آنالیز کمانشی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی تحت بار محوری

یکی از روش¬هایی که اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است، استفاده از نانوذرات به عنوان تقویت کننده برای کامپوزیت¬های پلیمری می¬باشد. این مواد در عین حال که وزن سازه را دچار تغییر زیادی نمی¬کنند، سبب بهبود خواص مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و ... پلیمر می شوند. یکی از این نانوذرات صفحات سیلیکاتی نانو ذرات رسی می باشد که به دلیل خصوصیات شکلی و شیمیایی منحصربه فرد، قیمت مناسب و دسترسی آسان، کاربرد گسترده ای در صنایع و پژوهش های آکادمیک پیدا کرده است. در این پژوهش از نانورس برای تقویت ماتریس اپوکسی در کامپوزیت های اپوکسی/ الیاف شیشه استفاده شده است و به عبارت دیگر جنس پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی، کامپوزیت های تقویت شده الیاف شیشه/ اپوکسی- نانورس می باشد. در این پژوهش، آنالیز کمانشی پوسته های شبکه ای نانوکامپوزیتی تحت بارهای فشاری محوری با استفاده از روش های تحلیلی، عددی و تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجایی که در تمامی فعالیت های صورت گرفته در زمینه سازه های مشبک، نوع کامپوزیتی آن مورد بررسی قرار گرفته است و تاکنون تحقیقی بر روی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی صورت نگرفته، در پژوهش پیش رو پوسته های شبکه ای نانوکامپوزیتی مورد مطالعه قرار می گیرند. در روش تحلیلی استفاده شده برای مطالعه بار کمانشی بحرانی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی تحت بار محوری، از روش های معادل سازی (smeared method) و روش انرژی (energy method) با فرض تئوری کلاسیک استفاده شده است. از روش معادل سازی برای تعیین نیروها و ممان های تقویت کننده های شبکه ای استفاده شده و در نهایت با استفاده از روش انرژی بار کمانشی بحرانی تعیین می گردد. در روش عددی، از نرم افزار abaqus برای تعیین بار کمانشی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی استفاده شده است. تمامی نمونه های مورد آزمایش قرار گرفته با درصدهای وزنی مختلف از نانورس، در این نرم افزار مدل سازی شده اند. در روش تجربی ابتدا نانوکامپوزیت های اپوکسی/نانورس با استفاده از دو سخت کنندهepikure 3234 (teta) و epikure f205 ساخته شده و خواص مکانیکی این نانوکامپوزیت ها (شامل مدول و استحکام کشش و خمش، کرنش تا شکست و انرژی شکست) و همچنین مورفولوژی نانوکامپوزیت های تولید شده، با استفاده از تست های استاندارد کشش و خمش سه نقطه ای و پراش اشعه ایکس (xrd) تعیین شده اند. سپس از سخت کننده ای که خواص بهتری ارائه می دهد، برای تولید نمونه های آزمایشگاهی پوسته¬های شبکه ای نانوکامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی- نانورس با درصدهای مختلف از نانوذرات، استفاده شده است. برای ساخت این نمونه ها از دستگاه پیچش ویژه الیاف استفاده می شود. تمام نمونه ها تحت بار خالص محوری قرار گرفته و کمانش آن ها مورد بررسی قرار می گیرد. در این روش، اثر درصد وزنی نانوذرات رسی بر مقدار بار کمانشی بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج پراش پرتوی x نشان می دهد که در هر دو نانوکامپوزیت تولید شده، فاصله صفحات نانوذرات رسی با افزودن این نانوذرات به اپوکسی افزایش می یابد و توزیع آن در ماتریس اپوکسی از نوع بین لایه ای می باشد. نتایج مربوط به آزمون های مکانیکی صورت گرفته بر نمونه های نانوکامپوزیتی نشان می دهد که در نانوکامپوزیت های سخت شده با سخت کننده f205، تمامی خواص مکانیکی (شامل مدول کششی و خمشی، استحکام کششی، کرنش تا شکست و انرژی شکست) بهبود می یابند اما در نمونه های سخت با سخت کننده teta، استحکام کششی، کرنش شکست و انرژی شکست کاهش می یابند و تنها مدول کششی و خمشی افزایش می یابد. بنابرابن به منظور تولید نمونه های مشبک نانوکامپوزیتی از نانوکامپوزیت های اپوکسی/ نانورس سخت شده با سخت کننده f205 به عنوان زمینه استفاده شده است. نتایج مربوط به هر سه روش تحلیل مورد استفاده (روش های تحلیلی، عددی و تجربی) نشان می دهد که با افزایش میزان نانوذرات رسی در ماتریس تا 5 درصد وزنی، نمونه های مشبک نانوکامپوزیتی در برابر کمانش مقاوم تر می شوند. نتایج مربوط به هر سه روش، هم¬خوانی قابل قبولی با یکدیگر دارند.