بررسي رفتار مكانيكي نانوكامپوزيت منيزيمي تقويت شده به‌وسيله‌ي نانو‌لوله بور نيتريد به‌روش ديناميك مولكولي

Investigation of Mechanical Behavior of Boron Nitride Nanotubes -Reinforced Magnesium Nanocomposite Using Molecular Dynamics Simulations

نانوكامپوزيت‌‌هاي پايه منيزيم به طور گسترده در صنايع هوافضا، خودروسازي و پزشكي استفاده مي‌شوند. با توجه به خواص ويژه نانولوله بور نيتريد، اين نانولوله نقش مهمي در تقويت نانو كامپوزيت‌‌ها ايفا مي‌‌نمايد. در اين پژوهش نانوكامپوزيت منيزيم به‌‌وسيله‌‌ي نانولوله‌ي بور نيتريد تقويت شده و خواص مكانيكي اين نانوكامپوزيت‌‌ها تحت بارگذاري كششي تك محوره، در راستاي محوري نانو‌لوله، با روش ديناميك مولكولي توسط نرم‌‌افزار لمپس بررسي شده است. همچنين ضرايب تابع پتانسيل بين‌‌اتمي اتم‌‌هاي منيزيم، با استفاده از قانون تركيب و داده‌‌هاي استخراج شده توسط نرم‌‌افزار گوسين، محاسبه شده است. نتايج شبيه‌‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي حاكي از بهبود خواص مكانيكي نانوكامپوزيت فلزي پايه منيزيم به‌‌دليل اضافه نمودن نانولوله‌‌هاي بور نيتريد مي‌باشد. وجود استحكام‌‌دهنده نانولوله‌ي بور نيتريد (0،12) ,(0،14) ,(0،16) و (0،18) به‌‌عنوان تقويت‌‌كننده‌ي زمينه‌ي منيزيم، سبب افزايش مدول الاستيك نانوكامپوزيت‌‌ها به‌‌ترتيب به ميزان 13، 14/9، 16/2 و 17 درصد نسبت به منيزيم خالص شده است. نتايج ديگر اين تحقيق حاكي از آن است كه رفتار الاستيك نانوكامپوزيت مستقل از تغييرات نرخ كرنش است. هم‌‌چنين با انجام اين شبيه‌‌سازي در محدوده وسيعي از دما، تغييرات آشكاري در خواص مكانيكي نانو كامپوزيت در دماهاي مختلف بدست آمده است.

Magnesium-based nanocomposites are widely used in the aerospace, automotive, and medical industries. Due to the special properties of boron nitride nanotubes, these nanotubes play an important role in strengthening nanocomposites. In this research, magnesium nanocomposites are reinforced by boron nitride nanotubes and the mechanical properties of these nanocomposites under uniaxial tensile loading in the axial direction of the nanotubes have been investigated by the molecular dynamics method by Lammps software. Also, the coefficients of the atomic potential function of magnesium atoms have been calculated using the law of composition and the data extracted by Gaussian software. The results of molecular dynamics simulations show the improvement of mechanical properties of magnesium-based metal nanocomposites due to the addition of boron nitride nanotubes. The presence of boron nitride (0,12), (0,14), (0,16) and (0,18) nanotube reinforcers as magnesium field reinforcers increased the elastic modulus by 13, 14.9, 16.2 and 17 percent. Other results of this study indicate that the elastic behavior of nanocomposites is independent of strain rate changes. Also, by performing this simulation over a wide range of temperatures, obvious changes in the mechanical properties of the nanocomposite at different temperatures have been obtained.