Modellierung von CNT-Bündeln mittels der Molekülmechanik

Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT) weisen als Mitglieder der Fulleren-Familie außerordentliche mechanische Eigenschaften auf, wie beispielsweise einen hohen E-Modul und eine ausgezeichnete Zugfestigkeit. Diese Eigenschaften möchte man sich für neuartige Fasern zunutze machen um die Eigenschaften heutiger kommerziell verfügbarer Kohlenstofffasern zu übertreffen. Experimentelle Untersuchungen (Abb. (b)) haben gezeigt, dass die Festigkeit der gesamten Faser maßgeblich von den mechanischen Eigenschaften der Bündel beeinflusst wird [Yang 2015]. In Vorarbeiten an der Professur wurde auf Basis des Strukturmodells einer CNT (Abb. (a)) ein vereinfachtes Modell eines Bündels (Abb.(c)) erstellt und dessen mechanische Eigenschaften in verschiedenen Konfigurationen numerisch simuliert. Auf der Basis dieses Modelles soll untersucht werden, wie die mechanischen Eigenschaftes des Bündels verbessert werden können und wie das Bündelmodell, in Anlehnung an eine reale CNT Faser, weiter detailliert werden kann. Des Weiteren soll die Möglichkeit untersucht werden, dass bestehende Bündelmodell um die Verwendung des molekularen strukturmechanischen Ansatzes zur Modellierung einzelner Nanoröhren zu erweitern [Eberhardt 2019].

Literatur:

Yang, Zhong-Jun, et al. ”Detailed investigation on elastop lastic deformation and failure of carbon nanotube fibers by monotonic and cyclic tensile experiments.” Carbon 94 (2015): 73-78.
O. Eberhardt and T. Wallmersperger, “Advanced molecular structural mechanics model for carbon nanotubes incorporating the 2nd generation rebo potential”, International Journal of Engineering Science, vol. 144, p. 103 137, 2019

Voraussetzungen:

Hoher Selbstantrieb und die Bereitschaft sich in ein neues, interdisziplinäres
Fachgebiet einzuarbeiten. Kenntnisse im Umgang mit MATLAB wünschenswert. Grundkenntnisse in numerischer Mathematik (auch nichtlinear) sind hilfreich.

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