11513

11513

مدل تك رشته معادل جهت محاسبه مدول نانوكامپوزيت نانولوله كربن/اپوكسي با استفاده از روش مايكرومكانيك

كارشناسي ارشد

مكانيك - مهندسي هوافضا - سازه‌هاي هوايي

ارديبهشت 1390

ارديبهشت 1390

دكتر محمود مهرداد شكريه

چكيده تعيين مدول الاستيسيته پليمرهاي تقويت‌شده با نانولوله كربن يكي از زمينه‌هاي تحقيقاتي در عرصه دانش نانوكامپوزيت‌ها‌ مي‌باشد. امكان استفاده از روابط مايكرومكانيك كامپوزيت‌هاي كلاسيك و چگونگي بهره‌گيري از آن‌ها براي تخمين مدول نانوكامپوزيت‌ها، از جمله موارد اختلافي ميان محققين مي‌باشد. در اين پژوهش با در نظر گرفتن فرضيات حاكم بر روابط مايكرومكانيك كامپوزيت‌هاي كلاسيك، ماده تقويت‌كننده در ابعاد نانو به يك تك‌رشته معادل تبديل گرديد. اين تبديل از محيط نانولوله به محيط تك‌رشته معادل، به صورتي انجام مي‌پذيرد كه فرضيات حاكم بر روابط مايكرومكانيك ارضا گردند. به گونه‌اي كه با در اختيار داشتن خواص اين تك‌رشته معادل بتوان با استفاده از روابط مايكرومكانيك مدول نانوكامپوزيت را محاسبه نمود. اين تحقيق با در نظر گرفتن ساختار مشبك نانولوله كربن، ابعاد (قطر و طول نانولوله) آن و ناحيه فاز واسط به محاسبه مدول الاستيسيته نانوكامپوزيت حاوي نانولوله كربن مي‌پردازد. مدل جديد ارائه شده با استفاده از روابط الاستيسيته، نانولوله كربن را به صورت تك‌رشته توپر با خواص ايزوتروپ عرضي معادل‌سازي نموده است. سپس ناحيه فاز واسط بين نانولوله كربن و ماتريس كه داراي پيوند واندروالس است، با روابط مكانيك محيط پيوسته، به صورت يك محيط مادي ايزوتروپ در نظر گرفته شده‌است. با در نظر گرفتن يك المان حجمي، يك تك‌رشته معادل ارائه مي‌شود و با استفاده از رابطه هالپين-تساي و كويان مدول نانوكامپوزيت محاسبه مي‌گردد. نتايج حاصل از اين روش جديد، با داده‌هاي آزمايشگاهي متنوعي مقايسه شده و مطابقت بسيار مناسبي را نشان مي‌دهد. مزيت اين مدل جديد آن است كه برخلاف بسياري از مدل‌هاي ارائه شده نه تنها از روابط و مدلسازي‌هاي پيچيده استفاده نكرده، بلكه به كمك روابط الاستيسيته با سرعت بسيار بالايي به نتايجي با دقت بسيار مناسب مي‌رسد. مزيت ديگر اين روش جديد مطابقت با داده‌هاي آزمايشگاهي متنوع است، در حاليكه بسياري از مدل‌هاي پيشين ارائه شده تنها با چند داده آزمايشگاهي محدود همخواني داشته‌اند. واژه‌هاي كليدي: نانولوله كربن، نانوكامپوزيت، مدل ‌مايكرومكانيك، ناحيه فاز واسط، مدول الاستيسيته