مدل سازی میکرومکانیکی سه بعدی به منظور پیش بینی خواص موثر الاستیک نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با گرافن نانوپلیتلت

یک روش میکرومکانیکی تحلیلی سه بعدی بر پایه سلول واحد جهت استخراج خواص الاستیک نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با گرافن نانوپلیتلت ارایه می شود. یک المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت که دربرگیرنده تمامی خصوصیات نانوکامپوزیت است و شامل سه فاز تقویت کننده گرافن نانوپلیتلت، زمینه ی پلیمری و ناحیه فازمیانی که خواص آن به تدریج تغییر می کند، در نظر گرفته می شود. شبیه سازی جهت گیری تصادفی ذرات گرافن نانوپلیتلت، هندسه المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت به N_α×N_β×N_γ سلول مکعبی در سه بعد درون RVE تقسیم می شود. اندازه گرافن نانو پلیتلت و تجمع وابسته به کسر حجمی گرافن نانو پلیتلت ها به عنوان دو فاکتور مهم تاثیرگذار بر روی خواص نانوکامپوزیت، از طریق دو ایده جدید مدل سازی می شوند. به منظور اعتبارسنجی مدل ارایه شده، ابتدا نتایج بدست آمده، با داده های تجربی و مدل های میکرومکانیکی پیشین در دسترس مقایسه می شوند. سپس، اثر پارامترهایی مانند درصد کسرحجمی، اندازه نانوذره، اثر تجمع و همچنین جهت گیری تصادفی گرافن نانوپلیتلت ها درون رزین اپوکسی، و ضخامت فازمیانی بر پاسخ نانوکامپوزیت بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که تجمع گرافن نانوپلیتلت وابسته به کسرحجمی آن است و خواص الاستیک بدست آمده از مدل میکرومکانیکی حاضر با جهت گیری تصادفی ذرات گرافن نانوپلیتلت با درنظرگرفتن تجمع نانوذرات و همچنین توجه به فازمیانی، به داده های تجربی نزدیک تر است. بر طبق نتایج بدست آمده، افزودن حتی مقدار کم درصدحجمی گرافن نانوپلیتلت، تاثیر بسزایی در بهبود خواص نانوکامپوزیت دارد. علاوه بر آن، مدل سازی ناحیه فازمیانی نیز تاثیر زیادی بر روی خواص نانوکامپوزیت دارد. بنابراین، به منظور پیش بینی واقع بینانه رفتار نانوکامپوزیت، توجه به فازمیانی حایز اهمیت است.