基于分子动力学的碳纳米管屈曲性能的研究

本文利用LAMMPS软件研究了扶手椅型单壁碳纳米管受轴向载荷压缩时的屈曲性能.通过对比分析完美碳纳米管与含S-W缺陷碳纳米管在受压时的力学性能,揭示出不同温度和S-W缺陷的不同分布方式对碳纳米管屈曲性能的影响规律.研究结果表明:碳纳米管的屈曲性能随着温度的升高而明显变差,这种影响在低温区尤为显著,碳纳米管的弹性模量受温度的影响很小;相同缺陷个数下,周向分布的S-W缺陷比轴向分布的S-W缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响要大;在轴向方向上,均匀分布、集中分布和非均匀分布的S-W缺陷对碳纳米管的力学性能产生的影响类似,在周向方向上,集中分布对碳纳米管力学性能的影响比均匀分布的要大.     

STW缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响

通过分子动力学模拟研究了扶手椅形和锯齿形含缺陷单壁碳纳米管(SWCNT)的轴向压缩特性,对单原子空位缺陷和stone-thrower-wales (STW)型缺陷对SWCNT轴压屈曲行为的不同影响进行了对比研究.研究结果表明:相比于含单原子空位缺陷的碳纳米管,尽管含STW缺陷的碳纳米管外型上更接近完善管,但是STW缺陷对SWCNT屈曲性能的影响与单原子空位缺陷所产生的影响极为接近.对由含缺陷SWCNT嵌套而成的双壁碳纳米管的轴压屈曲行为进行了分子动力学模拟,得出了很好的模拟结果.     

缺陷对单层碳纳米管轴压屈曲性能的影响

采用分子动力学方法,分别对含单、双原子空位缺陷的扶手椅形单层碳纳米管及其完善结构进行轴向压缩的数值模拟,对比两种长度纳米管在不同温度下的承载性能.模拟结果表明:温度越低、碳纳米管越长,完善纳米管屈曲强度的温度依赖性越显著;管壁缺陷显著降低了单层碳纳米管的承载能力,而且含缺陷碳纳米管的屈曲性能对温度变化并不敏感.     

原子空位缺陷对扶手椅形单层碳纳米管轴压屈曲性能的影响

采用分子动力学方法,分别对含单、双原子空位缺陷的扶手椅形单层碳纳米管及其完善结构进行轴向压缩的数值模拟,对比两种长度纳米管在不同温度条件下的承载性能.模拟结果表明,温度越低、碳纳米管的长度越长,完善纳米管屈曲强度的温度依赖性越显著.管壁缺陷显著降低了纳米管的承载能力,而且含缺陷碳纳米管的屈曲性能对温度变化并不敏感.     

单壁碳纳米管中单空位结构演化及相关电子态研究

以带帽(capped)型单壁碳纳米管(SWCNTs)为研究对象,采用紧束缚方法,对单壁碳纳米管中单空位导致的几何结构和电子结构的演化进行了系统的研究.总能-原子间距关系、格位能以及能量过渡曲线表明,单壁碳纳米管中的单空位将会演化为总能较高的"3DB"型亚稳态结构和总能最低的"5-1DB"型稳定结构.此外,文中计算了管壁-尖区不同位置引入空位的不同缺陷体系的空位形成能和电子结构,分析了空位位置与缺陷体系稳定性之间的关系,以及对场发射性能的可能影响.     

含缺陷双层碳纳米管轴压屈曲的分子动力学模拟

为充分了解双层碳纳米管的力学性能,采用分子动力学模拟方法对双层碳纳米管的轴压屈曲变形进行了研究,针对双层碳纳米管的内、外管均为完善管或外管为完善管而内管存在不同缺陷的情况,着重分析对比了内、外管的单壁承载性能及变形特性.结果表明两支单层碳纳米管嵌套形成双层碳纳米管后,无论内管是否存在缺陷,内、外管的单管承载能力均大幅提高,且当内管单独受压产生屈曲变形时,双层碳纳米管的内、外层管变形并不协调.     

单壁碳纳米管的静动态性能的分析

碳纳米管优异的力学性能使其成为各个微、纳机电器械中不可或缺的元件。为了更好地优化和设计微、纳机电器械,本文详细分析了碳纳米管的屈曲性能和振动特性。首先利用分子动力学软件的大规模原子与分子并行模拟器(large-scale atomic molecular massivety parallel simulator,LAMMPS)对扶手椅型单壁碳纳米管进行了压缩模拟,然后讨论了长径比的变化对单壁碳纳米管弹性模量的影响,在此基础上研究了长径比对临界载荷的影响。最后研究了在不同边界条件下,长径比对碳纳米管轴向振动固有频率的影响。结果表明,长径比的增大使碳纳米管弹性模量和轴向临界载荷变小。此外,长径比的增大降低了碳纳米管轴向振动的固有频率。     

弹性介质中多壁碳纳米管扭转屈曲的近似分析

研究了弹性介质中多壁碳纳米管的扭转屈曲,同时考虑了周边弹性介质和范德华力的影响.运用连续介质力学理论,提出了分析多壁碳纳米管扭转屈曲的多层弹性壳模型.基于这一模型,给出了用较少层的弹性壳模型代替多壁碳纳米管的近似分析方法.当N 层碳纳米管的径厚比大于5时,N层碳纳米管可以近似地等效于一个单壁碳纳米管,其等效弯曲刚度和厚度分别是单壁碳纳米管的(10N-9)倍和Ⅳ倍.最后,通过数值计算估计了多壁碳纳米管的临界屈曲扭矩.结果表明,该近似方法是简单、有效的.     

S-W缺陷影响单壁碳纳米管拉伸和扭转力学性能的仿真研究

基于分子结构力学方法,应用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化编程,建立了含S-W(Stone-Wales)缺陷的单壁碳纳米管有限元模型。提出方向角的概念以表征缺陷的不同类型。对一系列含S-W缺陷的单壁碳纳米管进行轴向拉伸和纯扭转的仿真计算,揭示出缺陷类型、数量和排列方式对其力学性能的影响规律。结果表明,弹性和剪切模量都会因缺陷的存在而出现不同程度的折损,特殊情况下反而上升,可从能量观点加以解释。缺陷的类型和排列方式决定其对弹性和剪切模量的影响趋势;当缺陷的类型和排列方式一定时,弹性和剪切模量的折损率与缺陷数量大致成正比。所得结论对实际含缺陷碳纳米管力学性能的评估和缺陷状况的预测均具有指导意义。     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

三种缺陷碳纳米管储氢性能分子动力学模拟研究

采用分子动力学（MD）方法对3种含有缺陷的椅式（5，5）、椅式（6，6）和齿式（10，0）碳纳米管储氢能力进行了模拟研究，考查了缺陷大小、缺陷位置、碳纳米管直径和螺旋性以及温度对碳纳米管储氢性能的影响．模拟结果表明；碳纳米管在80K时的储氢能力明显高于298K时的储氢能力；在相同条件下，直径较大的碳纳米管储氢性能优于直径较小的；当碳纳米管上的缺陷孔较小时，碳纳米管在室温下即可达到较高的储氢量，且缺陷位于碳纳米管端部时的储氢量大于缺陷位于管壁时的储氢量，而碳纳米管的螺旋性对储氢量影响较小；当缺陷孔的尺寸变大时，碳纳米管的储氢量明显下降，与此同时，碳纳米管的螺旋性对碳纳米管储氢量的影响趋于明显，而缺陷所在位置对储氢量的影响则相应减弱．     

MFI型沸石填充硅橡胶分离膜的制备、结构与性质

用ＺＳＭ－５沸石或硅沸石（ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－１）填充硅橡胶制成了疏水性分离膜，它对有机溶剂／水系统的渗透蒸发性能与膜的组成、结构以及吸附、脱附行为有关．所填充的沸石结构性质（如硅铝比、阳离子、Ｓｉ－ＯＨ缺陷以及结晶度等）是影响膜分离性能的关键因素．用结构完美、疏水性优良的硅沸石制备的填充膜其乙醇／水的分离系数α可达３０．基材硅橡胶本底的分离性质也影响填充膜的性能．填充膜对正丙醇／水、异丙醇／水、丙酮／水系统的分离效果不同与这些有机分子的分子尺寸及极性有关．本文还研究了填充膜的机械性能随填充量改变的规律．     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

含缺陷动力猫道翻板液压缸杆稳定性的研究

针对动力猫道翻板液压缸杆出现失稳的现象,以现场较常见的圆柱缺陷为研究对象,推导了不同截面所对应惯性矩的计算公式;并根据Euler临界力计算公式,得出了含缺陷液压缸杆的临界力计算公式,对影响临界力大小的缺陷参数进行了说明。在上述基础上,建立了含缺陷动力猫道翻板液压缸杆的简化模型。应用有限元法研究了不同圆柱缺陷半径、深度以及缺陷位置对屈曲载荷的影响。相关结果说明:随着缺陷半径、深度的增加,液压缸杆的屈曲载荷显著降低;缺陷位置也是影响液压缸杆屈曲载荷的重要因素,缺陷位置距离液压缸杆底端越近,液压缸杆的屈曲载荷越小。相关结果可为动力猫道上液压缸杆的安全检查、安全维护提供参考,为进一步研究液压缸杆失稳提供一种新的认识。     

双钢板-混凝土组合墙局部屈曲性能试验

进行了4片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,分析钢板强度和距厚比(抗剪连接件间距与钢板厚度比值)对外钢板局部屈曲位置、临界荷载、破坏类型的影响规律。结果表明:在竖向的2个连接件和4个连接件中部位置的钢板容易发生屈曲,且钢材强度越高,防止试件发生屈曲先于屈服局部弹性屈曲破坏的距厚比限值越小;距厚比仅对构件的破坏类型、局部屈曲的临界荷载影响较大。在试验研究基础上,采用理论分析,推导了防止钢板发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值公式,并采用国内外试验研究数据和数值模拟分析方法对公式的适用性进行验证,进一步修正了防止双钢板-混凝土组合墙发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值设计公式。     

矩形钢管混凝土大跨度带悬挑桁架的试验研究

矩形钢管混凝土桁架能充分发挥钢管混凝土的受力性能,是适用于大跨度结构的结构形式。本文通过对2个大尺寸的大跨带悬挑矩形钢管混凝土桁架和矩形钢管桁架模型对比试验,考察了该桁架结构的破坏形态、变形特点和承载性能。试验结果表明,填充混凝土的钢管混凝土桁架试件的刚度提高、变形减小,极限承载力也有所提高,填充混凝土可以有效防止受压钢管壁的局部屈曲,试件破坏受材料的强度控制;采用直接焊接节点连接的钢管桁架和钢管混凝土桁架中腹杆和弦杆在节点处的杆端弯距较大,其对节点承载力的影响不可忽略,在设计中应加以考虑。     

方形钢管混凝土构件局部屈曲理论分析与试验研究

通过刚性基底上沿非受载边弹性约束、面内均匀受压矩形板屈曲行为的分析研究,用里兹能量变分法建立了满足上述边界条件的板弹性屈曲强度的计算公式.通过考虑内填混凝土对组成钢板边界约束的增强作用,进一步用于方形钢管混凝土局部屈曲强度的计算,计算结果与已有方钢管混凝土柱局部屈曲试验结果基本吻合.图4,表3,参10.     

多缺陷碳纳米管的制备及其光催化性能研究

低温合成的碳纳米管在纯化后进行高温煅烧(真空),X射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)分析显示,O/C原子比下降,比表面积增大.拉曼光谱和透射电子显微镜(TEM)进一步证实,该热处理的碳管呈现较多的缺陷.光催化测试显示此种多缺陷碳管具有明显的光催化性能.这主要是因为,大部分化学吸附的氧原子将被解吸,很容易使局部晶格重新排布,形成大量的拓扑学缺陷和空位缺陷.由此在碳管的能隙间形成缺陷态能级,以致可以被可见光激发,即表现出光催化特性.     

波纹管的扭转屈曲

通过实验与有限元计算结合的方法研究波纹管在扭转载荷下的后屈曲问题.基于薄壳大挠度屈曲理论,采用弧长法,分析了波纹管在扭转载荷下的柱屈曲现象.并根据Koiter理论,分析了初始缺陷对波纹管后屈曲的影响.研究表明,波纹管在很小的扭转角度下就会屈曲,但这种屈曲对初始缺陷不太敏感,并随缺陷的增加而使得载荷位移曲线更平缓.实验与有限元计算所得的屈曲模式也极为相似.     

下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥受力分析

东莞大汾北水道桥为主跨128m的下承式钢管混凝土刚架系杆拱.本文以该桥为分析对象,建立了全桥空间有限元计算模型,对结构进行静力分析和动力特性分析,着重进行了结构弹性一类稳定与抗震性能分析,以为此类桥型设计提供参考.