علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1404 | دوره:12 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

ساندویچ پانل های زیست تخریب پذیر به عنوان نسل جدیدی از سازه های سازگار با محیط زیست، به دلیل قابلیت بازگشت به طبیعت پس از پایان عمر مفید، مورد توجه گسترده قرار گرفته اند. در این پژوهش، رفتار خمشی این نوع پانل ها به صورت عددی و با استفاده از روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار پانل ها شامل پوسته هایی تقویت شده با الیاف کتان و هسته هایی با اشکال هندسی مختلف است که از مواد کامپوزیتی، چوبی و آلومینیومی ساخته شده اند. شبیه سازی ها با استفاده از روش اجزای محدود و تحت شرایط بارگذاری یکسان انجام شده اند. هدف اصلی، ارزیابی و مقایسه عملکرد مکانیکی ترکیب های مختلف از نظر توزیع تنش و میزان جذب انرژی بوده است. نتایج نشان داد که نحوه ترکیب شکل و جنس هسته تأثیر قابل توجهی بر رفتار خمشی پانل ها دارد. به طور کلی، هسته های با هندسه های منحنی مانند هلالی و W عملکرد بهتری نسبت به سایر اشکال از خود نشان دادند، درحالیکه هسته های با اشکال مربعیِ R و X عملکرد ضعیف تری داشتند. همچنین مشخص شد که اگرچه هسته های آلومینیومی توزیع تنش یکنواخت تری فراهم می کنند، اما نمونه های چوبی و کامپوزیتی از نظر جذب انرژی عملکرد بهتری دارند. این یافته ها می تواند به طراحی بهینه ساندویچ پانل های زیست تخریب پذیر در کاربردهای سازه ای کمک کند.

مواد هدفمند تابعی به عنوان دسته ای از مواد پیشرفته با ساختاری ناهمگن شناخته می شوند که خواص مکانیکی آن ها به صورت پیوسته از یک سطح به سطح دیگر تغییر می کند. این تغییرات ناشی از توزیع تدریجی نسبت حجمی مواد تشکیل دهنده در راستای ضخامت سازه است. در این مقاله، پاسخ دینامیکی ترموالاستیک گذرای یک ورق مستطیلی هدفمند متخلخل تحت اثر شوک حرارتی زمانی، با تکیه بر تئوری لرد-شولمن مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، پس از اعمال بار حرارتی وابسته به زمان به ورق هدفمند متخلخل، تحلیل عددی سه بعدی بر پایه تئوری لرد-شولمن و روش فضای حالت انجام شده است. حل معادلات حاکم شامل مؤلفه های تنش، جابجایی، دما و شار حرارتی با استفاده از روش دوربین و وارون سازی عددی تبدیل لاپلاس برای ورق با شرایط مرزی ساده تکیه گاهی صورت گرفته است. درنهایت، با در نظر گرفتن انواع مختلف تخلخل ها، اثر پارامترهای گوناگونی از جمله نوع تخلخل، ضریب تخلخل، زمان و پارامتر غیرهمگن بر توزیع و مقدار دما، جابجایی و تنش ها بررسی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که تغییرات این پارامترها تأثیر قابل توجهی بر رفتار گذرای ورق هدفمند دارد. همچنین، با انتخاب بهینه توزیع کسر حجمی و مشخصات تخلخل، امکان طراحی بهینه سازه های هدفمند فراهم می گردد. تأکید این پژوهش بر ارتباط مستقیم بین پارامترهای ساختاری و پاسخ های مکانیکی و حرارتی، راهگشای مهندسان در بهینه سازی عملکرد سازه های هدفمند در کاربردهای پیشرفته صنعتی خواهد بود.

در این پژوهش، بهینه سازی پارامترهای فرآیند چاپ سه بعدی برای تولید نانوکامپوزیت های CNT/ABS با استفاده از روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی مطالعه، بهینه سازی خواص مکانیکی، وزن، زمان چاپ و مقدار ماده مصرفی در قطعات تولید شده است. در این راستا، پارامترهای کلیدی چاپ شامل زاویه چاپ، درصد پرشوندگی، سرعت چاپ، الگوی پرشوندگی، کسر وزنی نانولوله های کربنی (CNT) و ضخامت لایه ها به صورت سیستماتیک بررسی شدند تا بهینه ترین حالت موجود شناسایی شود. نتایج آزمایش ها نشان داد که درصد پرشوندگی و ضخامت لایه ها بیشترین تأثیر را بر استحکام کششی و مدول یانگ دارند؛ به طوری که افزایش پرشوندگی و کاهش ضخامت لایه ها موجب بهبود قابل توجهی در این خواص شد. همچنین، با بهینه سازی این پارامترها و تنظیم دقیق زاویه چاپ، وزن قطعات کاهش یافت و زمان چاپ و مصرف فیلامنت بهینه گردید. علاوه بر این، نسبت استحکام به وزن بر زمان چاپ و مصرف فیلامنت نیز به عنوان شاخصی مؤثر برای ارزیابی عملکرد بهینه چاپ معرفی شد.

