1、作為一種新型納米材料,石墨烯具有極其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能,被譽(yù)為具有戰(zhàn)略意義的新材料,其應(yīng)用幾乎涵蓋了從原子尺度到宇宙空間的各個(gè)方面,如納米電子學(xué)、航空航天、化學(xué)、機(jī)械、光學(xué)、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥、傳感器、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料等領(lǐng)域。
　　本文利用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)石墨烯的彈性參量和力學(xué)行為進(jìn)行了研究?；诜肿咏Y(jié)構(gòu)力學(xué)理論,提出了計(jì)算石墨烯等效彈性參量的修正分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型;基于非局部連續(xù)介質(zhì)理論,研究了石墨烯屈

2、曲和自由振動(dòng)的非局部效應(yīng);基于分子動(dòng)力學(xué)理論,研究了碳原子輻照下石墨烯損傷后的力學(xué)性能;主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)分子結(jié)構(gòu)力學(xué)理論是一種重要的石墨烯等效彈性參量計(jì)算方法,原有模型將石墨烯碳碳共價(jià)鍵(C-C)的節(jié)點(diǎn)視為純剛性,無(wú)法準(zhǔn)確模擬原子鍵間的相互作用,影響彈性參量的計(jì)算精度。為此,本文提出一種半剛性節(jié)點(diǎn)模型對(duì)原有分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型進(jìn)行修正,即將C-C鍵等效的框架梁分為主梁和短梁,通過(guò)調(diào)整主梁和短梁的線剛度比,來(lái)模擬C-C鍵節(jié)

3、點(diǎn)的柔性大小。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,確定了線剛度比的取值以及主梁和短梁的彈性參數(shù)。將修正后模型的計(jì)算結(jié)果分別與原模型以及分子動(dòng)力學(xué)方法所得結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明,修正后模型的計(jì)算結(jié)果具有較好的精度。
　　(2)非局部連續(xù)介質(zhì)理論能充分考慮尺度效應(yīng)及材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響,是一種解決宏微觀關(guān)聯(lián)問(wèn)題的新途徑,但正是由于引入了微觀尺度信息,非局部彈性理論的物理方程中含有體積積分,使得在數(shù)學(xué)上難以求解。本文將有限元—微分求

4、積方法(FE-DQ)引入到石墨烯等效納米板屈曲和自由振動(dòng)控制微分方程的求解中,提出了計(jì)算非局部連續(xù)介質(zhì)理論下石墨烯等效納米板屈曲荷載和自由振動(dòng)頻率的計(jì)算方法,通過(guò)比較,驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　基于所得結(jié)果,研究了尺寸、非局部參數(shù)、雙向壓力比等因素對(duì)屈曲荷載非局部效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,屈曲荷載的非局部效應(yīng)隨尺寸的增大而減小,隨非局部參數(shù)的增大而增大,而雙向壓力比對(duì)屈曲荷載的非局部效應(yīng)沒(méi)有明顯影響。此外,研究了尺寸、非局部參數(shù)、振

5、動(dòng)模態(tài)等對(duì)自由振動(dòng)頻率非局部效應(yīng)的影響。結(jié)果表明,自由振動(dòng)頻率的非局部效應(yīng)隨尺寸的增大而減小;隨非局部參數(shù)、振動(dòng)模態(tài)階數(shù)的增大而增大。
　　(3)原子輻照是對(duì)石墨烯進(jìn)行裁剪、改性的重要手段,但原子輻照中易對(duì)石墨烯形成損傷,對(duì)其性能造成影響。為此,本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法,建立了碳原子輻照石墨烯的數(shù)值模型,研究了不同輻照條件對(duì)石墨烯缺陷分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明,輻照能量對(duì)缺陷的影響最為明顯;輻照劑量、輻照角度對(duì)輻照缺陷具有較大影響;而

6、輻照高度對(duì)輻照損傷的影響不明顯。
　　利用分子動(dòng)力學(xué)方法,進(jìn)一步建立了輻照損傷后石墨烯的拉伸數(shù)值模型,明確了輻照損傷后石墨烯拉伸破壞的變形機(jī)制。結(jié)果表明,與未輻照損傷石墨烯不同,原子輻照損傷后的石墨烯斷裂是從空位缺陷密度最大處開(kāi)始,并沿著空位缺陷密度大的斷裂帶擴(kuò)展。另一方面,本文還分析了輻照損傷后石墨烯拉伸力學(xué)性能的應(yīng)變率和溫度相關(guān)性機(jī)理。結(jié)果表明,與未輻照損傷的石墨烯相比,輻照損傷后石墨烯的拉伸力學(xué)性能對(duì)溫度有很強(qiáng)的相關(guān)性,而對(duì)