علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1396 | دوره:4 | شماره:3 |تعداد مقالات:12

در این پژوهش از یک روش نوین جهت افزایش محتوای نانوذرات آلومینا در پوشش های کامپوزیتی پایه نیکل آبکاری شده با جریان پالسی استفاده شد. متانول، اتانول و فرمالدهید به عنوان مواد آلی به صورت جزئی به محلول وات اضافه شدند و پوشش های نانوکامپوزیتی نیکل آلومینا در حضور همگن سازی هم زمان اولتراسونیک و مگنتیک ایجاد شدند. بعد از فرایند پوشش دادن، تاثیر حضور این حلال های آلی در محلول آبکاری با مقایسه سطح مقطع پوشش های نانوکامپوزیتی، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) مجهز به طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)، بررسی شد. رفتار سایشی و سختی پوشش های نانو کامپوزیتی آبکاری شده به وسیله آزمایش گوی روی دیسک ارزیابی شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که مقدار نانوذرات در پوشش های ایجاد شده با محلول وات بدون حلال آلی 2.1 wt%است و این مقدار با افزودن حلال های آلی افزایش می یابد. به طوری که، بیشینه مقدار نانوذرات در این تحقیق (5.2 wt.%) با افزودن متانول به دست می آید. سختی سطحی پوشش های ایجاد شده با محلول وات Hv 301 بود که با افزودن متانول به Hv 485 افزایش یافت. آزمایش های سایش نیز نشان داد که افزودن متانول، مقاومت سایشی را بیش از دو برابر نسبت به الکترولیت بدون حلال آلی افزایش می دهد. بررسی میکروسختی پوشش ها موید این واقعیت است که افزایش نانوذرات تقویت کننده و میکروسختی در اثر استفاده از حلال آلی متانول سبب تقویت مکانیکی لایه اکسیدی و ایجاد بیشترین مقاومت سایشی در نانوکامپوزیت های آبکاری شده می شود.

آرایه های نانوسیمی 0 ≤ x ≤ 87) Fe100−x Mn x) با استفاده از الکتروانباشت همزمان Fe و Mn در حفرات قالب اکسید آلومینیوم آندی (AAO) ساخته شده در آزمایشگاه سنتز شدند. تاثیر ترکیب درصد فلزات انباشت شده، دمای تابکاری و فرکانس الکتروانباشت بر ساختار بلوری و خواص مغناطیسی نانوسیم های سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات مغناطش اشباع، وادارندگی (Hc) و نسبت مربعی (Mr/Ms) و تغییر ساختار بلوری با تغییر پارامترهای فوق مطالعه گردید. نتایج تصاویر SEM وطیف XRD ساختار bbc نانوسیم ها را مشخص نموده و نشان می دهد که فاز بلوری با تغییر دمای تابکاری تغییر می نماید. نانوسیم های تشکیل شده دارای ناهمسانگردی مغناطیسی تک محوره با جهت مغناطیسی آسان در امتداد محور نانوسیم می باشند که ناشی از ناهمسانگردی شکلی بزرگ است. همچنین، وادارندگی نانوسیم های Fe100−x Mn x با افزایش دمای تابکاری برای همه ترکیبات افزایش می یابد. از سوی دیگر، نانوسیم های الکتروانباشت شده در فرکانس های مختلف رفتار مغناطیسی متفاوتی را نشان می دهند زیرا با افزایش فرکانس الکتروانباشت سرعت احیا یونهای فلزی در قالب کاهش می یابد.

مواد کامپوزیتی نظیر چندلایه های پلیمری تقویت شده با الیاف به طور گسترده ای در کاربردهای مختلف مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند.از بزرگترین موانع استفاده از این مواد در کاربردهای پیشرفته، کاهش خواص مکانیکی و انسجام ساختاری آن ها در مواجهه با دماهای بالا است. در این مقاله، اثر افزودن نانورس بر خواص ضربه ای چندلایه های کامپوزیتی و چندلایه های الیافی فلزی قبل و بعد از مواجهه با شوک حرارتی دما بالا مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، نانورس توسط همزن مکانیکی، همگن ساز مکانیکی سرعت بالا و همگن ساز مافوق صوت به رزین اپوکسی خالص افزوده شد. سپس چندلایه های کامپوزیتی و چندلایه های الیافی فلزی 2.1 با استفاده از ورق های آلومینیوم، رزین اپوکسی خالص و بهبودیافته با نانورس و الیاف شیشه توسط روش لایه چینی دستی تولید شدند. اثر استفاده از نانورس بر استحکام ضربه ای چندلایه-های کامپوزیتی و چندلایه های الیافی فلزی پیش و پس از قرارگیری در معرض دمای 230 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده مشخص شد که نانورس نقش موثری در حفظ خواص ضربه ای نمونه ها دارد. همچنین به سبب نقش محافظتی لایه های فلزی، میزان افت خواص ضربه ای ناشی از شوک حرارتی در چندلایه های الیافی فلزی کاهش یافت.

لوله های کامپوزیت فلزی می توانند از طریق فرآیند هیدروفرمینگ چندلایه تولید شوند که در صنایع مختلفی از جمله هوافضا و نفت کاربرد دارد.مسیرهای بارگذاری فشار و پیشروی دو پارامتر مهم در فرآیند هیدروفرمینگ لوله های دولایه می باشند که روابط تئوری برای بدست آوردن مسیرهای بارگذاری دقیق این پارامترها وجود ندارد. از طرف دیگر مسیر بارگذاری این پارامترها تاثیر زیادی روی کیفیت محصول تولیدی دارد. از این رو در این مقاله به تعیین مسیر بارگذاری این پارامترها با استفاده از روش بهینه سازی فراابتکاری پرداخته شده است. برای این کار ابتدا مدل المان محدود فرآیند هیدروفرمینگ لوله های دولایه، ایجاد و سپس این مدل با داده های تجربی صحت سنجی شده است. در نهایت این مدل المان محدود فرآیند با الگوریتم بهینه سازی فراابتکاری برای تعیین مسیرهای بارگذاری فشار و پیشروی ترکیب شده است. در این مقاله از الگوریتم فرا ابتکاری ژنتیک برای تعیین این مسیرهای بارگذاری استفاده شده است. در این الگوریتم تابع هدف، مطابقت ابعاد محصول تولیدی با مشخصات طراحی محصول نهایی تعریف شده است. همچنین دو قید حداکثر میزان تغییرات ضخامت و تنش ایجاد شده در طول لوله ها در نظر گرفته شده است. در این مقاله مسیر بارگذاری فشار داخلی و پیشروی محوری خطی فرض شده است. برنامه نویسی پایتون و نرم افزار المان محدود آباکوس برای پیاده سازی الگوریتم و شبیه سازی فرآیند بکار گرفته شده اند.

در این پژوهش از یک مدل مایکرومکانیکی جهت پیش بینی انتقال تنش از لایه میانی کامپوزیت سه فازی تقویت شده استفاده شده است. مدل متقارن شامل الیاف، زمینه و لایه میان آن ها است. در این مطالعه رفتار مکانیکی اجزا تشکیل دهنده کامپوزیت به صورت الاستیک خطی فرض شده اند. همچنین، زمینه به صورت یک ماده همسانگرد و الیاف و لایه میانی به صورت مواد همسانگرد عرضی فرض شده اند. تحلیل تنش سه بعدی در دو حالت الف) لایه میانی کاملا متصل و سالم و ب) لایه میانی تا حدی جداشده انجام شده است. از مدل سازی تحلیلی، یک جفت معادلات دیفرانسیل جزئی مستقل برحسب مولفه های نامعین جابجایی به دست آمده است. سپس به منظور حل دقیق معادلات دیفرانسیل از روش جداسازی متغیرها و بسط توابع ویژه استفاده شد. حل های تحلیلی برای شرایط مرزی آزاد در سطح خارجی ماتریس جهت مدل کردن آزمون بیرون کشی به دست آمده اند. در هر دو حالت نتایج حاصل از روش تحلیلی همخوانی خوبی با نتایج به دست آماده از روش عددی دارند. با مقایسه مولفه های تنش برشی، شعاعی و محوری مشخص می شود که کامپوزیت سه فازی به مراتب مقادیر کمتری نسبت به کامپوزیت دوفازی اتخاذ می کند، همچنین میدان تنش به دست آمده در حالت تا حدی جداشده، مقادیر کوچک تری نسبت به حالت سالم اتخاذ می کند.

تقویت مواد با استفاده از نانولوله های کربنی، رویکرد جدید در ساخت کامپوزیت های نو و پیشرفته است. در این بین، استفاده از نانولوله های کربنی برای تقویت مواد سیمانی از جمله سیمان های ترمیمی مورد توجه قرار گرفته است.چالش مهم در ساخت کامپوزیت سیمان- نانولوله کربنی فرایند سنتز نانولوله روی سیمان است.در این مقاله، سنتز و مشخصه یابی کامپوزیت سیمان- نانولوله کربنی تولید شده به روش نهشت بخار شیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفت. این سنتز در دمای 800 درجه سانتی گراد و با استفاده از گاز استیلن به عنوان منبع کربنی، آرگون به عنوان گاز حامل و اکسید آهن هماتیتی به عنوان عامل کاتالیستی انجام شد. از روش تلقیح مرطوب برای آماده سازی بستر کاتالیستی شامل ذرات سیمان و اکسید آهن استفاده شد. مشخصه یابی کامپوزیت سیمان-نانولوله کربن و کیفیت نانولوله های کربنی به ترتیب با استفاده از تصاویر میکرسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری و آنالیز اشعه ایکس و طیف سنجی رامان انجام شد. همچنین بهره کربنی محصول سنتز شده به وسیله آنالیز حرارتی جرمی تعیین شد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که به روش نهشت بخار شیمیایی امکان رسوب نانولوله های کربنی با توزیع قطری، بهره و کیفیت مناسب وجود دارد. همچنین مشاهده شد که بیشتر نانولوله های کربنی سنتز شده دارای سرهای باز هستند که بیان گر رشد از سر نانولوله های کربنی است. در نهایت نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد که حضور نانولوله های کربنی با ساز و کار پل زدن، بیرون زدگی و پر کردن تخلخل ها موجب تقویت مقاومت فشاری نمونه های ملات سیمان شده است.

در این پژوهش تولید کامپوزیت Al/ (Al2O3+AlxVy+AlaNib) به روش فعال سازی مکانیکی- حرارتی، در سیستم NiO Al, V2O5, مورد مطالعه قرار گرفت.بدین منظور مخلوط پودرهای NiO Al, V2O5, با دو نسبت وزنی مختلف (P0: Al-18.9 V2O5-7.9NiO و P1: Al-13.3V2O5-5.6NiO) تحت آسیاکاری و سپس تراکم قرار گرفتند. جهت بررسی دماهای وقوع تحولات فازی از آنالیز حرارتی افتراقی استفاده شد. نمونه های خام با توجه به دمای پیک واکنش ها در آنالیز حرارتی افتراقی، تفجوشی شدند. نمونه های خام P0 در دماهای 725، 770 و 950 درجه سانتیگراد و نمونه های خام P1 در دماهای 725، 830 و 960 درجه سانتیگراد حرارت داده شدند. نتایج آنالیز XRD و بررسی ریزساختاری پس از تفجوشی نمونه ها در دمای 960 نشان داد که فازهای Al3V، Al23V4، a-Al2O3، Al2V3 در هر دو نمونه به عنوان تقویت کننده تشکیل شده است. با این تفاوت که در نمونه P0، فاز AlNi و در نمونه P1 فاز Al4Ni3 وجود دارد. بررسی های سختی و چگالی نیز نشان دهنده افزایش این دو پارامتر با افزایش درجه حرارت پخت و افزایش درصد تقویت کننده می باشد. مقادیر سختی و چگالی در نمونه P0 نسبت به P1 به دلیل وجود ترکیبات بین فلزی بیشتر، بیشتر می باشد.

در این پژوهش کامپوزیت لایه ای آلومینیوم/مس با استفاده از روش پیوند نوردی در دمای اتاق، بدون استفاده از روانکار و با استفاده از یک ماشین نورد آزمایشگاهی با اعمال کاهش ضخامت 60% تولید شد. همچنین خواص مکانیکی، شکست نگاری و ریزساختار با استفاده از آزمون کشش تک محوره، میکروسختی، عکس برداری از سطح مقطع شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون های انجام شده حاکی از افزایش استحکام و میکروسختی برای نمونه کامپوزیتی آلومینیوم/ مس نسبت به نمونه های اولیه آلومینیوم 5052 و مس خالص می باشد که عامل اصلی این افزایش اعمال کرنش زیاد و کار سرد می باشد. استحکام کششی برای نمونه تولید شده به 415مگاپاسکال می رسد که نسبت به نمونه های اولیه آلومینیوم و مس به ترتیب 48% و 140% افزایش می یابد. همچنین میکروسختی برای هر لایه به صورت جداگانه محاسبه شد و برای لایه های آلومینیوم و مس به ترتیب 14% و 83% افزایش یافت. عکس های میکروسکوپ الکترون روبشی نشان می دهد که مکانیزم شکست نرم برای کامپوزیت لایه ای آلومینیوم/ مس همانند نمونه های اولیه حاکم است، البته با این تفاوت که میکروحفرات برای نمونه کامپوزیتی نسبت به نمونه های اولیه کم عمق تر و کوچکتر شده اند.

اتصال ها به علت حساسیت بیشتر در برابر انتقال بار، تمرکز تنش و ناهمگونی جنس، هندسه و شرایط مرزی، یکی از مهم ترین و حساس ترین اجزا در سازه های کامپوزیتی هستند. اتصال های T شکل یکی از انواع پرکاربرد اتصال های کامپوزیتی محسوب می شوند. افزایش استحکام و ارتقای خواص دینامیکی اتصال به عنوان یکی از مهم ترین رویکردهای مهندسی در حوزه اتصال ها مطرح بوده است. در این مقاله به بررسی تاثیر پلکانی کردن رفتار ناحیه اتصال بر اساس رفتار تابعی آن روی رفتار دینامیکی اتصال پرداخته شده است. اتصال T شکل در نظر گرفته شده با اجزای اتصال ساندویچی با رویه های کربنی، به عنوان اجزای اتصال و چسب اپوکسی لاکتایت3422 برای اتصال بین اجزای اتصال مدل سازی شده است. تحلیل مودال اتصال و آنالیز رفتار دینامیکی اتصال تحت بار نیم- سینوسی گذرا در نرم افزار المان محدود ABAQUS 6.12 انجام شده است. نتایج عددی برای ارزیابی پنل کامپوزیتی با نتایج تجربی انجام شده توسط نویسند گان و صحت فرایند طراحی اتصال T شکل برای ارزیابی رفتار دینامیکی، با نتایج عددی ارائه شده در مراجع مقایسه و تایید شده است. یکی از راه کارهای نوین برای بهبود رفتار دینامیکی اتصال، استفاده کردن از ناحیه اتصال پلکانی است.مشاهده شدن 34% تغییر در فرکانس طبیعی اول و همچنین تغییر شکل مودهای ارتعاشی از نتایج قابل توجه این تحقیق است. پاسخ ارتعاشی سازه به بار دینامیکی گذرا، در وضعیتی که از تقویت پلکانی استفاده شود، میرایی سازه ای بیشتری را نشان می دهد. همچنین نشان داده شده است که تغییر توپولوژی پلکانی اتصال، تاثیر قابل توجهی در جابجایی بیشینه تحت بار دینامیکی دارد.

