دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Analytical prediction of mode I strain energy release rate at crack growth initiation of polymeric nanocomposites پیش‌بینی تحلیلی مود اول نرخ رهایی انرژی کرنشی در شروع رشد ترک در نانوکامپوزیت‌های پلیمری 1 10 15702 FA محمود مهرداد شکریه استاد، آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران 0000-0001-9693-1050 افشین زین الدینی دانشجوی دکترا، آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران Journal Article 2015 09 30 In this paper, the effect of carbon nanotubes on mode I strain energy release rate at crack growth initiation of epoxy-based nanocomposites was studied analytically. In this theoretical model, effect of carbon nanotubes debonding from its surrounding resin at the crack tip was postulated as one of the causes of increasing of the strain energy release rate of nanocomposites in comparison with the pure resin. Furthermore, a representative volume element was considered at the nanoscale. The assumed representative volume element contains carbon nanotubes, surrounding resin and the interphase. The available mechanical properties and the thickness of the interphase in the literature were used. Finally, a model for increasing the strain energy release rate of nanocomposites due to presence of carbon nanotubes was introduced based on mechanical properties and geometric parameters of carbon nanotubes and resin. It must be noted that enhancement of strain energy release rate in comparison with the pure polymer was investigated by correlation between nano, micro and macro-scales. To validate the proposed analytical model, results were compared with other experimental results available in the literature. The results show that the present model has a reasonable error and is able to model the effect of single-wall and multi-wall carbon nanotubes on nanocomposites strain energy release rate.   در این مقاله، اثر نانولوله‌های کربنی بر مقدار مود اول نرخ رهایی انرژی کرنشی در شروع رشد ترک در نانوکامپوزیت‌های پایه اپوکسی به‌صورت تحلیلی مطالعه شد. در این مدل تحلیلی، اثر وجود پدیده جدایش نانولوله‌های کربنی از رزین پیرامون آن در ناحیه نزدیک به نوک ترک به‌عنوان یکی از عوامل افزایش نرخ رهایی انرژی کرنشی در نانوکامپوزیت نسبت به رزین خالص با استفاده از یک جزء حجمی معرف مطالعه شد. جز معرف حجمی مفروض برای نانولوله‌های کربنی و رزین پیرامون آن با وجود فاز میانی در نظر گرفته شد. برای تخمین خواص مکانیکی فازمیانی، ضخامت آن از مقادیر گزارش شده در مراجع استفاده شد. در نهایت مدلی برای افزایش نرخ رهایی انرژی کرنشی نانوکامپوزیت، براساس خواص مکانیکی و پارامترهای هندسی نانولوله‌های کربنی و رزین خالص معرفی گردید. لازم بذکر است که احتمال افزایش نرخ رهایی انرژی کرنشی نانوکامپوزیت نسبت به پلیمر خالص، با استفاده از ارتباط بین مقیاس‌های‌ ماکرو، میکرو و نانو مورد بررسی قرار گرفت. برای اعتبارسنجی مدل تحلیلی ارائه شده، نتایج به‌دست آمده از روابط تحلیلی با نتایج مطالعات تجربی سایر محققین مقایسه شد. نتایج نشان دادند که مدل ارائه شده با خطای قابل قبولی، توانایی پیش‌بینی مقدار مود اول نرخ رهایی انرژی کرنشی نانوکامپوزیت‌های پایه اپوکسی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی تک و چندجداره را داراست. https://jstc.iust.ac.ir/article_15702_f1b6fac213a8baf8b794720639965fde.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 An experimental investigation into the effect of surface-modified silica nanoparticles on the mechanical behavior of E-glass/epoxy grid composite panels under transverse loading بررسی تجربی تاثیر افزودن نانوذرات سیلیکای اصلاح شده سطحی بر رفتار مکانیکی پنل‌های مشبک کامپوزیتی اپوکسی- الیاف شیشه تحت بارگذاری عرضی 11 20 16146 FA حامد خسروی دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران رضا اسلامی فارسانی دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران 0000-0002-7838-6199 Journal Article 2015 10 14 Grid-stiffened composite (GSC) structures have been maturely developed in aerospace, aircraft and automobile industries due to their attractive properties such as high specific strength and stiffness, superior load bearing capacity, and excellent energy absorption capability. These structures undergo various loading conditions in service. In the present study, iso-GSC structures reinforced with silica nanoparticles (SiO₂) have been investigated in terms of their capability to improve the mechanical properties during transverse loading. At first, a silane coupling agent (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane/3-GPTS) was introduced onto the silica nanoparticle surface and the effects of silica content (0, 1, 3, and 5 wt.% with respect to the matrix material) on the three-point flexural response of isogrid E-glass/epoxy composites were assessed. Based on the Fourier transform infrared (FT-IR) spectra, it was inferred that the 3-GPTS coupling agent was successfully grafted onto the surface of silica nanoparticles after modification. The results showed that nano-SiO₂ particles incorporation affected the flexural properties of the isogrid fibrous composites. Maximum improvements in the flexural load and energy absorption were obtained after adding 3 wt.% nano-SiO₂ particles. In this condition, up to 14% and 25% increase in the maximum flexural load and energy absorption, respectively were observed, compared to the sample without silica addition. In these structures, a considerable amount of energy absorption occurred beyond primary failure at the peak load point. Furthermore, the flexural stiffness was increased by increasing the silica loading. In conclusion, this study suggests that the addition of modified silica nanoparticles is a promising method to improve the flexural properties of the grid-stiffened fibrous composite structures.       سازه‌های مشبک کامپوزیتی به‌علت دارابودن خواص منحصر به‌فرد همانند استحکام و مدول ویژه بالا، ظرفیت تحمل بار بسیار بالا و همچنین میزان جذب انرژی فوق‌العاده، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع صنایع هوا و فضا و همچنین خودروسازی پیدا کرده‌اند. این سازه‌ها در حین سرویس شرایط مختلف بارگذاری را تجربه می‌کنند. در تحقیق حاضر، پنل‌های مشبک کامپوزیتی با هندسه ایزوگرید و تقویت‌شده با نانوذرات سیلیکا تحت بارگذاری عرضی مطالعه شده‌اند. در گام اول، سطح نانوذرات سیلیکا به‌وسیله عامل کوپلینگ تری گلیسید اکسی پروپیل تری متوکسی سیلان (3-GPTS) اصلاح شد و در ادامه تاثیر افزودن درصدهای مختلف نانوسیلیکا در زمینه (صفر، 1، 3 و 5 درصد وزنی) بر رفتار خمش سه‌نقطه‌ای پنل‌های مشبک کامپوزیتی اپوکسی- الیاف شیشه نوع E مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح سطحی نانوذرات سیلیکا و برهمکنش آن‌ها با عامل کوپلینگ 3-GPTS توسط طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) مورد تأیید قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که افزودن نانوذرات سیلیکای اصلاح سطحی‌شده رفتار خمش سه‌نقطه‌ای پنل‌های مشبک کامپوزیتی الیافی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بیشترین میزان بهبود در مقادیر بار حداکثر خمشی و جذب انرژی ویژه پنل‌ مشبک کامپوزیتی با افزودن 3 درصد وزنی نانوسیلیکای اصلاح سطحی شده به‌ترتیب با 14 درصد و 25 درصد افزایش مشاهده شد. همچنین در این کامپوزیت‌ها کسر قابل توجهی از جذب انرژی سازه بعد از نقطه حداکثر بار حاصل شد. علاوه بر این، سفتی سازه با افزودن نانوذرات سیلیکا افزایش یافت. در مجموع، تحقیق حاضر موید آن است که افزودن نانوذرات سیلیکای اصلاح سطحی‌شده به‌عنوان جزء سوم در سازه‌های مشبک کامپوزیتی می‌تواند به بهبود خواص مکانیکی آن‌ها تحت بارگذاری عرضی کمک شایانی کند. https://jstc.iust.ac.ir/article_16146_b996f9609f0750e3bbdf52445a22cfc1.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Micromechanical study of fibre- matrix debonding and matrix cracking using cohesive zone model and extended finite element method بررسی مایکرومکانیک جدایش الیاف- ماتریس و رشد ترک‌های ماتریسی به‌کمک مدل ناحیه چسبنده و روش المان محدود تعمیم یافته 21 30 18060 FA امین فرخ آبادی استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران محسن نقدی نسب دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران Journal Article 2015 09 15 One of the most important issues about the composites behavior in different loading conditions is the initiation and propagation of various damage modes that have significant effects on the application of these materials. Fiber/matrix debonding is one of the first damage modes that appears in different composites and causes the formation of other damage modes like matrix cracking. In the present study, by using the cohesive zone model (CZM) as well as an extended finite element method (XFEM) and by applying a transverse loading on different representative volume elements (RVE’s) in micromechanical scale, the effects of initiation and propagation of different damage modes like fiber/matrix debonding and matrix cracking will be studied. To this aim, the authors start by studying the behavior of cohesive zone model and validating the applied method by simulating the previous researchs. Then, the effects of cohesive zone on different volume elements will be studied and the results will compare with each other. Finally by entering the effects of matrix cracking initiation and propagation using the extended finite element method, effects of cohesive zone damage and matrix cracking will be studied simultaneously based on finite element method and using Abaqus software یکی از موارد مهم درباره رفتار کامپوزیت‌ها در شرایط بارگذاری مختلف، پیدایش و رشد مودهای خرابی متنوعی است که دارای تأثیر بسزایی بر نحوه عملکرد آن‌ها هستند. مود خرابی مربوط به جدایش اتصال بین الیاف و ماتریس را می‌‌توان جزو اولین موارد در پیدایش خرابی در کامپوزیت‌های مختلف دانست که متعاقب آن و یا به‌صورت هم‌زمان، مودهای خرابی دیگری هم‌چون ترک‌های ماتریسی نیز به‌وجود می‌آیند. در مقاله حاضر با استفاده از مدل ناحیه چسبنده و المان محدود تعمیم یافته و با اعمال بارگذاری عرضی بر المان‌های حجمی نماینده در فاز مایکرومکانیک، اثرات پیدایش و رشد خرابی‌هایی هم‌چون جدایش بین الیاف و ماتریس، و ترک‌های ماتریسی مطالعه شده است. بدین منظور، در ابتدا رفتار ناحیه چسبنده بررسی شده و با شبیه‌سازی نتایج مربوط به جدایش الیاف از ماتریس در مقالات گذشته، روش طراحی صحت‌سنجی شده است. سپس اثرات مدل ناحیه چسنده در المان‌های حجمی مختلف مطالعه و نتایج آن‌ها با یکدیگر مقایسه می‌شوند. در ادامه با وارد کردن اثرات مربوط به پیدایش و رشد ترک ماتریسی با استفاده از روش المان محدود تعمیم یافته، اثرات ناشی از خرابی ناحیه چسبنده و ترک‌های ماتریسی به‌صورت هم‌زمان با استفاده از روش المان محدود و نرم‌افزار آباکوس مطالعه می‌شوند. https://jstc.iust.ac.ir/article_18060_58f0c31fbecfaeccb4c08eb37ea9e4f7.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Modeling of Impregnation in the Pultrusion of Thermoplastic Composites مدلسازی آغشتگی در فرآیند پالتروژن کامپوزیتهای گرمانرم 31 42 16147 FA هادی قربانی دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمد گلزار دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران امیرحسین بهروش دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2015 09 22 The impregnation prediction of melted thermoplastic into reinforced fiber is the one of the challenges in pultrusion of thermoplastic composites. In this paper, tow impregnation models has been presented to analyze the impregnation in the pultrusion process of thermoplastic composites. At first, a simple model based on Darcy’s law is provided. In the first model, without considering microscopic impregnating flow, velocity of macroscopic flow and pressure of the molten thermoplastic calculated along the axis of the pultrusion mold. The calculated pressure in the macroscopic flow in the axial direction is combined with Darcy equations in microscopic and macroscopic flow, then the simple equation is obtained to calculate the radial velocity of melted thermoplastic and the radius dimension of the dry region of the fiber agglomeration. This dry region radius shows an estimate of the degree of impregnation. In the second part, a developed model has been proposed. In this model, microscopic flow and the radius changes of agglomeration are considered. Darcy equation is written in two radial microscopic and macroscopic axial direction flows. The perfect equation considering the macroscopic and microscopic flow is proposed. This equation represents the relationship between pressure drops in macroscopic axial and microscopic radial direction and the radius of the dry region and agglomeration radius with other constants. An iterative solution algorithm for solving the developed model is used. Both models for a series of inputs have been calculated. The degree of impregnation and radius of dried fiber region in agglomerations has been calculated. چکیده پیش‌بینی آغشتگی مذاب و الیاف تقویت‌کننده یکی از چالش‌های پالتروژن کامپوزیت گرمانرم‌ها می‌باشد. در این مقاله، دو مدل آغشتگی در فرآیند پالتروژن کامپوزیت گرمانرم توصیف شده است. ابتدا یک مدل ساده بر پایه رابطه دارسی ارایه شده است. در این مدل ابتدا بدون در نظر گرفتن جریان میکروسکوپیک، سرعت جریان ماکروسکوپیک محاسبه شده و فشار مذاب گرمانرم در جهت محور قالب در هر موقعیت طولی قالب محاسبه می‌شود. سپس به‌کمک محاسبه فشار در جریان ماکروسکوپیک طولی و ارتباط رابطه دارسی در دو جهت شعاعی میکروسکوپیک و طولی ماکروسکوپیک، رابطه ساده‌ای برای به‌دست آوردن سرعت جریان میکروسکوپیک شعاعی و شعاع خشک توده الیاف ارایه شده است که تخمینی از درجه آغشتگی را نشان می‌دهد. در بخش دوم، یک مدل آغشتگی توسعه یافته ارایه شده است که جریان میکروسکوپیک و تغییرات شعاع توده الیاف در طول قالب در آن در نظر گرفته شده است. معادله‌های دارسی در دو جهت جریان میکروسکوپیک شعاعی و جریان ماکروسکوپیک طولی نوشته شده است. با ترکیب رابطه‌ها، معادله‌ی کاملی با در نظر گرفتن دو جریان میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک ارایه شده است. این معادله، گرادیان فشار در راستای طولی و شعاعی را به شعاع توده الیاف و شعاع منطقه خشک توده الیاف و ثابت های دیگر ارتباط می‌دهد. یک الگوریتم حل تکرار شونده برای حل مدل توسعه یافته ارایه شده است و هر دو مدل با در نظر گرفتن ورودی‌های مدل حل و شعاع آغشته نشده در توده الیاف و درجه آغشتگی محاسبه شده است. https://jstc.iust.ac.ir/article_16147_ed4c1b66c7147f042c4cd33dbede174c.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Experimental studies on morphology and impact behavior of PA6/ABS/CaCO3 nanocomposites مطالعه تجربی شکل‌‌شناسی و رفتار ضربه‌ای نانوکامپوزیت‌های PA6/ABS/CaCO3 43 50 15903 FA محمد براهنی کارشناس ارشد, دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران کریم شلش نژاد دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران 0000-0002-4215-3246 اعظم میراعلمی کارشناس ارشد، پلیمر، شرکت کیمیافروز، تهران، ایران علیرضا عدلی دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران بهزاد هاشمی سودمند دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2015 09 15 Nanocomposites based on PA6/ABS (60/40) containing 3 phr of POE-gr-MA and 2, 5 and 8 wt.% of CaCO₃ nanoparticles (10-15 nm) were prepared by melt compounding, using a co-rotating twin-screw extruder, followed by injection molding process. The morphology and impact properties were characterized. The inclusion of coated CaCO₃ nanoparticles into PA6/ABS altered the morphology, and as a consequence, ABS particle size in PA6 matrix was increased. This result was attributed to the nonpolar natures of ABS and coated CaCO₃ as well as very small nanoparticles’ size. Incorporation of CaCO₃ nanoparticles noticeably affected the impact properties. By adding 2 wt.% of nanoparticles, the impact strength in notched samples was increased as high as 160% when compared to net PA6/ABS. Due to their high flexibility, no break was observed in unnotched samples containing 2 and 5 wt.% of nanoparticles. نانوکامپوزیت‌هایی بر پایه آمیخته PA6/ABS (40/60) در حضور 3 قسمت وزنی سازگارکننده POE-gr-MA و حاوی 2، 5 و 8 درصد وزنی نانوذرات کلسیم کربنات (15-10 نانومتر) با استفاده از اکسترودر دوپیچی و دستگاه قالب‌گیری تزریق پلاستیک تولید شد. شکل‌شناسی و خواص ضربه‌ای نمونه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. وجود نانوذرات کلسیم کربناتپوشش داده شده باعث تغییر در ریزساختار و افزایش اندازه ذرات ABS در زمینه PA6 شد. این نتیجه به ماهیت غیرقطبی ABS و نانوذرات کلسیم کربنات پوشش داده شده و همچنین اندازه بسیار ریز نانوذرات نسبت داده شد. به‌کارگیری نانوذرات کلسیم کربنات در آمیخته PA6/ABS به‌طور قابل ملاحظه‌ای بر خواص ضربه‌ای اثر گذاشت. نتایج آزمایشات تجربی نشان داد، مقاومت ‌ضربه‌ای شکاف‌دار در نمونه‌های محتوی 2 درصد وزنی نانوذرات، بیش از 160 درصد نسبت به آمیخته پلیمری PA6/ABS افزایش یافت. در نمونه‌های ضربه بدون شکاف، در حضور 2 و 5 درصد وزنی نانوذرات، به‌دلیل انعطاف‌پذیری زیاد نمونه‌ها، شکستی رخ نداد. https://jstc.iust.ac.ir/article_15903_911b10b73d26005b82c8d2b5256f2403.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 The structure and corrosion properties of polyester-clay nanocomposite coatings and effect of curing on coatings properties بررسی ساختار و خواص خوردگی پوشش نانوکامپوزیتی پلی‌استر-نانو‌رس و تاثیر نوع پخت بر خواص پوشش 51 58 18061 FA ابوذر گل گون دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمود علی اف خضرایی استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران منصور طورانی دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمد حسین مرادی دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران احسان گل گون کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران Journal Article 2015 10 18 In this paper, structure and morphology of powder coatings created by electrostatic spraying method and also the corrosion protection properties of these coatings, were investigated. For this purpose, 5%Wt nanoclay was embedded in polyester matrix using different and continuous mixing methods. Fabricated nanocomposite powder and pure polyester powder were applied on the carbon steel by electrostatic spraying method. Morphology and structure of nanoclay was studied by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). SEM and TEM micrograph showed lamellar structure of nanoclay. Also the morphology and structure of the created coatings were analyzed by SEM. The results of SEM for coatings showed that the nanocomposite coatings have less pores and are more compact than pure coatings. The corrosion properties of coatings were investigated by immersion test and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Corrosion test results showed that the corrosion resistance of the nanocomposite coatings have increased about 30 times than pure coatings در این مقاله به بررسی خواص خوردگی، ساختار و مورفولوژی پوشش‌های پلیمری ایجاد شده به‌کمک دستگاه پاشش الکترواستاتیک پرداخته ‌شده است. به این منظور نانوذرات رس به میزان 5% وزنی درون زمینه پلیمر پلی‌استری به‌کمک روش‌های متوالی و مختلف اختلاط به‌خوبی پراکنده‌شده و سپس پودر نانوکامپوزیتی تهیه ‌شده به‌کمک روش پاشش الکترواستاتیک روی سطح قطعات فولاد ساده کربنی پوشش داده ‌شده و با پوشش‌های پلی‌استری خالص مقایسه شدند. مورفولوژی و ساختار نانوذرات‌ رس توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری بررسی شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مربوط به نانوذرات ‌رس نشان دهنده صفحات لایه‌لایه ‌رس می‌باشد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی پوشش‌ها نشان می‌دهد که با افزودن نانوذرات ‌رس، میزان حفرات پوشش‌های نانوکامپوزیتی نسبت به پوشش‌های خالص کاهش ‌یافته است. همچنین با استفاده از آزمون‌های غوطه‌وری و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، خواص خوردگی پوشش‌ها بررسی شد. نتایج آزمون‌های خوردگی نشان می‌دهند که مقاومت به خوردگی پوشش نانوکامپوزیتی در اثر افزودن نانوذرات ‌رس افزایش‌ یافته است. https://jstc.iust.ac.ir/article_18061_b64f6155563e634a2e0c13b684e73a1f.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Electromechanical response analysis of a rotating piezoelectric cylinder with functionally graded material under thermomagnetic fields تحلیل پاسخ الکترومکانیک سیلندر دوار پیزوالکتریک با خواص مواد تابعی تحت میدان مغناطیسی و حرارتی 59 72 19069 FA محمد حسینی استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران عباس زندی باغچه مریم کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران Journal Article 2015 12 11 In this paper, electromechanical response analysis of a rotating piezoelectric cylinder with functionally graded material under thermomagnetic fields is presented. In this study all mechanical, magnetic, electrical and thermal piezoelectric material properties, were considered to follow an identical power law in the radial direction. Using heat transfer equation in one dimension (1D) with symmetric boundary conditions, the temperature changes in the steady-state can be achieved. According to Maxwell electrodynamics equations, Lorentz magnetic force is obtained due to the presence of an externally applied axial magnetic field. Using the equation of temperature distribution in the cylinder wall thickness under considered boundary conditions and the use of electromechanical relations by acquiring the magnetic force, inhomogeneous differential equation is derived and then solved by analytical method. Also, the ANSYS finite-element software is employed for thermo-piezo-mechanical analysis of a rotating functionally graded piezoelectric cylinder. By providing a numerical example, the effect of various parameters such as the intensity of the magnetic field and temperature and coefficient of heterogeneous material on the stress and strain behavior, electric potential distributions and radial displacement of cylinder is investigated. To validate the results, comparisons are made with the solutions for FGM cylinder available in the literature. در این مقاله رفتار الکترومکانیک سیلندر دوار پیزوالکتریک با خواص ماده تابعی واقع‌ شده در میدان مغناطیسی و حرارتی بررسی شده است. در این بررسی تمام خصوصیات مکانیکی، مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی ماده پیزوالکتریک به‌صورت تابع توانی که در راستای شعاع تغییر می‌کند، در نظر گرفته شده است. با استفاده از معادله انتقال حرارت در یک بعد و با در نظرگرفتن شرط متقارن بودن سیلندر، می‌توان تغییرات دما در حالت پایا را به‌دست آورد. با بهره‌گیری از معادلات الکترودینامیکی ماکسول و در نظرگرفتن میدان مغناطیسی اولیه هم‌راستا با محور سیلندر، نیروی ناشی از آن برای حالت ناهمگن به‌دست می‌آید. با استفاده از معادلات توزیع دما در جداره سیلندر تحت شرایط مرزی در نظر گرفته شده و به‌کارگیری از روابط تعادل الکترومکانیک و با به‌دست آوردن نیروی ناشی از میدان مغناطیسی، معادله دیفرانسیل غیرهمگنی استخراج می‌شود که با روش تحلیلی حل شده است. همچنین در این مطالعه تحلیل ترمومکانیک یک سیلندر پیزوالکتریک با خواص تابعی نیز با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس (ANSYS) انجام شده است. با بهره گیری از روش تحلیلی و عددی و با ارائه مثال‌های عددی، تأثیر پارامتر مختلف از جمله شدت میدان مغناطیس و حرارت و ضریب ناهمگنی بر رفتار تنش و کرنش، توزیع پتانسیل الکتریکی و جابه‌جایی شعاعی سیلندر بررسی شده است. به‌منظور بررسی صحت نتایج حاصل شده، نتایج با مطالعات گذشته در زمینه سیلندر با مواد مدرج تابعی مقایسه شده‌اند. https://jstc.iust.ac.ir/article_19069_301f15170f8fa6dfaac42989e3eed1af.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Frequency analysis of SMA composite beam resting on Pasternak elastic foundation using four engineering beam theories تحلیل فرکانسی تیر کامپوزیتی آلیاژ حافظه‌دار روی بستر الاستیک پاسترناک با استفاده از چهار نظریه مهندسی تیر 73 84 16148 FA ایمان رحیمی بافرانی دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران حمید اختراعی طوسی دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران Journal Article 2015 09 10 In the last decades, the production of smart materials have led to modern structures with superior properties. Among these materials one may points to the Shape Memory Alloys (SMAs) which show the capability of retaining the large plastic strains when exposed to outer temperature or traction loadings. The developement of SMA acuators in the forms of wire and stent have attracted many attentions in the fields of engineering and smart structures. In this regard, an analytical model is represented for the composite beam with shape memory alloy wires resting on the Pasternak elastic foundation. The composite beam is simply-supported in both sides and pre-strained SMA wires are embedded in the middle of the cross section. The governing equations of Euler-Bernoulli, Rayleigh, Shear and Timoshenko beams are extracted using the Hamilton's principle. By heating the beam, strain recovery operation will produce a tensile force along the beam. This tensile force in turn will produce a compressive force against the beam supports. The resulted force is modeled by martensite transformation. By normalizing the governing equations, analytical relations are provided to evaluate the exact solution of natural frequency. The validity of results are established by comparing the typical solution with similar solution in the literature. Based on the analyses, the effects of Pasternak foundation coefficients, number of SMA wires, thickness to span ratio, recoverable strain limit and span to width ratio on the natural frequency in temperature above the austenite finish temperature are found and represented by using the engineering beam theories در چند دهه‌ی اخیر، تولید مواد هوشمند منجر به ایجاد سازه‌های برتر با خواص ممتاز شده است. از جمله‌ی این مواد می‌توان به آلیاژ‌های حافظه‌دار، که قابلیت بازیابی کرنش‌های پلاستیک بزرگ در اثر اعمال تنش یا حرارت را دارند، اشاره نمود. توسعه‌ی عملگر‌های آلیاژ حافظه‌دار به شکل‌های سیم و استنت در حوزه‌های مهندسی و سازه‌های هوشمند بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا، مدل تحلیلی برای تیر کامپوزیتی با الیافی از جنس آلیاژ حافظه‌دار که روی بستر الاستیک پاسترناک قرار گرفته، ارائه شده است. تیر کامپوزیتی دارای تکیه‌گاه ساده در دو طرف بوده و الیاف حافظه‌دار با پیش-کرنش فشاری در لایه‌ی میانی تیر قرار گرفته‌اند. معادله‌های دیفرانسیل حاکم بر تیر‌های اولر-برنولی، رایلی، برشی و تیموشنکو با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده‌اند. با اعمال حرارت، عملیات بازیابی کرنش، نیروی کششی در راستای طول تیر اعمال و این نیرو منجر به ایجاد نیروی فشاری در تکیه‌گاه‌ها می‌شود. نیروی ایجاد شده با استفاده از رابطه‌ی تغییر فاز مارتنزیتی مدل شده است. با بی‌بعد‌سازی معادله‌های دیفرانسیل حاکم، روابط تحلیلی برای ارزیابی پاسخ دقیق فرکانس طبیعی تیر ارائه شده است. اعتبار نتایج از طریق مقایسه‌ی موردی با تحلیل‌های مشابه مورد صحت‌سنجی قرار گرفته است. براساس تحلیل‌های انجام شده، تاثیر ضرایب بستر الاستیک پاسترناک، تعداد الیاف حافظه‌‌دار، نسبت ضخامت به طول تیر، حد کرنش قابل بازیابی و نسبت طول به پهنای تیر روی فرکانس طبیعی در دمای بالاتر از دمای پایان آستنیت براساس نظریه‌های مختلف مهندسی تیر تعیین و ارائه شده است. https://jstc.iust.ac.ir/article_16148_f4ef8355f2db482222fe8d3a030e2279.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Effect of solid ring preheating and cooling conditions on bonding of Mg-Al composite produced by centrifugal casting اثر دمای پیش‌گرم پوسته جامد و شرایط سرمایش بعد از انجماد در اتصال کامپوزیت دوفلزی منیزیم-آلومینیم تولید شده به‌روش ریخته‌گری گریز از مرکز 85 92 19194 FA مرتضی سروری کارشناس ارشد،دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران مهدی دیواندری دانشیار، دانشکده مهندسی موادو متالورژی ، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران Journal Article 2016 02 10 Abstract Production of Mg-Al bimetal composite, for weight reduction of industrial components and decrease in fuel consumption, has taken attentions in the transport industry during recent years. In this research Mg melt was poured at 700 Celsius into Al hollow cylinder, with 1.5 melt to solid volume ratio (Vm/Vs), preheated at various temperature including; 320, 400 and 450 Celsius, respectively, while they were rotating at 1600 rpm in a vertical centrifugal casting machine. Effect of the cooling process after pouring, and also contraction behavior of magnesium-aluminum bimetal during solidification, under centrifugal force, was studied. Preheating temperature from 350 to 450 Celsius led to the increasing of reaction layer and phase changes. Study of microstructure using scanning electron microscope (SEM) equipped with x-ray spectroscopy showed Al₃Mg₂ and Al₁₂Mg₁₇ intermetallic compounds, eutectic structure and Mg solid solution are formed in the interface. Keep the casting in the casting machine, while rotating and cooling to the range of 150 Celsius, prevented creation of contraction cracks and separation of two layers composite alloy. چکیده تولید کامپوزیت فلزی‌های منیزیم- آلومینیم، به‌منظور کاهش وزن قطعات صنعتی و افزایش بازده مصرف سوخت، در سال‌های اخیر مورد توجه صنعت حمل‌‌ و‌ نقل قرار گرفته است. در این تحقیق منیزیم در دمای 700 درجه‌ی سلسیوس و نسبت حجمی مذاب-جامد (Vm/Vs) 5/1 داخل استوانه‌ی توخالی آلومینیمی، پیش‌گرم شده در دماهای مختلف شامل 320، 400 و 450 درجه‌ی سلسیوس  و سرعت دوران 1600 دور بر دقیقه، درون یک دستگاه گریز از مرکز عمودی ریخته‌گری شد. اثر شرایط سرد کردن و همچنین تداوم نگهداری نمونه‌ها در داخل دستگاه، تحت نیروی گریز از مرکز تا انجماد کامل، بررسی شد. تغییرات دمای پیش‌گرم جامد، از 320 تا 450 درجه‌ی سلسیوس، منجر به افزایش لایه واکنشی و تغییرات فازی شد. نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف‌سنج پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al₃Mg₂ و Al₁₂Mg₁₇، ساختار یوتکتیک و همچنین محلول جامد منیزیم-آلومینیم در فصل مشترک تشکیل می‌شود. نگه‌داشتن نمونه در دستگاه، تا سرد شدن و رسیدن به محدوده دمایی 150 درجه‌ی سلسیوس، از بروز ترک‌های انقباضی و نهایتا جدا شدن دو فلز جلوگیری می‌کند https://jstc.iust.ac.ir/article_19194_e6a3684de5e80c535db4f65de1d27041.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 3 1 2016 06 01 Micromechanical fracture modeling of unidirectional composite material under transverse loading مدل‌سازی میکرومکانیک شکست مواد مرکب با الیاف تک‌جهته تحت اثر بارگذاری عرضی 93 106 19292 FA محمد طاهای ابدی دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران Journal Article 2015 12 15 A micromechanical model is presented to analyze the fracture response of unidirectional composite materials considering the nonlinear behavior of matrix material under loading more than the yield strength as well as the fiber-matrix debonding and matrix cracking. The composite microstructure is characterized with repeating unit cell with regular or random fiber-packing patterns. The micromechanical model is employed for composite material with aluminum matrix and carbon fibers. The high rigidity fibers are modeled as linear isotropic elastic material, while matrix material is characterized with elastic-plastic model. The damage initiation stage in matrix material is described by principal strain criterion accompanied with damage evolution considering stiffness degradation up to crack formation. The bonding between fiber and matrix is modeled using cohesive model, in which damage initiation criterion depends on the normal and shear strength of the cohesive zone. The micromechanical model is employed to study the effects of fiber distribution, fiber volume fraction, fiber-matrix bonding strength on the crack propagation through the microstructure as well as the stress-stain graph up to the fracture of microstructures. مدل میکرومکانیکی برای تحلیل شکست مواد مرکب تقویت‌شده با الیاف تک‌جهته در بارگذاری عرضی ارائه می‌شود که علاوه بر مدل‌سازی رفتار غیرخطی زمینه در اثر بارگذاری بیش از حد تسلیم آن، قابلیت مدل‌سازی عیوب ناشی از جدایش بین زمینه و الیاف و ترک‌های زمینه را دارد. میکروساختار مواد مرکب با استفاده از سلول‌های واحد و با فرض متناوب بودن میکروساختار توصیف می‌شود که در آن الیاف به‌صورت منظم یا غیرمنظم توزیع شده است. مدل میکرومکانیک برای تعیین استحکام عرضی مواد مرکب با زمینه‌ی آلومینیوم و الیاف کربن استفاده می‌شود که الیاف با توجه به صلبیت بالای آن‌ها با مدل الاستیک خطی همسانگرد و زمینه با مدل الاستیک-پلاستیک همسانگرد توصیف می‌شود. معیار پیدایش عیوب در زمینه براساس معیار حداکثر کرنش اصلی و با توجه به میزان کرنش نهایی ماده‌ی زمینه توصیف می‌شود که افزایش تنش اعمالی پس از پیدایش عیب منجر به کاهش سفتی ماده و در نهایت ایجاد ترک در ماده‌ی زمینه می‌شود. اتصال بین زمینه با استفاده از مدل چسبناکی توصیف و پیدایش عیوب در آن با توجه به میزان استحکام محوری و برشی اتصال تعیین می‌شود. مدل میکرومکانیک برای مطالعه‌ی اثر توزیع هندسی الیاف در میکروساختار، درصد حجمی الیاف، اثر استحکام اتصال بین زمینه و الیاف استفاده شده و نواحی ایجاد عیوب و نحوه‌ی گسترش آن‌ها، علاوه بر نمودارهای تنش-کرنش در ماده مرکب تعیین می‌شود. https://jstc.iust.ac.ir/article_19292_dcacc2b04bdf831ef070af1abeb61d7a.pdf