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第1章 绪论 1

1.1CNT的原子结构特征与力学性能 1

1.1.1直型CNT 2

1.1.2异型CNT 4

1.2 CNT/聚合物复合材料 5

1.2.1 CNT/聚合物复合材料的力学性能 5

1.2.2 CNT/聚合物界面结合和应力传递 6

1.3 CNT集合体 7

1.3.1 CNT共价连接网络 8

1.3.2 CNT薄膜 9

1.3.3 CNT纤维 11

1.4本书的主要内容和结构 14

参考文献 15

第2章 CNT集合体的研究方法 24

2.1经典分子动力学方法 24

2.1.1基本方程 25

2.1.2势能函数 26

2.1.3系综 27

2.1.4分子动力学的模拟过程与程序 28

2.2分子结构力学方法 29

2.3粗粒化分子动力学方法 31

参考文献 35

第3章 CNT共价连接平面网络的变形及破坏行为 37

3.1推广的分子结构力学方法 37

3.2共价连接平面网络结构的构建 39

3.3超级石墨烯的拉伸变形与破坏行为 40

3.4超级四边形的拉伸变形与破坏行为 46

3.5超级CNT的力学行为分析 52

本章小结 58

参考文献 59

第4章 三维CNT纳米结构及其力学性能 60

4.1引言 60

4.2轴向连接三维纳米结构的构建 61

4.2.1CNT代表单元体的组装 61

4.2.2利用第一性原理验证结构的稳定性 65

4.2.3潜在应用 66

4.2.4模拟过程和条件 66

4.3轴向连接三维纳米结构的力学性能 68

4.3.1轴向连接三维纳米结构的拉伸性能 68

4.3.2轴向连接三维纳米结构的压缩性能 69

4.4径向连接三维纳米结构 72

4.5径向连接三维纳米结构的力学性能 74

4.5.1径向连接三维纳米结构的拉伸性能 74

4.5.2径向连接三维纳米结构的压缩性能 76

本章小结 78

参考文献 79

第5章 SWNT纤维的拉伸变形及破坏行为 83

5.1 SWNT粗粒化力场 84

5.2轴向排布方式对SWNT纤维拉伸行为的影响 85

5.2.1 SWNT薄膜CGMD模型 85

5.2.2 SW NT纤维加捻过程模拟 85

5.2.3拉伸载荷下的应力-应变关系 86

5.2.4管间相互作用力对纤维强度的影响 89

5.2.5微观结构演变 89

5.3缠绕对SWNT纤维力学行为的影响 90

5.3.1 SWNT薄膜CGMD模型 90

5.3.2 SW NT纤维加捻过程模拟 93

5.3.3 SWNT薄膜的拉伸变形与破坏行为 93

5.3.4 SWNT薄膜的微观结构与能量演变 95

5.3.5 SWNT薄膜内应力分布 98

5.3.6 SWNT纤维的承载能力 99

5.3.7 SWNT纤维的微观结构与能量演变 100

本章小结 102

参考文献 102

第6章 坍塌CNT纤维的力学性能 104

6.1CDWNT纤维多层级结构特征 104

6.2 CDWNT纤维粗粒化模型 105

6.2.1 CDWNT的粗粒化模型与力场参数 106

6.2.2 CDWNT纤维的粗粒化分子动力学计算模型 106

6.3轴向单调拉伸载荷下的变形与破坏行为 107

6.4循环加载下的变形与破坏行为 111

6.5 CNT弯曲分支的作用 112

本章小结 113

参考文献 113

第7章 CNT纤维宏观拉伸性能的实验研究 115

7.1引言 115

7.2微拉伸测试仪 116

7.3试样制备 118

7.4单次加载测试 119

7.5循环加载测试 124

本章小结 126

参考文献 126

第8章 微纳米复合材料力学的分析方法 128

8.1界面内聚力模型 128

8.2内聚力有限元法 131

8.3界面内聚力单元的使用 133

8.4二尺度展开法 134

8.4.1位移场的展开 135

8.4.2弹性细观结构基本方程 136

8.4.3细观结构的有效性能 137

8.4.4变分形式 138

8.4.5有限元公式 139

本章小结 140

参考文献 140

第9章 CNT纤维/聚合物界面性能的微滴实验与模拟 142

9.1引言 142

9.2 CNT纤维微滴包埋实验方法 143

9.2.1试样制备与实验装置 143

9.2.2测试结果分析 144

9.3微滴包埋实验的有限元模拟 147

9.4计算结果与讨论 148

9.4.1微滴脱粘行为 148

9.4.2内聚力参数的影响 149

9.4.3热残余应力的影响 152

本章小结 155

参考文献 155

第10章 CNT复合材料的界面破坏行为 158

10.1连续CNT复合材料的力学模型 158

10.2界面性能对复合材料横向性能的影响 160

10.3非连续CNT排列方式对界面破坏方式的影响 161

10.3.1 CNT在基体中的排列方式和分析模型 161

10.3.2 CNT排列方式对界面破坏性能的影响 162

10.4界面强度对CNT复合材料破坏方式的影响 165

10.4.1强界面强度的CNT复合材料破坏方式 166

10.4.2弱界面强度的CNT复合材料破坏方式 168

10.5基体微裂纹对CNT复合材料力学性能的影响 170

本章小结 173

参考文献 173

第11章 碳-铜复合材料界面裂纹的分子动力学研究 175

11.1引言 175

11.2碳-铜复合材料模型和计算条件 176

11.3界面裂纹的分子动力学模拟 176

11.3.1右端自由情况下的界面裂纹模拟 176

11.3.2右端固定情况下的界面裂纹模拟 180

11.3.3与内聚力有限元结果对比 182

本章小结 184

参考文献 184

第12章 CNT共价连接网络复合材料的力学性能 187

12.1二维CNT网络复合材料 187

12.1.1细观力学模型 187

12.1.2有效刚度系数 188

12.1.3局部应力分布 191

12.2三维网络CNT复合材料的有效力学性能 193

12.2.1细观力学模型 193

12.2.2有效刚度系数 194

12.3 CNT网络/聚合物间范德华相互作用力和内聚力模型 197

12.3.1超级CNT/石墨烯间范德华相互作用力和内聚力模型 198

12.3.2超级CNT/聚合物间范德华相互作用力和内聚力模型 202

本章小结 206

参考文献 206

第13章 大变形条件下均匀化方法及其应用 208

13.1有限变形的基本理论 208

13.1.1物质描述法与空间描述法 208

13.1.2功共轭的应力-应变关系 210

13.2超弹性模型的有限元法 212

13.2.1超弹性模型中运动学参量的离散 212

13.2.2平衡方程的离散 214

13.3大变形条件下均匀化方法的基本理论 216

13.3.1大变形条件下的虚功方程 216

13.3.2宏观位移和细观位移 216

13.3.3大变形条件下的均匀化方程 218

13.4有限变形有限元程序 220

13.5纤维增强树脂基复合材料的超弹性模型及变形分析 220

13.5.1单丝纤维增强树脂基复合材料的超弹性模型及变形分析 221

13.5.2纤维束增强树脂基复合材料的超弹性模型及变形分析 225

本章小结 228

参考文献 229