مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
سال:1403 | دوره:4 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

در این پژوهش تأثیر افزودن درصد های مختلف اکسیدگرافن به رزین پایه پلی آمید و تأثیر جهات چاپ مختلف بر خواص مکانیکی نمونه های چاپ سه بعدی شده مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا 3/0 و 7/0 درصد نانوذرات اکسیدگرافن در ماتریس مخلوط شدند. نمونه های پلیمری خالص و کامپوزیتی با درصدهای مختلف اکسیدگرافن به روش استریولیتوگرافی (پردازش نور دیجیتال) در سه جهت چاپ شدند. خواص مکانیکی نمونه ها با استفاده از آزمونهای کشش، ضربه و سختی سنجی ارزیابی گردید. جهت بررسی سطوح شکست نمونه ها، میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمونهای خواص مکانیکی حاکی از افت استحکام با افزودن نانوذرات اکسید گرافن می باشد. با افزایش نانو ذرات اکسید گرافن استحکام قطعات به میزان 30 درصد کاهش یافت. از طرفی در نمونه های پلیمری خالص به میزان 12 درصد تفاوت در استحکام کششی وجود داشت که با افزودن نانو ذرات این میزان به 17 درصد رسید. بررسی های میکروسکوپی، تشکیل کلوخه های نانوذرات اکسیدگرافن در نمونه های کامپوزیتی را نشان داد که منجر به تمرکز تنش و ترک شده است. بر این اساس جهت چاپ، تأثیر به سزایی بر خواص مکانیکی نمونه های چاپ شده دارد. در بین نمونه های پلیمری خالص، نمونه چاپ شده در جهت تخت و در بین نمونه های کامپوزیتی، نانوکامپوزیت های چاپ شده در جهت عمودی بهترین خواص مکانیکی را نشان دادند. افزودن نانوذرات اکسیدگرافن به رزین و افزایش درصد نانوذرات در جهت چاپ روی لبه منجر به کاهش سختی نسبت به نمونه پلیمری خالص شد.

حرکت خودران ربات های دوپا در امتداد یک سطح شیبدار موضوعی است که به رغم پیچیدگی های ذاتی آن، توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف نموده است. اما آنچه که این تحقیق را از کارهای مشابه متمایز می سازد، در نظر گرفتن انعطاف پذیری در لینک های تشکیل دهنده اینگونه از سیستم های رباتیکی است. این فرض چندان هم دور از انتظار نیست. چرا که در فاز انتقال (برخورد)، به دلیل نیروی ضربه ای که به سیستم اعمال می گردد، امکان تحریک مودهای ارتعاشی به شدت افزایش می یابد. از سوی دیگر استخوان های درگیر در راه رفتن توسط عضلات و ماهیچه هایی در بر گرفته شده اند که دارای خاصیت ویسکوالاستیک هستند. لذا برای رسیدن به نتایجی دقیق تر، مدل سازی لینک هایی که دارای خاصیت ویسکوالاستیک هستند، اجتناب ناپذیر می نماید. در بحث مربوط به حرکت خودران ربات های دوپا، مهمترین مسئله تعیین پیکربندی اولیه ربات، بگونه ای است تا سیستم بتواند تنها تحت اثر جاذبه گرانش یک حرکت پریودیک و پایدار را به انجام رساند. ماهیت به شدت ناپایدار سیستم مورد مطالعه، در کنار ارتعاشات ایجاد شده تحت اثر نیروی ضربه ای ناشی از برخورد کف پا با سطح شیبدار، از چالش های بسیار جدی در پیشروی این تحقیق محسوب می گردند. با این حال، این مقاله با ارائه یک روش کاملاً سیستماتیک، با چارچوب های بسیار محکم ریاضیاتی بر این چالش ها فائق آمده است. در پایان، اثر پارامترهای ذاتی لینک های الاستیک، شامل مدول الاستیسیته و ضریب کلوین-ویت بر روی پایداری حرکت اینگونه از سیستم های رباتیکی مورد مطالعه قرار می گیرد.

جعبه دنده های سیکلوئیدی، دسته ای از سیستم های انتقال قدرت می باشند که به جای چرخدنده های اینولوتی از دیسک سیکلوئیدی برای انتقال توان بهره می گیرند. به علت پیچیدگی شکل پروفیل، ساخت مشکل تر و اطلاعات ناکافی صنعتگران در خصوص جعبه دنده های سیکلوئیدی، در کاربردهای صنعتی کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. مکانیزم خاص این نوع جعبه دنده ها سبب می شود که امکان دست یابی به یک نسبت تبدیل بالای سرعت دورانی، همراه با دقت زیاد، در ابعاد کم، فراهم شود. در این پژوهش ضمن معرفی اجزای اصلی تشکیل دهنده و بیان مزایای این جعبه دنده ها و بررسی عملکرد و نحوه کار آنها، معادلات مربوطه بیان و یک نمونه جعبه دنده سیکلوئیدی برای تبدیل سرعت دورانی 1500 rpm به 32rpm (نسبت تبدیل 47) طراحی می شود. سپس جعبه دنده طراحی شده با استفاده از نرم افزار انسیس مورد تحلیل تنش قرار گرفته و در نتایج تحلیل اجزاء محدود نشان داد که تنش های اصلی و تنش های برشی در محدوده مجاز و کاملاً ایمن برای جنس مورد استفاده قرار دارد. با توجه به مکانیزم خاص این جعبه دنده که شفت ورودی و دیسک سیکلوئیدی دارای یک خروج از مرکز نسبت به شفت خروجی است، سرعت خروجی متغیر است که با محاسبه سرعت خروجی میانگین براساس نتایج اجزاء محدود، دست یابی به سرعت طراحی مورد نظر امکان پذیر شده است.

کامپوزیت ها به دلیل خواص خارج از صفحه ای ضعیف و عدم چسبندگی مناسب در فصل مشترک لایه ها، همواره مستعد بروز آسیب هایی همچون تورق می باشند. با این حال استفاده از روش میان لایه گذاری یکی از راه کارهای بهینه در جهت بهبود مقاومت در برابر تورق در این مواد می باشد. اما تا کنون روش های سنتز لایه های میانی، روش هایی محدود و گا هاً بسیار پر هزینه بوده اند. لذا در مطالعه ی حاضر به بررسی تأثیر میان لایه هایی نو و پرینت سه بعدی شده از پلی وینیل الکل، بر روی چقرمگی شکست بین لایه ای مود II در کامپوزیت های شیشه/اپوکسی، پرداخته شده است. لازم به ذکر است که ساختار هندسی میان لایه ها از شکل های سلولی مربعی تشکیل شده است که امکان برابری کسر حجمی فیلامنت به رزین را در لایه ی میانی، فراهم می سازد. بدین منظور نمونه های خمشی با شیار انتهایی آماده شده و بررسی چقرمگی شکست مود II، مطابق با روش تیر مبتنی بر نرمی (CBBM) صورت گرفت. تحلیل نمودار مقاومت در برابر رشد ترک نمونه ها نشان داد که استفاده از لایه ی میانی مورد نظر موجب رشد 73 درصدی در چقرمگی شکست بین لایه ای مود II می گردد. همچنین رفتار مقاومت در برابر رشد ترک در کامپوزیت های تقویت شده با لایه ی میانی پرینت سه بعدی شده، همواره روندی افزایشی و صعودی را به دنبال داشت. تحلیل سطح شکست نمونه های تقویت شده، نشان از تاثیر مؤثر شکل های سلولی مربعی در ایجاد قله های برشی، افزایش اصطکاک سطحی در فصل مشترک لایه ها، قفل شدگی جبهه ترک، تغییر مسیر رشد ترک و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر رشد ترک را دارد.

این پژوهش، راهکاری برای حل دقیق ارتعاش آزاد عرضی تیرهای تیموشنکوی تابعی درجه ای محوری نمایی با جرم های متمرکز انتهایی و شرط های مرزی کلی، ارائه می دهد. در آغاز، با بهره جویی از معادلات تعادل حاکم بر تیر تیموشنکو، معادله دیفرانسیل اصلی ارتعاش آزاد تیر تیموشنکوی AFGM به دست می آید. سپس، با حل دقیق معادله ی حاکم بر ارتعاش آزاد تیر، تابع تغییر شکل تیر به دست می آید. در ادامه، با وارد کردن شرط های مرزی، ماتریس ضریب های ثابت تیر در دسترس قرار می گیرد. با صفر پنداشتن دترمینان ضریب های ثابت، معادله مشخصه ی سیستم و به دنبال آن، فرکانس های طبیعی تیر به دست می آیند. شایان توجه است رابطه ی نهایی به گونه ای ارائه شده است که می تواند برای یافتن فرکانس های دقیق تیر های همگن و ناهمگن اولر- برنولی، ریلی و برشی هم مورد استفاده قرار گیرد. نمونه های عددی، گویای درستی پاسخ های حاصل از روش پیشنهادی می باشند. در بخش بعدی نوشتار، تاثیر شاخص تغییرات نمایی، تکیه گاه های کشسان انتهایی، جرم متمرکز انتهایی، اینرسی چرخشی جرم متمرکز و نسبت ضخامت به طول تیر، بر روی فرکانس های طبیعی و شکل مود های ارتعاشی تیر تیموشنکو بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که شاخص تغییرات نمایی، تکیه گاه های انتهایی، جرم متمرکز انتهایی و نسبت ضخامت به طول تیر، نقش موثری در رفتار دینامیکی تیرهای AFGM دارند.

استفاده از مواد کامپوزیت زمینه فلزی به ویژه کامپوزیت های آلومینیومی در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، نظامی و غیره به واسطه خواص مکانیکی مطلوب و نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر سایش و سختی بالا، کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند. در مقابل اما، این خواص مکانیکی و سختی و مقاومت در برابر سایش بالا که به دلیل وجود ذرات تقویت کننده مانند کاربید سیلیکون دراین کامپوزیت ها است، ماشینکاری این مواد را با مشکل مواجه می کند، به گونه ای که تنها ابزار و تیغه های خاصی همچون ابزارهایی از جنس الماس پلی کریستال، توانایی ماشینکاری این کامپوزیت ها را به صورت مطلوب دارند. اما به دلیل قیمت بالای این ابزارها، نیاز به شناخت پارامترهای تاثیرگذار بر میزان سایش ابزار و درنهایت، تعیین پارامترهای بهینه در فرایند ماشینکاری این مواد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، اثرات تغییر چهار پارامتر ورودی سرعت برشی، نرخ پیشروی، نیروی پیشروی در راستای X و نیروی پیشروی در راستای Z بر پارامتر خروجی میزان سایش ابزار در فرایند تراشکاری خشک کامپوزیت زمینه فلزی آلیاژ آلومینیوم A359 تقویت شده با 20% حجمی ذرات کاربید سیلیکون توسط ابزار الماس پلی کریستال، بررسی شده است. بررسی عددی میزان تاثیر هر یک از چهار پارامتر ورودی بر پارامتر خروجی در فرایند تراشکاری قطعه کار موردنظر، به وسیله روش تحلیل حساسیت آماری ای-فست که دارای سرعت بالایی در بررسی کمی و کیفی داده ها می باشد، انجام شده است. مطابق با نتایج به دست آمده، پارامترهای نیروی پیشروی در راستای X، نرخ پیشروی، نیروی پیشروی در راستای Z و سرعت برشی به ترتیب دارای 88%، 8%، 3% و 1% اثر بر میزان سایش ابزار بوده اند.

با توجه به افزایش استفاده ی روز افزون از فناوری ها نانو در زندگی انسان و اهمیت سیستم های نانو الکترو مکانیکی، این مقاله به بررسی رفتار کمانشی و پسا کمانشی تیر اویلر- برنولی کامپوزیتی تقویت شده با نانو پلاکت های گرافنی با در نظر گرفتن تئوری گرادیان کرنش غیر موضعی می پردازد. ابتدا خواص الاستیک نانوکامپوزیت تقویت شده با نانو پلاکت های گرافنی با استفاده از قانون مخلوط ها و مدل میکرومکانیکی هالپین- تسای، محاسبه شد. سپس معادلات حاکم بر تیر اویلر- برنولی با استفاده از اصل کار مجازی، تئوری گرادیان کرنش غیرموضعی و میدان کرنش فون کارمن، استخراج گردید. معادلات بدست آمده بصورت تحلیلی حل شدند و پس از آن، نتایج بدست آمده با نتایج موجود در منابع دیگر مقایسه گردید که نتایج مطابقت بسیار خوبی را نشان داد. در نهایت اثرات تغییر کسر وزنی و چگونگی توزیع نانو پلاکت های گرافنی در کامپوزیت، تغییر پارامترهای غیرموضعی و گرادیان کرنش و همچنین نسبت طول به ضخامت تیر بر روی بار کمانش بحرانی مورد بررسی قرار گرفت و این نتیجه بدست آمد که برای یک کسر وزنی ثابت، بیشترین بار کمانش بحرانی ابتدا در الگوی توزیع X سپس در الگوی توزیع U و در نهایت در الگوی توزیع O اتفاق می افتد.

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP)، بر اساس تشکیل رادیکال های بسیار واکنش پذیر قادر به تخریب بسیاری از آلاینده های آلی نو ظهور مانند تتراسایکیلین در پساب ها هستند.در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته مبتنی برپروکسی منو سولوفات((PMS-AOP، حضور کاتالیست های هتروژن لازم است. در میان کاتالیست های هتروژن اکسید پروسکایت(به عنوان یک ماده پیشرفته) به دلیل قابلیت تنظیم ترکیبی در موقعیت های کاتیونی و پایداری ساختاری نویدبخش هستند. در این پژوهش نانو پودر پروسکایت LaMnO3 به روش سل-ژل همراه عوامل کمپلکس سنتز شد. سنتز کاتالیست با موفقیت انجام شد و همانطور که نتایج شناسایی خواص آن با استفاده ابزار های مختلف از جمله XRD، FESEM، EDS، BET، XPS وTG/DTG اثبات و نشان دادند. نهایتا عملکردنانو کاتالیست LaMnO3 در تخریب تتراسایکیلین در آب طی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته برای فعال سازی PMS بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد این روش برای تصفیه پساب های حاوی این آلاینده خطرناک بسیار مفید می باشد. نشان داده شده است که آلاینده تتراساکلین در پساب می تواند در 25 و 50ppm غلظت اولیه به ترتیب 62.7 70.2 درصد کاهش یابد.