بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم

Share

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم

ارزیابی رفتار میکرومکانیکی

با در نظر گرفتن سیر تکاملی ریزساختارها و اثرات درجه حرارت، معادله انرژی آزاد (معادله شماره 2) به‌صورت زیر بسط داده‌شده است:

معادله شماره 9  

جایگزینی معادله شماره 9 در معادله شماره 3 منجر به تشکیل معادله حاکم خواهد شد.

سیستم شبیه‌سازی را با یک مربع به طول 0/1m  شروع می‌کنیم. شبکه اویلر برای محاسبات فاز میدان استفاده می‌شود. به‌طورکلی، 10-7 نقطه شبکه در این رابطه برای محاسبه دقیق توزیع سطح مشترک موردنیاز است. به‌هرحال اگر ما از یک شبکه یکنواخت استفاده کنیم، شبکه محاسباتی به‌طور قابل‌توجهی بزرگ خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل ما از یک شبکه انطباقی استفاده می‌کنیم.

مشخصات فیزیکی زیر برای شبیه‌سازی بر مبنای تحقیقات پیشین مورداستفاده قرار گرفت:

چگالی: 𝛠=1010 kg/m3، نسبت پوآسون:  0/4𝜐 ، مدول یانگ: E=1/05 MPa، ضریب انبساط حرارتی حجمی: 𝛼=6×10-4، رسانایی حرارتی:0/75  (W/(m.K  ،  ظرفیت گرمایی: 120   (J/(K.kg.

توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف برای خنک کردن قیر از درجه حرارت 333.15 K تا 273.15 K ، در شکل شماره 10 نشان داده‌شده است. عکس‌های فوری در 0 ثانیه، 0/2 ثانیه، 0/4 ثانیه، 0/6 ثانیه، 0/8 ثانیه و 1 ثانیه گرفته‌شده است. شکل شماره 10 نشان می‌دهد که در طول کاهش درجه حرارت، فاز اصلی مخلوط به‌تدریج به دو فاز مختلف تبدیل می‌شود. یک سطح مشترک شفاف و روشن نیز بین دو فاز وجود دارد.

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

شکل 10  توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف تحت بارگذاری خنک شونده

شکل شماره 11 نشان دهنده توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه است. واضح است که توزیع سطح مشترک بین دو فاز (فاز I و فاز II نشان داده‌شده در شکل شماره 3) وجود دارد.

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

شکل 11  توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه

توجه داشته باشید که یک منطقه استرس فون میزس بالا در سطح مشترک وجود دارد.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش یازدهم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم
5 (100%) 9 votes

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هفتم

Share

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هفتم

اثرات درجه حرارت

عامل مهم دیگری که بر سیر تکامل ریزساختارها و رفتار میکرومکانیکی قیر تأثیرگذار است، درجه حرارت می‌باشد. پس از رسیدن به دمای بحرانی، خواص قیر تغییرات چشمگیری از الاستیک به ویسکوالاستیک خواهد داشت. مدل زیر که توسط Karma و همکاران پیشنهادشده است می‌تواند برای مطالعه تأثیرات درجه حرارت (T) بر روی تکامل ریزساختارهای قیر مورداستفاده قرار گیرد.

معادله شماره 6            ریزساختارها

دمای بحرانی را به‌عنوان Tc قرار داده و معادله را به‌صورت زیر بازنویسی می‌کنیم:

معادله شماره 7                                      ریزساختارها

 

                         

