شبیه سازی المان محدود رفتارکشسانی نانوکامپوزیت های هیبریدی پایه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه و نانوذرات کربنات کلسیم

ای بهبود عملکرد محصولات پلیمری بطور گسترده از تقویت¬کننده¬ها با ساختار¬های مختلف استفاده شده است. اخیراً توجه محققین و صنعتگران معطوف به بکارگیری الیاف میکرونی و همچنین نانوذرات معدنی شده است. برای تقویت پلیمرها می¬توان بطور همزمان از الیاف میکرونی به¬همراه ذرات نانویی استفاده کرد. مشخصه ی اصلی این نانوکامپوزیت¬های هیبریدی، اثر هم¬افزایی تقویت کننده¬ها است که "hybrid effect" نامیده می شود. سختی¬ها و هزینه¬های بالا¬ی آزمایشات تجربی به منظوردست¬یابی به شرایط و فرمولاسیون بهینه، مدل¬های میکرومکانیکی و مدلسازی¬ عددی را جایگزین خوبی برای آنها کرده است. مدل¬های میکرومکانیکی متعددی برای پیش¬بینی خواص کشسانی گزارش شده است، اما مدل¬های میکرومکانیکی اخیر قادر نیستند فازها و مکانیزم¬ها، از جمله ویژگی¬های میان¬فاز و چسبندگی پرکننده به پلیمر را با جزئیات دقیق در مدلسازی، لحاظ کنند. ازسوی دیگر روش المان محدود (fem) می¬تواند رفتار کامپوزیت¬های محتوی پرکننده را دقیق¬تر مدلسازی کند. در این تحقیق رفتار کشسانی نانوکامپوزیت هیبریدی پایه پلیمری محتوی الیاف شیشه میکرونی کوتاه و نانوذرات caco3 شبیه¬سازی المان محدود می¬شود. برای این منظور از روش «تحلیل المان محدود دو¬مرحله ای» در نرم¬افزار ansys استفاده شده است. در این روش همانند روند تهیه کامپوزیت هیبریدی، درگام اول، نانوکامپوزیت پلیمر خالص/caco3 تحلیل می¬شود. در گام دوم نتایج نانوکامپوزیت حاصل از گام اول به عنوان داده¬ی ورودی ماده زمینه موثر در نظر گرفته¬شده و سپس اثر الیاف کوتاه شیشه بر خواص ماتریس موثر ارزیابی می¬شود. شبیه¬سازی رفتار کشسانی نانوکامپوزیت¬ها نشان می¬دهد، ضخامت و ویژگی¬های لایه میان¬فازی تاثیر قابل¬توجه در بهبود مدول کششی کامپوزیت دارد، اما استحکام کششی را کمتر تحت تاثیر قرار می¬دهد. خوشه-ای شدن نانوذرات نیز می¬تواند عامل بهبود عملکرد کشسانی کامپوزیت¬ها باشد. استفاده از داده¬های بلورینگی در تخمین ضخامت میان¬فاز در مقایسه با شبیه¬سازی¬های fe قبلی، نتایج شبیه¬سازی را به رفتار واقعی نانوکامپوزیت نزدیک¬تر می¬کند. مدول کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه در راستای طولی بیشتر از راستای عرضی است. استحکام کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف ناپیوسته شیشه شدیداً متاثر از چسبندگی فصل¬مشترک و نیز راستای بارگذاری می¬باشد. مقایسه¬ی نتایج شبیه¬سازی با نتایج تجربی، آشکار کرده است، روش دو مرحله¬ای توانایی پیش¬بینی مدول و استحکام نانوکامپوزیت هیبریدی را بترتیب با خطای متوسط 86/22% و 25/17% دارد. متوسط خطای پیش بینیِ مدول با روش پیشنهادی، در مقایسه با مدل میکرومکانیکی rohm، تقریباً نصف است.