دانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823Geometrical optimization of submarine pressure hull considering one-way fluid-solid interactionبهینهسازی هندسی بدنه فشار شناور زیر سطحی با در نظر گرفتن تاثیر متقابل یک طرفه سازه-سیال1941195170105310.22068/jstc.2022.554504.1785FAمحسنعلی گلیکارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.علی اصغرعطاییدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهرا ن.محتبیحقیقی یزدیدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران0000-0002-9014-7844علیرضاریاسیعضو هیات علمی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهرانJournal Article20220802In this paper, the profile of the longitudinal and transverse sections of a submarine, which is located at a certain depth, based on the hydrodynamic pressure imposed on the submarine body by the fluid flow, from a structural point of view and considering the buckling resistance of the body under external pressure optimized. The calculation of hydrodynamic pressure has done using computational fluid dynamics analysis and body geometry optimization using ANSYS Workbench software. The pressure body of the submarine withstands almost the most pressure and hence it is considered to be made of polymer based composite material. Considering that the studied geometry and the type of loading (hydrodynamic load) in this article are complex, and analytical relationships for stress analysis are not available in this research, buckling is obtained using software calculations and by performing submarine stress analysis with the desired initial geometry, forces and stresses applied to the body have been calculated and hydrodynamically and structurally studied. Assuming 12 geometrical variables and minimizing weight and drag force as objective functions, by optimization methods, optimal longitudinal and transverse profile and this process is repeated until the desired values are reached. The results obtained in this article indicate that the use of non-circular shapes such as pseudo-ellipses in the design and construction of submarines can replace circular sectionsدر مقاله ی حاضر، نمایه مقطع طولی و عرضی یک زیردریایی، که در عمق مشخصی قرار دارد، بر مبنای فشار هیدرودینامیک که بر بدنه زیردریایی توسط جریان سیال وارد میشود، از دیدگاه سازه ای و با در نظر گرفتن مقاومت کمانشی بدنه تحت فشار خارجی بهینه سازی شده است. محاسبه فشار هیدرودینامیکی با استفاده از تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی و بهینهسازی هندسه بدنه با استفاده از نرمافزار ANSYS Workbench انجام شده است. بدنه فشار زیردریایی تقریبا بیشترین فشار را تحمل میکند و از اینرو از جنس کامپوزیت پایه پلیمری در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه هندسهی مورد مطالعه و نوع بارگذاری (بار هیدرودینامیکی) در این مقاله پیچیده است و همچنین روابط تحلیلی برای بررسی تنش در این پژوهش موجود نیست، کمانش با استفاده از محاسبات نرمافزاری، بدست آمده و با انجام تحلیل تنش زیردریایی با هندسه اولیه مورد نظر، نیروها و تنشهای وارده به بدنه، محاسبه شده و از نظر هیدرودینامیکی و سازهای نیز مورد مطالعه قرار گرفتهاست. با فرض 12 متغیر هندسی و کمینه کردن وزن و نیروی پسا به عنوان توابع هدف، توسط روش های بهینهسازی، نمایه طولی و عرضی بهینه و این روند تا رسیدن به مقادیر مطلوب تکرار میشود. نتایج بدست آمده در این مقاله حاکی از آن است که بکارگیری اشکال غیر دایروی همچون شبه بیضی در طراحی و ساخت زیردریایی میتواند جایگزین مقاطع دایروی شود.https://jstc.iust.ac.ir/article_701053_3d4d0c098ef61c006496d1c913a8d7fd.