مطالعه عددی- تجربی اثر نرخ کرنش بر خواص کششی نانوکامپوزیت‌های گرافن- اپوکسی

در این پژوهش، اثر نرخ کرنش بر رفتار کششی نانوکامپوزیت‌های گرافن اپوکسی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه‌ها برای 0/05، 0/1، 0/3 و 0/5 درصد وزنی گرافن اکساید آماده‌سازی شدند و تحت آزمون کشش در نرخ‌های کرنش مختلف قرار گرفتند. نتایج تجربی نشان داد که حداکثر بهبود در استحکام کششی و مدول به ترتیب 9 و 16% و برای نانوکامپوزیت، 0/1 درصد وزنی به‌دست آمده بودند. همچنین، نتایج نشان داد که اپوکسی و نانوکامپوزیت‌های آن به نرخ کرنش حساس بودند. حساسیت به نرخ با افزایش درصدهای وزنی گرافن، کاهش یافت. علاوه‌بر آن نشان داده شد که با افزایش نرخ کرنش، استحکام کششی و مدول اپوکسی خالص به ترتیب 15/8 و 16/8% بهبود یافتند. در این مطالعه، تناسب و کارآیی مدل ماده جانسون کوک برای توصیف ارتباط تنش کرنش نانوکامپوزیت‌ها، به کمک تکنیک ترکیب آزمایشی عددی بهینه‌سازی ارزیابی شد. شبیه‌سازی‌های عددی با استفاده از برنامه تجاری آباکوس و بهینه‌سازی، با استفاده از مدل‌سازی جایگزینی انجام گرفت. نتایج نشان داد که در نرخ‌های کرنش خیلی پایین، مدل جانسون کوک دقیق نیست. با این حال، با افزایش درصد وزنی گرافن یا افزایش نرخ کرنش، دقت مدل بهبود چشمگیری یافت.

Numerical and Experimental Investigation of the Strain Rate Effect on Tensile Properties of Graphene/Epoxy Nanocomposites

In this research, the effect of strain rate on the tensile behavior of the graphene/epoxy nanocomposites was investigated. The specimens were prepared for 0.05, 0.1, 0.3 and 0.5 wt.% graphene oxide and were subjected to tensile tests at different strain rates. The experimental results showed that the maximum improvements in the tensile strength, the modulus, and nanocomposite were 9%, 16%, and 0.1 wt.%, respectively. Also, the results indicated that the epoxy and its nanocomposites were sensitive to the strain rate. The rate sensitivity decreased with the increase of the graphene weight percentages. Moreover, it was shown that by increasing the strain rate, the tensile strength and modulus for pure epoxy were improved by 15.8% and 16.8%, respectively. In this study, the appropriateness and applicability of the JohnsonCook material model for describing the stressstrain relation of the nanocomposites were examined by a combined experimentalnumericaloptimization technique. The numerical simulations were carried out using Abaqus commercial program and the optimizations were performed using the Surrogate modeling. The results showed that the Johnsoncook model is not accurate at very low strain rates. However, the accuracy of the model was remarkably improved by increasing the graphene weight percentage or increasing strain rate.