27280

توسعه يك مدل ميكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش براي توصيف رفتار نانوكامپوزيت¬هاي پايه پليمري

دكتري

مهندسي خودرو-طراحي سازه و بدنه

91-92

1400/9/15

دكتر محمدحسن شجاعي فرد-دكتر ابوالفضل خلخالي

مهندسي خودرو

در اين رساله مدل ميكرومكانيكي الاستو-ويسكو پلاستيك گلدبرگ كه براي توصيف رفتار پليمرها در بارگذاري¬هاي ديناميكي ايجاد شده است، براي شبيه¬سازي رفتار وابسته به نرخ كرنش نانوكامپوزيت¬هاي پايه پليمري توسعه داده شده است. با توجه به محدوديت¬هاي روش كلاسيك در يافتن پارامترهاي پليمري، روش جديدي مبتني بر فيتينگ نتايج آزمايشگاهي توسط الگوريتم ژنتيك پيشنهاد و صحت¬سنجي شده است. سپس نانوكامپوزيت پايه پليمري با معرفي اصلاحيه¬اي بر روش هالپين¬ساي در حالت بارگذاري تك جهته مدلسازي شده است. براي اين منظور تركيبي از روش¬هاي تحليل پارامتريك، طراحي آزمايش به روش مركب مركزي و روش سطح پاسخ براي اصلاح مدول تانژانت ماده پليمري و استفاده به عنوان ورودي در معادلات هالپين-ساي بكار گرفته شده است. به اين ترتيب فلوچارت كامل مدلسازي و كاليبراسيون رفتار نانوكامپوزيت¬هاي پايه پليمري ارائه شده و با پياده¬سازي بر روي نانوكامپوزيت اپوكسي – نانوصفحات گرافن و مقايسه با نتايج آزمايشگاهي صحت¬سنجي شده است. نتايج اين مقايسه نشان مي¬دهد كه مدل توسعه يافته در محدوده كاليبراسيون و خارج از آن به ترتيب خطايي كمتر از 4% و 10% نسبت به تست آزمايشگاهي خواهد داشت. در نهايت مدول تانژانت در تمام طول بارگذاري براي مدل الاستو-ويسكوپلاستيك ماده پليمري در حالت سه بعدي با استفاده از روابط ماتريسي و نمايش وويت محاسبه شده و فرمولاسيون نهايي جهت استفاده در مدل ميكرومكانيكي موري-تاناكا به منظور همگن¬سازي ماده نانوكامپوزيتي ارائه شده است.

1401/08/14

Development of a micromechanical model for prediction of strain-rate dependent deformation of polymer-based nanocomposites

12/6/2022 12:00:00 AM

In the present thesis, Goldberg’s elasto-plastic micromechanical model which has been created to describe polymers behavior in dynamic loading cases. Based on limitations of the classic method in extracting the material constants, a new method based on experimental tests fitting by Genetic algorithm is proposed and validated in this study. Then, the polymer-based nanocomposite model is proposed in the unidirectional loading state. For this purpose, a composition of parametric analysis, central composite design of experiment and response surface method is employed. Subsequently, the complete modeling and calibration flowcharts are presented and implemented on epoxy-graphene nanoplatelets (GNP) nanocomposite and verified by comparison to the former experimental works. The results demonstrate that the developed model leads to less than 4% and 10% errors in the range of calibration and outside of the range of calibration respectively, compared to the experimental results. Finally, the tangent modulus for the elasto-viscoplastic polymer is calculated in whole of the loading range using the matrix relations and Voight notation and the final formulation to be used in the micromechanical Mori-Tanaka model (for homogenization purpose) is presented.

نانوكامپوزيت , نانوصفحات گرافن , موري-تاناكا , نرخ كرنش , مدل هالپين ساي

Nanocomposites , Graphene Nano Platelets , Strain-Rate , Halpin-Tsai model

Sharif Khakshournia

Mohammad Hassan Shojaeefard-Abolfazl Khalkhali