عنوان پایان‌نامه
تحلیل و مدلسازی نانو کامپوزیت های پلیمری به روش هیبریدی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2682;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64067
- تاریخ دفاع
- ۱۳ اردیبهشت ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمد صفایی
- استاد راهنما
- محمود موسوی مشهدی
- چکیده
- در تست کشش نانو کامپوزیت ها، آغاز آسیب معمولا از جدایش سطحی نانو ذرات از ماتریس مشاهده می شود. در این پایان نامه با توسعه یک روش مدلسازی چند مقیاسی سلسله مراتبی و با استفاده از مفهوم المان نماینده حجم و به صورت سه بعدی به بررسی آسیب در ناحیه تماس در نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- گرافن پرداخته شده است. برای مدلسازی آسیب در ناحیه تماس بین نانو صفحات گرافن و پلیمر از تئوری مدل چسبنده که بر پایه نمودار های نیرو جابه جایی هستند استفاده شده است. پارامتر های نمودار نیرو جابه جایی برای پلی اتیلن گرافن از نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی موجود در ادبیات انتخاب شده است. برای ساخت المان نماینده حجم از کد پایتون استفاده شده و تحلیل با استفاده از حلگر دینامیکی نرم افزار تجاری اجزا محدود آباکوس انجام شده است. اثر نسبت حجمی، ضریب منظری، نوع پخش نانو صفحات گرافن و میزان چسبندگی آن ها با پلیمر بر روی نمودار های تنش کرنش نانو کامپوزیت های پلی اتیلن گرافن بررسی شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد جدایش نانو صفحات گرافن تاثیر قابل توجهی بر روی خواص نانوکامپوزیت ها دارد. افزایش نسبت حجمی و ضریب منظری نانو صفحات در صورتی سبب بهبود استحکام کششی می شود که حداقلی از میزان چسبندگی بین نانو صفحات گرافن و پلیمر وجود داشته باشد. با افزایش نسبت حجمی و ضریب منظری نانو صفحات، تفاوت بین استحکام کششی در حالت های چسبندگی محدود و پیوند کامل بیشتر می شود. بر خلاف حالت پیوند کامل با فرض چسبندگی ضعیف بین نانو صفحات گرافن و پلیمر، افزایش در نسبت حجمی و ضریب منظری سبب کاهش در استحکام کششی می شود. نتایج بدست آمده با نتایج تحلیلی به صورت کیفی مقایسه شده است. واژگان کلیدی: جدایش نانو صفحات، مدل ناحیه چسبنده، نانو کامپوزیت های پلی اتیلن-گرافن، روش اجزا محدود ، دینامیک مولکولی
- Abstract
- In situ tensile tests show damage initiates in polymer nanocomposites mainly by interfacial debonding. In this study a hierarchical multiscale model is developed to study the damage initiation in the graphite nanoplatelets (GNP) reinforced polymer composites. The cohesive zone model was adopted to capture the nanofillers deboning. The results of atomic simulations of GNP pullout and debonding tests were used to obtain the traction-displacement relation for the cohesive zone model (CZM). A Python scripts was written to transfer the RVE for ABAQUS/Explicit 6.10 commercial FE software. The effects of volume fraction and aspect ratio of the GNP and the strength of the interfacial adhesion and distiribuation of GNP on the overall stress-strain response of the nanocomposite have been investigated. Results show that debonding has a significant effect on the overall stress-strain response of the nanocomposite when volume fraction and aspect ratio increase. The results also indicate that GNP/polymer interfacial strength plays a key role in the damage mechanism of the polymer nanocomposites. Kewords: Debonding of nanopalte, Cohesive zone model, Graphene-polyethylene nanocomposites, Finite element, Molocular dynamics
