压阻式碳纳米管基复合材料断裂的机电场相场建模
计算工程、金融与科学
2023-02-22 v1 材料科学
应用物理
摘要
我们提出了一种新颖的计算框架，用于模拟经历断裂的自感知碳纳米管（CNT）基复合材料的机电响应。该计算框架将电-变形-断裂有限元建模与混合微观力学公式相结合。后者用于估计 CNT 基复合材料的本构属性，包括弹性张量、断裂能、电导率和线性压阻系数。这些属性被输入到一个耦合的电-结构有限元模型中，该模型基于相场断裂模拟裂纹的演化。利用准牛顿算法的鲁棒性和效率，以整体方式求解耦合物理问题。我们模拟了二维和三维边值问题，以说明该建模框架在评估缺陷对介观和宏观尺度智能结构机电响应影响方面的潜力。案例研究旨在阐明断裂与机电材料响应之间的相互作用，包括参数分析、针对实验的验证以及复杂开裂条件（多缺陷、裂纹合并）的模拟。所展示的数值结果展示了该计算框架的效率和鲁棒性，以及其模拟多种结构配置和损伤模式的能力。所开发的变形-电-断裂有限元代码可免费下载。
引用
@article{arxiv.2302.02338,
title = {Electromechanical phase-field fracture modelling of piezoresistive CNT-based composites},
author = {L. Quinteros and E. García-Macías and E. Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.02338},
year = {2023}
}