【摘 要】
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碳纳米管(Carbon Nanotube,简称CNT)是一种纳米纤维材料,具有优良的性能,可以作为陶瓷基、金属基、聚合物基等非水泥基复合材料的增强相,也可作为水泥基材料的增强相,应用领
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碳纳米管(Carbon Nanotube,简称CNT)是一种纳米纤维材料,具有优良的性能,可以作为陶瓷基、金属基、聚合物基等非水泥基复合材料的增强相,也可作为水泥基材料的增强相,应用领域非常普遍。由于混凝土的原材料丰富,容易获得,成本低,施工方便,工艺简单等优点,使其成为了土木工程中运用最广的材料,其强度也是人们关注的焦点。为提高混凝土的强度,往其中间添加颗粒、纤维、粉末的方法被用来研究添加剂对混凝土强度的影响。碳纳米管具有很大的长径比,很高的强度和硬度,大量研究表明碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能,其独特的性能使其应用越来越广泛。本文通过数值模拟方法,建立碳纳米管增强其水泥基复合材料力学性能的有限元模型,分别研究碳纳米管掺量、管长和管径以及温度对水泥基复合材料力学性能的影响。主要有以下结论:(1)基于ANSYS 12.1,建立不同碳纳米管掺量增强水泥基复合材料的有限元模型,从获得的拉伸应力—应变曲线图中得到碳纳米管掺量对碳纳米管水泥基复合材料力学性能的影响。整体而言,水泥基复合材料的强度随着碳纳米管掺量的增加呈现先增强后减弱的趋势。(2)为发挥碳纳米管超强的力学性能,在选择合适的碳纳米管掺量后,选取不同碳纳米管长度,建立碳纳米管增强水泥基复合材料的有限元模型,发现水泥基复合材料的强度随着碳纳米管长度的增加也是呈现先增强后减弱的现象。然后在碳纳米管最优掺量和最优长度下,选取不同碳纳米管管径,建立碳纳米管水泥基复合材料的有限元模型,在小应变范围内,复合材料的强度随着碳纳米管管径的增大而加强。(3)在第二章和第三章的基础上选取最优掺量及最优管长和管径,进行碳纳米管水泥基复合材料的模拟,然后通过研究温度对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能,发现碳纳米管水泥基复合材料的强度虽然随着温度的升高而略微增强,但强度值十分小。
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