0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد قیر تعریف می‌کنیم. خواص قیر تابعی از درجه حرارت است. برای سهولت کار، در حال حاضر در نظر می‌گیریم که درجه حرارت تنها بر تکامل ریزساختارها اثرگـذار است. موردی را در نـظر بگـیرید که در آن 1=ω و T-Tc=0، معادله به سمت تابع پتانسیل جفت نرمال فرومی‌ریزد و بدان معناست که رزین و روغن اثر یکسانی بر روی سیرتکاملی ریزساختارهای قیر دارند. درجه حرارت کمی را در نظر بگیرید که در آن T کم‌تر از Tc باشد، انرژی آزاد برای 1=ω و T-Tc=-20 K در شکل شماره 6a نشان داده‌شده است. 0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع قیر و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد تعریف کنید. یکی از اطراف 0=ϕ به علت اثر درجه حرارت از بین رفته است. معنی فیزیکی آن این است که سیستم قیر در حال حاضر تنها یک حالت ناپایدار اطراف 0/5=ϕ داشته و نشان می‌دهد ک سیستم حالت‌جامد قیر را ترجیح می‌دهد. برای یک دمای بسیار بالا، موردی را در نظر بگیرید که در آن 1=ω و T-Tc=20 K باشد، انرژی آزاد آن در شکل شماره 6a نشان داده‌شده است. به نظر می‌رسد که منحنی انرژی آزاد تنها یک حالت پایدار داشته و نشان می‌دهد که قیر تمایل رسیدن به حالت سیالیت را دارد.

ریزساختارها

شکل 6   انرژی آزاد نامنظم a) ω = 1 and T-TC=20 K)و b) ω = 1 and T-TC=-20 K)


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هشتم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

Rate this post

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش چهارم

Share

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش چهارم

نتایج AFM

نتایج نانومورفولوژی  در شکل شماره 3 ارائه‌شده است. در این شکل دو نوع مورفولوژی قیر وجود دارد که شامل نوع آلفا و نوع بتا است. تمام اشکال AFM نشان داد که تحت شرایط ترمودینامیکی خاص، تکامل ریزساختارهای پیچیده در نمونه قیر رخ می‌دهد درحالی‌که فازهای مختلفی در نمونه به وقوع می‌پیوندد که جدایش و یا سازمان‌دهی مجدد ماده را در مقیاس کوچک نشان می‌دهد. باید توجه داشته باشید که یک سیستم دوفازی (فازI و فاز II) را ما مشاهده کردیم. فازI ساختار زنبورعسلی و فاز II ماتریکس زمینه است. اگرچه تبیین ترکیب‌بندی شیمیایی دقیق و ریز خاصیت‌های هر فاز دشوار است، ولی پیشرفت‌های قابل‌توجهی در این زمینه وجود دارد.

شکل شماره 4 نشان‌دهنده مدول DMT نمونه‌های قیر در مقیاس کوچک است. برای به دست آوردن مدول الاستیک مواد، منحنی واکنش را می‌توان با استفاده از مدل‌های مختلف مکانیکی تماس رسم کرد ولی مدول DMT برای مواد سخت با چسبندگی پایین مناسب‌تر است. مشاهده‌شده که مدول مشخص قیر در برخی نواحی در مقایسه با مدول قیر که به‌طورمعمول در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود خیلی بزرگ‌تر بوده که عمدتاً ناشی از اثر اندازه است. محاسبه توزیع ریزساختارهای ناهموار نمونه‌های قیر که مطمئناً بر مشخصات میکرومکانیکی و حتی ماکرومکانیکی قیر تأثیرگذار است آسان بوده، درحالی‌که چنین مورفولوژی نمی‌تواند توسط روش ریاضی معمولی مشخص شود. در این روش نظریه دینامیک فاز و شبیه‌سازی دینامیکی مولکولی (MD) برای بررسی و شبیه‌سازی چنین پدیده‌های ریزساختاری بکار گرفته می‌شود. نظریه دینامیک فاز در ابتدا توسط Cahn و Hilliard پیشنهاد شد. در این نظریه، یک‌فاز میدانی متغیر برای شناسایی فازهای مختلف استفاده می‌شود. کل سیستم در جهت تکامل به سمتی که انرژی آزاد به حداقل برسد حرکت می‌کند. برای تعیین منطقی پارامترها در این مدل دینامیک فاز، شبیه‌سازی MD بر مبنای ساختار مولکولی سه‌جزئی قیر انجام گرفت.

AFM

شکل 3   نانو مورفولوژی قیر آزمایش‌شده توسط (AFM، (a نوع آلفا و (b) نوع بتا

AFM

شکل 4   مدول DMT قیر مشخص‌شده توسط AFM


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش پنجم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

Rate this post