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常晋源,王德雅,张磊,王鹏飞*,徐松林.单丝碳纳米管纤维的横向冲击性能研究[J].实验力学,2021,36(4):507~515
单丝碳纳米管纤维的横向冲击性能研究
Transverse impact properties of single carbon nanotube fiber
投稿时间:2020-12-14  修订日期:2021-01-20
DOI:10.7520/1001-4888-20-250
中文关键词:  冲击动力学  横向冲击  碳纳米管(CNT)  单丝纤维  脆性断裂
英文关键词:dynamics  transverse impact  carbon nanotube (CNT)  single fiber  brittle fracture
基金项目:国家自然科学基金(11872361,11602267, 11672286);中央高校基本科研业务费专项资金(WK2090050040, WK2480000003)
作者单位
常晋源 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 安徽合肥 230027 
王德雅 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 安徽合肥 230027 
张磊 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 安徽合肥 230027 
王鹏飞* 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 安徽合肥 230027 
徐松林 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 安徽合肥 230027 
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中文摘要:
      由于碳纳米管(CNT)纤维具有优异的力学和电学性能,使其成为人工肌肉、超级电容器和耐撞结构的理想材料。但由于纤维单丝的力学信号较弱,对其横向冲击失效行为的研究尚欠缺。本文基于高精度力传感器发展了纤维单丝在横向冲击过程中的信号测量装置,利用该装置结合扫描电镜对比研究了尼龙纤维和碳纳米管纤维的横向冲击特性。研究结果表明:碳纳米管纤维在受到横向冲击时,将由黏弹性拉伸阶段发展到强化拉伸阶段,之后达到断裂极限而失效;碳纳米管纤维的冲击失效对应了更快的载荷增长速度和更短的加载时长。由扫描电镜可以观察到,在较高的冲击速度下纤维截面断口更整齐。
英文摘要:
      Due to the low transverse impact tensile strength of carbon nanotube (CNT) fibers, a dynamic tensile test system for single fiber under low velocity impact has been developed. The instantaneous tensile stress during transverse impact is recorded by the force sensor. The transverse impact tensile properties of three kinds of single fibers, i.e., nylon fiber, self-spinning CNT fiber, and commercial CNT fiber, are compared. The results indicate that the loading process and unloading process of the transverse impact load profiles for un-failed fiber are basically symmetrical, and the viscosity of the material will make the peak load and pulse width increase slightly. The loading process of the transverse impact load profiles for failed fiber includes the viscoelastic loading stage and the fast loading stage, and the unloading process mainly consists of the fast unloading stage. Compared to the un-failed fiber, the loading rate in the loading process for the failed fiber is greater, and the peak load decreases more quickly. The SEM results show that the fracture of the fiber section is more regular under higher impact velocity.
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