مطالعه ي مشخصه هاي ويسكوالاستيك و منحني هيسترزيس كامپوزيت زمينه پليمري تقويت شده با نانولوله ي كربني

Study of viscoelastic characteristics and hysteresis loop of carbon nanotube polymer matrix composites

در اين تحقيق، يك مدل تحليلي براي مطالعه ي رفتار ديناميكي و ويسكوالاستيك نانوكامپوزيت پليمري استفاده شده است. مدل تحليلي با استفاده از ادغام مدل ميكرومكانيكي سلول واحد و مدل جامد خطي استاندارد به دست آمده است. اصل انطباق بولتزمن براي ايجاد روابط ساختاري استفاده شده است. ابتدا كرنش متناسب با فرايند آسايش به دست آمده است. سپس با استفاده از ايده ي خطي سازي اصل انطباق بولتزمن، پيشينه تنش به دست مي آيد. در پايان، تابع خزش مرتبط با مدول آسايش به دست مي آيد و حلقه هيسترزيس براي مواد نانوكامپوزيت ترسيم مي شود. پاسخ خزش با زمان به صورت سينوسي تغيير مي كند و تابعي از پيشينه تنش است. مدول هاي اتلاف و انباشتگي و رفتار ماده در فضاي لاپلاس به ترتيب توسط مدل جامد خطي استاندارد و مدل ميكرومكانيكي سلول واحد به دست آمده است. مدل جامد خطي استاندارد با موازي كردن مدل كلوين و مدل مكسول به دست مي آيد. مدل با نتايج آزمايشگاهي اعتبارسنجي شده است. تاثيرات ضخامت فاز مياني، درصد حجمي نانولوله ي كربني و زاويه ي فازي بر حلقه هيسترزيس بررسي شده است. نتايج به دست آمده نشان مي دهند كه با افزايش درصد حجمي نانولوله ي كربني و زاويه ي فازي سطح حلقه هيسترزيس به ترتيب كاهش و افزايش مي يابند. هم چنين ضخامت فاز مياني تاثيرات قابل توجهي بر رفتار ديناميكي نانوكامپوزيت دارد.

In this research, an analytical method is presented for predicting the viscoelastic and dynamic behavior of polymer nanocomposite. The analytical model is achieved by coupling the SUC micromechanical model with standard linear solid model. Boltzmann superposition principle is used to develop the constitutive equations. First, the strain associated with a relaxation experiment is considered, and then by using the idea of linearity as embodied in the Boltzmann superposition principle, the resulting stress history is predicted. Eventually, the creep function corresponding to the relaxation modulus is obtained and the hysteresis loop for nanocomposite material is represented. Creep response is sinusoidal in time and a function of stress history. Loss and storage modulus and material behavior in Laplace domain are obtained using standard linear solid model and SUC micromechanical model, respectively. Standard linear solid model is achieved by paralleling the Kelvin model with Maxwell model. The model is validated with experimental results. Effects of different interphase thickness, CNT volume fraction and phase angle on hysteresis loop is studied. Obtained results reveal that increasing the CNT volume fraction and phase angle leads to decreasing and increasing the nanocomposite hysteresis loop area, respectively. Also, Interphase thickness contains considerable effects on the nanocomposite dynamic behavior.