علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1397 | دوره:5 | شماره:2 |تعداد مقالات:16

با توجه به گسترش استفاده مواد کامپوزیت پلیمری در صنایع، بررسی دقیق خواص این مواد در شرایط مختلف بارگذاری از جمله ضربه سرعت بالا بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش به بررسی ضربه سرعت بالا بر روی پنل کامپوزیتی پلیمری غیر هیبرید و هیبریدی پرداخته شده است. در ابتدا پس از معرفی انواع بارگذاری ضربه، تئوریهای مورد استفاده در خصوص ارزیابی آسیب و مقایسه آنها، با استفاده از تئوری ماتزنمیلر، به پیش بینی آسیب پرداخته شده است. در این تئوری برای ارزیابی دقیق تر تخریب، تنش برشی در ناحیه الاستیک به صورت غیرخطی در نظر گرفته شده است. در ادامه، جهت استفاده از این تئوری، یک سابروتینVUMAT در قالب نرم افزار Abaqus جهت مدلسازی اجزا محدود نوشته شده است. در نهایت، نتایج حاصل از مدلسازی و تحلیل حاضر با نتایج تجربی موجود، برای حالت های مختلف پنل های کامپوزیتی غیرهیبرید و هیبریدی مقایسه شده است. تطابق مناسب نتایج تئوری مورد استفاده در این تحقیق با داده های آزمایشگاهی، توانمندی مدل و سابروتین ارائه شده در این تحقیق را نشان می دهد.

در این تحقیق، خواص مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت هایی بر پایه ماتریسی از دو فاز پلیمری پلی پروپیلن و اتیلن پروپیلن دی ان مونومر (EPDM)، تقویت شده با نانوصفحات گرافن و الیاف شیشه بررسی شده است. ترکیبات شامل 0، 1 و 2 درصد وزنی نانوصفحات گرافن و نیز 10، 20 و 30 درصد وزنی الیاف شیشه و 10 و 15 درصد وزنی EPDM می باشند که توسط یک مخلوط کن داخلی تهیه شدند. نمونه ها برای انجام آزمون های مکانیکی توسط یک دستگاه پرس داغ تهیه شدند. آزمون های مکانیکی و آنالیز حرارتی برای تعیین استحکام های ضربه، کشش، مدول الاستیسیته و دماهای ذوب و بلورینگی ترکیبات انجام شدند. مشاهده شد که با حضور الیاف شیشه استحکام ضربه 46 درصد افزایش یافته و استحکام کششی نسبت به ترکیب پایه پلی پروپیلن/EPDM اندکی افزایش می یابد. همچنین حضورمقادیر پایین نانوصفحات گرافن، استحکام ضربه را 16 درصد افزایش می دهد. این در حالی است حضور مقادیر بالای این میزان، استحکام ضربه و استحکام کششی را می کاهد. افزایش ذرات گرافن به طور کلی مدول الاستیک ترکیبات را 13 درصد افزایش می دهد. همچنین افزودن EPDM استحکام ضربه را 18 درصد افزایش داده و بر سایر خواص مکانیکی اثر کاهشی می گذارد. نتایج حاصل از آنالیز حرارتی نشان می دهد که حضور نانوصفحات گرافن باعث افزایش دمای بلورینگی پلی پروپیلن شده ولی بر دمای ذوب آن تاثیری نداشته است.

سازه هایی که با فناوریهای ساندویچی تولید می شوند دارای خواص مکانیکی منحصر بفردی از قبیل جذب انرژی بالا و وزن پایین می باشند. بنابراین در صنایع حمل ونقل (خودرو سازی، صنایع هوایی و کشتی سازی) که اصول سبک سازی و ایمنی وسایل نقلیه حائز اهمیت است، کاربردی فراوانی دارند. از آنجاییکه سازه های ساندویچی با هسته پلیمری سالهاست که مورد استفاده محققین قرار گرفته، اخیراً توجه ویژه ای به استفاده از سازه های ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی شده است. درتحقیق پیشرو به تحلیل رفتار صفحات فوم آلومینیومی ساندویچی در دو نوع رویه بهم پیوسته و رویه مجزا در برابر بار ضربه با سرعت پایین و همچنین بررسی شکل شکست آنها با استفاده از تصاویر مقطع نگاری رایانه ای پرداخته شده است. همچنین یک روش تئوری بر مبنای مدل موازنه انرژی برای بررسی رفتار ضربه ماده با استفاده از پارامترهای اندازه گیری شده از تصاویر مقطع نگاری نمونه های پس از ضربه، بکار گرفته شده است. تجمیع نتایج تئوری و آزمایشگاهی حاکی از آنست که تخریب نهایی و شکست کامل پانل های ساندویچی آلومینیومی در مقایسه با پانل های ساندویچی پلیمری، دارای گستره کمتر و نمونه های سالم تری پس از ضربه بوده و در نتیجه خواص مکانیکی و عملکرد آنها پس از ضربه بهتر خواهد بود.

امروزه، چندلایه های الیاف-فلز کاربردهای زیادی در صنایع هوایی، دریایی و خودرو به دست آورده اند. این ساختارها شامل ورق های نازک فلزی اتصال یافته به کامپوزیت پیش آغشته می باشند. شناسایی و تعمیر ترک های داخلی ایجاد شده در چندلایه های الیاف-فلز، با روش های مرسوم مشکل است. برای غلبه بر این مشکل، در این پژوهش یک سیستم پلیمری خودترمیم شونده بر اساس میکرولوله های شیشه ای توخالی خردشده معرفی شده است که به بررسی استحکام خمشی چندلایه های الیاف-فلز با آرایش آلومینیوم 2024/رزین اپوکسی-الیاف شیشه; نوع E/آلومینیوم 2024، پس از تخریب می پردازد. میکرولوله های شیشه ای پرشده با عوامل ترمیمی (رزین اپوکسی + هاردنر آمینی) به صورت جفت کنار یکدیگر قرار داده شدند و در ادامه در داخل ساختار قرار گرفتند. هدف از این مطالعه دستیابی به کسر حجمی مناسب و همچنین زمان مطلوب جهت رسیدن به حداکثر بازده ترمیم می باشد. میکرولوله های حاوی عوامل ترمیمی با درصد حجمی های متفاوت 5، 8 و 11 درصد در نمونه ها به کار گرفته شدند و در ادامه تاثیر آن بر راندمان ترمیم استحکام خمشی پس از گذشت زمان های مختلف 3 و 5 روز پس از آسیب اولیه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی به میزان 89 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی عامل ترمیمی با گذشت مدت زمان 5 روز پس از ایجاد آسیب می باشد.

سازه های متشکل از کامپوزیت های الیافی (Fibre Reinforced Composite) نیاز به طراحی ایمن و اقتصادی دارند. تحت بارگذاری پیوسته یا سیکلیک سفتی FRC تنزل می یابد، تحلیل متناظر این فرآیند تحلیل آسیب پیش رونده نامیده می شود که شامل تعیین آغاز آسیب و نحوه ی تکامل آن تا گسیختگی نهایی سازه می شود. معیارهای متعددی برای تعیین آغاز گسیختگی پیشنهاد شده اند. این معیارها اثر قابل توجهی بر پاسخ تحلیلی FRC دارند. در این پژوهش ضمن بررسی چگونگی مدل سازی آسیب پیش رونده در کامپوزیت های الیافی، معیار گسیختگی نامتغیرها برای اولین بار به صورت المان محدود پیاده-سازی و برای مصالح چندلایه در کنار معیار هشین دو و سه بعدی بررسی گردید. از یک زیر برنامه کاربر (UMAT) در نرم-افزار تجاری ABAQUS برای پیاده سازی مدل سازی آسیب پیش رونده به صورت عددی استفاده شد. دوازده نمونه برای بررسی معیارهای مطرح شده در دو گروه به صورت عددی استفاده شدند و نتایج آن ها با نتایج دو نمونه ی مشابه آزمایشگاهی برگرفته از ادبیات مقایسه گردیدند. نمونه های مدل سازی شده بر اساس معیار آغاز گسیختگی نامتغیرها توانستند با حداکثر 5% خطا نسبت به نتایج آزمایشگاهی بار نهایی را پیش بینی کنند.

در این مقاله پایداری حرارتی پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد هدفمند تحت بستر الاستیک و نیروی محوری بررسی شده است. به این منظور ابتدا معادلات حاکم بر پوسته استوانه ای تحت بستر الاستیک مبتنی بر تئوری مرتبه اول برشی سندرز-کویتر با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده اند. معادلات مشتق جزئی حاکم با استفاده از روش حل گالرکین به معادلات جبری معمولی تبدیل و بار کمانش حرارتی محاسبه می شود. خواص مواد هدفمند مطابق قانون توانی در جهت ضخامت تغییر می کند. بستر الاستیک مورد نظر از نوع دو پارامتری پسترناک بوده و شامل ترم های خطی وینکلر و برشی می شود. توزیع دما در طول ضخامت پوسته به سه صورت: تغییر دمای یکسان، توزیع خطی و غیرخطی در نظر گرفته شده است. برای حالت توزیع غیرخطی دما از دو روش حل تقریبی و دقیق استفاده شده و اثرات آنها بر دمای بحرانی پوسته بررسی شده اند. نشان داده شد که روش حل تقریبی نسبت به حل دقیق نتایج متفاوتی را حاصل می کند. دماهای بحرانی پوسته استوانه ای از جنس ماده همسانگرد تحت شرایط مرزی ساده و افزایش یکنواخت دما و توزیع خطی دما بدست آمده و با نتایج مراجع مقایسه شده اند. با تکیه بر تئوری توسعه داده شده، اثرات بستر الاستیک و نیروی محوری بر پایداری حرارتی پوسته از جنس ماده هدفمند بررسی می شوند.

در این مقاله فرایند ساخت قالب برای استوانه مشبک کامپوزیتی مطالعه گردیده و نمونه مشبک با استفاده از روش رشته پیچی ساخته شده است. همچنین رفتار سازه مشبک کامپوزیتی استوانه ای با الگوی مثلثی از جنس شیشه-اپوکسی تحت بار ضربه ای به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. . به منظور آزمون ضربه از دستگاه تفنگ گازی استفاده شده است که سرعت ورودی و خروجی از دستگاه به دست می آید. همچنین برای این آزمون فیکسچر مناسبی طراحی شده است. پرتابه مورد استفاده به شکل استوانه و دارای سر کروی می باشد. شبیه سازی عددی آزمون ضربه انجام شده است و با نتایج تجربی صحت سنجی شده است. سرعت خروجی، سطح آسیب، جدایش بین پوسته و ریب به صورت تجربی و عددی با هم مقایسه شده اند. در نهایت به بررسی عددی اثر نوع پرتابه و زاویه لایه چینی بر روی پارامترهای ضربه پرداخته شده است. در محدوده زاویه لایه چینی 45 درجه کم ترین میزان سرعت خروجی پرتابه و بیش ترین میزان جذب انرژی را دارا می باشد. پرتابه سرتخت نسبت به دو پرتابه سرمخروطی و سر کروی به دلیل این که سر پرتابه سطح تماس بیش تری با پوسته دارد، بیش ترین آسیب را به سازه وارد می کند و در نتیجه سرعت خروجی پرتابه کم تر و جذب انرژی سازه بیش تر است.

در این مقاله یک روش عددی به منظور پیش بینی رشد ترک در ورق های چند لایه مرکب توسعه داده شده است. برای محاسبه دقیق تنش های بین لایه ای، تئوری لایه گون ردی به کار گرفته شده و صحت نتایج بدست آمده به کمک نرم افزار اجزاء محدود آباکوس تأیید گردیده است. سپس قابلیت حل مسائل در حضور جدایش بین لایه ای، به عنوان مهم ترین عامل خرابی مواد مرکب، به مدل اضافه شده است. در ادامه روش عددی انتگرال جی، به عنوان یک انتگرال مستقل از مسیر، برای ترک های صفحه ای بین لایه ای در چند لایه های مرکب معرفی شده و با استفاده از آن مدل لایه گون ابتدایی تکمیل گردیده است. همچنین رشد آسیب در سازه با نرخ رهایی انرژی کرنشی کنترل می گردد؛ به این صورت که در ابتدا روش محاسبه ماتریس سختی کل سازه به وسیله ی المان لایه گون بیان گشته و جابجایی های گره ای و میدان تنش-کرنش در المان ها استخراج می گردد. سپس با محاسبه ی انتگرال جی سه بُعدی، امکان پیش بینی رشد ترک به کمک معیار نرخ رهایی انرژی کرنشی لبه ی ترک، به دست می آید. در انتها به منظور اعتبارسنجی مدل ارائه شده، نتایج بدست آمده با نتایج مدل های موجود مقایسه گردید و مشاهده شد که در عین منحصر به فرد بودن، با برخی از مدل های تحلیلی قرابت بیشتری دارد.

امروزه استفاده از مبدل پیزوالکتریک به دلیل قابلیت تبدیل انرژی محیطی همچون ارتعاشات مکانیکی به انرژی الکتریکی، کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. در یک سازه دارای لایه پیزوالکتریک، علاوه بر خصوصیات پیزوالکتریک، انتخاب خصوصیات بخش غیرپیزوالکتریکی سازه برداشت کننده انرژی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است؛ بنابراین در پژوهش حاضر، تولید انرژی الکتریکی از ارتعاشات اجباری تیر کامپوزیتی با لایه پیزوالکتریک مورد بررسی قرارگرفته است. لذا در ابتدا، با استفاده از تئوری تیر اویلر-برنولی، معادلات حرکت سیستم به دست آمده و سپس با استفاده از روش کانتروویچ، روابط ولتاژ خروجی برای یک تیر کامپوزیتی دارای لایه پیزوالکتریک استخراج می گردند. جهت صحتسنجی، نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از مدل سازی اجزای محدود مقایسه شده اند که خطای نسبی کمی را نشان می دهند. در ادامه تأثیر زاویه الیاف و نحوه چیدمان لایه های تیر کامپوزیتی دارای لایه پیزوالکتریک بر میزان برداشت انرژی بررسی شده است. مطابق با نتایج به دست آمده، با افزایش مدول الاستیسیته تیر کامپوزیتی و تأثیر آن بر نسبت میرایی سازه، میزان برداشت انرژی به مقدار قابل توجهی بهبود می یابد. همچنین در ادامه اثر ابعاد تیر کامپوزیتی، نسبت ضخامت تیر کامپوزیتی به ضخامت لایه پیزوالکتریک، مقدار جرم متمرکز و نسبت میرایی بر میزان برداشت انرژی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با استفاده از مواد کامپوزیتی و با طراحی مناسب لایه چینی و زاویه الیاف در هر لایه، می توان مدول الاستیسیته معادل متفاوتی در تیر کامپوزیتی ایجاد نمود که درنتیجه، فرکانس طبیعی سیستم و میزان دامنه ولتاژ خروجی مدار هم تغییر خواهد کرد.

هیدروکسی‬ آپاتیت به دلیل خواص زیست‬ سازگاری، زیست‬ فعالی و توانایی پیوند با استخوان، به منظور ترمیم و جایگزینی استخوان مورد توجه قرار گرفته است. این ماده باوجود داشتن خواص مکانیکی ضعیف، خواص بیولوژیکی منحصر به فردی از خود نشان می دهد. این موضوع باعث تمرکز بیشتر مطالعات در راستای بهبود خواص مکانیکی این ماده تا جایگزینی آن شده است. یکی از راه‬ های بهبود خواص هیدروکسی‬ آپاتیت به عنوان یک بیوسرامیک، تهیه کامپوزیت بر پایه هیدروکسی‬ آپاتیت است. در این پژوهش از نایتینول به عنوان فاز تقویت کننده به منظور بهبود خواص مکانیکی هیدروکسی‬ آپاتیت استفاده شد. هیدروکسی‬ آپاتیت به روش سوزاندن استخوان گوساله، از منابع طبیعی تهیه شد و سپس کامپوزیت‬ های هیدروکسی‬ آپاتیت-نایتینول با 5، 10 و 15 درصد وزنی نایتینول به روش متالورژی پودر سنتز شدند. به منظور برررسی تحولات فازی رخ داده در کامپوزیت پس از زینتر و بررسی سطح مقطع شکست به ترتیب از آنالیز پراش پرتوی ایکس(XRD)، طیف سنجی پرتو فروسرخ (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) استفاده شد. سپس خواص مکانیکی نظیر استحکام فشاری و مدول الاستیک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کامپوزیت هیدروکسی‬ آپاتیت-10% نایتینول دارای شرایط مناسب و بهینه از نظر خواص مکانیکی نسبت به سایر ترکیبات در نظر گرفته شده، است.

در این تحقیق، با استفاده از دو سیم جوش مغزه دار حاوی پودر پایه Fe-B و Fe-B-C، عملیات روکش کاری سخت بر روی فولاد st37 به روش FCAW (جوشکاری قوسی توپودری)، طی سه فرایند تک پاسی، دو پاسی و سه پاسی انجام پذیرفت. نتایج نشان داد با افزایش تعداد پاس در هر دو سیم جوش، درصد بور منطقه جوش نیز از 3/2 تا 18/3 درصد وزنی افزایش می یابد که این امر را می توان به دلیل حضور بیشتر بور در مذاب جوش به دلیل افزایش حجم سیم جوش در هر پاس از فرایند جوشکاری دانست. همچنین بررسی های ریزساختاری نشان داد با استفاده از سیم جوش Fe-B فرایند جوشکاری تک پاسی منجر به ایجاد زمینه فریت و یوتکتیک α-Fe2B می گردد که در فرایند دو پاسی نسبت به فرایند تک پاسی جزایر فریتی کمتر شده و در عوض میزان یوتکتیک α-Fe2B افزایش می یابد. فرایند جوشکاری پاس سوم منجر به ایجاد ذرات اولیه Fe2B ستونی شکل و یوتکتیک α-Fe2B می گردد. حضور کربن در سیم جوش Fe-B-C باعث تشکیل جزایر پرلیتی در کنار ذرات اولیه Fe2B خواهد شد. همچنین در پاس سوم جوشکاری با هر دو سیم جوش، مقادیر بسیار کمی فاز FeB در اطراف فاز Fe2B اولیه تشکیل می شود. حضور ترکیب FeB را نیز می توان به دلیل جدایش عنصر بور در جوشکاری در طی انجماد غیر تعادلی دانست. نیز افزایش سختی بدست آمده را می توان به دلیل افزایش بور در اثر افزایش تعداد پاس های جوشکاری دانست.

در مطالعه حاضر، اثر اندازه ذرات در مقیاس میکرو و نانو بر سینتیک واکنش پخت کامپوزیت لاستیک استایرن بوتادی ان(SBR)/ اکسید روی (ZnO) با استفاده از روش کالریمتری روبشی تفاضلی(DSC) غیر همدما در چهار نرخ حرارت دهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده با هر دو دیدگاه "با استفاده از مدل" و "بدون مدل" مورد آنالیز قرار گرفت و پارامترهای سه گانه سینتیک پخت شامل انرژی فعالسازی، عامل پیش نمایی و توانهای معادله واکنش پخت بدست آمد. نتایج حاصل از روش های اوزاوا، کیسینجر و بورچارت و دانیل اصلاح شده نشان داد که انرژی فعالسازی و عامل پیش نمایی واکنش پخت استایرن بوتادی ان رابر/ اکسیدروی در حضور نانو ذرات کاهش می یابد. همچنین نتایج این روشها کاهش بیشتر انرژی فعالسازی با افزایش درصد نانو اکسید روی را نشان داد. علاوه بر این نتایج حاصل از روش هم تبدیل نیز کاهش انرژی فعالسازی درحضور نانو اکسید روی را تایید کرد. این کاهش می توانند مربوط به خاصیت فعال کنندگی اکسید روی در حضور یک اسید اشباع و ایجاد کمپلکس ناشی از حضور Zn++ و نقش کاتالیزوری اکسیدروی باشد که با کاهش اندازه ذرات اکسید روی و افزایش سطح تماس کارائی آن بیشتر می شود. هم چنین نتایج نشان داد که همه مدل های استفاده شده از تطابق خوبی با نتایج تجربی بدست آمده در منحنی های تغییرات نرخ تبدیل با دما برخوردارند و به خوبی می توانند رفتار واکنش پخت را پیش بینی نمایند.

استفاده از کامپوزیت های تقویت شده با منسوجات امروزه در صنایع مختلفی نظیر صنایع اتومبیل سازی، عمرانی، هوافضا و نظامی استفاده می شود. از جمله این کامپوزیت ها می توان به کامپوزیت های تاری و پودی اشاره کرد. در تحقیق حاضر رفتار کششی کامپوزیت تقویت شده با پارچه ی تاری و پودی کربن و کولار به روش اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفته است. طرح بافت پارچه مورد بررسی سرژه 2×2 می باشد. در ابتدا یک سلول واحد کامپوزیت در ابعاد مزو در نرم افزار TexGen طراحی شد. سپس مدل طراحی شده به نرم افزار آباکوس جهت تحلیل اجزا محدود فراخوانی شد. پس از تحلیل مدل در ابعاد مزو با استفاده از کد پایتون نوشته شده ضرایب مکانیکی کامپوزیت استخراج شد. خواص مکانیکی استخراج شده به مدل طراحی شده در ابعاد ماکرو نسبت داده شد. سپس آزمون کشش بر روی مدل ماکرو انجام گرفته و خواص کششی حاصل از مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج نشان می داد خواص کششی کامپوزیت انطباق مناسبی با نتایج مدل سازی دارد. از این رو می توان با استفاده از مدل مزو خواص مکانیکی کامپوزیت را استخراج کرده و سپس آزمون مورد نظر بر روی مدل ماکرو صورت گیرد. استفاده از روش چند مقیاسی سبب می شود علاوه بر افزایش دقت در پیش بینی خواص مکانیکی کامپوزیت، حجم محاسبات نیز کاهش یابد.

در این تحقیق رفتار ضربه ثقلی نوع جدیدی از هسته های سه بعدی بافته شده به روش بافندگی حلقوی پودی بررسی شده است. هسته های سه بعدی بافته شده به روش بافندگی حلقوی پودی و بوسیله یک ماشین تخت باف با دو سطح مقطع هندسی مثلثی و مستطیلی بافته شدند. کامپوزیتهای ساندویچی از این هسته های سه بعدی به روش تزریق رزین به کمک کیسه خلا تولید شدند. نتایج نیروی تماس ضربه ثقلی در سه سطح انرژی مختلف برروی نمونه های کامپوزیت ساندویچی سه بعدی با سطح مقطع مستطیل و مثلث نشان داد که استحکام نمونه با سطح مقطع مثلثی در مقایسه با نمونه با سطح مقطع مستطیلی در تمام سطوح انرژی ضربه ثقلی بیشتر بوده است. همچنین با افزایش سطح انرژی ضربه ثقلی نیروی تماس ضربه برای تمام نمونه ها افزایش داشته است. آسیب وارد شده به نمونه ها شامل ترک های عرضی ایجاد شده در پوسته و ترک در لایه های اتصال در هسته بود. همچنین با افزایش سطح انرژی ترک در پوسته زیرین و تورفتگی در نقطه مورد اصابت ضربه مشاهده شد. هیچگونه تورق میان پوسته و هسته در کامپوزیت های ساندویچی سه بعدی حلقوی پودی مشاهده نشد.

در سال های اخیر، روش های مختلف تغییر شکل شدید پلاستیک به منظور ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی و دست یابی به خواص مکانیکی و ریزساختاری مطلوب مورد توجه محققین قرار گرفته است. در بین روش های تغییر شکل شدید پلاستیک، روش نورد تجمعی متقاطع الهام گرفته از نورد تجمعی معمولی می باشد که توانایی تولید کامپوزیت های فلزی با خواص مکانیکی و ریزساختاری مطلوب تر را دارد. در این تحقیق، برای اولین بار، کامپوزیت زمینه آلومینیمی متشکل از 5% پودر نیکل خالص به وسیله نورد تجمعی متقاطع در هشت پاس تولید شد. ریزساختار و خواص مکانیکی در پاس های مختلف با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترون روبشی، آنالیز عنصری و آمون های کشش تک محوره و ریزسختی ویکرز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ریزساختاری نشان داد که پیوند بین لایه ها در پاس های ابتدایی ضعیف تر بوده و در ساختار تخلخل وجود دارد، ولی با افزایش پاس و بعد از پاس هشتم، توزیع بهتری از پودرهای نیکل و لایه های اکسیدی در کامپوزیت مشاهده شد و از میزان تخلخل کاسته شد. با افزایش پاس های فرآیند نورد تجمعی استحکام کششی و ریزسختی به صورت پیوسته افزایش یافت. دلیل این افزایش به سبب مکانیزم های حاکم در فرآیند تغییر شکل پلاستیک شدید می باشد و پودر نیکل در این افزایش سهم چندانی نداشت. همچنین مقدار ازدیاد طول نیز پس از افت شدید در ساندویچ اولیه، با افزایش پاس تا پایان پاس هشتم به صورت پیوسته و با نرخ کم، افزایش یافت. مقدار استحکام کششی و ریزسختی نسبت به نمونه ی آنیل به ترتیب 3. 88 و 2. 5 برابر شد.

در این تحقیق دینامیک فوم شدن و ریزساختار سلولی پلی استایرن و نانوکامپوزیتهای پلی استایرن/ نانوسیلیکا حاوی عامل فوم زای نرمال پنتان مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی دقیق نحوه ایجاد و رشد حباب ها در نمونه ها از مشاهدات مستقیم تصویربرداری میکروسکوپی درجا استفاده شده و فرآیند فوم شدن آن ها در سیستم ناپیوسته بررسی گردید. نانوکامپوزیت ها به روش اختلاط محلولی تهیه گردیدند و رفتار رئولوژیکی آنها توسط آزمون رئومتری ارزیابی شدند. برای تعیین کشش سطحی نمونه ها از آزمون زاویه تماس استفاده گردید. حضور نانوذرات سیلیکا منجر به کاهش زاویه تماس و افزایش کشش سطحی نمونه ها گردید. برای بررسی دینامیک فوم شدن نمونه ها، فیلم هایی به ضخامت 200 میکرومتر درون محفظه دما و فشار بالا با نرمال پنتان اشباع گردیدند و مقدار عامل فوم زای یکسانی در همه نمونه ها وارد شد. دینامیک فوم شدن توسط سامانه طراحی شده مورد مطالعه قرار گرفت. اثر دما بر روی دینامیک فوم شدن نمونه ها که همگی حاوی %3 وزنی نرمال پنتان بودند، بررسی گردید. با وجود این که نرخ هسته گذاری و رشد حباب در نمونه ها با افزایش دما از º C140 به º C160، تقریباً دو برابر گردید، اما توزیع اندازه ی سلولی پهن تری مشاهده شد. در نمونه های نانوکامپوزیتی، هسته گذاری نسبت به پلی استایرن افزایش یافته و زمان شروع هسته گذاری کاهش یافته است. با افزایش مقدار گاز نرمال پنتان در نمونه ها به %5 وزنی، میزان هسته گذاری در نمونه های نانوکامپوزیتی مختلف نسبت به پلی استایرن افزایش چشمگیری یافت. برای بررسی ریزساختار نهایی نمونه ها، تصاویر SEM تهیه شد و نتایج نشان داد که نانوذرات سیلیکا، ریزساختار نهایی سلول ها را یکنواخت تر کرده است.