عنوان پایان‌نامه
بررسی عددی و تجربی آستانه آسیب نانو کامپوزیت تقویت شده با CNT
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3639;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81584;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3639;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81584
- تاریخ دفاع
- ۱۴ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- انسیه یوسفی
- استاد راهنما
- مجید بنی اسدی
- چکیده
- در تست کشش نانو کامپوزیت‌ها، آغاز آسیب معمولاً 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 کامپوزیت‌های پلی اتیلن- نانو هلیکال و نانولوله ی کربنی پرداخته شده است. برای مدلسازی آسیب در ناحیه تماس بین نانو ذرات 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 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 و تمامیِ پارامترهای هندسی نانو ذرات و میزان چسبندگی آن ها با پلیمر بر روی نمودار های تنش-کرنش نانو کامپوزیت‌ها بررسی شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد جدایش نانو ذرات تأثیر قابل توجهی بر روی خواص نانو کامپوزیت‌ها دارد. با افزایش نسبت حجمی و ضریب منظری نانوذرات، تفاوت بین استحکام کششی در حالت های چسبندگی محدود و پیوند کامل بیشتر می شود. هم چنین با استفاده از نانو ذرات هلیکالی می توان نانو کامپوزیت با چقرمگی بالاتری نسبت به نانو کامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی داشت. نتایج به دست آمده از تست کشش نمونه های آزمایشگاهی ساخته شده نیز حاکی از افزایش مدول الاستیک و استحکام کششی در صورت افزایش ضریب حجمی نانو ذرات است. نانو کامپوزیت‌های پلیمری، نانولوله ی کربنی، نانو هلیکال کربنی، روش اجزا محدود، جدایش نانو ذرات، مدل ناحیه چسبنده
- Abstract
- Experimental evidence shows that coiled carbon nanotube (CCNT) simultaneously improves stiffness, fracture toughness, impact energy absorption and vibration damping properties of polymers. This makes a multifunctional composite, which is a good candidate for automobile or airplane structures. In this paper, a multi-scale model has been developed to study the damage initiation in polyethylene reinforced by CNTs and CCNTs. The cohesive zone model has been utilized to model the fiber-matrix debonding. The cohesive zone parameters have been obtained from atomistic simulation. Representative volume element (RVE) is constructed to obtain stress-strain curve. The effects of bonding strength, volume fraction (VF), CNT direction and effective geometric parameters of CCNTs and CNTs on mechanical properties and stress-strain curves of designed nanocomposites has been investigated using finite element method. Results show nanocomposites reinforced by CCNT have higher toughness than nanocomposites reinforced by CNT. We can relate this properties improvement to the shape of the coiled carbon nanotube which induces mechanical interlocking when the composites are subjected to loading. In fact, the coiled configuration of the nanotubes enhance the fracture toughness as well as mechanical strength of the composites even there is no direct chemical bonding between the nanotubes and matrix. Keywords: Carbon Nanotube, Coiled Carbon Nanotube, Nano Composite, Damage Threshold, Mechaniacal Properties
