Luận Văn Tính toán và mô phỏng uốn tấm nanocomposite nền polymer cốt graphene

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình phát triển, con người luôn có những phát minh phục vụ cuộc sống của mình. Việc tìm ra vật liệu mới thay thế vật liệu truyền thống là một bước tiến của khoa học mà công nghệ na nô được nhắc tới như là một điển hình. Tất cả các máy, kết cấu và dụng cụ có thể được thiết kế từ kích thước nguyên tử. Những tấm graphene có độ bền phá kỷ lục có thể là ý tưởng để thiết kế những dụng cụ có cấu trúc na nô và kết cấu na nô-composite.
Kể từ khi “chất liệu nghi vấn” graphene – các tấm carbon chỉ dày một nguyên tử - được khám phá ra vào năm 2004 do hai nhà khoa học người Nga là Konstantin Novoselov và Andre Geim. Nó đã tỏ ra là một chất dẫn điện cực kì tốt; một chất bán dẫn có thể dùng để chế tạo transistor; và là một vật liệu rất bền. James Hone, Jeffrey Kysar, Changgu Lee và Xiaoding Wei ở trường đại học Columbia đã chứng minh cho thấy nó là chất liệu bền nhất từ trước đến nay[1].
Do khó khăn trong nghiên cứu thực nghiệm, mô phỏng số được coi là công cụ đắc lực mô hình hóa và xác định đặc trưng cơ học của Graphene và Composite từ nó.
Với đề tài: “Tính toán và mô phỏng uốn tấm nanocomposite nền polymer cốt graphene”. Đồ án sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Marc để mô hình hóa và xác định đặc trưng cơ học của graphene và tính toán bài toán uốn tấm nanocomposite nền polymer cốt graphene.
Nội dung chính của đồ án được trình bày như sau:
Chương 1 :trình bày về lịch sử phát triển và ứng dụng, cấu trúc và các đặc tính của graphene. Cơ sở lựa chọn loaị vật liệu composite của graphene để nghiên cứu
Chương 2 :mô hình hóa tấm graphene bằng phương pháp phần tử hữu hạn và tính mô đun đàn hồi của tấm graphene.
Chương 3 : Mô hình phần tử hữu hạn của bài toán
Chương 4 : Kết quả cho bài toán uốn
Chương 5 : Kết Luận




Mục lục​ LỜI CẢM ƠN 1
LỜI NÓI ĐẦU 2
Kí hiệu sử dụng trong đồ án. 7
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 9
1.1 Định nghĩa. 9
1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của Graphene. 10
1.3 Cấu trúc của Graphene. 11
1.4 Các đặc tính của Graphene. 12
1.4.1 Đặc tính về cơ học. 12
1.4.2 Đặc tính về điện. 13
1.4.3 Đặc tính về nhiệt 13
1.5 Cơ sở lựa chọn đề tài 14
CHƯƠNG 2:MÔ HÌNH PTHH VÀ MODUN ĐÀN HỒI CỦA GRAPHENE. 16
2.1 Mô hình phần tử hữu hạn cho tấm Graphene. 16
2.2 Mô đun đàn hồi của phần tử dầm. 17
2.2.1 Hàm thế năng. 17
2.2.2 Quan hệ giữa các thông số của mặt cắt ngang và lực. 18
2.3 Sơ lược về phương pháp cơ học kết cấu đối với hệ khung không gian. 21
2.3.1 Bài toán kéo – nén. 22
2.3.2 Bài toán uốn. 23
2.3.3 Bài toán xoắn. 25
2.3.4 Bài toán kéo, uốn, xoắn đồng thời 26
2.4 Tính toán cơ tính của tấm graphene. 27
2.4.1 Kéo theo phương armchair. 27
2.4.2 Kéo theo phương zigzac. 28
CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH PTHH CỦA BÀI TOÁN 29
3.1 Đặc trưng vật liêu. 29
3.2 Mô tả bài toán. 29
3.3 Xây dựng mô hình. 29
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. 32
4.1 Lý thuyết tấm Kirchoff 32
4.2 Kết quả bài toán theo phương pháp giải tích. 34
4.3 Kết quả bài toán theo phần mềm Marc. 35
4.3.1 Mô hình 100% nhựa Epoxy. 36
4.3.2 Mô hình Vs=2.5%. 37
4.3.3 Mô hình Vs= 5%. 38
4.3.4 Mô hình Vs= 10%. 39
4.3.5 Mô hình Vs= 15%. 40
4.3.6 Mô hình Vs= 20%. 41
4.4 Sự phụ thuộc độ võng tấm vào số lớp Graphene trên nền Epoxy. 42
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN 44
Tài liệu tham khảo. 45