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823Fatigue analysis of composite sandwich panel by continuum damage mechanics method with interlayer elementارزیابی عمر خستگی صفحهی ساندویچی کامپوزیتی به روش مکانیک آسیب پیوسته همراه با المان بین لایهای1952196069979210.22068/jstc.2022.563374.1802FAبیژنمحمدیدانشیار،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهرانمحمدحجتوطن خواهدانشجوی دکترا، مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایرانJournal Article20221013According to the structure of sandwich panels, different failure modes occur during periodic loading in these structures. When the effect of these modes on each other is considered the predictions will be more accurate. In this research, a new tool presented with the help of the combination of USDFLD and UMAT subroutine in the Abaqus software to see the mutual fatigue effect of the face and the delamination between the face and the core using the existing models. This tool is used to fatigue analysis of a sandwich beam with a PVC core with different stiffness and AS4/3501-6 composite faces with [0]4, [90]4 layup. The delamination between the face and the core is analyzed by cohesive zone model and the face fatigue by an energy-based model simultaneously. The results showed that with the increase of the core stiffness, the delamination between the face and the core, caused by fatigue, begins later and moves towards the free edges of the plate. It was also observed that the failure mode that controls the life of this structure is the delamination between the face and the core. The results show the decrease in the growth rate of the damage parameter in the cohesive zone for specified element, increase of the crack growth rate and growth rate of the damage parameter in the face during loading.با توجه به گسترش استفاده از مواد مرکب در صنایع مختلف، همواره افزایش دقت در تحلیل خستگی سازههای مرکب موردتوجه است. با توجه به ساختار سازههای ساندویچی، حالتهای خرابی مختلفی هنگام بارگذاری متناوب در این سازهها به وجود میآید. هرچه تأثیر این حالت-ها بر یکدیگر هنگام ارزیابی عمر خستگی دقیقتر در نظر گرفته شود، دقت پیشبینیها افزایش مییابد. در این پژوهش به کمک ترکیب دو زیر برنامهی USDFLD و UMAT در نرم-افزار آباکوس ابزار جدیدی ارائهشده است تا اثر متقابل خستگی پوسته-های سازهی ساندویچی و همچنین جدایش بین پوسته و هسته بر یکدیگر با استفاده از مدلهای موجود دیده شود. این ابزار پس از اعتبار سنجی برای ارزیابی خستگی یک صفحهی ساندویچی با هستهی PVC با سفتیهای متفاوت 50MPa، 3GPa و 1GPa و پوستهی AS4/3501-6 با لایه چینی [0]4، [90]4 استفادهشده است. در این تحلیل جدایش بین پوسته و هسته به کمک مدل ناحیهی چسبنده و خستگی پوسته توسط مدلی بر پایهی انرژی بهصورت همزمان استفادهشده است و اثرات حالتهای خرابی بر یکدیگر در نظر گرفتهشده است. نتایج نشان دادند که با افزایش سفتی هسته شروع جدایش ناحیهی اتصال هسته و پوسته دیرتر رخ میدهد و جدایش بین پوسته و هسته به سمت لبههای آزاد صفحه میرود. همچنین مشاهده شد که خرابی کنترلکنندهی عمر این سازه حالت جدایش بین پوسته و هسته است. نتایج بیانگر کاهش نرخ رشد پارامتر خرابی در ناحیهی چسبنده در یک نقطهی مشخص، افزایش نرخ رشد سطح ترک بین پوسته و هسته و افزایش نرخ رشد پارامتر خرابی در پوسته در طول بارگذاری هستند.https://jstc.iust.ac.ir/article_699792_bf248c0084f5f258fd4a15d02147bb1e.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823A developed micromechanical model to predict electrical properties of polymer nanocomposites containing carbon nanotubesمدل توسعه یافته میکرومکانیکی برای پیش بینی خواص الکتریکی نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانو لوله های کربنی1961196970088610.22068/jstc.2022.563716.1805FAمجتبیمظاهریدانشگاه صنعتی همدان0000-0002-2229-5693جوادپاینده پیماندانشگاه صنعتی همدان0000-0001-7718-3042Journal Article20221018In this paper, a developed micromechanical model to predict the effective electrical conductivity of polymer nanocomposites containing carbon nanotubes was presented. This model was based on mean field theory and considering the quantum tunneling phenomenon of electrons between nanofillers. Carbon nanotube was assumed to be cylindrical, which was covered by an interphase layer. Carbon nanotubes were randomly distributed and oriented inside the polymer matrix. The effect of various