Μηχανική απόκριση ελαστομερών υλικών: Θερμοδυναμική και μηχανιστική ανάλυση βασισμένη σε μοριακές προσομοιώσεις

Μπαλαφούτης, Ανδρέας; Balafoutis, Andreas

dc.contributor.author	Μπαλαφούτης, Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Balafoutis, Andreas	en
dc.date.accessioned	2017-02-20T09:58:50Z
dc.date.available	2017-02-20T09:58:50Z
dc.date.issued	2017-02-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44386
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6890
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ελαστομερές	el
dc.subject	Μοριακές Προσομοιώσεις	el
dc.subject	Μοριακή Δυναμική	el
dc.subject	Ελεύθερη Ενέργεια	el
dc.subject	Μηχανική Απόκριση	el
dc.subject	Elastomer	en
dc.subject	Molecular Simulations	en
dc.subject	Molecular Dynamics	en
dc.subject	Free Energy	en
dc.subject	Mechanical Properties	en
dc.title	Μηχανική απόκριση ελαστομερών υλικών: Θερμοδυναμική και μηχανιστική ανάλυση βασισμένη σε μοριακές προσομοιώσεις	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μοριακές Προσομοιώσεις	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-26
heal.abstract	Ένα ελαστομερές υλικό είναι ένα μαλακό υλικό, το οποίο, όταν παραμορφώνεται, παρουσιάζει ελαστικές ιδιότητες. Ακόμα και σε μεγάλες παραμορφώσεις, όταν παύει να ασκείται πάνω του κάποια δύναμη, το ελαστομερές επανέρχεται στην απαραμόρφωτή του κατάσταση. Όταν ενωθούν πολλές πολυμερικές αλυσίδες μεταξύ τους, δημιουργείται ένα ελαστομερές. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε δίκτυο σταυροδεσμευμένου πολυαιθυλενίου που κατασκευάστηκε από γραμμικές αλυσίδες. Ο αλγόριθμος έχει αναπτυχθεί στην ομάδα Υπολογιστικής Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών. Το πολυμερικό δίκτυο αποτελούνταν από αλυσίδες ενοποιημένων ατόμων άνθρακα και είχε συνολικά 8.000 άτομα. Το ελαστομερές μας είχε σταυροδεσμευμένα άκρα και 32 τριδραστικούς σταυροδεσμούς. Για την περιγραφή των αλληλεπιδράσεων, δεσμικών και μη δεσμικών, χρησιμοποιήθηκε το δυναμικό TraPPE – UA. Μέσω των προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής, που διενεργήσαμε στο cluster Glass του εργαστηρίου Co.M.S.E. της Σχολής Χημικών Μηχανικών, προσδιορίσαμε όλες τις τιμές των μεγεθών που μας ενδιέφεραν για το ελαστομερές μας. Για τη μοντελοποίηση με τη μέθοδο Μοριακής Δυναμικής χρησιμοποιήθηκε ο ανοιχτός κώδικας Lammps. Στο ελαστομέρες μας διενεργήσαμε προσομοιώσεις μονοαξονικής παραμόρφωσης, υπό σταθερή θερμοκρασία T=450 K. Αρχικά εφελκύσαμε το ελαστομερές έως τον τριπλασιασμό του μήκους του, δηλαδή έως λόγο έκτασης και με βήμα εφελκυσμού . Ακολούθως διενεργήσαμε προσομοιώσεις θλίψης του ελαστομερούς έως και με βήμα θλίψης . Τέλος διενεργήθηκαν προσομοιώσεις εφελκυσμού και θλίψης του ελαστομερούς για άλλες τιμές της θερμοκρασίας, σε ένα εύρος από έως και με βήμα . Χρησιμοποιήσαμε τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και προχωρήσαμε στη μηχανική απόκριση του ελαστομερούς, προσδιορίζοντας το μέτρο του Young E και δημιουργώντας το διάγραμμα τάσης – λόγου παραμορφώσεως, υπό ελεγχόμενη παραμόρφωση. Συγκρίναμε τα αποτελέσματα με αποτελέσματα άλλων προσομοιώσεων υπό ελεγχόμενη τάση και είδαμε ότι σχεδόν ταυτίζονται. Υπολογίσαμε την ολική ενέργεια του ελαστομερούς, τις επιμέρους ενεργειακές συνιστώσες της, καθώς και την εξάρτηση του γινόμενου των λόγων παραμορφώσεως κατά τις τρεις διαστάσεις από την αξονική παραμόρφωση. Έπειτα πραγματοποιήθηκε θερμοδυναμική ανάλυση της ελεύθερης ενέργειας , μέσω της οποίας διαχωρίστηκε η τάση στις επιμέρους συνιστώσες της. Οι τρεις συνεισφορές στη διαμόρφωση της τάσης είναι η ενεργειακή συνεισφορά, η συνεισφορά λόγω μεταβολής του όγκου και η εντροπική συνεισφορά. Μέσω των κατάλληλων μετασχηματισμών οδηγηθήκαμε σε σχέσεις που περιγράφουν και τις τρεις συνεισφορές στην τάση συναρτήσει μετρησίμων μεγεθών. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων υπολογίσαμε την ολική τάση. Έπειτα, αφαιρώντας από την ολική τάση την ενεργειακή συνεισφορά και τη συνεισφορά λόγω μεταβολής του όγκου, που είχαμε επίσης υπολογίσει, βρήκαμε την εντροπική συνεισφορά για κάθε λόγο παραμόρφωσης. Τέλος προσδιορίσαμε την εντροπική συνεισφορά στην τάση και με δύο άλλες, εναλλακτικές μεθόδους που στηρίζονται σε μεταβολή της θερμοκρασίας του δείγματος υπό σταθερή παραμόρφωση: Με τη μέθοδο των Κεντρικών Διαφορών και με τη μέθοδο της ευθείας Ελαχίστων Τετραγώνων. Αυτό που παρατηρήσαμε είναι πως και με αυτές τις δύο, εναλλακτικές μεθόδους προσδιορισμού της εντροπικής συνεισφοράς στην τάση, τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι πάρα πολύ κοντά σε αυτά που προέκυψαν από τα πειράματα παραμόρφωσης μέσω της θερμοδυναμικής ανάλυσης.	el
heal.advisorName	Θεοδώρου, Δώρος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Δώρος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	86 σ.
heal.fullTextAvailability	true