عنوان پایان‌نامه
مطالعه اثر خواص و نحوه توزیع نانو فیلر ها در رفتار مکانیکی نهایی نانو کامپوزیت های پلیمری دستگاههای مختصات دو و سه بعدی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2146;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53662
- تاریخ دفاع
- ۲۱ مرداد ۱۳۹۱
- دانشجو
- آیدین پورصلح جوی
- استاد راهنما
- محمدحسن نائی
- چکیده
- رفتار مکانیکی مصالح کامپوزیت در ارتباط مستقیم با خصوصیات مکانیکی مختلف اجزاء تشکیل دهنده، درصد حجمی و نحوه توزیع پرکننده ها در درون ماتریس زمینه می باشد. این مسأله در بررسی نانوکامپوزیت ها بسیار اساسی تر و پیچیده تر می باشد، که دلایل متعددی دارد که ناشی از ابعاد بسیار ریز مصالح هستند. در این دسته از مواد، بعلت ابعاد بسیار کوچک فاز پرکننده، اندرکنش بین پرکننده ها با همدیگر و با ماتریس شدید تر از مصالح کامپوزیت است، و بعلت وجود نیروهای بین اتمی شدید، توزیع مناسب نانولوله ها در داخل ماتریس به سختی انجام شده و در نتیجه تأثیر پارامترهای مربوط به نحوه پراکندگی در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها بیشتر از کامپوزیت ها است. بعلاوه، بدلیل ابعاد بسیار کوچک نانولوله ها تعیین خصوصیات مکانیکی و حتی هندسی آنها هنوز مسأله اساسی و مهمی بوده و نیازمند دقت بسیار زیاد می باشد. در تحقیق حاضر مطالعات گسترده ای روی پارامترهای تأثیرگذار بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها انجام گرفته است. با بررسی روشهای گوناگون موجود در منابع مختلف جهت تعریف پارامتر پراکندگی، پارامتری که دارای مفهوم فیزیکی و تعریف ریاضی مناسبی بود انتخاب شده است. با انجام اصلاحاتی بر روی این پارامتر، پارامترِ جدیدی جهت تعیین میزان پراکندگی نانولوله ها در داخل ماتریس تعریف شده است. ضمناً برای مدلسازی کامپیوتری مسأله، با بهره گیری از شرایط مرزی پریودیک یک سلول واحد تکرار شونده ایجاد شده که با تکرار آن به تعداد دلخواه در جهات اصلی میتوان به مدل نهایی دست پیدا کرد. در ادامه مدل های کامپیوتری، با درصد حجمی های و پراکندگی های مختلف در نرم افزار ABAQUS تهیه شدند و با اعمال شرایط مرزی پریودیک و بارگذاری های مربوطه و با استفاده از مفاهیم تئوری الاستیسیته ضرایب مؤثر نمونه بدست آمدند. نتایج فوق با نتایج موجود در منابع مقایسه شده که تطابق بسیار خوب حاصله نشانگر صحت فرآیند مدلسازی و همینطور مناسب بودن پارامترهای تعریف شده در این تحقیق میباشد. ضمناً ضرایب سختی مصالح با روابط کنترلی موجود که با استفاده از مفاهیم کار و انرژی بدست می آیند نیز کنترل شد و تمام این شروط را ارضاء میکرد.
- Abstract
- Mechanical behavior of composites depends on a set of factors including the properties of their constituents, volume fraction and degree of dispersion of the fillers. This issue is much more critical in nanocomposite materials, in which the size of the constituents is so small. Due to their small size, carbon nanotubes have high specific surface energy and thus they tend to stay close to each other and are difficult to separate or disperse. Therefore, it is of great importance to investigate such parameters that affect mechanical properties of nanocomposites. In the present project, the mechanical behavior of polymer-based nanocomposites reinforced with carbon nanotubes was studied and the influential parameters that affect their behavior were investigated. Studying various quantitative methods for measuring the dispersion degree of the nanotubes in the base matrix, a simple and broadly applicable method was used in the present project. Implementing modifications on this parameter, a completely new parameter was introduced for quantitatively evaluating the dispersion of nanotubes in the base matrix. In addition, using the formulation of periodic boundary conditions, a unit cell was generated and analyzed using Finite Element Methods in ABAQUS. Repeating this unit cell in three directions, one can reach a system of nanocomposite that has been made by this unit cell. Using parametric programming a number of models with different volume fractions of nanotubes and different dispersions were generated in ABAQUS. Implementing periodic boundary conditions and six loading cases on each model, plus, using the formulations of theory of elasticity, the equivalent properties of the material were evaluated and the impact of the aforementioned parameters on nanocomposites’ properties were studied. The results were validated using the results available in the literature; and the validations show the good accuracy of the procedure.
