单壁碳纳米管的扭转力学特性研究-计算力学学报.PDF

第26卷第3期 　 计 算 力 学 学 报 　 Vol . 2 6 ,No . 3 2009 年 6 月 Chinese Journal of Computational Mechanics J une 2009 文章编号 (2009) 单壁碳纳米管的扭转力学特性研究 1 1 1 2 2 王晋宝 , 　田美灵 , 　谢永和 , 　张洪武 , 　郭 　旭 ( 1. 浙江海洋学院 船舶与建筑工程学院 ,舟山　3 16000 ; 2 . 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 ,工程力学系 ,大连 116023) 摘 　要 :利用基于高阶 CauchyBorn 准则所建立的单壁碳纳米管本构模型 ,针对不同手性的单壁碳纳米管的扭转 力学特性进行了研究 。研究发现结构呈现对称性的锯齿型和扶手型单壁碳纳米管具有完全对称的扭转特性 ,而 结构不对称的手性型单壁碳纳米管具有正反相异的扭转特性 。同时 ,针对一系列手性不同的单壁碳纳米管的扭 转力学特性展开了详细的研究 。研究的部分结果与采用其他方法得到的结果进行了对比 ,证实了所提出方法以 及预测结果的有效性和可行性 。 关键词 :碳纳米管 ;高阶 CauchyBorn 准则 ;扭转特性 中图分类号 :O34 ; TB383 　　　文献标识码 :A 得到对于同样半径的碳纳米管 ,最大扭转发生在手 1 　引 言 θ π 性角为 = / 12 的手性型碳纳米管内。之后 ,基于 自从碳纳米管问世以来 , 已有大量的相关科学 经典的分子动力学以及 Ter soffBrenner 二代势 , 研究工作就此展开 。这些研究表明碳纳米管拥有 [2 ] [3 ] Liang 等 和 Zhan g 等 分别进行了单壁和多壁 许多超乎现有材料奇特的力学 、电学及光学等物理 碳纳米 管 的轴 向应变诱导 的扭转 响应 。Chan 特性 。在力学特性方面 ,如完好的几何结构 、超高 dra seker 和 Mukherj ee[4 ] 基于 Zhang 等[ 5 ] 发展的 的杨氏模量和强度 、较低的密度 、大长细比、高基频 ( ) ( ) ( ) 准连续体方法研究了 9 , 6 , 5 , 5 和 10 , 0 碳 以及很好的力电耦合特性等 。在电学特性方面 ,如 纳米管的延伸和扭转耦合行为 。 超强的单电子传输能力以及低温库伦阻塞效应等 为进一步了解和掌握碳纳米管复杂的扭转力 特性 。因此 ,碳纳米管被广泛地认为在众多领域具 学特性 ,本文基于高阶 CauchyBor n 准则的广义连 有广阔的应用前景和使用价值 。 续体模型[ 6 ,7 ] 详细分析了不同手性单壁碳纳米管 碳纳米管通常可以看作由石墨片卷曲而成 ,且 的扭转力学特性 。基于高阶 CauchyBor n 准则的 根据不同的卷曲方式碳纳米管可以分为三类 :