碳納米管增強混凝土複合材料的力學性能分析與研究

《碳納米管增強混凝土複合材料的力學性能分析與研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由劉錦茂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳納米管增強混凝土複合材料的力學性能分析與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉錦茂
• 依託單位：香港城市大學深圳研究院

項目摘要

碳納米管增強複合材料以其獨特的物理性能和廣闊的套用前景，近年來已迅速成為相關領域中最為活躍的研究課題。本項目將找到能夠克服碳納米管之間范德華力的方法，以單壁以及多壁納米管作為增強材料加入到水泥基體形成碳納米管增強複合混凝土，並觀察碳納米管在水泥基體中的存在形態、分布以及碳納米管同水泥基體之間的粘結。並設計實驗研究碳納米管與混凝土基體之間的粘結性能，建立能夠考慮這種粘結性能的力學模型。同時通過碳納米管增強水泥的力學以及斷裂性能實驗，建立適合於碳納米管增強混凝土計算模擬的本構關係，進一步將此本構關係引入Kriging無格線理論體系，推導適合於碳納米管增強混凝土力學性能計算的新方法，Kriging無格線方法較傳統無格線方法以及有限元數值求解方法，在處理結構邊界條件，屈曲、斷裂以及破壞等力學問題時更加優越。本研究所提出的新方法對納米複合材料的套用及研究將具有重要意義。

結題摘要

碳納米管作為一種可被利用到水泥基混凝土內的增強材料，由於其良好的力學、電學以及熱力學性能，引起了全世界學者們的極大興趣。本項目深入研究了碳納米管增強複合材料的力學性能，提出了有效且合適的方法實現碳納米管增強材料在水泥基體之間的均勻散布，使得複合材料的強度、粘結強度及延性性能達到最優;同時還研究了水泥基體自身微觀組成成分對納米增強材料在其中的分布所產生的影響，對材料力學性能的影響，以及界面粘結強度的影響；討論了納米增強材料均勻散布率、界面粘結強度和水泥基體材料的強度等之間的關係，以及這些因素對最佳化和提高碳納米管增強混凝土的力學性能的影響。本項目通過實驗研究了碳納米管增強混凝土的變形、斷裂以及破壞等力學性能，提出一種新的基於Kriging無格線計算力學方法，對碳納米管增強混凝土的力學性能進行模擬：研究其在受拉、受壓以及開裂時的受力以及變形。並基於本研究的計算和實驗成果對碳納米管增強混凝土在實際工程中的設計和套用提出了適當建議和指引。本研究所提出的新方法對碳納米管增強複合材料的套用及研究具有重要意義，依託本項目發表了一系列SCI論文為相關領域的學術研究提供了重要參考。