28124

تاثير جهت دهي نانو لوله هاي كربني چند ديواره در راستاهاي مختلف بر رفتار شكست اتصالات چسبي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1401/12/16

هادي خرمي شاد

مكانيك

با¬توجه¬به كاربرد فراوان اتصالات چسبي محققين همواره در پي تقويت اين نوع اتصالات با روش‌هايي مانند افزودن ذرات نانو به چسب بوده¬اند. با افزودن ذرات نانو، لايه چسب تبديل به‌نوعي نانوكامپوزيت خواهدشد. در اين پژوهش تأثير تقويت نانوكامپوزيت با ذرات هيبريدي MWCNT-Fe3O4 و نقش كيفيت پخش¬شدگي اين ذرات، بررسي شد. با جهت‌دهي ذرات نانو مي¬توان خواص نانوكامپوزيت را بهبود بخشيد. به همين دليل تأثير جهت¬دهي ذرات هيبريدي MWCNT-Fe3O4 در راستاهاي 0°، 45° و 90° براي يافتن بهترين راستا در اتصالات چسبي موردبررسي قرار گرفت. كيفيت توزيع ذرات در محيط اپوكسي تأثير فراواني در بهبود خواص نانوكامپوزيت دارد. ازاين‌رو براي دست¬يابي به بهترين حالت پخش‌شدگي نانوذرات در محيط رزين اپوكسي، زمان و توان‌هاي مختلف امواج فراصوت بررسي و توان و زمان W 240 و min 15 به‌عنوان مقدار بهينه، همچنين از پنج حلال مختلف استفاده شد كه حلال كلروفرم به‌عنوان مناسب¬ترين حلال انتخاب شد. به¬منظور بررسي تأثير جهت‌دهي ذرات هيبريدي MWCNT-Fe3O4 در تقويت خواص مكانيكي اتصالات چسبي، از سه نوع آزمون تير دولبه يكسرگيردار (DCB) ، خمش با انتهاي شكاف¬دار (ENF) و خمش مود تركيبي (MMB) استفاده شد. بيشترين بهبود در بيشينه نيرو در تمامي مودهاي بارگذاري در حالتي كه ذرات در راستاي 90^° جهت¬دهي شدند به دست آمد. بيشترين افزايش بيشينه نيرو در مقايسه با نمونه تقويت نشده در مودهاي بارگذاري يك، دو و تركيبي يك و دو به ترتيب 60%، 45% و 31% بود. بيشترين مقدار افزايش انرژي شكست در مقايسه با نمونه¬هاي تقويت نشده در مودهاي بارگذاري يك، دو و تركيبي يك و دو به ترتيب 135٫5%، 221٫4% و 36٫93% به دست آمد. سطوح شكست به كمك تصاوير FESEM بررسي و ميكرو-مكانيزم‌هاي شكست در آن مشخص شدند. جهت صحت¬سنجي نتايج آزمايشگاهي از روش مدل ناحيه چسبنده براي شبيه‌سازي عددي تمامي نمونه‌هاي اتصال چسبي استفاده شد و نمودارهاي نيرو-جابه¬جايي استخراج‌شده از حل عددي، با دقت مناسبي منطق بر نمودارهاي استخراج‌شده از نتايج آزمايشگاهي به دست آمدند.

1401/12/24

The effect of aligning multi-walled carbon nanotubes in different directions on the fracture behavior of adhesive joints

3/6/2024 12:00:00 AM

Considering the widespread use of adhesive joints, the researchers worked on strengthening this type of joint using methods such as the addition of nanoparticles to adhesive. By adding nanoparticles, the adhesive layer becomes a kind of nanocomposite. In this study, the effect of reinforcing nanocomposites with MWCNT-Fe3O4 hybrid nanofillers and the role of the dispersion quality of these nanofillers were investigated. The properties of nanocomposites can be improved by aligning nanofillers. Thus, the effect of the alignment of the MWCNT-FE3O4 hybrid particles in the 0°, 45° and 90° directions was investigated to find the best orientation in adhesive joints. The nanofillers dispersion quality in epoxy resin has a great influence on improving the properties of nanocomposites. To achieve the best dispersion of nanofillers, various sonication powers and times were studied, and 240 W and 15 min power and time were selected as optimal values. Also, five different solvents were used and chloroform was selected as the most suitable solvent. To investigate the effect of the alignment of the MWCNT-Fe3O4 hybrid nanofillers on improvement of the mechanical properties of the adhesive joint, three types of tests including double cantilever beam (DCB), end-notched flexure (ENF) and mixed mode bending (MMB) were used. The highest increase in the maximum load in all loading modes was obtained when the nanofillers were aligned in the 90° direction. The most improvement in the maximum load compared to the non-reinforced sample under modes I, II, and I+II loading, was 60%, 45%, and 31%, respectively. Also, the highest increase in fracture energy compared to the non-reinforced samples in modes I, II, and I+II were obtained, as 135.5%, 221.4%, and 36.93%, respectively. The fracture surfaces were studied using FESEM micrographs and the fracture micro-mechanisms were determined. To validate the experimental results, the cohesive zone model method was used for the numerical simulation of all the adhesive joint samples. The load-displacement diagrams determined from the numerical solution were obtained with appropriate accuracy on the diagrams extracted from the experimental results.

اتصالات چسبي , نانوكامپوزيت , جهت‌دهي نانوذرات , مدل ناحيه چسبنده

Adhesive joints , Nanocomposite , Align nanoparticles , Cohesive zone model

Yousef Ghanbari

Dr. H. Khoramishad