Dissertação

Finite element modeling of the mechanical behaviour of graphene nanocomposites EVALUATED

O grafeno é um material de ultima geração, conhecido pelas suas propriedades mecânicas, térmicas, óticas e elétricas únicas. Por esta razão, as comunidades técnicas e científicas têm vindo a explorar a sua imensidão de aplicações nas últimas décadas. Presentemente, o excelente comportamento mecânico do grafeno tem-no levado a ser empregue em materiais compósitos com uma notável capacidade de otimização. Nesta dissertação, é desenvolvida uma análise de elementos finitos composta em dois níveis para estudar o comportamento de materiais compósitos reforçados com grafeno. Inicialmente, as propriedades mecânicas da folha de grafeno são extraídas através de um modelo de elementos finitos que simula a sua estrutura atómica, e onde as ligações covalentes são consideradas como elementos estruturais. Em seguida, a representação atómica do grafeno é inserida num meio elástico (matriz) representado num elemento de volume adequado para extrair os módulos elásticos do material nanocompósito. A última parte do documento investiga as consequências no comportamento elástico do nanocompósito quando são introduzidos defeitos atómicos no grafeno. A abordagem apresentada é capaz de reproduzir as propriedades elásticas do grafeno em concordância com outras metodologias, revelando que o comportamento ortotrópico previsto anteriormente dá lugar a isotropia em folhas quadradas de maiores dimensões. Adicionalmente, o modelo representativo do nanocompósito mostra que o aumento da otimização mecânica é conseguido quando é considerada uma maior aderência entre o grafeno e a matriz envolvente. Por fim, foi identificado que o grafeno com um baixo grau de defeitos é capaz de manter o seu elevado efeito como reforço em nanocompósitos.
Elementos Finitos, Grafeno, Nanocompósito, Propriedades Mecânicas, Defeitos Atómicos

Dezembro 2, 2016, 11:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Nuno Miguel Rosa Pereira Silvestre

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado