دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Design and manufacturing of Al-Mg2Si cylindrical functionally graded composites using in-situ centrifugal casting طراحی و ساخت کامپوزیت‌های استوانه‌ای شکل تابعی مدرج Al-Mg2Si با استفاده از روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا 1749 1757 252077 10.22068/jstc.2022.542863.1756 FA محمد نیرومند کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران یاسر وحیدشاد استادیار، مهندسی مواد و متالورژی، پژوهشکده حمل و نقل فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران مسعود امامی استاد، مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران کارن ابری نیا استاد، مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران Journal Article 2021 11 28 In recent decades, the use of metal matrix composites and functionally graded materials for achieving a combination of mechanical and physical properties has increased. In this research, an in-situ centrifugal casting method was used to make the samples. The primary composite used in this method was Al-15wt.% Mg2Si. In situ prepared functionally graded samples were successfully manufactured at 1000, 1300, and 1700 rpm rotational speeds. Optical microscopy was used to examine the microstructure of the samples, and a Vickers hardness tester was used to examine the mechanical properties. The cross-section of the fabricated samples was divided into two parts, the reinforced and the matrix parts. Porosity increased as a destructive parameter in the reinforced area. The hardness increased as the volume fraction of particles in the reinforced area was increased. Also, hardness increased in the chilled zone due to the fine-grains and trapped particles in that area. Solutionizing heat treatment was performed for the fabricated samples. By observing the microstructure, there was no change in the placement trend of the primary particles, but the morphology of the primary and eutectic Mg2Si particles were changed. Hardness increased after heat treatment while its gradient did not change. در دهه‌های اخیر استفاده از کامپوزیت‌های زمینه فلزی و مواد تابعی مدرج به دلیل بدست آمدن تلفیقی از خواص مکانیکی و فیزیکی گسترش پیدا کرده است. در این پژوهش روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا برای ساخت قطعات استفاده شد. کامپوزیت اولیه مورد استفاده در این روش Al-15wt.%Mg2Si بود. قطعات تابعی مدرج درجا با سرعت‌های دورانی 1000، 1300 و 1700 دور بر دقیقه با موفقیت ساخته شدند. برای بررسی ریزساختار نمونه‌های تولید شده از میکروسکوپ نوری و برای بررسی خواص مکانیکی از سختی سنجی ویکرز استفاده شد. مقطع نمونه‌های ساخته شده به دو قسمت تقویت شده و ماتریس تفکیک شدند و مشاهده شد که با افزایش دور قالب، اندازه قسمت تقویت شده کاهش می‌یابد ولی درصد حجمی ذرات در آن ناحیه افزایش پیدا می‌کند. تخلخل به عنوان متغیری مخرب در قسمت تقویت شده افزایش پیدا کرد. سختی در ناحیه تقویت شده افزایش یافت و بیشینه مقادیر سختی برای قطعات با سرعت دورانی‌های 1000 و 1300 دور بر دقیقه به ترتیب معادل 5/67 و 70 ویکرز بدست آمد. همچنین در ناحیه کنار قالب، سختی افزایش یافت و بیشینه مقدار سختی برای قطعه با سرعت دورانی 1700 دور بر دقیقه، معادل 70 ویکرز در این ناحیه بدست آمد. عملیات حرارتی انحلال برای نمونه‌های ساخته شده انجام شد. با مشاهده ریزساختار دیده شد که مورفولوژی ذرات Mg2Si اولیه و یوتکتیک تغییر کرده‌اند. سختی پس از عملیات حرارتی با حفظ روند کمی افزایش پیدا کرد. https://jstc.iust.ac.ir/article_252077_ebe366c14eac998595e9fa23f2a7a278.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Extraction of Mechanical Properties of Carbon Nanotubes in water Based Polymer latex for Application in Petroleum Well Cementing استخراج خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی در لاتکس پلیمری پایه آبی برای کاربرد در سیمان چاه‌های نفت و گاز 1758 1766 252196 10.22068/jstc.2022.547520.1768 FA حمید بذرکار دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد بین‌المللی کیش، دانشگاه آزاد اسلامی، جزیره کیش علیرضا لرک استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد صفادشت، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران. بابک امین نژاد استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، رودهن. Journal Article 2022 01 28 Cement protector sheath as a factor of durability and stability in oil and gas wellbore structure plays a vital role in the continuous sustainable production from hydrocarbon reservoirs. In order to enhance the mechanical properties of cement protector sheath, this research has focused on the use of carbon nanotubes due to their proven excellent mechanical properties. Although this idea has previously been an exciting topic for research in the development of cement and concrete, In this regard, as research innovation, to overcome the non-uniform distribution challenges of organic carbon nanotubes in the cement aqueous base medium, an advanced technique for making emulsion nano polymers was handled to disperse the nanoparticle cores in the polymer matrix. According to the findings of this work, carbon nanotubes disperse effectively in polymer emulsions, and polymer latex disperses well in the aqueous base of cement, allowing for a wide dispersion of nanoparticles to benefit from their maximal surface performance and mechanical properties. Non-agglomeration of nanoparticles in the cement structure has led to the use of the highest reactive and physical surface of these nanoparticles, which has significantly strengthened the mechanical properties of cement mass after hardening. The experimental results significantly increase the Young modulus to 580% From 4.12 GPa for the benchmark sample compared to 28 GPa for the modified sample with 4%W of the nanopolymer. The optimized samples in slurry form also provide good rheological properties for pumping capability and sufficient hydrostatic pressure to control the wellbore pressure. این تحقیق به منظور تقویت خواص مکانیکی سیمان، بر بکار گیری از نانولوله‌های کربنی به دلیل داشتن خواص مکانیکی عالی تمرکز کرده است. اگرچه کاربرد نانولوله های کربنی بعنوان تقویت کننده مواد سیمانی به موضوع هیجان انگیزی برای تحقیقات در توسعه بتن و سیمان مطرح‌شده بود, اما به دلیل چالش‌های ذاتی این ماده در توزیع و انطباق پذیری با محیط کاربرد, عملکرد چشم‌گیری مطابق بر انتظارات حاصل نشد. در این راستا به عنوان یک نوآوری تحقیقاتی، برای غلبه بر چالش عدم توزیع یکنواخت نانولوله‌های کربنی آلی در محیط پایه آبی زمینه سیمان از تکنیک‌های پیشرفته سنتز نانو کامپوزیت‌های پلیمر و پلیمریزاسیون مینی امولسیونی استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که نانولوله‌های کربنی در امولسیون‌های پلیمری پراکنده می‌شوند و لاتکس پلیمری نیز به‌خوبی درزمینه پایه آبی سیمان پراکنده می‌شود و توزیع گسترده‌ای از نانو ذرات را به‌منظور بهره‌گیری از بیشترین عملکرد سطحی و خصوصیات مکانیکی آن‌ها میسر می‌کند. عدم کلوخه شدن و تجمع نانو ذرات در ساختار سیمان سبب بهره‌گیری از بیشترین سطح واکنشی و فیزیکی از این نانو ذرات شده است که به‌طور چشمگیری بر تقویت خصوصیات مکانیکی توده سیمان پس از سخت شدن تأثیر داشته است به طوری که نتایج تجربی افزایش قابل‌توجه مدول یانگ تا 580٪، از 4.12 گیگاپاسکال برای نمونه معیار در مقایسه با 28 گیگاپاسکال برای نمونه 4 اصلاح‌شده با 4 درصد وزنی نانو پلیمر را نشان می‌دهد. این نمونه ها در فرم دوغاب نیز خصوصیات رئولوژی معیار برای قابلیت پمپاژ و اعمال فشار هیدروستاتیکی کافی برای کنترل چاه را به خوبی مهیا می کنند. https://jstc.iust.ac.ir/article_252196_63ea6843f1655f17d922ecd6f3a5678a.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Comparison of moisture aging effect on flexural and buckling behavior of two types of balsa core sandwich structures مقایسه اثر پیرسازی رطوبتی بر رفتار خمشی و کمانشی دو نوع ساختار ساندویچی مبتنی بر هسته بالسا 1767 1779 252900 10.22068/jstc.2022.549100.1772 FA مسلم نجفی استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران. رضا انصاری استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت. Journal Article 2022 02 19 Despite the unique superior properties of balsa such as reasonable price and excellent mechanical properties, the hydrophilicity and high sensitivity of this material to moisture absorption have posed a serious challenge to its increasing use in the construction of advanced marine structures. If moisture can penetrate into the composite skins, the balsa core sandwich structures will absorb a lot of water and compromise its structural integrity. In this study, to improve the mechanical properties and the environmental resistance of sandwich structures with balsa core against the moist environmental conditions, the idea of using fiber metal laminates instead of polymer composite skins has been proposed. For this purpose, sandwich structures with balsa core and two types of composite skins made of glass fiber/epoxy and fiber metal laminate were subjected to environmental and mechanical tests. The most important results obtained from the 100-day aging test in water show that the maximum water absorption in sandwich specimens with glass fiber/epoxy composite and fiber metal laminate skins having sealed edges and artificial damage is 106.71% and 83.32%, respectively. In addition, by evaluating the flexural and buckling behavior of two types of sandwich structures, before and after the moisture aging process, it was found that the reduction of flexural load, flexural stiffness and maximum buckling load due to moisture aging in sandwich specimens with glass fiber/epoxy composite skin with sealed edges were 23.43%, 23.15% and 36.14%, respectively, and for specimens with fiber metal laminate skin were much less, and 13.57%, 11.06% and 16.14%, respectively. ‌به رغم ویژگی‌های منحصر به فرد برتر بالسا نظیر قیمت مناسب و خواص مکانیکی عالی، آب‌دوستی و حساسیت فراوان این ماده به جذب رطوبت، استفاده روزافزون از آن را در ساخت سازه‌های پیشرفته دریایی با چالش جدی مواجه نموده است. در صورت نفوذ رطوبت به پوسته‌های کامپوزیتی، ساختارهای ساندویچی مبتنی بر هسته بالسا دچار جذب آب شدید شده و انسجام ساختاری آن به مخاطره می‌افتد. در این مطالعه، به منظور ارتقاء خواص مکانیکی و همچنین مقاومت محیطی ساختارهای ساندویچی مبتنی بر هسته بالسا در مواجهه با شرایط محیطی مرطوب، ایده استفاده از چندلایه‌های الیافی فلزی به جای پوسته‌های کامپوزیتی