Meso-scale finite element modelling of carbon nanotube reinforced polymer composites

Karbon nanotüp (KNT) takviyeli polimer kompozitler (KNTTP) çeşitli sektörde uygulanmak üzere gelecek vaadeden bir malzemedir. KNTTP'lerin mekanik özelliklerini ölçmek için birçok deneysel çalışma yapılmıştır fakat elde edilen sonuçlar kesin değildir. Bu çalışmada mezo ölçekte oluşturulan düz veya sarmal KNT (SKNT) takviyeli epoksi kompozit temsili hacim elemanlarının (THE) bir ticari sonlu elemanlar analizi yazılımı olan MSC Marc-Mentat kullanılarak analizleri yapılmıştır. Geliştirilen C++ kodu kullanılarak KNT'ler THE içerisinde rastgele dağıtılmış ve yönlendirilmiştir. KNT ve epoksinin arayüzü Marc'ın birleşik bölge modellemesi (BBM) özelliği kullanılarak modellenmiştir. KNT ve epoksi arasında zayıf van der Waals etkileşimi göz önünde bulundurulmuştur. KNT'lerin rastgele yönlendirildiği durumda KNT hacim oranı, SKNT helis açısı ve SKNT tur sayısını artırmanın KNTTP'in elastik özelliklerine olumlu etkisi olurken KNT'ün çapının artırılmasının zararlı etkisi olmuştur. KNT'lerin belli bir yönde doğrultulduğu durumda KNTTP'in mekanik özelliği doğrultu yönünde artmıştır. KNT'ün uç yapısının (küt veya şapkalı) KNTTP'in elastik özelliklerine belirgin bir etkisi olmamıştır. KNT'teki maksimum Von Mises gerilimi ve maksimum elastik gerinimi hacim oranındaki yükselmeyle birlikte artan bir eğilim göstermiştir. SKNT'ün helis açısındaki artış KNTTP'in Poisson oranında hafif bir yükselmeye neden olurken SKNT'ün tur sayısı ve KNT çapındaki artış tam ters etkiyi göstermiştir. Sonlu elemanlar analizlerinden (SEA) elde edilen sonuçlar bilinen mikromekanik yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada yeni bir SKNT takviyeli epoksi kompozit sonlu elemanlar modeli oluşturulduğu düşünülmektedir.