مدلسازی میکرومکانیکی سه‌بعدی ظرفیت میرایی نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با نانوالیاف

Abstract

در این پژوهش یک روش تحلیلی سه بعدی برای پیش‌بینی خواص دینامیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمری ارائه می‌شود. در این روش با اعمال اصل همخوانی الاستیک-ویسکوالاستیک بر تئوری میکرومکانیکی سلول واحد ساده‌شده و با استفاده از روش انرژی و تعادل نیرو، مدول ذخیره، مدول اتلاف، فاکتور اتلاف و حلقه‌ی هیسترزیس نانوکامپوزیت‌های پلیمری استخراج می‌شود. نانوکامپوزیت در نظر گرفته‌شده دارای زمینه پلی‌پروپیلن تقویت‌شده با نانو الیاف کربن رشد یافته در فاز بخار می‌باشد. المان حجمی نماینده دارای سه فاز ایزوتروپ شامل الیاف، فاز میانی و زمینه با رفتار ویسکوالاستیک خطی بر اساس مدل زنر است. همچنین با ارائه‌ی روش تبدیل فوریه و مدل شیپری خواص دینامیکی اجزاء نانوکامپوزیت در حوزه‌ی فرکانس استخراج می‌گردد. ابتدا نتایج بدست آمده از مدل حاضر با نتایج تجربی، جهت اعتبارسنجی مقایسه می‌گردد. سپس اثر پارامترهایی نظیر تعداد زیرسلول‌ها، کسر حجمی و نسبت منظر الیاف، فاکتور قدرت پیوند بین الیاف و زمینه و فاکتور اتلاف فاز میانی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت بررسی می‌شود. نتایج بدست آمده، نشان می‌دهند که روش ارائه شده از سرعت و دقت قابل قبولی برخوردار است. همچنین افزایش نسبت منظر و کسر حجمی الیاف باعث کوچک‌تر شدن حلقه‌ی هیسترزیس نانوکامپوزیت می‌شود، لذا ظرفیت میرایی آن کاهش می‌یابد. فاز میانی نیز تأثیر قابل توجهی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت دارد، لذا مدل‌سازی آن اهمیت بالایی دارد.