پلیمری پیشنهاد شده است. بدین منظور، ساختارهای ساندویچی با هسته بالسا و دو نوع پوسته کامپوزیتی ساخته‌شده از الیاف شیشه/اپوکسی و چندلایه الیافی فلزی تحت آزمون‌های شرایط محیطی و مکانیکی قرار گرفتند. اهم نتایج به دست آمده از آزمون پیرسازی 100روزه در آب نشان می‌دهد که حداکثر میزان جذب آب در نمونه‌های ساندویچی با پوسته کامپوزیت الیاف شیشه/اپوکسی و چندلایه الیافی فلزی با لبه‌های آب‌بندی‌شده و دارای آسیب مصنوعی به ترتیب 106.71% و 83.32% است. همچنین با بررسی رفتار خمشی و کمانشی دو نوع ساختار ساندویچی مذکور، پیش و پس از فرایند پیرسازی رطوبتی مشخص شد که کاهش بار خمشی، سفتی خمشی و بار کمانشی بیشینه ناشی از پیرسازی رطوبتی در نمونه‌های ساندویچی با پوسته کامپوزیت الیاف شیشه/اپوکسی با لبه‌های آب‌بند به ترتیب 23.43%، 23.15% و 36.14% و برای نمونه‌های با پوسته چندلایه الیافی فلزی به مراتب کمتر و به ترتیب 13.57% و 11.06% و 16.14% بوده است. https://jstc.iust.ac.ir/article_252900_7ee3349993c41903997aa521b4cfe2dc.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Tensile properties of flexible latex-based composites reinforced by cotton fibers in the presence of shape memory alloys خواص کششی کامپوزیت‌های انعطاف‌پذیر پایه لاتکس تقویت شده با الیاف پنبه در حضور آلیاژهای حافظه‌دار 1780 1788 252552 10.22068/jstc.2022.550531.1776 FA کاوه بستام کارشناسی ارشد ، گروه مهندسی مکانیک، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه افشین زین الدینی استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه. Journal Article 2022 03 14 The main of this paper is to determine the tensile properties of natural flexible composites. In order to fabricate the composites, the cotton fibers and the latex were used as the reinforcement and matrix, respectively. At the first step, the latex samples were manufactured and tested under tensile loading. In the next step, using the cotton fiber the latex was reinforced and then tested under tensile loading. In addition, the NiTi shape memory alloy (SMA) wire was used to improve the tensile properties of the pure latex and the cotton/latex laminated composites. Therefore, one, two or three NiTi wires were used in the pure latex and cotton/epoxy composites samples. The results of experimental study displayed that in the presence of cotton fiber, the ultimate tensile strength of pure latex was increased from 0.93 to 13.51 MPa. Moreover, it was observed that due to adding one, two or three NiTi wires, the ultimate strength of the pure latex was enhanced almost 70, 500 and 800%, respectively. However, the ultimate tensile strength of the cotton/epoxy laminated composites in the presence of one, two and three NiTi wires was increased almost 2, 20 and 40%, respectively. In addition, comparison of the current research results with the other researchers’ investigations manifests that the cotton/epoxy composites reinforced by NiTi wire, the tensile strength of this flexible material is greater than the tensile strength of natural and artificial leathers. هدف اصلی این مقاله، تعیین خواص کششی کامپوزیت‌های انعطاف پذیر طبیعی است. برای ساخت این کامپوزیت‌ها، الیاف طبیعی پنبه و لاتکس بترتیب بعنوان تقویت‌کننده و زمینه استفاده شدند. در گام اول، نمونه‌های لاتکس خالص ساخته شدند و تحت بار کششی آزمایش شدند. در مرحله بعد با استفاده از الیاف پنبه، لاتکس تقویت گردید و نمونه‌های ساخته شده تحت بار کششی قرار گرفتند. همچنین، از آلیاژ حافظه‌دار نیتینول برای بهبود خواص کششی لاتکس خالص و کامپوزیت‌های لایه‌ای پنبه/لاتکس استفاده گردید. لذا، یک، دو یا سه سیم نیتینول در نمونه لاتکس خالص و کامپوزیت‌های پنبه/لاتکس بکار برده شدند. نتایج مطالعات تجربی نشان دادند که در حضور الیاف طبیعی پنبه، استحکام لاتکس از 0.93 به 13.51 مگاپاسکال افزایش پیدا کرد. بعلاوه، مشاهده شد که به ازای افزودن یک، دو و سه سیم نیتینول، استحکام کششی نهایی نمونه‌های لاتکس خالص بطور تقریبی بترتیب 70، 500 و 800 درصد افزایش می‌یابد. در حالیکه استحکام کششی نهایی کامپوزیت‌های لایه‌ای به ازای افزودن یک، دو و سه سیم نینینول بطور تقریبی بترتیب 2، 20 و 40 درصد افزایش می‌یابد. همچنین، مقایسه نتایج این تحقیق با مطالعات سایر محققین نشان می‌دهد که با کامپوزیت‌های پنبه/اپوکسی تقویت شده با سیم نیتینول، استحکام کششی این ماده انعطاف‌پذیر از چرم‌های طبیعی و مصنوعی بطور قابل توجهی بزرگتر است. https://jstc.iust.ac.ir/article_252552_3a543e6f227f57729e47c25e970a4da3.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Experimental and mathematical investigation of mechanical and microstructural properties of PA6/NBR nanocomposite reinforced with Silicon carbide nanoparticles بررسی تجربی و ریاضی خواص مکانیکی و ریزساختار نانوکامپوزیت های PA6/NBR تقویت شده با نانوذرات کاربید سیلیسیم 1789 1796 253489 10.22068/jstc.2022.549961.1774 FA هادی سلیمانی دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان. محمد رضا نخعی امرودی استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران. قاسم نادری استاد، مهندسی پلیمر، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران. Journal Article 2022 03 28 In this paper, the addition of silicon carbide (SiC) nanoparticles to polyamide 6 (PA6) / acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) blends was