精密成形工程

作者：林中燕, 王绍螺

单位：1.太原科技大学 机械工程学院,太原 030024; <br>2.湖南大学 机械与运载工程学院,长沙 410082

关键词：碳纳米管束,碳纳米管束复合材料,纤维长度,纤维取向,弹性模量,刚度预测

基金：太原科技大学科研启动基金（20252034）; 国家自然科学基金项目（52505416）

目的 建立碳纳米管束（CNTB）理论模型,研究单束内碳纳米管排布层数和直径对CNTB以及CNTB/聚合物基复合材料刚度性能的影响。方法 将CNTB聚集形式看作六边形紧密排布成束,再将CNTB随机分布于基体材料中,其方向和长度按照一定概率密度函数分布。从细观力学的角度出发,基于自洽模型、Halpin-Tsai模型以及分层模拟法,提出CNTB和CNTB/聚合物基复合材料的弹性模量计算公式。结果 本文建立的CNTB理论模型与验证算例对比数据相近。在单束CNTB中,当单壁碳纳米管由无聚集增加到聚集2层时,单束CNTB内碳纳米管的体积分数下降了约24%,当聚集层数大于2后,体积分数变化逐渐趋于平缓。当单壁碳纳米管直径d=5.5 nm时,单束CNTB内碳纳米管的体积分数比d=0.5 nm时下降约74%,后变化曲线逐渐趋于平缓。单束CNTB内碳纳米管的体积分数下降直接导致单束CNTB及CNTB复合材料力学性能下降。结论 通过具体的数值算例研究了单束内碳纳米管排布层数和直径对CNTB以及CNTB/聚合物基复合材料刚度性能的影响,应尽量避免碳纳米管在基体内聚集。针对CNTB复合材料长度和方向随机分布的特征,通过刚度矩阵得到该复合材料任意方向的刚度性能。

来源：2026年第1期

《精密成形工程》期刊编辑部

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