فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال یازدهم شماره 2 (پیاپی 30، تابستان 1395)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال یازدهم شماره 2 (پیاپی 30، تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/07/29
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نگار ذکری، رضا فارغی علمداری *، سارا کاکاوند، خدیجه منجزی صفحات 3-12
    نرم کننده ها ترکیباتی هستند که جهت بهبود خواص و عملکرد پیشرانه های جامد به فرمولاسیون آن ها افزوده می شوند. این مواد نقش کلیدی در کنترل خواص مکانیکی ایفا می کنند. یکی از مهمترین نرم کننده های پیشرانه های جامد دوپایه، 2،4- دی نیتروتولوئن(2،4-DNT) می باشد. در این مطالعه دسته جدیدی از مایعات یونی حاوی گروه های اسیدی برونستد، جهت سنتز نرم کننده 2،4- دی نیتروتولوئن، تهیه و معرفی شده اند. مایعات یونی سنتز شده توسط روش های طیف سنجی IR و NMR شناسایی شدند. واکنش نیتراسیون تولوئن، 2- نیتروتولوئن و 4- نیتروتولوئن توسط اسید نیتریک و در حضور این مایعات یونی انجام شد. پارامترهای موثر بر واکنش مانند حلال، دما، نسبت مولی واکنش دهنده ها، نوع و مقدار کاتالیزور بررسی و بهینه سازی شدند. گزینش پذیری بالای واکنش، خلوص بالای محصول، بکارگیری کاتالیزور سبز، غیر سمی و غیرخورنده و قابلیت بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیزور از مزایای این روش می باشند.
    کلیدواژگان: 2و4، دی نیتروتولوئن، نرم کننده، نیتراسیون، گزینش پذیری، مایعات یونی اسیدی، کاتالیزور قابل بازیافت
  • مهدی اشرفی، حسین فخراییان *، محمدعلی دهنوی صفحات 13-22
    در این تحقیق نیتراسیون پلی بوتادی ان (PB) با وزن مولکولی پایین، از طریق یک روش معمول و ارزان انجام شد. محصول NPB (نیترو پلی بوتادی ان) توسط تکنیک های FT-IR، 1H-NMR، GPC، TGA، DSC و... مورد بررسی قرار گرفت. سپس نرم کننده پلیمری پرانرژی NPB به همراه بایندر پلی بوتادی ان نیتره شده و خاتمه یافته با هیدروکسیل (NHTPB) به ترتیب جایگزین نرم کننده خنثی دی اکتیل آدیپات (DOA) و بایندر پلی بوتادی ان خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) در PBXN-109 شدند و فرمولاسیون جدید با سیستم بایندر پرانرژی، با نام PBXN-109EB تهیه شد. دانسیته، سختی، پایداری در خلاء، خواص مکانیکی، ویسکوزیته، دمای انتقال شیشه ای (Tg)، حساسیت و خواص عملکردی PBXN-109EB نسبت به PBXN-109 استاندارد مقایسه شد. نتایج نشان داد که PBX جدید نه تنها الزامات PBXN-109 را دارد، بلکه خواص عملکردی بهینه شده ای را در سرعت، فشار، ایمپالس و پارامترهای ظاهری انفجار دارد. بنابراین سیستم بایندر NHTPB/NPB (بایندر/ نرم کننده) می تواند به عنوان یک سیستم بایندر پرانرژی جدید در مواد منفجره پلیمری با عملکرد بالا به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: نیترو پلی بوتادی ان (NPB)، بایندر پرانرژی، مواد منفجره پلیمری (PBX)، خواص عملکردی
  • مجید جمال امیدی *، محمدرضا محمدی سوکی صفحات 23-38
    در این مقاله به بررسی عملکرد ورق های کامپوزیتی چندلایه فلز-الیاف تحت ضربه کم سرعت با انرژی های ضربه ی J 7/12، J 3/16 و J 2/24 به سه روش پرداخته شده است. در مدل اول از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده و در دو مدل دیگر این آسیب با استفاده از روش المان چسبناک و سطح چسبناک شبیه سازی شده است. برای مدل سازی آسیب بین لایه ای از تئوری منطقه چسبناک و برای مدل سازی آسیب داخل لایه ای از معیار واماندگی هشین با گسترش آسیب بر مبنای اتلاف انرژی استفاده شده است. از داده های پلاستیسیته و مدل پلاستیسیته جانسون-کوک برای تعریف تغییر فرم پلاستیکی قسمت های آلومینیومی بهره گرفته شده و دقت نتایج هر مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. در فرآیند تحقیق، نتایج مدل سازی عددی از نظر نیروی ضربه و تغییر مکان دائم با نتایج تجربی مقایسه و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد به ازای انرژی J 7/12 برحسب نیروی ضربه، مدلی که در آن از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده بهترین پیش بینی را داشته و با افزایش انرژی ضربه ای از میزان دقت نتایج کاسته شده است. در این راستا در انرژی های ضربه بالاتر، نتایج حاصل از دو روش مدل سازی دیگر که رفتار بین لایه ای در آنها لحاظ شده است پیش بینی دقیق تری را در مقایسه با نتایج تجربی نشان داده و در این بین دقیق ترین نتایج از مدل سطح چسبناک حاصل شده است. همچنین آسیب های وارد شده به مدل های المان چسبناک و سطح چسبناک استخراج شده و با یکدیگر مقایسه شده است. در ضمن تورق پیش بینی شده در مدل های سطح چسبناک و المان چسبناک تقریبا رفتار مشابه ای را نشان داده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت چندلایه الیاف، فلز، ضربه کم سرعت، مدل بدون تورق، المان چسبناک، صفحه چسبناک
  • جمال زمانی *، محمد حلاجی ثانی، مجید سید صالحی، جوز البلدا ویتوریا صفحات 39-52
    در این مقاله، رابطه بین تنش و زمان یا مکان در پروفیل موج شوک قوی یکنواخت و پارامترهای موثر در پروفیل موج شوک قوی یکنواخت در مواد جامد فلزی موردمطالعه قرارگرفته است. ابتدا پارامترهای موثر در تغییر شکل ماده خالص شناسایی و رابطه بین آن ها معلوم شد. سپس با انجام فرض هایی ساده کننده معادله تغییر تنش به دست آمد. در مرحله بعد سختی های ماده موردبحث واقع شده و با ساده سازی در معادله قرار گرفتند. با بی بعد سازی، پارامترهای موثر در موج شوک قوی یکنواخت به دست آمدند. نتایج حل معادله بی بعد پروفیل موج شوک یکنواخت را شبیه سازی می کند، تخمینی از زمان بالا آمدن جبهه موج شوک قوی و ضخامت جبهه موج را می دهد و نشان می دهد که نرخ کرنش بیشینه نزدیک مرکز پروفیل موج شوک روی می دهد. داده های تجربی و شبیه سازی نشان می دهد وقتی تنش برشی الاستیک از مقاومت شبکه بیشتر می شود، یک پله کوچک در پروفیل سرعت-زمان ذره ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: پروفیل موج شوک قوی پایدار، نرخ کرنش، مدول حجمی، ضخامت موج، زمان بالا آمدن موج
  • هادی رضایی وحیدیان، علیرضا زارعی *، علیرضا سلیمانی صفحات 53-62
    1و1- دی متیل هیدرازین (UDMH) به عنوان سوخت مایع موشک بوده و ترکیبی با سمیت بالا است که در این کار به منظور تخریب و معدنی سازی آن در محیط آبی از روش ترکیبی اکسایش فتوکاتالیزوری، پراکسید هیدروژن و پرتوفرابنفش (UV/FST/H2O2) استفاده شده است. . فرایند در یک راکتور سوسپانسیونی مجهز به یک لامپ UV-C، W 150 انجام شده است. از کاتالیزور Fe3O4@SiO2@TiO2 (FST) به عنوان کاتالیزور مغناطیسی و قابل بازیافت استفاده شده است. برای سنتز کاتالیزور از روش های رسوبی و سل ژل استفاده شده و برای آنالیز آن روش های میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM، پراش پرتو ایکس XRD، اسپکتروسکوپی مادون قرمز تبدیل فوریه FTIR و روش بررسی خواص مغناطیسی VSM مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بهینه سازی پارامترهای موثر بر فرایند مانند غلظت پراکسید هیدروژن، مقدار کاتالیزور و pH از روش پاسخ سطح استفاده شده است. همچنین بررسی میزان معدنی سازی از طریق آنالیز کل کربن آلی TOC مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فرایند توانایی معدنی سازی ppm 50 از UDMH را به میزان 79% با استفاده از ppm 85[FST]=، ppm 800 [H2O2] = و 7 pH= بعد از 120 دقیقه را دارد.
    کلیدواژگان: دی متیل هیدرازین نامتقارن، حذف، فتوکاتالیزور مغناطیسی، تیتانیا، طراحی ترکیب مرکزی، فرایند اکسایش پیشرفته
  • حسین سوری *، حمیدرضا قاینی، سید محمدرضا فلاح علی پور زارع صفحات 63-72
    نارنجک های اشک آور کنترل اغتشاش کنونی دارای معایبی هستند ازجمله اینکه چون احتراق در دمای پایین صورت می گیرد قابلیت باز پرتاب از سوی اغتشاش گران را دارد. همچنین به دلیل وزن و حجم قابل توجه حمل تعداد کافی از آن با مشکل مواجه است. در این راستا طراحی نارنجک کوچکی که این معایب در آن مرتفع گردیده و قابلیت حرکت یا سرندگی روی زمین را داشته باشد، موضوع این مقاله است. این مقاله شامل تشریح واکنش شیمیایی درون نارنجک به منظور تحلیل بالستیک داخلی و همچنین طراحی شیپوره ای است که تراست گازهای خروجی از آن، در نارنجک ایجاد حرکت کند. این طراحی شامل تعیین خصوصیاتی چون قطر گلوگاه، طول شیپوره و محل قرارگیری آن بر روی نارنجک است، به گونه ای که نیروی تراست مورد نیاز نارنجک را تامین نماید. طراحی شیپوره به کمک نرم افزار انسیس- سی. اف. ایکس صورت پذیرفته است. همچنین به محاسبات لازم جهت انتخاب مشخصات جنس بدنه پرداخته و در پایان تحلیل حرکت نارنجک طراحی شده، ارائه گردیده است. به دلیل در دسترس نبودن رابطه نرخ سوزش ماده اشک آور، یک الگوریتم جدید برای حل مسئله پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: نارنجک جهنده، شیپوره، انسیس، سی، اف، ایکس، تراست، بالستیک داخلی
  • مهدی هدایتیان، خداداد واحدی * صفحات 73-84
    در این مقاله به ارائه یک مدل تحلیلی فرآیند نفوذ پرتابه های فرسایشی در بتن تقویت شده به الیاف فولادی پرداخته شده است. نوآوری مدل تحلیلی ارائه شده در آن است که تاثیر طول به قطر الیاف فولادی و نسبت طول به قطر پرتابه و همچنین درصد حجمی الیاف استفاده شده در ماتریس بتن بر روی مقاومت ضربه ای بتن الیافی در سرعت های بالا موردتوجه قرارگرفته است. در شبیه سازی عددی از کد صریح و غیرخطی ال اس داینا با روش حل لاگرانژی و به صورت تقارن محوری استفاده شده است. پرتابه ها با سرعت بالای در حدود 2500 متر بر ثانیه با جرم تقریبی 45 گرم و با سر نفوذگر نیم کروی، تخت و اجایو در بتن مسلح به الیاف فولادی با درصد های حجمی 1، 5/1 و 2 درصد نفوذ می-کنند. در این مقاله برای پیش گویی دقیق رفتار پرتابه فلزی و بتن الیافی در سرعت های بارگذاری خیلی بالا از مدل ماده الاستیک – پلاستیک هیدرودینامیک استفاده شده است. پس از صحه سنجی مدل تحلیلی نفوذ با فرآیند شبیه سازی و کار آزمایشگاهی، نتایج نشان می دهد که پرتابه های با سر نفوذگر اجایو که فاکتور تیزی سر پرتابه پایینی دارد با سرعت باقیمانده بیشتری از اهداف خارج می شود و کارآیی آنها در نفوذ بهتر می باشد. به عبارت دیگر با افزایش نسبت طول به قطر پرتابه از 5/0 به 9/0، برای پرتابه هایی به ترتیب به شکل تخت، نیم کروی و اجایو، سرعت باقی مانده افزایش می یابد. همچنین با افزایش درصد حجمی الیاف فولادی در ماتریس بتن میزان تخریب سطح ناحیه رویی و زیرین بتن الیافی کاهش می یابد. مدل تحلیلی ارائه شده در فرآیند تغییرات سرعت پرتابه در حین نفوذ داخل بتن تقویت شده به الیاف فولادی از دستاوردهای مهم این تحقیق محسوب می شود.
    کلیدواژگان: نفوذ سرعت بالا، پرتابه، بتن مسلح به الیاف فولادی، شبیه سازی عددی، LS، DYNA
|
  • N. Zekri, Reza Fareghialamdr*, S. Kakavand, Kh Momjazi Pages 3-12
    Plasticizers are compounds which add to solid propellants’ formulations to improve their mechanical properties. These materials have key role in the control of mechanical properties. 2,4-Dinitrotoluene (2,4-DNT) is one of the most important plasticizers of double based propellants. In this study, new series of Brønsted acidic ionic liquids (ILs) have been prepared and introduced as catalysts for the synthesis of 2,4-DNT plasticizer. The synthesized ILs were characterized by IR and NMR spectroscopies. The nitration reactions of toluene, 2-nitrotoluene and 4-nitrotoluene with nitric acid in the presence of these ILs were successfully done. Effective parameters such as solvent, temperature, molar ratios of the reactants and the catalyst amount on these reactions were investigated and optimized. High selectivity of the reaction, high purity of the product, use of green, non corrosive, non toxic and reusable catalyst are some advantages of this method.
    Keywords: 2, 4, Dinitrotoluene, Plasticizer, Nitration, Selectivity, Acidic Ionic Liquids, Reusable Catalyst
  • Mahdi Ashrafi, Hossein Fakhraian *, Mohammad Ali Dehnavi Pages 13-22
    In this work, nitration of low molecular weight polybutadiene (PB) by a convenient and inexpensive procedure has been investigated. The product (Nitropolybutadiene (NPB) energetic plasticizer) was characterized by FT-IR, 1H-NMR, GPC, TGA, DSC etc. Then NPB energetic polymer plasticizer and nitro-hydroxyl terminated polybutadiene (NHTPB) binder have been replaced with dioctyladiphate (DOA) inert plasticizer and HTPB binder in PBXN-109, respectively. The new formulation with energetic binder system as named PBXN-109EB. Density, hardness, vacuum stability, mechanical property, viscosity, glass transition temperatures (Tg), sensitiveness and performance properties of PBXN-109EB were compared to standard PBXN-109. It was found that new PBX not only has all requirements of PBXN-109, but also has enhanced performance properties in velocity, blast pressure, impulse and visual parameters of explosion. So NHTPB/NPB binder system (binder/plasticizer) can be used as a new energetic binder system in high performance polymer bonded explosives.
    Keywords: Nitropolybutadiene (NPB), Energetic Binder, Polymer Bonded Explosive (PBX), Performance Properties
  • Majid Jamal, Omidi *, M.R. Mohammadi Suki Pages 23-38
    In this article, low velocity impact behavior of fiber metal laminate (FML) composite plates is investigated under three different impact energies (12.7 J, 16.3 J and 24.2 J). Here, three modeling techniques are used. In one of the models the inter-laminar damage is neglected (model without delamination) and in other two models this damage is simulated using cohesive element and cohesive surface models. Cohesive zone theory is used to model inter-laminar damage and Hashin failure criteria with energy dissipation-based damage evolution is used to model intra-laminar damage. In order to define plastic deformation of aluminum components, plasticity data and the Johnson-Cook plasticity model are employed and results accuracy of each model is compared to experimental ones. In the process of research, numerical modeling results in the terms of impact force and permanent deflection are compared and discussed with experimental results. It has been found that for 12.7 J impact energy in terms of impact force, model without delamination has the most precise result and by increasing impact energy force, accuracy of results is reduced. Whereas, two other modeling technique that include inter-laminar behavior, show more accurate prediction in higher impact energies compared to the experimental result. In which, cohesive surface model has the most accurate results. Also, the imposed damage in cohesive element and cohesive surface models are extracted and compared to each other. In addition, the results indicate that the predicted delamination in cohesive element and cohesive surface models are almost similar to each other.
    Keywords: Fiber Metal Laminate Composite, Low Velocity Impact, Model without Delamination, Cohesive Element, Cohesive Surface
  • Jamal Zamani *, Mohammad Hallajisany, Majid Seyedsalehi, JosE Albelda Vitoria Pages 39-52
    In this article, the stress-time or speed-time relation for a steady intense shock wave front and effective parameters on it in solid metals (except alkaline metals) were studied. First, the parameters relevant to the deformation of a pure material were identified and a relation between them was found. Then with simplifying assumptions, a stress change equation was obtained. Afterwards, the modulus of the material was considered and after some simplification, it was substituted in the equation. After non-dimensionalization, effective parameters for a loading by an intense shock wave were obtained. The results of solving the dimensionless equations simulated the profile of the shock loading, gived the approximated rise time and width of the strong shock wave front and helped to explain that the maximum strain rate occurred near the centre of the shock wave profile. It was shown that when the local shear stress is higher than the lattice strength, a small step is formed on the particle velocity-time profile.