performed by friction stir process. In order to achieve optimal mechanical responses of tensile strength and elongation at break, response surface methodology (RSM) was used to optimize the process parameters of rotational speed (ω), traverse speed (V) and material parameter as silicon carbide nanoparticles (S) content. The validation of the mechanical results was done with compare the microstructure of nanocomposite samples by scanning electron microscopy (SEM). Using mathematical models, the results showed that tensile strength and elongation at break are increased by increasing the rotational speed from 800 rpm to 1200 rpm when the values of silicon carbide content and traverse speed are constant. By selecting the rotational speed of 1200 rpm, traversed speed of 20 mm/min, and 2.784 wt.% of SiC process and material parameters, the maximum tensile strength, and elongation at break can be achieved. Observation of scanning electron microscopy images confirmed that the changes in mechanical properties are related to the changes in the elastomeric phase of NBR. در این مقاله، افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم (SiC) به وسیله فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) به ترکیب پلی آمید 6 (PA6)/ لاستیک آکریلونیتریل بوتادین (NBR) انجام گرفت. بهینه سازی پارامتر های فرایندی سرعت دورانی پین (ω) و سرعت خطی شولدر (V) و پارامتر موادی مقدار نانوذره کاربید سیلیسیم (S) نیز در جهت دستیابی به پاسخ های مکانیکی بهینه استحکام کششی و تغییر طول در هنگام شکست از روش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد. اعتبار سنجی نتایج مکانیکی با استفاده از مقایسه ریزساختار نمونه های نانوکامپوزیتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. با استفاده از مدل‌ های ریاضی، نتایج نشان داد که استحکام کششی و تغییر طول در هنگام شکست با افزایش سرعت چرخش از 800 rpm به 1200 rpm در مقادیر ثابت کاربید سیلیسیم و سرعت خطی افزایش می‌یابد. بعلاوه، نتایج بهینه سازی اثبات کرد، با انتخاب مقادیر 1200 rpm، 20 mm/min و 2.784 wt.% کاربید سیلیسیم به ترتیب به عنوان پارامتر های فرایندی و موادی، شرایط برای دستیابی به حداکثر مقدار استحکام کششی و تغییر طول در هنگام شکست به طور همزمان فراهم خواهد شد. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده شد، تغییرات در خواص مکانیکی به تغییر اندازه فاز الاستومری NBR در ریزساختار نمونه های مختلف وابسته است. https://jstc.iust.ac.ir/article_253489_1c5f04bfdfc47283e6e7d823919f4009.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 The effect of Inconel 625 value on mechanical and tribological properties of PTFE-based composites: Experimental and molecular dynamics simulation studies تأثیر مقدار اینکونل 625 بر روی خواص مکانیکی و تریبولوژیکی کامپوزیت‌های زمینه تفلون : مطالعات تجربی و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی 1797 1805 253068 10.22068/jstc.2022.551166.1778 FA حمید دانشمند دانشجوی دکتری، ارگان اصلی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران. مسعود عراقچی استادیار، ارگان اصلی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران. Journal Article 2022 04 03 PTFE-based composites are widely used as sealing materials. These composite materials are industrially manufactured and supplied with various reinforcements. Despite the desirable properties of commercial seals, these materials are generally not capable of sealing in specific working conditions and require the design and construction of PTFE-based composite with new reinforcements. In this study, Inconel 625 alloy powder was used as a reinforcing phase to make the PTFE-based composite. The effect of weight percentage of reinforcement on mechanical and tribological properties of composites has been investigated. In addition, the molecular dynamics simulation was used to investigate the composite wear. Addition of Inconel 625 significantly improves PTFE wear resistance. Addition of Inconel 625 reinforcing phase to PTFE matrix changes the PTFE wear mechanism from fatigue to adhesive type. Molecular dynamics simulation studies have shown that this is due to the high interaction energy at the junction of PTFE and Inconel 625, which does not allow PTFE to be easily separated from the sample. Among the developed composites, PTFE-reinforced composite with 50% by weight Inconel 625 had the best combination in terms of hardness (70 shore D) and specific wear rate (4/710-4 mm3 / Nm). The manufacturing method is easy to use and the manufactured samples are capable of industrial production. کامپوزیت‌های زمینه تفلون به‌طور گسترده به‌عنوان مواد آب‌بندی استفاده می‌شوند. این مواد کامپوزیتی با تقویت‌کننده‌های مختلف به‌صورت صنعتی ساخته و عرضه‌شده‌اند. باوجود خواص مطلوب آب‌بندهای تجاری، این مواد به‌طورکلی قابلیت آب‌بندی در شرایط خاص کاری را ندارند و نیاز به طراحی و ساخت آب‌بندهای کامپوزیت زمینه تفلون با تقویت‌کننده‌های جدید می‌باشد. در این مطالعه از پودر اتمیزه آلیاژ اینکونل 625 به‌عنوان فاز تقویت‌کننده برای ساخت کامپوزیت زمینه تفلون استفاده شده است. تأثیر درصد وزنی تقویت‌کننده بر روی خواص مکانیکی و تریبولوژیکی کامپوزیت‌ها بررسی شده