-
شماره ركورد
28544
-
پديد آورنده
محمدحسين كريمي دونا
-
عنوان
ارائه مدل ميكرومكانيكي بهبود يافته براي پيش بيني خواص مكانيكي نانوكامپوزيتهاي زمينه الاستومري
-
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
-
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- جامدات
-
سال تحصيل
1396
-
تاريخ دفاع
1402/4/25
-
استاد راهنما
فتح اله طاهري بهروز - بيژن محمدي
-
دانشكده
دانشكده مهندسي مكانيك
-
چكيده
نانوكامپوزيت هاي الاستومري دسته اي از مواد كامپوزيتي زمينه پليمري هستند كه در آنها با به كارگيري نانوذرات بسياري از خواص فيزيكي از جمله خواص مكانيكي ماده الاستومري بهبود مي يابد. هدف از اين رساله بهبود روش هاي ميكرومكانيك كلاسيك به منظور پيش بيني مدول الاستيك و همچنين رفتار تنش-كرنش نانو كامپوزيت هاي الاستومري مي باشد. براي اين منظور با استفاده از مفهوم كرنش ويژه در نانوذرات و ماده زمينه، روابط اشلبي كه در ابتدا با هدف مدلسازي عيوب ساختاري جامدات توسعه يافت ارتقا مي يابد. در همين راستا مدل هاي تحليلي موري-تاناكا و مدل خودسازگار براي سيستم هاي دوفازي بر مبناي مدل اصلاح شده ذره معادل اشلبي مجددا استخراج مي شوند. همچنين يك كد كامپيوتري با استفاده از MATLAB به منظور پيش بيني خواص الاستيك موثر كه از مدل هاي اصلاح شده بهره مي برد توسعه يافته است تا مقايسه اي ميان نتايج مدل جديد، مدل هاي قديمي متناظر و برخي مدل هاي تحليلي مرتبط از جمله مدل هشين-اشتريكمان حاصل شود. در اين تحقيق علاوه بر نانوذرات كروي و استوانه اي شكل، ذرات بسط يافته گرافيتي با در نظر گرفتن فاكتورهاي جديد شامل قطر ذرات اوليه، نسبت حجم و نسبت منظري واقعي مورد بررسي قرار گرفته اند. همچنين مدل ساختاري-ميكرومكانيكي بهبوديافته با استفاده از تئوري افزايشي جهت پيش بيني رفتار تنش-كرنش نمونه كامپوزيت الاستومري تقويت شده با ذرات بسط يافته گرافيتي ارائه گرديد. همچنين خواص الاستيك ناحيه مياني با استفاده از روش ديناميك مولكولي و تابع پتانسيل COMPASS ارزيابي گرديد. در بخش تجربي اين تحقيق نمونه هايي از الاستومر وايتون خالص و تقويت شده با استفاده از ذرات كربن سياه (5wt% , 10wt%) و ذرات بسط يافته گرافيتي (1wt%) ساخته شده و در شرايط استاندارد تحت آزمون كشش قرار گرفتند. بررسي نتايج نشان داده است مدل هاي ميكرومكانيكي توسعه يافته مي توانند خواص الاستيك و رفتار تنش-كرنش ماده را در مقايسه با مدل هاي پيشين با دقت بهتري پيش بيني نمايد. همچنين ذرات بسط يافته گرافيتي در مقايسه با كربن سياه علاوه بر مدول يانگ، استحكام نهايي و كرنش نهايي الاستومر را به نحو قابل توجهي حتي در نسبت وزني اندك ارتقا داده اند.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1402/05/02
-
عنوان به انگليسي
The modified micromechanical model development to predict the mechanical properties of elastomeric nanocomposites
-
تاريخ بهره برداري
7/15/2024 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدحسين كريمي دونا
-
چكيده به لاتين
Elastomeric nanocomposites are a group of polymer-based composite materials in which many physical properties, including the mechanical properties of the elastomer material, are improved by using nanoparticles. This thesis aims to improve classic micromechanical methods to predict the elastic modulus as well as the stress-strain behavior of elastomeric nanocomposites. For this purpose, by using the concept of eigen-strain in nanoparticles and matrix, the Eshelby model, which was initially developed to model the micro-structural defects of solids, is improved. The Mori-Tanaka analytical and self-consistent models for two-phase systems are re-extracted based on the modified Eshelby equivalent inclusion model. Also, a computer code has been developed using MATLAB program to predict the effective elastic properties that use the modified models to compare the results of the new model, the conventional models, and the other related analytical models including the Hashin-Shtrikman model. In this research, in addition to spherical and cylindrical nanoparticles, expanded graphite particles have been investigated by considering new factors including the diameter of primary particles, volume ratio, and real aspect ratio. Also, an improved constitutive-micromechanical model was developed using incremental theory to predict the stress-strain behavior of the elastomeric composite specimen reinforced with expanded graphite particles. Also, the elastic properties of the interphase region were evaluated using the molecular dynamics method and the COMPASS potential function. In the experimental program of this research, specimens of pure fluoroelastomer reinforced using carbon black particles (5wt%, 10wt%) and expanded graphite particles (1wt%) were fabricated and subjected to a tensile test under standard conditions. The results have shown that the developed micromechanical models can predict the material's elastic properties and stress-strain behavior with better accuracy than the previous models. Also, compared to carbon black, expanded graphite particles have significantly improved the final strength and elongation at the break of the elastomer, in addition to Young's modulus, even at a small weight fraction.
-
كليدواژه هاي فارسي
ميكرومكانيك , نانوكامپوزيت هاي پليمري , الاستومر , ذره بسط يافته گرافيتي
-
كليدواژه هاي لاتين
micromechanics , polymer nanocomposites , elastomer , expanded graphite particle
-
Author
Mohammad Hossein Karimi
-
SuperVisor
Dr. Fathollah Taheri Behrooz
-
لينک به اين مدرک :