Karbon nanotüp içeren kompozit kardan milinin burulma burkulmasına ilişkin sayısal ve teorik bir araştırma

Kompozit kardan milleri, üstün mukavemet-ağırlık ve sertlik-ağırlık oranları nedeniyle geleneksel kardan millerinin güçlü bir ikamesi olarak ortaya çıkmışlardır. Aynı zamanda, çok duvarlı karbon nanotüplerin (ÇDKNT) üstün mekanik, elektriksel ve termal özelliklerinden dolayı takviye elemanı olarak kullanımı büyük bir ivme kazanmıştır. Bu çalışmada, karışım kuralı (rule of mixture) ile Halpin-Tsai (H-T) modelini birleştiren bir mikromekanik model, ÇDKNT katkılı karbon fiber takviyeli epoksi reçinenin elastik sabitlerini hesaplamak için kullanılmıştır. Bu mikromekanik model, MWCNT'lerin topaklanma, en boy oranı, dalgalanma ve rastgele yöneliminin etkisini dikkate almaktadır. ÇDKNT/epoksi reçinenin mikromekanik model kullanılarak hesaplanan elastik sabitleri literatürde bulunan deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca, çeşitli ÇDKNT konsantrasyonları ve fiber oryantasyon açıları için kompozit kardan millerinin kritik burulma burkulma yükünü tahmin etmek için sonlu elemanlar analizi (SEA) yapılmıştır. SEA sonuçları teorik olarak elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, mikromekanik model kullanılarak hesaplanan ÇDKNT/epoksi reçine nanokompozitinin Young modülünün deneysel bulgularla uyumlu olduğunu göstermiştir. ÇDKNT katkısız karbon elyaf takviyeli epoksi reçine ile karşılaştırıldığında, hacimce %10 MWCNT'lerin eklenmesi durumunda E1, E2, G12 ve G23 (kompozit laminanın elastik sabitleri) sırasıyla %0,66, %27,80, %49,02 ve %37,50'lik iyileştirmeler gösterdi. Fiber oryantasyon açısı, Tcr üzerinde ÇDKNT konsantrasyonundan daha baskın bir etkiye sahiptir.