محاسبه مدول یانگ و ضریب میرایی طولی در کامپوزیت مس تقویت شده با نانو لوله های کربنی

با توجه به استفاده گسترده از نانو لوله های کربنی در ساخت مواد مرکب با قابلیت‌های ویژه، در این مطالعه، ثابت های الاستیک، فاکتور q و ضریب میرایی طولی بلور مس تقویت ‌شده با نانو لوله‌های کربنی، با استفاده از روش دینامیک مولکولی محاسبه‌ شده است. همچنین اثر دما و کایرالیتی نانو لوله ها‌ی کربنی بر این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، در مدلسازی ها از دو پتانسیل بین اتمی ایربو و ترسوف برای شبیه سازی میان کنش اتم های کربن، استفاده شده و اثر پتانسیل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، به منظور بررسی اثر طول نانو لوله ها در خواص مکانیکی کامپوزیت، نمونه هایی با طول الیاف کوتاه تر نیز در نظر گرفته شده است. در این مطالعه، مدول یانگ با اعمال تنش تک‌محوری و فاکتور q با استفاده از روش ارتعاش اجباری محاسبه می شود. سپس، با استفاده از نظریه ضریب میرایی طولی سازه‌های چند درجه آزادی، ضریب میرایی طولی تعیین می شود. نتایج به ‌دست‌ آمده نشان می دهد که افزودن نانو لوله های کربنی به محیط مس بلوری باعث افزایش مدول یانگ و ضریب میرایی کامپوزیت می شود. از بین نانو لوله‌های کربنی آرمچیر، زیگزاگ و کایرال با قطر و طول یکسان، نانو لوله‌ی کربنی کایرال یا آرمچیر بسته به پتانسیل مورد استفاده اثر فزاینده تری بر مدول یانگ ماده مرکب دارد. همچنین، با تقویت بلور مس به ‌وسیله نانو لوله های کربنی، فاکتور q به طور چشمگیری کاهش می یابد.

Young modulus and longitudinal damping coefficient of the composite copper reinforced by carbon nanotubes

Due to the widespread use of carbon nanotubes in composites with special capabilities, in this study, the elastic constants, Qfactor, and longitudinal damping coefficient of crystalline copper reinforced by carbon nanotubes were examined exploiting molecular dynamics simulation. The effect of temperature and chirality of carbon nanotubes on the abovementioned parameters was also investigated. The mechanical behavior of the copper composites is considered for two different carbon interatomic potentials Airebo and Tersoff. Additionally, the mechanical characteristics of the composites are pursued in the case of short carbon nanotube fibers, as well. In this work, Young’s modulus and Qfactor were determined via the uniaxial stress and forced vibration method, respectively. Subsequently, employing the multidegree of freedom structural dynamics, the longitudinal damping coefficient was obtained. The results showed that by the addition of the carbon nanotubes to the copper matrix, its Young’s modulus and damping coefficient increased. A comparison between armchair, zigzag, and chiral carbon nanotubes of the same diameter and length manifested that the chiral or armchair carbon nanotubes, depending on the employed interatomic potentials, had a more dominant effect on increasing the composite Young’s modulus. Moreover, the calculations show that the Qfactor in the reinforced cell was significantly reduced.