بررسی اثر نقص تصادفی تهی­جا بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت گرافین/پلی­اتیلن

هدف از انجام این پروژه استفاده از بسته­ی محاسباتی لمپس برای بررسی اثر نقص تصادفی تهی­جا بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت گرافین/پلی­اتیلن (gr/pe) می­باشد. در ابتدا ماتریس پلی اتیلن با استفاده از یک نیروی میدانی غیر واکنشی شبیه­سازی گردید و بعد از رسیدن به چگالی ثابت، نانوساختار گرافین به عنوان یک لایه­ی تقویت کننده به طور کامل در درون ماتریس پلیمر قرار داده شد. بعد از مطالعه­ی تعادل کامپوزیت و خواص مکانیکی آن در حالت بدون نقص، نقص تصادفی تهی­جا با درصدهای مختلف روی نانوساختار اعمال و کمیت­هایی مکانیکی مانند استرس و کرنش شکست، مدول یانگ و چقرمگی بررسی گردید. نتایج بدست­آمده نشان می­دهند که افزودن گرافین به ماتریس پلیمری خواص مکانیکی آن را به صورت چشمگیری افزایش می­دهد به طوریکه مدول یانگ آن تقریبا برابر gpa 50 می­باشد. اما با اعمال نقص، مشاهده می شود که خواص مکانیکی کامپوزیت gr/pe حساسیت شدیدی از خود نشان می­دهند. با اعمال 1% نقص تصادفی در تمام کمیت­های ذکر شده افت شدیدی دیده شده بطوریکه مقدار چقرمگی درحدود 75% درصد کاهش می­یابد. با افزایش درصد نقص تصادفی، این روند کاهشی ادامه می­یابد. همچنین با اعمال نقص 1% و بالاتر، رفتار خواص مکانیکی کامپوزیت gr/pe در هر دو جهت اعمال تنش یکسان می­باشد.

the effect of random vacancy defect on mechanical properties of graphene/polyethylene

this study utilizes the lammps computational package to investigate the impact of random vacancy defects on the mechanical properties of graphene/polyethylene (gr/pe) composites. initially, a polyethylene matrix was simulated using a non-reactive force field. after achieving a consistent density, graphene nanosheets were introduced as a reinforcing layer within the polymer matrix. the equilibrium and mechanical properties of the composite were studied in the absence of defects. subsequently, random vacancy defects with varying percentages were introduced into the nanosheets, and mechanical parameters such as fracture stress and strain, young s modulus, and fracture toughness were analyzed. the results demonstrate that incorporating graphene into the polymer matrix significantly enhances its mechanical properties, with a young s modulus of approximately 50 gpa. however, upon introducing defects, the mechanical properties of the gr/pe composite exhibit substantial sensitivity. a 1% random defect application results in a substantial decrease in all parameters, with fracture toughness reduced by approximately 75%. this downward trend continues with increasing random defect percentages. also, after applying 1 % defect and above, the mechanical behavior of gr/pe in both applied stress direction turns out the same.