Computational modelling of carbon nanotube reinforced polymer composites
Karbon nanotüp takviyeli polimer kompozitlerin sayısal modellenmesi
- Tez No: 370725
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. VOLKAN ESAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mechanical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampüsü-Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu tez Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler'in (TDKNT) kiralite ve boyutlarının, Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler (TDKNT) ve Karbon Nanotüp Takviyeli Epoksi Polimerler'in (KNTTP) mekanik özelliklerine etkilerini incelemektedir. İlk etapta, eşdeğer sürekli ortamlar mekaniği yaklaşımına dayalı üç boyutlu bir kiriş elemanı içeren yeni bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiş ve bu kiriş eleman karbon – karbon bağının modellenmesinde kullanılmıştır. TDKNT çapı ve kiralitesininYoung (elastisite) modülü, kesme modülü, kesme gerinimi ve Poisson oranı üzerine etkisi çalışılmıştır. KNTTP modellemesi için, geliştirilen TDKNT sonlu elemanlar modeli epoksi reçine matris sonlu elemalar modeline entegre edilmiştir. Kompozit içindeki karbon nanotüp oranı hacmen %5 alınmış, karbon nanotüp – epoksi matris arasındaki arayüzey bölgesinin çapı karbon nanotüp yarıçapının iki katı olarak kabul edilmiştir. Arayüzey bölgesinin modellenmesi için bağsız etkileşimler modeli ve mükemmel bağ modeli adı verilen iki yaklaşım kullanılmıştır. Mükemmel bağ modeli kullanılarak, TDKNT'lerin kiralite ve boyutlarının KNTTP'lerinYoung (elastisite) modülü ve Poisson oranı üzerine etkisi değerlendirilmiştir. Elde edilen Young (elastisite) modülü sonuçları, sürekli ortamlar karışımlar kuralı kullanılarak elde edilen teorik sonuçlara oldukça yakındır. KNTTP'leri içeren belirli bir uygulama için kütlesel azalmayı belirlemek amacıyla epoksi reçine ve kompozit için öz mukavemet değerleri hesaplanmıştır. Sonuçlar çeşitli otomotiv ve uçak parçalarında kompozit kullanımının sadece epoksi reçine kullanımına kıyasla kütlede 5 kata varan azalmayı mukavemetsel kayıp olmaksızın sağladığını göstermiştir. Bu kazanımlar çeşitli taşıtlar için az yakıtla daha uzun mesafe alınmasını ve karbon salınımın azalmasını sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the effects of chirality and size of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on the mechanical properties of both SWNTs and carbon nanotube reinforced epoxy composites (CNTRPs). First, a novel 3D beam element finite element model is developed based on equivalent-continuum mechanics approach and used for replacing C-C chemical bond for modelling SWNTs. The effects of diameter and chirality on the Young's moduli, shear moduli, shear strains and Poisson's ratios of SWNTs are studied. For modelling CNTRPs, the aforementioned SWNTs are embedded into the epoxy resin finite element model. The volume fraction of SWNTs in epoxy is taken as 5% while the diameter for interface region between the two phases is taken twice to that of the SWNTs. For modelling interface regions, two approaches named as non-bonded interactions model and perfect bonding model are used and compared against each other. The latter approach is employed for evaluating the effects of chirality and size of SWNTs on the Young's modulus and Poisson's ratio of CNTRPs. The results for Young's moduli are in good agreement with those calculated by a theoretical relation known as continuum rule of mixtures. In order to quantify the structural mass reduction by using these CNTRPs for a particular application, specific strength is calculated for both pure epoxy resin and the composite. Result shows that the structural mass can be reduced 5 times compared to that of epoxy if its nanocomposite is used in its potential applications where the strength and volume requirements are fixed such as parts for automobiles and aircrafts. This mass reduction will ultimately lead towards better mileage, fuel savings and reduction in carbon emissions.
Benzer Tezler
- Modelling and analysis of multi-walled carbon nanotube reinforced polymer composites
Çok duvarlı nanotüp takviyeli polimer kompozitlerin modellenmesi ve analizi
BUSHRA FATIMA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN ESAT
- Determination of elastic properties of polymer nanocomposites using embedded element method
Gömülü eleman yöntemi kullanılarak polimer nanokompositlerin elastik özelliklerinin belirlenmesi
AYSU ELİF ALTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN GÜRSES
- A two-step computational homogenization approach for determination of elastic constants of hybrid composites
İki basamaklı hesaplamalı homojenleştirme yaklaşımı kullanarak hibrit kompozitlerin elastik sabitlerinin saptanması
MUSA BATIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN GÜRSES
- A modulus gradient elasticity model for nano-reinforced composites
Nano-güçlendirilmiş kompozitler için bir modül gradyanı elastisite modeli
HASAN GÜLAŞIK
Doktora
İngilizce
2018
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN GÜRSES
- Karbon tabanlı yeni hibrit nano-yapıların modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of carbon based new hybrid nano-structures
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA