资源描述：
《基于数值模拟碳纳米管水泥基复合材料导电机理分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、董素芬等:基于数值模拟的碳纳米管水泥基复合材料导电机理分析１１０２１文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)１１Ｇ１１０２１Ｇ０６∗基于数值模拟的碳纳米管水泥基复合材料导电机理分析董素芬１,２,张立卿１,李祯３,姜海峰４,韩宝国１(１．大连理工大学土木工程学院,辽宁大连１１６０２４;２．内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头０１４０１０;３．哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,哈尔滨１５０００１;４．哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨１５００９０)[１２]摘要:通过建立碳纳米管水泥基复合材料的代表等的研究表明CNT水泥基复合材料的渗流域
2、在性体积单元模型,基于有限元法进行了有效介质方程０．５％~１％附近.GEM方程能对渗滤曲线进行精确导电模型的拟合和感知性能的计算,得到碳纳米管水拟合,但只能半定量地讨论导电组分掺量与电阻之间泥基复合材料在荷载作用下的应力与体积电阻率的关的关系,无法将压应力与导电组分体积分数的函数关系,在此基础上了分析了碳纳米管水泥基复合材料的系引入到方程.而宏观隧道效应导电理论只能用来解导电机理.研究结果表明,碳纳米管体积掺量为释导电粒子尚未形成电子传输通道时导电现象的发１．５０％时,随碳纳米管直径减小及长径比增大,有限元生.Simmons等[９]提出了分
3、析拉伸形变及压应力对数值解的有效介质方程拟合值变化不大,这是因为复合材料电导率影响的普适性隧道效应方程.１．５％的掺量已超过渗流阈值且有限元分析只考虑接CNT水泥基复合材料的复杂性决定其无法依靠触导电;当碳纳米管的体积掺量在０．３１％~１．３３％范有限的试验数据获得导电机理的普适性,有限元分析围内时,碳纳米管水泥基复合材料的感知性能满足[１３]已成为该研究的重要辅助方法.本文通过建立Simmons隧道效应普适方程.CNT水泥基复合材料的代表性体积单元模型,基于有关键词:水泥基复合材料;碳纳米管;导电机理;有限限元软件计算出其有效电阻率数值解
4、,并利用GEM元分析;隧道效应方程拟合和感知性计算得到压应力与CNT体积掺量中图分类号:TB３３２文献标识码:A之间的关系,在此基础上对CNT水泥基复合材料的渗DOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１５．１１．００５流导电和隧道效应导电机理进行了深入分析.１引言２CNT水泥基复合材料代表性体积单元模型碳纳米管(carbonNanotube,CNT)具有优异的力的建立及感知计算方法学和电学性能,且其填入水泥基材料基体时不会断裂２．１CNT水泥基复合材料代表性体积单元模型的建而保持高长径比,从而可大幅度提高水泥基材料的力
5、立学性能和导电性.另外,碳纳米管还具有感知性能,其２．１．１基本假设[１]在３．４％的应变下的电阻随受力变化是可逆的.CNT水泥基复合材料代表性体积单元(representHan等研究表明,质量分数为０．１％和０．５％的CNTvolumeelement,RVE)模型的建立遵循以下基本假可赋予水泥基复合材料良好的电阻对压应力的响应敏[２]设:(１)CNT在水泥基体中均匀无规则乱向分布,相感性,即感知性.互间为刚性接触;(２)CNT水泥基复合材料电介质的CNT水泥基复合材料的导电机理较为复杂,经典[３Ｇ５][６Ｇ７]极化忽略不计,只考虑电阻特性
6、.的有渗滤导电理论、有效介质导电理论及宏观隧道效应导电理论[８Ｇ１０].Ruschau等[３]研究发现当复２．１．２代表性体积单元模型的建立合材料内部导电填料浓度达到一定值时,导电粒子会采用ANSYS参数化语言得到单根CNT在RVE形成导电渗滤网络,导电粒子的临界体积掺量称为渗模型空间内的随机分布模型(如图１所示),并保证任流阈值.李庚英等[１１]的研究表明CNT水泥基复合材意两根CNT为刚性接触(如图２所示);建立水泥基体料的渗流阈值在０．３％~１％;并用有效介质(GEM)方几何模型后即可通过布尔运算得到CNT水泥基复合[１３]程对复合材
7、料的渗流现象进行了简要分析.罗建林材料RVE几何模型(如图３所示).∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１１７８１４８);教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助项目(NCETＧ１１Ｇ０７９８);国家科技支撑计划资助项目(２０１１BAK０２B０１)收到初稿日期:２０１４Ｇ１２Ｇ１７收到修改稿日期:２０１５Ｇ０４Ｇ１８通讯作者:韩宝国,EＧmail:hithanbaoguo＠１６３．com作者简介:董素芬(１９８５－),女,山东德州人,在读博士,师承韩宝国教授,从事智能混凝土研究.１１０２２２０１５年第１１期(４６)卷图１CNT几何模型图２C
8、NT相互间的接触Fig１GeometricmodelofCNTFig２ContactbetweenCNTs图３RVE几何模型Fig３GeometricmodelofRVE２．２基
