文 献 综 述
单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率，因此，国际半导体路线图委员会2009年确定其为未来最有可能应用的新型器件材料。实现结构和性质可控的制备是单壁碳纳米管应用的基础和关键，然而，经过二十余年的努力，尚未有可能的解决方案，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。
功能梯度材料通常是由两种如金属和陶瓷复合而成的一种新型非均匀复合材料.由于在这种材料中,各组份材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题或降低应力集中现象.功能梯度复合材料目前已被发展用来作高温环境下的结构构件.本文对功能梯度材料板壳结构分析的研究现状进行了评述,集中讨论线性和非线性弯曲、屈曲和后屈曲、振动和动力响应.涉及各种边界条件下薄板壳和中厚板壳受热/机荷载作用的情况,并提出需要进一步研究的方向。
复合材料层合版壳结构在现代工业中有着非常广泛的应用，而有限元法是计算这类复杂结构的有效手段。由于一阶接企鹅变形理论比较简单，适用于薄板到中厚板较大的范围，所以一直受到特别的重视，
复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强的材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。但是有限用法也是有缺陷的。无网格方法（Meshless Method）是为有效解决有限元法在数值模拟分析时网格带来的重大问题而产生的，其基本思想是将有限元法中的网格结构去除，完全用一系列的节点排列来代之， 摆脱了网格的初始化和网格重构对问题的束缚，保证了求解的精度。是一种很有发展的数值模拟分析方法。目前发展的无网格方法有： 光滑质点流体动力学法（SPH）、无网格枷辽金法（EFGM）、无网格局部枷辽金法（MLPGM）、扩散单元法（DEM）、Hp－clouds 无网格方法；有限点法（FPM）、无网格局部Petrov－Galerkin方法（MLPG）、多尺度重构核粒子方法（MRKP）、小波粒子方法（WPM）、径向基函数法（RBF）、无网格有限元法（MPFEM）、边界积分方程的无网格方法等。这些方法的基本思想都是在问题域内布置一系列的离散节点，然后采用一种与权函数或核函数有关的近似，使得某个域上的节点可以影响研究对象上的任何一点的力学特性，进而求得问题的解。与有限元法不同, 无网格法的近似函数大都不是多项式, 因而基于Galerkin 法的无网格法需要在每个背景网格中使用高阶高斯积分以保证计算精度, 因此无网格法的计算量一般大于有限元法。
单层的石墨烯片的自由振动（SLGG）已经使用无网格KP-Ritz法研究，这项研究已经采用考虑小规模效应的非局部本构方程的非局部连续模型。该MD成果已采用KP里兹法计算非局部解的比较。通过拟合局部解的MD结果，校准的非局部参数得到SLGS不同的单元尺寸和边界条件。研究结果表明，SLGS的单元尺寸和边界条件影响基本频率的大小。
碳纳米管复合材料包括一维(纳米线、纳米棒)、二维(薄膜)和三维(块体)复合材料。如何充分利用碳纳米管优良的力学性能,将其作为增强体来大幅度提高材料的强度或韧性等,以及利用其良好的电学性能,将其作为改性体来大幅度提高材料的导电性等,都是目前碳纳米管复合材料的研究重点。Slavelat等[15]
研究发现碳纳米管的力学性能与其结构有关。结构规则的碳纳米管具有更好的力学性能,而结构的无序对其力学性能有较大的影响。单壁碳纳米管以其十分完美的结构具有极高的力学性能和极大的纵横比,成为制备超强复合材料的极限形式。
为了研究单壁碳纳米管的在阶跃载荷作用下的动力屈曲,利用分子动力学方法,考察了不同长径比的碳纳米管的动力屈曲情况,发现不同长径比的碳纳米管会发生不同形式的动力屈曲。详细研究了长径比较大的碳纳米管在阶跃载荷作用下的不同形式的屈曲,计算得到了发生屈曲时,作用载荷大小与作用时间的关系。
参考文献
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