مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیش بینی مدول الاستیک موثر نانوکامپوزیت با استفاده از مدل سازی المان محدود در مقیاس میکرو

نویسندگان
سمنان، میدان دانشگاه، روبروی پارک سوکان، پردیس شماره 1 دانشگاه سمنان، پردیس فنی دانشکده مهندسی مکانیک
چکیده
ساخت و آزمایش نانوکامپوزیت های اپوکسی/نانولوله های کربنی با توجه به چالش های پخش نانولوله های کربنی در بستر رزین و هزینه های تولید، مقرون به صرفه نمی باشد. لذا پیش بینی خواص مکانیکی این نانوکامپوزیت ها به وسیله روش های شبیه سازی راهکار مناسبی است. اما ابعاد واقعی نانولوله های کربنی و نسبت طول به قطر آنها، مدل سازی المان محدود را در ابعاد نانو و میکرو با مشکل مواجه می کند. در این مقاله با استفاده از المان تیر به عنوان نانولوله های کربنی و ایجاد المان حجمی نمونه از نانوکامپوزیت در مقیاس میکرو، چیدمان های مختلفی از نانولوله های کربنی در بستر اپوکسی ارائه شده است. اثر پارامترهای درصد حجمی، نسبت منظری و اثرات موجی بودن نانولوله های کربنی بر مدول الاستیک موثر نانوکامپوزیت بررسی شده است. نتایج نشان داده با این روش، محدودیت مدل سازی ابعاد میکرو و نانو در کنار هم از بین رفته و شبیه سازی نانوکامپوزیت با شرایط واقعی ممکن می شود و می توان اثرات انواع پارامترهای هندسی را در مدول موثر بررسی کرد. از طرف دیگر نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی نیز تطابق مناسبی دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Prediction of nanocomposite effective elastic moduli by finite element modeling in micro scale

نویسندگان English

Abdolhossein Fereidoon
Hossein Hemmatian
Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan
چکیده English

Since there are struggles with CNTs dispersion in the resin and production costs, synthesis and test of epoxy/carbon nanotube (CNT) nanocomposites is not economical. For this reason, simulation methods are proper techniques to predict mechanical properties of these nanocomposites. But the actual dimensions of CNTs and their length to diameter (aspect) ratio is a cause for concern in nano and micro scale finite element modeling. In this paper, different arrangements of CNTs in epoxy matrix have been presented using a beam element as a CNT and creating representative volume element of nanocomposite in micro scale. Effects of volume fraction, aspect ratio and wave effects of CNTs on nanocmposite effective elastic moduli have been investigated. The results show that this method eliminates the limitation of both micro and nano molding and simulates the real conditions of nanocomposites and can be used to examine the effects of geometric parameters in the effective moduli. On the other hand, the simulation results have a good agreement with experimental results.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nanotube
Nanocomposite
Effective elastic moduli
Representative volume element
finite element method