در دهه های اخیر، کامپوزیت ها به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلفی از جمله هوافضا و خودروسازی دارند.جعبه تصادف ها به عنوان جاذب انرژی برای جلوگیری از صدمه به سرنشینان خودرو، بین سپر و شاسی قرار می گیرند. به علت اهمیت حفظ جان سرنشینان، کاهش نیروی بیشینه جعبه تصادف پس از وقوع برخورد بسیار حائز اهمیت است. به طور کلی، یک جعبه تصادف ایده آل دارای جذب انرژی مخصوص بالاتر و نیروی بیشینه پایین تر است. بنابراین دست یابی به ابزار طراحی پیش بینی کننده ای که بتواند رفتار سازه های جدارنازک کامپوزیتی را تحت ضربه و یا بارگذاری فشاری پیش بینی کند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، در ابتدا به منظور بررسی صحت نتایج حاصل از شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس، یک جعبه تصادف کامپوزیتی مطابق تحقیق تجربی موجود، شبیه سازی شده و منحنی نیرو-جابجایی حاصل از نتایج تحلیل عددی با نتایج تجربی موجود مقایسه شد. پس از اطمینان از صحت روش حل، به منظور ارائه راهکار کلی برای کاهش نیروی بیشینه جعبه تصادف ها، یک جعبه تصادف کامپوزیتی مدل سازی شد و تاثیرات سه نوع محرک لبه بر رفتار تصادم آن مورد ارزیابی قرار گرفت.نتایج نشان داد که وجود محرک لبه در جعبه تصادف های شبیه سازی شده تاثیر مثبتی در عملکرد آن ها داشته است.

مسیر رشد ترک از شیارهای V شکل نوک گرد در نمونه دیسک برزیلی ساخته شده از پلیمر پلکسی گلاس تحت بارگذاری برشی- فشاری به دو صورت تجربی و تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا با انجام 18 آزمایش شکست، مسیر تجربی رشد ترک بر روی نمونه دیسک برزیلی دارای شیار V شکل (RV-BD) برای زوایای دهانه شیار مختلف و شعاع نوک شیار 0.5 میلی متر به دست آمده است. سپس با استفاده از دو روش المان محدود توسعه یافته بر مبنای مدل ناحیه چسبناک و روش گام به گام بر مبنای معیار حداکثر تنش محیطی، مسیر رشد ترک پیش بینی شده است. پیش بینی های حاصل از هر دو روش المان محدود توسعه یافته و روش گام به گام و همچنین نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که اگرچه شیار V شکل تحت بارگذاری برشی- فشاری قرار دارد، اما شکست آن در اثر تنش های کششی موجود در لبه شیار آغاز شده و تا مرز خارجی قطعه رشد می کند. تطابق کیفی مسیرهای پیش بینی شده توسط هر دو معیار با مسیر به دست آمده از مشاهدات آزمایشگاهی نشان دهنده توانایی هر دو روش در پیش بینی مسیر رشد ترک، برای شیارهای V شکل تحت بارگذاری برشی- فشاری می باشد.

ر این مقاله حل تحلیلی انتقال حرارت ناپایدار در استوانه فلزی و فلز کامپوزیت به کمک تئوری لایه ای و روش حل دیفرانسیل مربعات بررسی می شود. بدین منظور پنج نمونه از مخزن استوانه ای فلزی و فلز کامپوزیت مورد تحلیل انتقال حرارت ناپایدار قرار گرفته شده است. شرایط حرارتی حاکم بر مساله از یک شرایط کاربردی و تجربی استخراج شده است. هدف از این تحقیق بررسی رفتار انتقال حرارت در مخازن مذکور می باشد. لذا ابتدا معادلات حاکم بر انتقال حرارت در یک مخزن استوانه ای چند لایه بدست آمده و سپس با توجه به رفتار متفاوت لایه های مختلف در انتقال حرارت جهت بررسی دقیق انتقال حرارت در لایه ها از تئوری لیروایز استفاده خواهد شد. پس از استخراج روابط حاکم بر مساله با استفاده از تئوری لیروایز این روابط به فرم معادلات ماتریسی مربوط به روش حل دیفرانسیل مربعات نوشته شده و برای حل معادلات بدست آمده به فرم دیفرانسیل مربعات از کد برنامه نویسی متلب استفاده شده است. پس از استخراج نتایج به بحث و بررسی چگونگی تغییرات دما در لایه های مختلف و نحوه رفتار حرارتی در این مخازن پرداخته شده و آنگاه برای صحه گذاری نتایج و مقایسه حل مدلسازی و تحلیل عددی انتقال حرارت یکی از مخازن مورد نظر در نرم افزار المان محدود آباکوس صورت گرفته است. و در انتها روش حل استفاده شده با روش حل دقیق معادلات انتقال حرارت در چند مرجع دیگر مقایسه شده است.