基于有限元的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法對(duì)石墨烯力學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的繼富勒烯和碳納米管之后的又一種新型的低維碳納米材料,它是由碳原子通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成的蜂窩狀的二維晶體結(jié)構(gòu)。理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試都表明石墨烯具有超高的強(qiáng)度、剛度以及優(yōu)異的電、熱、光學(xué)性質(zhì),因此在很多領(lǐng)域都具有極其廣闊的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是具有戰(zhàn)略意義的新材料,對(duì)其力學(xué)性能和微觀變形機(jī)理的研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文采用基于有限元的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)方法,理論研究了理想無(wú)缺陷和含Stone-Wales缺陷石墨烯的力學(xué)性能及

2、變形機(jī)理。
　　通過(guò)分子力學(xué)理論中的原子間勢(shì)能和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論中梁的應(yīng)變能之間的等價(jià)關(guān)系,建立了理想及含Stone-Wales缺陷的單層和多層石墨烯納米帶的空間剛架結(jié)構(gòu)模型,并根據(jù)分子力學(xué)中的力常數(shù)得到該剛架模型的幾何及物理參數(shù)。借助ANSYS軟件,建立石墨烯的有限元模型,分別研究了理想石墨烯納米帶的尺寸及手性相關(guān)的力學(xué)性能以及Stone-Wales缺陷對(duì)其力學(xué)性能的影響。
　　對(duì)于理想的石墨烯,分別研究了扶手椅型、鋸齒型單層

3、石墨烯納米帶的彈性模量和泊松比隨結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和寬度增加時(shí)的變化規(guī)律,證實(shí)了單層石墨烯納米帶的彈性模量和泊松比具有尺寸和手性相關(guān)性?？紤]了原子間作用的非線(xiàn)性效應(yīng),研究了單層石墨烯納米帶的拉伸破壞行為,給出了拉伸變形曲線(xiàn)及強(qiáng)度極限。研究了表面弛豫對(duì)多層石墨烯納米帶力學(xué)性能的影響,分析了其彈性模量和泊松比與表面弛豫系數(shù)以及石墨烯納米帶層數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)于含Stone-Wales缺陷的石墨烯,分別研究了缺陷的類(lèi)型、數(shù)量、位置以及兩個(gè)缺陷之間的距離等