مدل سازی چند مقیاسی رفتار مکانیکی کربن یارن با در نظر گرفتن خواص ارتوتروپیک در سراسر سلسله مراتب ساختاری

هدف از این مطالعه ارزیابی جامع بر روی عملکرد مکانیکی نخ های تابیده شده متشکل از نانوتیوب های کربنی خشک ریسی ۱ (کربن یارن) تحت بار کششی تک محوری می باشد. بدین منظور، تحقیق حاضر اولین تلاش برای توسعه روشی برای مدلسازی چند مقیاسی جهت بدست آوردن خواص ارتوتروپیک اجزاء در سرار سلسله مراتبی ساختاری کربن یارن می باشد تا بتوان توصیف های واقعی تری را از پاسخ های مکانیکی آن بدست آورد. شبیه سازی چند مقیاسی پیشنهاد شده شامل محدوده وسیعی از باندل در مقیاس نانو تا فیبریلر در مقیاس مزو و کربن یارن در مقیاس میکرون را شامل می شود. این کار با تجزیه و تحلیل یک باندل متشکل از نانوتیوبهای کربنی که در سطح نانو با یکدیگر متقابلا اثر می گذارند شروع شده تا خواص در راستای عرضی محاسبه گردد. بعد از تخمین خواص مکانیکی باندل در مقیاس نانو، مقادیر بعنوان ورودی داده در سطح مقیاس مزو بهره گرفته می شود تا خواص ارتوتروپیک بصورت کمی محاسبه گردند. سپس ، دادههای بدست آمده در مقیاس مزو بعنوان داده های ورودی در مدل کربن یارن در مقیاس میکرون استفاده شده تا به پیش بینی بهتر پاسخ های مکانیکی در مقیاس ماکروسکوپی منجر گردد. نتایج نشان می دهد که باندل و فیبریلر حاصله ، مدول الاستیک عرضی بسیار پایین تری نسبت به مقادیر گزارش شده در جهت محوری از خود نشان می دهند. همچنین به منظور اعتبارسنجی روش پیشنهادی ، منحنی تنش -کرنش حاصله برای کربن یارن با منحنی به دست آمده تجربی مقایسه می شود، که انطباق قابل قبولی را از خود نشان می دهد. نتایج ارائه شده روشن می کند که رویکرد نظری پیشنهادی و مدل اجزاء محدود ارائه شده می تواند ابزار ارزشمندی برای ارزیابی عملکرد کلی کربن یارن را فراهم کند که پیش نیاز استفاده آنها به عنوان حسگرها می باشد.

کلیدواژه ها:

نخ های تابیده شده متشکل از نانوتیوبهای کربنی ، پاسخ های مکانیکی ، مدلسازی چند مقیاسه ، خواص ارتوتروپیک ، رابطه رفتار ساختاری -خواص فیزیکی ، نمودار تنش -کرنش