考虑表面各向异性和曲率的石墨烯片间摩擦连续接触模型

理解石墨烯层与同轴碳纳米管（CNTs）之间的相互作用力学，对于建模基于石墨烯和 CNT 的纳米机电系统至关重要。本工作提出一种新的连续接触模型来研究弯曲石墨烯片之间的层间相互作用。该连续模型利用分子动力学（MD）模拟进行标定与验证。模拟中，采用反应经验键序（REBO）+Lennard-Jones（LJ）势刻画片内相互作用，而片间相互作用采用 LJ、Kolmogorov-Crespi（KC）与 Lebedeva 势建模。连续接触模型适用于分离距离大于 0.29nm 的情形，此时片变形足够小且不会显著影响片间相互作用。这允许将主接触面视为刚体，从而极大简化接触公式。模型标定针对一系列不同堆垛系统性地使用已有及新提出的拟设函数进行。标定后的连续模型随后在曲线有限元（FE）壳公式中实现，以研究同轴 CNT 间的拔出与扭转相互作用。拔出阻力与扭矩强烈依赖于所考虑 CNT 的手性。FE 与 MD 结果的绝对差异非常小，可归因于模型假设与加载条件。