مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه یک مدل ساختاری دینامیکی-مایکرومکانیکی جهت پیش بینی رفتار برشی پلیمرها و پلیمرهای تقویت‌شده با نانوالیاف کربن

نویسندگان
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده مهندسی مکانیک،
2 دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشگاه شهید چمران اهواز
چکیده
خواص مکانیکی مواد پلیمری بطور قابل توجهی وابسته به نرخ کرنش است. بنابراین، توسعه یک مدل ساختاری وابسته به نرخ کرنش برای بررسی رفتار مکانیکی این مواد مورد نیاز می‌باشد. در این تحقیق، ابتدا رفتار برشی پلیمر خالص و پلیمر تقویت‌شده با نانوالیاف کربن تحت نرخ‌های بارگذاری مختلف به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس مدل ساختاری جانسون-کوک برای درنظر گرفتن رفتار برشی وابسته به نرخ کرنش پلیمر خالص اصلاح شده است. در ادامه، با معرفی رابطه‌ای مادی، اثر نرخ کرنش بر رفتار الاستیک ماده بررسی شده است. سپس با ترکیب معادله ساختاری جانسون-کوک اصلاح‌شده با مدل مایکرومکانیکی هالپین-‌تسای و با استفاده از نتایج آزمایش پلیمر خالص و خواص مکانیکی نانوالیاف‌کربن، رفتار مکانیکی وابسته به نرخ کرنش پلیمرهای تقویت‌شده با نانوالیاف‌کربن در نرخ کرنش و کسر حجمی دلخواه آن پیش‌بینی می‌شود. مدل ارایه شده جدید در این تحقیق، مدل ساختاری دینامیکی-مایکرومکانیکی نام‌گذاری گردیده است. نتایج پیش‌بینی‌شده برای پلیمرهای خالص و تقویت‌شده با نتایج آزمایشگاهی بدست آمده در این تحقیق و نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات دیگر مقایسه شده است. این مقایسه‌ها نشان می‌دهند که مدل ساختاری فوق به‌خوبی توانایی پیش‌بینی رفتار وابسته به نرخ کرنش پلیمرها را داراست.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A dynamic-micromechanical constitutive model to predict the strain rate dependent shear behavior of neat and reinforcerd polymers with carbon nanofibers

نویسندگان English

Mahmood Mehrdad Shokrieh 1
Ali Reza Shamaei Kashani 2
Reza Mosalmani 3
چکیده English

Mechanical properties of polymeric materials are significantly sensitive to the loading rate. Therefore, it is necessary to develop a dynamic constitutive model to investigate their strain rate dependent mechanical behavior. In this study, first by conducting torsion experiments the shear behavior of neat and reinforced epoxy with carbon nano-fibers (CNFs) was studied experimentally. Then, the Johnson-Cook (J-C) model has been modified to be able to model the shear behavior of neat polymers. The strain rate effects on elastic behavior of polymers were considered by introducing a material equation. Then, by combining the modified Johnson-Cook (MJ-C) model with a micromechanical model (Halpin-Tsai model) and using pure polymer experimental tesults and mechanical properties of carbon nano fiber, the strain rate dependent mechanical behavior of polymers reinforced with CNFs at arbitrary strain rates and volume farction of carbon nanofiber has been predicted. The new model presented in this research is called as the dynamic-micromechanical constitutive model. The predicted results for the neat and nano-phased polymers were compared with conducted and available experimental results. It has been shown that the present dynamic constitutive model can predict the strain rate dependent mechanical behavior of polymeric materials with a good accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Constitutive Model
Strain rate
Polymeric Materials
Shear Properties
Micromechanics