基于柔性结点梁单元和分层法的石墨烯/环氧树脂纳米复合材料力学性能预测

摘要：

通过建立三明治代表体单元的有限元模型,对石墨烯/环氧树脂纳米复合材料进行力学性能分析与预测.在有限元建模中,采用柔性结点梁单元模拟石墨烯结构,采用分层法处理材料属性梯度变化的黏结界面层,采用8结点六面体实体单元离散环氧树脂基体.首先通过与文献给出的石墨烯杨氏模量实验值和模拟计算值对比,确定柔性结点梁单元的柔性系数,然后在不考虑黏结界面层的情况下,预测石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的杨氏模量Ecx,预测结果与混合率(Role of Mixture,简称"ROM")公式的计算结果非常吻合,验证了本文提出方法的正确性和可靠性.通过杨氏模量Ecx和剪切模量Gxy的数值算例,讨论了分层法处理材料属性梯度变化的黏结界面层的收敛性,结果表明当黏结界面层划到8层时,已经得到很好的收敛结果.当考虑黏结界面层时,杨氏模量Ecx的预测结果大于ROM结果,并且在黏结界面层材料属性指数函数分布情况下,Ecx计算值比ROM值更接近实验值,验证了考虑黏结界面层的必要性.

关键词：石墨烯纳米复合材料、柔性结点梁单元、分层法、有限元分析、力学性能

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金12002093

在线出版日期：2022-06-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：18-26,61