【摘 要】
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碳纳米管(carbon nanotube CNT)以其优良的电学、力学、热学性能被认为是国内外新材料研究的热点，CNT作为高性能增强体加入到复合材料中的研究变得尤为重要。目前，对CNT增强复
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碳纳米管(carbon nanotube CNT)以其优良的电学、力学、热学性能被认为是国内外新材料研究的热点，CNT作为高性能增强体加入到复合材料中的研究变得尤为重要。目前，对CNT增强复合材料的力学行为研究正在进行中，其中实验研究趋于完善，数值模拟研究也进一步发展。但对于纳米级纤维增强复合材料的研究仍然存在许多问题。本文针对CNT增强氧化铝陶瓷复合材料界面力学性能进行了理论分析和数值模拟研究。第一章主要介绍了CNT的研究发展及其增强复合材料的力学性能研究，综述了实验、数值模拟及理论计算等方法对复合材料力学、电学性能研究的进展，并且总结了纳米级复合材料界面力学性能研究目前存在的问题，并说明了本文的选题目的和研究意义。第二章从理论计算角度研究了基于范德华力的CNT-氧化铝界面间的相互作用，首先建立CNT与基体界面的数学模型，利用该模型求解了界面间的内聚力大小，并最终得出界面平均剪应力和界面正应力分别与界面张开位移和相对滑移的关系。界面应力的大小直接影响到复合材料界面应力传递效率。第三章首先简单介绍了弹性力学应力场以及短纤维复合材料应力应变坐标转换过程。然后理论计算了CNT增强复合材料界面应力传递效率，分别研究了应力传递过程中复合材料界面附近的应力分布以及复合材料中CNT的有效长度。利用有限元方法，模拟了界面结合完好情况下，复合材料界面应力分布情况，并与理论计算进行比较。第四章在前面两部分的基础上，研究了界面滑移的力学行为。首先，建立界面滑移模型。产生界面滑移的条件是剪应力大于范德华力提供的最大值，模型的建立应当使载荷全部加载在基体上，求解界面滑移的整个过程，分别得到了界面结合完好时CNT增强复合材料，界面滑移后CNT增强复合材料和继续滑移过程中CNT降低复合材料的力学性能三个阶段。
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