18376

۱۸۳۷۶

اثر انحناي نانو لوله هاي كربني بر مقدار نرخ رهايي انرژي كرنشي در مود اول شكست در نانو كامپوزيت ها

كارشناسي ارشد

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

تيرماه ۱۳۹۶

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

هدف از انجام اين تحقيق پيش‌بيني مقدار نرخ رهايي انرژي كرنشي در مود اول شكست نانوكامپوزيت‌هاي پرشده به وسيله نانولوله هاي كربني، به دو روش تحليلي و آزمايشگاهي است. از مهمترين كاربردهاي استفاده از نانولوله هاي كربني به عنوان پر كننده در نمونه پليمري، افزايش مقاومت نمونه در برابر رشد ترك است. از اين رو وجود يك روش تحليلي مناسب كه بتواند مقدار چقرمگي شكست در نانو كامپوزيت¬هاي پرشده با نانولوله هاي كربني را پيش‌بيني كند امري ضروري به نظر مي¬رسد. مكانيزم¬هاي متعددي در افزايش چقرمگي شكست در در نانو كامپوزيت¬ها مشاركت مي¬كنند كه بررسي همه آن¬ها به روش تحليلي بسيار زمان بر است. از اين رو در اين تحقيق تنها دو مكانيزم جدايش نانولوله هاي كربني از رزين و تسليم پلاستيكي نانو حفره¬هاي ايجاد شده، به روش تحليلي بررسي شد. مدل تحليلي ارائه شده جهت بررسي اين دو مكانيزم، يك مدل چند مقياسي بر اساس روابط بين ميدان¬هاي تنش در سه مقياس ماكرو، ميكرو و نانو است. در مدل حاضر نانولوله هاي كربني به صورت كاملا توپر و كسينوسي شكل فرض شده اند. همچنين المان حجمي معرف شامل سه فاز ماتريس، مياني و نانو لوله در نظر گرفته شد تا اثرات فاز مياني بر نتايج لحاظ شود. نتايج بدست آمده از روش تحليلي نشان دادند كه مقادير چقرمگي شكست به شدت تابع قطر نانولوله و خواص فاز مياني مي¬باشد. همچنين تاثير انحنا نانولوله ها بر مقادير نرخ رهايي انرژي كرنشي بررسي شد. از طرف ديگر رفتار كششي و چقرمگي شكست نمونه¬هاي نانو¬كامپوزيتي با درصدهاي وزني متفاوت نانولوله هاي كربني به روش آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفت و مقادير چقرمگي شكست و مدول الاسيسيته، نانوكامپوزيت¬ها با درصدهاي متفاوت وزني محاسبه شد. مقايسه نتايج حاصله از حل تحليلي و نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه دو مكانيزم بررسي شده در حدود 25% از نرخ رهايي انرژي كرنشي حاصل از كل مكانيزم¬هاي چقرمگي، را به خود اختصاص مي¬دهند. واژه‌هاي كليدي: چقرمگي شكست، نانوكامپوزيت¬ها، روش تحليلي، نانولوله هاي كربني .

1396/10/28

3/20/2018 12:00:00 AM

The purpose of this study is to estimate the strain energy release rate in mode I fracture toughness of nano composites, filled by carbon nanotubes (CNT), analytically and experimentally. Adding CNTs as filler to resins causes extreme enhancement in the fracture toughness. Several damaging mechanisms taking place at the nanoscale to enhance the fracture toughness of nanocomposites. In the present thesis, two mechanisms of debonding CNTs from resin and plastic growth of nano-voids have been studied analytically. The present model is a multi-scale model based on the relationship between stress fields in three scales, macro, micro and nano. In this model, CNTs are assumed to be solid with a cosinosoidal curvature. Also, the represented volume element considered is including three phases of matrix, interphase and the CNT, to consider the effect of interphase material on the results. The tensile behavior and fracture toughness of nanocomposites filled made of different weight fraction of CNT studied experimentally and the magnitudes of the fracture toughness and the Young’s modulus were characterized.The results showed that the fracture toughness is entirely a function of CNT diameter and properties of the interphase. A comparison of experimental and analytical results showed that the two studied mechanisms absorbed 25 percent of strain the energy release rate of all toughening mechanisms. Keywords: Facture toughness, CNT, analytical model.