parameters such as the geometric dimensions of carbon nanotubes, their aspect ratio, the thickness of the interphase layer, the quantum tunneling of electrons, the conductivity of the polymer matrix, the conductivity of carbon nanotubes and the conductivity of the interphase layer on the effective conductivity of the nanocomposite were considered in the theoretical model. The presented model reproduced the electrical behavior of nanocomposites in the insulating region, the percolation region, and the metal region, as well as the sharp transition of conductivity or the beginning of percolation and the metal region in high volume fractions. The results showed that by increasing the size of carbon nanotubes in nanocomposite, the percolation threshold decreased. The conductivity values of the filler and the matrix, respectively, only affected the metal and insulation areas. Finally, the present model was used to reproduce the experimental reported data that the predicted results were in good agreement with the experimental data.در این مقاله، یک مدل توسعه یافته میکرومکانیکی برای پیش بینی رسانایی الکتریکی موثر نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانولوله های کربنی ارائه شده است. این مدل بر اساس نظریه میدان میانگین و با در نظر گرفتن پدیده تونل زنی کوانتومی الکترون ها بین نانو پرکننده ها ایجاد شده است. نانولوله های کربنی به شکل استوانه فرض شده اند که یک لایه بین فازی آنها را پوشش داده است. نانولوله های کربنی به صورت تصادفی در مکان های مختلف در داخل ماتریس پلیمری و با جهت گیری تصادفی توزیع شده اند. تاثیر پارامتر های گوناگون نظیر ابعاد هندسی نانولوله های کربنی، نسبت اندازه آنها، ضخامت لایه بین فازی، تونل زنی کوانتومی الکترون ها، رسانایی ماتریس پلیمر، رسانایی نانولوله های کربنی و رسانایی لایه بین فازی بر روی رسانایی موثر نانوکامپوزیت در مدل نظری در نظر گرفته شده اند. مدل ارائه شده رفتار های الکتریکی نانوکامپوزیت ها را در ناحیه عایق، ناحیه پرکولاسیون و ناحیه فلزی و همچنین گذار تیز رسانایی یا آغاز پرکولاسیون و ناحیه فلزی در کسر حجمی های بالا را به خوبی بازتولید می کند. نتایج نشان می دهد که با افزایش اندازه نانولوله های کربنی در نانوکامپوزیت، آستانه پرکولاسیون کاهش می یابد. مقدار رسانایی پرکننده و ماتریس به ترتیب تنها بر ناحیه فلزی و عایق اثر گذار هستند. به منظور صحت سنجی ، نتایج آزمایشگاهی موجود در مطالعات قبلی با مدل حاضر پیش بینی شده است که مدل ارائه شده به خوبی این نتایج تجربی را پیش بینی می کند.https://jstc.iust.ac.ir/article_700886_30664d3ff1606098c71eefe57aa14c2d.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823Study of tool flank wear and surface quality in milling of Al520-MMCs reinforced with SiC and Sn particlesبررسی سایش و کیفیت سطح در فرزکاری کامپوزیت پایه آلومینیومی 520 تقویت شده با ذرات Sn وSiC1970197570097910.22068/jstc.2022.1972218.1807FAمحمودعلیپور سوگوابرکارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک-ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران0000-0001-8877-7743سید علینیک نامعضو هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایرانبهنامداودیعضو هیات علمی / دانشگاه علم و صنعت ایران0000-0001-7102-3291Journal Article20221106Composites are materials with at least two combined materials, one of which is added to the base material to increase its valuable properties. This study is also about one of the widely used composites called aluminum metal matrix composites (Al-MMC) and additional reinforcing materials, including Tin and Silicon carbide (SiC, Sn) particles. These composites have excellent features such as high hardness and strength and are lightweight, while they also pose low machinability. As a result, to improve the current conditions, this study was conducted with the approach of Al520 base composite machining and statistical analysis of the effect of cutting parameters on tool flank wear and surface quality after machining. Based on the investigations, it can be concluded that the defined cutting parameters had an excellent and good effect on tool flank wear. On the other hand, when studying the tool flank wear during the machining of such composites with reinforcing particles of SiC, Sn, the cutting speed always has the most significant effect, and the feed rate and lubrication method, as well as the amount of depth of cut, have the least effects on the flank wear size.کامپوزیتها موادی ترکیبی با حداقل دو ماده هستند که یکی به عنوان زمینه و دومی به منظور افزایش خواص مفید به ماده پایه افزوده میشود. این مطالعه نیز در مورد یکی از کامپوزیتهای پرکاربرد تحت عنوان کامپوزیتهای زمینه فلزی آلومینیوم به همراه مواد تقویت کننده افزودنی شامل ذرات قلع و سیلیکون کارباید SiC, Sn میباشد. از جمله مزایای این کامپوزیتها میتوان به مواردی مثل سختی و استحکام بالا و همینطور وزن سبک اشاره نمود و همچنین معایب آن پایین بودن قابلیت ماشینکاری و سایش بالا در ابزارهای ماشینکاری میباشد. در نتیجه برای بهبود شرایط کنونی این مطالعه با رویکرد ماشینکاری کامپوزیت پایه آلومینیومی 520 و تحلیل آماری اثر پارامترهای برشی بر سایش ابزار و کیفیت سطح بعد از ماشینکاری مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس بررسیهای انجام گرفته میتوان اذعان کرد که پارامترهای برشی تعریف شده اثر ممتاز و خوبی بر سایش ابزار داشتند. دراندازهگیری میزان سایش ابزارها حین ماشین کاری کامپوزیت ساخته شده به همراه ذرات تقویت کننده SiC, Sn همواره سرعت برشی بیشترین اثر و سرعت پیشروی و روش روانکاری و همچنین میزان عمق برشی کمترین اهمیت را بر سایش ابزار دارند.https://jstc.iust.ac.ir/article_700979_50a9fac040370fb35cd3262504e641af.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823Experimental and numerical investigation of the energy absorption capability of the bi-material lattice structureبررسی تجربی و عددی قابلیت جذب انرژی ساختار مشبک دو ماده ای1976198270092010.22068/jstc.2022.1971958.1806FAحسینقره باغیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس0000-0002-9088-8300امینفرخ آبادیدانشیار دانشکده مکانیک دانشگاه تربیت مدرسJournal Article20221107This paper investigates the mechanical performance and energy absorption capacity of bi-material three-dimensional lattice structures via experimental and numerical approaches. At first, fused deposition modeling was used to manufacture the outer part of the proposed three-dimensional lattice structure with TPU material. Using a syringe, epoxy resin is injected into the inner part of the manufactured lattice structure. Then, quasi-static compression tests were conducted to analyze the mechanical properties and energy absorption capacity of the bi-material three-dimensional lattice structure. As the nonlinear numerical study, the elasto-plasto-damage behavior was implemented in finite element analyses which track the nonlinear response of considered structures. This model is capable to investigate the differences in tensile and compressive properties of the materials as well. The comparison of the load-displacement curve of structures under compressive loading has been compared. The numerical models exhibit an acceptable prediction about the linear and nonlinear responses of the proposed three-dimensional lattice structure. The results reveal that not only does the use of hybrid structures provide more energy absorption and improve mechanical properties, but also the rational combination of two materials makes the bi-material three-dimensional lattice structure with the optimum energy absorption and stiffness, in comparison to those usual lattice structures with a single material.مقاله حاضر عملکرد مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی ساختار مشبک سه بعدی دو ماده را از طریق رویکرد تجربی و عددی بررسی میکند. در ابتدا، با استفاده از ساخت افزایشی بخش بیرونی ساختار مشبک سه بعدی پیشنهادی با ماده ماده ترمو پلاستیک پلی اورتان ساخته شده است. با استفاده از یک سرنگ، رزین اپوکسی به قسمت داخلی ساختار مشبک تولید شده تزریق میشود. سپس، آزمایشهای فشردهسازی برای تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی ساختار مشبک سهبعدی دو ماده انجام شده است. مطالعه عددی غیرخطی، رفتار الاستو -پلاستو-آسیب در آنالیزهای المان محدود که پاسخ غیرخطی ساختارهای در نظر گرفته شده را دنبال میکند، اجرا شده است. این مدل قادر است تفاوت خواص کششی و فشاری مواد را نیز بررسی کند. منحنی نیرو-جابجایی ساختار مشبک تحت بارگذاری فشاری مقایسه شده است. مدل عددی پیشبینی قابل قبولی در مورد پاسخهای خطی و غیرخطی ساختار مشبک سهبعدی پیشنهادی نشان میدهند. نتایج نشان میدهد که نه تنها استفاده از ساختارهای مشبک دو مادهای باعث جذب انرژی بیشتر و بهبود خواص مکانیکی میشود، بلکه ترکیب منطقی دو ماده باعث میشود ساختار مشبک سه بعدی دو ماده با جذب انرژی و سفتی بهینه در مقایسه با ساختارهای مشبک معمولی با یک ماده واحد داشته باشد.https://jstc.iust.ac.ir/article_700920_92b40b36c144e07a792ae59f76d5250a.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-38239220220823Life cycle estimation of notched polymer base dental composites reinforced with nanoparticlesتخمین عمرکاری کامپوزیتهای دندانی پایهپلیمری ناچدار تقویتشده با نانوذرات1983198969977010.22068/jstc.2022.1973853.1811FAمحمدبیگ زادهمهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهرانمجیدصفرآبادیمهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران0000-0002-6825-1928مرتضیعطائی اعظممهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهراننبیمهری خوانساریمهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز0000-0002-6232-5930Journal Article20221123Nanocomposites are widely used in dental restorative materials and medical equipment, among the most important of which, polymer-based nanocomposites can be mentioned. One of the most useful biocompatible polymers in this field is polymethylmethacrylate (PMMA). In the present study, the numerical analysis of the fatigue behavior of polymethyl methacrylate nanocomposite reinforced with hydroxyapatite nanoparticles has been investigated. For this purpose, standard samples of nanocomposite were made and their mechanical properties were investigated. To study the fatigue behavior and life cycle, a notched model was simulated in Abaqus and Fe-Safe software, and the data obtained from the tensile test were used as the mechanical properties of the material. By adding nanoparticles to the pure polymer, Young's modulus and tensile strength of the part, as well as the life cycle, were improved; However, it was observed that with the addition of more nanoparticles, the mechanical properties and the life cycle decreased slightly, which was caused by the accumulation of nanoparticles on the surface of the nanocomposite, which leads to a decrease in the strength of the samples.نانوکامپوزیتها کاربرد گسترده در مواد ترمیمی دندانی و تجهیزات پزشکی دارند که از جمله مهمترین آنها میتوان به نانوکامپوزیتهای پایه پلیمری اشاره نمود. از کاربردیترین پلیمرهای زیستسازگار در این زمینه، پلی متیل متاکریلات میباشد. در پژوهش حاضر، به تحلیل عددی رفتار خستگی نانوکامپوزیت زمینه پلی متیل متاکریلات تقویتشده با نانوذرات هیدروکسی آپاتیت پرداخته شده است. بدین منظور نمونههای استاندارد نانوکامپوزیت بر مبنای درصدهای مختلف نانوذره ساخته شد و خواص مکانیکی آنها مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی رفتار خستگی و سیکل کاری، مدل ناچداری در نرمافزار آباکوس و نرمافزار تحلیل خستگی شبیهسازی شد و از دادههای بدست آمده از آزمایش کشش ساده، به عنوان خواص مکانیکی ماده استفاده شد. با افزودن نانوذرات به پلیمر خالص، خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی قطعه و نیز سیکل کاری بهبود پیدا کرد؛ با این حال مشاهده شد با افزودن بیشتر نانوذره، خواص مکانیکی و نیز سیکل کاری کمی با کاهش همراه بود که علت آن تجمع نانوذرات در سطح نانوکامپوزیت بود و منجر به کاهش استحکام نمونهها میشود.https://jstc.iust.ac.ir/article_699770_4cd8da36ea0d16e22a75fa5b0e440ef3.pdf