مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

مدلسازی و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های Al-TiC

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران
2 ، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران.
10.30501/jamt.2026.563480.1349
چکیده
نانوکامپوزیت‌های Al-TiC به دلیل خواص مکانیکی منحصر به فرد و وزن سبک، موضوع مطالعه‌های پیشرفته مواد بوده‌ است. هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر کسرهای وزنی مختلف TiC بر خواص مکانیکی آلومینیوم، مانند سختی و کشش است. برای مدل‌سازی، از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی با نرم افزار لمپس به عنوان یک رویکرد دقیق برای بررسی آلومینیوم خالص و نانوکامپوزیت‌های Al-TiC با 0، 1، 2، 3، 4 و 5 درصد وزنی TiC استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی چگالی نشان داد که با افزایش 5 درصد وزنی TiC ، چگالی کامپوزیت به صورت خطی از 70/2 به g/cm³ 84/2 افزایش یافت. در بررسی خواص کششی، مدول یانگ و استحکام کششی نهایی به ترتیب 32% و 54% افزایش یافت. برای پیش‌بینی این خواص، دو مدل تحلیلی برای مدول یانگ استحکام کششی ایجاد شد. شبیه‌سازی سختی با روش شبیه‌سازی نانوفرورفتگی بهبود 257 درصدی را از 35 به HV 125 نشان داد. مدل سختی ارائه شده از دقت بالایی برخوردار بود. تحلیل میکرومکانیزم‌ها نشان داد که این بهبودها ناشی از سه عامل اصلی انتقال بار مؤثر ، محدودیت نابجایی‌ها و تنش‌های پسماند است. مقایسه با داده‌های تجربی نشان دهنده تطابق خوب نتایج شبیه‌سازی بود. این پژوهش با ارائه مدل‌های تحلیلی دقیق، راهنمای ارزشمندی برای طراحی نانوکامپوزیت‌های Al-TiC با خواص بهینه ارائه می‌دهد. یافته‌ها حاکی از آن است که ترکیب 3-4% وزنی TiC می‌تواند بهترین تعادل بین خواص مکانیکی و چگالی را فراهم آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling and molecular dynamics simulation of mechanical properties of Al-TiC nanocomposites

نویسندگان English

Sareh Mosleh-Shirazi 1
Leyla Mirzaei 2
1 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran.
2 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran.
چکیده English

Al-TiC nanocomposites have been a subject of advanced material study for their unique mechanical properties and light weight. The purpose of the research was to examine the impact of different weight fractions of TiC on mechanical properties of aluminum, such as hardness and tensile properties. For modeling, molecular dynamics simulations were used as a precise approach to examine pure aluminum and Al-TiC nanocomposites with 0, 1, 2, 3, 4, and 5 wt% of TiC. Density simulated values revealed a linear enhancement from 2.70 to 2.84 g/cm³ with increasing TiC to 5wt%. Tensile properties showed that the Young's modulus and ultimate tensile strength increased 32% and 54%, respectively. Two predictive models were created for tensile strength and Young's modulus. Nanoindentation simulation displayed remarkable 257% hardness improvement from 35 to 125 HV. The developed hardness regression model was highly accurate. Micro-mechanism analysis indicated that three main strengthening factors were effective load transfer, dislocation pinning, and residual stresses. Comparative validation with experimental data showed excellent correlation. This work provides valuable guidelines for designing optimized Al-TiC nanocomposites via predictive models of high accuracy. Findings suggest 3-4 wt% TiC content as the optimal composition between mechanical properties and density.

کلیدواژه‌ها English

Modeling
Simulation
Nanocomposite,
Tensile
Hardness
دوره 14، شماره 4
زمستان 1404

  • تاریخ دریافت 11 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 14 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 16 خرداد 1405