碳纳米管_碳纤维多尺度风机叶片复合材料力学性能预测

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1、学校代码10530学号201107071543分类号TB332密级公开硕士学位论文碳纳米管/碳纤维多尺度风机叶片复合材料力学性能预测学位申请人吴涛指导教师谢桂兰教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向新材料力学性能二〇一四年四月万方数据PredictionofMechanicalPropertiesforCNTs/CFMulti-scaleWindTurbineBladeCompositesCandidateWuTaoSupervisorProf.XieGuilanCollegeSchoolofMechanicalEngine

2、eringProgramMaterialProcessingEngineeringSpecializationMechanicalPropertiesofSpecialMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateApr.2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人

3、和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据湘潭大学硕士学位论文摘要在风机叶片大型化、轻质化以及海洋化的发展趋势下，要求更高强度

4、和刚度的叶片复合材料。具有优异性能的碳纳米管的发现为风机叶片复合材料的发展带来了新的契机。利用化学气相沉积法使碳纳米管原位生长在碳纤维上形成多尺度增强体，不仅能有效地改善碳纳米管在基体中的团聚缺陷，还由于碳纳米管的径向分布使多尺度复合材料的横向增强效果加强，并改善碳纤维与基体的界面粘结性能。本文采用均匀化理论，利用ANSYS/APDL语言编写计算程序，建立复合材料多尺度模型，运用二次均匀化方法，预测了碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料的等效性能，为碳纳米管在叶片材料中的应用提供依据。首先建立了预测碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料等效力

5、学性能的二维模型。利用ANSYS/APDL语言编写计算程序，通过二次均匀化方法，预测了碳纳米管参数（生长长度、生长直径、弹性模量）、碳纤维参数（直径、弹性模量）和碳纤维不同排布（正方形排布、正三角形排布以及正方形对角排布）、基体特性（弹性模量、泊松比）及碳纳米管与基体界面层的特性（厚度、体积分数、弹性模量、泊松比）等对多尺度风机叶片复合材料等效性能的影响规律。结果表明，碳纳米管的原位生长提高了多尺度复合材料的等效性能；作为主要的承载体，合理的碳纤维尺寸与排布也能大大改善其等效性能；选择合适的基体能改善复合材料的等效性能；碳纳米管与基体界面层

6、的存在对复合材料的等效性能影响不大。其次建立了预测波形碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料等效力学性能的二维模型。预测了波形碳纳米管的参数（振幅、波长、生长直径、体积分数）对多尺度风机叶片复合材料等效性能的影响规律。结果表明，波形碳纳米管对多尺度风机叶片复合材料的等效性能有一定影响。本文研究为多尺度复合材料在风机叶片中的应用提供一定的指导作用。关键词：风机叶片；多尺度复合材料；碳纳米管；等效性能；均匀化理论I万方数据碳纳米管/碳纤维多尺度风机叶片复合材料力学性能预测AbstractWindturbinebladecompositeswith

7、higherstrengthandstiffnessarerequiredasthedevelopmenttrendoflarge-scale,lightweightandoceanicblades.Anewopportunityhasbeenprovidedforthedevelopmentofwindturbinebladecompositesbecauseofthediscoveryofcarbonnanotubeswithexcellentperformance.Chemicalvapordepositionmethodisusua

8、llyusedtogrowcarbonnanotubesinsituonthesurfaceofcarbonfibertoprepareacarbonnanotubes/carb