پیش شبینی مدول یانگ نانوکامپوزیت اپوکسی/نانولوله کربنی ت کجداره با درنظر گرفتن جدایش سطحی بین فازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

2 دانشجو دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، پژوهشکده فناوری نو، گروه مواد پیشرفته، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، پژوهشکده فناوری نو، گروه مواد پیشرفته، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

4 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

چکیده

در این پژوهش به بررسی تجربی و عددی مدول یانگ اپوکسی تقویت شده با نانولوله کربنی تک جداره پرداخته شده است. در ابتدا، شبیه سازی المان محدود برای پیش بینی مدول الاستیسیته بدون در نظر گرفتن جدایش بین ماتریس و نانولوله کربنی صورت گرفت و مشاهده شد که نتایج این مدل با نتایج تجربی اختلاف زیادی دارد که دلیل آن فرض ناقص اتصال کامل ماتریس و نانولوله است. در مرحله بعدی با در نظر گرفتن جدایش،شبیه سازی انجام شد. با محاسبه تنشهای بحرانی جدایش و تعریف المان سطحی چسبنده در نرم افزارABAQUS مدول الاستیسیته محاسبه شد. در مرحله آخر با در نظر گرفتن انحنا در نانولوله های کربنی، شبی هسازی انجام شده و نتایج ارائه گردید. با مقایسه نتایج، مشاهده شد که مدل با فرض جدایش ماتریس و نانولوله بیشترین تطابق را با نتایج تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] I. Taraghi, A. Fereidoon, F. Taheri-Behrooz, Lowvelocity impact response of woven Kevlar/epoxy laminated composites reinforced with multi-walled carbon nanotubes at ambient and low temperatures, Materials & Design, 158-152 )2014( 53.
[2] T. Fornes, D. Paul, Modeling properties of nylon 6/ clay nanocomposites using composite theories, polymer,
5013-4993 )2003( 44.
[3] J.-J. Luo, I.M. Daniel, Characterization and modeling of mechanical behavior of polymer/clay nanocomposites, Composites science and technology, 1616-1607 )2003( 63.
[4] K. Hbaieb, Q. Wang, Y. Chia, B. Cotterell, Modelling stiffness of polymer/clay nanocomposites, Polymer, 48 909-901 )2007(.
[5] N. Sheng, M.C. Boyce, D.M. Parks, G. Rutledge, J. Abes, R. Cohen, Multiscale micromechanical modeling of polymer/clay nanocomposites and the effective clay particle, Polymer, 506-487 )2004( 45.
[6] K. Kalaitzidou, H. Fukushima, H. Miyagawa, L.T. Drzal, Flexural and tensile moduli of polypropylene nanocomposites and comparison of experimental data to Halpin Tsai and Tandon Weng models, Polymer Engineering & Science, 1803-1796 )2007( 47.
[7] D. Shia, C. Hui, S. Burnside, E. Giannelis, An interface model for the prediction of Young's modulus of layered silicate elastomer nanocomposites, Polymer Composites, 617-608 )1998( 19.
[8] L. Mishnaevsky, Micromechanical analysis of nanocomposites using 3D voxel based material model, Composites Science and Technology, -1167 )2012( 72 1177.
[9] G. Dai, L. Mishnaevsky, Damage evolution in nanoclay-reinforced polymers: a three-dimensional computational study, Composites Science and Technology, 77-67 )2013( 74.
[10] J.J. Karippal, H. Narasimha Murthy, K. Rai, M. Sreejith, M. Krishna, Study of mechanical properties of epoxy/glass/nanoclay hybrid composites, Journal ofComposite Materials, 1899-1893 )2011( 45.
[11] S. Saber-Samandari, A.A. Khatibi, D. Basic, An experimental study on clay/epoxy nanocomposites produced in a centrifuge, Composites Part B: Engineering, 107-102 )2007( 38. [12] S. Saber Samandari, A. Afaghi Khatibi, Evaluation of elastic modulus of polymer matrix nanocomposites, Polymer composites, )2007( 28 411-405.
[13] P. Spencer, J. Sweeney, Modeling of polymer clay nanocomposites for a multiscale approach Nano-and Micro-Mechanics of Polymer Blends and Composites ed J Karger-Kocsis and S Fakirov, in, Munich: Carl Hanser Verlag, 2009.
[14] J.N. Dastgerdi, G. Marquis, M. Salimi, Micromechanical modeling of nanocomposites considering debonding and waviness of reinforcements, Composite Structures, )2014( 110 6-1.
[15] J.N. Dastgerdi, G. Marquis, M. Salimi, Micromechanical modeling of nanocomposites considering debonding of reinforcements, Composites Science and Technology, 45-38 )2014( 93.
[16] J.-k. Chen, Z.-p. Huang, J. Zhu, Size effect of particles on thedamage dissipation in nanocomposites, Composites Science and Technology, )2007( 67 2996-2990.
[17] B. Lauke, Effect of particle size distribution on debonding energy and crack resistance of polymer composites, Computational Materials Science, 77 60-53 )2013(.
[18] A.S.D.o.M. Properties, Standard test method for tensile properties of plastics, in, American Society for Testing and Materials, 1996.
[19] Y. Dong, D. Bhattacharyya, A simple micromechanical approach to predict mechanical behaviour of polypropylene/organoclay nanocomposites based on representative volume element (RVE), Computational Materials Science, 49 8-1 )2010(.
[20] P. Lu, Y. Leong, P. Pallathadka, C. He, Effective moduli of nanoparticle reinforced composites considering interphase effectby extended doubleinclusion model–Theory and explicit expressions, International Journal of Engineering Science, 73
55-33 )2013(.
[21] J.-P. Salvetat, J.-M. Bonard, N. Thomson, A. Kulik, L. Forro, W. Benoit, L. Zuppiroli, Mechanical properties of carbonnanotubes, Applied Physics A, 69 260-255 )1999(.
[22] S. Saber-Samandari, A. Afaghi Khatibi, The effect of interphase on the elastic modulus of polymer based nanocomposites, in: Key Engineering Materials, Trans Tech Publ, 2006, pp. 204-199.
[23] S. Saber-Samandari, Polymer matrix nanocomposites, University of Melbourne, Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, 2005.
[24] M. Zappalorto, M. Salviato, M. Quaresimin, Influence of the interphase zone on the nanoparticle debonding stress, Composites Science and Technology, 55-49 )2011( 72.
[25] T. Okamatsu, Y. Yasuda, M. Ochi, Thermodynamic work of adhesion and peel adhesion energy of dimethoxysilyl terminated polypropylene oxide/epoxy resin system jointed with polymeric substrates, Journal ofapplied polymer science, 80 1930-1920 )2001(.
[26] J. Njuguna, Structural nanocomposites, Springer, 2013.
[27] M. Paiva, B. Zhou, K. Fernando, Y. Lin, J. Kennedy, Y.-P. Sun, Mechanical and morphological characterization of polymer–carbon nanocomposites from functionalized carbon nanotubes, Carbon, 42 2854-2849 )2004(.