بررسي اثر نسبت منظري نانولوله هاي كربني روي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت پليمري

Study of Aspect Ratio Effect on Mechanical Properties Polymer/NanoComposite

در اين مقاله خواص مكانيكي نانوكامپوزيت تقويت شده با نانولوله كربني با استفاده المان حجمي نماينده ي مربعي بر اساس مكانيك محيط پيوسته و روش المان محدود به‌دست آمده است. براي اين كار ابتدا با استفاده از تيوري الاستيسيته روابط لازم براي به‌دست آوردن خواص موثر نانوكامپوزيت از حل المان حجمي نماينده تحت دو نوع بارگذاري استخراج شده است. سپس اثرات نسبت منظري نانولوله ي كربني بر روي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت به‌دست آمده است. نتايج نشان مي دهد كه افزايش نسبت منظري نانولوله كربني باعث افزايش مدول يانگ نانوكامپوزيت در جهت الياف و كاهش مدول يانگ در جهت عرضي مي شود. همچنين افزايش نسبت منظري نانولوله كربني باعث افزايش نسبت پواسون در صفحه ي xz و كاهش نسبت پواسون در صفحه ي xy مي شود.

Carbon nanotubes (CNTs) demonstrate unusually high stiffness, strength and resilience, and are therefore an ideal reinforcing material for nanocomposites. However, much work has to be done before the potentials of CNT-based composites can be fully realized. Evaluating the effective material properties of such nanoscale materials is a very difficult tasks. Simulations using molecular dynamics and continuum mechanics models can play significant roles in this development. Currently, the continuum approach seems to be the only feasible approach for such large scale analysis. In this paper, effective mechanical properties of CNT-based composites are evaluated using a square representative volume element (RVE) based on the continuum mechanics and Finite Element Method (FEM). Formulas are derived based on the elasticity theory to extract the effective material constants from solutions for the square RVEs under two load cases. Next, CNT aspect ratio effects on the nanocomposite mechanical properties are investigated. Results indicate that increasing CNT aspect ratio results in an increase in nanocomposite longitudinal modulus and a decrease in nanocomposite transverse modulus. Also, increasing the CNT aspect ratio resulted in a decrease in nanocomposite Poisson’s ratio in the x-y plane and an increase in nanocomposite Poisson’s ratio in the x-z plane.