دانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Analysis of free vibration of laminated composite cylindrical shells with rectangular cutoutتحلیل ارتعاشات آزاد پوستههای استوانهای کامپوزیتی دارای گشودگی مستطیلی2196220970796410.22068/jstc.2023.2002545.1837FAرضاآذرافزادانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران0000-0002-7957-3295شاهینشاهین اصلان زاده قلی بیگلودانشجو، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.علیداوردانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران .0000-0002-4386-1965Journal Article20230520In this paper, the free vibrations of multi-layered composite cylindrical shells with rectangular cutout are analyzed analytically. Cylindrical shell equilibrium equations are derived based on classical shell theory (CST) and using Newton's method. Boundary conditions of the two-headed shell are considered simply supported. According to the boundary conditions, the displacement components are written as double Fourier series expansions. Relationships of the strain-displacement and curvature displacement are considered based on Love’s approximation theory. Modeling of the cutout by distribution function (Heaviside) is considered based on the equilibrium equations of the composite cylindrical shell. In order to obtain the natural frequency of the rectangular cutout composite cylindrical shell, the equations of motion have been solved using the Galerkin method. For validation, firstly, the results of the composite cylindrical shell have been compared with the Abaqus finite element software and the Previous literature in this field, that there is a good match between them. Finally, the effect of the geometrical parameters of the composite cylindrical shell with cutout, such as the length, radius, thickness and layering of the cylindrical shell, as well as the dimensions, direction and location of the cutout, on the natural frequency of the structure was investigated, that the results show that with increasing The dimensions of the cutout increase the reduction of the natural frequency of the structure.در این مقاله ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای کامپوزیتی چندلایه دارای گشودگی مستطیلی به روش تحلیلی بررسی شده است. معادلات تعادل پوسته استوانه ای بر اساس تئوری کلاسیک پوسته و با استفاده از روش نیوتن استخراج شده اند. شرایط مرزی پوسته دو سر ساده در نظر گرفته شده است. مؤلفههای جابه جایی با توجه به شرایط مرزی به صورت بسط سری فوریه دوگانه نوشته شده اند. روابط کرنش-جابجایی و انحنا-جابجایی بر اساس نظریه تقریب لاو در نظر گرفته شده است. مدل سازی گشودگی توسط تایع توزیع (هویساید) بر معادلات تعادل پوسته استوانه ای کامپوزیتی در نظر گرفته شده است. برای بدست آوردن فرکانس طبیعی پوسته استوانه ای کامپوزیتی دارای گشودگی ، معادلات حرکت با استفاده از روش گالرکین حل شده اند. برای صحه گذاری، نتایج پوسته استوانه ای کامپوزیتی با نرم افزار المان محدود آباکوس و مقالات پیشین در این زمینه مقایسه شده اند که مطابقت خوبی بین آن ها وجود دارد. در نهایت اثر پارامترهای هندسی پوسته استوانه ای کامپوزیتی دارای گشودگی مانند طول، شعاع، ضخامت و لایه چینی پوسته استوانهای و همچنین ابعاد، جهت و محل گشودگی بر فرکانس طبیعی سازه بررسی شد که نتایج نشان می دهد که با افزایش ابعاد گشودگی میزان کاهش فرکانس طبیعی سازه، افزایش می یابد.https://jstc.iust.ac.ir/article_707964_a6d2556d3965a56f8fdb3b5b00b9b034.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Comparison of flexural strength in rectangular shape 3D-printed PLA samples with different groovesمقایسه مقاومت خمشی قطعات مستطیل شکل ساختهشده بوسیله چاپسهبعدی از جنس PLA با شیارهای مختلف2210221770666010.22068/jstc.2023.2005499.1841FAعلیسلوکیدانشجوی کارشناسیارشد، مهندسی صنایع گرایش بهینهسازی سیستمها، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.محمدرضامحمد علیهادانشیار، مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت، تهران.احمدماکوئیاستاد، مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت، تهران.Journal Article20230624The production of parts using 3D printing, which is a type of additive manufacturing, is expanding at a faster rate. This technology can produce complex geometries by depositing melting polymer material layer by layer. Polylactic acid (PLA) is one of the most widely used materials in this technology due to its good properties such as biodegradability and bio-compatibility, and parts manufactured with PLA are being used in various engineering applications. The strength of these layer-by-layer parts depends on the printing parameters such as the infill density, the orientation of the printed fibers, the speed and temperature of the print, the distance between the fibers, etc. Also, the presence of grooves in engineering parts, especially printed polymer layer-by-layer parts, can significantly affect the mechanical behavior of these materials. In this research, the strength of short grooved beam parts with three different geometries (U, V, key hole) printed with PLA material under quasi-static bending loading is investigated experimentally and statistically. The amount of load and fracture energy of the samples are measured and also the sensitivity to the geometry of the groove in the tested parts is evaluated. Fisher's test is used for pairwise comparison of the grooves' strength. The results of this research show that the groove with an angled corner is the weakest, while the circular groove has a higher resistance, and this resistance increases when the radius of the circle is increased.تولید قطعات با استفاده از چاپ سهبعدی که نوعی از تولیدافزایشی میباشد، با سرعت بیشتری در حال گسترش است. این فناوری با رسوب لایهلایهی ماده پلیمری ذوب شونده قادر به تولید هندسههای پیچیده است. پلیلاکتیک اسید(PLA) به دلیل خواص خوبی مانند زیست-تخریبپذیربودن و زیستسازگاری از جمله مواد پرکاربرد در این فناوری است که قطعات ساختهشده از آن در کاربردهای مختلف مهندسی در حال استفاده میباشد. استحکام این قطعات لایهلایهای تابع پارامترهای چاپ مانند میزان چگالیپرشوندگی، جهتگیریچاپ، سرعت و دمایچاپ، فاصله الیاف و غیره میباشد. همچنین وجود شیار در قطعات مهندسی و به ویژه قطعات لایهلایهای چاپشده پلیمری میتواند تأثیر بسزایی در رفتار مکانیکی این مواد داشتهباشد. در این تحقیق استحکام قطعات تیر کوتاه شیاردار با سه هندسه مختلف (U,V, keyhole) چاپشده با ماده PLA تحت بارگذاری شبهاستاتیکی خمشی به روش تجربی و آماری مورد بررسی قرارمیگیرد. میزان بار و انرژی شکست نمونهها محاسبه شده و همچنین حساسیت به هندسهشیار در قطعات آزمودهشده ارزیابیمیگردد. از آزمون فیشر برای مقایسهروجی شیارها استفاده شده-است. نتایج این تحقیق نشانمیدهد که شیار یک گوشهی زاویهدار از همه ضعیفتر است در حالی که شیار دایرهای شکل مقاومت بیشتری دارد و این مقاومت با افزایش شعاع دایره افزایشمییابد.https://jstc.iust.ac.ir/article_706660_caf6a322633c0a2cc87d7a20aea3ad21.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Investigating the effect of modified silica fume on the mechanical behavior of basalt fibers-epoxy composites under bending and tensile loadingبررسی اثر ذرات سیلیکا فیوم اصلاح شده بر رفتار مکانیکی کامپوزیت های اپوکسی- الیاف بازالت تحت بارگذاری های کششی و خمشی2218222470748410.22068/jstc.2023.2006000.1842FAحسناعزیزیدانشجوی دکتری، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران .رضااسلامی فارسانیاستاد تمام، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران.0000-0002-7838-6199محمدرضاواعظیاستاد تمام، مهندسی مواد، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج.علیشکوه فراستاد تمام، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران.Journal Article20230707Polymer matrix composites are one of the most widely used types of composites due to their lightness, and special strength and stiffness. Fibers-reinforced composites are the most important composites, and basalt fibers are one of the important types of mineral fibers that are used in the matrix of polymers. In this research, the effect of addition of silica fume particles (which has not been used in fibers reinforced polymer composites) on the mechanical properties of basalt fibers-epoxy composites under bending and tensile loadings was studied. The silica fume particles are surface modified with silane and then with different percentages (2, 4 and 6 wt.