بررسی رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت منیزیمی تقویت شده به‌وسیله‌ی نانو‌لوله بور نیترید به‌روش دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 اراک-مهندسی مکانیک

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

5 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

نانو‌کامپوزیت منیزیم یکی از نوآوری‌های موفق در زمینه‌ی نانو‌کامپوزیت‌ها است تا مواد مورد نیاز کنونی پزشکی، هوافضا و خودرو را برای ساختاری با نسبت استحکام به وزن بالا تأمین کند. با توجه به خواص ویژه نانولوله بور نیترید، این نانو‌لوله نقش مهمی در تقویت نانو کامپوزیت‌ها ایفا می‌نماید. در این پژوهش نانو‌کامپوزیت منیزیم به‌وسیله‌‌ی نانولوله‌ی بور نیترید تقویت شده و خواص مکانیکی این نانو‌کامپوزیت‌ها تحت بارگذاری کششی تک محوره، در راستای محوری نانو‌لوله، با روش دینامیک مولکولی توسط نرم‌افزار لمپس بررسی شده است. همچنین ضرایب تابع پتانسیل بین‌اتمی اتم‌های منیزیم، با استفاده از قانون ترکیب و داده‌های استخراج شده توسط نرم‌افزار گوسین، محاسبه شده است. نتایج شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی حاکی از بهبود خواص مکانیکی نانو‌کامپوزیت فلزی پایه منیزیم به‌دلیل اضافه نمودن نانولوله‌های بور نیترید می‌باشد. وجود استحکام دهنده نانولوله‌ی بور نیترید (0،12), (0،14), (0،16) و (0،18) به‌عنوان تقویت‌کننده‌ی زمینه‌ی منیزیم، سبب افزایش مدول الاستیک نانو‌کامپوزیت‌ها به‌ترتیب به میزان 13، 9/14، 2/16 و 17 درصد نسبت به منیزیم خالص شده است. نتایج دیگر این تحقیق حاکی از آن است که رفتار الاستیک نانوکامپوزیت مستقل از تغییرات نرخ کرنش است. همچنین با انجام این شبیه‌سازی در محدوده وسیعی از دما، تغییرات آشکاری در خواص مکانیکی نانو کامپوزیت در دماهای مختلف بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of mechanical behavior of BNNT-reinforced magnesium nanocomposite using molecular dynamics simulations

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Zolfaghari 1
  • Yeganeh Jafarkalhori 2
  • Hamed Heydari 3
  • Vahid Tahmasbi 4
  • Mahdi Safari 5
1 اراک-مهندسی مکانیک
2 School of Mechanic Engineering, Arak University, Arak, Iran
3 School of Mechanic Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
4 School of Mechanic Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
5 Department of Mechanical Engineering/Arak University of Technology
چکیده [English]

Magnesium nanocomposite is one of the successful innovations in the field of nanocomposites to provide the used current material in medical, aerospace and automotive for a light but high strength. The role of BNNT is important in the reinforcing of nanocomposites considering special characteristics of BNNT. in this research, magnesium nanocomposites are reinforced by boron nitride nanotubes and the mechanical properties of these nanocomposites under uniaxial tensile load in the axial direction of the nanotubes have been investigated by the molecular dynamics method by the Lammps software. Also, the coefficients of the interatomic potential function of magnesium atoms have been calculated using the law of composition and the data extracted by Gaussian software. The results of molecular dynamics simulations indicated that the mechanical properties of magnesium-based metal nanocomposite have improved by the addition of boron nitride nanotubes. The content of boron nitride nanotubes of (12,0), (14,0), (16,0), and (18,0) as the reinforcements of magnesium matrix has increased the elastic modulus of nanocomposite by 13%, 14.9%, 16.2%, and 17%, respectively. Th other results of this research also shows that the elastic behavior of nanocomposites is independent from strain rate changes. Also, by performing this simulation in a wide temperature range, it was observed changes in the mechanical properties of the nanocomposite at different temperatures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular dynamics
  • Nanocomposite
  • Magnesium
  • Boron Nitride Nanotube