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本文采用有限元软件ANSYS和量子计算软件Material Studio(MS)对石墨烯增强智能混凝土的电学与力学性质进行了数值模拟。课题主要包括以下内容:(1)采用有限元软件ANSYS中APDL程序建立3D石墨烯增强智能混凝土随机分布模型,计算了智能混凝土的电流密度和不同长宽比以及不同形状的片状石墨烯增强智能混凝土的等效电阻率,采用量子力学计算软件MS中CASTEP模块建立二维石墨烯平面模型,研究了石墨烯分别在扭转、吸附、掺杂等的作用下其电学特性的变化规律。有限元计算结果显示,随着石墨烯体积分数的增加,石墨烯增强智能混凝土内部越易形成导电网络;长宽比对有效电阻率影响较大,在0.5%和0.75%石墨烯体积掺量下,长宽比为1:3时有效电阻率最低,而在1%体积掺量下,长宽比为1:4时电阻率最低;长方形石墨烯片状结构形成导电网络最好。MS计算结果显示,扭转可实现本征石墨烯由准金属到半导体的转变;O原子对石墨烯的吸附作用也可将石墨烯变成半导体;与本征石墨烯受扭体系相比,吸附O原子体系的电子结构对扭转形变的敏感度降低;缺陷石墨烯时,Al原子的掺入会有效提高增强体与基体的结合强度。(2)运用有限元计算软件ANSYS研究了模型在拉伸和压缩作用下的力学性能。拉伸计算显示,模型上表面发生屈服,基体和增强体界面间接触良好,没有明显的过渡层;模型底端与石墨烯尖端附近易发生断裂。X方向基体开裂及界面脱离的可能性较大,Y及Z方向,界面与增强体接触良好,不会发生断裂和脱粘。压缩计算显示,基体上表面先发生屈服,基体和增强体界面间接触良好,没有明显的过渡层;基体开裂及界面脱离现象易由增强体尖端开始发生,进而此区域先发生破坏。(3)采用有限元法对智能混凝土的弹性模量进行预测。通过后处理中ETABLE命令提取所有单元应变、应力及体积,通过模块自带的计算功能,计算出应力加权平均值和应变加权平均值,从而获得等效应力和等效应变。再利用应力-应变的关系得出智能混凝土的宏观模量,进而讨论石墨烯长宽比对智能混凝土弹性模量的影响,最终对智能混凝土的弹性模量进行预测。结果显示,石墨烯体积掺量低于0.5%时,长宽比1:1对应的复合材料的弹性模量最大;体积掺量高于0.5%时,长宽比1:1、1:2、1:3对应智能混凝土弹性模量基本一致;所有石墨烯体积掺量下,长宽比1:4的料弹性模量低于其它三种。