题目：纳米增强复合材料的力学性能研究

面对资源与环境问题的严峻挑战，在不降低汽车刚性和抗碰撞性能的情况下,减轻汽车自身重量来降低能耗，依然是汽车工业的重要研究课题。碳纳米管（CNTs）具有良好的刚度、强度和韧性，将成为一种理想的复合材料增强相。受纳观尺度实验条件的限制，计算机仿真方法成为研究碳纳米管及其复合材料性能的一种经济、可行的方法。本文基于分子结构力学和多尺度力学方法，对碳纳米管及其增强复合材料的力学性能进行了研究。首先本文基于分子结构力学的方法建立了碳纳米管的空间结构模型，分析了碳纳米管的轴向拉伸和弯曲模量，以及碳纳米管的手性和长径比对弹性模量的影响。然后基于多尺度力学方法建立了用于模拟碳纳米管增强复合材料的RVE（Representative Volume Element）模型,对比研究了基于混合定则及RVE仿真的碳纳米管增强复合材料的轴向拉伸和横向拉伸模量。重点研究了碳纳米管手性、RVE形状、碳纳米管的体积分数以及碳纳米管的分布对RVE碳纳米管增强复合材料轴向拉伸、横向拉伸及弯曲模量的的影响。最后分别讨论了影响轻量化设计的两个重要参数——比刚度和比吸能。对比结果显示钢基纤维（Boron）增强复合材料和钢基CNT增强复合材料的比刚度和比吸能相对于钢都有很大提高，且钢基CNT增强复合材料的效果更显著，在汽车轻量化方面有广阔的应用前景。