Аналіз термомеханічної несумісності фулеренів з полімерними матрицями композитів

Заголовок (англійською): 
Analysis of thermo-mechanical incompatibility of fullerenes with polymer matrices of composites
Автор(и): 
Шлюнь Н.В.
Автор(и) (англ): 
Shlyun N.V.
Ключові слова (укр): 
полімерні композити, фулерени, ефективні характеристики, термомеханічна несумісність
Ключові слова (англ): 
polymeric composites, fullerenes, shell model, modified parameters, thermomechanical incompatibility
Анотація (укр): 
На базі методів теорії термопружності досліджені ефекти зародження внутрішньоструктурних термонапружень в полімерних композитах, армованих карбоновими фулеренами. Для сферичної оболонкової моделі фулерену сформульовані диференціальні рівняння його термопружного деформування, зумовленого контактною взаємодією з полімерною матрицею. В замкненій формі побудовані їх розв’язки, що визначають переміщення, деформації та напруження у фракціях системи, викликані зміною її температури. Досліджено вплив несумісності термомеханічних характеристик матриці та зведених (ефективних) значень товщини, модуля пружності і коефіцієнта лінійного термічного розширення оболонки фулерену на термодеформування фулерену. Показано, що радіальні прогини стінки фулерену практично дорівнюють їх простим вільним термічним переміщенням, в той час як термонапруження в матриці максимальні на контактній інтерфейсній поверхні та спадають пропорційно кубу радіальної координати.
Анотація (англ): 
The paper presents the theoretical simulation results for the phenomena of origination of additional intrastructural thermo stresses in polymeric composites, reinforced by carbon fullerenes, under action of varying temperature in conditions of thermomechanical incompatibility of the values of elasticity modulі, Poisson's coefficients, and linear thermal expansion coefficients of the system fractions.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2024, номер 112
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, number 112
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
15-112_shlyun_n.v.pdf
Дата публікації: 
25 Апрель 2025
Номер збірника: 
112
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Литература: 
  1. Гуляєв В.І., Мозговий В.В., Шлюнь Н.В., Заєць Ю.О., Білобрицька О.І., Шевчук Л.В. Внутрішньоструктурні термонапруження в композитних матеріалах з термомеханічно несумісними параметрами їх фракцій, Ліра-К, 2023, 302 с.
  2. Коваленко А.Д. Основы термоупругости: Киев: Наукова Думка, 1970. 239 с.
  3. Ahmad S. Continuum elastic model of fullerenes and the sphericity of the carbon onion shells, The Journal of Chemical Physics, 2002, 116(8), 3396–3400. https://doi.org/10.1063/1.1446428
  4. Esmaeal Ghavanloo, Hashem Rafii-Tabar, Ayesha Kausar, Georgios I. Giannopoulos, S. Ahmad Fazelzadeh. Experimental and computational physics of fullerenes and their nanocomposites: Synthesis, thermo-mechanical characteristics and nanomedicine applications, Physics Reports, 2023, V. 996, P.1-116. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2022.10.003.
  5. Ghavanloo E., Rafii-Tabar H., Fazelzadeh S.A. New insights on nonlocal spherical shell model and its application to free vibration of spherical fullerene molecules. Int J Mech Sci, 2019, 161–162:105046. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105046
  6. Ghavanloo, E., Izadi, R. & Nayebi, A. Computational modeling of the effective Young’s modulus values of fullerene molecules: a combined molecular dynamics simulation and continuum shell model. J Mol Model,  2018, 24, 71. https://doi.org/10.1007/s00894-018-3623-x
  7. Harada S., Kozako M., Hikita M., Igarashi T. and Kaji H. Preparation of fullerene/epoxy resin composite with fine dispersion and its breakdown strength,  International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM), Toyohashi, Japan, 2017, pp. 654-656doi: 10.23919/ISEIM.2017.8166575.
  8. Huang, N., Chen, Y., Xie, Y., Yang, W., Li, J., & Guo, H. Stiffening of double-shelled fullerene molecules under uniaxial strains. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2024, 1–7. https://doi.org/10.1080/1536383X.2024.2329740
  9. Jamal-Omidi M., Shayanmehr M., Rafiee R. A study on equivalent spherical structure of buckyball-C60 based on continuum shell model, Lat. Am. J. Solids Struct., 2016, V. 13, no. 5, pp. 1016–1029. doi:10.1590/1679-78252508.
