عنوان مقاله :
تحليل تنش‌هاي پسماند حرارتي پليمر تقويت‌شده با نانولوله‌هاي كربني با استفاده از يك مدل نيمه‌پيوسته متقارن چرخه‌اي
عنوان به زبان ديگر :
Thermal Residual Stress Analysis of CNTs Reinforced Polymer Using a Cyclic Symmetry Semi-Continuum Model
پديد آورندگان :
عباسي، علي دانشگاه آزاد اسلامي، واحد علوم و تحقيقات - دانشكده فني و مهندسي - گروه مهندسي هوافضا، تهران , مندعلي، مهدي دانشگاه آزاد اسلامي، واحد علوم و تحقيقات - دانشكده فني و مهندسي - گروه مهندسي هوافضا، تهران
كليدواژه :
نانولوله كربني , تنش پسماندحرارتي , مدل نيمه‌پيوسته , شرط مرزي متقارن چرخه‌اي
چكيده فارسي :
در اين پژوهش رفتار مكانيكي- حرارتي پليمرهاي تقويت‌شده با نانولوله كربني ساده با استفاده از يك روش تحليلي مبتني بر مدل‌سازي مكانيك نيمه‌پيوسته مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور يك المان حجمي نماينده از پليمر تقويت‌شده با نانولوله استوانه‌اي شكل با تقارن چرخه‌اي استفاده مي‌شود كه در آن تقويت‌كننده نانولوله در مقياس نانو و پليمر اطرافش به‌صورت محيط پيوسته مدل شده‌اند. واردنمودن شرايط متقارن چرخه‌اي در فرآيند حل مساله سبب هماهنگي هرچه بيشتر نتايج تحليلي با شرايط واقعي مي‌شود. فاز مياني بين نانولوله و پليمر نيز با تنش‌هاي بين سطحي و خواص مكانيكي برگرفته از اثر نيروهاي واندروالسي موثر بين اتم‌هاي نانولوله و پليمر مدل‌سازي مي‌شود. به‌طور كلي تنش‌هاي پسماند حرارتي در نانوكامپوزيت‌هاي پليمري به‌دليل اختلاف قابل توجه بين ضريب انبساط پليمر و نانولوله به وجود مي‌آيد. در مقاله حاضر ابتدا مدل‌سازي نيمه‌پيوسته توضيح داده شده است و سپس نقش برخي پارامترهاي موثر بر تنش‌هاي پسماند حرارتي نظير نسبت حجمي، نسبت منظري و دما مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه بر اساس برخي از تحقيقات موجود درمقياس ماكرو به نظر مي‌رسد كه افزودن نانولوله‌ها به پليمر سبب كاهش ضريب انبساط نانوكامپوزيت و در نتيجه كاهش تنش‌هاي پسماند حرارتي آن خواهد بود، لكن نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه با انتخاب نامناسب برخي پارامترها نظير نسبت حجمي و منظري نانولوله و نيز تغيير دما، تنش‌هاي پسماند حرارتي بين نانولوله و پليمر زياد مي‌شود كه اين امر مي‌تواند باعث تضعيف استحكام نهايي ماده پليمري شود.
چكيده لاتين :
In this research, the thermo-mechanical behavior of SWCNTs reinforced polymer has been
characterized using an analytical method based on semi-continuum modeling. For this reason,
a representative volume element of CNT reinforced polymer with cyclic symmetry boundary
condition is used while the nanotube reinforcement is modeled in nanoscale and its surrounding
polymer is considered as a continuum environment. Applying the cyclic symmetry boundary
conditions in the problem-solving procedure causes satisfactory agreement between the results
of the analytical method and the actual conditions. The interphase between the nanotube and
polymer is also modeled using the cohesive stresses and the mechanical properties extracted
from the Vander-Waals forces between the atoms of nanotube and polymer. In general, the
thermal residual stresses in polymer/CNT nanocomposites can occur due to the significant
differences between the thermal expansion coefficient of polymer and CNT. In the present
paper, the semi-continuum modeling has been firstly explained and then the role of some
effective parameters such as volume fraction, aspect ratio, and temperature change on the
residual thermal stresses has been studied. Although, based on some available researches
in macro scale, it seems that adding the CNTs to polymer leads to decreasing the thermal
expansion of nanocomposite and consequently decreasing its thermal residual stresses.
However, the results of this paper show that by inappropriate selection of some parameters
such as the volume fraction and aspect ratio of nanotubes and also the temperature change, the
residual thermal stresses increase between the polymer and nanotube which it can weaken the
material strength.
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك مدرس
