علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1396 | دوره:4 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

روش های ارتعاشی از جمله روش های مرسوم عیب یابی غیرمخرب برای شناسایی پارامترهای عیب است. یکی از مهم ترین مشکلات استفاده از روش های عیب یابی ارتعاشی، حساسیت پایین آن ها در حضور نویز می باشد. در کار حاضر روش عیب یابی هیبریدی برای افزایش پایداری نسبت به نویز ارائه شده است. بدین صورت که ابتدا ناحیه اولیه عیب توسط تبدیل ویولت شناسایی شده و سپس با استفاده از روش بروزرسانی مدل المان محدود مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، پارامترهای کمی عیب شناسایی می شوند. از سیگنال نسبت انرزی کرنشی در دو حالت سالم و معیوب برای شناسایی اولیه و تقریبی محل عیب توسط تبدیل ویولت و از سیگنال اختلاف انرژی کرنشی به عنوان تابع خطا در فرآیند بروزرسانی استفاده شده است. با استفاده از این روش علاوه بر افزایش میزان پایداری نسبت به نویز، حجم محاسبات به میزان چشم گیری کاهش می یابد. در این فعالیت به مقایسه پایداری نسبت به نویز در دو روش بروزرسانی کلاسیک و روش هیبریدی مبتنی بر ویولت و بروزرسانی پرداخته شده است. نمونه مورد بررسی مدل المان محدود صفحه کامپوزیتی چند لایه با عیب تورق می باشد.

در این پژوهش، نانوکامپوزیت منیزیم- 20 درصد حجمی کاربید سیلیسیم به روش آسیاکاری مکانیکی تهیه شد. اثر زمان آسیاب بر مشخصه های ریزساختاری نانوکامپوزیت های حاصل شامل اندازه دانه، میزان کرنش شبکه، توزیع ذرات تقویت کننده و فازهای موجود توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج اشعه ایکس و الگوی تفرق اشعه ایکس بررسی شد. اندازه دانه و میزان کرنش شبکه منیزیم به روش ویلیامسون – هال و با استفاده از میزان پهن شدگی پیک های منیزیم در الگوی تفرق اشعه ایکس محاسبه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که آسیاکاری مکانیکی ترکیب پودری تا 25 ساعت آسیاب، منجر به تشکیل هیچ گونه ترکیب بین فلزی نشده است. همچنین نتایج آنالیز عنصری، توزیع نسبتا یکنواخت ذرات فاز تقویت کننده در زمینه منیزیم را بدون آگلومراسیون نشان داد که می توان نتیجه گرفت که روش آسیاکاری مکانیکی می تواند برای ساخت نانوکامپوزیت با 20 درصد حجمی ذرات کابید سیلیسیم استفاده شود. با این وجود، مشاهده ناخالصی آهن در نتایج آنالیز عنصری را می توان از نقاط ضعف این فرایند در ساخت کامپوزیت ذکر کرد.

در این مطالعه، پاسخ غیرخطی نانوکامپوزیت های گرافنی نسبت به تشدید هارمونیک بررسی شده است. از اهداف این مقاله ارایه روابط دینامیکی مواد نانو کامپوزیتی است که در آن اثرات هم زمان غیرخطی های هندسی و میرایی انرژی ناشی از محیط ویسکوالاستیک خارجی و میرایی داخلی در نظر گرفته شده است. بر اساس نظریه الاستیک غیرموضعی، روابط غیرخطی کرنش- جابه جایی وون- کارمن، معادله اساسی حرکت غیرخطی با روش همیلتون به دست آمده است و سپس با استفاده از روش گالرکین، به یک معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی ساده سازی می شود. این معادله برای یافتن رابطه فرم بسته بین فرکانس- دامنه ارتعاش ورق گرافنی چهارسر تکیه گاه ساده به صورت تحلیلی به وسیله روش مقیاس های چندگانه حل می شود. مطالعه پارامتری هم به صورت ویژه بر مجموعه ای از عوامل هم چون پارامتر غیرموضعی، نسبت ابعادی و هر دو ضریب میرایی (داخلی و خارجی) و نیز فرکانس نیروی تحریک خارجی انجام شده است. نتایج به دست آمده اثرات سختی افزایی غیرخطی را در حالت تشدید اولیه و همچنین پدیده های قابل توجه دیگری را برخلاف تحلیل خطی نشان می دهد.

هدف این مقاله مطالعه ارتعاش آزاد نانو ورق مستطیلی مرکب پیزوالکتریک تحت بار الکترومکانیکی شامل نیروی محوری و ولتاژ خارجی بر اساس تئوری های تغییر شکل برشی اصلاح شده نمایی و مثلثاتی به همراه تئوری الاستیسیته غیرمحلی و شرایط مرزی چهار طرف تکیه گاه ساده است. در تئوری غیرمحلی تنش در هر نقطه تابعی از کرنش در تمامی نقاط محیط می باشد. این تئوری اهمیت بسزایی در ساختارهای با ابعاد میکرو و نانو دارد. درتئوری تغییرشکل برشی اصلاح شده نمایی و تئوری تغییر شکل برشی اصلاح شده مثلثاتی، توابع نمایی و مثلثاتی در راستای ضخامت، جهت در نظر گرفتن تاثیرات تغییر شکل برشی عرضی و اینرسی دورانی بکار رفته است. از تئوری الاستیسیته غیرمحلی جهت در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طول کوچک نانو ورق مستطیلی مرکب پیزوالکتریک استفاده شده است. نانو ورق مرکب پیزوالکتریک مورد مطالعه در این تحلیل ورق مستطیلی ساخته شده از ماده مرکب پیزوالکتریک PZT 4 متشکل از ترکیبات بلوری سرب، زیرکونیم و تیتانیم جهت دست یابی به خواص فلز- سرامیک و همچنین خاصیت پیزوالکتریک می باشد. با بکارگیری اصل همیلتون معادلات دیفرانسیل حاکم بر ارتعاش نانو ورق مستطیلی مرکب پیزوالکتریک به دست آمده و برای به دست آوردن پاسخ فرکانسی از حل دقیق ناویر استفاده شده است. در نهایت تاثیر پارامتر مقیاس نانو، نیروهای محوری، ولتاژ خارجی و نسبت های هندسی روی فرکانس های طبیعی بی بعد شش مد ارتعاشی اول نانو ورق مستطیلی مرکب پیزوالکتریک مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در این مقاله، مقادیر بهینه پارامترهای موثر بر توزیع تنش اطراف گشودگی پنج ضلعی واقع در صفحه ارتوتروپیک تحلیل و بررسی می شوند. برای تعیین پارامترهای بهینه به منظور دست یابی به کمترین مقدار تنش در اطراف گشودگی از الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری استفاده شده است. الگوریتم رقابت استعماری روشی در حوزه محاسبات تکاملی است که به یافتن پاسخ بهینه مسائل می پردازد. این الگوریتم با تقلید از روند تکامل اجتماعی، اقتصادی و سیاسی کشورها و با مدل سازی ریاضی بخش هایی از این فرآیند، عملگرهایی را در قالب منظم به صورت الگوریتم ارائه می دهد که می توانند به حل مسائل پیچیده بهینه سازی کمک کنند. پایه های اصلی این الگوریتم را سیاست هم سان سازی، رقابت استعماری و انقلاب تشکیل می دهند. در واقع این الگوریتم جواب های مساله بهینه سازی را در قالب کشورها نگریسته و سعی می کند در طی فرآیندی تکرار شونده این جواب ها را رفته رفته بهبود داده و در نهایت به جواب بهینه مساله برساند. روش استفاده شده در این مقاله، بسط روش تحلیلی است که برای گشودگی دایروی و بیضوی توسط لخنیتسکی انجام شده است. متغیرهای طراحی در این پژوهش شامل زاویه الیاف، زاویه بار، شعاع انحنای گوشه گشودگی، زاویه چرخش گشودگی و در نهایت جنس صفحه می باشد. نتایج حاصل شده از الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری بیانگر مناسب بودن این روش در بهینه سازی صفحات ارتوتروپیک می باشد. برای اثبات درستی نتایج، از حل عددی اجزای محدود استفاده شده است. نتایج نشان می دهند با انتخاب مناسب پارامترهای بهینه می توان مقدار تنش اطراف گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

در این پژوهش از فرآیند پرس در قالب زاویه دار (ECAP) برای ساخت کامپوزیت حجیم زمینه آلومینیمی با تقویت کننده ذرات آمورف Al65Cu20Ti15 استفاده شد. هدف از این پژوهش، بررسی نقش مکانیزم های استحکام دهی مختلف در تعیین استحکام نمونه های متراکم سازی شده است. به همین منظور، کامپوزیت حاوی 13 درصد وزنی از ذرات تقویت کننده آمورف تولید و رفتار مکانیکی آن با آلومینیم خالص متراکم سازی شده در شرایط یکسان مقایسه شد. ارزیابی نقش مکانیزم های استحکام دهی در خواص مکانیکی نمونه ها مستلزم مشاهده و تحلیل دقیق مشخصه های ریزساختاری و تحولات فازی رخ داده است. بنابراین، تحولات ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شد. همچنین، چگالی نابجایی های ذخیره شده در نمونه های مختلف با استفاده از الگوهای پراش پرتو ایکس و بهره گیری از روابط موجود محاسبه شد. از نرم افزار Clemex و روش های آماری برای کمی سازی مشخصات ریزساختاری بهره گرفته شد. چگالی نمونه های متراکمسازی شده توسط روش ارشمیدس اندازه گیری شد. ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های متراکم سازی شده توسط آزمون فشار تک محوری انجام گرفت. با بررسی های ریزساختاری و تعیین مشخصه های ریزساختار اعم از اندازه دانه و چگالی نابه جایی های ذخیره شده، می توان کرنش سختی را به عنوان مکانیزم استحکام دهی اصلی در افزایش استحکام نمونه های متراکم سازی شده معرفی نمود. از طرفی، حضور عیوب ریزساختاری، سبب انحراف مقدار استحکام اندازه گیری شده توسط آزمون فشار تک محوری و مقدار پیش بینی شده توسط مکانیزم های استحکام دهی شد.

در این پژوهش رفتار ارتعاشی و فلاتر یک ورق کامپوزیتی چند لایه یک سر گیردار در حضور جرم گسترده بررسی شده است. به منظور استخراج فرکانس های طبیعی با انتخاب مودهای فرضی از روش ریلی ریتز استفاده شده است. در این روش انرژی کرنشی ورق محاسبه شده و اثر جرم گسترده اضافه شده به صورت انرژی جنبشی برای سیستم لحاظ شده است. پس از حل مساله مقدار ویژه فرکانس های طبیعی و حل ارتعاشات اجباری با در نظر گرفتن اثر سیال بر روی صفحه با استفاده از تئوری پیستون، سرعت فلاتر برای ورق با و بدون جرم گسترده بدست آمده است. اثر گستردگی طول یک جرم مشخص بر رفتار ارتعاشی ورق بررسی شده است. علاوه بر این، افزایش چگالی جرم اضافه شده در یک موقعیت مشخص بر سرعت فلاتر نشان داده شده است. تاثیر فاصله قرارگیری جرم گسترده از انتهای گیردار ورق مورد مطالعه قرار گرفته و تغییرات فشار آیرودینامیکی بی بعد و فرکانس بی بعد فلاتر به دست آمده است. در انتها با فرض چندلایه با زاویه لایه چینی های متفاوت رفتار ارتعاش اجباری ورق بدست آمده است.

در این تحقیق استفاده از چسب ترکیبی با دو ضریب سفتی (مدول) متفاوت در مقایسه با یک چسب در اتصالات تک لبه برشی در نرخ کشش 5 و 100mm/min  و در دماهای محیط 100oC و 200oC مطالعه شده است. در این بررسی پنچ نوع چسب در اتصال تک لبه برشی مورد بررسی قرار گرفته که شامل چسب اپوکسی تنها، چسب سیلیکون، اپوکسی حاوی لاستیک مایع CTBN، چسب ترکیبی اپوکسی- سیلیکون و چسب ترکیبی اپوکسی- اپوکسی حاوی لاستیک مایع CTBN می باشد. همچنین ارزیابی از عملکرد این اتصالات در آزمون پوست کنی نیز انجام شد. نتایج حاکی از استحکام برشی بالاتر در اتصال چسبی حاوی چسب ترکیبی اپوکسی-سیلیکون نسبت دیگر چسب ها در آزمون تک لبه برشی است. و در مرتبه پایین تری اتصال با چسب اپوکسی تنها و چسب اپوکسی حاوی لاستیک مایع قرار دارد. این موضوع در هردو نرخ کشش صادق بوده است. بررسی استحکام برشی در سه طیف دمایی حاکی از عملکرد موفق چسب ترکیبی اپوکسی- سیلیکون نسبت به دیگر رقبای خود به خصوص در دمای 200oC به میزان افت 31 درصد در مقایسه با اتصال چسبی اپوکسی تنها با افتی در محدوده 65 درصد دارد. ارزیابی عملکردی در آزمون پوست کنی این چسب ها نشان از استحکام پوست کنی بالاتر به ترتیب در نمونه چسب ترکیبی اپوکسی- اپوکسی لاستیک مایع، چسب ترکیبی اپوکسی –سیلیکون و چسب اپوکسی تنها دارد. بررسی رفتاری در آزمون های پوست کنی نشان از رفتار ناپایدار (نوسانی) در همه اتصالات چسبی به غیر از نمونه حاوی چسب ترکیبی اپوکسی- اپوکسی لاستیک مایع دارد.

هدف این تحقیق بدست آوردن خواص مکانیکی مواد مرکب چند فازی با درصد حجمی بالای اشغال کننده می باشد. بدین منظور یک روش جدید برای همگن سازی کامپوزیت های چند فازی ارایه گردیده است. روش همگن سازی ارائه شده در این مقاله بر پایه ترکیبی از مدل موری-تاناکا و مدل دیفرانسیلی توسعه یافته است. روش همگن سازی جدید با نام مدل MT-DS نام گذاری گردیده و شامل چهار مرحله می باشد. در مرحله اول، کرنش متوسط ایجاد شده در اشغال کننده محاسبه می شود. در مرحله دوم، تانسور سفتی برای ماده همگن سازی شده بر پایه مدل دیفرانسیلی تصحیح شده محاسبه می گردد. سپس در مرحله سوم، تانسور تمرکز کرنش بر اساس مدل موری-تاناکا و معادلات اشلبی محاسبه می گردد. در انتها و در مرحله چهارم، تانسور تمرکز کرنش و تانسور سفتی برای ماده همگن سازی شده بر اساس مدل MT-DS محاسبه می شوند. برای همگن سازی، با توجه به شکل اشغال کننده و درصد حجمی آن، تانسور تمرکز کرنش در هر مرحله محاسبه شده و برای محاسبه تانسور سفتی ماده همگن سازی بکار گرفته می شود. با این روش در هر مرحله خواص ماده زمینه همگن شده به جای مشخصات ماده زمینه اولیه وارد محاسبات می شوند. با انجام این عمل تاثیر سایر اشغال کننده ها بر روی اشغال کننده های مجاور نیز در نظر گرفته می شود. این جایگزینی به صورت پیوسته تکرار می شود تا در انتها تانسور سفتی معادل بدست آید. برای اعتبارسنجی مدل ارایه شده جدید، نتایج بدست امده از آن با نتایج آزمایش ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از ارزیابی مدل جدید حاکی از توانمندی آن می باشد.

امروزه شکل دهی لوله های چندلایه با توجه به کاربرد گسترده آن در صنایع هوافضا، نفت و پتروشیمی و بررسی شکل پذیری آن توسط فرآیندهای مختلف شکل دهی مورد توجه محققان قرارگرفته است. در این پژوهش بررسی مقایسه ای شکل پذیری لوله های دولایه کامپوزیت فلزی در فرآیند شکل دهی سرد و داغ در یک الگوی هندسی بالج قالب بسته، تحت تاثیر شرایط فرآیندی آزمایش هیدروفرمینگ و دمش گاز مورد مطالعه قرارگرفته است، به طوری که نحوه عملکرد هریک از فرآیندها در شکل دهی لوله های دولایه مس (داخل) - آلمینیوم (خارج)، بر میزان چروکیدگی، پارگی، کمانش و کنترل توزیع ضخامت در محدوده پروفیل قالب بالج شکل، در حالت های مختلف مورد بررسی قرارگرفته است. فرآیند هیدروفرمینگ در دمای محیط و ماکزیمم فشار 300 بار انجام شده است. همچنین فرآیند دمش گاز در دمای 550 درجه سانتیگراد و فشار 40 بار صورت پذیرفته است. نسبت انبساط لوله دولایه در فرآیند دمش گاز، در حالت مقایسه ای با فرآیند هیدروفرمینگ به میزان 1.35 درصد افزایش و قبل از پرشدگی قالب دچار ترکیدگی شده است. نمونه سالم بالج قالب بسته در فرآیند هیدروفرمینگ با فشار شکل دهی 280 بار و الگوی بارگذاری خطی 6 میلی متر، ماکزیمم نازک شدگی به مقدار 1.65 میلی متر شکل داده شده است.

کامپوزیت های تشکیل شده از فلزات غیرمشابه در طراحی و ساخت قطعاتی که تحت شرایط نیروی مکانیکی جدی، حرارت و سایش خاص هستند به کار می رود. تولید بوش آلومینیم-برنج به عنوان جفت فلزی کامپوزیتی یکی از این موارد محسوب می شود. در این تحقیق با استفاده از دستگاه گریز از مرکز عمودی برخی متغیرهای موثر در تولید قطعه استوانه کامپوزیتی آلومینیم-برنج مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور مذاب آلومینیم با نسبت های حجمی 1.5 و 2.5 درون بوش برنجی پیش گرم شده در محدوده دمایی 100-400 درجه سانتی گراد و در حال دوران با سرعت های 800 و 1600 دور بر دقیقه ریخته گری شده و خصوصیات فصل مشترک بین این دو فلز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی های حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که فصل مشترک حاصله شامل چهار لایه مجزا است. لایه های متشکله به ترتیب از سمت برنج شامل Al3Cu3Zn ،Al2Cu5Zn4، رسوبات Al2Cu توزیع شده در زمینه محلول جامد آلومینیم و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی a-Al/Al2Cu در مجاورت آلومینیم است. اندازه گیری های میکروسختی نشان داد که میزان سختی در عرض فصل مشترک از یک روند نزولی پیروی می کند به گونه ای که بالاترین سختی مربوط به نواحی مجاور برنج و کم ترین میزان سختی متعلق به نواحی مجاور آلومینیم ثبت شد.

در این مقاله خواص الاستوپلاستیک یک نانوکامپوزیت پلیمری با تکیه بر تعدادی از عوامل مقیاس مزو مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از ترکیب روش اجزای محدود با میکرومکانیک استفاده شده است. با توجه به ماهیت پیوند ناکامل نانولوله و ماتریس، برای جایگزین کردن نانولوله و ناحیه مشترک با یک تک رشته توپر، از روش چندمقیاسی اجزای محدود استفاده شده است. سپس با استفاده از روش میدان میانگین موری- تاناکا، منحنی های تنش-کرنش نانوکامپوزیت استخراج و با استفاده از آن، تاثیر زاویه قرارگیری نانولوله بر مدول یانگ، تاثیر طول نانولوله بر خواص الاستوپلاستیک و تاثیر کلوخه شدن نانولوله ها بر رفتار الاستوپلاستیک بررسی شده است. همچنین با بررسی طول نانولوله ها مشخص شد که نانولوله های دارای طول 10 تا 300 نانومتر، تاثیر قابل توجهی بر سفتی نانوکامپوزیت دارد، درحالی که تاثیر طول های کوتاه تر و بلندتر چندان قابل توجه نیست. همچنین، با صرفنظر از کلوخه شدن، افزایش کسر حجمی نانولوله ها منجر به افزایش سفتی نانوکامپوزیت می گردد. این در حالی است که کلوخه شدن نانولوله ها، منجر به کاهش سفتی نانوکامپوزیت می شود. تاثیر منفی این پدیده به حدی است که در برخی موارد، افزایش کسر حجمی نه تنها باعث افزایش سفتی نانوکامپوزیت نمی شود، بلکه آن را کاهش می دهد.