%) were distributed inside the epoxy matrix using a mechanical stirrer and ultrasonic waves. Hand lay-up method was used to make composite samples. The results of this research showed that with the addition of silica fume particles, the greatest improvement in the properties of the tensile strength and modulus, as well as the bending strength and modulus of the sample containing 4 wt.% silica fume is 22, 34, 27 and 40% respectively in compared to the sample without silica fume. On the other hand, the results of mechanical tests and microstructural examination after failure showed that the improvement of the interface between the fibers and the matrix as a result of the proper distribution of these particles inside the matrix has a significant effect on improving the mechanical properties. Also, the unfavorable distribution of these particles leads to the loss of mechanical properties under different loadings.کامپوزیت های زمینه پلیمری به دلیل سبکی، و استحکام و سفتی ویژه بالا از پرکاربردترین انواع کامپوزیت ها هستند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف از مهمترین کامپوزیت ها هستند و الیاف بازالت یکی از انواع الیاف معدنی مهمی است که در زمینه پلیمری استفاده می شود. در این پژوهش، اثر افزودن ذرات سیلیکا فیوم (که تاکنون در کامپوزیت های پایه پلیمری تقویت شده با الیاف استفاده نشده است) بر خواص مکانیکی کامپوزیتهای اپوکسی- الیاف بازالت تحت بارگذاریهای خمش و کشش مورد مطالعه قرار گرفت. ذرات سیلیکا فیوم با سیلان اصلاح سطحی شده و سپس با درصدهای مختلف (2، 4 و 6 درصد وزنی) با استفاده از همزن مکانیکی و امواج التراسونیک داخل زمینه اپوکسی توزیع شدند. برای ساخت نمونههای کامپوزیتی از روش لایهگذاری دستی استفاده شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با افزودن ذرات سیلیکا فیوم، بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام و مدول کششی، و همچنین استحکام و مدول خمشی مربوط به نمونه حاوی 4 wt.% سیلیکا فیوم به ترتیب برابر با 22، 34، 27 و 40 درصد بهبود نسبت به نمونه فاقد سیلیکا فیوم بوده است. از طرفی نتایج آزمونهای مکانیکی و بررسی ریزساختاری پس از شکست نشان داد که بهبود فصل مشترک بین الیاف و زمینه در نتیجه توزیع مناسب این ذرات داخل زمینه تأثیر بسزایی در بهبود خواص مکانیکی دارد. همچنین توزیع نامطلوب این ذرات منجر به افت خواص مکانیکی در بارگذاریهای مختلف میشود.https://jstc.iust.ac.ir/article_707484_31dfafdacec86152cb0794cc2abd566f.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Experimental investigation of impact properties of cell structures patterned from animal shellsبررسی تجربی خواص ضربه ای ساختار های سلولی الگوبرداری شده از پوسته جانوران2225223270785310.22068/jstc.2023.2007104.1844FAرضامحمودیدانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش.محمد حسینپلاستادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش.یوسفگلین امیری.دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش.Journal Article20230724Man always tries to get inspiration from nature and create new structures. One of these new structures is cellular and lattice structures, which have attracted the attention of researchers due to their low weight and appropriate compressive strength. In this article, inspired by nature and the structures in it, these structures have been investigated and modeled on creatures such as turtles, snails and sea shells. For this purpose, two models of each pattern were designed and made of Petg material using the additive method. The samples were subjected to the test of two consecutive impacts with the impact weight of 2.2 Kg and at two heights of 5 cm and 10 cm. The results showed that the highest and the lowest impact force at a height of 5cm respectively correspond to one of the samples taken from a turtle and one of the samples taken from a snail with a ratio of 325% and at a height of 10 cm, respectively, it corresponds to one of the turtle samples and snail samples, with a ratio of 200%. The highest and lowest displacement in the maximum force resulting from the impact is at a height of 5 cm, respectively, related to one sample taken from a snail and a turtle with a ratio of 252%, and at a height of 10 cm, respectively, it corresponds to one of the snail samples and turtle samples, with a ratio of 238%بشر همواره میکوشد تا از طبیعت الهام گرفته و سازه های جدید خلق کند. یکی از این سازههای نوین، سازههای سلولی و مشبک هستند که به دلیل وزن پایین و استحکام فشاری مناسب مورد توجه محققان قرار گرفتهاند. در این مقاله با الهام از طبیعت و ساختارهای موجود در آن به بررسی این سازهها و با الگوبرداری از موجوداتی مانند لاکپشت، حلزون و صدف دریایی پرداخته شده است. به این منظور از هر الگو دو مدل جدید که مشابه آن قبلا طراحی و ساخته نشده است، طراحی و با استفاده از روش افزایشی از جنسPetg ساخته شد. نمونهها تحت آزمایش دو ضربه (سرعت پایین) متوالی با وزن ضربه زننده2.2Kg و در دو ارتفاع 5cmو 10cm قرار گرفتند. نتایج نشان داد بیشترین نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 5cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونههای الگو برداری شده از لاک پشت و یکی از نمونههای الگو برداری شده از حلزون و با نسبت 325% و کمترین نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 10cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونه های لاک پشت و یکی از نمونههای حلزون و با نسبت 200% میباشد. بیشترین و کمترین جابجایی در حداکثر نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 5cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونههای الگو برداری شده از حلزون و یکی از نمونه های الگو برداری شده از لاک پشت و با نسبت 252% و در ارتفاع10cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونههای حلزون و یکی از نمونههای لاک پشت و با نسبت 238% میباشد.https://jstc.iust.ac.ir/article_707853_d023096f9ae2c54da8fded33e47cc409.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Effect of GNPs debonding on mode I fracture toughness of polymeric nanocompositesاثر جدایش نانوذرات گرافن بر چقرمگی شکست مود I نانوکامپوزیتهای پلیمری2233224170809610.22068/jstc.2023.2008325.1848FAالهاممرادیدانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه.محمدحسینیاساستاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه.افشینزین الدینیدانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه.Journal Article20230802One of the most important applications of nanomaterials in polymer resins is to achieve high fracture toughness even in small volume fractions of filler nanoparticles. Such performance is related to energy released through damage mechanisms that occur at the nano scale. Among these mechanisms, nanoparticle surface separation is more important. In the present work, considering the hierarchical structure of nanocomposites, it has been tried to investigate the effect of debonding of graphene nanoparticles from the surrounding resin on the fracture toughness of the first mode of the presented epoxy/graphene nanocomposite using a multi-scale method. Therefore, a representative volume element has been selected and using the data available in the experimental works of other researchers, the effect of several parameters such as Young's modulus, weight fraction and dimensions of nanographene was investigated. Finally, it was observed that the fracture toughness has a direct relationship with the Young's modulus of the nanocomposite. Also, the smaller the dimensions of the nanoparticles used, the greater the improvement in the fracture toughness.