پيش بيني استحكام نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي با روش چند مقياسي

دكتري

هدف اصلي اين رساله ارائه روشي چند مقياسي به منظور محاسبه استحكام نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي است. از آنجايي كه در مقياس نانو پديده¬هاي ناشناخته و پيچيده زيادي وجود دارد و همچنين اغلب روش¬هاي موفق در نانومكانيك برگرفته از روش¬هاي ميكرومكانيك است، شروع كار اين پژوهش از توسعه روش¬هاي ميكرومكانيك آغاز مي¬شود. در گام نخست روشي به نام كامپوزيت لايه¬اي معادل (LA) به گونه¬اي توسعه يافت كه مي¬توان به كمك آن سفتي كامپوزيت حاوي الياف كوتاه با توزيع تصادفي دو بعدي را محاسبه نمود. با قرار دادن اين روش در الگوريتم تخريب پيش¬رونده، نمودار تنش-كرنش كامپوزيت تا تخريب نهايي و در نتيجه استحكام آن محاسبه شد. در اين الگوريتم مقدار لازم جهت تقليل خواص مكانيكي در هر مرحله نموي با توجه به مود¬هاي تخريب كامپوزيت تعيين مي¬شود. در گام بعد، روش كامپوزيت لايه¬اي معادل (LA) به منظور مدل كردن كامپوزيت حاوي الياف كوتاه با توزيع سه بعديِ تصادفي توسعه يافت. با تركيب روش¬هاي كامپوزيت لايه¬اي معادل و موري-تاناكا، روشي موسوم به MT-LA ارائه شد كه به كمك آن مي¬توان كامپوزيت حاوي تقويت كننده¬هاي صفحه¬اي را مدل‌سازي كرد. به منظور آماده كردن روش MT-LA جهت مدل¬سازي دقيقتر، نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي با استفاده از شبيه¬سازي ديناميك مولكولي مورد تحليل قرار گرفت. نتايج اين شبيه سازي نشان داد كه پليمر تا فاصله¬اي مشخص از دو طرف گرافن داراي خواصي متفاوت از پليمر خالص است. اين ناحيه به عنوان فاز مياني در نظر گرفته شد. همچنين در اين شبيه¬سازي نشان داده شد كه سفتي طولي گرافن محصور در پليمر با سفتي گرافن مجزا متفاوت است. با تركيب نتايج ديناميك مولكولي و روش ميكرومكانيك هالپين-تساي، رابطه¬اي استخراج شد كه به كمك آن سفتي طولي گرافن محصور در پليمر برحسب طول گرافن محاسبه شد. به منظور لحاظ كردن يافته¬هاي شبيه-سازي ديناميك مولكولي در روش MT-LA، اين روش به حالت سه فازي توسعه يافت. با قرار دادن اين روشِ توسعه يافته در يك الگوريتم تخريب پيش¬رونده نمودار تنش-كرنش نانوكامپوزيت تا لحظه شكستِ نهايي پيش‌بيني گرديد. مقايسه نتايج حاصل از اين روش با نتايج تجربي موجود در مقالات نشان از دقت مناسب آن در محاسبه سفتي و استحكام نانوكامپوزيت تقويت شده با نانو ذرات گرافن دارد. كلمات كليدي: نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي، استحكام، تخريب پيش¬رونده، روش چندمقياسي، ديناميك مولكولي

190612

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر محمود مهرداد شكريه