فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه و تاریخچه 1
1- 1مقدمه 2
1-2 معرفی ویژگیها، خواص و کاربرد مواد کامپوزیتی عادی 2
1-2-1 ماده ی مرکب 2
1-2-2 مواد مرکب پیشرفته 3
1-3 نحوه سنجش مزایای مواد مرکب 3
1-4 محدودیت های بکارگیری مواد مرکب 6
1-5 دلایل اصلی استفاده از الیاف با قطرکوچک در مواد مرکب 7
1-6 فاکتورهایی از الیاف که در عملکرد یک ماده مرکب موثرند: 8
1-7 فاکتورهای تأثیر گذار در مواد مرکب بجز الیاف و ماتریس به شرح زیر است. 9
1-8 دسته بندی مواد مرکب: 9
1-8-1 مواد مرکب ذره ای 9
1-8-2 مواد مرکب پولکی 10
1-8-3 مواد مرکب رشته ای (تقویت شده با الیاف ) 10
1-8-4 مواد مرکب با ماتریس پلیمری 11
1-9 اپوکسی ها 11
1-9-1 معرفی و بررسی خصوصیات اپوکسی 12
1-9-2 معمول ترین نوع ماتریس اپوکسی ها هستند 12
1-10 پلیمرها 13
1-11 آشنایی با اصطلاحات مکانیک مواد مرکب 13
1-11-1 مواد مرکب همسان گرد هستند یا همگن 13
1-11-2 تک لایه 14
1-11-3 لمینیت یا چند لایه 14
1-12 مزایا و معایب جایگزینی کامپوزیت بجای فلزات 14
1-13 معرفی ویژگیها، خواص و کاربرد مواد نانو کامپوزیت 14
1-13-1 نانو کامپوزیتها 14
1-13-2 خواص عمومی نانو کامپوزیتها 15
1-13-3 پودرها یا نانو ذرات ها 15
1-13-4 نانو لوله ها و ویکسر ها 15
1-13-5 نانو لایه ها 15
1-14 چند نوع پیوند مهم در فصل مشترک عبارتند از 15
1-15 انواع نانو کامپوزیتها:جنس، شکل و نحوه توزیع در زمینه و کاربردهایشان: 16
1-16 مزایا و معایب نانو کامپوزیت 16
1-17 تاریخچه کارها و مطالعات انجام شده در بررس روابط تنش و کرنش در موزد نانو کامپوزیت ب روش موری تاناکا. 17
1-18 اهمیت بررسی روابط تنش و کرنش 18
1-19 معرفی موضوع پایان نامه 18
فصل دوم: معرفی کربن نانو تیوب 20
1-2 مقدمه 21
2-2- انواع نانو تیوبهای کربنی 23
2-2-1- نانولوله تك جداره Single Wall 24
2-2-2- نانولوله چند جداره Multi Wall 24
2-3-روش‌های ساخت نانولوله‌های کربنی 25
2-3-1- روش قوس الكتريكي ((Arc Discharg 25
2-3-2- رسوب‌گذاری بخار شيميايي (Chemical Vapor Deposition or CVD) 26
2-3-3- تبخير ليزري (Laser Vaporization) 27
2-4- خصوصیات و کاربردهای کربن نانو تیوبها 27
2-4-1- حالت رسانا و نيمه‌رسانايي نانولوله‌های کربنی بر اساس شكل هندسي 28
2-4-2- حساس به تغييرات كوچك نيروهاي اعمال‌شده 28
2-4-3- خاصيت مغناطيسي 28
2-4-4-چگالی سطحی بالا 28
2-4-5- قابليت ذخيره‌سازي 28
2-4-6- تولید ولتاژ 29
2-4-7- استحكام و مقاومت كششي بالا 29
2-5 نانو کامپوزیتها 29
2-6 اهمیت بررسی رفتار و خصوصیات مکانیکی نانو کامپوزیتهای تقویتشده با کربن نانو تیوبها: 30
فصل سوم: بررسی و تحلیل روابط تنش –کرنش در نانو کامپوزیت ها به روش موری تاناکا 31
3-1مقدمه 32
3-2 فرضیات مدل تحلیلی 32
3-3 بررسی روابط تنش و کرنش در مواد الاستیک 32
3-3-1 تنش 32
3-3-2 کرنش 35
3-4 مدول الاستیک: 39
3-5 قانون هوک: 41
3-5-1 کاربرد عمومی برای مواد کشسانی 42
3-5-2 معادله فنر 43
3-5-3 بیان تانسوری قانون هوک: 44
3-5-4 مواد همسان 44
3-5-5 قانون هوک در سه بعد : 46
3-5-6 تنش های صفحه ای در قانون هوک: 47
3-5-7 مواد نا همسان : 47
3-5-8 نمایش ماتریس (تانسور سختی ): 47
3-5-9 تغییر دستگاه مختصات : 48
3-5-10 مواد راست محور : 49
3-5-11 مواد همسان جانبی : 51
3-6 بررسی روابط تنش و کرنش در مواد کامپوزیت لایه ای: 51
3-7 مواد ناهمسان گرد: 53
3-8 مواد مونوکلنیک(تک شیب ) 54
3-9 مواد ارتوتروپیک (ناهمسان گرد عمود بر هم ) و مواد ارتوتروپیک خاص 55
3-10 مواد همسان گرد عرضی : 57
3-11 مواد همسان گرد : 58
3-12 رابطه بین تنش و کرنش (قانون هوک)در سه بعدی در مورد کامپوزیت عادی (الیافی): 60
3-12-1 قانون هوک برای تک لایه تک جهته دو بعدی 60
3-12-2 فرض تنش صفحه ای 60
3-12-3 کاهش روابط قانون هوک از حالت سه بعدی به دو بعدی 60
3-13 تحلیل ماکرو مکانیکی لمینیت ها: 65
3-14 بررسی روابط تنش و کرنش در مواد نانو کامپوزیت به روش موری تاناکا 67
3-15 روش تعیین خواص مکانیکی نانو کامپوزیتهای تقویتشده با نانو تیوبهای هم امتداد 68
3-16 روش تعیین خواص مکانیکی کامپوزیتهای تقویتشده با نانو تیوبهای تصادفی: 70
3-17 شیوه حل معادلات حاکم بر مسئله: 72
فصل چهارم: نتایج و بحث 74
4-1 مقدمه 75
2-4 صحت سنجی مدل موری تاناکا 75
2-4 بررسی تحلیل تنش و کرنش روی کامپوزیتهای تقویت شده با نانو تیوب های کربنی به روش موری تاناکا: 77
3-4 تحلیل تنش کششی اعمال شده روی کامپوزیت تک لایه تک جهته تقویت شده با 4% حجمی نانو تیوب های کربنی با توزیع هم امتداد و بدست اوردن کرنش ها: 77
4-4 تحلیل تنش برشی اعمال شده روی کامپوزیت تک لایه تک جهته تقویت شده با 7% حجمی نانو تیوب های کربنی با توزیع هم امتداد بدست اوردن کرنش ها: 80
4-5- تحلیل تنش های ایجاد شده روی کامپوزیت تک لایه تک جهته تقویت شده با 10% حجمی نانو تیوب های کربنی با توزیع هم امتداد و بدست اوردن کرنش ها: 83
4-6 تحلیل کرنش برشی ایجاد شده روی کامپوزیت تک لایه تک جهته تقویت شده با4%حجمی نانو تیوب های کربنی با توزیع هم امتداد و بدست اوردن تنش ها: 86
4-7 تحلیل کرنش های ایجاد شده روی کامپوزیت تک لایه تک جهته تقویت شده با 7% حجمی نانو تیوب های کربنی با توزیع هم امتداد و بدست اوردن تنش ها: 88
فصل پنجم: بحث ونتیجه گیری 91
5-1 نتیجه گیری نهایی : 92
5-2 نتایج صحت سنجی: 92
5-3 نتایج تحلیل تنش کششی اعمال شده روی کامپوزیت تک لایه تقویت شده با 4% حجمی نانو تیوب های کربنی بصورت هم امتداد: 92
5-4 نتایج تحلیل تنش برشی اعمال شده روی کامپوزیت تک لایه تقویت شده با 7% حجمی نانو تیوب های کربنی بصورت هم امتداد: 93
5-5 نتایج تحلیل بار گذاری چند محوری روی کامپوزیت تک لایه تقویت شده با 10 % حجمی نانو تیوب کربنی بصورت هم امتداد : 93
5-6 نتایج نهایی در خصوص تغییر درصد حجمی نانو تیوب های کربنی هم امتداد با 3% حجمی مختلف: 93
5-7 بررسی تغییرات مدول یانگ طولی کامپوزیت تک لایه تقویت شده بانانو تیوب های کربنی در اثر تغییر درصد نانو تیوب های کربنی: 94
5-8 بررسی تغییرات مدول یانگ عرضی کامپوزیت تک لایه تقویت شده بانانو تیوب های کربنی در اثر تغییر درصد نانو تیوب های کربنی: 94
