بررسي اثرات فاز مياني بر رفتار ويسكوالاستيك غيرخطي كامپوزيت هاي چندفازي زمينه پليمري

Investigation of interphase effect on the non-linear viscoelastic behavior of multiphase polymer composites

در اين پژوهش، از يك مدل ميكرومكانيكي تحليلي برمبناي روش سلول واحد جهت مطالعه اثرات فاز مياني بر پاسخ ويسكوالاستيك غيرخطي كامپوزيتهاي زمينه پليمري چندفازي استفاده ميشود. المان حجمي نماينده كامپوزيت از سه فاز شامل الياف همراستا، زمينه پليمري و فاز مياني بين الياف و زمينه تشكيل ميشود. فرض اتصال كامل بين اجزاي سازنده كامپوزيت منظور ميشود. از معادله ساختاري ويسكوالاستيك شيپري براي مدلسازي رفتار ويسكوالاستيك غيرخطي زمينه استفاده ميشود. نتايج مدل ميكرومكانيكي ارايه شده براي رفتار خزشي پليمر و كامپوزيت دوفازي تطابق بسيار خوبي را با دادههاي تجربي موجود نشان ميدهد. همچنين نتايج مدل حاضر براي خواص الاستيك كامپوزيتهاي سهفازي بسيار نزديك به روشهاي عددي موجود ميباشد. اثرات فاز مياني شامل مواد و ضخامت بر منحني كرنش خزش- بازيافت كامپوزيت سه-فازي بطور مفصل بررسي ميشود. نتايج نشان ميدهد كه خواص مواد تشكيلدهنده و ضخامت فاز مياني اثر بسيار مهمي بر پاسخ كرنش خزش- بازيافت كامپوزيتهاي سه-فازي در بارگذاري عرضي دارد. همچنين، طبق نتايج مدلسازي ميكرومكانيكي فهميده شد كه تاثير فاز مياني بر رفتار ويسكوالاستيك غيرخطي كامپوزيت سهفازي تحت بارگذاري محوري ناچيز ميباشد. بهعلاوه، اثرات سطوح مختلف تنش و تغييرات درصد حجمي الياف بر منحني كرنش خزش- بازيافت كامپوزيت زمينه پليمري سهفازي بررسي ميشود.

In this work, an analytical micromechanical model based on unit-cell approach is used to study the effect of interphase on the non-linear viscoelastic response of multiphase polymer composites. The representative volume element of composite consists of three phases including unidirectional fibers, polymer matrix and fiber/matrix interphase. Perfect bonding conditions are applied between the constituents of composites. The Schapery viscoelastic constitutive equation is used to model the nonlinear viscoelastic matrix. Prediction of the presented micromechanical model for the creep response of polymer material and two-phase composites shows good agreement with available experimental data. Furthermore, the predicted overall elastic behavior of three-phase composites demonstrates close agreement with other available numerical results. The effects of material and thickness of interphase on the creep-recovery strain curves of three-phase composites are studied in detail. Results show that the interphase thickness and material properties have significant effect on the creep-recovery strain responses of the three-phase composites under transverse loading. According to micromechanical modeling results, it is found that the interphase negligibly affects the nano-linear viscoelastic behavior of three-phase composites under axial loading. Effects of the different stress levels and the variation of fiber volume fraction on the creep-recovery strain curves of three-phase composites are also investigated.