Grafen takviyeli polimer yapıların moleküler dinamik yöntemiyle mekanik ve termal özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and thermal properties of graphene reinforced polymer structures by molecular dynamics method
- Tez No: 704846
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET SİNAN ÖKTEM, PROF. DR. ALPER ŞEVKİ KONUKMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Bu doktora tez çalışmasında, günümüzde birçok mühendislik uygulamasında kullanılan epoksinin mekanik ve termâl özelliklerinin grafen takviyesi ile birlikte değişimi moleküler dinamik yöntemiyle incelenmiştir. Simülasyonlarda epoksinin modellenmesinde sıklıkla kullanılan epoksi reçine olarak diglisidil eter bisfenol-A (DGEBA), sertleştirici olarak ise dietil toluen diamin (DETDA) kullanılmıştır. Epoksi içerisindeki çapraz bağlanma reaksiyonlarının gerçekleşmesi için yeni bir sezgisel yöntem olan REACTER protokolü kullanılmıştır. Simülasyonlarla birlikte ilk olarak epoksinin elastisite modülü, kayma modülü, hacimsel genleşme modülü ve camsı geçiş sıcaklığı değerleri hesaplanmıştır. Tüm simülasyon hücreleri aynı sayıda molekül içeren üç farklı model olarak oluşturulmuş, analiz sonuçlarının ortalama ve standart sapma hesaplamaları ile değerler hesaplanmıştır. Elastik özelliklerin hesaplanmasında“Constant strain minimization”metodu kullanılmış olup, camsı geçiş sıcaklığının hesaplanmasında ise“Two segments fit method”kullanılmıştır. Bu değerler farklı büyüklüklerde altı adet hücre boyutu için tekrarlanarak, kullanılan hücre boyutunun hesaplamalara etkisi incelenmiştir. Aynı zamanda üç farklı çapraz bağ oranı elde edilerek, hesaplamalar yapılmış ve çapraz bağ oranının etkisi ortaya koyulmuştur. Son olarak da DREIDING, UNIVERSAL ve COMPASS kuvvet alanı fonksiyonları ayrı ayrı kullanılarak, kuvvet alanı fonksiyonlarının elde edilen sonuçlara etkisi de ayrıca değerlendirilmiştir. Sade epoksi üzerinde yapılan bu hesaplamalar sonrasında epoksi içerisine kusursuz grafen eklenmiş ve farklı ağırlık oranlarında grafenin epoksi içerisine eklenmesi sonucu oluşan nano kompozit yapının elastisite modülü değeri hesaplanmıştır. Son olarak tek boşluk, çift boşluk ve Stone-Wales kusur tiplerine sahip grafenler epoksi yapısı içerisine eklenerek analizler tekrarlanmış ve grafenin kusurlu hale gelmesiyle birlikte elastisite modülü değerinin değişimi incelenmiştir. Tüm simülasyonlar sonrasında sade epoksinin ve grafen takviyeli epoksinin özellikleri literatürde benzer yapılar için elde edilmiş deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this Ph. D. dissertation, variation of mechanical and thermal properties of epoxy, which is used in many engineering applications today, with graphene reinforcement was investigated using molecular dynamics method. Epoxy resin diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and hardener diethyl toluene diamine (DETDA) were used in modeling the epoxy. And also, REACTER protocol which is a new heuristic method was used for the cross-linking reactions of epoxy. Firstly, elasticity modulus, shear modulus, bulk modulus, and glass transition temperature values were calculated for epoxy. All simulation cells were created as three independent samples to examine different variations which contain the same number of molecules and elastic properties were determined by standard deviation results.“Constant strain minimization”method was used to calculate the elastic properties, and“Two segments fit method”was used to calculate glass transition temperature. These calculations were repeated for six different cell sizes and the effect of the cell size used in the modeling was examined. At the same time, simulations were run by obtaining three different crosslinking ratios and the effect of crosslinking ratio was revealed. Finally, the effect of force field functions was also evaluated by using DREIDING, UNIVERSAL, and COMPASS force field functions respectively. After these calculations for neat epoxy, pristine graphene was added to the epoxy in different weight ratios and the elasticity modulus of the created nanocomposite structure was calculated. Finally, graphene with single vacancy, double vacancy, and Stone-Wales defect types was added to the epoxy structure and variation in the elastic modulus value was investigated for the defective. After all these simulations, properties of neat epoxy, and nano-composite material created by adding graphene into epoxy were compared with the experimental results obtained for similar structures in the literature.
Benzer Tezler
- Investigation of CNT smart paint for structural health monitoring in advanced and nano-enhanced carbon fiber composites
Gelişmiş ve nano takviyeli kompozit malzemeler için karbon nanotüp içerikli akıllı boyanın yapısal sağlık izleme için geliştirilmesi
YAĞMUR ATEŞCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. HÜLYA CEBECİ
- Karbon fiber-epoksi kompozitlerde grafen oksit ve halloysit nanotüp katkısının arayüzey performansına etkisinin fiber demeti testleri ile belirlenmesi
Determination of the effect of graphene oxide and halloysite nanotube fillers on the interface performance with fiber bundletests of carbon fiber-epoxy composites
MELEK ÖZBİLEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiBiyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK
- Creep behavior investigation of 3d printed polyetherimide parts with carbon black reinforcement via experimental analysis and modeling
3b basılmış karbon siyahı takviyeli polieterimid parçaların deneysel analiz ve modelleme ile sürünme davranışının incelenmesi
MERVE KARABAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPTEKİN YILDIZ
- Poli(amido amin) katkılı grafen nanokompozitlerin karakterizasyonu
Characterization of poly(amido amine) functionalized graphene nanocomposites
NURİ KARAKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
KimyaEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEÇKİN ERDEN
- Synthesis of poly (Methyl methacrylate) reinforced by multi-walled carbon nanotubes and magnetite nanofillers
Mwcnt ve magnetit nanodolgular ile güçlendirilmiş poli (Metil metakrilat) sentezi
ECEM ERMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN