علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1394 | دوره:2 | شماره:4 |تعداد مقالات:8

آزمون نفوذگری روشی است که از طریق بررسی رفتار ماده در پاسخ به عمل نفوذگر روی جسم به اطلاعاتی در مورد آن دست می یابد. از مهم ترین اطلاعاتی که می توان از این پاسخ گرفت، مدول الاستیسیته و همچنین تنش پسماند نهفته در جسم است. کامپوزیت ها ترکیبی از دو یا چند ماده متفاوت هستند و تنش های پسماند نیز به دلیل همین اختلاف و ناهمگونی ایجاد می شود. با توجه به اثرات مخربی که این نوع تنش ها بر عملکرد سازه های کامپوزیتی دارند، تعیین مقدار و توزیع آن ها ضروری است. در کامپوزیت های لایه ای، برای تعیین تنش های پسماند در مقیاس مکرومکانیک روش های تجربی و مکانیکی وجود دارد، اما برای تعیین تنش های پسماند در مقیاس مایکرومکانیک روشی تجربی و مکانیکی که بتواند این تنش ها را اندازه گیری کند، وجود ندارد. هدف از پژوهش حاضر، شبیه سازی المان محدود آزمون نفوذگری برای تعیین مدول الاستیسیته و همچنین مایکرو تنش پسماند در یک لایه تک جهته کامپوزیتی است. برای این منظور، المان حجمی معرف مناسبی از کامپوزیت در نظرگرفته شده و نفوذگر مجازی روی آن انجام شده است. نتایج نشان می دهد که مدول الاستیسیته تخمین زده شده برای الیاف، به این روش، به عمق نفوذ نفوذگر وابسته است، اما تنش پسماند محاسبه شده، مستقل از عمق نفوذ نفوذگر است. برای بررسی تاثیر ماتریس روی نتایج نفوذگر در الیاف، علاوه بر مدل سازی کامپوزیت، یک ماده همسانگرد که خواصی مشابه با الیاف شیشه دارد نیز مدل سازی شده است و نتایج آن با نتایج کامپوزیت مقایسه شده است.

در این مقاله تاثیر نسبت قطر موثر نمونه بر قطر پانچ و سرعت بارگذاری و شکل هندسه نفوذکننده در رفتار خواص شبه استاتیکی برش پانچ(QS-PS) در کامپوزیت های چندلایه ای به طور تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. مواد کامپوزیتی از 12 لایه الیاف شیشه با بافت دو بعدی با چگالی سطحی 200 g/m2 به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. سیستم رزین نیز از یک اپوکسی، دیکلیسیدیل اتر بیسفنول نوع آ با نام تجاری ایپون 828 به عنوان پایه و از سیکلوآلیفاتیک آمین اصلاح شده با نام تجاری اف 205 به عنوان سفت کننده ساخته شده است. در این پژوهش از دو نسبت دهانه 5 و 10 و از سه نرخ کرنش 250, 5 mm/min و 500 و همچنین از سه نفوذکننده تخت، مخروطی و اجیوال استفاده شده است. نتایج حاصل از بررسی نسبت دهانه ها نشان می دهد که با کاهش نصف اندازه نسبت دهانه، تغییر شکل صفحه هدف کمتر شده و نیروی تماسی تقریبا 20 درصد افزایش می یابد. نتایج برش پانچ در نرخ کرنش های مختلف نشان می دهد که با افزایش سرعت بارگذاری، استحکام کامپوزیت در برابر نفوذکننده افزایش می یابد. در مقایسه نتایج نفوذکننده ها با دماغه های مختلف حاکی از آن است که بیشترین نیروی تماسی مربوط به نفوذکننده سرتخت و بیشترین انرژی جذب شده توسط نفوذکننده مخروطی می باشد.

در این تحقیق به مطالعه توزیع تنش های پسماند در سلول واحد سه فازی شامل سه فاز رشته کربنی، نانولوله کربنی و ماتریس به شکل سه بعدی و با توسعه مدل دیسک دایره ای پرداخته شده است. توزیع تنش های پسماند سلول واحد در هر یک از فازها، با استفاده از دو روش المان محدود و حل تحلیلی، انجام شده است. ضریب انبساط حرارتی هر یک از دو فاز رشته کربنی و نانولوله کربنی، در راستاهای عرضی و طولی، به صورت متفاوت در نظر گرفته شده است و نحوه قرارگیری نانولوله های کربنی بر روی رشته کربنی با استفاده از روش الکتروفورز، به صورت موازی و به صورت حلقه گون بر رشته کربنی در نظر گرفته شده است. درصد حجمی رشته کربنی نیز به صورت یکسان و برابر با 60% در نظر گرفته شده است، لیکن توزیع تنش های پسماند، برای درصدهای حجمی متفاوت نانولوله کربنی شامل 0%، 1%، 2%، 3%، 4%، 5% و برای حالت دو فازی شامل رشته کربنی و ماتریس انجام و مقایسه شده است. توزیع تنش های پسماند شامل تنش های شعاعی، تنش های مماسی، تنش های طولی و مجموع تنش های اصلی در هر یک از فازها مطالعه شده است. در پایان مجموع تنش های پسماند حاصل از دو روش المان محدود و روش تحلیلی توسعه یافته، برای سلول واحد سه فازی با یکدیگر مقایسه شده است، که از مطابقت بسیار خوبی برخوردار می باشد.

فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، یک فرآیند جدید برای اصلاح ریزساختار، خواص مکانیکی مواد و تولید کامپوزیت سطحی محسوب می شود. در این پژوهش، از این فرآیند برای تولید کامپوزیت سطحی زمینه فلزی آلومینیم 5083 با ذرات تقویت کننده کاربید سیلیسیم با اندازه میانگین 5 میکرون استفاده گردید. ابتدا ترکیبی از سرعت پیشروی و دورانی بر روی نمونه ها اعمال گردید. سپس نمونه بهینه با در نظر گرفتن نتایج ریز ساختاری و با توجه به بیشترین استحکام کششی انتخاب شد. نمونه بهینه دارای سرعت دورانی 1000 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 28 میلیمتر بر دقیقه است. پس از آن بر روی نمونه بهینه اثر تعداد پاس مورد بررسی قرار گرفت. کامپوزیت سطحی تولید شده به منظور بررسی ریز ساختار با میکروسکوپ نوری و الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. همپنین خواص مکانیکی کامپوزیت تولید شده از قبیل میکروسختی و استحکام کششی مورد بررسی قرار گرفت تا نسبت به فلز پایه مقایسه شود. نتایج تست های مکانیکی نشان دهنده آن است که میکروسختی و استحکام کششی نسبت فلز پایه بهبود یافته است. میکروسختی و استحکام کششی فلز پایه و نمونه چهار پاسه با تغییر جهت چرخش به ترتیب 85 ویکرز و 285 مگاپاسکال، 118 ویکرز و 316 مگاپاسکال رسید.

در پژوهش حاضر، خواص فوم های نانوکامپوزیت پلیمری با مقادیر مختلف نانولوله کربنی چند دیواره و تحت شرایط فرآیندی مختلف بررسی شده است. به این منظور پلیمر پلی آمید 6 به عنوان فاز زمینه انتخاب شد و با نانولوله های کربنی چند دیواره توسط دستگاه اکسترودر دو ماردونه در درصدهای وزنی نانولوله کربنی شامل 0، 0.5، 1 و 1.5، اختلاط ذوبی شد. سپس نانوکامپوزیت های تولید شده توسط عامل فوم زای آزودی کربنامید در دستگاه تزریق بر پایه طراحی آزمایشات به روش تاگوچی مطابق آرایه متعامد L16 فوم شدند. تاثیر درصد وزنی نانولوله های کربنی و شرایط فرآیندی شامل فشار نگهداری و زمان اعمال فشار نگهداری هر کدام در چهار سطح مختلف، بر روی خواص مکانیکی و ساختاری نمونه های فوم نانوکامپوزیت بررسی شده است. استحکام کششی ویژه به عنوان خاصیت مکانیکی بررسی شد و برای بررسی خواص ساختاری، نمونه ها تحت آزمایش SEM قرار گرفتند که تصاویر مربوط به این تست نشان داد که ساختار میکروسلولی بسیار مناسبی حاصل شده است. مطابق نتایج آنالیز سیگنال به نویز، درصد وزنی نانولوله کربنی موثرترین پارامتر روی استحکام کششی ویژه و خواص ساختاری نمونه های فوم نانوکامپوزیتی می باشد. نتایج نشان داد که با افزودن 1% وزنی نانولوله کربنی، استحکام کششی ویژه نمونه ها به میزان 147% بهبود یافت. همچنین با افزودن نانولوله های کربنی، چگالی سلولی افزایش و متوسط اندازه سلولی کاهش یافت که به معنی دست یابی به شرایط بهینه برای تولید فوم می باشد.

امروزه استفاده از ورق های دولایه فلزی راه حلی مناسب برای تولید محصولاتی چند کاربره محسوب می شود. به طور کلی ورق های دولایه فلزی دارای ویژگی هایی از قبیل بهبود شکل پذیری ورق با شکل پذیری کم، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش، و کاهش وزن و هزینه قطعات تولیدی می باشند. به همین منظور مطالعه میزان شکل پذیری ورق های دولایه فلزی، دارای نقشی اساسی در طراحی عملیات شکل دهی ورق های فلزی می باشد. نمودار حد شکل دهی روشی مناسب برای تعیین قابلیت شکل پذیری ورق های فلزی در فرآیندهای شکل دهی فلزات می باشد. هدف در این کار پژوهشی، انجام آزمایش تجربی برای تعیین نمودار حد شکل دهی ورق های دولایه فلزی بوده است. نمودار حد شکل دهی به عنوان یک معیار برای پیش بینی وقوع حالت گلویی شدگی که در نهایت منجر به پارگی ورق فلزی می شود به کار گرفته خواهد شد. در تحقیق حاضر، نمودار حد شکل دهی ورق دولایه فلزی آلومینیوم - مس برای نخستین بار به صورت تجربی به دست آمده است.

کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) به علت داشتن نسبت استحکام بالا به وزن پایین روز به روز در صنایع مختلف، نظیر صنایع هوا فضا و خودروسازی در حال گسترش می باشند. با توجه به ضریب انبساط حرارتی متفاوت بین الیاف و رزین در کامپوزیت های پلیمری، سوراخ کاری این مواد یکی از عملیات مشکل برای ایجاد قطعات نهایی است. از این رو روش فرزکاری مارپیچ در سال های اخیر با توجه به کاهش نیرو در ماشین کاری و ایجاد سوراخ به صورت یکباره (بدون نیاز به پیش مته) یکی از روش های نوین برای سوراخ کاری CFRP می باشد. در این پژوهش به بررسی میزان ورقه ورقه شدن با توجه به نیرو و پارامترهای ماشین کاری پرداخته شده است. برای تعیین مقدار پیشروی، سرعت برشی و زاویه شیار مارپیچ ابتدا چندین آزمایش اجرا و بر این اساس سه سرعت برشی، چهار سرعت پیشروی و یک زاویه شیار مارپیچ تعیین شد. پس از اجرای آزمایش ها نتایج به دست آمده نشان داد، میزان ورقه ورقه شدن رابطه مستقیم با نیروی محوری در طی عملیات ماشین کاری دارد. همچنین قطر سوراخ تولید شده نیز از عوامل تاثیرگذار بر معیار ورقه ورقه شدن (Fd) است که افزایش سرعت برشی و کاهش میزان پیشروی سبب تولید سوراخ با دقت بالاتر و کاهش معیار ورقه ورقه شدن می شود.

در این پژوهش، رفتار خمشی کامپوزیت های خالص و هیبرید درون لایه ای تقویت شده با الیاف ترد و انعطاف پذیر بر مبنای روش المان محدود مدل سازی شده است. بدین منظور با استفاده از خواص ابعادی، فیزیکی و مکانیکی، کامپوزیت هایی به صورت چهار لایه با آرایش تک جهته در نرم افزار آباکوس مدل سازی و سپس آزمایش خمش سه نقطه ای روی آنها شبیه سازی شد. در شبیه سازی های انجام شده، خواص مکانیکی لایه های کامپوزیت به صورت رفتار غیر خطی (الاستیک - پلاستیک) تعریف شد. برای ارزیابی شبیه سازی های انجام شده، نتایج حاصل از تحلیل نرم افزار با نتایج آزمایش خمش در حالت تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند شبیه سازی انجام شده با دقت بالایی قادر به تعیین نیروی خمشی در خیزهای مختلف هستند. به گونه ای که حداکثر درصد اختلاف بین نتایج عددی و تجربی در بیشینه نیروی خمش، 9.7 درصد بوده است. همچنین نتایج تحلیل نحوه توزیع تنش در هر لایه از کامپوزیت نشان می دهند زمانی که نمونه هیبرید در برابر فرآیند خمش به نقطه تسلیم می رسد لایه های بیرونی از مقدار بیشینه تنش طولی خود برای مقاومت در برابر خمش استفاده می کنند اما در همین زمان لایه های میانی حداکثر از 30 درصد ظرفیت خود استفاده می نمایند.