بررسی رفتار مکانیکی نانوورق های آلومینیومی دارای لایه اکسید سطحی تحت آزمون تک محوری با روش دینامیک مولکولی

نانوورق­های آلومینیومی از جمله اجرایی هستند که کاربردهای مختلفی در زمینه­های متنوع همچون تقویت مواد پایه سیمانی و بهبود عملکرد و کارایی بتن و ارتقا خواص مکانیکی و حجمی خاک رس دارند. در این مطالعه به بررسی پاسخ­های مکانیکی نانوورق­های آلومینیومی تحت آزمون کشش و فشار تک­محوری با استفاده از روش دینامیک مولکولی پرداخته می­شود. مدل اتمی در نظر گرفته شده برای نانوورق براساس مدل سه­بعدی هسته آلومینیومی و پوسته اکسید آلومینیوم است که می­تواند توصیف مناسبی از اکسیداسیون سطحی در نمونه داشته باشد. اندرکنش بین اتمی نیز براساس پتانسیل EAM+CTI محاسبه می­شود تا مدل­سازی دارای دقت خوبی بوده و تاثیرات اندرکنش الکترواستاتیک بین ذرات نیز در نظر گرفته شود. پس از ایجاد پیکربندی اولیه نانوورق، فرایند کمینه­سازی انرژی صورت پذیرفته و نمونه تحت شرایط محیطی پایدار می­گردد. سپس آزمون تک­محوری کششی و فشاری منطبق با شرایط آزمایشگاهی بر نمونه اعمال شده و نمودارهای تنش-کرنش نمونه تعیین می­گردد. به منظور حذف اثرات دینامیکی ناشی از سرعت بالای بارگذاری، اعمال تغییرشکل بر نانوورق به صورت گام­به­گام صورت می­پذیرد. در این روش برای هر گام از بارگذاری، ابتدا تغییرشکل کمی به آرامی به نمونه اعمال شده، سپس نمونه تحت شرایط تغییرشکل یافته پایدار گردیده و در انتها مقادیر تنش و کرنش در نمونه ارزیابی می­شود. شبیه­سازی صورت گرفته با مقایسه با داده­های آزمایشگاهی صحت­سنجی می­شود. پس از تایید صحت مدل­سازی، نانوورق­ها با ضخامت­های مختلف و درصدهای مختلفی از لایه اکسید تحت آزمون تک­محوری ارزیابی شده و نمودار تنش-کرنش آن­ها بررسی می­گردد. نتایج حاکی از تاثیر زیاد ضخامت لایه اکسید بر رفتار مکانیکی نانوورق است، به طوری که با افزایش درصد لایه اکسید از ۱۵ تا ۶۰ درصد نمونه سخت تر شده و مدول یانگ آن از حدود ۷۵ به ۱۰۰ گیگاپاسکال افزایش می یابد. همچنین تاثیر نواقص نقطه­ایی نیز بر شیب نمودار تنش-کرنش بیانگر کاهش سختی با افزایش میزان حفرات بسیار زیر در نمونه­ها است.Top of Form

کلیدواژه ها:

Aluminum nano-film ، Uniaxial tests ، Molecular dynamics analysis ، Mechanical responses ، Surface oxidation effects ، Point defects ، نانوورق آلومینیوم ، آزمون های تک محوری ، شبیه سازی دینامیک مولکولی ، پاسخ های مکانیکی ، تاثیر اکسیداسیون سطحی ، نواقص نقطه ایی