Pružnost a pevnost nanovláknových kompozitů z prvních pricipů

Elasticity and Strength of Nano-Fiber Reinforced Composites from First Principles

conference paper

en

Calculations of elastic moduli and theoretical tensile strength of unidirectional composite having continuous nano-fiber reinforcements are performed using ab initio method. Results for tungsten nano-fibers in vanadium matrix are presented as a particular example of the analysis. The dependence of the computed composite elastic moduli on the atomic concentration of W (nearly corresponding to the volume fraction of fibers) is compared with the rule of mixture for an ideal composite. Results show that validity of the linear mixture rule is theoretically justified for most of them. On the other hand, computed values of theoretical strength exhibit a higher monotonous increase only up to about 60% of W and predict a synergy effect. The related analysis based on a creation of internal stresses at the fibre/matrix interface reveals that, in this way, the synergy effect can be explained only partially.

Výpočty elastických modulů a teoretické pevnosti v tahu jednosměrné kompozitní s kontinuální nano-vlákna výztuže, jsou prováděny pomocí ab initio metody. Výsledky pro wolfram nano-vláken v matrici vanad jsou prezentovány jako konkrétní příklad analýzy. Závislost vypočtené kompozitní elastické modulů na atomové koncentrace W (téměř odpovídá na objemovém podílu vláken) je ve srovnání s pravidlem směsi pro ideální kompozitní. Výsledky ukazují, že platnost lineární směsi pravidlo je teoreticky oprávněné pro většinu z nich. Na druhé straně, jsou vypočtené hodnoty teoretických vykazují vyšší pevnost monotónní nárůst pouze do výše přibližně 60% W a předpovídají synergického účinku. Související analýza založená na vytvoření vnitřního zdůrazňuje, že na vlákno / matrice rozhraní ukazuje, že tímto způsobem, synergickém účinku lze vysvětlit pouze částečně.

Calculations of elastic moduli and theoretical tensile strength of unidirectional composite having continuous nano-fiber reinforcements are performed using ab initio method. Results for tungsten nano-fibers in vanadium matrix are presented as a particular example of the analysis. The dependence of the computed composite elastic moduli on the atomic concentration of W (nearly corresponding to the volume fraction of fibers) is compared with the rule of mixture for an ideal composite. Results show that validity of the linear mixture rule is theoretically justified for most of them. On the other hand, computed values of theoretical strength exhibit a higher monotonous increase only up to about 60% of W and predict a synergy effect. The related analysis based on a creation of internal stresses at the fibre/matrix interface reveals that, in this way, the synergy effect can be explained only partially.

ab initio výpočty, nanokompozity, pevnost, moduly pružnosti

ab initio calculations, nanocomposites, strength, elastic moduli

2009

01.07.2009

0000000000000

Proceedings of the 12th International Conference on Fracture

T03.002–T03.002

7