per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
1
8
22218
Research Paper
تحلیل ارتعاشات آزاد پوستههای مخروطی کامپوزیتی مشبک
Free vibration analysis of grid stiffened composite conical shells
مهدی زارعی
mehdi.zarei@modares.ac.ir
1
غلامحسین رحیمی
rahimi-gh@modares.ac.ir
2
دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
سازههای مخروطی کامپوزیتی بهعنوان اجزای تشکیل دهنده سازهای در صنایع هوافضا و دریایی و مهندسی عمران استفاده میشوند. در این تحقیق ارتعاشات آزاد مخروط کامپوزیتی مشبک با تکیهگاه ساده مطالعه شده است. تاکنون مطالعه روی آنالیز ارتعاشی این گونه از سازهها انجام نشده است. از روش تحلیلی- تقریبی معادلسازی برای معادل کردن سفتی تقویت کنندهها استفاده شده که در آن تقویت کنندهها بهصورت تیر در نظر گرفته شدند. این تقویت کنندهها قادر به تحمل نیروهای برشی و ممان خمشی نسبت به بارمحوری وارده میباشند. مسیر ژئودزیک برای تقویت کنندهها انتخاب و معادلات مربوط به آنالیز ارتعاشی بر مبنای تئوری دانل استخراج شدهاند. از روش ریتز برای حل معادلات و استخراج فرکانسهای طبیعی استفاده شد. یک مدل سه بعدی در نرم افزار آباکوس تهیه و نتایج حاصل از تحلیل با نتایج حاصل از نرم افزار آباکوس مقایسه شد. مقایسهها توافق خوبی را نشان دادند. اثر تغییر پارامترهای هندسی و تغییر در زاویه بین تقویت کنندهها روی فرکانس ارتعاشات بررسی شد. نتایج حاضر جدید بوده و میتواند به عنوان مبنایی برای مطالعات آتی مورد استفاده قرار گیرد.
Laminated composite conical shells are used as components of aerospace, marine industries and civil engineering structures. In this research free vibration of grid stiffened composite conical shell with simply support boundary condition is studied. No study has yet been done on vibration analysis of these structures. Smeared method is employed to superimpose the stiffness contribution of the stiffeners with those of shell in order to obtain the equivalent stiffness parameters of the whole structure. The stiffeners are considered as a beam and support shear loads and bending moments in addition to the axial loads. Geodesic path is applied to the stiffeners. Equations were derived using classical shell theory of Donnell type and were solved using energy functional with the Rayleigh-Ritz method. A 3D finite element model was built using ABAQUS software. Results were compared and validated for grid stiffened structure with ABAQUS software. Comparisons and validations revealed good agreements. The effects of shell geometrical parameters and variations in the cross stiffeners angle on the natural frequencies were investigated.Results given are novel and can be used as a benchmark for further studies.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22218_dfd16b045312256efa61f0cd868eb215.pdf
ارتعاشات آزاد
مخروط مشبک
روش معادل سازی
ژئودزیک
Free Vibrations
grid stiffened
smeared method
geodesic
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
9
24
22900
Research Paper
تحلیل ترک خوردگی ماتریسی و جدایی بین لایهای چندلایههای کامپوزیتی متقارن تحت بارگذاری استاتیکی به روش خرابی چندمقیاسی
Matrix Cracking and Induced Delamination in Symmetrically Laminated Composites Subjected to Static Loading by using Multi Scale Damage Mechanics
بیژن محمدی
bijan_mohammadi@iust.ac.ir
1
سمیه اصل کامکار
somayeh_kamkar@yahoo.com
2
امین فرخ آبادی
amin-farrokh@modares.ac.ir
3
استادیار،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهران، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهران، ایران
استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس،تهران، ایران
در این تحقیق، خرابی ترکخوردگی ماتریسی و جدایی بین لایهای ناشی از ترک ماتریسی در چندلایههای متعامد [0n/90m]s و زاویهای [θ/-θ]s تحت بارگذاری کششی و برشی با روش خرابی تک لایه بررسی شده است. میدان تنش و جابجایی با استفاده از فرضیات و شرایط مورد نظر و با بهکارگیری روش بهبود لایهای تعیین می شوند. همچنین، با استفاده از فرض بستهشدن ترک لایه حاوی خرابی، روابط درونی مابین خواص لایه حاوی خرابی و لایه سالم استخراج شد. با بهکارگیری روابط درونی و میدان تنش و کرنش بهدست آمده خواص لایه حاوی خرابی پیشبینی شده و با استفاده از نتایج افت سفتی، نرخ رهایی انرژی کرنشی ناشی از خرابیهای ترک ماتریسی و جدایی بین لایهای محاسبه شد. نتایج بهدست آمده، با روش حساب تغییرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتایج آزمایشگاهی مقایسه شدند. هماهنگی خوبی بین نتایج افت خواص مکانیکی روش تکلایه با روشهای حساب تغییرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد. با مقایسه نتایج نرخ رهایی انرژی روش تک لایه و روشهای حساب تغییرات و روش اجزاء محدود مشاهده شد که نتایج روش تکلایه بهدلیل اختلاف در شیب تغییرات سفتی همراه با خطا است. در نهایت، دقت و صحت روش مایکرومکانیکی تکلایه در پیشبینی خواص چندلایه حاوی خرابی و عدم دقت نتایج نرخ رهایی انرژی حاصله اثبات شد.