یکی از مهمترین کاربردهای نانو مواد در رزینهای پلیمری، دستیابی به چقرمگی شکست بالا حتی در کسرهای حجمی کم از نانوذرات پرکننده است. چنین عملکردی مربوط به انرژی آزاد شده از طریق مکانیزمهای آسیب است که در مقیاس نانو رخ میدهد. در بین این مکانیزمها جدایش سطحی نانوذره اهمیت بیشتری دارد. در کار حاضر باتوجه به ساختار سلسله مراتبی نانوکامپوزیتها، سعی شده است که بااستفاده از روش چندمقیاسی اثر جدایش نانو ذرات گرافن از رزین اطراف آن بر چقرمگی شکست مود اول نانوکامپوزیت اپوکسی/گرافن مورد بررسی قرار گیرد. از این رو یک المان حجمی نماینده انتخاب شده است و با استفاده از دادههای موجود در کارهای تجربی سایر محققین، اثر چندین پارامتر مانند مدول یانگ، کسر وزنی و ابعاد نانوگرافن مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت مشاهده شد که چقرمگی شکست با مدول یانگ نانوکامپوزیت نسبت مستقیم دارد همچنین هر چقدر ابعاد نانو ذرات بکار رفته کوچکتر باشد، بهبود در چقرمگی شکست بیشتر خواهد بود.https://jstc.iust.ac.ir/article_708096_db3450526972ad6570c6933ffc043c3f.pdfدانشگاه علم و صنعت ایرانعلوم و فناوری کامپوزیت2383-382310220230823Study the effects of cutting speed and Cryogenic lubrication parameters on the surface roughness when milling A356-10%SiCبررسی اثرات سرعت برشی و پارامترهای خنک کاری برودتی بر زبری سطح در ماشینکاری کامپوزیت پایه فلزی A356-10%SiC2242224670836210.22068/jstc.2023.2008596.1849FAقاسمنجفیدانشجوی ارشد، مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.سید علینیک ناماستادیار ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.بهنامداودیدانشیار ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.0000-0001-7102-3291ویکتورسانگمناستاد، دانشکده مهندسی مکانیک، اکول تکنولوژی مونترال، کانادا.Journal Article20230812Nowadays, much attention has been paid to metal matrix composites due to their unique features and extensive applications in numerous manufacturing sectors such as automotive, aerospace and energy. Aluminium metal matrix composites (Al-MMCs) are among the most highly used MMCs. The unique features of Al-MMCs are high hardness and high resistance-to-weight ratio. Moreover, the main drawbacks are the low machinability, high and rapid tool wear, and complications in the surface quality in machining operations. Limited studies reported using cooling methods, such as cryogenic strategies, on the surface quality when machining Al-MMCs. Therefore, the effects of cutting parameters and cryogenic cooling method on the surface quality of A356-10%SiC have been studied in this study. According to the performed analysis, it was observed that cryogenic cooling parameters and cutting speed had negligible statistical effects on the average surface roughness (Ra) of the tested material with R2 of 65%, which resembles a weak relationship between studied parameters and Ra. Nevertheless, the cryogenic pressure had the most significant effects on the variation of Ra amongst cutting and lubrication parameters.کامپوزیت های پایه فلزی با توجه به نقاط قوتشان نسبت به نقاط ضعفشان امروزه بسیار مورد توجه هستند و در زمینه های صنعتی، ازجمله صنایع خودروسازی، هوافضا و انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کامپوزیت ها میتوان کامپوزیتهای پایه آلومینیومی را نام برد. از جمله مزایای این کامپوزیتها میتوان به مواردی همچون سختی و استحکام بالا و وزن سبک اشاره نمود. همچنین از عمده معایب این دسته از مواد پایین بودن قابلیت ماشینکاری، علی الخصوص سایش زیاد و سریع در ابزارهای برشی و مشکلات مربوط به کیفیت سطح می باشد. تحقیقات محدودی در مورد تأثیر روشهای خنک کاری مختلف، بخصوص خنک کاری برودتی بر زبری سطح صورت گرفته است. لذا در این مطالعه اثر پارامتر های برشی و خنک کاری برودتی بر زبری سطح قطعه کار در ماشینکاری A356-10%SiC مورد بررسی قرارگرفته است. بر اساس تحلیل های صورت گرفته مشاهده شد که اثر پارامترهای برودتی و سرعت برشی بر شاخص زبری سطح (Ra) مطلوب نبود و نتایج آماری با R2 در حدود 65 نشان دهنده عدم وجود رابطه قوی آماری بین پارامترهای مطالعه شده و زبری سطح Ra است. با این وجود، در بین پارامترهای برشی و خنک کاری مطالعه شده، فشار برودتی بیشترین تاثیر را بر زبری سطح Ra داشت.https://jstc.iust.ac.ir/article_708362_6a7940c34ee632e3eef94d5f167550f0.pdf