Multiscale modeling of thermal and mechanical properties of nanostructured materials and polymer nanocomposites

par Bohayra Mortazavi

Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Saïd Ahzi et de Yves Rémond.

Le président du jury était Hamid Garmestani.

Le jury était composé de Valérie Toniazzo.

Les rapporteurs étaient Ali Zaoui, Sébastien Mercier.

  • Titre traduit

    Modélisation multi-échelles des propriétés thermiques et mécaniques des matériaux nanostructurés et des polymères nanocomposites.


  • Résumé

    Les matériaux nanostructurés suscitent un intérêt qui va croissant en raison de leurs propriétés chimiques et physiquesexceptionnelles. A cause de la complexité et du coût des développements expérimentaux à l’échelle nano, la simulationnumérique devient une alternative de plus en plus populaire aux études expérimentales. Dans ce travail de thèse, nous avons essayé de combiner des simulations à l’échelle atomique avec de la modélisation en milieu continu pour évaluer la conductivité thermique et la réponse élastique de matériaux nanostructurés. Nous avons utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour calculer la réponse mécanique et thermique des matériaux sur des volumes à l’échelle nano. Des méthodes de micromécanique et la méthode des éléments finis, qui utilisent la mécanique des milieux continus, ont permis d’évaluer les propriétés mécaniques des matériaux à l'échelle macroscopique. Les résultats obtenus par ces simulations numériques ont été ensuite comparés avec ceux issus de l’expérience.


  • Résumé

    Nanostructured materials are gaining an ongoing demand because of their exceptional chemical and physical properties. Due to complexities and costs of experimental studies at nanoscale, computer simulations are getting more attractive asexperimental alternatives. In this PhD work, we tried to use combination of atomistic simulations and continuum modeling for the evaluation of thermal conductivity and elastic stiffness of nanostructured materials. We used molecular dynamics simulations to probe and investigate the thermal and mechanical response of materials at nanoscale. The finite element and micromechanics methods that are on the basis of continuum mechanics theories were used to evaluate the bulk properties of materials. The predicted properties are then compared with existing experimental results.


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