بررسي تئوري، عددي و تجربي خزش در نانوكامپوزيت‌هاي گرافن/اپوكسي

دكتري

وقتي مقادير كمي از صفحات نازك گرافن بطور مناسب در يك پليمر پخش ‌شوند، مي‌توانند بعضي از خواص مكانيكي آن را بطور خاصي بهبود دهند. بعنوان مثال حضور گرافن در يك زمينه پليمري، خواص خزشي آن را بطور جدي تغيير مي‌دهد. با توجه به خلا‌هاي تحقيقاتي در اين زمينه، هدف از انجام تحقيق حاضر پيش‌بيني رفتار خزشي نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي مي‌باشد. تحقيق حاضر شامل فعاليت‌هاي آزمايشگاهي، تحليلي و عددي است. براي ارزيابي مدل‌هاي تحليلي و عددي ارائه شده در اين تحقيق، مطالعه آزمايشگاهي طراحي و انجام شده است. با مقايسه نتايج مدل‌هاي تحليلي و عددي با آزمايش ميزان دقت و اعتبار هر روش بررسي شده است. در بررسي‌هاي آزمايشگاهي مشاهده شد كه افزودن گرافن به اپوكسي با درصدوزني هاي 1/0، 25/0، 5/0 و 1 به ترتيب 16، 28، 32 و 11 درصد مقاومت خزشي اپوكسي را در بازه زماني سي دقيقه افزايش مي‌دهد. در بخش فعاليت تحليلي، براي اولين بار مدل‌هاي تحليلي مايكرومكانيكي هالپين-تساي و موري-تاناكا جهت استخراج خواص خزشي توسعه داده شده‌اند. روش ارائه شده قادر به پيش‌بيني كرنش خزشي كل نانوكامپوزيت پليمري تقويت‌شده با نانوصفحه گرافن مي‌باشد. در روش حاضر با دانستن مدول خزشي پليمر اپوكسي و خواص الاستيك نانوصفحات گرافن، مدول خزشي نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي پيش‌بيني شده و كرنش خزشي كل نانوكامپوزيت بدست مي‌آيد. نتايج آزمايش‌هاي انجام شده نشان دهنده دقت بالاتر مدل اصلاح شده هالپين-تساي در درصد وزني‌هاي پايين‌تر (كمتر از 25/0) در مقايسه با مدل اصلاح شده موري-تاناكا مي‌باشد، در حاليكه نتايج مدل اصلاح شده موري-تاناكا در درصد وزني‌هاي بالاتر (بيشتر از 25/0) معتبرتر مي‌باشد. در قسمت فعاليت عددي، يك روش تركيبي از روش‌هاي اجزاي محدود و مايكرومكانيك نيز در تحقيق حاضر ارايه گرديده است. با در نظر گرفتن پيوندهاي شيميايي بصورت تير و اتصال دهنده‌هاي مكانيكي، خواص خزشي نانوكامپوزيت در نرم‌افزار اجزاي محدود مدل‌سازي و استخراج شده است. با ارايه اين روش، براي اولين بار مدل‌سازي عددي خزش بر روي المان حجمي معرف از نانوكامپوزيت صورت گرفته است. روش ارائه شده مدول خزشي و كرنش كل نانوكامپوزيت را با درنظر گرفتن توزيع تصادفي صفحات گرافن پيش‌بيني مي‌كند. فاز مياني بين گرافن و پليمر در مدل‌سازي اجزاي محدود لحاظ شده و اين باعث بالا رفتن دقت مدل‌سازي شده است. نتايج حاصل از روش ارائه شده با نتايج آزمايش مقايسه شده و خطاي 5/7 درصدي گزارش شد. اين مقدار خطا نشان دهنده دقت روش ارائه شده و فرضيات حاكم بر مدل‌سازي مي‌باشد.

192801

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر محمودمهرداد شكريه - دكتر فتح اله طاهري