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Multiscale homogenization model for thermoelastic behavior of epoxy-based composites with polydisperse SiC nanoparticles

机译：多尺度SiC纳米颗粒与环氧树脂基复合材料热弹性行为的多尺度均质化模型

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摘要

A multiscale statistical homogenization method based on a finite element analysis is proposed to predict the embedded filler size-dependent thermoelastic properties of nanoparticulate polymer composites. A molecular dynamics simulation is used to predict the particle size-dependent elastic constants and coefficient of thermal expansion (CUE) of nanocomposites. Because of the densified interphase zones formed in the vicinity of nanoparticles, and their relative dominance according to particle size, the thermoelastic properties are more prominently increased by smaller nanoparticles. The equivalent continuum microstructure of a nanocomposite is modeled as a three-phase periodic unit cell consisting of the nanoparticle, matrix, and effective interphase zone. An inverse numerical scheme is proposed to predict the thermoelastic properties of the effective interphase zone from the known properties of nanocomposites. In order to account for more realistic variation of the nanoparticle radius and spatial distribution in nanocomposites, statistical homogenization is performed by assigning randomness to the particle size using a beta distribution and to the spatial distribution through larger many-particle embedded representative volume elements (RVEs). Compared with the result from a regular homogenization method using a mono-particle RVE, the mean value of the elastic moduli increases, while that of the CTE decreases in the many-particle RVEs whose mean particle radius corresponds to that of the mono-particle RVE at the same volume fraction of nanoparticles. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.
机译：提出了一种基于有限元分析的多尺度统计均质化方法，以预测纳米颗粒聚合物复合材料嵌入的填料尺寸相关的热弹性。分子动力学模拟用于预测纳米复合材料的粒度依赖性弹性常数和热膨胀系数（CUE）。由于在纳米颗粒附近形成了致密的中间相区域，并且根据颗粒大小它们具有相对优势，因此较小的纳米颗粒会更显着地提高热弹性。纳米复合材料的等效连续微观结构被建模为由纳米颗粒，基质和有效相间区组成的三相周期性晶胞。提出了一种反数值方案，可以从纳米复合材料的已知特性预测有效的相间区的热弹性特性。为了解决纳米复合材料中纳米粒子半径和空间分布的更现实的变化，通过使用β分布为粒度分配随机性，并通过较大的多粒子嵌入的代表性体积元素（RVE）为空间分布分配随机性，从而进行统计均质化。与使用单粒子RVE的常规均质方法的结果相比，在平均粒子半径与单粒子RVE相对应的多粒子RVE中，弹性模量的平均值增加，而CTE的平均值减小纳米粒子的体积分数相同。 （C）2015 Elsevier Ltd.保留所有权利。

著录项

  • 来源
    《Composite Structures》 |2015年第9期|342-353|共12页
  • 作者

    Chang Seongmin; Yang Seunghwa; Shin Hyunseong; Cho Maenghyo.;

  • 作者单位

    Seoul Natl Univ, Dept Mech & Aerosp Engn, Seoul 151742, South Korea;

    Dong A Univ, Dept Mech Engn, Busan 604714, South Korea;

    Seoul Natl Univ, Dept Mech & Aerosp Engn, Seoul 151742, South Korea;

    Seoul Natl Univ, Dept Mech & Aerosp Engn, Seoul 151742, South Korea;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Multiscale; Homogenization; Nanocomposites;

    机译：多尺度均质纳米复合材料;

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