纳米碳管增强陶瓷复合材料的热应力特性研究

本篇文章主要探讨了纳米碳管增强陶瓷基复合材料在热处理过程中的热残余应力行为。作者浦毅杰、宋瑞兰和罗冬梅针对纳米碳管与陶瓷材料之间由于热膨胀系数差异导致的热失配问题，采用了复合材料细观力学的研究方法，利用ANSYS有限元分析软件构建了不同长径比的纳米碳管增强陶瓷基复合材料模型。他们着重模拟了在降温冷却过程中，纳米碳管的弹性模量、热膨胀系数、体积分数以及长径比等参数变化对复合材料热残余应力的影响。 通过精细的数值模拟，研究人员探讨了纳米碳管如何改变复合材料在冷却过程中内部应力分布，特别是当纳米碳管贯穿陶瓷基体时，这种影响尤为显著。文章还引入了轴对称体弹性力学理论，以此推导出纳米碳管增强复合材料的热残余应力解析式，验证了数值模拟结果的准确性，从而增强了对纳米碳管增强材料热性能的理解。 这项研究对于理解和控制纳米碳管增强陶瓷基复合材料在实际应用中的性能至关重要，比如在航空航天、电子设备和能源储存等领域，材料的热稳定性直接影响其使用寿命和工作效率。通过对热残余应力的深入理解，可以优化设计策略，降低潜在的应力损伤风险，提升复合材料的整体性能。 本文提供了纳米碳管增强陶瓷基复合材料热处理过程中的关键力学特性，为材料工程师提供了一种量化预测和控制材料性能的方法，对推动高性能复合材料的发展具有重要意义。