  10. Kausar, A. Fullerene Reinforced Polymeric Nanocomposites for Energy Storage – Status and Prognoses. Front. Mater. 2022, 9, 150.  https://doi.org/10.3389/fmats.2022.874169
  11. Lixing Dai, Jun Sun. Mechanical properties of carbon nanotubes-polymer composites. In: Beber MR, Hafez IH, editors. Carbon nanotubes - Current progress of their polymer composites. IntechOpen, 2016. p. 1-41.  https://doi.org/10.5772/62635
  12. Shahriar Dastjerdi, Bekir Akgöz. On the statics of fullerene structures. International Journal of Engineering Science, 2019 142, P. 125-144.  https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2019.06.002
  
References: 
  1. Gulyayev V. I., Mozgoviy V.V., Shlyun N.V., Zaets Yu. A., Bilobrytska O.I., Shevchuk L.V. Vnutrishnostrukturni termonapruzhennia v kompozytnykh materialakh z termomekhanichno nesumisnymy parametramy yikh fraktsii. (Intrastructural thermal stresses in composite materials with thermomechanically incompatible parameters of their fractions.). Lira-K, 2023, 302 pp.
  2. Kovalenko A.D. Osnovy termoupruhosty (Basics of Thermoelasticity). Kyiv: Naukova Dumka, 1970. 239 p.
  3. Ahmad S. Continuum elastic model of fullerenes and the sphericity of the carbon onion shells, The Journal of Chemical Physics, 2002, 116(8), 3396–3400. https://doi.org/10.1063/1.1446428
  4. Esmaeal Ghavanloo, Hashem Rafii-Tabar, Ayesha Kausar, Georgios I. Giannopoulos, S. Ahmad Fazelzadeh. Experimental and computational physics of fullerenes and their nanocomposites: Synthesis, thermo-mechanical characteristics and nanomedicine applications, Physics Reports, 2023, V. 996, P.1-116. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2022.10.003.
  5. Ghavanloo E., Rafii-Tabar H., Fazelzadeh S.A. New insights on nonlocal spherical shell model and its application to free vibration of spherical fullerene molecules. Int J Mech Sci, 2019, 161–162:105046. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105046
  6. Ghavanloo, E., Izadi, R. & Nayebi, A. Computational modeling of the effective Young’s modulus values of fullerene molecules: a combined molecular dynamics simulation and continuum shell model. J Mol Model,  2018, 24, 71. https://doi.org/10.1007/s00894-018-3623-x
  7. Harada S., Kozako M., Hikita M., Igarashi T. and Kaji H. Preparation of fullerene/epoxy resin composite with fine dispersion and its breakdown strength,  International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM), Toyohashi, Japan, 2017, pp. 654-656, doi: 10.23919/ISEIM.2017.8166575.
  8. Huang, N., Chen, Y., Xie, Y., Yang, W., Li, J., & Guo, H. Stiffening of double-shelled fullerene molecules under uniaxial strains. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2024, 1–7. https://doi.org/10.1080/1536383X.2024.2329740
  9. Jamal-Omidi M., Shayanmehr M., Rafiee R. A study on equivalent spherical structure of buckyball-C60 based on continuum shell model, Lat. Am. J. Solids Struct., 2016, V. 13, no. 5, pp. 1016–1029. https://doi.org/10.1590/1679-78252508
  10. Kausar, A. Fullerene Reinforced Polymeric Nanocomposites for Energy Storage – Status and Prognoses. Front. Mater. 2022, 9, 150.  https://doi.org/10.3389/fmats.2022.874169
  11. Lixing Dai, Jun Sun. Mechanical properties of carbon nanotubes-polymer composites. In: Beber MR, Hafez IH, editors. Carbon nanotubes - Current progress of their polymer composites. IntechOpen, 2016, p. 1-41.  https://doi.org/10.5772/62635
  12. Shahriar Dastjerdi, Bekir Akgöz. On the statics of fullerene structures. International Journal of Engineering Science, 2019 142, P. 125-144.  https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2019.06.002
Стаття надійшла 11.04.2024