مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تأثیر نسبت ابعادی المان حجمی معرف در محاسبه مدول الاستیک پلیمر تقویت شده با نانولوله کربن

نویسندگان
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده مهندسی مکانیک،
2 دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
از جمله روش‌های پرکاربرد مطالعه رفتار مکانیکی پلیمرهای تقویت شده با نانولوله کربن، مدلسازی و شبیه سازی رفتار المان حجمی معرف می‌باشد. در مطالعه خواص مکانیکی با استفاده از المان حجمی معرف، مشخص می‌شود که این خواص، تابعی از خواص اجزاء سازنده و پارامترهای هندسی می‌باشند. در این تحقیق، یک المان حجمی معرف شامل ماتریس پلیمری پیرامون و یک نانولوله کربن در هسته، به صورت مکعب مستطیل با سطح مقطع مربعی در نظر گرفته شده است. طول و ضخامت المان حجمی معرف، طول نانولوله کربن و دو سر آن و همچنین درصد حجمی نانولوله کربن پارامترهای متغیر مورد نظر می‌باشند. بدینوسیله تأثیر تغییرات این پارامترها روی مدول الاستیسیته المان حجمی معرف و در نتیجه مدول الاستیسیته نانوکامپوزیت، مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین روابط تحلیلی مربوط به مدول الاستیسیته المان حجمی معرف بدست آمده‌ و به کمک روش اجزاء محدود نیز، مدلسازی و تحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهند که در یک درصد حجمی ثابت با تغییر هر کدام از پارامترهای طول یا عرض المان حجمی معرف، به خصوص مدول الاستیسیته طولی آن به طور قابل ملاحظه ای تغییر می‌کند. بنابراین با استفاده از رابطه مایکرومکانیکی هالپین-تسای و روابط تحلیلی استخراج شده در این تحقیق، نسبت ابعادی مناسب المان حجمی معرف برحسب کسر حجمی، بدست آمده و پیشنهاد شده‌اند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

An investigation on effects of aspect ratio of representative volume element on elastic modulus of a carbon nanotubes reinforced polymer

نویسندگان English

Mahmood Mehrdad Shokrieh 1
Reza Mosalmani 2
Salem Soveity 2
چکیده English

One of the most applicable methods to study the mechanical behavior of reinforced polymers with CNTs is modeling of representative volume element (RVE). It has been shown that the mechanical behavior of RVE depends on its ingredients mechanical properties and its geometrical parameters. In this research, a RVE which includes a CNT and its surrounding polymer is chosen as a rectangular cube. In this research, effects of the length and depth of the RVE, the length of the CNT and the CNT caps on the elastic behavior of the RVE have been studied. Furthermore, the effect of the volume fraction of CNTs is also considered. First, an analytical solution has been developed to predict the elastic modulus of the RVE. Then, using a finite element method, the elastic behavior of the RVE is modeled. The analytical and numerical results show that at a constant volume fraction of the CNT, variation of each material and geometrical parameters can affect the longitudinal elastic modulus of the RVE significantly. However, it has been shown that the transverse elastic modulus of RVE is not sensitive to the geometrical parameters variations. Finally, using a combination of the Halpin-Tsai micromechanical model and the present analytical solution, a proper aspect ratio of the RVE for each volume fraction of the CNT has been determined and suggested.

کلیدواژه‌ها English

Representative volume element
Elastic modulus
Carbon nanotube
finite element method