تحليل نظري و تجربي تأثير افزودن نانولوله هاي كربني بين لايه هاي كامپوزيت‌هاي پليمري در چقرمگي بين لايه اي: رهيافت چند مقياسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

يكي از چالش¬هاي استفاده از كامپوزيت¬هاي لايه¬اي در كاربردهاي سازه¬اي خواص برون صفحه ضعيف اين دسته از كامپوزيت¬ها است. از اين‌رو افزايش چقرمگي و استحكام بين¬لايه¬اي براي مقابله با آسيب¬هاي بين¬لايه¬اي نظير ايجاد و رشد تورق مورد توجه محققان قرار گرفته است. يكي از روش¬هاي اخير براي دستيابي به اين هدف استفاده از نانولوله¬ها در بين لايه¬ها است. بنابراين با توجه به كاربردهاي رو به رشد نانوكامپوزيت¬ها، در اين رساله بررسي چقرمگي بين¬لايه¬اي كامپوزيت اپوكسي با اضافه نمودن نانولوله كربني مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به محدوديت¬هاي تحميل شده¬ي روش¬هاي تجربي در مطالعه¬هاي پارامتري از نظر تجهيزات و هزينه¬هاي در دسترس، رويكرد عددي مي‌تواند گزينه مناسبي باشد. در اين پژوهش از روش¬هاي عددي چند مقياسي بهره گرفته مي¬شود. در روش چند مقياسي، ورودي‌هاي مدل در هر مقياس از مقياس پايين‌تر و با توجه به فرضيه¬هاي در نظرگرفته شده، حاصل مي¬گردد. با توجه به فيزيك مسأله و تنوع مكانيزم‌هاي چقرمه¬كننده از جمله پل¬زني نانولوله و بيرون كشيدگي آن، مطالعه رفتار بين نانولوله و اپوكسي داراي اهميت است. اين هدف در مقياس نانو به روش ديناميك مولكولي انجام مي‌گردد. بنابراين آزمون بيرون كشيدن نانولوله از رزين اطراف با درنظرگرفتن حجمك نماينده مناسب شبيه‌سازي مي‌گردد. هدف از تحليل در مقياس ميكرو، مدل¬سازي مكانيزم¬هاي افزايش چقرمگي است. با مطالعه رفتار حجمك نماينده تحت بارگذاري ترك در مود اول ضمن بررسي تأثير برخي از پارامترها، ورودي¬هاي شبيه‌سازي در مقياس مزو تأمين مي¬گردد. در مقياس مزو، با بررسي اثر دور زدن ترك اطراف الياف شيشه، خواص المان چسبي براي مقياس بالاتر استخراج مي‌شود. در مقياس ماكرو براي بررسي چقرمگي شكست بين¬لايه¬اي آزمون‌هاي استاندارد نظير تيردولبه يك سر درگير به روش ناحيه چسبنده مدل¬سازي مي¬گردد. هم چنين اثر پل زي الياف شيشه به روش اضافه كردن الياف كمكي بين دو لايه در نظر گرفته مي‌شود. براي اعتبارسنجي نتايج عددي، نمونه استاندارد تقويت شده با نانولوله¬هاي كربني در آزمون استاندارد مورد بررسي قرار مي¬گيرد. نتايج آزمون تيردولبه نشان دهنده رشد در انرژي شكست اوليه و انرژي توسعه شكست با اضافه كردن نانولوله كربني است. به طوري كه با اضافه كردن 5/0 درصد نانولوله كربني انرژي شكست اوليه تا 25 درصد افزايش پيدا كرده است. مطالعه سطح ترك با ميكروسكوپ الكتروني روبشي، وجود مكانيزم‌هاي چقرمه‌كننده غالب از جمله پل زني و شكست نانولوله و بيرون كشيدگي آن را نشان مي‌دهد. در مقياس ميكرو، استفاده از مدل آسيب غيرمحلي بر روي رزين اپوكسي با توجه به اثر مكانيزم هاي چقرمه‌كننده نانولوله موجب پيش بيني بهتر سطح ترك شده است و اثرات محلي رشد ترك كاهش پيدا كرده است. در اين رساله اثرات مكانيزم‌هاي چقرمه‌كننده از جمله پل‌زني نانولوله و پل‌زني الياف با رويكرد چند مقياسي به صورت همزمان ديده شده است.

220995

طراحي جامدات

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان