商品簡介
內容簡介：
本書系統地介紹了作者近幾年在碳納米管集合體及其復合材料力學方面的研究成果。全書分為兩部分，共13章，主要介紹采用多尺度力學理論和微納米力學實驗方法，研究碳納米管集合體的力學行為和碳納米管纖維增強復合材料的力學性能。本書力求為讀者提供本領域研究的全景式概貌和研究進展。
本書可供力學、物理和材料科學領域相關科研人員和研究生參考。
目次
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 CNT的原子結構特征與力學性能 1
1.1.1 直型CNT 2
1.1.2 異型CNT 4
1.2 CNT/聚合物復合材料 5
1.2.1 CNT/聚合物復合材料的力學性能 5
1.2.2 CNT/聚合物界面結合和應力傳遞 6
1.3 CNT集合體 7
1.3.1 CNT共價連接網絡 8
1.3.2 CNT薄膜 9
1.3.3 CNT纖維 11
1.4 本書的主要內容和結構 14
參考文獻 15
第2章 CNT集合體的研究方法 24
2.1 經典分子動力學方法 24
2.1.1 基本方程 25
2.1.2 勢能函數 26
2.1.3 系綜 27
2.1.4 分子動力學的模擬過程與程序 28
2.2 分子結構力學方法 29
2.3 粗粒化分子動力學方法 31
參考文獻 35
第3章 CNT共價連接平面網絡的變形及破壞行為 37
3.1 推廣的分子結構力學方法 37
3.2 共價連接平面網絡結構的構建 39
3.3 超級石墨烯的拉伸變形與破壞行為 40
3.4 超級四邊形的拉伸變形與破壞行為 46
3.5 超級CNT的力學行為分析 52
本章小結 58
參考文獻 59
第4章 三維CNT納米結構及其力學性能 60
4.1 引言 60
4.2 軸向連接三維納米結構的構建 61
4.2.1 CNT代表單元體的組裝 61
4.2.2 利用第一性原理驗證結構的穩定性 65
4.2.3 潛在應用 66
4.2.4 模擬過程和條件 66
4.3 軸向連接三維納米結構的力學性能 68
4.3.1 軸向連接三維納米結構的拉伸性能 68
4.3.2 軸向連接三維納米結構的壓縮性能 69
4.4 徑向連接三維納米結構 72
4.5 徑向連接三維納米結構的力學性能 74
4.5.1 徑向連接三維納米結構的拉伸性能 74
4.5.2 徑向連接三維納米結構的壓縮性能 76
本章小結 78
參考文獻 79
第5章 SWNT纖維的拉伸變形及破壞行為 83
5.1 SWNT粗粒化力場 84
5.2 軸向排布方式對SWNT纖維拉伸行為的影響 85
5.2.1 SWNT薄膜CGMD模型 85
5.2.2 SWNT纖維加捻過程模擬 85
5.2.3 拉伸載荷下的應力-應變關系 86
5.2.4 管間相互作用力對纖維強度的影響 89
5.2.5 微觀結構演變 89
5.3 纏繞對SWNT纖維力學行為的影響 90
5.3.1 SWNT薄膜CGMD模型 90
5.3.2 SWNT纖維加捻過程模擬 93
5.3.3 SWNT薄膜的拉伸變形與破壞行為 93
5.3.4 SWNT薄膜的微觀結構與能量演變 95
5.3.5 SWNT薄膜內應力分布 98
5.3.6 SWNT纖維的承載能力 99
5.3.7 SWNT纖維的微觀結構與能量演變 100
本章小結 102
參考文獻 102
第6章 坍塌CNT纖維的力學性能 104
6.1 CDWNT纖維多層級結構特征 104
6.2 CDWNT纖維粗粒化模型 105
6.2.1 CDWNT的粗粒化模型與力場參數 106
6.2.2 CDWNT纖維的粗粒化分子動力學計算模型 106
6.3 軸向單調拉伸載荷下的變形與破壞行為 107
6.4 循環加載下的變形與破壞行為 111
6.5 CNT彎曲分支的作用 112
本章小結 113
參考文獻 113
第7章 CNT纖維宏觀拉伸性能的實驗研究 115
7.1 引言 115
7.2 微拉伸測試儀 116
