این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
مهندسی عمران مدرس، جلد ۲۵، شماره ۵، صفحات ۷-۱۷
عنوان فارسی بررسی رفتار مکانیکی نانوورق‌های آلومینیومی دارای لایه اکسید سطحی تحت آزمون تک‌محوری با روش دینامیک مولکولی
چکیده فارسی مقاله نانوورق­های آلومینیومی از جمله اجرایی هستند که کاربردهای مختلفی در زمینه­های متنوع همچون تقویت مواد پایه سیمانی و بهبود عملکرد و کارایی بتن و ارتقا خواص مکانیکی و حجمی خاک رس دارند. در این مطالعه به بررسی پاسخ­های مکانیکی نانوورق­های آلومینیومی تحت آزمون کشش و فشار تک­محوری با استفاده از روش دینامیک مولکولی پرداخته می­شود. مدل اتمی در نظر گرفته شده برای نانوورق براساس مدل سه­بعدی هسته آلومینیومی و پوسته اکسید آلومینیوم است که می­تواند توصیف مناسبی از اکسیداسیون سطحی در نمونه داشته باشد. اندرکنش بین اتمی نیز براساس پتانسیل EAM+CTI محاسبه می­شود تا مدل­سازی دارای دقت خوبی بوده و تاثیرات اندرکنش الکترواستاتیک بین ذرات نیز در نظر گرفته شود. پس از ایجاد پیکربندی اولیه نانوورق، فرایند کمینه­سازی انرژی صورت پذیرفته و نمونه تحت شرایط محیطی پایدار می­گردد. سپس آزمون تک­محوری کششی و فشاری منطبق با شرایط آزمایشگاهی بر نمونه اعمال شده و نمودارهای تنش-کرنش نمونه تعیین می­گردد. به منظور حذف اثرات دینامیکی ناشی از سرعت بالای بارگذاری، اعمال تغییرشکل بر نانوورق به صورت گام­به­گام صورت می­پذیرد. در این روش برای هر گام از بارگذاری، ابتدا تغییرشکل کمی به آرامی به نمونه اعمال شده، سپس نمونه تحت شرایط تغییرشکل یافته پایدار گردیده و در انتها مقادیر تنش و کرنش در نمونه ارزیابی می­شود. شبیه­سازی صورت گرفته با مقایسه با داده­های آزمایشگاهی صحت­سنجی می­شود. پس از تایید صحت مدل­سازی، نانوورق­ها با ضخامت­های مختلف و درصدهای مختلفی از لایه اکسید تحت آزمون تک­محوری ارزیابی شده و نمودار تنش-کرنش آن­ها بررسی می­گردد. نتایج حاکی از تاثیر زیاد ضخامت لایه اکسید بر رفتار مکانیکی نانوورق است، به طوری‌که با افزایش درصد لایه اکسید از 15 تا 60 درصد نمونه سخت‌‌تر شده و مدول یانگ آن از حدود 75 به 100 گیگاپاسکال افزایش ‌می‌یابد. همچنین تاثیر نواقص نقطه­ایی نیز بر شیب نمودار تنش-کرنش بیانگر کاهش سختی با افزایش میزان حفرات بسیار زیر در نمونه­ها است.Top of Form
 
کلیدواژه‌های فارسی مقاله ،نانوورق آلومینیوم،آزمون‌های تک‌‌محوری،شبیه‌سازی دینامیک مولکولی،پاسخ‌های مکانیکی،تاثیر اکسیداسیون سطحی،نواقص نقطه‌ایی
عنوان انگلیسی Investigation of the Mechanical Behavior of Aluminum Nano-films with Surface Oxidation under Uniaxial Tests: Molecular Dynamics Analysis
چکیده انگلیسی مقاله Aluminum nano-films are one of the functional elements that have various applications in different fields such as strengthening cement base materials, improving the performance and efficiency of concrete, and enhancing the mechanical and volumetric properties of clay. In this study, the mechanical responses of aluminum nano-film are investigated under uniaxial tensile and compressive tests using the molecular dynamics (MD) method. The initial configuration of the nano-film is constructed based on a 3D aluminum core—alumina shell model that provides a suitable description of surface oxidation in the nano-film. This model is useful to determine the influence of surface oxidation on the mechanical behavior of nan-film. Because of the accuracy and competency, the inter-atomic interactions are evaluated using the EAM+CTI potential, which is a hybrid potential consisting of two components, i.e., EAM and CTI potential, such that it can also take into account the electrostatic interactions between the atoms. After establishing the initial configuration, the energy minimization process is performed on the nano-film, and then its temperature and pressure are adapted to the environmental conditions through the relaxation process. The MD analysis is accomplished by the open-source LAMMPS software, and the visualization of outputs is performed by the open-source OVITO software. The periodic boundary condition is imposed on the lateral sides of the nano-film to eliminate the free surface effect of the atomistic analysis. The tensile and compressive tests are applied to the nano-film in accordance with the experimental tests, and the stress—strain curves are determined. The concept of Virial stress is employed to calculate the stress of the atomic model, which is equivalent to the conventional Cauchy stress in classical mechanics. In order to diminish the dynamic effects, deformation is incrementally applied to the nano-film, such that at each increment, a small strain is gently imposed, then the nano-film is relaxed under the deformed conditions, and finally the stress and strains are evaluated. The numerical simulations are verified by comparing them with experimental data, which demonstrates the acceptable accuracy of the obtained numerical results. The influence of various parameters such as the thickness and the percentages of oxide layers are investigated on the mechanical response and stress-strain curve of aluminum nano-film under the uniaxial tests. It is demonstrated that the thickness of the oxide layer significantly impacts the mechanical behavior, such that the hardness and energy absorption capacity of the nano-film is increased considerably by increasing the percentage of the oxide layer thickness. However, increasing the total thickness of the nano-film leads to a decrease in the Young’s modulus and elastic limit of the specimen. It is because of the decrease in the percentage of oxide layer thickness by increasing the total thickness of the nano-film. Point defects are one of the important imperfections in the crystal structures of atomic configuration that have a significant effect on the mechanical behavior of materials. In order to investigate the influence of point defects, different percentages of voids are generated by randomly omitting some atoms in the nano-film domain. The generated specimens are analyzed under the uniaxial tests, and their mechanical characteristics are evaluated. The numerical simulations demonstrate that the hardness of the nano-film is significantly reduced by increasing the point defects.
 
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله Aluminum nano-film,Uniaxial tests,Molecular dynamics analysis,Mechanical responses,Surface oxidation effects,Point defects
نویسندگان مقاله امیر رضائی صامتی | امیر Rezaei Sameti
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا

خسین عباسی | Hossein Abbasi
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا

نشانی اینترنتی http://mcej.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-80424-1&slc_lang=fa&sid=16
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی اصیل (کامل)
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات