A two-level homogenization method for polymer nanocomposites with coated inclusions

Polimer nanokompozitler, polimer matris ve nano ölçekli takviye elemanlarından oluşan bir malzeme türüdür. Nanokompozitlerde matris ve takviye elemanı fazlarının haricinde bir diğer faz gözlemlenmiş ve bazı malzeme özelliklerinin güçlenmesi veya zayıflaması bu faza atfedilmiştir. Kompozit sistemdeki üçüncü faz, arafaz olarak bilinir. Uzunluk ölçeği çok küçük olduğundan ve nano ölçekte karakterizasyon basit bir prosedür olmadığından dolayı polimer nanokompozitlerin lokal özelliklerinin ayırt edilmesi kolay değildir. Nanokompozitlerin makroskopik davranışı, temsili hacim elemanının birçok farklı sekilde homojenleştirilmesiyle elde edilebilir. Tezin amacı, kaplamalı takviye elemanına sahip polimer nanokompozitleri modellemek için yeni bir homojenleştirme yaklaşımı önermektir. Nanokompozitlerin genel yapısını, arafaz oluşumunu ve karakterizasyon tekniklerini anlamak bu amaç için önemlidir. Arafaz özellikleri genel makroskopik mekanik davranışı etkiler. Bu nedenle, arafazı uygun şekilde modellemek ve buna bağlı olarak etkin kompozit özellikleri elde etmek önemlidir. Bu problem ile ilgili olarak farklı homojenleştirme teknikleri ve uygulamaları çalışılmış ve yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Bu yöntem, matris ile takviye elemanı arasındaki yük transferini arafaz boyunca doğru bir şekilde modellemeyi amaçlamaktadır. Ayrıca, önerilen yaklaşım ile üç fazlı sonlu eleman yöntemine kıyasla hesaplama süresi açısından kazanım amaçlanmıştır. Diğer bir amaç, önerilen yöntemin viskoelastik kompozitler için uygulanabilirliğini araştırmaktır. Bu amaçla, viskoelastik homojenleştirme yöntemi için iki boyutlu ve üç boyutlu sonlu eleman kodları geliştirilmiştir. Viskoelastik homojenleştirme yöntemine ilişkin formülasyonlar türetilmiş ve sunulmuştur.