مدل سازي ميكرو مكانيكي خواص موثر الاستيك نانو كامپوزيت هاي هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي حاوي نانو لوله ي كربن

Micromechanical modeling of effective elastic properties of hybrid nanocomposites reinforced by fuzzy fiber containing carbon nanotubes

در اين پژوهش با استفاده از مدل ميكرو مكانيكي بر مبناي سلول واحد اثرات اندازه ي نانو لوله كربني بر خواص موثر الاستيك نانو كامپوزيت هاي هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي بررسي مي شود. اين نوع نانو كامپوزيت هيبريدي از نانولوله كربني، فيبر كربن، زمينه پليمري و فاز مياني ناشي از برهمكنش غير پيوندي واندروالس بين زمينه و نانو لوله كربني تشكيل مي شود. ويژگي ساختاري جديد نانو كامپوزيت هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي بگونه اي است كه نانو لوله هاي كربني همراستا بصورت شعاعي بر سطح فيبر كربن رشد داده شده اند. نانو لوله ي كربني و فيبر كربن بعنوان يك ماده ايزوتروپيك عرضي مدل مي شوند در حالي كه زمينه پليمري و فاز مياني ايزوتروپ فرض مي شوند. اثرات اندازه ي نانولوله كربني بر رفتار كلي نانوكامپوزيت زمينه پليمري، فيبر فازي كامپوزيتي و كامپوزيت هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي مورد مطالعه قرار مي گيرد. نتايج نشان مي دهد كه اندازه ي نانو لوله كربني بر خواص موثر عرضي نانو كامپوزيت هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي داراي اهميت بيشتري مي باشد. فهميده شد كه خواص موثر عرضي نانو كامپوزيت هيبريدي با افزايش اندازه ي شعاع نانو لوله كربني بهبود مي يابد. همچنين اين مدل ميكرومكانيكي بمنظور بررسي اثرات فاز مياني بر رفتار كلي نانو كامپوزيت زمينه پليمري، فيبر فازي كامپوزيتي و كامپوزيت هيبريدي تقويت شده با فيبر فازي بكار گرفته مي شود. نتايج خواص موثر الاستيك بدست آمده با مدل ميكرومكانيكي حاضر براي كامپوزيت هيبريدي تطابق بسيار خوبي با ديگر تحقيقات نشان مي دهد.

In this work, the effect of carbon nanotube (CNT) size on the effective elastic properties of a hybrid composite reinforced by fuzzy fiber is investigated using a unit cell-based micromechanical approach. This hybrid nanocomposite is composed of the CNT, carbon fiber, polymer matrix and interphase created due to the non-bonded van der Waals interactions between the CNTs and polymer. The novel constructional feature of this hybrid nanocomposite is that the uniformly aligned CNTs are radially grown on the surface of the horizontal carbon fibers. The CNT and carbon fiber are modeled as a transverse isotropic solid, while the interphase and polymer matrix are assumed to be isotropic. The influence of CNT size on the overall behavior of polymer matrix nanocomposite (PMNC), composite fuzzy fiber (CFF) and hybrid composite reinforced with fuzzy fiber is examined. Results show that size of CNT is more significant for the transverse effective properties of the hybrid nanocomposites reinforced with fuzzy fiber. It has been found that the transverse effective properties of hybrid nanocomposite are improved with increasing the CNT size. The micromechanical model is also used to examine the influence of interphase on the overall behavior of the PMNC, CFF and fuzzy fiber-reinforced composite (FFRC). The effective elastic properties of the hybrid composite obtained by the present micromechanical model demonstrate very good agreement with those predicted by the other researches.