Στοχαστική μοντελοποιήση γεφύρωσης ρωγμών σε νανοσύνθετα υλικά με χρήση πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται στοχαστική μοντελοποίηση της γεφύρωσης ρωγμών σε νανοσύνθετα υλικά. Η ενίσχυση των νανοσύνθετων υλικών γίνεται με νανοσωλήνες άνθρακα. Χρησιμοποιώντας την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων υπολογίζονται οι ελαστικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα. Στην συνέχεια γίνονται προσομοιώσεις Monte Carlo για την γένεση των ινών στο εσωτερικό της μήτρας. Κατασκευάζονται τρισδιάστατα μοντέλα με ρωγμή σε νανοσύνθετα υλικά. Γίνονται προσομοιώσεις ώστε να ελεγχθεί πότε η γεφύρωση της ρωγμής είναι πιο αποτελεσματική. Για την εύρεση των μηχανικών ιδιοτήτων του ανισότροπου υλικού πραγματοποιείται ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων σε προσομοιώσεις εφελκυσμού και διάτμησης. Τέλος αναπτύσσονται κάποιες εφαρμογές για πλαστικούς οδοντωτούς τροχούς ενισχυμένους με νανοσωλήνες άνθρακα.

In this thesis, a stochastic modelling of crack bridging in nanocomposites materials is investigated. The reinforcement of nanocomposites is effected with the addition of carbon nanotubes(CNTs). Using FE analysis, the elastic properties of carbon nanotubes are calculated. Monte Carlo simulations are performed for the placement of fiber within the matrix. Three-dimensional models with a crack in nanocomposites were developed. A number of simulation are performed to check the effectiveness crack bridging. In order to model the mechanical properties of the anisotropic reinforced plastic, a homogenized 3-D anisotropic equivalent is calculated through FEA analysis of Representative Volume Elements under axial and shear loading conditions. Finally some applications for plastic spur gears reinforced with carbon nanotubes were developed.