5-9 بررسی میزان تنش های اعمال شده روی تک لایه کامپوزیتی تقویت شده با نانو تیوب های کربنی با سه درصد حجمی مختلف: 94
5-10 پیشنهادها : 95
فهرست منابع فارسی 96
فهرست منابع انگلیسی 97
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (4-1) تنش های اعمال شده به ماده سنتی و تک لایه گرافیت اپوکسی 76
جدول (4-2) مقایسه نتایج حاصل از مدل تحلیلی مرجع با نتایج مدل موری تاناکا 76
جدول(4-3) خواص مکانیکی تک لایه گرافیت/ اپوکسی، ماتریس اپوکسی، الیاف گرافیت مرجع وماده سنتی مرجع 76
جدول (4-4) خواص نانو تیوب های کربنی و پلی استایرن 77
جدول (4-5) مقایسه نتایج حاصل از تحلیل تنش-کرنش روی کامپوزیت تک لایه با سه نوع توزیع مختلف درصد حجمی نانو تیوب 90
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل (1-2) استحکام الیاف کربن بر حسب تابعی از قطر آن. 7
شکل (1-3) دسته بندی مواد مرکب بر اساس هندسه تقویت کننده ها 11
شکل (2-1) انواع فرم‌های کربنی: الف) فولرن ب) نانولوله‌های کربنی پ) گرا فن ت) گرافیت 21
شکل (2-2). برش دادن دیواره‌ی نانو تیوب های کربنی در راستای طول نانوتیوب 23
شکل (2-3). شماتیکی از نانو تیوب تک جداره 24
شکل (2-4). ساختار اتمی نانو تیوبهای چند جداره 25
شکل (2-5). تصویر شماتیکی از تکنیک قوس الکتریکی 26
شكل (2-6). تصوير شما تیک دستگاهي براي تهيه کربن نانو تیوبها به روش رسوب‌گذاری بخار شيميايي 26
شكل (2-7). شماتیکی از دستگاه تبخير ليزري براي تولید کربن نانو تیوبها 27
شکل (2-8). شماتیکی از قابلیت ذخیره‌سازی کربن نانو تیوبها 29
شکل (2-9). حجم نمونهای از نانو کامپوزیت با سطح مقطع مستطیلی که شامل الیاف نانو تیوب کربنی کوتاه است 30
شکل(3-1) تنش روی یک سطح بی نهایت کوچک در صفحه ی دلخواه 33
شکل (3-2) نمایش نیروها روی یک سطح بی نهایت کوچک در صفحه x-y 34
شکل (3-3) تنش ها روی المان مکعبی 35
شکل (3-4 ) کرنش های نرمال و برشی روی یک سطح بی نهایت کوچک در صفحه (X , Y ) 36
شکل (3-5) وضعیت تعادل فنر 41
شکل (3-6) .انتقال محورهای مختصات صفحه تقارن در یک ماده مونوکلینیک 54
شکل(3-7) نمایش تغییر شکل یک المان مکعبی از یک ماده مونو کلینیک تحت تنش اعمالی در جهت 56
شکل (3-8) تک لایه ای از یک ماده ارتوتروپیک با الیاف تک جهته در آرایش مستطیلی 58
شکل (3-10) طریقه اعمال تنش برای بدست آوردن ثابت های مهندسی یک تک لایه تک جهته 62
شکل(3-11) یک لمینای اورتوتروپیک با الیافی با زاویه قرارگیری نسبت به یک سیستم مختصات اختیاری xy 66
شکل(3-12) شماتیکی از یک نانو تیوب مستقیم زاویه دار 71
شکل (4-1) تنش اعمال شده 78
شکل (4-2) نمودار تنش –کرنش 80
شکل(4-3 ) تنش برشی اعمال شده به تک لایه 81
شکل (4-5) تنش های اعمال شده به تک لایه 83
شکل (4-6 )نمودار تنش- کرنش 85
شکل (4-7 ) کرنش برشی ایجاد شده در تک لایه 86
شکل(4-9 ) نسبت مدول یانگ طولی به درصد نانو تیوب های کربنی 90
شکل(4-10 ) نسبت مدول یانگ عرضی به درصد نانو تیوب های کربن 90
برچسب ها:
نانوکامپوزیت نانو لوله کربنی مدل موری تاناکا تنش و کرنش