علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1395 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

آلیاژهای حافظه دار نوعی خاص از مواد حافظه دار هستند که با افزایش دما می توانند تغییر شکل های بزرگ را بازیابی کرده و به شکل اولیه خود بازگردند. در این مطالعه شبیه سازی عددی رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با آلیاژهای حافظه دار تحت بارگذاری استاتیکی و تک محوره، انجام شده است. با قرار دادن سیم های حافظه دار درون کامپوزیت اولیه، رفتار مایکرومکانیکی کامپوزیت به صورت یک منحنی دوخطی مشاهده می شود که علت آن تبدیل فاز درون سیم های حافظه دار و غیرخطی بودن رفتار کامپوزیت اولیه می باشد. پس از شبیه سازی به منظور صحت سنجی، از نتایج آزمایشگاهی موجود در مرور ادبیات استفاده شده است. پس از اعتبار سنجی مدل، اثر عوامل مختلف مانند: مقدار پیش کرنش سیم ها، اثر دمای بارگذاری و شرایط سطح تماس میان سیم های حافظه دار و ماتریس اپوکسی بررسی شده است. همچنین یک روش تئوری برای محاسبه کرنش فشاری و کششی موجود در کامپوزیت و سیم ها، پس از رهاسازی سیم های پیش کشیده ارایه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، در نظر گرفتن چسبندگی سطحی ضعیف میان سیم حافظه دار و ماتریس زمینه باعث نزدیکی نتایج شبیه سازی شده به نتایج آزمایشگاهی نسبت به حالت چسبندگی بین سطحی کامل، شد. افزودن پیش کرنش به سیم های حافظه دار باعث ایجاد تنش فشاری اولیه درون کامپوزیت شده و مقدار آن با افزایش دما بیشتر نیز می شود اما این پدیده، جدایش بین سطحی میان سیم های حافظه دار و ماتریس را نیز افزایش می دهد. بنابراین در طراحی کامپوزیت های تقویت شده با سیم های حافظه دار، باید برای مقادیر پیش کرنش اعمال شده به سیم های حافظه دار و دمای کاری کامپوزیت، مقادیر بهینه ای انتخاب شود.

ریخته گری گریز از مرکز یکی از روش هایی است که برای تولید کامپوزیت های دوفلزی و به دو روش، افقی و عمودی، به کار گرفته می شود. حالت عمودی این روش، که در این تحقیق به کار گرفته شد، برای تولید قطعاتی متداول است که نسبت ارتفاع به قطرشان کم تر از واحد باشد. در این تحقیق، مذاب آلومینیم با نسبت های مذاب به جامد 1.5 و 2.5 درون بوش برنجی پیش گرم شده تا دمای 100 درجه سلسیوس و در حال چرخش با سرعت های دوران 800، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترنی روبشی (SEM) برای مشاهدات میکروسکوپی و نیز از طیف سنج پراش پرتو ایکس (EDS) برای شناسایی فازهای تشکیل شده، استفاده شد. به نظر می رسد که جریان یافتن مذاب در حوزه گریز از مرکز با گسیختن فیلم اکسیدی سطحی مذاب آلومینیم همراه است به گونه ای که شرایط برای تشکیل پیوند متالورژیکی مساعد می شود. از طرف دیگر، پاره شدن این فیلم اکسیدی سطحی به همراه تلاطم ذاتی فرآیند ممکن است موجب بروز عیوبی در قطعه شود. نتایج این تحقیق نشان داد کامپوزیت های تولید شده به ازای دور 2000 بیش تر از سایر قطعات در معرض عیوب هستند. این مقاله عیوب مختلف مشاهده شده را دسته بندی کرده و اثر متغیرهای مختلف موثر را بررسی می کند.

امروزه پلیمر ABS به طور فزاینده ای در صنایع مختلف استفاده می شود. افزایش تقاضا برای این ماده در کاربردهای مختلف، نیازمند شناخت دقیق تر رفتار آن در حین شکست می باشد. در این تحقیق، رفتار شکست مود ترکیبی پلیمر ABS به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها با استفاده ار دستگاه اصلاح شده آرکان صورت گرفته است که در آن با تغییر زاویه بارگذاری از 0 تا 90 درجه، مود یک خالص، مود دوی خالص و تمامی مودهای داخل صفحه قابل بررسی می باشند. همچنین تحلیل المان محدود برای محاسبه ضرایب هندسی، که در محاسبه مقادیر چقرمگی شکست مورد نیاز می باشند، انجام شده است. در این تحقیق رفتار ویسکوالاستیک برای نمونه مورد آزمایش در نظر گرفته شده است. بنابراین انتظار می رود که مقادیر ضرایب شدت تنش وابسته به زمان (فرکانس) باشند. بنابراین با استفاده از اصل تناظر و با فرض شکست الاستیک خطی، مقادیر چقرمگی شکست مود ترکیبی وابسته به زمان برای پلیمر ABS تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که در آزمایش ورودی کرنش ثابت، در تمامی شرایط بارگذاری، با گذشت زمان از مقادیر چقرمگی شکست، تا یک زمان مشخص، کاسته می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت که حداقل مقدار چقرمگی شکست پلیمر ABS، که نقش تعیین کننده ای در کاربردهای مختلف دارد، در لحظه اول بارگذاری اتفاق نمی افتد.

در این مقاله، روشی جدید برای پرس داغ صفحات نازک معرفی می شود. روش قدیمی پرس داغ با وجود دستیابی به چگالی نزدیک به چگالی نظری، قیمت بسیار بالایی دارد. دستگاه معرفی شده در این مقاله، با حفظ مزیت دستیابی به چگالی نظری، قیمت ساخت و کارکرد پایینی دارد و برای انجام پرس تنها به یک کوره الکتریکی معمولی نیاز دارد. با وجود تمام این مزایا، محدودیت این دستگاه آن است که تنها قابل استفاده برای ساخت صفحات نازک سرامیکی است. در این مقاله در ابتدا توضیح خلاصه ای در مورد کامپوزیت های زمینه سرامیکی داده می شود و تاثیر ترکیبات و روش ساخت بر خواص آن به بحث گذاشته می شود. سپس روش های شکل دهی پودر معرفی شده و مزایا و معایب هر کدام به بررسی می شود. در ادامه پرس داغ انبساطی معرفی شده و مراحل ساخت و روش کار آن توضیح داده می شود. در پایان یک کامپوزیت زمینه سرامیکی استفاده شده و نتایج آن بررسی می شود.

چرخدنده های نانوکامپوزیتی بر پایه آمیخته پلی آمید 6-پلی پروپیلن (با نسبت وزنی (PA6/PP 67.33) محتوی نانوذرات کربنات کلسیم (2.5 تا 10 قسمت وزنی) و سازگارکننده PP-g-MAH (5 قسمت وزنی) به روش قالب گیری تزریقی تولید شد. شکل شناسی نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. با استفاده از یک دستگاه آزمون دوام چرخدنده، مقدار سایش و دمای سطحی دندانه ها و همچنین عمر کاری چرخدنده ها تحت دو گشتاور خروجی 8.9 و Nm 14.8 اندازه گیری شد. در همه آزمایش ها، مقادیر دما و سایش برای چرخدنده محرک بیشتر از چرخدنده متحرک بود. به کارگیری .25 و 5 قسمت وزنی نانو ذرات، باعث کاهش دما و سایش چرخدنده ها شد. مقدار سایش در چرخدنده های حاوی 2.5 قسمت وزنی از نانو ذرات کربنات کلسیم تحت گشتاورهای 8.9 و14.8 Nm  به ترتیب حدود 60 و 83 درصد کمتر از چرخدنده های پلی آمیدی خالص مشاهده شد. حداکثر عمر تحت گشتاور 14.8 Nm (حدود 63 هزار دور)، در چرخدنده های نانوکامپوزیتی محتوی 2.5 قسمت وزنی از نانو کربنات کلسیم مشاهده شد که این مقدار تقریبا 200 درصد بیشتر از عمر چرخدنده های پلی آمیدی خالص (حدود 21 هزار دور) بود. افزایش دوام چرخدنده های پایه پلیمری در اثر وجود نانوذرات کربنات کلسیم را می توان به بهبود مقاومت خمشی، سایشی و گرمایی دنده ها نسبت داد.

در این تحقیق رفتار ورق دولایه فولاد- پلی اوریا در مقابل بار ضربه ای و همچنین اثر افزودن نانو رس به پلی اوریا مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این تحقیق از روش تجربی و مدل سازی عددی استفاده شده است. نمونه های دولایه فولاد- پلی اوریا و فولاد- نانوپلی اوریا تهیه و آزمایش کشش ساده و ضربه سقوط آزاد بر روی آن ها انجام شده است. شتاب برخورد در هر حالت ثبت و نتیجه با مدل عددی مقایسه شده است. نتایج آزمایش نشان می دهد استفاده از پر کننده نانو رس در بهبود قابلیت جذب انرژی و کاهش تغییر شکل ماندگار موثر می باشد. نانو رس با درصد وزنی 1% در داخل جزء نرم تر (پلی امین) مخلوط شده و برای توزیع بهتر ذرات نانو در پلی امین از هم زن مکانیکی و سیستم اولتراسونیک استفاده شده است. آزمایش کشش نشان می دهد که با افزودن ذرات نانو مدول الاستیک حدود 60 درصد افزایش و ازدیاد طول قبل از شکست نیز حدود 7 درصد کاهش یافته است. همچنین برای مشاهده تاثیر ماده افزودنی بر روی عملکرد قطعه دولایه، آزمایش ضربه انجام و نتایج آزمایش با مدل سازی عددی صحه گذاری شده است. مشاهده شده است که افزودن نانو رس به ماده پلیمری مقدار جذب انرژی را حدود 3 درصد افزایش داده و حداکثر تغییر شکل ماندگار در اثر ضربه در قطعه را نیز حدود 7 درصد کاهش داده است. مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایش نشان دهنده تطابق بالای نتایج دو مدل می باشد.

در مقاله حاضر، اثر درصد نانو ذرات خاک رس و کربنات کلسیم بر میکروسختی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن با انجام آزمون ویکرز مورد بررسی قرار گرفته است. برای مقایسه با نتایج تجربی، یک مدل سه بعدی اجزای محدود آزمون ویکرز نیز در کد آباکوس شبیه سازی شده است. به منظور پیش بینی تغییر شکل پلاستیک کامپوزیت پلیمری، از معیار تسلیم دراگر- پراگر استفاده شده است. ضرایب دراگر- پراگر با انجام آزمون های کشش و فشار به صورت مجزا تعیین شده و در مدل عددی وارد شده است. دو فرض جریان پتانسیل وابسته و غیروابسته در شبیه سازی در نظر گرفته شده است و زاویه اتساع مناسب با حداقل کردن خطای تجربی و عددی محاسبه شده است. در ادامه مدل های تحلیلی ماکرومکانیکی و میکرومکانیکی به منظور پیش بینی تاثیر نانوذرات بر سختی پلی پروپیلن بررسی شده است. هرچند نتایج نشان می دهند که مدل های تحلیلی قانون مخلوط ها و مارش دقت مناسبی دارند (حدود 10 درصد خطا)، اما می توان با انتخاب زاویه اتساع مناسب در روش عددی، به جواب های بسیار خوبی رسید (کمتر از 2 درصد). علاوه بر آن مشاهدات تجربی نشان می دهند، افزودن خاک رس و کربنات کلسیم باعث افزایش مدول الاستیسیته، تنش تسلیم کششی و فشاری و همچنین میکروسختی پلی پروپیلن می شود.

