چکیده
یکی از چالش¬های استفاده از کامپوزیت¬های لایه¬ای در کاربردهای سازه¬ای خواص برون صفحه ضعیف این دسته از کامپوزیت¬ها است. از این‌رو افزایش چقرمگی و استحکام بین¬لایه¬ای برای مقابله با آسیب¬های بین¬لایه¬ای نظیر ایجاد و رشد تورق مورد توجه محققان قرار گرفته است. یکی از روش¬های اخیر برای دستیابی به این هدف استفاده از نانولوله¬ها در بین لایه¬ها است. بنابراین با توجه به کاربردهای رو به رشد نانوکامپوزیت¬ها، در این رساله بررسی چقرمگی بین¬لایه¬ای کامپوزیت اپوکسی با اضافه نمودن نانولوله کربنی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به محدودیت¬های تحمیل شده¬ی روش¬های تجربی در مطالعه¬های پارامتری از نظر تجهیزات و هزینه¬های در دسترس، رویکرد عددی می‌تواند گزینه مناسبی باشد. در این پژوهش از روش¬های عددی چند مقیاسی بهره گرفته می¬شود. در روش چند مقیاسی، ورودی‌های مدل در هر مقیاس از مقیاس پایین‌تر و با توجه به فرضیه¬های در نظرگرفته شده، حاصل می¬گردد. با توجه به فیزیک مسأله و تنوع مکانیزم‌های چقرمه¬کننده از جمله پل¬زنی نانولوله و بیرون کشیدگی آن، مطالعه رفتار بین نانولوله و اپوکسی دارای اهمیت است. این هدف در مقیاس نانو به روش دینامیک مولکولی انجام می‌گردد. بنابراین آزمون بیرون کشیدن نانولوله از رزین اطراف با درنظرگرفتن حجمک نماینده مناسب شبیه‌سازی می‌گردد. هدف از تحلیل در مقیاس میکرو، مدل¬سازی مکانیزم¬های افزایش چقرمگی است. با مطالعه رفتار حجمک نماینده تحت بارگذاری ترک در مود اول ضمن بررسی تأثیر برخی از پارامترها، ورودی¬های شبیه‌سازی در مقیاس مزو تأمین می¬گردد. در مقیاس مزو، با بررسی اثر دور زدن ترک اطراف الیاف شیشه، خواص المان چسبی برای مقیاس بالاتر استخراج می‌شود. در مقیاس ماکرو برای بررسی چقرمگی شکست بین¬لایه¬ای آزمون‌های استاندارد نظیر تیردولبه یک سر درگیر به روش ناحیه چسبنده مدل¬سازی می¬گردد. هم چنین اثر پل زی الیاف شیشه به روش اضافه کردن الیاف کمکی بین دو لایه در نظر گرفته می‌شود. برای اعتبارسنجی نتایج عددی، نمونه استاندارد تقویت شده با نانولوله¬های کربنی در آزمون استاندارد مورد بررسی قرار می¬گیرد. نتایج آزمون تیردولبه نشان دهنده رشد در انرژی شکست اولیه و انرژی توسعه شکست با اضافه کردن نانولوله کربنی است. به طوری که با اضافه کردن 5/0 درصد نانولوله کربنی انرژی شکست اولیه تا 25 درصد افزایش پیدا کرده است. مطالعه سطح ترک با میکروسکوپ الکترونی روبشی، وجود مکانیزم‌های چقرمه‌کننده غالب از جمله پل زنی و شکست نانولوله و بیرون کشیدگی آن را نشان می‌دهد. در مقیاس میکرو، استفاده از مدل آسیب غیرمحلی بر روی رزین اپوکسی با توجه به اثر مکانیزم های چقرمه‌کننده نانولوله موجب پیش بینی بهتر سطح ترک شده است و اثرات محلی رشد ترک کاهش پیدا کرده است. در این رساله اثرات مکانیزم‌های چقرمه‌کننده از جمله پل‌زنی نانولوله و پل‌زنی الیاف با رویکرد چند مقیاسی به صورت همزمان دیده شده است.
کلمات کلیدی: کامپوزیت شیشه-اپوکسی، نانولوله کربنی، مدل¬سازی چند مقیاسی، چقرمگی شکست بین لایه¬ای