    Keywords: Steady Intense Shock Wave Profile, Strain Rate, Bulk Modulus, Wave Width, Wave Rise Time
  • Hadi Rezaei Vahidian, Alireza Zarei *, Alireza Soleymani Pages 53-62
    1,1-Dimethylhydrazine (UDMH) is used as a liquid fuel for missile and is a toxic matter. In this work to decontaminate UDMH from aqueous solution, hybridized photocatalytic and hydrogen peroxide oxidation processes have been used. The process was performed in a suspension reactor equipped with a UV-C lamp (150 W). Fe3O4@SiO2@TiO2 (FST) catalyst was used as a magnetic recyclable photocatalyst. To synthesize the catalyst, precipitation and sol gel methods have been applied and its characterization was performed using X-ray diffraction XRD, Fourier transform infrared FTIR, transmission electron microscopy TEM, and vibrating sample magnetometer VSM instruments. Effective parameters such as hydrogen peroxide concentration, amount of catalyst, and pH were optimized using response surface method. To analyze the amount of mineralization, the TOC analysis was used. The results showed that at the optimum conditions of [FST] = 85 ppm, [H2O2] = 800 ppm, and pH=7 the process could be mineralize 50 ppm of UDMH solution, about 79% after 120 min.
    Keywords: Unsymmetrical Dimethyl Hydrazine, Decontamination, Magnetic Photocatalyst, Titania, Central Composite Design, Advanced Oxidation Process, UDMH
  • H. Soury*, H. R. Ghayeni, S. M. R. Fallah Alipour Zare Pages 63-72
    The presently available tear gas grenades used for controlling riot, have certain disadvantages like ability to re launching from rioters due to combustion at low temperature. More over on account of their considerable weight and volume, it was found difficult to transport sufficient number of them. In this regard, making a small grenade free from such disadvantages and to be mobile or gliding on the ground was the main topic of this paper, which includes description of chemical reaction in grenade for designing a nozzle in which the trust of output gases create movement in the grenade. Such a design can include determination of characteristics like throat diameter, nozzle length and its situation on the grenade in a way to provide the expected goals of the grenade. Modeling of the nozzle has been provided by ANSYS CFX software, the required calculations for choosing the body material specifications has been discussed and at the end, analysis of the grenade motion was presented. Due to the unavailability of the burning rate relation of tear material, a new algorithm is proposed to solve the problem.
    Keywords: Skittering Grenade, Nozzle, ANSYS CFX, Thrust, Internal Ballistic
  • M. Hedayatian, Kh. Vahedi * Pages 73-84
    In this paper, modeling of high speed projectiles with different nose shapes, penetrating into steel fiber reinforced concrete is investigated. This is a novel study because it considers the length to diameter ratio of steel fiber as well as projectile length to diameter ratio and volume fraction of fiber used in concrete matrix on the impact resistance of steel fiber reinforced concrete fibers at high speeds. Numerical simulation is used using LS-DYNA explicite code with Lagrangian method and axial symmetry form. The projectiles have an approximate mass of 45 (gr) and their velocities are about 2500 (m/s) penetrating into steel fiber reinforced concrete panel with volume fraction of 1.0%, 1.5% and 2.0%. In this article the exact behavior of steel fiber reinforced concrete confronting metallic projectiles at high speed is predicted. Here, Elastic-Plastic Hydrodynamic material model is used for prediction of projectile behavior. The results of the simulations are compared with experimental work of other investigators and, the results show that ogive nose projectiles are more efficient than other projectiles. In other words, by increasing the projectile length to diameter ratio from 0.5 to 0.9, for flat, hemispherical and ogive projectiles their residual velocities are increased. Also, it is shown that by increasing the volume fraction of steel fibers in concrete matrix, damage of top surface damage is reduced dramatically. The analytical model presented in this paper considers the speed variations of the projectile during the penetration process into steel fiber reinforced concrete is an important achievements this respect.
    Keywords: High Speed Penetration, Projectiles, Steel Fiber Reinforced Concrete, Numerical Simulation, LS, DYNA