مدل سازی نانومکانیک و بررسی رفتار ضربه در سازه های نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله کربن

کشف نانولوله های کربن با خصوصیات و ویژگی های منحصر به فرد، ایده استفاده از این نانوسازه ها را در ساخت مواد و سازه های پیشرفته با خصوصیات ویژه جدید و قابل رقابت با مواد و حتی کامپوزیت های متداول ایجاد نموده است. این ایده در مهندسی مکانیک به مطالعه و تحقیق در زمینه قابلیت های استفاده از نانولوله های کربن به عنوان تقویت کننده در مواد گوناگون و در بارگذاری ها و شرایط مختلف منجر گردیده است. مشکلات موجود در ساخت کامپوزیت های نانولوله کربن و همچنین فقدان روش های ساخت و اندازه گیری مشخص که ناشی از ابعاد بسیار ریز این سازه هاست، استفاده از نتایج تحقیقات آزمایشگاهی را در طراحی هدفمند آنها با محدویت مواجه می نماید. از اینرو مدل سازی مواد نانوکامپوزیت با در نظر گرفتن ویژگی های اتمی آنها، به عنوان راهنمایی مناسب در طراحی نانوکامپوزیت ها مورد توجه قرار می گیرد. این مدل سازی ها می توانند در مقیاس مولکولی، با صرف هزینه محاسباتی زیاد و محدود کننده ای صورت گیرند، و یا در مقیاس بزرگتر و با دید محیط پیوسته، به کمک فرض های ساده کننده با دقتی کمتر ولی محاسبات سریع تر انجام شوند. در این میان اخیراً با بهره گیری از دقت روش های مولکولی و سرعت روش های محیط پیوسته، روش جدیدی در مدل سازی نانوکامپوزیت ها موسوم به مدل سازی چند مقیاسی به کار گرفته شده است. در پژوهش حاضر، با استفاده از روش های مدل سازی چند مقیاسی به تعیین رفتار استاتیکی (کشش) و همچنین رفتار ارتعاشی (فرکانس های طبیعی) نانولوله های کربن تک جداره پرداخته شده است، سپس با مدل سازی المان های حجمی نماینده از نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با انواع نانولوله ها با مقادیر حجمی متفاوت، رفتار کششی و ضربه این سازه ها مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی ها و تحلیل های استاتیکی و دینامیکی در این پژوهش با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus انجام گرفته اند. با توجه به قابلیت های مدل سازی ها و آنالیز های عددی، با ایجاد تغییر در ترکیب نانوکامپوزیت های مدل سازی شده، نقش پارامترهای مختلف طراحی نظیر مقدار حجمی، نوع و قطر نانولوله های موجود در آنها، بر رفتار استاتیکی و دینامیکی نانولوله های کربن و نانوکامپوزیت آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت ضمن تایید تقویت رفتار ضربه پلیمر به کمک استفاده از نانولوله کربن در ساختار آن، نقش پارامترهای مختلف طراحی در چگونگی کاهش انرژی ضربه مورد مطالعه قرار گرفته است.