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碳纳米管纤维的应变率效应及其失效机理
【机构】 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室； 中国科学技术大学工程科学学院近代力学系；
【摘要】 如何将纳米尺度的碳纳米管的力学性能在宏观尺度下加以实现并应用是当今面临的一大难题。通过纺丝的方式制备成宏观尺度的碳纳米管纤维(直径约5～10微米),其在不同应变率下的微细观失效机理尚需进一步研究。本文设计基于自由落体式的微型Hopkinson拉杆装置,可测试单根纤维的动态拉伸性能,应变率可达103s-1。结果表明碳纳米管纤维的强度与失效应变对应变率和捻角均敏感。通过比较不同捻角的纤维在动态和准静态加载下的塑性变形以及失效行为,结合高速摄影以及数值模拟分析了该类纤维的失效机理:CNT根部较弱的部分首先断裂,碳管从纤维里拉拔和散落,以及纤维对应变率较敏感和设计性强等特性构成了该类纤维区别于传统碳纤维的主要特点。统计和理论结果表明,界面结合力随着捻角的增大而增大,纤维的强度也随之增强;但是随着捻角继续增大,强度又逐渐下降。基于此,建立了碳纳米管纤维的本构关系。
【关键词】 应变率；
Hopkinson杆；
界面；
捻角；
碳纳米管纤维；
【基金】 国家自然科学基金(11602267,11872361,11472264,11672286,);安徽省自然科学基金(1708085MA05)
- 【会议录名称】 2018年全国固体力学学术会议摘要集（下）
- 【会议名称】2018年全国固体力学学术会议
- 【会议时间】2018-11-23
- 【会议地点】中国黑龙江哈尔滨
- 【分类号】TQ342.742
- 【主办单位】中国力学学会固体力学专业委员会、国家自然科学基金委员会数理科学部