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

در این مقاله، ارتعاشات اجباری یک ورق چند لایه کامپوزیتی یکسرگیردار مسلح با عملگرهای سیم های آلیاژ حافظه دار، به روش کلاسیک و فازی و بصورت مدار بسته کنترل می شود. به این منظور، ابتدا معادلات حاکم بر ارتعاشات ورق کامپوزیتی چند لایه که شامل سیم های آلیاژ حافظه دار است، با استفاده از تئوری کلاسیک ورق ها و اصل همیلتون استخراج می شود. همچنین رفتار حرارتی - مکانیکی سیم های آلیاژ حافظه دار با استفاده از فرمول لیانگ مدل سازی می گردد. سپس حل نیمه تحلیلی مساله با توجه به شرایط مرزی آن و به روش ریلی- ریتز ارائه و فرکانس های طبیعی ورق محاسبه و با نتایج تجربی مقایسه می گردد. نتایج حاصله حاکی از دقت مدل سازی و تطابق خوب آن با نمونه واقعی دارد. سپس جهت کنترل دامنه ارتعاشات ورق تحت بار اجباری نوسانی، از سیستم مدار بسته با عملگرهای سیم آلیاژ حافظه دار که بر روی ورق متصل شده اند، استفاده می گردد. از سه روش کنترلی کلاسیک، فازی و ترکیبی جهت کاهش دامنه جابه جایی ورق استفاده می شود. در نهایت با استفاده از الگوریتم ژنتیک، به بهینه سازی ضرایب بهره کنترل کننده کلاسیک و قواعد و پارامترهای کنترل کننده فازی جهت هدف کاهش دامنه ارتعاشات سازه پرداخته می شود. نتایج حاصله نشان می دهد که کلیه کنترل کننده-های طراحی شده دامنه جابه جایی پایدار ورق را به طور چشمگیری کاهش می دهند و در این بین کنترل کننده ترکیبی فازی-کلاسیک بهترین عملکرد را داراست.

در این تحقیق اتصال چسبی رویهم تک لبه بین لوله های کامپوزیتی که همزمان تحت یک گشتاور پیچشی و اثرات حرارتی-رطوبتی قرار دارد، به روش عددی تربیع دیفرانسیل (DQM) مورد مطالعه قرار گرفته است. این تحلیل بر اساس تئوری خطی پوسته های استوانه ای به انجام رسیده و در آن خیز عرضی ایجاد شده در لوله ها لحاظ گردیده است. ابتدا معادلات دیفرانسیل حاکم بر تغییر شکل لوله ها و ناحیه چسب برحسب مولفه های میدان جابجائی استخراج گردیده اند. کل سازه به چند ناحیه همپوشانی و غیرهمپوشانی تقسیم گردیده، و معادلات مربوط به نواحی همپوشانی لوله ها، که حل تحلیلی ندارند، به روش عددی DQM گسسته سازی شده، و نهایتا مجموعه معادلات مربوط به کل سازه با توجه به شرایط مرزی و پیوستگی بین نواحی بطور همزمان حل گردیده اند، تا جابجائی های محیطی و شعاعی (عرضی) بدست آیند. سپس با معلوم بودن مولفه های جابجائی، مولفه های تنش برآمدن و تنش برشی در ناحیه همپوشانی تعیین شده اند. به منظور صحت سنجی مدل عددی حاضر، نتایج عددی حاصل از آن با نتایج عددی یک مرجع به چاپ رسیده و نیز با نتایج نرم افزار آباکوس مقایسه گردیده، که مطابقت و همخوانی قابل قبولی بین آنها ملاحظه می شود. نهایتا با استفاده از مدل DQM حاضر مطالعات پارامتری به انجام رسیده و تاثیر پارامترهایی شامل ضخامت لایه چسب، طول ناحیه همپوشانی، تغییر دما و رطوبت نسبی بر روی چگونگی توزیع تنش ها در ابن ناحیه بررسی گردیده است.

