علوم و فناوری کامپوزیت - مقالات آماده انتشار

1. بررسی تجربی و یکپارچه سازی تحلیل المان محدود و روش پاسخ سطح برای بهینه سازی چندمتغیره پارامترهای هندسی در هیدروفرمینگ لوله های دولایه مس- آلومینیوم

جواد شهبازی کرمی؛ محمد مراد شیخی؛ غلامحسن پایگانه؛ کرامت ملک زاده فرد

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 08 آذر 1396

چکیده

فرآیند هیدروفرمینگ، یک روش پیشرفته برای شکل دهی قطعات لوله ای به شکل موردنظر قالب، با اعمال فشار بالا و تغذیه محوری می باشد. لوله های دو لایه متشکل از دو لوله فلزی مختلف (مانند آلومینیوم و مس) می باشند ... بیشتر

2. بررسی تجربی اثر نانوسیلیکا و نانوگرافن اصلاح شده بر کامپوزیت اپوکسی-الیاف بازالت تحت ضربه سرعت بالا

سید امیرحسین کرسوی کاشانی؛ رضا اسلامی فارسانی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 04 بهمن 1397

چکیده

مواد مرکب به عنوان جایگزینی سبک و بهینه شده برای مواد متداول تر نظیر فلزات، نیاز به بکارگیری روش های گوناگون جهت تقویت استحکام را دارند. افزودن نانو مواد، به عنوان روشی نوین جهت ارتقای استحکام مواد مرکب ... بیشتر مواد مرکب به عنوان جایگزینی سبک و بهینه شده برای مواد متداول تر نظیر فلزات، نیاز به بکارگیری روش های گوناگون جهت تقویت استحکام را دارند. افزودن نانو مواد، به عنوان روشی نوین جهت ارتقای استحکام مواد مرکب استفاده می شود. از طرفی اهمیت پدیده ضربه و کاربردهای فراوان آن در صنایع گوناگون بر کسی پوشیده نیست. از این رو در این پژوهش، کامپوزیت چند مقیاسی زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت حاوی مجموعاً 1% وزنی زمینه از نانو ذرات سیلیکا و نانو صفحات گرافن اصلاح سطحی شده، تحت آزمون ضربه سرعت بالا قرار گرفت. ابتدا 5 سری نمونه حاوی 6 لایه از الیاف بازالت به روش لایه چینی دستی ساخته شده و دو نوع پرتابه از جنس آلومینیوم با دماغه سر تیز و سر کروی به ترتیب با جرم های 26.7 و 26.3 گرم با سرعت 116 m/s به نمونه ها برخورد داده شد. به منظور بررسی عملیات اصلاح سطحی، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) انجام پذیرفت و به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نیز اثر افزودن نانو مواد بر اتصال بین زمینه و الیاف در مقیاس میکروسکوپیک بررسی شد. نتایج نشان داد، نمونه حاوی 0.7% نانوسیلیکا و 0.3% نانوگرافن بهترین عملکرد را در جذب انرژی حاصل از ضربه سرعت بالا با افزایش جذب 7.3% برای پرتابه سر تیز و 20.4% برای پرتابه سر کروی نسبت به نمونه بدون نانو مواد از خود نشان می دهد.

3. پیش‌بینی تجربی بار کمانش ورق کامپوزیتی مستطیلی چندلایه دارای تورق درعرض با استفاده از رهیافت همبستگی ارتعاشی