Matrix Cracking and induced delamination in symmetric cross-ply, [0m/90n]s, and angle-ply, [θ/-θ]s, laminated composites under axial and shear loading are studied by multi-scale micro-meso approach. The stress transfer model is implemented to predict the stress and displacement distribution incorporated with the ply-refinement technique in laminates. By considering crack closure condition, a series of useful inter-relationships between thermo-elastic constants for damaged and corresponding undamaged laminates are derived. By using both of stress and displacement fields and these inter-relationships the properties of damaged laminated structure are achieved. These obtained properties are used to calculate the energy release rate in load control condition for the initiation and growth of matrix cracking and induced delamination in cross-ply symmetric laminates with [0m/90n]s layup. The obtained results of mechanical properties degradation show a good agreement with the results of experiments, variational approach and finite element methods (FEM) existed in literature. By comparing the results of the energy release rate of single-layer method with variational approach and finite element methods, it was observed that the results of proposed single-layer have a considerable error due to differences in slop of stiffness versus crack density.Finally, the accuracy of single-layer micromechanical approach in predicting the mechanical properties and inaccuracies in predicting of energy release rate was confirmed
https://jstc.iust.ac.ir/article_22900_563780a71373dc294bfd9ae2732339c9.pdf
ترک خوردگی ماتریسی
جدایی بین لایه ای القایی
افت خواص مکانیک
نرخ رهایی انرژی
روش چندمقیاسی
Matrix Cracking
Induced Delamination
Reduced Mechanical Properties
Energy release rate
Multi Scale Damage Modeling
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-05-22
4
1
25
34
22903
Research Paper
بهینه سازی و آنالیز حساسیت جذب انرژی هسته ساندویچی مخروطی در برخورد مورب
Oblique crashworthiness optimization and sensitivity analysis of tapered sandwich columns
نادر وحدت آزاد
nader.vahdat@yahoo.com
1
سعید ابراهیمی
ebrahimi@yazd.ac.ir
2
غلامحسین لیاقت
ghlia530@modares.ac.ir
3
دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
در این مقاله خصوصیات جذب انرژی پروفیل مخروطی با هسته ساندویچی در برخورد مورب با دیواره سخت با روش المان محدود غیرخطی مورد بررسی قرار میگیرد. میزان جذب انرژی در این فرآیند تا حد زیادی به اثر برهم کنش بین هسته ساندویچی و دیواره خارجی، و همچنین جنس و هندسه موادی که وارد ناحیه تغییر شکل پلاستیک میشوند بستگی دارد. بدین منظور ویژگیهای مربوط به جذب انرژی و تأثیر پارامتر زاویه برخورد و ضخامت مورد توجه است. بهمنظور کاهش هزینه محاسباتی در مدلسازی مچالگی بر پایه نتایج حاصل از روش المان محدود، توابع درجه سه جذب انرژی مخصوص و ماکزیمم نیروی مچالگی با استفاده از روش پاسخ سطح تعیین میشوند. نتایج حاصل از تحلیل برخورد نشان میدهند که با افزایش زاویه برخورد و کاهش ضخامت پروفیل مخروطی هسته ساندویچی، جذب انرژی مخصوص کاهش مییابد. همچنین، با افزایش زاویه برخورد و افزایش ضخامت، بیشینه نیروی مچالگی کاهش مییابد. در ادامه، بهینهسازی چندهدفه برای بیشینه کردن جذب انرژی مخصوص و کمینه کردن بیشینه نیروی مچالگی اعمال میشود. مسأله بهینهسازی دوم در جهت بیشینه شدن همزمان جذب انرژی مخصوص و زاویه برخورد میباشد. در بخش نهایی، آنالیز حساسیت موضعی و جامع برای توابع جذب انرژی مخصوص و ماکزیمم نیروی مچالگی بر حسب پارامترهای مورد مطالعه زاویه برخورد و ضخامت مطالعه شده است. نتایج نشان میدهند که حساسیت جامع تابع جذب انرژی مخصوص نسبت به زاویه برخورد بیشتر از ضخامت پروفیل میباشد، در حالیکه حساسیت جامع تابع بیشینه نیروی مچالگی نسبت به ضخامت بیشتر از زاویه برخورد است.
In this paper, crashworthiness analysis of a tapered sandwich column under oblique impact loading against a rigid wall is investigated by nonlinear finite element analysis.The energy absorption characteristics of honeycomb sandwich cylindrical columns in oblique crushing process depend greatly on the amount of material which participates in the plastic deformation. The interaction effects between the honeycomb and column walls greatly improve the energy absorption efficiency. The response surface method with cubic basis functions is employed to formulate specific energy absorption and peak crushing force, which reduces considerably the computational cost of crush simulations by finite element method. Based on the results of crash modeling, it is observed that the specific energy absorption has a decreasing trend by increasing the impact angle and decreasing the column thickness. On the other hand, the peek crushing force reduces when the impact angle and the column thickness are increased. Therefore, multiobjective optimization is done to maximize the specific energy absorption and minimize the peek crushing force at the same time. Furthermore, maximizing the specific energy absorption and maximizing impact load angle is performed. Finally, both local and global sensitivity analyses are employed to assess the effect of impact angle and thickness on the specific energy absorption and peak crushing force. The global sensitivity of the specific energy absorption with respect to the impact angle is observed to be more than the column thickness, while the peak crushing force has more global sensitivity to the column thickness compared to the impact angle.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22903_ecbaafc06867db7ee790d1a483ab947b.pdf
پروفیل مخروطی هسته ساندویچی
جذب انرژی مخصوص
مچالگی
بهینه سازی چند هدفه
آنالیز حساسیت
Tapered Sandwich columns
specific energy absorption
crashworthiness
Multiobjective Optimization
Sensitivity analysis
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
35
46
22905
Research Paper
مدل سازی چند مقیاسی شکست در نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولولههای کربنی سالم و عامل دار شده
Multiscale modeling of fracture in polymer nanocomposite reinforced by intact and functionalized CNTs
امیرحسین اثباتی
esbati.ah@mail.kntu.ac.ir
1
سعید ایرانی
irani@kntu.ac.ir
2
دانشجوی دکترا، انشکده مهندسی ، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشیار، دانشکده مهندسی ، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
در این تحقیق تلاش شده است، عوامل موثر بر خواص مکانیکی و مکانیزم شکست نانوکامپوزیت پلیمری تقویتشده با نانولولههای کربنی سالم و عاملدار شده مورد ارزیابی قرار گیرد. مدلسازی در دو فاز نانو و میکرو انجامشده که اثر نقصهای ساختاری حفره و پیوندهای کوالانسی ناشی از فرآیند عاملدار کردن نانولولهها در فاز نانو و نحوه توزیع، شکل و انحنای نانولولهها در فاز میکرو نیز بررسی شده است. مشاهده میشود که با توجه به عواملی همچون توزیع، اعوجاج و عاملدار شدن نانولولههای کربنی، امکان کاهش یا افزایش استحکام نانوکامپوزیتهای پلیمری در مقابل پلیمر خالص وجود دارد. همچنین عاملدار کردن نانولولههای کربنی باعث بهبود استحکام نانوکامپوزیت پلیمری شده و شکنندگی آنها را کاهش میدهد. از سوی دیگر، نقصهای ساختاری ایجادشده در پروسه عاملدار کردن نانولولههای کربنی، باعث کاهش مدول الاستیسته نانوکامپوزیت میشود. همچنین چنانچه انحنای نانولولههای کربنی تقویتکننده نانوکامپوزیت پلیمری افزایش یابد، اثر بهبود دهنده عاملدار کردن نانولولههای کربنی کاهش چشمگیری مییابد و به خواص نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولولههای سالم نزدیک میشود.
In this research, mechanical properties and fracture mechanism of polymer nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) has been evaluated employing multiscale modeling method. Effect of CNTs’ structural defects and covalent bonds created during functionalization process are investigated in nanoscale analysis and the effect of CNTs’ dispersion, curvature and volume fraction are studied in microscale analysis. In microscale modeling both analytical and finite element methods are employed to investigate mechanical properties and their results are compared. It has been investigated that, according to mentioned parameters such as CNTs’ dispersion, volume fraction, functionalization and curvature in polymer matrix, both increase and decrease in ultimate strength of polymer nanocomposite are possible with respect to pure polymer. Moreover, polymer nanocomposite’s ultimate strength is increased and fracture brittleness is decreased significantly using functionalized CNTs. On the other hand, the CNT’s structural defects caused during functionalization process decrease polymer nanocomposite Young’s modulus. It also has been demonstrated that by increasing curvature, the improving effects of functionalized CNTs on mechanical properties of polymer nanocomposite, decrease obviously.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22905_613bf6585909ca033987e1efde4c8244.pdf
نانوکامپوزیت پلیمری
مدلسازی چندمقیاسی
نانولوله کربنی عاملدار و سالم
حل تحلیلی و اجزای محدود
Polymer nanocomposite
multiscale modeling
Functionalized and intact CNTs
Analytical and finite element methods
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
47
52
22907
Research Paper
بکارگیری تئوری مکانیک شکست برای پیش بینی عمر خستگی ورقهای چندلایه متعامد
Fatigue life prediction of cross-ply laminated composite plates using the kinetic theory of fracture
حسین توزنده جانی
h.tozandehjani@gmail.com
1
زهرا سلطانی
z.soltani83@gmail.com
2
سیدعلی حسینی کردخیلی
ali.hosseini@sharif.edu
3
دانشجوی دکترا،مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
دانشجوی دکترا، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
در این مقاله از تئوری مکانیک شکست برای پیشبینی عمر خستگی ورقهای چندلایه متعامد پایه پلیمری تحت بارگذاری متناوب استفاده شده است. در این رویکرد ابتدا سهم تنش در هر کدام از لایهها با استفاده از تئوری کلاسیک تعیین میشود و سپس با بهکارگیری تئوری جنبشی شکست مقادیر پارامترهای خرابی در اجزای هر لایه یعنی الیاف و ماتریس آن بهصورت جداگانه محاسبه میشود. با انجام این روند و بهکارگیری مدل خرابی پیشرونده خواص الیاف و ماتریس کاهش یافته و به تبع آن خواص لایهها تغییر مییابند. این امر سبب تغییر در سهم تنش هر لایه و در نتیجه تنشهای فایبر و ماتریس میشود. به این ترتیب عمر چندلایه عمری خواهد بود که مقدار پارامتر خرابی الیاف یا ماتریس در تمام لایهها به مقدار بحرانی 1 برسد. در این رویکرد بهمنظور تعیین پارامترهای مادی موجود در رابطه تئوری جنبشی شکست برای ماده الیاف و ماتریس از نتایج تستهای آزمایشگاهی روی لایههای تکجهته با زوایای 0 و 90 درجه استفاده میشود. ویژگی اصلی مدل ارائه شده کاهش چشمگیر میزان تستهای آزمایشگاهی موردنیاز نسبت به روشهای متداول است. بهمنظور اعتبارسنجی مدل حاضر، نتایج خستگی بهدست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود برای ورقهای تکلایه با زوایای مختلف و چندلایه متعامد مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده شده است.
In this paper the kinetic theory of fracture is employed to predict fatigue life of composite cross-ply laminates. To this end, carrying stress in each layer is determined based on classical plate theory. Then using the rate dependent kinetic theory of fracture, damage index for constituents of each layer, matrix and fiber, are determined separately. According to these values, mechanical degradation model are applied separately for fiber and matrix material properties and the overall property of each layer will be updated. In this way carrying stress in each layer and consequently in fiber and matrix will be changed and fatigue failure is take place when value of fiber or matrix damage index in all layers of cross-ply laminated composite rises to the critical value. In this approach material parameters in fiber and matrix kinetic theory of fracture equations will be determined using experimental fatigue data for the longitudinal (θ= 0°) and transverse (θ= 90°) unidirectional, respectively. The huge advantage of this micromechanical model is reduction in amount of experimental test. Results from presented model show good agreement with experimental result presented by other researchers on cross-ply laminated composite plates.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22907_d7700c1603f8b8b099d5b35b4632a8ad.pdf
خستگی
ورق چندلایه متعامد
تئوری جنبشی شکست
خرابی پیشرونده
fatigue
cross-ply laminated composite plates
the kinetic theory of fracture
progressive damage
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
53
66
22910
Research Paper
تحلیل سه بعدی انتقال توان صوتی در پوسته های استوانه ای جدار ضخیم از جنس کامپوزیت لایه ای
Three-dimensional analysis of sound power transmission through thick laminated composite cylindrical shells
روح الله طالبی توتی
rtalebi@iust.ac.ir
1
امیرمحمد چوداری خامنه
a_choudari@mecheng.iust.ac.ir
2
رضا احمدی
r.ahmadi@albpnu.ac.ir
3
دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایراان
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
در این مقاله یک مدل تحلیلی برای محاسبهی انتقال صوت از یک پوستهی استوانهای کامپوزیتی ارایه شده است. بدین منظور از یک مدل جدید و دقیق برای حل سهبعدی افت انتقال صوت در پوستههای استوانهای از جنس کامپوزیت لایهای و بر پایه تئوری الاستیسته خطی استفاده شده است. مدل ارائه شده در مقاله حاضر، یک پوستهی استوانهای کامپوزیتی با ضخامت دلخواه و طول بینهایت و غوطهور در سیال است که یک موج صفحهای مایل به سطح خارجی آن برخورد میکند. بر این مبنا با استفاده از روش موسوم به فضای حالت و بهکارگیری مدل لایهای تقریبی بههمراه رویکرد ماتریس انتقال، به تحلیل افت انتقال صوت از این پوستهها پرداخته شده است. نتایج حاصله با نتایج سایر محققان مقایسه شده و تطابق مناسبی بین نتایج مشاهده میشود و بر دقت مدل ارایه شده در این مقاله صحهگذاری مینماید. همچنین در انتها پارامترهای موثر بر افت انتقال صوت نیز بررسی شده است. بررسیها نشان میدهند که پوستههای استوانهای از جنس کامپوزیت لایهای از مزیت بیشتری نسبت به دیگر مواد برخوردارند، زیرا با تغییر در نحوه آرایش و چیدمان لایهها و همچنین جنس ماده بهکار رفته، مقدار افت انتقال صوت بهبود مییابد. بنابراین از این نکته میتوان به افزایش مقدار افت انتقال صوت در پوستههای کامپوزیتی بهرهگیری نمود.
In this paper, an analytical solution is presented to study acoustic transmission through a laminated composite cylindrical shell. Therefore, a new and exact model is employed to solve the three-dimensional sound transmission loss in a composite cylindrical shell based on three-dimensional linear theory of elasticity. The model presented in this paper is a composite cylindrical shell with arbitrary thickness and infinite length and immersed in a fluid. Also an oblique plane wave impinges on the external sidewall of the shell. The state space method is used to investigate laminate approximated model along with transfer matrix approach to analysis the sound transmission loss though the composite cylindrical shells. The results obtained from presents study have been compared with those of other researchers. This comparison shows an excellent agreement between the results. Finally, the parameters affecting on the sound transmission loss have been studied. The results indicate that the laminated composite cylindrical shells are more advantageous rather than other materials as a result of enhancing the sound transmission loss with change the stacking sequence of laminated composite. This characteristic can be used to increase the amount of sound transmission loss in composite shells.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22910_a888b4434755f39005aa7edd6b7b63a9.pdf
افت انتقال صوت
کامپوزیت لایه ای
الاستیسیته خطی
روش فضای حالت
ماتریس انتقال
Sound transmission loss
Laminated composite
Linear elasticity
State space method
Transfer matrix
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
67
74
22912
Research Paper
مطالعه تاثیر پارامترهای ماشینکاری بر میزان لایهلایهشدگی در فرآیند ماشینکاری مافوق صوت دوار با ابزار الماسه هستهدار بر روی کامپوزیت GFRP
Study of the effect of machining parameters on delamination in rotary ultrasonic machining process of glass fiber reinforced polymer composite by diamond core tool
محمد براهنی
mbaraheni@yahoo.com
1
سعید امینی
amini.s@kashanu.ac.ir
2
دانشجوی دکترا، دانشکده مکانیک، دانشگاه کاشان، ایران
دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک ،دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف شیشه بهعلت خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب آنها دارای کاربردهای صنعتی متعددی هستند. سوراخکاری از جمله روشهای رایج برای ایجاد اتصال بین سازههای از جنس مواد تقویتشده با الیاف میباشد. فرآیند ماشینکاری مافوقصوت دوار از روشهای نوین در ماشینکاری کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف میباشد که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. لایههای کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف در عملیات ماشینکاری مخصوصاً در عملیات سوراخکاری که در معرض تمرکز تنش قرار میگیرند، دچار آسیب لایهلایهشدگی میشوند. پدیده لایهلایهشدگی بهشدت تحت تاثیر عواملی مانند جنس و هندسه ابزار و همچنین پارامترهای ماشینکاری قرار دارد. از این رو در سالهای اخیر از ابزارهای جدید مانند ابزار الماسه هستهدار با توجه به کاهش نیرو و انجام همزمان عملیات سوراخکاری و سنگزنی داخل سوراخ، در سوراخکاری کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف، استفاده میکنند. در این پژوهش به بررسی میزان لایهلایهشدگی در کامپوزیت تقویتشده با الیاف شیشه (GFRP) با درصد الیاف 65% در فرآیند ماشینکاری مافوق صوت دوار با ابزار الماسه هستهدار، با توجه به پارامترهای ماشینکاری پرداخته شده است. با توجه به آزمایشات انجامشده مشاهده شد افزایش سرعت برشی و کاهش سرعت پیشروی موجب کاهش آسیب لایهلایهشدگی شده و کیفیت سوراخ را بهبود میبخشد. همچنین با توجه به نتایج بهدستآمده، در نرم افزار مینیتب، یک رابطه آماری بین پارامترهای ماشینکاری و لایهلایهشدگی ارائه شد. با توجه به مدل بهدستآمده، سرعت برشی تاثیر بیشتری بر میزان لایهلایهشدگی دارد.
Glass fiber reinforced composites pose numerous industrial applications that are because of suitable mechanical and physical properties. Drilling is a common method to connect fiber reinforced material structures. Rotary ultrasonic machining is one of the new methods in machining of fiber reinforced composites that is highly attractive in recent years. Fiber reinforced composite laminates in machining operations, especially in drilling operations which are subjected to stress concentration, tend to be delaminated. Delamination damage is strongly influenced by factors such as tool material and geometry and also machining parameters. Therefor in recent years, new tools such as diamond core drills are used in drilling of fiber reinforced composites due to their lower force creation and simultaneous drilling operation and hole internal grinding. In this research, delamination of glass fiber reinforced composites (GFRP) with a percentage of 65% fiber in rotary ultrasonic machining process using diamond core drill regarding machining parameters have been discussed. According to conducted experiments, it was observed that cutting speed increment and feed rate reduction, decreases the delamination damage and improves hole quality. Also based on achieved results, a statistical relationship between machining parameters and delamination in Minitab software offered. According to the resulting model, cutting speed has a greater impact on the amount of delamination
https://jstc.iust.ac.ir/article_22912_0528b5e23d1138197c2726ce1453376f.pdf
کامپوزیت تقویتشده با الیاف شیشه
ابزار الماسه هستهدار
لایهلایهشدگی
ماشین کاری مافوق صوت دوار
Glass fiber reinforced composite
Diamond core tool
Delamination
Rotary ultrasonic machining
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
75
82
22913
Research Paper
تولید و مشخصه یابی پودر کامپوزیتی کبالت/بوراید وانادیوم به روش مکانوشیمیایی و اسیدشویی
Production and characterization of Cobalt/Vanadium Boride composite powder by mechanochemical method and acid leaching
حسن شریفی
sharifi_h@iust.ac.ir
1
سلمان ربیعی فرادنبه
m_salman4053@yahoo.com
2
محمد حسین عنایتی
ena78@cc.iut.ac.ir
3
استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، موسسه آموزش عالی نقش جهان، بهارستان، اصفهان، ایران
استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
در این پژوهش تولید نانوپودر کامپوزیت کبالت- بوراید وانادیم بهروش مکانوشیمیایی بهصورت درجا از مواد اولیه اکسیدی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به دمای آدیاباتیک (K 4482Tda~) واکنش از نوع سنتز خودپیشرونده با دمای بالا یا MSR میباشد. مخلوط پودری مواد اولیه (Co3O4، V2O5، B2O3 وMg) مطابق واکنش استوکیومتری بهترتیب با نسبت (1:1:1:12) در یک آسیا سیارهای پرانرژی تحت آتمسفر گاز آرگون با نسبت وزنی پودر به گلوله 1:20 در زمانهای مختلف آسیا شدند. پودر کامپوزیتی تولید توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد بررسی قرار گرفت. پس از 15 دقیقه آسیاکاری احتراق در محفظه آسیا صورت گرفت و با توجه به الگوی پراش پرتو ایکس فازهای Co-VB-MgO-VO2-Mg3(BO3)2 تولید شد. با افزایش زمان آسیاکاری مجدد، پس از احتراق به مدت زمان 30 دقیقه فاز ناخواسته Mg3(BO3)2 تجزیه شده و باقیمانده اکسید وانادیم احیا شده و واکنش نهایی بهطور کامل انجام شد. با توجه به نتایج XRD و آنالیز نقشه عنصری Xray-map فاز MgO که بهعنوان محصول جانبی این واکنش بوده و توسط اسید کلریدریک با غلظت 9 درصد از پودر تولیدی بهطور کامل حذف شد. با توجه تصویر TEM از پودر کامپوزیتی بعد از فرآیند اسیدشویی اندازه ذرات حدود 30-20 نانومتر بهدست آمد.
In this research, the production mechanism of VB-Co in situ nanocomposite powder from oxidized raw materials via mechanochemical method was studied. Regarding the adiabatic temperature of the chemical reaction, this reaction was occurred through self-progressive high-temperature synthesis or MSR. The mixed powder of raw materials (Co3O4, V2O5, B2O3 and Mg) were ground according to the stoichiometry reaction with the ratio (1:1:1:12) using a high-energy planetary ball mill in an argon atmosphere in different times where the weight ratio of powder to the bullet was 1:20. The produced composite powder was evaluated by the X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). After grinding for 15 minutes, a burning occurred in the mill and regarding the X-ray diffraction, the phases Co-VB-MgO-VO2-Mg3(BO3)2 were generated. Increasing the time of re-grinding and after burning for 30 minutes, the unwanted phase of Mg3(BO3)2 was decomposed, the remaining vanadium oxide restored and the final reaction fully occurred. Regarding the results of XRD and the X-ray map analyses, MgO, which was the by-product of this reaction, was removed completely from the produced powder by hydrochloric acid at a concentration of 9. As the TEM image shows the composite powder after the pickling process, the size of particles is around 20- 30 nm.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22913_3e371a5aabc2b34215ea3d60e00cf11d.pdf
فرایند مکانو شیمیایی
کامپوزیت
کبالت –براید وانادیم
سنتز خود پیشرونده
Mechanochemical processing
Composite
Cobalt -Vanadium boride
Self-progressive synthesis
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
83
90
22915
Research Paper
تعیین پارامترهای مدل ناحیه چسبناک در مود اول تیر دولبه یکسرگیردار کامپوزیتی با استفاده از روش معکوس
Determination of cohesive zone parameters in mode I delamination growth of a double cantilever beam specimen using inverse method
محمود مهرداد شکریه
shokrieh@iust.ac.ir
1
صادق دمیرجی لو
damirchiloo@mecheng.iust.ac.ir
2
مظاهر سلامت طلب
salamattalab@iust.ac.ir
3
استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
در این تحقیق، رشد تورق در مود اول چندلایههای کامپوزیتی پلیمری تکجهته با پلزنی الیاف بررسی شده است. بدین منظور، مدلسازی المان محدود رشد تورق در تیر دولبه یکسر گیردار با استفاده از مدل ناحیه چسبناک بر پایه مدلهای کشش- جدایش انجام شده است. در نمونههای DCB، نرخ رهایی انرژی کرنشی با افزایش طول تورق در حین رشد ترک افزایش مییابد و این باعث میشود تا مدلهای ساده کشش- جدایش، مانند دوخطی توانایی پیشبینی دقیق بار- جابهجایی این نمونهها را نداشته باشند. بهمنظور رفع این نقص، مدلهای کشش- جدایش چندخطی معرفی میشوند. در این تحقیق با استفاده از کمینه نمودن اختلاف نمودار بار- جابهجایی حاصل از المان محدود و آزمایشگاهی نمونه DCB، پارامترهای مدل ناحیه چسبناک با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینهسازی میشوند. نتایج عددی حاصل از مدلسازی المان محدود با استفاده از مدل ناحیه چسبناک چندخطی ارایه شده در تحقیق حاضر، با نتایج آزمایشگاهی محققین دیگر مقایسه شده است. نتایج عددی نشان میدهند، مدل ناحیه چسبناک چهار خطی ارایه شده، حداکثر تنش پلزنی مستخرج از دادههای آزمایشگاهی و همچنین رفتار تورقی نمونه تیر دولبه یکسر گیردار را به خوبی پیشبینی مینماید.
In this study, delamination growth in mode I loading of unidirectional laminated composites with R-curve effect was investigated. To this end, a finite element simulation of delamination growth in double cantilever beam (DCB) performed using the cohesive zone model (CZM) based on traction-separation laws. By increasing the delamination length in DCB specimens, the strain energy release rate increases and for this reason the simple traction-separation law such as bilinear are not capable to predict the load-displacement curve of this specimens accurately. To solve this shortcoming, cohesive zone models with multi-linear traction-separation laws were proposed to predict delamination behavior of the DCB specimens numerically. Afterwards, by minimizing the difference between experimental and numerical load-displacement curves using optimization method based on genetic algorithm, cohesive zone parameters are characterized. A comparison of the results obtained by cohesive laws with experimental data show that four-linear cohesive law can predict the maximum bridging stress as well as the experimental load-displacement curve accurately.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22915_63821db27653ca3e68645a1c7c12037e.pdf
پلزنی الیاف در مقیاس بزرگ
اثر منحنی مقاومت
تورق- مدل ناحیه چسبناک
الگوریتم ژنتیک
Large scale bridging
R-curve effect
Delamination
Cohesive zone model (CZM)
genetic algorithm
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
91
100
22916
Research Paper
بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت Al2024-CNT فرآوری شده به روش متالورژی پودر پولک
Investigation of microstructure and mechanical properties of Al2024-CNT nanocomposite produced by flake powder metallurgy process
فرشید ریخته گر
1
سعید شبستری
shabestari@iust.ac.ir
2
حسن ثقفیان
saghafian@iust.ac.ir
3
دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
امروزه ساخت و مطالعه نانوکامپوزیتهای زمینه آلومینیم با مقاومساز نانوتیوب کربن مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. روشهای مختلفی برای فرآوری این نوع نانوکامپوزیتها استفاده شده است. اما، روشهای بر پایه متالورژی پودر با توجه به پایینتر بودن دما و کنترل بهتر فرآیند، بیشتر مورد توجه بوده است. در تحقیق حاضر با هدف ساخت نانوکامپوزیت با زمینه آلومینیم 2024 و افزودن CNT wt.% 5/1، از روش متالورژی پودر پولک با سنتز تر در محیط سیال برای تولید پودر کامپوزیت استفاده شده است. سپس با استفاده از تفجوشی اولیه پودر با روش پرس سرد و تفجوشی بدون فشار در دمای oC 550، قرص های اولیه از آلیاژ Al2024 و کامپوزیت Al2024-CNT ساخته شد و تحت عملیات اکستروژن داغ قرار گرفت تا مفتول نهایی به قطر mm 10 حاصل شود. در ادامه محصولات با استفاده از آزمونهای کشش، فشار، سختی و چگالی سنجی، XRD و رامان مورد مطالعه قرار گرفتند. با بهرهگیری از مزایای روش تر، توزیع یکنواخت CNT در زمینه Al2024 همراه با حفظ کامل آنها در محیط سیال، با استفاده از FE-SEM مشاهده شد. در نمونه Al2024-1.5wt.%CNT، استحکام تسلیم و استحکام نهایی به میزان 28 درصد در مقایسه با نمونه Al2024-O و به مقدار 20 درصد در استحکام تسلیم و 15 درصد در استحکام نهایی نسبت به نمونه Al2024-T6 افزایش یافت. پس از متراکم سازی بهینه، چگالی نسبی در نمونههای کامپوزیت Al2024-CNT تا 6/95 درصد، میزان سختی تا HB 90 و استحکام فشاری تاMPa 547 بهبود یافت. همچنین علاوه بر فازهای بین فلزی Al2Cu و Al2CuMg در نمونههای آلیاژی، وجود فاز کاربیدی Al4C3 پس از عملیات تفجوشی در نمونه کامپوزیتی اثبات شد.
Nowadayas, manufacturing of carbon nanotube reinforced aluminium matrix nanocomposites have been studied by many researchers. Different techniques have been used for possessing of Al-CNT nanocomposites. But, the powder metallurgy methods have been more attractive because of the lower temperature and better control of process. In the current research, the flake powder metallurgy route was used as a slurry based method to produce Al2024-CNT nanocomposite with 1.5wt.% CNT as reinforcement. Then, the initial compacted billets of Al2024 alloy and Al2024-CNT composites were produced by cold pressing of powders. They were sintered at 550 oC and the billets were hot extruded to produce rods with 10 mm in diameter. The produced samples were investigated by means of tension, compression, hardness, density measurement, XRD, and Raman tests. The uniform dispersion of CNTs within Al2024 powder was observed using FE-SEM. It was related to the merits of wet synthesis of composite powder. In Al2024-CNT sample, the yield and ultimate strength was increased about 28% in comparison with Al2024-O; It was also increased about 20% in yield strength and 15% in tensile strength compared with Al2024-T6 sample. After optimum sintering process, the relative density, hardness, and compressive strength of Al2024-CNT nanocomposite have been increased through hot extrussion to 95.6%, 90 HB, and 547 MPa, respectively. In addition to Al2Cu and Al2CuMg intermetallics in alloyed samples, Al4C3 carbide phase was proved to be formed after sintering in composite specimen.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22916_b1a08ab7e9613c5fbb8c82f8bdf8a27d.pdf
نانوکامپوزیت T روش ترT نانوتیوب کربن T توزیع همگن T خواص مکانیکی
"Nanocomposite"
"Slurry-based method"
" Carbon nanotube"
" homogeneous dispersion"
" mechanical properties"
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
101
108
22918
Research Paper
بررسی رفتار خمشی کامپوزیت های مشبک تقویت شده با نانو لوله های کربنی چند جداره
A study on the flexural response of grid composites containing multi-walled carbon nanotubes
رضا اسلامی فارسانی
eslami@kntu.ac.ir
1
علیرضا شهرابی-فراهانی
ashahrabi@mail.kntu.ac.ir
2
حامد خسروی
hkhosravi@mail.kntu.ac.ir
3
محمدرضا زمانی
hhosravi@gmail.com
4
دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی علم مواد T دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی علم مواد دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
سازههای مشبک کامپوزیتی با توجه به دارابودن ساختار منحصر به فردی که به صورت یک ساختار شبکهای متشکل از ریبها است، دارای خواصی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، نسبت سفتی به وزن بالا، قابلیت جذب انرژی بسیار بالا و همچنین مقاومت به خوردگی مناسب هستند. در این مقاله، تاثیر افزودن نانولولههایکربنی چندجداره در درصدهای وزنی مختلف (0، 1/0، 25/0 و 4/0) بر رفتار خمشی کامپوزیتهای مشبک زمینه پلیمری به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. برای ساخت نمونههای کامپوزیتی مشبک حاوی نانولولههایکربنی چندجداره از روش لایهگذاری دستی استفاده شد که در آن پوسته از رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه و ریبها با هندسه آنیزوگرید از رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن ساخته شدند. سپس بر روی این نمونهها آزمون خمش سهنقطهای صورت پذیرفت و پارامترهایی نظیر حداکثر بار خمشی، سفتی خمشی و میزان جذب انرژی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج تجربی نشان داد، بهترین رفتار خمشی به ازای افزودن 4/0 درصد وزنی نانولولههای کربنی حاصل میشود که در این حالت، میزان حداکثر بار خمشی، سفتی خمشی و میزان جذب انرژی صفحات مشبک کامپوزیتی به ترتیب به میزان 24، 35 و 25 درصد نسبت به نمونه مشبک فاقد نانولولههای کربنی، افزایش مییابد. همچنین نتایج مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بهبود خواص فصلمشترکی بین الیاف تقویتکننده و زمینه را در ارتباط با نمونه نانوکامپوزیتی نشان دادند که نقش بسزایی را در بهبود خواص مکانیکی سازه مشبک ایفا میکند.
Grid composite structures (GCSs) owing to their unique shape which is a network of ribs, have some interesting properties such as low strength to weight ratio, low stiffness to weight ratio, high energy absorption capability and good corrosion resistance. In this study, the effect of the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) addition at various weight percentages with respect to the matrix (0, 0.1, 0.25 and 0.4) on the flexural behavior of GCSs was experimentally examined. For fabricating of the composites, hand lay-up method was used, where plain E-glass and unidirectional carbon fibers impregnated to the resin mixture were used in the skin and rib parts. Afterwards, 3-point bending test was performed on these specimens and the parameters such as maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption were studied. Experimental results showed that, the best flexural behavior was obtained with the addition of 0.4 wt. % of MWCNTs. In this case, the maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption of the GCSs increased by 24%, 35% and 25%, respectively compared to the specimen without MWCNTs addition. The microstructural investigations of the fracture surfaces using electron microscopy clearly indicated the improvement in the interfacial adhesion between the fibers and epoxy matrix in the case of the nanocomposite specimen. This case plays an important role for improvement in the mechanical properties of the GCSs.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22918_44f3de11242d95174d0ce7b7be8cfac8.pdf
کامپوزیت مشبک چندمقیاسی
هندسه ششضلعی
نانولولههایکربنی چندجداره
خواص خمشی
Multiscale grid composite
hexagonal geometry
Multi walled carbon nanotubes
Flexural properties
per
دانشگاه علم و صنعت ایران
علوم و فناوری کامپوزیت
2383-3823
2017-06-15
4
1
109
120
22919
Research Paper
تحلیل ارتعاش آزاد نانو ورق مرکب مستطیلی هدفمند با استفاده از تئوری غیر محلی نمایی تغییر شکل برشی دریک محیط حرارتی
Free vibrations analaysis of functionally graded composite rectangular na-noplate based on nonlocal exponential shear deformation theory in thermal environment
کوروش خورشیدی
k-khorshidi@araku.ac.ir
1
ابوالفضل فلاح
falah.abolfazl67@gmail.com
2
علی سیاه پوش
alisiahpusch@gmail.com
3
استادیار؛ دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران
در این مقاله تحلیل ارتعاش آزاد نانو ورق مرکب مستطیلی تابعی هدفمند در محیط حرارتی بررسی شده است. برای بهدست آوردن فرکانس طبیعی نانو ورق مرکب از تئوری الاستیسیتهی غیر محلی بر پایهی تئوری تغییر شکل برشی نمایی استفاده شده است. در تئوری تغییر شکل برشی نمایی، تابع نمایی در راستای ضخامت، برای در نظر گرفتن تاثیرات تغییر شکل برشی عرضی و اینرسی دورانی بهکار میرود. از تئوری الاستیسیته غیر محلی جهت در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طول کوچک نانو ورق تابعی هدفمند استفاده شده است. حرارت در سطوح ورق ثابت در نظر گرفته شده است. خواص مواد وابسته به دما و در راستای ضخامت بر اساس قانون توزیع توانی تغییر میکند. معادلات حرکت با بکارگیری اصل همیلتون بهدست میآیند. بهمنظور اعتبار سنجی روش حاضر مقایسهای بین نتایج حاصله و نتایج سایر مقالات در دسترس انجام میشود. در نهایت تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل پارامتر غیر محلی، ضریب نسبت حجمی توانی، نسبت عرض به طول، نرخ ضخامت به طول و دماهای سطح مختلف بر نانو ورق مستطیلی تابعی هدفمند در محیط حرارتی ارایه شده و جزییات مورد بحث قرار گرفتهاند.
In the present study the free vibration analysis of functionally graded composite rectangular nanoplates in thermal environment is investigated. The nonlocal elasticity theory based on the exponential shear deformation theory has been used to obtain the natural frequencies of the nanoplate. In exponential shear deformation theory an exponential functions are used in terms of thickness coordinate to include the effect of transverse shear deformation and rotary inertia. Nonlocal elasticity theory is employed to investigate effect of small scale on natural frequency of the functionally graded rectangular nanoplate. The temperature is assumed to be constant in the plane of the plate and to vary in the thickness direction only. Material properties are assumed to be temperature dependent, and vary continuously through the thickness according to a power law distribution in terms of the volume fraction of the constituents. The govering equations are derived by implementing Hamilton’s principle. To show the accuracy of the formulations, present result’s in specific cases are compared with available results in literature and good agreement are seen. Finally, the effect of various parameters such as nonlocal parameter, power law indexes, width to length ratio, the thickness to length ratio, and temperature fields on the natural frequencies of rectangular FG nanoplates are presented and discussed in detail.
https://jstc.iust.ac.ir/article_22919_495f0a0a76481d80cf2195d3746fd5d5.pdf
نانو ورق مستطیلی
مواد تابعی هدفمند
تئوری تغییر شکل برشی نمایی
محیط حرارتی
اصل همیلتون
Nanoplate
Functionally graded material
Exponential shear deformation theory
Thermal environment