مدل‌سازي سفتي نانوكامپوزيت گرافن/اپوكسي با توزيع تصادفي گرافن و با استفاده از مدل تركيبي ديناميك‌مولكولي-مايكرومكانيك

Modeling of stiffness of graphene/epoxy nanocomposites with randomly distributed graphene using a combined molecular dynamics-micromechanics method

در اين پژوهش با تركيب روش‌هاي ديناميك‌ مولكولي و مايكرومكانيك، مدلي جديد براي مدل‌سازي سفتي نانوكامپوزيت‌ گرافن/اپوكسي با توزيع تصادفي ارايه گرديد. به دليل محدوديت نرم‌افزار ديناميك مولكولي، قابليت مدل‌سازي نانوكامپوزيت با ابعاد واقعي صفحه گرافن وجود ندارد. بدين منظور چندين ساختار مختلف المان حجمي معرف حاوي تك‌لايه گرافن با مساحت دلخواه، محصور در محيط اپوكسي در نرم‌افزار مدل شده و سفتي طولي، عرضي و در جهت ضخامت المان حجمي معرف نانوكامپوزيت محاسبه شد. سپس با برازش منحني سفتي بر حسب ابعاد نانوذره، سفتي المان حجمي معرف حاوي گرافن با ابعاد واقعي پيش‌بيني شد. براي لحاظ كردن تاثير توزيع تصادفي صفحات گرافن درون پليمر بر روي سفتي نانوكامپوزيت، از روابط مايكرومكانيك استفاده گرديد. روش فوق، مدل تركيبي ديناميك‌مولكولي-مايكرومكانيك ناميده شده است. براي اعتبارسنجي مدل، آزمايش انجام شد. نتايج مدل ارايه شده جديد، تطابق مناسب با نتايج آزمايشگاهي دارد.

By combining the molecular dynamics and micromechanics methods, a new approach is presented. The molecular dynamics method is used to model the stiffness of the graphene/epoxy nanocomposites containing one layer of nano graphene embedded in epoxy resin. Three representative volume elements (RVE) are selected and the longitudinal, transverse and normal stiffnessesof RVEs with arbitrary graphene size are simulated. The best curve is fitted to each stiffness diagram and stiffnesses of the RVE in three directions with true graphene size are investigated. In order to consider the effect of randomly graphene sheets distribution in epoxy resin, micromechanical approach is used. Finally, the stiffness of the nanocomposites with randomly distributed graphene is calculated. An experimental program is conducted. The result of the modeling is well agreed with the experimental data.