علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1403 | دوره:11 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

از سالیان نه چندان دور و به خصوص اخیرا، ایجاد موادی مطلوب چه از لحاظ مواد تشکیل دهنده و چه با خواص مورد انتظار از سوی متخصصین پیگیری می شده است. در این بین ریزساختار ها به جهت حالت بهینه و دقت محاسبات مورد توجه بوده اند. ریزساختار ها همان مواد ناهمگنی هستند که طی یک فرآیند بهینه سازی معماری های ساختارشان بهینه می شود. در این مقاله فرآیند بهینه سازی توپولوژی برای طراحی ریزساختار چندفازی الاستیک با استفاده از فاکتور جبران سازی و روش همگن سازی عددی پیاده سازی می شود. طی این مطالعه بهینه سازی عددی با اعمال محاسبات روی متغیرهای طراحی متشکل از درصد حجمی هر فاز در هر المان انجام می گیرد. روش حل مسئله بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر تقسیم به چند سری زیرمسئله بهینه سازی دو فازی است که وظیفه انجام آن با یک عمل گر مرسوم دوفازی به عنوان یک عمل گر درون فضای بهینه سازی است. در این پژوهش به مقدارهایی برابر 7264/0 ،0.4447 و 0.3008 برای خاصیت های مدول برشی، حجمی و سفتی محوری دست پیدا کردیم. در یک دید کلی، میزان محاسبات و دشواری مسئله به تعداد فازهای شرکت کننده در فرآیند طراحی ساختار وابسته است. تا پیش از این مطالعه برای ریزساختارهای متناوب، متقارن و دوفازی به این سوال پاسخ داده شده است. طی مطالعه حاضر ما با تشکیل تانسورهای خواص مواد به صورت تابعی از درصد حجمی به مسئله طرح شده پاسخ می دهیم. این راه حل با تعریف یک فضای طراحی و میدانی منظم از مرزهای بالا و پایین دستگاه متخصات محلی انجام می گیرد. مرزهایی که حفظ آن ها موجب انسجام و استانداردسازی برای کارهای بعدی در زمینه طراحی ریزساختارهای چندفازی است.

در این تحقیق، مطالعات آزمایشگاهی به منظور بررسی عملکرد تیرهای بتنی تقویت شده با مصالح FRP به روش تقویت نصب در نزدیک سطح (NSM) صورت گرفته است. در این روش جدایش FRPبه تعویق افتاده و این مصالح کمتر در برابر شرایط محیطی نامناسب قرار می گیرند. در این پژوهش، پس از دستیابی به طرح اختلاط مناسب برای بتن و انجام آنالیز ابعادی به منظور مقیاس نمودن نمونه های آازمایشگاهی، شش نمونه تیر بتنی ساخته شد. این شش نمونه به دو گروه تقسیم شده و یک گروه تحت بارگذاری ضربه با سرعت پایین و گروه دیگر تحت بارگذاری خمش استاتیکی قرار گرفتند. در هر گروه یک نمونه کنترل بدون تقویت در نظر گرفته شده است. همچنین دو عدد از تیرها با استفاده از میلگرد GFRP و دو عدد دیگر با استفاده از صفحات کامپوزیتی CFRP تقویت شده اند. طبق نتایج، تیرهای تقویت شده با صفحات CFRP و آرماتور GFRP به ترتیب 15.3% و 24.7% نسبت به نمونه شاهد افزایش مقاومت خمشی را تحت بارگذاری خمش استاتیکی تجربه نمودند. علاوه بر این، میزان تغییرمکان حداکثر این نمونه ها در وسط دهانه تحت بارگذاری ضربه به ترتیب 23.36% و 40% کاهش یافته است. همچنین، به دلیل افزایش سختی نمونه های تقویت شده با FRP میزان شتاب مرکز دهانه در این تیرها نسبت به نمونه شاهد افزایش قابل توجهی داشته است. بر این اساس، می توان نتیجه گیری کرد که تیرهای بتنی تقویت شده با مصالح FRP به روش NSM عملکرد مطلوبی را تحت بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی از خود نشان می دهند.

در این مقاله به بررسی استحکام رشته تولید شده به روش اکستروژن پرداخته می شود. برای این منظور نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از ABSو نانولوله کربن با فرآیند ساخت ذوب رشته تولید شد. ابتدا، با ترکیب ذرات نانو و ABS، رشته نانوکامپوزیتی تولید و استحکام آن اندازه گیری می شود. به منظور پیش بینی استحکام رشته، مدل چندمقیاسی مناسب توسعه داده شد. مدل مذکور از مقیاس مایکرو آغاز می گردد و پس از گذار از مقیاس میانی مسو به مقیاس نهایی مکرو ختم می گردد. برای هر مقیاس، المان حجمی معرف مناسب تعریف و استحکام آن پیش بینی شده است. در این تحقیق، دو پارامتر طول و جهت گیری نانولوله کربن در مقیاس مایکرو و توزیع یا تفرق نانولوله کربن، در مقیاس مسو بررسی شده است. در نهایت در مقیاس ماکرو به کمک الگوریتم ژنتیک استحکام نهایی رشته محاسبه شده است. در این پژوهش استحکام نانو کامپوزیت با دو کسروزنی 0.1 و 0.5 درصد محاسبه گردید و مشاهده شد که استحکام نهایی نانو کامپوزیت با کسر وزنی 0.1 و 0.5 درصد به ترتیب 14 و 20درصد افزایش یافتند و همچنین مقادیر به دست آمده از آزمون کشش همخوانی بسیار خوبی با نتایج بدست آمده از مدلسازی عددی داشتند.

سیانات استرها به دلیل خواص حرارتی-مکانیکی ویژه مانند دمای انتقال شیشه ای (Tg) بالا، مدول بالا و ذغال گذاری عالی، برای تولید کامپوزیت های دما بالا با الیاف کربن مناسب هستند. پخت سیانات استر حرارت بالایی آزاد می کند، از طرفی کنترل حرارت آزاد شده برای تولید کامپوزیت از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از چرخه پخت توانایی کنترل حرارت آزاد شده در پخت سیانات استر در کامپوزیت را دارد. سیانات استر چسبندگی بالایی با الیاف کربن حتی در مقادیر کم ارائه می دهد و می توان از سیانات استر برای تهیه کامپوزیت های با کارآیی بالا استفاده نمود. مونومر 2،2'-بیس(4-سیاناتوفنیل)پروپان از واکنش سیانوژن برماید و بیس فنول A سنتز و با طیف سنجی های FT-IR، 1H-NMR و 13C-NMR مورد شناسایی ساختاری قرار گرفت. رفتار پخت سیانات استر سنتز شده توسط آزمون DSC پویا تعیین و چرخه پخت مناسبی تعریف و کارآیی چرخه پخت به صورت برخط توسط طیف نمایی FT-IR دنبال شد. کامپوزیت دمابالای سیانات استر/الیاف کربن با محتوای رزین های %30 و %44 تهیه و استحکام برشی بین لایه ای آن ها توسط آزمون ILSS مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نتایج آزمون ILSS، خواص حرارتی-مکانیکی و مقاومت حرارتی کامپوزیت انتخاب شده توسط آزمون های DMTA و TGA مورد بررسی قرار گرفت. چرخه پخت تعریف شده برای پخت سیانات استر، قابلیت کنترل آنتالپی بالا و پخت رزین به میزان %6.95 را داشت. کاهش محتوای رزین در کامپوزیت به میزان 14% باعث بیشتر شدن ILSS به میزان 9% شد. در دماهای بالا، حتی در "℃" 250، مدول خمشی کامپوزیت تنها به مقدار 16% افت پیدا کرد. میزان ذغال گذاری کامپوزیت سیانات استر/ الیاف کربن برابر %6.82 بود.

در این مقاله، اثر نسبت پواسون منفی بر پاسخ مکانیکی و بهبود رفتار آسیب چندلایه های کامپوزیتی کربن/اپوکسی تحت ضربه کم سرعت بررسی شده است. برای این منظور، یک کد متلب با هدف تعیین محدوده زوایای چیدمان برای دستیابی به هر دو نسبت پواسون منفی داخل صفحه و در ضخامت بر اساس تئوری کلاسیک لایه ای توسعه داده شده است. همچنین، مدل آسیب پیش رونده با استفاده از یک زیربرنامه VUMAT متشکل از معیار خرابی هاشین و پاک و مدل تکامل آسیب بر اساس روش کرنش معادل برای پیش بینی شروع و تکامل آسیب برای زمینه و الیاف نوشته و اجرا شده است. در فرآیند تحقیق، عملکرد ضربه پذیری چندلایه های آگزتیکی در مقایسه با چندلایه های کامپوزیتی با نسبت پواسون مثبت با چیدمان های متعامد و زاویه دار مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد در برخی از حالت های آسیب، رفتار آگزتیکی می تواند منجر به بهبود آسیب چندلایه های کامپوزیتی شود. بر اساس تجزیه و تحلیل نتایج، بیشترین مقدار آسیب لایه لایه شدن، کششی زمینه، فشاری زمینه و کششی الیاف به ترتیب در چندلایه زاویه دار، آگزتیکی در ضخامت، متعامد و آگزتیکی در ضخامت مشاهده شده است. دراین بین، چندلایه های متعامد، زاویه دار و آگزتیکی در ضخامت با ویژگی هایی همچون نیروی ضربه زیاد، زمان ضربه کم، بیشینه جابه جایی کم و انرژی اتلاف شده کمتر نسبت به چندلایه آگزتیکی داخل صفحه، برای کاربرد در سازه هایی با رویکرد طراحی دیوارسخت مناسب هستند. همچنین، چندلایه آگزتیکی داخل صفحه با ویژگی هایی مانند نیروی ضربه کم، زمان ضربه زیاد، جابه جایی زیاد و انرژی اتلاف شده بیشتر نسبت به سایر چندلایه های کامپوزیتی، برای استفاده در سازه های فداشونده کاربردی و عملیاتی است.

کامپوزیت های بسیار پرشده از دو جزء ماتریس پلیمری و پرکننده های مختلف با کسر وزنی بیشتر از 30% تشکیل شده است. روش های متفاوتی برای بررسی رفتار جریان دوغاب کامپوزیت وجود دارد که در این مقاله تأثیر تاریخچه پیش برش بر گرانروی و همگنی دوغاب و هم چنین محصول کامپوزیت نهایی مورد بررسی قرار گرفته است. گرانروی دوغاب کامپوزیت بسیار پرشده با سرعت-های مختلف برشی در محدوده دمایی℃ 40 پس از پایان اختلاط در کامپوزیت های (بایندر/آلومینیوم/آمونیوم پرکلرات) و (بایندر/آلومینیوم/آمونیوم پرکلرات با عامل شبکه کننده) با استفاده از ویسکومتر چرخشی بروکفیلد اندازه گیری شده است. مشاهده شد که گرانروی و وابستگی آن به سرعت برشی با رفتار سیال شبه پلاستیک مطابقت دارد. با استفاده از معادله قانون توان، پارامترهای شاخص گرانروی (K) و شاخص شبه پلاستیک (n) سیال تعیین و تجزیه و تحلیل شدند. نشان داده شد که رفتار رئولوژیکی کامپوزیت بسیار پرشده به طور قابل توجهی به برهمکنش های فیزیکی میان مواد پرکننده و ماتریس بستگی دارد. مشاهده شد پس از افزودن عامل شبکه کننده، گرانروی کامپوزیت بسیار پرشده به سرعت زیاد می شود و این افزایش گرانروی به علت ذرات جامد ریزتر و افزایش وزن مولکولی و تشکیل اتصالات عرضی در ساختار پیش پلیمر می باشد. بررسی اثر مدت زمان اختلاط بر همگنی محصول نشان داد که همگن ترین محصول در زمان کل فرآیند اختلاط 135 دقیقه به دست آمد.

نویسندگان درخواست تغییر نام انگلیسی نویسنده اول از“Amirreza, Amirirnejad”  به “Amirreza, Amirinejad” در بخش انگلیسی ارجاع به مقاله را داشته اند که در این اصلاحیه اعمال شده است. لازم به ذکر است این امر بنا به در خواست کتبی نویسندگان انجام شده است.