7.3 試樣制備 118
7.4 單次加載測試 119
7.5 循環加載測試 124
本章小結 126
參考文獻 126
第8章 微納米復合材料力學的分析方法 128
8.1 界面內聚力模型 128
8.2 內聚力有限元法 131
8.3 界面內聚力單元的使用 133
8.4 二尺度展開法 134
8.4.1 位移場的展開 135
8.4.2 彈性細觀結構基本方程 136
8.4.3 細觀結構的有效性能 137
8.4.4 變分形式 138
8.4.5 有限元公式 139
本章小結 140
參考文獻 140
第9章 CNT纖維/聚合物界面性能的微滴實驗與模擬 142
9.1 引言 142
9.2 CNT纖維微滴包埋實驗方法 143
9.2.1 試樣制備與實驗裝置 143
9.2.2 測試結果分析 144
9.3 微滴包埋實驗的有限元模擬 147
9.4 計算結果與討論 148
9.4.1 微滴脫粘行為 148
9.4.2 內聚力參數的影響 149
9.4.3 熱殘余應力的影響 152
本章小結 155
參考文獻 155
第10章 CNT復合材料的界面破壞行為 158
10.1 連續CNT復合材料的力學模型 158
10.2 界面性能對復合材料橫向性能的影響 160
10.3 非連續CNT排列方式對界面破壞方式的影響 161
10.3.1 CNT在基體中的排列方式和分析模型 161
10.3.2 CNT排列方式對界面破壞性能的影響 162
10.4 界面強度對CNT復合材料破壞方式的影響 165
10.4.1 強界面強度的CNT復合材料破壞方式 166
10.4.2 弱界面強度的CNT復合材料破壞方式 168
10.5 基體微裂紋對CNT復合材料力學性能的影響 170
本章小結 173
參考文獻 173
第11章 碳-銅復合材料界面裂紋的分子動力學研究 175
11.1 引言 175
11.2 碳-銅復合材料模型和計算條件 176
11.3 界面裂紋的分子動力學模擬 176
11.3.1 右端自由情況下的界面裂紋模擬 176
11.3.2 右端固定情況下的界面裂紋模擬 180
11.3.3 與內聚力有限元結果對比 182
本章小結 184
參考文獻 184
第12章 CNT共價連接網絡復合材料的力學性能 187
12.1 二維CNT網絡復合材料 187
12.1.1 細觀力學模型 187
12.1.2 有效剛度系數 188
12.1.3 局部應力分布 191
12.2 三維網絡CNT復合材料的有效力學性能 193
12.2.1 細觀力學模型 193
12.2.2 有效剛度系數 194
12.3 CNT網絡/聚合物間范德華相互作用力和內聚力模型 197
12.3.1 超級CNT/石墨烯間范德華相互作用力和內聚力模型 198
12.3.2 超級CNT/聚合物間范德華相互作用力和內聚力模型 202
本章小結 206
參考文獻 206
第13章 大變形條件下均勻化方法及其應用 208
13.1 有限變形的基本理論 208
13.1.1 物質描述法與空間描述法 208
13.1.2 功共軛的應力-應變關系 210
13.2 超彈性模型的有限元法 212
13.2.1 超彈性模型中運動學參量的離散 212
13.2.2 平衡方程的離散 214
13.3 大變形條件下均勻化方法的基本理論 216
13.3.1 大變形條件下的虛功方程 216
13.3.2 宏觀位移和細觀位移 216
13.3.3 大變形條件下的均勻化方程 218
13.4 有限變形有限元程序 220
13.5 纖維增強樹脂基復合材料的超彈性模型及變形分析 220
13.5.1 單絲纖維增強樹脂基復合材料的超彈性模型及變形分析 221
13.5.2 纖維束增強樹脂基復合材料的超彈性模型及變形分析 225
本章小結 228
參考文獻 229
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