است. بعلاوه، از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به‌منظور بررسی سایش کامپوزیت استفاده شد. فزودن اینکونل 625 به‌طور قابل‌توجهی مقاومت سایش تفلون را بهبود می‌بخشد. افزودن فاز تقویت‌کننده اینکونل 625 به زمینه تفلون سبب تغییر ساز‌ و کار سایش تفلون از نوع خستگی به نوع چسبنده می‌شود. با بررسی‌های شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مشخص شد که علت این امر به سبب انرژی برهمکنش بالا در فصل مشترک تفلون و اینکونل 625 می‌باشد که اجازه نمی‌دهد تفلون به‌سادگی از نمونه جدا شوند. در بین کامپوزیت‌های توسعه‌یافته، کامپوزیت زمینه تفلون تقویت‌شده با 50 درصد وزنی اینکونل 625 بهترین ترکیب از نظر سختی (70 شور D) و نرخ سایش ویژه (4-10 4/7 mm3 / Nm) را داشت. روش ساخت به سهولت قابل استفاده می‌باشد و نمونه‌های ساخته‌شده قابلیت تولید صنعتی را دارند. https://jstc.iust.ac.ir/article_253068_dea0a0e967f19795499c40bc4fba673a.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 A numerical study on crack closure using a combination of self-healing microcapsules and shape memory alloy wires مطالعه عددی بسته شدن ترک با استفاده از ترکیب میکروکپسول خودترمیم و سیم‌های آلیاژ حافظه‌دار 1806 1816 252901 10.22068/jstc.2022.551477.1780 FA محسن طاهری بروجنی دانشجوی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران. محمد جواد اشرفی استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران. Journal Article 2022 04 07 Self-healing materials can be used as one of the types of smart materials in recovering and repairing equipment and preventing breakdown and fracture of tools. There are several ways to increase the efficiency and repeatability of the self-healing process, one of which is to combine self-healing microcapsules with shape memory alloys. Although several laboratory studies have been performed in this field, this method has not been given the attention it deserves. In this study, an attempt has been made to evaluate the performance of this compound using the finite element simulation method. For this purpose, used glass microcapsule and Ni-Ti SMA within the concrete matrix. After examining the results, the effect of shape memory alloy wires on increasing the maximum fracture stress was quite obvious. By adding two shape memory wires, the fracture tension has increased from 1.93 MPa to 2.08 MPa. Also, the most important effect is to close the crack opening distance in such a way that using two shape memory wires, the distance of the crack opening has decreased from 5 μm to 0.008 μm. Then, the effect of radius of memory alloy wires and thickness ratio and volume fraction of microcapsules on ultimate fracture stress and self-healing performance was investigated. Finally, the effect of interface strength on microcapsule fracture and ultimate fracture stress is evaluated. مواد خودترمیم به‌عنوان یکی از انواع مواد هوشمند در ترمیم و تعمیر وسایل و پیشگیری از خرابی و از کار افتادگی ابزارها، قابلیت استفاده دارند. روش‌های متعددی برای افزایش بازده و تکرار پذیر کردن فرایند خودترمیمی وجود دارد که یکی از آن روش‌ها، ترکیب میکروکپسول‌های خودترمیم با آلیاژهای حافظه‌دار است. هرچند تعدادی پژوهش آزمایشگاهی در این زمینه انجام شده امّا به این روش آن چنان که باید توجه نشده است. در این پژوهش تلاش شده است تا با استفاده از روش شبیه‌سازی اجزای محدود، نحوه عملکرد این ترکیب ارزیابی شود. به این منظور از میکروکپسولی شیشه‌ای در زمینه بتن و آلیاژ حافظه‌دار از جنس نیکل-تیتانیوم استفاده شده است. پس از بررسی نتایج تأثیر سیم‌های آلیاژ حافظه دار بر افزایش حداکثر تنش شکست، کاملاً مشهود بود. با افزودن دو سیم حافظه دار تنش شکست از 1.93 مگاپاسکال به 2.08 مگاپاسکال رسیده است. همچنین اثر مهم‌تر، بستن دهانه‌ی ترک می‌باشد به نحوی که با استفاده از دو سیم حافظه دار، بازشدگی دهانه‌ی ترک از 5 میکرومتر به 0.008 میکرومتر رسیده است. سپس تأثیر شعاع سیم‌های آلیاژ حافظه‌دار و نسبت ضخامت و نسبت حجمی میکروکپسول بر تنش نهایی شکست و عملکرد خودترمیمی بررسی گردیده است. در انتها تأثیر استحکام لایه میانی بر شکست میکروکپسول و تنش نهایی شکست ارزیابی شده است. https://jstc.iust.ac.ir/article_252901_d8708840b244f09fe35c6d3d381a564a.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 The role of mechanical alloying time on the thermal and mechanical behavior of Al/Ni reactive composites نقش مدت زمان آلیاژسازی مکانیکی در ریزساختار و رفتار حرارتی و مکانیکی کامپوزیت-های واکنشی Al-Ni 1817 1825 254391 10.22068/jstc.2022.551087.1777 FA علی علیزاده دانشیار، مهندسی مواد، دانشگاه مالک اشتر، تهران. محمد استخری فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران. محمدرضا زحمتکش فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران. مهدی عبدالهی آذغان دانشجوی دکتری، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران. Journal Article 2022 04 12 Reactive composites are a new group of composite materials consisting of two or more materials that cannot ignite or explode in the Environmental conditions, but can release a lot of energy due to shock and severe impact loads. This study aimed to investigate the effect of milling time on the microstructure, thermal and mechanical properties of the Al-Ni composite. For this purpose, the Al-Ni compound with a 2:1 Al:Ni molar ratio was milled for 0.5, 1, 2, 4 and 6 hours in attrition mill and mixed. Then the samples were cold press and sintered at 400 ˚C under argon atmosphere for one hour. The microstructure of samples was analyzed by field emission scanning electron microscope (FESEM) and XRD. To investigation of thermal properties DSC and DTA analysis and for mechanical properties compression test and Hopkinson test were used. The DSC analysis results showed that by increasing the milling time, the reaction start temperature decreased from 650.34 °C in the sample milled to 0.5 hour to 645.84 °C the sample milled to 6 hour and the reaction heat (enthalpy) decreased from 26.87 J/g to 14.84 J/g. The results of compression and Hopkinson tests of samples after 6 hours milling time showed 21 and 42 percent increase in compressive strength, respectively compared to samples after 0.5 hours milling time. Also, the results showed that the compressive strength increased by changing the strain rate from 0.01 s-1 (in the pressure test) to 1000 s-1 (in the Hopkinson test). کامپوزیت‌های واکنشی گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی که متشکل از دو یا چند ماده هستند؛ به‌طوری‌که در شرایط محیطی قادر به اشتعال یا انفجار نیستند ولی در اثر شوک و بارهای ضربه‌ای شدید و افزایش دما، قابلیت آزادسازی انرژی زیادی را دارند. هدف در این تحقیق، بررسی اثر مدت زمان آسیاکاری بر ریزساختار و خواص حرارتی و خواص مکانیکی کامپوزیت Al-Ni است. به این منظور، ترکیب‌ Al-Ni با نسبت مولی 2:1 در 0.5، 1، 2، 4 و 6 ساعت آسیاکاری و مخلوط شدند. سپس نمونه‌ها پرس سرد شده و در دمای ˚C 400 به مدت یک ساعت تحت اتمسفر گاز خنثی تف‌جوشی شدند. ریزساختار به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و XRDآنالیز شد. برای بررسی خواص حرارتی از DSC و DTA و برای خواص مکانیکی از آزمون فشار و هاپکینسون استفاده شده است. نتایج آزمون DSC نشان داد که با افزایش زمان آسیاکاری دمای شروع واکنش از ˚C 650.34 در نمونه 0.5 ساعت آسیاکاری شده به ˚C 645.84 در نمونه 6 ساعت آسیاکاری شده و گرمای واکنش (آنتالپی) از J/g 26.87 به J/g 14.84 کاهش پیدا کرد. نتایج آزمون فشار و هاپکینسون برای نمونه با 6 ساعت آسیاکاری به ترتیب افزایش 21 و 42 درصدی استحکام فشاری را در مقایسه با نمونه با 0.5 ساعت آسیاکاری نشان داد. همچنین نتایج نشان داد با افزایش نرخ کرنش از s-1 0.01 (در آزمون فشار) به s-1 1000 (در آزمون هاپکینسون) تنش فشاری افزایش می‌یابد. https://jstc.iust.ac.ir/article_254391_62096740195ad3d3bd209fb9cab009e8.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Free vibration analysis of sandwich plates with magnetorheological smart fluid core by Using modified shear deformation theory تحلیل ارتعاش آزاد ورق‌های ساندویچی با هسته سیال هوشمند مگنتورئولوژیکال با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی اصلاح شده 1826 1835 252952 10.22068/jstc.2022.552957.1782 FA کوروش خورشیدی دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک. 0000-0002-7321-972X یاسین شعبانی دانشجوی کارشناسی‌ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک. Journal Article 2022 04 30 In this paper, the free vibrations of a three-layer sandwich plate with magneto-rheological fluid (MR) core as a smart structure using Trigonometric Shear Deformation Theory (TSDPT) are investigated. The equations of motion are obtained using the Hamilton principle and solved using the Galerkin residual weight method. The complex shear modulus of the MR material in the pre-yield region was described by complex modulus approach as a function of magnetic field intensity. Primary attention is focused on the effects of magnetic field magnitude, geometric aspect ratio, and MR core layer thickness on the dynamic characteristics of the sandwich plate. When an electric field is applied, the damping of the system is more effective. After validation of the present study with the available results in the literature, the effects of the natural frequencies and loss factors on the dynamic behavior of the sandwich plate are examined and discussed. The results show that increasing the intensity of the magnetic field increases the frequency and depreciation coefficient of each mode. Furthermore, increasing the thickness of the fluid has a direct effect on increasing the depreciation coefficient and decreasing the frequency. With the increasing use of smart structures, it is hoped that the findings of this study will make engineering applications more effective. در مقاله حاضر، ارتعاش آزاد ساندویچ ورق‌های مستطیلی حاوی سیال مگنتورئولوژیکال در هسته به عنوان یک سازه هوشمند با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی اصلاح شده مثلثاتی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. به دلیل قابلیت تغییرات سریع ویسکوزیته سیال موجود در هسته، این سازه میتواند در کنترل ارتعاشات و مستهلک کردن انرژی مورد استفاده قرار گیرد. معادلات حاکم بر سازه به کمک اصل همیلتون و بدست آمده و با کمک روش باقی‌مانده وزنی گلرکین در شرایط مرزی چهارلبه ساده حل شده‌اند. تاثیرپذیری فرکانس و ضریب استهلاک مودال به عنوان دو پارامتر اصلی در تحلیل رفتار ارتعاشی این سازه، تحت عوامل مختلفی نظیر شدت میدان مغناطیسی و ضخامت سیال در هسته همراه با تاثیر پارامتر‌های هندسی مورد بررسی قرار گرفتهاند. برای نشان دادن دقت روابط حاصل‌شده، نتایح بدست آمده را با مقالات معتبر مقایسه و اعتبارسنجی شده است. نتایج حاکی از آن است که افزایش شدت میدان مغناطیسی باعث افزایش فرکانس و ضریب استهلاک نظیر هر مود میشود. همچنین افزایش ضخامت سیال تاثیر مستقیمی بر افزایش ضریب استهلاک و کاهش فرکانس دارد. باتوجه به کاربردهای روزافزون سازه های هوشمند امید است یافته‌های این پژوهش در کارآمدتر شدن کاربردهای مهندسی آن موثر باشد. https://jstc.iust.ac.ir/article_252952_06f27f0912e1ec1a1050c81ef463ea20.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 A novel approximate method for determining mixed mode I/II bridging law of laminated composites روش تقریبی جدید برای تعیین قانون پل‌زنی مود ترکیبی I/II کامپوزیت‌های لایه‌ای 1836 1848 253946 10.22068/jstc.2022.555832.1791 FA زهرا دانشجو استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران . 0000-0002-0431-5929 Journal Article 2022 06 20 This paper has been presented according to the importance of crack bridging in mixed mode I/II delamination of laminated composites and it is aimed to understand the physics of crack bridging. Firstly, the most important micro-mechanisms involved during fiber bridging are introduced. To do this, interlaminar fracture tests have been performed on composite specimens. Also, the fracture surfaces and the damage zone on the edge of the specimens have been observed using a scanning electron microscope (SEM). In the following, due to the complexity of the existing bridging models and the difficulty of determining their various parameters, a novel approximate method has been presented. In this method, which is based on a more complex physics-based model, the bridging laws are extracted by preserving the physics of the problem and considering simple approximations. The main advantage of the proposed method is the achievement of bridging laws using simpler relationships with fewer required parameters. Finally, the validity of the method has been evaluated through a comparison of the traction-separation behavior predicted by the proposed approximate bridging laws with the experimental traction-separation curves in different mode mixities. در این مقاله با توجه به اهمیت پدیده پل‌زنی ترک حین رشد تورق در کامپوزیت‌های لایه‌ای تحت مود ترکیبی I/II و به منظور فهم فیزیک مسئله پل‌زنی ترک، ابتدا با انجام آزمایش‌های شکست بین لایه‌ای بر روی نمونه‌های‌ کامپوزیتی و مشاهده سطوح شکست و ناحیه آسیب جلوی نوک تورق بر روی لبه نمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، به شناسایی و معرفی مهم‌ترین مایکرومکانیزم‌های درگیر حین پدیده پل‌زنی الیاف پرداخته می‌شود. در ادامه، با توجه به پیچیدگی مدل‌های موجود برای پیش‌بینی قوانین پل‌زنی در تورق کامپوزیت‌های لایه‌ای و دشواری تعیین پارامترهای متعدد موجود در آن‌ها، یک روش تقریبی جدید برای تعیین قانون پل‌زنی بر اساس یک مدل پیچیده‌تر مبتنی بر فیزیک ارائه شده است. در این روش، با حفظ مبنای فیزیکی مسئله و از طریق جایگذاری تقریب‌های ساده در توصیف پل‌زنی، به استخراج قوانین پل‌زنی پرداخته شده است. مزیت اصلی روش ارائه شده، دستیابی به قوانین پل‌زنی با استفاده از روابط ساده‌تر و با تعداد پارامترهای موردنیاز کمتر است. در نهایت به منظور ارزیابی صحت و دقت روش، رفتار کشش- جدایش ناحیه پل‌زنی پیش‌بینی شده توسط قانون پل‌زنی تقریبی ارائه شده با منحنی‌های کشش- جدایش تجربی در نسبت ترکیب مودهای مختلف مقایسه خواهد شد. https://jstc.iust.ac.ir/article_253946_ba96164e0227e7b36a27d8840f169cae.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Using a Multi Domain Generalized Differential Quadrature Method to Study the Effect of Crack on the Vibrational Behavior of Composite Cylindrical Shell استفاده از روش مربعات تفاضلی تعمیم یافته چند دامنه‌ای برای تحلیل اثر ترک بر رفتار ارتعاشی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی 1749 1760 254258 10.22068/jstc.2022.556051.1792 FA علی طالع زاده لاری استادیار، مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی لارستان، لار. Journal Article 2022 06 22 In this study, the vibration of a composite cylindrical shell in the presence of a longitudinal and circumferential crack was investigated. The governing equations were derived based on the first-order shear deformation theory and could be converted to Donnell’s, Love’s, and Sanders’ theories by selecting proper parameters. A multi-domain generalized differential quadrature method was used to solve the problem. In this technique, a physical domain was decomposed into several elements. Then, a generalized differential quadrature method was employed to discretize the governing equations, boundary conditions at shell edges, and the compatibility conditions at the interface boundaries of adjacent elements in both longitudinal and circumferential directions. Assembling these discretized equations led to a system of algebraic equations, which could be solved through an eigenvalue solution to calculate the natural frequency of the shell. This procedure was coded in Matlab environment. Numerical results obtained by the presented method were compared with Abaqus results and those available in the literature. After verifying the accuracy and precision of the proposed method, it was employed to study the effect of different parameters on the vibrational behavior of cracked composite shells. The obtained results can be used as a benchmark for further studies. در این پژوهش ارتعاشات پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی در حضور ترک طولی و محیطی نفوذ کامل مطالعه شده است. معادلات حاکم بر پایه تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول نوشته شده و با انتخاب مقادیر مناسب برای پارامترها می‌تواند به هر یک از تئوری‌های دانل، لاو و یا ساندرز تبدیل شود. برای حل، از روش مربعات تفاضلی تعمیم‌یافته چند دامنه‌ای استفاده شده است. در این روش، فضای حل به چندین زیردامنه تقسیم شده و گسسته‌سازی معادلات حاکمه و شرایط مرزی لبه‌های پوسته و شرایط سازگاری در مرز مشترک زیردامنه‌ها در هر دو راستای طولی و محیطی به کمک روش مربعات تفاضلی تعمیم‌یافته انجام شده است. در نهایت، با مونتاژ معادلات حاصله، یک دستگاه معادلات جبری تشکیل شده و با استفاده از حل مقدار ویژه فرکانس طبیعی پوسته تعیین شده است. این روند در محیط متلب کدنویسی شده است. پس از مقایسه نتایج این روش با نتایج ارائه شده در مقالات موجود و نیز نتایج نرم‌افزار آباکوس و اطمینان از صحت و دقت آن، از این روش برای بررسی اثر پارامترهای مختلف بر رفتار ارتعاشی پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی دارای تر‌ک استفاده شده است. از نتایج به دست آمده می‌توان برای صحت‌سنجی مطالعات آتی استفاده نمود. https://jstc.iust.ac.ir/article_254258_10f81fc4ccfab0b5012b9569c3daf801.pdf

دانشگاه علم و صنعت ایران علوم و فناوری کامپوزیت 2383-3823 8 4 2022 02 20 Energy absorption of polyester/kenaf fiber/carbon black hybrid composites affected by fibers aspect ratio جذب انرژی کامپوزیت های هیبرید پلی استر/الیاف طبیعی کنف/کربن سیاه تحت تاثیر نسبت اندازه الیاف 1861 1871 254259 10.22068/jstc.2022.557725.1794 FA مهدی کاروان استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان . 0000-0003-2584-4739 محمد صادق میرزایی سیچانی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان. علی اکبری دستگردی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان. Journal Article 2022 07 18 Impact resistance and energy absorption of thermosetting composites not only due to the inherence brittleness of the matrix, but also reinforcing the matrix with other composite components due to agglomerated phases, weak interfacial interaction at the absence of functionalization and coupling agents and thus weak interfacial load transfer could result in more deteriorated thermosetting composites energy absorption behavior. One important geometrical quantity is the effective aspect ratio (AR) of fillers. In this study, hybrid microcomposites of natural kenaf fiber/polyester was prepared through a direct mixing technique using nominal fibers ARs of 160, 250 and 320. To evaluate the synergistic effects, micro-particles of carbon black (CB) at the loading of 0 to 8 wt% were added to specimens with kenaf wt% of 5. The results demonstrated the direct influence of AR and wt% of fibers on the impact resistance with up to 203% improvement. The synergistic effect of CBs on the reference sample containing 5 wt% of fibers of 0.5 and 1 cm and 5 wt% led to 108% increase in the impact resistance in the case of 0.5 cm long fibers; however, at longer fibers the addition of CB resulted in the decrease in impact resistance and no significant changes in absorbed energy. The observed 28 and 65% enhancement in the absorbed energy of behavior of samples filled 5wt% of CB and 5 wt% of kenaf with the length of 0.5 cm compared to neat polyester and the reference kenaf/polyester parts, respectively, confirmed the synergistic effect of CBs and kenaf. مقاومت به ضربه و جذب انرژی کامپوزیت های گرماسخت نه تنها به دلیل تردی ذاتی فاز زمینه یک چالش جدی محسوب می گردد، بلکه تقویت این فاز زمینه با دیگر مولفه های کامپوزیتی به دلیل وجود فازهای آگلوموره و برهمکنش های ضعیف در غیاب اصلاح کننده ها و عامل های کوپلینگ و در نتیجه انتقال نیروی ضعیف در فصل مشترک می تواند خواص جذب انرژی کامپوزیت های گرمانرم را بحرانی تر نماید. یکی از کمیت های هندسی مهم بر روی عوامل مذکور ضریب اندازه موثر الیاف می باشد. در این مطالعه، میکروکامپوزیت های هیبرید الیاف طبیعی کنف/پلی استر توسط روش ترکیب مستقیم با نسبت اندازه نامی الیاف کنف معادل 160، 250 و 320 ساخته شده و به منظور بررسی خواص هم افزایی، میکروذرات کربن سیاه با صفر تا 8 درصد وزنی به نمونه ها با درصد الیاف 5 افزوده شد. نتایج تاثیر مستقیم ضریب اندازه و درصد وزنی الیاف بر روی استحکام ضربه را با افزایش تا 203% نشان داد. اثر هم افزایی کربن سیاه بر روی نمونه های مرجع با طول الیاف 5/0 و 1 سانتیمتر با درصد 5 منجر به 108% افزایش در استحکام ضربه در طول الیاف 5/0 سانتیمتر شد ولیکن در طول الیاف بلندتر منجر به کاهش ضربه پذیری و عدم تاثیر چشمگیر بر انرژی جذب کامپوزیت ها شد. مشاهده 28 و 65 درصد بهبود انرژی جذب به ترتیب نسبت به پلی استر خالص و نمونه های مرجع 5% کنف با طول 5/0 سانتیمتر در 5% کربن سیاه اثر هم افزایی کربن سیاه/کنف را تائید نمود. https://jstc.iust.ac.ir/article_254259_06bd6c33bf79c3462f92e2fe8c7863c3.pdf