Koolstofnanobuisjes (CNT's) en hun vezels zijn veelbelovende materialen voor een breed scala aan toepassingen vanwege hun uitzonderlijke mechanische, elektrische en thermische eigenschappen. Bij herhaalde mechanische belasting kunnen deze materialen echter last krijgen van vermoeidheid, waardoor hun prestaties en betrouwbaarheid op de lange termijn worden beperkt. Het nauwkeurig voorspellen van het vermoeiingsgedrag van CNT's en hun vezels is cruciaal voor het ontwerpen en optimaliseren van hun gebruik in verschillende technische toepassingen.

Onlangs hebben wetenschappers een uitgebreid inzicht in de vermoeidheidsmechanismen ontwikkeld en computationele modellen ontwikkeld om de levensduur van CNT's en hun vezels te voorspellen. Deze modellen houden rekening met verschillende factoren die het vermoeidheidsgedrag beïnvloeden, waaronder de intrinsieke materiaaleigenschappen van CNT's, de microstructuur en defecten van de vezels, en de belastingsomstandigheden.

Een belangrijk aspect bij het begrijpen van het vermoeiingsgedrag van CNT's en hun vezels is de rol van defecten en onvolkomenheden. Defecten zoals leegstand, dislocaties en korrelgrenzen kunnen fungeren als startlocaties voor vermoeiingsscheuren, waardoor de algehele sterkte en vermoeiingslevensduur van het materiaal worden verminderd. Computationele modellen integreren deze defecten en hun interacties om de initiatie en voortplanting van vermoeiingsscheuren onder cyclische belasting te voorspellen.

Een andere sleutelfactor die het vermoeidheidsgedrag beïnvloedt, is de microstructuur van CNT-vezels. De uitlijning, dichtheid en connectiviteit van CNT's in de vezels spelen een belangrijke rol bij de belastingoverdracht en spanningsverdeling. Computationele modellen houden rekening met deze microstructurele kenmerken om de vermoeidheidsreactie van CNT-vezels nauwkeurig vast te leggen, inclusief de effecten van vezelarchitectuur en verdichting.

Bovendien beïnvloeden de belastingsomstandigheden en omgevingsfactoren ook het vermoeiingsgedrag van CNT's en hun vezels. Computationele modellen omvatten verschillende belastingscenario's, zoals trek-, druk- en buigvermoeidheid, om de levensduur van vermoeiing onder verschillende belastingsomstandigheden te voorspellen. Bovendien kunnen de effecten van omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid en corrosieve media in aanmerking worden genomen om de vermoeidheidsprestaties van CNT's en hun vezels in praktijktoepassingen te beoordelen.

Door fundamenteel begrip van vermoeidheidsmechanismen te combineren met geavanceerde computationele modelleringstechnieken, kunnen wetenschappers het vermoeidheidsgedrag van CNT's en hun vezels nauwkeurig voorspellen. Deze modellen maken de optimalisatie van materiaaleigenschappen, vezelarchitecturen en belastingsomstandigheden mogelijk om de weerstand tegen vermoeidheid te verbeteren en de betrouwbaarheid op lange termijn van op CNT gebaseerde materialen in verschillende technische toepassingen te garanderen.