28 / 2021-03-26 09:51:56

石墨烯-金属纳米复合材料强度及延展性的多尺度均匀化计算

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近期实验表明，金属晶体尺寸对石墨烯金属纳米复合材料的强度及延展性有显著影响。当晶体尺寸减小时，纳米复合材料的强度增加，延展性降低。本文中我们建立了一个多尺度的均匀化方法计算强度和延展性随晶体尺度和石墨烯含量的变化规律。在纳观尺度，通过密度泛函理论计算石墨烯和金属的弹性性质；在微观尺度，通过位错密度相关的本构方程描述延展性金属的塑性性质，并将其损伤过程描述为金属基质内微小孔洞的产生。在宏观尺度，石墨烯随机的分布在损伤的金属基质中。通过一个多尺度的均匀化方法，石墨烯-金属纳米复合材料晶体尺寸相关的应力-应变曲线。在这一过程中，渐进损伤过程通过晶体相关的热力学过程描述，界面弱连接通过一个围绕石墨烯的界面层来表示。多尺度均匀化模型的理论预测符合实验数据。该理论可以为石墨烯-金属纳米复合材料的设计提供指导。