مدل سازي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت سيمان – نانولوله هاي كربني (Cement-CNT) با روش ميكرومكانيكال

Modeling of Cement-CNT Nanocomposites Mechanical Properties by Micromechanical Method

در این تحقیق خواص مكانیكی نانوكامپوزیت پایه سیمانی تقویت شده با نانولوله های كربنی با روش میكرومكانیكال شبیه سازی شد. اثر پارامترهای مختلف مانند مدول سیمان، قطر داخلی نانولوله ها، قطر خارجی نانولوله ها، طول نانولوله ها، شكل المان انتخاب شده بر روی نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به منظور معتبر سازی این مدل، نتایج بدست آمده از مدل با نتایج تجربی محققان مختلف مقایسه شده است. نتایج نشان داد كه با افزایش نسبت L/D، قطر خارجی نانولوله ها و طول نانو لوله ها، مدول بدست آمده برای نانوكامپوزیت افزایش می یابد. با این وجود قطر داخلی نانولوله ها چندان تاثیری بر روی مدول یانگ ندارد. مشاهده شد كه نمودارهای مدول یانگ Ec بر حسب درصد حجمی نانولوله ها به صورت خطی می باشد. مقایسه نتایج تجربی با نتایج پیش بینی شده نشان داد كه میزان E پیش بینی شده توسط مدل در بسیاری از موارد با نتایج تجربی بدست آمده توسط محققان مختلف نزدیك بوده و این نشان میدهد كه مدل ارائه شده به خوبی می تواند خواص مكانیكی نانوكامپوزیت سیمان-نانولوله كربنی را پیش بینی نماید در حالی كه مدل های رایج كه برای پیش بینی خواص ماكروكامپوزیت های استفاده می شود از دقت كافی برای پیش بینی خواص نانوكامپوزیت پایه سیمانی برخوردار نیستند.

In this paper cement/carbon nanotube mechanical properties were predicted by micromechanical model.  The effects of CNT properties such as internal, external diameters and its length as well as its volume percent on Youngʹs modulus were investigated by this model. In addition, the effect of representative volume element (RVE) element shape (cylindrical, cubic and hexagonal) on Youngʹs Modulus (E) was studied systematically. Finally, the predicted results were compared with cement /CNT experimental results. The predicted results showed that by increasing external CNT diameters, CNT Volume percent and its length, Youngʹs Modulus (E) was increased. However, the internal diameter of CNT didnʹt have significant effect on E. These data indicated that hexagonal element shape resulted higher E rather than square and cylindrical RVE shape. Comparison of predicated E and experimental E showed that the proposed model could predict young modules with high accuracy. These results showed that micro mechanical modeling is a valuable method for predication of cement/CNT mechanical properties in nanoscale.