图图3-1230°下复合材料的应力和位移图图3-1345°下复合材料的应力和位移图按1.1.3边界条件的定义中的公式计算后，得到不同角度下的复合材料的体积分数、弹性模量、剪切模量以及泊松比，如表3-14、图3-15所示。弹性模量（GPa）剪切模量（GPa）泊松比体积分数0°36.0211.980.2880.0464715°27.5610.760.2810.0479630°15.135.910.2790.0532245°9.861.880.2720.06551图3-15不同角度下弹性模量、剪切磨练和泊松比的柱状图通过改变石墨烯与基体之间的角度，在施加唯一载荷时，我们分析了复合材料的弹性模量、剪切模量以及泊