بررسی تجربی، عددی و تحلیلی میکروسختی نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن

در مقاله حاضر، اثر درصد نانو‌ذرات خاک رس و کربنات کلسیم بر میکروسختی نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن با انجام آزمون ویکرز مورد بررسی قرار گرفته است. برای مقایسه با نتایج تجربی، یک مدل سه بعدی اجزای محدود آزمون ویکرز نیز در کد آباکوس شبیه‌سازی شده است. به‌منظور پیش‌بینی تغییر شکل پلاستیک کامپوزیت پلیمری، از معیار تسلیم دراگر-پراگر استفاده شده است. ضرایب دراگر-پراگر با انجام آزمون‌های کشش و فشار به‌صورت مجزا تعیین شده و در مدل عددی وارد شده است. دو فرض جریان پتانسیل وابسته و غیر وابسته در شبیه‌سازی در نظر گرفته شده است و زاویه اتساع مناسب با حداقل کردن خطای تجربی و عددی محاسبه شده است. در ادامه مدل‌های تحلیلی ماکرومکانیکی و میکرومکانیکی به‌منظور پیش‌بینی تاثیر نانوذرات بر سختی پلی‌پروپیلن بررسی شده است. هرچند نتایج نشان می‌دهند که مدل‌های تحلیلی قانون مخلوط‌ها و مارش دقت مناسبی دارند (حدود 10 درصد خطا)، اما می‌توان با انتخاب زاویه اتساع مناسب در روش عددی، به جواب‌های بسیار خوبی رسید (کمتر از 2 درصد). علاوه بر آن مشاهدات تجربی نشان می‌دهند، افزودن خاک رس و کربنات کلسیم باعث افزایش مدول الاستیسیته، تنش تسلیم کششی و فشاری و همچنین میکروسختی پلی‌پروپیلن می‌شود.