مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی فاز واسط در مواد نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی به روش شبیه سازی چند مقیاسه

نویسندگان
1 هیات علمی/ دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
3 هیات علمی/دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
مطالعه اتصال بین نانولوله و رزین دربرگیرنده آن، یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار مواد نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله‌های کربنی است. در این مقاله، نانولوله کربنی و رزین اطراف آن به صورت یک المان حجمی در نظر گرفته ‌شده و رفتار مکانیکی آن با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل می‌شود. برای مدلسازی اتصالات، از المان فنر غیرخطی استفاده ‌شده و نیروی موثر بین نانولوله و رزین، بر اساس معادله لنارد- جونز تعیین می‌شود. ضخامت فاز واسط بین 7/1 تا 8/3 آنگستروم‌متر تغییر داده می‌شود تا تاثیر آن بر رفتار المان حجمی مطالعه گردد. بارگذاری کششی المان حجمی به دو صورت انجام می شود تا اتصال کامل بین نانولوله و رزین بررسی شود. در ادامه، میزان مدول الاستیسیته طولی المان حجمی با نسبت منظریهای مختلف و ضخامت‌های مختلف فاز واسط محاسبه شده و با نتایج تئوری قانون اختلاط در حوزه میکرومکانیک مقایسه و ارزیابی می شوند. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در نسبت منظری‌های بسیار کم، میزان مدول الاستیسیته نزدیک به مقدار آن برای رزین یا نانولوله منفرد است ولی با افزایش نسبت منظری‌ عملکرد اتصالات بهتر شده و این مقدار به قانون اختلاط همگرا می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Interface Modeling of Nanotube Reinforced Nanocomposites by Using Multi-Scale Modeling Method

نویسنده English

Mahnaz Zakeri 1
چکیده English

Studying of connection between a carbon nanotube (CNT) and its surrounding matrix is an important issue in investigation of the behavior of nanocomposites reinforced with carbon nanotubes. In this paper, the carbon nanotube and its surrounding matrix is considered as a volume element and its mechanical behavior is analyzed using finite element method. Interface joints are modeled utilizing nonlinear spring elements; and effective force between CNT and matrix is determined based on Lennard-Jones equation. The interface thickness is changed between 1.7-3.8Am, to study its effect on the volume element behavior. Tensile loading of volume element is applied in two ways to investigate the perfect connection between nanotube and matrix. Subsequently, tensile longitudinal elastic modulus of volume elements with different aspect ratios of nanotube and thickness of interface are calculated and compared with the results of rule of mixture theory in micro mechanics field. The results of this research indicate that for low aspect ratios, the amount of elastic modulus is near to individual resin or nanotube. But, increasing the aspect ratio causes the connections to be more efficient and results converge to rule of mixture

کلیدواژه‌ها English

interface
Carbon Nanotube Modeling
Nanocomposite
Lennard-Jones Equation