تحلیل تنش های پسماند حرارتی پلیمر تقویت شده با نانولوله های کربنی با استفاده از یک مدل نیمه پیوسته متقارن چرخه ای

در این پژوهش رفتار مکانیکی- حرارتی پلیمرهای تقویت شده با نانولوله کربنی ساده با استفاده از یک روش تحلیلی مبتنی بر مدل سازی مکانیک نیمه پیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یک المان حجمی نماینده از پلیمر تقویت شده با نانولوله استوانه ای شکل با تقارن چرخه ای استفاده می شود که در آن تقویت کننده نانولوله در مقیاس نانو و پلیمر اطرافش به صورت محیط پیوسته مدل شده اند. واردنمودن شرایط متقارن چرخه ای در فرآیند حل مساله سبب هماهنگی هرچه بیشتر نتایج تحلیلی با شرایط واقعی می شود. فاز میانی بین نانولوله و پلیمر نیز با تنش های بین سطحی و خواص مکانیکی برگرفته از اثر نیروهای واندروالسی موثر بین اتم های نانولوله و پلیمر مدل سازی می شود. به طور کلی تنش های پسماند حرارتی در نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل اختلاف قابل توجه بین ضریب انبساط پلیمر و نانولوله به وجود می آید. در مقاله حاضر ابتدا مدل سازی نیمه پیوسته توضیح داده شده است و سپس نقش برخی پارامترهای موثر بر تنش های پسماند حرارتی نظیر نسبت حجمی، نسبت منظری و دما مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه بر اساس برخی از تحقیقات موجود درمقیاس ماکرو به نظر می رسد که افزودن نانولوله ها به پلیمر سبب کاهش ضریب انبساط نانوکامپوزیت و در نتیجه کاهش تنش های پسماند حرارتی آن خواهد بود، لکن نتایج این تحقیق نشان می دهد که با انتخاب نامناسب برخی پارامترها نظیر نسبت حجمی و منظری نانولوله و نیز تغییر دما، تنش های پسماند حرارتی بین نانولوله و پلیمر زیاد می شود که این امر می تواند باعث تضعیف استحکام نهایی ماده پلیمری شود.

کلیدواژه ها:

Carbon-Nanotube ، Thermal Residual Stress ، Semi-Continuum Model ، Cyclic Symmetry Boundary Condition ، نانولوله کربنی ، تنش پسماند حرارتی ، مدل نیمه پیوسته ، شرط مرزی متقارن چرخه ای