مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی سفتی نانوکامپوزیت گرافن اپوکسی با توزیع تصادفی گرافن و با استفاده از مدل ترکیبی دینامیک‌مولکولی مایکرومکانیک

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده مهندسی مکانیک، استاد
2 دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این پژوهش با ترکیب روش های دینامیک مولکولی و مایکرومکانیک، مدلی جدید برای مدلسازی سفتی نانوکامپوزیت گرافن/اپوکسی با توزیع تصادفی ارایه گردید. ابتدا سفتی نانوکامپوزیت شامل یک تک لایه گرافن محصور در محیط اپوکسی توسط روش دینامیک مولکولی مدلسازی شد. به دلیل محدودیت نرم افزار دینامیک مولکولی، قابلیت مدلسازی نانوکامپوزیت با ابعاد واقعی صفحه گرافن وجود ندارد. بدین منظور چندین ساختار مختلف المان حجمی معرف حاوی تک لایه گرافن با مساحت دلخواه، محصور در محیط اپوکسی در نرم افزار مدل شده و سفتی طولی، عرضی و در جهت ضخامت المان حجمی معرف نانوکامپوزیت محاسبه شد. سپس با برازش منحنی سفتی بر حسب ابعاد نانوذره، سفتی المان حجمی معرف حاوی گرافن با ابعاد واقعی پیش بینی شد. برای لحاظ کردن تاثیر توزیع تصادفی صفحات گرافن درون پلیمر بر روی سفتی نانوکامپوزیت، از روابط مایکرومکانیک استفاده گردید. سپس با ترکیب روش های دینامیک مولکولی و مایکرومکانیک، سفتی توده ای یک نانوکامپوزیت گرافن/اپوکسی با توزیع تصادفی صفحات گرافن درون محیط پلیمری محاسبه شده است. روش فوق، مدل ترکیبی دینامیک مولکولی-مایکرومکانیک نامیده شده است. برای اعتبار سنجی نتایج حاصل از این مدل، سفتی نمونه های نانوکامپوزیت گرافن/اپوکسی از طریق آزمایش اندازه گیری شده و با نتایج مدلسازی مقایسه گردید. نتایج حاکی از تطابق مناسب مدل ارایه شده جدید با نتایج آزمایشگاهی دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling of Stiffness of Graphene/Epoxy Nanocomposites with Randomly Distributed Graphene using a Combined Molecular Dynamics Micromechanics method

چکیده English

The main purpose of the present research is analytical and numerical analyses of graphene/epoxy nanocomposites with a random distribution of nanoparticles. For this purpose, by combining the molecular dynamics and micromechanics methods, a new approach is presented. The molecular dynamics method is used to model the stiffness of the graphene/epoxy nanocomposites containing one layer of nano graphene embedded in epoxy resin. A multi-scale modeling strategy from macro to meso, then from meso to micro and finally from micro to nano scales is introduced. A representative volume element (RVE) is selected and for a nanocomposite having a single monolayer graphene embedded in epoxy resin, the longitudinal (E11), transverse (E22) and normal (E33) stiffnesses for three RVEs with arbitary graphene size are simulated. The best curve is fitted to each stiffness diagram and stiffnesses of the RVE in three directions with true graphene size are investigated. In order to consider the effect of randomly graphene sheets distribution in epoxy resin, micromechanical approach is used. Finally, the stiffness of the nanocomposites with randomly distributed graphene is calculated. For evaluation of the present approach in this research an experimental program is conducted. The result of the modeling is well agreed with the experimental data.

کلیدواژه‌ها English

Stiffness
Graphene
Nanocomposites
molecular dynamics
Micromechanics