Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/15135
Title: Σχεδιασμός βελτιστοποιημένων νάνο-σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας για τον προσδιορισμό της θερμομηχανικής συμπεριφοράς τους
Other Titles: Design of advanced polymer matrix nanocomposite materials for the determination of their thermomechanical behavior
Authors: Κοκαλιάρη, Αικατερίνη
Keywords: Πολυμερή νάνο-ενισχυμένα σύνθετα υλικά
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
Νανοσωλήνες άνθρακα
Στοιχεία αντιπροσωπευτικού όγκου
Νανοπετάλια γραφενίου
Μηχανικές ιδιότητες
Θερμικές ιδιότητες
Νανοτεχνολογία
Εγκλείσματα
Keywords (translated): Nano-reinforced polymer matrix composites
Carbon nanotubes
Graphene nanoplatelets
Finite element analysis
Representative volume elements
CNTs
GNPs
Inclusions
Nanotechnology
Mechanical properties
Thermal properties
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη χρήση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων για την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας ενισχυμένων με νάνο-εγκλείσματα νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) και νανοπεταλίων γραφενίου (GNPs) και τον υπολογισμό των μηχανικών και θερμικών ιδιοτήτων αυτών μέσω υπολογιστικών μεθόδων πολλαπλών κλιμάκων. Αρχικά, θα γίνει μελέτη της επίδρασης της παρουσίας εγκλεισμάτων σε Στοιχεία Αντιπροσωπευτικού Όγκου (RVEs) στη νάνο κλίμακα και μέσω της θεωρίας Ασύμμετρης Ομογενοποίησης θα γίνει η μετάβαση στη μεσοκλίμακα. Μέσα από μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων θα γίνει μελέτη για τις μηχανικές όσο και τις θερμικές ιδιότητες του σύνθετου. Οι μηχανικές ιδιότητες στις οποίες επικεντρώνεται η παρούσα εργασία είναι το μέτρο ελαστικότητας και το μέτρο διάτμησης. Στη συνέχεια, για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων γίνονται πειράματα για κάθε διεύθυνση χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα πειράματα για κάθε περίπτωση και γίνεται σύγκριση με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα από την βιβλιογραφία και με αναλυτικές μεθόδους σύνθετων υλικών ενισχυμένων με νανοεγκλείσματα. Ακολούθως για τις θερμικές ιδιότητες γίνεται προσδιορισμός της θερμικής αγωγιμότητας. Θα χρησιμοποιηθούν δύο μοντέλα που το ένα στηρίζεται στην υπόθεση ότι υπάρχει τέλεια επαφή μεταξύ των νανοεγκλεισμάτων και της μήτρας ενώ το άλλο στην υπόθεση μη-τέλειας επαφής. Έπειτα, γίνεται σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων για την θερμική αγωγιμότητα με τα θεωρητικά αναμενόμενα αποτελέσματα, όσο και με την βιβλιογραφία. Τέλος, η εργασία ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική εργασία.
Abstract (translated): This diploma thesis deals with the use of finite element models for the optimization of the design of composite polymer matrix materials reinforced with nano-inclusions: a) carbon nanotubes (CNTs) and b) graphene nanoplatelets (GNPs) and the calculation of their mechanical and thermal properties by means of multi-scale computational methods. Initially, the effect of the presence of inclusions on Representative Volume Elements (RVEs) in the nano scale will be studied and the Asymmetric Homogenization theory will be the transition to the mid-scale. A study about the mechanical and thermal properties of the composite will be conducted with the use of Finite element models. The mechanical properties on which the present work focuses are the elastic modulus and the shear modulus. Then, to determine the properties, experiments are performed for each direction using the appropriate experiments for each case and a comparison is made with corresponding experimental results from the literature and with analytical methodologies of composite materials that exhibit isotropic behaviour. After that, for the thermal properties, the thermal conductivity is determined. Two models will be used, one based on the assumption that there is perfect contact between the nano-inclusions and the matrix while the other on the non-perfect contact hypothesis. Then, the experimental results for thermal conductivity are compared with the theoretically expected results, as well as with the literature. Finally, the thesis concludes with conclusions and proposals for future work.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Κοκαλιάρη MSc thesis polymer science and technology.pdfμεταπτυχιακή – διπλωματική εργασία της Κοκαλιάρη Αικατερίνης4.91 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.