مدلسازی عددی تأثیر لایههای اکسیدی و هیدروکسیدی بر خواص مکانیکی نانوالیاف فولادی با بهکارگیری مدل هسته-پوسته
نویسندگان
1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
2 دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
doi
10.22060/ceej.2026.24471.8315چکیده
اکسیداسیون و هیدروکسیداسیون سطحی تأثیر بسزایی بر رفتار مکانیکی نانوالیاف فولادی دارند. این فرآیندهای شیمیایی که در اثر تماس با اکسیژن، رطوبت و محیطهای خورنده رخ میدهند، ساختار اتمی سطح نانوالیاف را تغییر داده و باعث تشکیل لایههایی با خواص متفاوت از فولاد اولیه میشوند. در این پژوهش، تأثیر این فرایندها بر خواص مکانیکی نانوالیاف فولادی تحت بارگذاری کششی و فشاری با استفاده از روش دینامیک مولکولی، پتانسیل میدان نیروی واکنشی (ReaxFF) و مدل هسته-پوسته بررسی شده است. شبیهسازیها با نرمافزار LAMMPS و با بهکارگیری روش بارگذاری شبهاستاتیکی جزءبهجزء انجام شد تا تنشهای دینامیکی کاهش یابد. نتایج نشان میدهد که افزایش ضخامت لایه اکسیدی منجر به کاهش مدول یانگ، تنش تسلیم و مقاومت نهایی نانوالیاف میشود. به طوری که افزایش ضخامت لایه اکسیدی تا ۲۰ درصد میتواند مدول یانگ را تا ۴۰ درصد و تنش تسلیم را تا ۳۴ درصد کاهش دهد. فرآیند هیدروکسیداسیون به دلیل تشکیل پیوندهای ضعیفتر و ناپایدارتر، این پارامترها را بیشتر کاهش میدهد. بررسی نمودارهای تنش-کرنش نشان میدهد که لایههای اکسیدی و هیدروکسیدی منجر به تسهیل تمرکز تنش و تسریع گسیختگی مواد میشوند. مقایسه نتایج شبیهسازی با دادههای تجربی، دقت قابل قبول مدل عددی را تایید میکند. یافتههای این پژوهش نشان میدهد که در صورت قرارگیری نانوالیاف فولادی در محیط قلیایی بتن، کاهش قابل توجهی در تنش تسلیم و مدول یانگ رخ میدهد که باید در کاربرد این اجزا مورد توجه قرار گیرد.
