18266

۱۸۲۶۶

مدلسازي اجزا محدود آزمون دندانه گذاري نانو بر روي مواد كامپوزيت تقويت شده با ذرات

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - مكانيك مواد و سازه هاي كامپوزيت

مهرماه ۱۳۹۶

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

مكانيك

هدف اصلي اين تحقيق شبيه سازي تست دندانه گذاري نانو بر روي نانوكامپوزيت دنداني Filtek Z350 XT و مقايسه خواص مكانيكي به دست آمده با داده هاي تجربي اين آزمايش است. دندانه گذاري نانو روش مناسبي براي تعيين خواص مكانيكي نمونه هايي با ابعاد كوچك و خواص سطحي پوشش هاست. به منظور تعيين خواص مكانيكي مناسب در بازه هاي موجود در مراجع براي هريك از فازهاي تشكيل دهنده نانوكامپوزيت، تست فشار بر روي يك RVE در سه راستاي مختلف شبيه سازي شد و نتايج با داده هاي تجربي اين تست مورد مقايسه قرار گرفت. با هدف دستيابي به مدلي نزديك به شرايط حقيقي حاكم بر مسئله تلاش هايي صورت گرفته است كه از ميان آن ها مي توان به استفاده از تكنيك توزيع تصادفي ذرات در فضاي RVE و بكارگيري شرايط مرزي پريوديك اشاره كرد. با توجه به موضعي بودن تست دندانه گذاري تصميم بر آن شد كه شبيه سازي هاي مربوط به اين تست بر روي RVE هاي بيشتري انجام گيرد. در پايان پژوهش با مقايسه نتايج تست دندانه گذاري و شبيه سازي هاي صورت گرفته شرايط لازم براي RVE هاي مناسب مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي داد كه به منظور تعيين خواص فيزيكي (مدول الاستيسيته، سختي و ...) نانوكامپوزيت مورد بررسي، RVE هايي مناسب مي¬باشند كه در آن ها همگرايي به كسر حجمي هدف در فواصل شعاعي كمتري از محل فرود نوك دندانه گذار ايجاد شده باشد. تحليل نتايج تست دندانه گذاري به روش اليور – فار اصلاح شده صورت گرفت. اين درحاليست كه در شبيه سازي عددي اين تست علاوه بر اين روش، تحليل نتايج بر اساس سطح تماس واقعي دندانه گذار و نمونه نيز انجام شد. تمامي نتايج گوياي وقوع پديده فرورفتگي كلوخه هاي نانوفيلري در فضاي ماتريسي نمونه بود. در پايان پژوهش نيز به مقايسه نتايج تست فشار و دندانه گذاري نانو پرداخته شده است. اين نخستين پژوهشي است كه در آن شبيه سازي تست دندانه گذاري نانو بر روي چندين RVE با چينش تصادفي ذرات و شرايط مرزي پريوديك انجام شده است. پيش از آن اين شبيه سازي ها بر روي RVE هاي ساده تك ذره اي و يا متشكل از تعداد محدودي ذره با چينشي دستي و بكارگيري شرايط مرزي ساده متقارن انجام شده بود. علاوه بر آن اين نخستين پژوهشي است كه در آن به مقايسه نتايج شبيه سازي تست ماكرو فشار و شبيه سازي هاي تست دندانه گذاري نانو در نواحي مختلف پرداخته شده است.

1396/10/15

11/15/2017 12:00:00 AM

The main purpose of this study is to simulate the Nanoindentation test on dental nanocomposite material, Filtek Z350 XT, and to compare the obtained mechanical properties by the experimental data. Nanoindentation is a suitable method to determine mechanical properties of relatively small samples and surface characteristics. To determine mechanical properties in the ranges mentioned in references for each of the phases which the nanocomposite material is made of, compression test is simulated on a RVE in three different directions, and the results are compared to the experimental results of this test. Moreover, efforts have been made to reach to a model close to real conditions, including using random distribution of particles in RVE space and utilizing periodic boundary conditions. Due to Nanoindentation test being local, it was decided to increase the simulation cases for more RVEs. At the end of the study, comparing Nanoindentation test and simulation results, the necessary conditions for suitable RVEs were studied. The results showed that to determine the physical properties (elasticity modulus, hardness, etc), the RVEs are more suitable in which convergence to target volume fraction is achieved in radial distances less than that of the tip of indentor. The analysis of Nanoindentation test was done by the modified Oliver-Pharr method, while, in numerical simulation of this test, the analysis was done by real contact area of the indentor and sample, in addition to Oliver-Pharr method. All of the results showed occurrence of rigid body motion of sink in Nanofiller clusters in matrix space. Finally, comparison of the results corresponding to compression test and Nanoindentation test is presented. It should be noted that this is the first research to simulate the nanoindentation test on several RVEs with random particle distribution and periodic boundary conditions. Previously, simulations in this field were performed on simple RVEs consisting of a single particle or a limited number of particle with manual distribution and the application of simple symmetric boundary conditions. In addition, it is the first research to compare the simulation results of macro compression test with simulation results of nanoindentation test in different areas.