基于数值模拟的碳纳米管水泥基复合材料导电机理分析

董素芬^1,2，张立卿¹，李祯³，姜海峰⁴，韩宝国¹

1. 大连理工大学土木工程学院2. 内蒙古科技大学建筑与土木工程学院3. 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院4. 哈尔滨工业大学土木工程学院

摘 要：通过建立碳纳米管水泥基复合材料的代表性体积单元模型,基于有限元法进行了有效介质方程导电模型的拟合和感知性能的计算,得到碳纳米管水泥基复合材料在荷载作用下的应力与体积电阻率的关系,在此基础上了分析了碳纳米管水泥基复合材料的导电机理。研究结果表明,碳纳米管体积掺量为1.50%时,随碳纳米管直径减小及长径比增大,有限元数值解的有效介质方程拟合值变化不大,这是因为1.5%的掺量已超过渗流阈值且有限元分析只考虑接触导电;当碳纳米管的体积掺量在0.31%~1.33%范围内时,碳纳米管水泥基复合材料的感知性能满足Simmons隧道效应普适方程。

关键词：水泥基复合材料;碳纳米管;导电机理;有限元分析;隧道效应;