در پژوهش حاضر ارتعاش اجباری نانوپوسته مخروطی ناقص در تماس با سیال تحت بار هارمونیک مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل پوسته از تئوری کلاسیک صفحات همراه با تئوری کوپل استرس اصلاح شده استفاده شده است. برای تعیین معادلات حاکم از روش انرژی و اصل همیلتون بهره گرفته شده است. فشار اعمالی از طرف سیال به پوسته با استفاده از تابع پتانسیل سیال و بکارگیری شرایط مرزی سرعت در سطح تماس سیال و پوسته تعیین گردیده است. همچنین برای تعیین پاسخ ارتعاشی از روش مودهای فرضی به همراه تکنیک گالرکین استفاده شده است. در نهایت، برای یک نانوپوسته نمونه، نتایج عددی به کمک نرم افزار متلب تعیین شده و به تحلیل نتایج عددی ارتعاش اجباری و تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل نسبت های ابعادی، زاویه رأس مخروط، پارامترهای نیروی خارجی و چگالی سیال بر پاسخ ارتعاشی سیستم پرداخته شده است.در نهایت، برای یک نانوپوسته نمونه، نتایج عددی به کمک نرم افزار متلب تعیین شده و به تحلیل نتایج عددی ارتعاش اجباری و تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل نسبت های ابعادی، زاویه رأس مخروط، پارامترهای نیروی خارجی و چگالی سیال بر پاسخ ارتعاشی سیستم پرداخته شده است..

در این پژوهش اهمیت چندلایه های الیافی–فلزی به عنوان نسل نوین مواد مهندسی با ویژگی هایی همچون استحکام بالا، شکل پذیری مناسب و مقاومت مطلوب در برابر آسیب بررسی شده است. این ساختارها به دلیل عملکرد ترکیبی فلز و کامپوزیت، در صنایع دریایی و هوافضا کاربرد گسترده ای دارند. سه نوع چندلایه شامل گلر، بارال و یک نمونه ترکیبی شیشه/بازالت–آلومینیوم با آرایش ثابت FML 5-3/2 ساخته شدند. لایه های فلزی از آلومینیوم آلیاژ 5052-H32 و لایه های کامپوزیتی از الیاف شیشه، بازالت و ترکیب شیشه/بازالت در زمینه رزین وینیل استر تهیه گردیدند. به منظور ارزیابی رفتار مکانیکی، آزمون های کشش، خمش و ضربه سرعت پایین در سه سطح انرژی انجام شد. نتایج نشان داد گلر بیشترین استحکام کششی با 315 مگاپاسکال را داشته و بارال با 281 مگاپاسکال رفتار تردتری از خود نشان داد، در حالی که نمونه ترکیبی با 287 مگاپسکال عملکرد میانی ارائه کرد. در خمش، تنش بیشینه برای گلر 285، بارال 250 و نمونه ترکیبی 227 مگاپاسکال به دست آمد. در آزمون ضربه نیز جذب انرژی عمدتاً ناشی از تغییر شکل پلاستیک آلومینیوم و جدایش بین لایه ای بود. به کارگیری رزین وینیل استر به جای اپوکسی رایج و استفاده از آلیاژ آلومینیوم 5052-H32 همراه با نمونه ترکیبی شیشه/بازالت، مسیری متفاوت از رویکردهای مرسوم ایجاد کرده است که مقایسه نتایج نشان می دهد این انتخاب ها نقش قابل توجهی در تغییر رفتار مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی دارند.

کامپوزیت های زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات Mg₂Si به دلیل خواص مکانیکی و حرارتی مطلوب، از جمله استحکام ویژه و سختی بالا، در زمره ی مواد مهندسی پیشرفته قرار می گیرند؛ اما ماشینکاری این کامپوزیت ها به دلیل حضور فازهای سخت و ترد، همواره با چالش هایی مانند سایش شدید ابزار مواجه است. در این پژوهش، تأثیر پارامترهای ماشینکاری و افزودنی قلع بر رفتار سایش ابزار در فرآیند تراشکاری کامپوزیت Al–Mg₂Si به صورت تجربی و آماری مورد بررسی قرار گرفت. دو نوع کامپوزیت، یکی بدون افزودنی و دیگری حاوی 1 درصد وزنی قلع، با استفاده از روش ریخته گری درجا تولید شدند. آزمایش های ماشینکاری در چهار سطح از سرعت برش، نرخ پیشروی و عمق برش و در دو حالت خشک و مرطوب، بر اساس طرح آزمایش تاگوچی با آرایه L16 اجرا گردید. ارزیابی سایش ابزار با تمرکز بر مورفولوژی و مساحت ناحیه سایش، به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و نرم افزار ایمیج جی انجام شد. نتایج نشان داد که سایش چسبنده مکانیزم غالب در هر دو نوع کامپوزیت است و افزودن قلع منجر به کاهش قابل توجه سایش ابزار می شود. تحلیل تاگوچی و مدل رگرسیون چندمتغیره نشان داد که عمق برش بیشترین تأثیر را بر سایش ابزار دارد. شرایط بهینه شامل عمق برش 0.5 میلی متر، نرخ پیشروی 0.08 mm/rev، سرعت 710 rpm و برش مرطوب تعیین شد. همچنین پیشنهاد شد که برای افزایش راندمان، می توان از شرایط جایگزین با عمق برش 1 میلی متر و نرخ پیشروی 0.12 mm/rev نیز استفاده کرد.