پوریا َاعظمی؛ غلامحسین رحیمی؛ محمد سجاد گازر

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 12 مرداد 1398

چکیده

ازجمله پراهمیت‌ترین تحلیل‌هایی که در زمان طراحی سازه‌های کامپوزیتی صورت می‌گیرد، تحلیل پایداری آن‌ها تحت بارمحوری یا تحلیل رفتار کمانشی است. روش همبستگی ارتعاشی از دقیق‌ترین روش‌های تعیین بار ... بیشتر ازجمله پراهمیت‌ترین تحلیل‌هایی که در زمان طراحی سازه‌های کامپوزیتی صورت می‌گیرد، تحلیل پایداری آن‌ها تحت بارمحوری یا تحلیل رفتار کمانشی است. روش همبستگی ارتعاشی از دقیق‌ترین روش‌های تعیین بار کمانش سازه به صورت غیرمخرب است. روش همبستگی ارتعاشی یک روش غیرمخرب مبتنی بر تحلیل مودال است که با اندازه‌گیری فرکانس‌های طبیعی سازه تحت بارهای مختلف محوری به پیش‌بینی بار کمانش سازه می‌پردازد. یکی از متداول‌ترین آسیب‌هایی که در زمان ساخت و یا در زمان سرویس ممکن است به سراغ کامپوزیت‌ها بیاید، لایه‌لایه شدگی این مواد بوده، که با عنوان تورّق مطرح می‌گردد. بنابراین بررسی کمانش سازه‌های مرکب دارای آسیب تورّق از اهمیت بالایی برخوردار است که در این مطالعه سعی شده است که به بررسی تجربی این پدیده‌ به کمک روش‌ غیر مخرب همبستگی ارتعاشی و مقایسه آن با نتایج آزمون مخرب کمانش، به‌صورت تجربی، پرداخته شود. در واقع، این مقاله قابلیت اعمال روش همبستگی ارتعاشی بر سازه‌های دارای آسیب را بررسی می‌کند. برای رسیدن به این هدف ورق‌های کامپوزیتی مستطلیی دارای تورق سرتاسری در عرض به کمک روش تزریق رزین به قالب به کمک خلا ساخته شد. هریک از نمونه‌ها تحت آزمون کمانش مخرب قرار گرفت. سپس به منظور بررسی کارایی روش همبستگی ارتعاشی، آزمون مودال تجربی به منظور تعیین فرکانس طبیعی سازه در بارهای فشاری مختلف انجام گرفت. نتایج نشانگر آن اند که روش همبستگی ارتعاشی دقت بسیار خوبی در تعیین بار کمانش ورق کامپوزیتی دارای تورق داشته و درصد اختلاف کمتر از 8 درصد میان نتایج آزمون مخرب و روش غیرمخرب همبستگی ارتعاشی دال این موضوع است

4. بررسی خواص مکانیکی سازه‌های ساندویچی چند منظوره با هسته z-پین با استفاده از شبیه‌سازی عددی دستگاه آزمایش میله فشاری هاپکینسون

علیرضا طلوعی؛ احسان اعتمادی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 اسفند 1398

چکیده

استفاده از z-پین‌ها علیرغم وزن کم و اندازه‌ی کوچک، به منظور کاهش معایب کامپوزیت‌ها و سازه‌های ساندویچی، افزایش مقاومت و استحکام آنها و همچنین جلوگیری از رشد ترک، گسترش فراوانی پیدا کرده است. در این ... بیشتر استفاده از z-پین‌ها علیرغم وزن کم و اندازه‌ی کوچک، به منظور کاهش معایب کامپوزیت‌ها و سازه‌های ساندویچی، افزایش مقاومت و استحکام آنها و همچنین جلوگیری از رشد ترک، گسترش فراوانی پیدا کرده است. در این مقاله با استفاده از روش المان‌محدود، رفتار سازه‌های ساندویچی چند منظوره با هسته z-پین در نرخ کرنش‌های متوسط (بین 164 تا 327 بر ثانیه)، تحت آزمایش میله فشاری هاپکینسون مورد بررسی قرار گرفته شده‌است. اثرات نرخ کرنش و رفتار مکانیکی سازه ساندویچی چند منظوره تحت بارگذاری دینامیکی بررسی و با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است که توافق خوبی بین نتایج وجود دارد. همچنین به بررسی پارامترهای موثر در جهت افزایش مقاومت مکانیکی سازه‌های ساندویچی با هسته‌های z-پین، مانند پرداخته شده است. این پارامترها شامل زاویه قرار گیری z-پین‌ها نسبت به افق، جنس ماده تشکیل‌دهنده و بررسی تغییر قطر z-پین‌ها می‌باشد. به طور خلاصه نتایج نشان می‌دهد که این سه پارامتر تاثیر بسزایی در افزایش تنش جریان و افزایش مقاومت نهایی سازه خواهند داشت. در انتها به مقایسه خواص مکانیکی سازه ساندویچی با هسته z-پین و هسته لانه‌زنبوری شبیه سازی شده پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهد که تحت شرایط وزنی و حجمی یکسان هسته، میزان مقاومت فشاری نهایی هسته ساخته شده از z-پین‌ از هسته لانه زنبوری کمتر ولی انعطاف پذیری آن بیشتر می‌باشد.

5. تحلیل ارتعاشات پوسته مخروطی ساندویچی با هسته هدفمند متخلخل در بارگذاری حرارتی مختلف

محسن رحمانی؛ یونس محمدی؛ فرشاد کاکاوند

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 اسفند 1398

چکیده

به دلیل کاربرد گسترده پوسته‌های مخروطی ساندویچی در صنایع پیشرفته، بررسی رفتار مکانیکی این سازه‌ها امری ضروری است. در این تحقیق، برای اولین بار، با در نظر گرفتن انعطاف‌پذیری هسته در تئوری مرتبه بالای ... بیشتر به دلیل کاربرد گسترده پوسته‌های مخروطی ساندویچی در صنایع پیشرفته، بررسی رفتار مکانیکی این سازه‌ها امری ضروری است. در این تحقیق، برای اولین بار، با در نظر گرفتن انعطاف‌پذیری هسته در تئوری مرتبه بالای پوسته‌های ساندویچی، رفتار ارتعاشی پوسته مخروطی ناقص ساندویچی که شامل هسته هدفمند متخلخل و رویه‌های همگن است، در توزیع دماهای مختلف بررسی شده است. خواص مواد رویه ها و هسته وابسته به دما در نظر گرفته شده و تغییرات خواص مواد هدفمند به کمک قانون توانی که با در نظر گرفتن دو مدل توزیع تخلخل اصلاح شده، نشان داده می‌شود. با استفاده از اصل همیلتون و در نظر گرفتن تنش‌های درون صفحه‌ای در هسته و رویه‌ها و کرنش غیرخطی ون کارمن هم برای تنش مکانیکی و هم تنش حرارتی، معادلات حرکت سازه بدست آمده‌اند. برای حل معادلات در شرایط تکیه‌گاهی ساده از روش گلرکین استفاده شده است. برای بررسی اثر تغییر دما در سازه، توزیع دما به صورت یکنواخت، خطی و غیرخطی در نظر گرفته شده است. نتایج تحلیل حاضر به منظور صحت سنجی، در حالات خاص با مقالات دیگر و همچنین با نتایج بدست آمده از نرم افزار آباکوس مقایسه شده و همچنین تغییرات فرکانس ویژه بی‌بعد نسبت به تغییرات هندسی سازه، تغییرات دما، خواص مواد و تخلخل بررسی شده است.

6. تأثیر تنش بر واکنش های شیمیایی فرآیند پایدارسازی الیاف پلی اکریلونیتریل ویژه به‌عنوان ماده مقاوم به حرارت در کامپوزیت های پلیمری

کوشا عباس بنایی؛ محمد میرجلیلی؛ رضا اسلامی فارسانی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 اسفند 1398

چکیده

در این پژوهش، تأثیر تنش اعمالی بر تقدم، تأخر و نرخ پیشرفت واکنش های حلقوی سازی، اکسایش و هیدروژن زدایی در طی فرآیند پایدارسازی حرارتی الیاف پلی-اکریلونیتریل ویژه به‌منظور دستیابی به الیاف مقاوم به حرارت ... بیشتر در این پژوهش، تأثیر تنش اعمالی بر تقدم، تأخر و نرخ پیشرفت واکنش های حلقوی سازی، اکسایش و هیدروژن زدایی در طی فرآیند پایدارسازی حرارتی الیاف پلی-اکریلونیتریل ویژه به‌منظور دستیابی به الیاف مقاوم به حرارت به‌عنوان تقویت کننده کامپوزیت های پلیمری مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه، تنش مخصوص بر اساس تنش مخصوص آنتروپی بیشینه تعیین گردید. با کاربرد آزمون های حرارتی، شیمیایی، عنصری، تفرق اشعه ایکس، مشخصه یابی فیزیکی و مکانیکی، نرخ پیشرفت هر یک از واکنش های پایدارسازی به تفکیک شناسایی گردید. بر اساس نتایج به دست آمده، تنش اثر بازدارنده بر پیشرفت واکنش‌های پایدارسازی داشته و ضمناً رقابت بین وقوع حلقوی سازی و هیدروژن زدایی تحت تأثیر تنش اعمالی بسیار مشهود است. با افزایش تنش مخصوص، دمای شروع کاهش وزن ناشی از تخریب حرارتی، کاهش یافته است. این نتیجه بیانگر کاهش پایداری حرارتی نمونه ها با افزایش نرخ تنش مخصوص اعمالی در طی فرآیند پایدارسازی حرارتی است. با اعمال حداقل تنش مخصوص معادل cN/tex 0.6، بیشترین نرخ پیشرفت واکنش های پایدارسازی به‌ویژه حلقوی سازی گروه های نیتریل و ارتقای پایداری حرارتی الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده جهت کاربرد در کامپوزیت های پلیمری مشاهده گردید.

7. مطالعه تجربی تاثیر پارامترهای مختلف ساخت بر خواص کششی نمونه‌های PLA چاپ‌شده به روش مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده

محمد حیدری رارانی؛ پریسا صادقی؛ نیلوفر عزتی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 اسفند 1398

چکیده

مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده یکی از روش‌های رایج چاپ سه‌بعدی قطعات پلیمری است که به دلیل توانایی آن برای ساخت قطعات پیچیده کاربردی استفاده از آن در حوزه‌های مختلف صنعتی و کاربردهای مهندسی در حال گسترش است. ... بیشتر مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده یکی از روش‌های رایج چاپ سه‌بعدی قطعات پلیمری است که به دلیل توانایی آن برای ساخت قطعات پیچیده کاربردی استفاده از آن در حوزه‌های مختلف صنعتی و کاربردهای مهندسی در حال گسترش است. خواص مکانیکی قطعات تولید شده با این روش به شدت به انتخاب صحیح پارامترهای ساخت بستگی دارد. در این تحقیق، اثر سه پارامتر مهم ساخت از قبیل چگالی پرشدن شبکه‌ی داخلی، سرعت چاپ و ضخامت لایه‌ها بر خواص کششی نمونه‌‌های پرینت شده با PLA مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه‌های استاندارد با چهار چگالی شبکه داخلی 20، 40، 60 و 80 درصد، دو سرعت چاپ 20 mm/s و 40 mm/s و دو ضخامت لایه 0.1mm و 0.2mm چاپ شده و تحت آزمون کشش شبه‌استاتیک قرار گرفتند. در تمام قطعات چاپ شده، زاویه پرینت شبکه داخلی 45± درجه فرض شده است. نتایج تجربی نشان می‌دهند افزایش چگالی پرشدن شبکه‌ی داخلی تا 60 درصد افزایش قابل ملاحظه‌ای بر روی مدول الاستیسیته، استحکام نهایی و کرنش شکست دارد. اما در چگالی 80 درصد، علی‌رغم داشتن بیشترین نسبت سفتی/وزن و استحکام/وزن، کرنش شکست در مقایسه با نمونه با چگالی 60 درصد 31.9 درصد کاهش داشته است. کاهش سرعت چاپ از 40 mm/s به 20 mm/s منجر به افزایش سفتی، استحکام نهایی و کرنش شکست به ترتیب 7.8 درصد، 9.7 درصد و 1.6 درصد شده است. همچنین مشاهده شد که با کاهش ضخامت لایه از 0.2mm به 0.1mm به ازای افزایش 5.4 درصدی وزن، مدول الاستیسیته 18.7 درصد افزایش و کرنش شکست 53.4 درصد کاهش می‌یابد.

8. مقایسه ریزساختار، مقاومت سایشی و خوردگی کامپوزیت‌های سطحی AZ31B/SiO2، AZ31B/graphite و AZ31B/SiO2/graphite تولید شده به روش اصطکاکی اغتشاشی

مهدی رضائیان دلوئی؛ حسن عبداله پور؛ محمد تجلی؛ سید مصطفی موسوی زاده نوقابی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 11 فروردین 1399

چکیده

هدف از این پژوهش مقایسۀ ریزساختار، ریزسختی، مقاومت به سایش، و مقاومت به خوردگی سه کامپوزیت‌ سطحی حاوی نانوذرات سیلیکا، نانوذرات گرافیت و مخلوط نانوذرات سیلیکا و گرافیت تولیدشده به روش اصطکاکی اغتشاشی ... بیشتر

9. تهیه و بهینه‌سازی فرمولاسیون نانوکامپوزیت کیتوزان/مونت موریلونیت حاوی دی-فرولوئیل‌متان (کارکامین)

مهدیه چگنی؛ شبنم جهانی زاده

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 11 فروردین 1399

چکیده

در این پژوهش با هدف بهبود بازده بارگذاری واندازه ذرات، نانوکامپوزیت کیتوزان‌مونت‌موریلونیت (Chitosan-MMT)، به وسیله روش ژل‌سازی یونی جهت کنترل رهایش کارکامین (دی‌فرولوئیل‌متان) تهیه گردید وتوسط روش سطح ... بیشتر در این پژوهش با هدف بهبود بازده بارگذاری واندازه ذرات، نانوکامپوزیت کیتوزان‌مونت‌موریلونیت (Chitosan-MMT)، به وسیله روش ژل‌سازی یونی جهت کنترل رهایش کارکامین (دی‌فرولوئیل‌متان) تهیه گردید وتوسط روش سطح پاسخ بهینه‌سازی شد. متغیرهای متفاوت (غلظت پلی‌ساکارید، درصد مونت‌موریلونیت، غلظت سورفکتانت (فعال کننده سطح)، مقدار دارو و مدت زمان ارتعاش اولتراسونیک جهت تعیین فرمولاسیون بهینه بررسی شد. دو متغیر غلظت پلی‌ساکارید و حجم توئین که بر بازده بارگذاری و اندازه ذرات کارایی قویتری داشتند، برای به‌دست آوردن فرمول مطلوب انتخاب شدند. غلظت پلی‌ساکارید، غلظت فعال کننده سطح و زمان ارتعاش اولتراسونیک بیشترین تاثیر را بر اندازه ذرات داشت. افزودن مونت موریلونیت به طور قابل ملاحظه‌ای باعث افزایش بازده بارگذاری کارکامین شد. درصد مطلوب برای مونت-موریلونیت30% بود. همچنین، افزایش مقدار کارکامین تا مقدار بهینه (میلی‌گرم/ میلی‌لیتر) منجر به افزایش بازده بارگذاری شد. شاخصه‌های فیزیکوشیمیایی فرمولاسیون بهینه نانوسامانه از منظر بازده درون‌گیری، پروفایل رهایش دارو، اندازه، پتانسیل زتا، مورفولوژی سطح و طیف FTIR تعیین گردید. فرمولاسیون A2 با اندازه ذرات 23.8-31.6 nm بازده بارگذاری 93.71% و پتانسیل زتاmV 0.18 ± -38.73 به عنوان فرمول بهینه انتخاب شد. بررسی‌های SEM و FTIR نشان از مورفولوژی کروی و عدم وجود برهمکنش شیمیایی میان نانوسامانه و دارو بوده است.

10. اثر جهت‌گیری عامل خودترمیم آوندی بر بازدهی ترمیم در کامپوزیت اپوکسی-الیاف شیشه

علیرضا عدلی؛ کریم شلش نژاد؛ محمد رضا خوشروان آذر؛ محمد محمدی اقدم

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 11 فروردین 1399

چکیده

در این پژوهش به مطالعه تجربی اثر جهت‌گیری عامل خودترمیم آوندی بر استحکام کششی و بازدهی ترمیم در کامپوزیت‌ اپوکسی-الیاف شیشه پرداخته شده است. ابتدا الیاف شیشه توخالی (با قطر خارجی 450±10 میکرومتر و کسر ... بیشتر در این پژوهش به مطالعه تجربی اثر جهت‌گیری عامل خودترمیم آوندی بر استحکام کششی و بازدهی ترمیم در کامپوزیت‌ اپوکسی-الیاف شیشه پرداخته شده است. ابتدا الیاف شیشه توخالی (با قطر خارجی 450±10 میکرومتر و کسر تهینگی 50%-55%) با استفاده از یک دستگاه اکسترودر تولید شد. سپس، الیاف شیشه توخالی با اجزای خود ترمیم پر شد و به عنوان خودترمیم آوندی در چند لایه کامپوزیتی استفاده شد. جهت‌گیری آوند‌های خودترمیم در سه سطح 0، 45 و 90 درجه نسبت به راستای الیاف شیشه تقویت‌کننده، و فاصله آوندها از یکدیگر 200 میکرومتر در نظر گرفته شد. نمونه‌های شاهد، آسیب دیده و ترمیم شده تحت آزمون کشش قرار گرفتند و بازدهی ترمیم مطالعه شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که وجود آوندهای خالی در زوایای 0، 45 و 90 درجه در ساختار کامپوزیت سبب به ترتیب 17%، 14% و 21% کاهش در استحکام کششی می شود. آسیب در نمونه‌های کشش با کرنش 1.2% ایجاد شد و سپس فرایند خودترمیم در دمای ℃ 70 و مدت زمان 48 ساعت انجام شد. در مرحله بعد، بازدهی ترمیم با استفاده از آزمون کشش اندازه‌گیری شد. نتایج آزمون های کشش و بازدهی ترمیم نشان داد که بهترین جهت‌گیری برای چینش آوند‌های حاوی عامل خودترمیم، زاویه 45 درجه نسبت به راستای الیاف شیشه تقویت‌کننده می‌باشد، بطوریکه در این حالت بازدهی ترمیم 42% است. شکل شناسی آوندهای شکسته شده و محل های ترمیم شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد.