مدل سازی چند مقیاسه رفتار غیرخطی کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانولوله کربنی تحت بارگذاری های مختلف

در این پژوهش یک مدل چندمقیاسه ی جدید برای تعیین رفتار غیرخطی کامپوزیت پلیمر/نانولوله ی کربنی پیشنهاد می گردد. نانولوله ی کربنی در مقیاس اتمی و بر اساس مکانیک ساختاری مولکولی اصلاح شده، و با استفاده از المان های تیر سه بعدی با مقطع عمومی مدل شد. المان تیر با مقطع عمومی سبب تمیز یافتن سفتی های خمشی درون صفحه ای و برون صفحه ای می گردد، به طوری که در این حالت، هندسه ی مقطع تیر و تعریف ماده ی آن، ترکیب می گردند. پتانسیل بین اتمی مورس اصلاح شده به منظور تعریف برهم کنش های اتمی در نانولوله ها، استفاده گشت. تعدادی از نانولوله های آرمچیر همراه با نانولوله های زیگزاگ هم قطرشان، تحت بارگذاری های کششی، پیچشی و خمشی قرار گرفتند تا خواص مکانیکی آنها در این شرایط بارگذاری حاصل شوند. مدول یانگ و نسبت پواسون، مدول برشی، و مدول یانگ موثر در خمش نانولوله ها، به ترتیب از شرایط بارگذاری کششی، پیچشی، و خمشی، محاسبه شدند. نتایج به دست آمده با نتایج موجود در ادبیات موضوع مقایسه شدند، که توافق خوبی را نشان دادند. پلیمر به صورت محیطی پیوسته در نظر گرفته شد، و مدل اجزای محدود سه بعدی آن با استفاده از المان های توپر و با در نظر گرفتن رفتار الاستوپلاستیک آن، ایجاد گشت. با استفاده از مدل سازی چندمقیاسه، المان حجمی نماینده از طریق جایگذاری نانولوله درون مدل پلیمر ایجاد شد. برهم کنش میان نانولوله و پلیمر اطراف آن به صورت نیروهای وان دروالس، تعریف شده توسط رابطه ی لنارد-جونز، در نظر گرفته شد، که با استفاده از المان های رابط غیرخطی در اباکس مدل شدند. المان حجمی نماینده در شرایط بارگذاری کششی، پیچشی و خمشی قرار گرفت تا ویژگی های مکانیکی آن استخراج گردد. مدول یانگ، مدول برشی، و مدول یانگ موثر در خمش نانوکامپوزیت، به ترتیب در شرایط بارگذاری کششی، پیچشی، و خمشی، محاسبه شده و تغییرات آنها نسبت به جزءهای حجمی مختلف نانولوله بررسی شدند. منحنی های تنش-کرنش حاصل از بارگذاری های کششی، پیچشی، و خمشی ارائه شدند. نتایج به دست آمده، بر بهبود چشمگیر ویژگی های مکانیکی نانوکامپوزیت نسبت به پلیمر خالص، اشاره نمودند.