در این تحقیق، خواص مکانیکی، شامل مدول الاستیک، استحکام کششی و استحکام ضربه نانوکامپوزیت های بر پایه آلیاژ پلی پروپیلن و پلی اتیلن خطی با چگالی کم، در حضور نانوذرات اکسید تیتانیوم، به روش اختلاط مذاب در یک اکسترودر دو مارپیچه هم سوگرد تهیه گردید. بدین منظور، به ترتیب 0، 2 و 4 درصد وزنی نانو ذرات اکسید تیتانیوم به ترکیبات پایه پلی پروپیلن/پلی اتیلن خطی با چگالی کم با نسبت ثابت 40.60 درصد وزنی افزوده شده و ترکیبات نهایی تهیه شد. آزمون های کشش و ضربه به ترتیب برای تعیین مدول الاستیسیته، استحکام کششی و استحکام ضربه ترکیبات انجام شد. مشاهده شد که افزودن نانو ذرات اکسید تیتانیوم تا 2 درصد وزنی مدول الاستیسیته و استحکام ضربه نسبت به ترکیب پایه پلی پروپیلن/پلی اتیلن خطی با چگالی کم را افزایش می دهد اما تاثیر چندانی بر استحکام کششی ندارد. حضور بیش از 2 درصد وزنی نانو ذرات (تا 4 درصد وزنی) باعث کاهش خواص مذکور می شود. همچنین مشاهده گردید که حضور نانو ذرات با درصد وزنی کم (حدود 2 درصد وزنی)، تقریبا 7 درصد استحکام ضربه و مدول الاستیک ترکیبات را افزایش می دهد.

مصرف کامپوزیت های شامل دو یا چند فلز، با هدف بهبود بهره وری در صنایع مختلف، در سالهای اخیر افزایش یافته است. در این تحقیق، ریخته گری کامپوزیت دوفلزی آلومینیم- مس در حالت ذوب ریزی مذاب آلومینیم درون بوش جامد مسی به ابعاد، ارتفاع 40 میلی متر و قطر داخلی و خارجی 79 و 84 میلی متر، در سرعت دوران 1480 دور بر دقیقه و دماهای پیش گرم 100، 150، 200، 300 و 400 درجه ی سانتی گراد به وسیله ی دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی انجام شد و فصل مشترک تشکیل شده مورد مطالعه قرار گرفت. کاهش دمای پیش گرم با تشدید آهنگ تبرید موجب کاهش ضخامت فصل مشترک و نیز ظریف تر شدن ساختار یوتکتیک غیرعادی a-Al/Al3Cu می شود. بررسی های آنالیز میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) نشان داد فازهای (به ترتیب از سمت مس) AlCu2، AlCu و Al2Cu، رسوبات Al2Cu جدا شده از لایه ی سوم و پراکنده در زمینه ی از ساختار یوتکتیک غیرعادی a-Al/Al3Cuو نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی a-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم تشکیل شده است. سختی فصل مشترک تابع یک روند نزولی است به گونه ای که سختی فازهای تشکیل شده از سمت دیواره ی خارجی به طرف داخل قطعه ریختگی کاهش می یابد.

کامپوزیت های چندلایه ای الیاف- فلز که از اتصال ورق های نازک فلزی و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند، به دلیل دارابودن وزن کمتر و خواص مکانیکی بهتر در مقایسه با سایر کامپوزیت ها و آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده اند. در صورت ایجاد عیوبی همچون ترک در این مواد، ساختار آن ها آسیب دیده و لذا باید آن را جایگزین نمود. جهت بهبود عیوب و ترک ها بدون جایگزین کردن کامپوزیت چندلایه ای از سیستم های خودترمیمی استفاده می شود. در این پژوهش یک سری میکرولوله های شیشه ای کوتاه پرشده با نوعی ماده ترمیم کننده شامل رزین اپوکسی و هاردنر مربوط به آن به عنوان سیستم خودترمیمی استفاده شده است. هنگامی که در حین بارگذاری عیب یا ترک در کامپوزیت ایجاد شود، این عیوب با میکرولوله های شیشه ای کوتاه برخورد کرده، در نتیجه میکرولوله ها شکسته و عامل ترمیمی در محل آسیب جریان پیدا می کند که با گذشت زمان موجب ترمیم آسیب و در نتیجه بهبود خواص کامپوزیت می شود. هدف از این پژوهش بررسی کسر حجمی مناسب و زمان مطلوب جهت مشاهده پدیده ترمیم شوندگی است. بدین منظور میکرولوله های شیشه ای حاوی مواد ترمیم کننده با کسرهای حجمی 4، 8 و 12 پر و خردشده و در کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه پراکنده شدند. خواص کششی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف پس از ایجاد آسیب مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان بازیابی راندمان ترمیم به میزان 58.3 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی ماده ترمیمی مشاهده شد.

در این تحقیق، تاثیر مسیر الیاف منحنی بر روی بهبود بار کمانش صفحه کامپوزیتی تحت فشار محوری و با در نظر گرفتن مسیرهای تغییر خطی و غیرخطی (مسیر شعاع انحناء ثابت) زاویه الیاف، بررسی شد. در مسیر تغییر خطی و غیر خطی، زاویه الیاف با مختصات نقاط واقع در صفحه به ترتیب به صورت خطی و غیرخطی تغییر می کند. در تحقیقات گذشته بر روی کمانش صفحات کامپوزیتی با الیاف منحنی، عمدتا مسیرهای تغییر خطی زاویه الیاف بررسی گردید، اما فعالیت قابل توجهی در زمینه مقایسه بین میزان اثرگذاری این مسیر با سایر مسیرها صورت نگرفت. لذا در این تحقیق، این مقایسه برای دو مسیر تغییر خطی و غیرخطی و برای یک صفحه کامپوزیتی بدون گشودگی و دارای گشودگی انجام شده است. برای مدل سازی ها از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که برای صفحه کامپوزیتی بدون گشودگی با ابعاد، جنس، لایه چینی و شرایط مرزی مورد نظر، مسیر تغییر خطی زاویه الیاف در حالت ایده آل، در حدود ده درصد بار کمانش بیشتری را نسبت به مسیر شعاع انحناء ثابت نتیجه داده اما با لحاظ قیود ساخت، مسیر شعاع انحناء ثابت، حدود چهار درصد نتایج بهتری را نشان می دهد. با توجه به شرایط مرزی اعمالی، مکانیزم افزایش بار کمانش با به کارگیری الیاف منحنی شکل، باربرداری از نواحی مرکزی و انتقال بار به لبه ها می باشد. دو هندسه گشودگی دایروی و بیضی شکل با قطر و نسبت های منظری مختلف نیز بررسی گردید. نتایج نشان می دهد که در مدل های با گشودگی با لحاظ قید ساخت، هر دو مسیر بار کمانش تقریبا یکسانی دارند.

در این مقاله رفتار فشاری سازه های مخروط ناقص مشبک کامپوزیتی با و بدون نانولوله کربنی به عنوان تقویت کننده، به روش تجربی و شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های کامپوزیتی از جنس شیشه/اپوکسی بدون نانولوله کربنی و تقویت شده با 2% وزنی نانولوله کربنی به روش پیچش الیاف ساخته شد و مورد آزمایش نیروی محوری فشاری قرار گرفت. همچنین مدلسازی مخروط ناقص مشبک کامپوزیتی و شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس انجام پذیرفت و نتایج نیروی فشاری-جابجایی محوری با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید و تطابق خوبی حاصل شد. در شبیه سازی عددی، برای اختصاص دادن خواص ماده نانوکامپوزیت، از مدل هالپین-سای اصلاح شده استفاده شد. تاثیر کسر حجمی نانولوله کربنی و همچنین ضرایب پراکندگی نانولوله ها در داخل رزین اپوکسی، به کمک تحلیل اجزاء محدود بررسی شد. نتایج نشان داد که افزودن 2% وزنی نانولوله کربنی به رزین اپوکسی در حین ساخت، نیروی قابل تحمل بیشینه را حدود 44% افزایش می دهد. این در حالی است که با افزایش کسر حجمی نانولوله بالاتر از 2% وزنی، به دلیل کاهش کیفیت پراکندگی و کلوخه ای شدن و غیر یکنواختی توزیع نانولوله درون رزین اپوکسی، حداکثر نیروی قابل تحمل سازه کاهش می یابد.

فرآیند اصطکاکی اغتشاشی یک روش بهسازی سطح است. این فرآیند برای اصلاح ریزساختار و بهبود خواص مکانیکی و همچنین تولید کامپوزیت سطحی توسعه یافته است. هدف از انجام این پژوهش تولید نانو کامپوزیت سطحی زمینه مس با ذرات تقویت کننده SiO2 به روش فرآوری اصطکاکی اغتشاشی برای بهبود خواص مکانیکی است. در این مقاله از سرعت پیشروی ثابت 56 میلیمتر بر دقیقه و از سرعت های دورانی 500، 710 و 1000 دور بر دقیقه بهره گرفته شد. نمونه بهینه با در نظر گرفتن نتایج ریزساختاری و بالاترین خواص مکانیکی انتخاب شد. ریزساختاری نمونه ها به وسیله میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده این است که با افزایش سرعت دورانی اندازه ذرات افزایش و در نتیجه سختی کاهش می یابد. بیشترین سختی به دست آمده، مربوط به نمونه تولید شده با سرعت دورانی 500 دور بر دقیقه و به میزان 121 HV و با کمترین اندازه دانه 10 میکرون در ناحیه اغتشاشی است. همچنین خواص کششی نمونه های تولید شده به وسیله آزمون کشش بررسی شد. نتایج آزمون نشان دهنده آن است که استحکام کششی فلز پایه و کامپوزیت سطحی تولید شده به ترتیب 218 به227 مگاپاسکال به دست آمد. در نهایت خواص سایشی کامپوزیت سطحی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون سایش˓ بهبود رفتار سایشی کامپوزیت تولید شده را نشان می دهد.

در این تحقیق، رفتار ضربه شارپی پانل ساندویچی با لحاظ مواد خودترمیم در آن، مورد بررسی قرار گرفته است. پانل ساندویچی شامل پوسته کامپوزیتی الیاف کربن با چیدمان متقارن (90.0) در قسمت بالا و پایین و هسته جامد از فوم PVC بین آنها می باشد. مواد خودترمیم درون لوله های نازک شیشه ای پرشده و بین لایه های کامپوزیت پانل ساندویچی قرار داده شده اند. ساخت پانل ساندویچی به روش لایه چینی دستی بوده که از اپوکسی برای اتصال لایه ها نیز استفاده شده است.مواد خودترمیم دارای سه کسر حجمی 0.5، 1 و 1.5 درصد هستند که در بین لایه های کامپوزیتی پانل ساندویچی بکار گرفته شده اند. تخریب پانل ساندویچی با لحاظ مواد خودترمیم توسط دستگاه خمش سه نقطه ای انجام شده است. پس از تخریب، ترمیم آغاز شده و مدت زمان های صفر، سه و هفت روز برای تاثیر مواد خودترمیم پانل ساندویچی در نظر گرفته شده است. نمونه ها تحت آزمایش ضربه شارپی در مدت زمان های مذکور قرار گرفته و تاثیر مواد خودترمیم برروی رفتار ضربه پانل ساندویچی مورد ملاحظه قرار گرفته است.نتایج تجربی رفتار ضربه شارپی پانل ساندویچی با لحاظ مواد خودترمیم بیانگر این است که بیشترین میزان چقرمگی شکست دینامیکی و بازدهی ترمیم متعلق به نمونه با کسر حجمی 1.5 درصد پس از گذشت هفت روز از زمان تخریب در مقایسه با نمونه شاهد می باشد. بکارگیری لوله های شیشه ای خود به تنهایی موجب افزایش استحکام سازه ساندویچی به میزان چشمگیری می شوند و تعداد لوله ها در افزایش استحکام سازه موثر است. با افزایش کسر حجمی و زمان ترمیم، بازدهی ترمیم پانل ساندویچی افزایش می یابد.

در این تحقیق برای اولین بار تاثیر پارامترهایی نظیر سفتی موضعی هوشمند و ابعاد جسم متصله هوشمند حافظه دار در رفتار دینامیکی ورق های ضخیم با حضور جسم متصله هوشمند حافظه دار بررسی شده است. در بدست آوردن معادلات حاکمه ی حرکت این ورق از تئوری مرتبه بالای 12 مولفه ایی گارک- کانت استفاده شده است که در این حالت اثرات ناشی از آلیاژهای حافظه دار و سفتی موضعی جسم متصله در نظر گرفته شده و در ادامه معادلات ارتعاشی ورق حامل جسم متصله هوشمند دارای آلیاژ حافظه دار با استفاده از اصل همیلتون بدست آورده شده است. به جهت گسسته سازی سیستم از روش گلرکین استفاده گردیده و سپس ماتریس های سفتی و جرمی سیستم مذکور برای دستیابی به یک مساله ارتعاشی استاندارد مقادیر ویژه استخراج شده است. فرکانس های ارتعاشی سیستم محاسبه شده با نتایج مقالات و مجلات معتبر مقایسه و اثر پارامترهای مختلف ورق ضخیم ارزیابی شده است. نتایج حاصله نشان می دهد در نظر گرفتن سفتی موضعی جسم متصله ناشی از اثر آلیاژهای حافظه دار و سفتی خود ورق، نقش قابل ملاحظه ایی در رفتار ارتعاشاتی ورق ها دارد به گونه ایی که در صورت عدم فعالسازی مناسب هر یک از پارامترهای مختلف آلیاژ حافظه دار و یا در نظر نگرفتن سفتی جسم متصله هوشمند حافظه دار تغییرات در پاسخ های سیستم قابل ملاحظه خواهد بود. همچنین ابعاد جسم متصله نیز دارای اهمیتی خاص خواهد بود زیرا که اثر وزن آلیاژ حافظه دار، جسم متصله و همچنین نیروهای ناشی از استحاله ی آلیاژهای حافظه دار هر کدام تاثیرات زیاد بعضا ناهمسویی بر ارتعاشات سیستم دارند.

فرآیند پالتروژن یکی از روش های پیوسته تولید پروفیل هایی با مقطع ثابت می باشد. در این پژوهش شکل گیری محصول پالتروژن از یک ماده گرمانرم در قالب مستقیما مشاهده و اطلاعات مهمی از حرکت مذاب و شکل گیری حباب در حین فرآیند حاصل گردید.در این راستا از یک قالب پالتروژن تخت (همگرا- موازی) با طرفین شیشه ای جهت آشکارسازی استفاده شد. برای حرارت دهی محصول در حین انجام فرآیند از یک منبع مادون قرمز استفاده شد تا فضای کافی جهت تامین حرارت پیوسته در تمامی قالب ممکن گردد. از مواد آشکارساز مانند گرانول و الیاف رنگی جهت آشکارسازی بهتر جریان مذاب نسبت به الیاف استفاده شد. جهت مشاهده بهتر درون قالب و ثبت تصاویر باکیفیت، از دوربین تصویر برداری استفاده گردید.سرعت متوسط ذره در جریان مذاب با حضور الیاف شیشه در جهت طولی 0.43 سانتی متر بر ثانیه و درجهت عرضی 0.54 سانتی متر بر ثانیه اندازه گیری شد. سرعت متوسط طولی مذاب نسبت به سرعت کشنده بیست در صد کمتر محاسبه شد ولی سرعت طولی ذره در انتهای قالب نزدیک به سرعت کشنده شد در حالی که سرعت عرضی در آنجا به صفر رسید. در خصوص حباب های موجود در جریان مذاب درون قالب حدود 17 درصد کاهش حجم تا سه چهارم انتهایی قالب اندازه گیری گردید ضریب نفوذ با استفاده از رابطه دارسی با فرض فشار فرضی 7 بار به مقدار 5´10-8 تخمین زده شد.

فرایند اتصال نورد انباشتی یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید مواد فوق ریزدانه با استحکام بالا می باشد. در این پژوهش از فرایند جدید اتصال نورد انباشتی ترکیبی برای تولید کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات آلومینا و نانولوله ی کربنی استفاده شد. این فرایند در واقع ترکیبی از روش اتصال نورد انباشتی همراه با آنیل متناوب و روش اتصال نورد انباشتی متقاطع می باشد. این فرایند شامل دو مرحله است. در مرحله ی اول افزودن تقویت کننده همراه با اتصال نورد انباشتی در چهار پاس ابتدایی نورد، به همراه آنیل ورقها پس از هر پاس بمدت یک ساعت در دمای 350oC و در مرحله ی دوم اتصال نورد انباشتی بدون اضافه کردن تقویت کننده و بدون آنیل، انجام شد. در هر دو مرحله پس از هر پاس نورد، ورق ها به اندازه ی 90o در جهت ساعتگرد چرخیده و سپس نورد شدند. کامپوزیت زمینه آلومینیومی با 1% وزنی تقویت کننده ی نانولوله ی کربنی تا 11 پاس و کامپوزیت هیبریدی زمینه آلومینیومی با 1% وزنی نانولوله ی کربنی و 2% وزنی آلومینا تا 9 پاس نورد تولید شدند. نتایج XRD نشان دهنده ایجاد دانه های فرعی در حد ابعاد نانو متری در پاس انتهایی در هر دو کامپوزیت می باشند.