در این پژوهش، تاثیر اندازه و موقعیت تورق بر پارامترهای ارتعاشی تیر کامپوزیتی متعامد متقارن چندلایه به روش های تحلیلی، اجزای محدود و تجربی ارایه شده است. در روش تحلیلی، تیر متورق به چهار زیرتیر تقسیم شده و دو مدل مود آزاد و مقید برای مدل سازی تداخل دو زیرتیر در محل تورق در نظر گرفته شده است. همچنین اثرات وابستگی کشش- خمش به دلیل تقسیم تیر به زیرتیرهای نامتقارن لحاظ شده است. در روش اجزای محدود، تیر کامپوزیتی با اندازه و موقعیت های مختلف تورق در نرم افزار اجزای محدود آباکوس شبیه سازی و فرکانس های طبیعی و شکل مودها از تحلیل مودال به دست آمده است. دو مدل مود آزاد و مقید با درنظرگرفتن شرایط مرزی، قیود، غیرخطی ها، شرایط تماسی و المان های مناسب شبیه سازی شده است. نتایج عددی دو مدل مود آزاد و مقید از هر دو روش تئوری برای تیر کامپوزیتی متعامد متقارن دارای تورق با اندازه و موقعیت های مختلف ارایه و مقایسه می شود. همچنین به منظور بررسی تاثیرات موقعیت طولی تورق های نسبتا کوچک بر سه فرکانس اول، پس از ساخت نمونه های کامپوزیت، آزمون های تجربی آنالیز مودال انجام و برای شرایط مرزی مختلف، فرکانس های طبیعی استخراج می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که فرکانس های تحلیلی، اجزای محدود و تجربی تطابق خوبی با یکدیگر دارند.

در تحقیق حاضر، تاثیر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار کششی و خمشی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت بررسی شد. در گام نخست و به منظور برهم کنش مطلوب تر نانولوله ها با زمینه اپوکسی، اصلاح سطحی آن ها به وسیله عامل تری گلیسیداکسی پروپیل تری متوکسی سیلان صورت گرفت که در ادامه ایجاد گروه های عاملی روی سطح نانولوله های کربنی به وسیله آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) تایید شد. نانولوله های کربنی اصلاح سطحی شده در درصدهای وزنی مختلف نسبت به زمینه (0، 0.1، 0.3 و 0.5 درصد) و از طریق روش های همزدن مکانیکی و آلتراسونیک در زمینه پخش شدند و در ادامه مخلوط های حاصله به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بازالت استفاده شد. به منظور بررسی اثر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار مکانیکی کامپوزیت ها آزمون های کشش و خمش سه نقطه ای روی آن ها صورت پذیرفت. همچنین برای بررسی مکانیزم شکست کامپوزیت ها از میکروسکوپ روبشی الکترونی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام کششی، استحکام خمشی و همچنین جذب انرژی مربوط به نمونه حاوی 0.3 درصد وزنی نانولوله کربنی بود و از طرفی مدول کششی و خمشی نمونه ها با افزودن نانولوله ها روند افزایشی از خود نشان دادند. بررسی های میکروسکوپی موید این واقعیت بودند که افزودن نانولوله های کربنی چندجداره در زمینه باعث بهبود خواص فصل مشترکی بین الیاف بازالت و زمینه نانوکامپوزیتی شده است.

در این مقاله، روشی جدید برای مدل سازی المان محدود ساختارهای صفحه ای متشکل از چند ماده متفاوت با استفاده از تنها یک تصویر ورودی اریه شده است. این روش که در یک برنامه متلب تعبیه شده مبتنی بر پردازش تصویر دیجیتال می باشد. پس از انتخاب یک عکس دیجیتال توسط کاربر، برنامه به طور اتوماتیک تصویر ورودی را به فرمت باینری تبدیل می کند. سپس، سطح داخل ساختار مدنظر در عکس ورودی و مرز آن بر اساس اختلاف رنگ پیکسل های تشکیل دهنده شناسایی می شوند. مرز ساختار و سطح داخلی تشخیص داده شده به طور جداگانه و با اتصال پیکسل های آن ها به یکدیگر المان بندی می شوند. خروجی برنامه یک فایل در فرمت آی ان پی است که شامل مختصات نقاط مدل المان محدود، نحوه اتصال آن ها و همچنین ماده تشکیل دهنده هر مقطع می باشد که در طی فرآیند مدل سازی توسط کاربر تعیین شده است. نتایج حاصل بیانگر دقت بسیار بالای روش در مدل سازی ساختارهای صفحه ای کامپوزیتی با شکل هندسی پیچیده در مدت زمان بسیار کوتاه است. همچنین، نتایج به دست آمده از تحلیل عددی مدل خروجی دارای مطابقت کمی و کیفی مطلوب با نتایج تجربی ارایه شده پیشین می باشد. روش پیشنهاد شده در این مقاله زمینه مستحکمی را برای مدل سازی های واقع گرایانه آینده از ساختارهای صفحه ای کامپوزیتی فراهم می نماید.