عنوان

شبیه سازی المان محدود رفتارکشسانی نانوکامپوزیت های هیبریدی پایه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه و نانوذرات کربنات کلسیم

‭۲۸۶۳پ‬

per

شبیه سازی المان محدود رفتارکشسانی نانوکامپوزیت های هیبریدی پایه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه و نانوذرات کربنات کلسیم

/مینودخت شکریان

: فنی و مهندسی مکانیک

‮‭۹۲‬ص‬

چاپی

کارشناسی‌ارشد

مهندسی مکانیک ساخت و تولید

‮‭۱۳۹۳/۰۶/۲۵‬

تبریز

برای بهبود عملکرد محصولات پلیمری بطور گسترده از تقویت‌صکننده‌صها با ساختارصهای مختلف استفاده شده است .اخیرا توجه محققین و صنعتگران معطوف به بکارگیری الیاف میکرونی و همچنین نانوذرات معدنی شده است .برای تقویت پلیمرها می‌صتوان بطور همزمان از الیاف میکرونی به‌صهمراه ذرات نانویی استفاده کرد .مشخصه ی اصلی این نانوکامپوزیت‌صهای هیبریدی، اثر هم‌صافزایی تقویت کننده-ها است که "‮‭"hybrid effect‬ نامیده می شود .سختی‌صها و هزینه‌صهای بالاصی آزمایشات تجربی به منظوردست‌صیابی به شرایط و فرمولاسیون بهینه، مدل‌صهای میکرومکانیکی و مدلسازی‌ص‍ عددی را جایگزین خوبی برای آنها کرده است .مدل‌صهای میکرومکانیکی متعددی برای پیش‌صبینی خواص کشسانی گزارش شده است، اما مدل‌صهای میکرومکانیکی اخیر قادر نیستند فازها و مکانیزم‌صها، از جمله ویژگی‌صهای میان‌صفاز و چسبندگی پرکننده به پلیمر را با جزئیات دقیق در مدلسازی، لحاظ کنند .ازسوی دیگر روش المان محدود ‮‭(FEM)‬ می‌صتواند رفتار کامپوزیت‌صهای محتوی پرکننده را دقیق‌صتر مدلسازی کند .در این تحقیق رفتار کشسانی نانوکامپوزیت هیبریدی پایه پلیمری محتوی الیاف شیشه میکرونی کوتاه و نانوذرات ‮‭CaCO۳‬ شبیه‌صسازی المان محدود می‌صشود .برای این منظور از روش ص‌تحلیل المان محدود دوصمرحله ای در نرم‌صافزار ‮‭ANSYS‬ استفاده شده است .در این روش همانند روند تهیه کامپوزیت هیبریدی، درگام اول، نانوکامپوزیت پلیمر خالص ‮‭/CaCO۳‬تحلیل می‌صشود .در گام دوم نتایج نانوکامپوزیت حاصل از گام اول به عنوان داده‌صی ورودی ماده زمینه موثر در نظر گرفته‌صشده و سپس اثر الیاف کوتاه شیشه بر خواص ماتریس موثر ارزیابی می‌صشود .شبیه‌صسازی رفتار کشسانی نانوکامپوزیت‌صها نشان می‌صدهد، ضخامت و ویژگی‌صهای لایه میان‌صفازی تاثیر قابل‌صتوجه در بهبود مدول کششی کامپوزیت دارد، اما استحکام کششی را کمتر تحت تاثیر قرار می‌صدهد .خوشه‌صای شدن نانوذرات نیز می‌صتواند عامل بهبود عملکرد کشسانی کامپوزیت‌صها باشد .استفاده از داده‌صهای بلورینگی در تخمین ضخامت میان‌صفاز در مقایسه با شبیه‌صسازی‌صهای ‮‭FE‬ قبلی، نتایج شبیه‌صسازی را به رفتار واقعی نانوکامپوزیت نزدیک-تر می‌صکند .مدول کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه در راستای طولی بیشتر از راستای عرضی است .استحکام کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف ناپیوسته شیشه شدیدا متاثر از چسبندگی فصل‌صمشترک و نیز راستای بارگذاری می‌صباشد .مقایسه‌صی نتایج شبیه‌صسازی با نتایج تجربی، آشکار کرده است، روش دو مرحله‌صای توانایی پیش‌صبینی مدول و استحکام نانوکامپوزیت هیبریدی را بترتیب با خطای متوسط ‮‭۸۶/۲۲‬ و ‮‭۲۵/۱۷‬ دارد .متوسط خطای پیش بینی‍ مدول با روش‍ پیشنهادی، در مقایسه با مدل میکرومکانیکی‮‭RoHM‬ ، تقریبا نصف است

micromechanical model. -step FEM can predict tensile modulus and tensile strength of hybrid composites with 22.86 and 17.25 deviations respectivly. Meanwhile, the average modulus deviation of the proposed method is nearly half when compared to Rule of Hybrid Mixture (RoHM) -interphase thickness caused the simulation results to get closer to the experimental results in the term of tensile properties. Fibrous composite simulation demonstrated the glass fiber reinforced composite has higher tensile modulus in longitudinal direction than transverse direction. Moreover, the tensile strength of composite reinforced by short glass fiber is strongly affected by interfacial adhesion as well as loading direction. Comparison between the FE and the experimental results indicated that two-short glass fiber (SGF) is investigated using a twostep FE analysis. ANSYS software was employed in this research. Similar to the stages which conducted in the experimental compounding process of hybrid composite, at the first step, the tensile properties of neat polymer/CaCO3 nanocomposite is modelled. At the second step, the corresponding nanocomposite is considered as an effective matrix and then the effect of SGF inclusion on resultant effective matrix is evaluated. The simulation of nanocomposites indicated the thickness and properties of interphase layer have strong effects on the modulus, but they have slight effects on the tensile strength. Moreover, the clustering of nanoparticles can lead to the improvements in the tensile performances of nanocomposites. Using crystallinity data for modeling nano-CaCO3 particle and micro-scale hybrid nanocomposite containing nano-scale reinforced composites more accurately. In this research the tensile behavior of polymer based multi-Abstract A variety of reinforcements with different structures have been widely incorporated. Recently, researchers and industry practitioners have focused on the applications of microfibers and nanoparticles. In order to reinforce the performances of polymers, microfibers and mineral nanoparticles can be used synchronously. The main property of these hybrid nanocomposites is the synergy effect of the ingredients that is called "hybrid effect". Due to difficulties and high cost involved in experimental characterizations to access the optimal conditions and formulations, the micromechanical and numerical models are getting more attractive as the experimental alternatives. Despite the existence of numerous micromechanical models in predicting tensile properties, these models are unable to precisely consider different phases and mechanisms as well as interphase properties and interface adhesion. On the other hand, finite element method (FEM) can model multi

شکریان، مینودخت

نوید چاخرلو، تاج بخش، استاد راهنما

شلش نژاد، کریم، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی