نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشکده شهید مهاجر، دانشگاه فنی و حرفهای استان اصفهان، اصفهان

2 استادیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه جامع امام حسین )ع(، تهران

10.22068/jstc.2019.112193.1572

چکیده

در این مقاله روش چند مقیاسی جدیدی به منظور محاسبه سفتی نانوکامپوزیت حاوی نانو ذرات گرافن ارائه می‌شود. در این روش نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات با توزیع تصادفی در مقیاس ماکرو، توسط حجم معرف مکعبی شکلی مدل می‌شود که خود متشکل از تعداد زیادی مکعب کوچکتر در مقیاس میکرو است. هر مکعب کوچک حاوی نانوذرات همسویی است که جهت گیری آنها به صورت سه بعدی و توسط الگوریتمی تصادفی تعیین شده است. تانسور سفتی هریک از مکعب‌های کوچک توسط روش موری-تاناکا به دست آمده و نهایتاً با استفاده از روشی تحلیلی مدول الاستیک حجم معرف اصلی محاسبه می‌شود. این روش که در واقع توسعه روش کامپوزیت لایه ای معادل به حالت سه بعدی محسوب می‌شود، نسبت به سایر روش‌های تحلیلی تطابق بهتری با فیزیک مسئله داشته و نسبت به روش‌های عددی از سرعت محاسباتی بیشتری بر خوردار است. مقایسه نتایج حاصل از این روش با تعدادی از نتایج تجربی موجود در مقالات، حکایت از دقت قابل قبول آن در محاسبه مدول الاستیک نانوکامپوزیت دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A multi-scale cubic model to calculate the elastic modules of the graphene/polymer nano composites

نویسندگان [English]

  • Hadi Moshrefzadeh-Sani 1
  • Hasan Mohammadkhani 2

1 Department of mechanical engineering, Faculty of Shahid Mohajer, Technical and Vocational University (TVU), Esfahan, Iran

2 Department of Aerospace Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this paper a new multi-scale method was presented to calculate the elastic modulus of graphene/polymer nano composites. Macro, micro and nano scales were considered within this hierarchical multi-scale method. In macro scale, a nanocomposite was modeled with a cubic representative volume element (RVE) which was constructed by several small cubic elements in micro scale. Each element in micro or nano scale, is made of aligned graphenes which were oriented in three dimensional space via a random algorithm. The stiffness tensor of each element was obtained by Mori-Tanaka micromechanical method and the elastic modulus of the RVE was calculated using a new analytical approach. In fact this method is a development of the laminated analogy, in to a three dimensional version which is in better accordance with the physics of real nanocomposites. It has been shown that the results of the present approach are in good agreement with several experimental works in the literature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nano composite
  • multiscale method
  • Graphene