فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال چهارم شماره 1 (پیاپی 11، بهار 1396)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 11، بهار 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/03/24
  • تعداد عناوین: 12
|
  • مهدی زارعی، غلامحسین رحیمی* صفحات 1-8
    سازه های مخروطی کامپوزیتی به عنوان اجزای تشکیل دهنده سازه ای در صنایع هوافضا و دریایی و مهندسی عمران استفاده می شوند. در این تحقیق ارتعاشات آزاد مخروط کامپوزیتی مشبک با تکیه گاه ساده مطالعه شده است. تاکنون مطالعه روی آنالیز ارتعاشی این گونه از سازه ها انجام نشده است. از روش تحلیلی- تقریبی معادل سازی برای معادل کردن سفتی تقویت کننده ها استفاده شده که در آن تقویت کننده ها به صورت تیر در نظر گرفته شدند. این تقویت کننده ها قادر به تحمل نیروهای برشی و ممان خمشی نسبت به بارمحوری وارده می باشند. مسیر ژئودزیک برای تقویت کننده ها انتخاب و معادلات مربوط به آنالیز ارتعاشی بر مبنای تئوری دانل استخراج شده اند. از روش ریتز برای حل معادلات و استخراج فرکانس های طبیعی استفاده شد. یک مدل سه بعدی در نرم افزار آباکوس تهیه و نتایج حاصل از تحلیل با نتایج حاصل از نرم افزار آباکوس مقایسه شد. مقایسه ها توافق خوبی را نشان دادند. اثر تغییر پارامترهای هندسی و تغییر در زاویه بین تقویت کننده ها روی فرکانس ارتعاشات بررسی شد. نتایج حاضر جدید بوده و می تواند به عنوان مبنایی برای مطالعات آتی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، مخروط مشبک، روش معادل سازی، ژئودزیک
  • بیژن محمدی*، سمیه اصل کامکار، امین فرخ آبادی صفحات 9-24
    در این تحقیق، خرابی ترک خوردگی ماتریسی و جدایی بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی در چندلایه های متعامد [0n/90m]s و زاویه ای [θ/-θ]s تحت بارگذاری کششی و برشی با روش خرابی تک لایه بررسی شده است. میدان تنش و جابجایی با استفاده از فرضیات و شرایط مورد نظر و با به کارگیری روش بهبود لایه ای تعیین می شوند. هم چنین، با استفاده از فرض بسته شدن ترک لایه حاوی خرابی، روابط درونی مابین خواص لایه حاوی خرابی و لایه سالم استخراج شد. با به کارگیری روابط درونی و میدان تنش و کرنش به دست آمده خواص لایه حاوی خرابی پیش بینی شده و با استفاده از نتایج افت سفتی، نرخ رهایی انرژی کرنشی ناشی از خرابی های ترک ماتریسی و جدایی بین لایه ای محاسبه شد. نتایج به دست آمده، با روش حساب تغییرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتایج آزمایشگاهی مقایسه شدند. هماهنگی خوبی بین نتایج افت خواص مکانیکی روش تک لایه با روش های حساب تغییرات، روش اجزاء محدود و مشاهدات و نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد. با مقایسه نتایج نرخ رهایی انرژی روش تک لایه و روش های حساب تغییرات و روش اجزاء محدود مشاهده شد که نتایج روش تک لایه به دلیل اختلاف در شیب تغییرات سفتی همراه با خطا است. در نهایت، دقت و صحت روش مایکرومکانیکی تک لایه در پیش بینی خواص چندلایه حاوی خرابی و عدم دقت نتایج نرخ رهایی انرژی حاصله اثبات شد.
    کلیدواژگان: ترک خوردگی ماتریسی، جدایی بین لایه ای القایی، افت خواص مکانیک، نرخ رهایی انرژی، روش چندمقیاسی
  • نادر وحدت آزاد، سعید ابراهیمی*، غلامحسین لیاقت صفحات 25-34
    در این مقاله خصوصیات جذب انرژی پروفیل مخروطی با هسته ساندویچی در برخورد مورب با دیواره سخت با روش المان محدود غیرخطی مورد بررسی قرار می گیرد. میزان جذب انرژی در این فرآیند تا حد زیادی به اثر برهم کنش بین هسته ساندویچی و دیواره خارجی، و همچنین جنس و هندسه موادی که وارد ناحیه تغییر شکل پلاستیک می شوند بستگی دارد. بدین منظور ویژگی های مربوط به جذب انرژی و تاثیر پارامتر زاویه برخورد و ضخامت مورد توجه است. به منظور کاهش هزینه محاسباتی در مدل سازی مچالگی بر پایه نتایج حاصل از روش المان محدود، توابع درجه سه جذب انرژی مخصوص و ماکزیمم نیروی مچالگی با استفاده از روش پاسخ سطح تعیین می شوند. نتایج حاصل از تحلیل برخورد نشان می دهند که با افزایش زاویه برخورد و کاهش ضخامت پروفیل مخروطی هسته ساندویچی، جذب انرژی مخصوص کاهش می یابد. همچنین، با افزایش زاویه برخورد و افزایش ضخامت، بیشینه نیروی مچالگی کاهش می یابد. در ادامه، بهینه سازی چندهدفه برای بیشینه کردن جذب انرژی مخصوص و کمینه کردن بیشینه نیروی مچالگی اعمال می شود. مساله بهینه سازی دوم در جهت بیشینه شدن همزمان جذب انرژی مخصوص و زاویه برخورد می باشد. در بخش نهایی، آنالیز حساسیت موضعی و جامع برای توابع جذب انرژی مخصوص و ماکزیمم نیروی مچالگی بر حسب پارامترهای مورد مطالعه زاویه برخورد و ضخامت مطالعه شده است. نتایج نشان می دهند که حساسیت جامع تابع جذب انرژی مخصوص نسبت به زاویه برخورد بیشتر از ضخامت پروفیل می باشد، در حالیکه حساسیت جامع تابع بیشینه نیروی مچالگی نسبت به ضخامت بیشتر از زاویه برخورد است.
    کلیدواژگان: پروفیل مخروطی هسته ساندویچی، جذب انرژی مخصوص، مچالگی، بهینه سازی چند هدفه، آنالیز حساسیت
  • امیرحسین اثباتی، سعید ایرانی* صفحات 35-46
    در این تحقیق تلاش شده است، عوامل موثر بر خواص مکانیکی و مکانیزم شکست نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی سالم و عامل دار شده مورد ارزیابی قرار گیرد. مدل سازی در دو فاز نانو و میکرو انجام شده که اثر نقص های ساختاری حفره و پیوند های کوالانسی ناشی از فرآیند عامل دار کردن نانولوله ها در فاز نانو و نحوه توزیع، شکل و انحنای نانولوله ها در فاز میکرو نیز بررسی شده است. مشاهده می شود که با توجه به عواملی همچون توزیع، اعوجاج و عامل دار شدن نانولوله های کربنی، امکان کاهش یا افزایش استحکام نانوکامپوزیت های پلیمری در مقابل پلیمر خالص وجود دارد. همچنین عامل دار کردن نانولوله های کربنی باعث بهبود استحکام نانوکامپوزیت پلیمری شده و شکنندگی آن ها را کاهش می دهد. از سوی دیگر، نقص های ساختاری ایجادشده در پروسه عامل دار کردن نانولوله های کربنی، باعث کاهش مدول الاستیسته نانوکامپوزیت می شود. همچنین چنان چه انحنای نانولوله های کربنی تقویت کننده نانوکامپوزیت پلیمری افزایش یابد، اثر بهبود دهنده عامل دار کردن نانولوله های کربنی کاهش چشمگیری می یابد و به خواص نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله های سالم نزدیک می شود.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلیمری، مدلسازی چندمقیاسی، نانولوله کربنی عاملدار و سالم، حل تحلیلی و اجزای محدود
  • حسین توزنده جانی، زهرا سلطانی، سیدعلی حسینی کردخیلی* صفحات 47-52
    در این مقاله از تئوری مکانیک شکست برای پیش بینی عمر خستگی ورق های چندلایه متعامد پایه پلیمری تحت بارگذاری متناوب استفاده شده است. در این رویکرد ابتدا سهم تنش در هر کدام از لایه ها با استفاده از تئوری کلاسیک تعیین می شود و سپس با به کارگیری تئوری جنبشی شکست مقادیر پارامترهای خرابی در اجزای هر لایه یعنی الیاف و ماتریس آن به صورت جداگانه محاسبه می شود. با انجام این روند و به کارگیری مدل خرابی پیش رونده خواص الیاف و ماتریس کاهش یافته و به تبع آن خواص لایه ها تغییر می یابند. این امر سبب تغییر در سهم تنش هر لایه و در نتیجه تنش های فایبر و ماتریس می شود. به این ترتیب عمر چندلایه عمری خواهد بود که مقدار پارامتر خرابی الیاف یا ماتریس در تمام لایه ها به مقدار بحرانی 1 برسد. در این رویکرد به منظور تعیین پارامترهای مادی موجود در رابطه تئوری جنبشی شکست برای ماده الیاف و ماتریس از نتایج تست های آزمایشگاهی روی لایه های تک جهته با زوایای 0 و 90 درجه استفاده می شود. ویژگی اصلی مدل ارائه شده کاهش چشمگیر میزان تست های آزمایشگاهی موردنیاز نسبت به روش های متداول است. به منظور اعتبارسنجی مدل حاضر، نتایج خستگی به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود برای ورق های تک لایه با زوایای مختلف و چندلایه متعامد مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: خستگی، ورق چندلایه متعامد، تئوری جنبشی شکست، خرابی پیشرونده
  • روح الله طالبی توتی*، امیرمحمد چوداری خامنه، رضا احمدی صفحات 53-66
    در این مقاله یک مدل تحلیلی برای محاسبه ی انتقال صوت از یک پوسته ی استوانه ای کامپوزیتی ارایه شده است. بدین منظور از یک مدل جدید و دقیق برای حل سه بعدی افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای از جنس کامپوزیت لایه ای و بر پایه تئوری الاستیسته خطی استفاده شده است. مدل ارائه شده در مقاله حاضر، یک پوسته ی استوانه ای کامپوزیتی با ضخامت دلخواه و طول بی نهایت و غوطه ور در سیال است که یک موج صفحه ای مایل به سطح خارجی آن برخورد می کند. بر این مبنا با استفاده از روش موسوم به فضای حالت و به کارگیری مدل لایه ای تقریبی به همراه رویکرد ماتریس انتقال، به تحلیل افت انتقال صوت از این پوسته ها پرداخته شده است. نتایج حاصله با نتایج سایر محققان مقایسه شده و تطابق مناسبی بین نتایج مشاهده می شود و بر دقت مدل ارایه شده در این مقاله صحه گذاری می نماید. همچنین در انتها پارامترهای موثر بر افت انتقال صوت نیز بررسی شده است. بررسی ها نشان می دهند که پوسته های استوانه ای از جنس کامپوزیت لایه ای از مزیت بیشتری نسبت به دیگر مواد برخوردارند، زیرا با تغییر در نحوه آرایش و چیدمان لایه ها و همچنین جنس ماده به کار رفته، مقدار افت انتقال صوت بهبود می یابد. بنابراین از این نکته می توان به افزایش مقدار افت انتقال صوت در پوسته های کامپوزیتی بهره گیری نمود.
    کلیدواژگان: افت انتقال صوت، کامپوزیت لایه ای، الاستیسیته خطی، روش فضای حالت، ماتریس انتقال
  • محمد براهنی، سعید امینی* صفحات 67-74
    کامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه به علت خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب آن ها دارای کاربردهای صنعتی متعددی هستند. سوراخ کاری از جمله روش های رایج برای ایجاد اتصال بین سازه های از جنس مواد تقویت شده با الیاف می باشد. فرآیند ماشین کاری مافوق صوت دوار از روش های نوین در ماشین کاری کامپوزیت های تقویت شده با الیاف می باشد که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. لایه های کامپوزیت های تقویت شده با الیاف در عملیات ماشین کاری مخصوصا در عملیات سوراخ کاری که در معرض تمرکز تنش قرار می گیرند، دچار آسیب لایه لایه شدگی می شوند. پدیده لایه لایه شدگی به شدت تحت تاثیر عواملی مانند جنس و هندسه ابزار و همچنین پارامترهای ماشین کاری قرار دارد. از این رو در سال های اخیر از ابزارهای جدید مانند ابزار الماسه هسته دار با توجه به کاهش نیرو و انجام هم زمان عملیات سوراخ کاری و سنگ زنی داخل سوراخ، در سوراخ کاری کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، استفاده می کنند. در این پژوهش به بررسی میزان لایه لایه شدگی در کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) با درصد الیاف 65% در فرآیند ماشین کاری مافوق صوت دوار با ابزار الماسه هسته دار، با توجه به پارامترهای ماشین کاری پرداخته شده است. با توجه به آزمایشات انجام شده مشاهده شد افزایش سرعت برشی و کاهش سرعت پیش روی موجب کاهش آسیب لایه لایه شدگی شده و کیفیت سوراخ را بهبود می بخشد. همچنین با توجه به نتایج به دست آمده، در نرم افزار مینی تب، یک رابطه آماری بین پارامترهای ماشین کاری و لایه لایه شدگی ارائه شد. با توجه به مدل به دست آمده، سرعت برشی تاثیر بیشتری بر میزان لایه لایه شدگی دارد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه، ابزار الماسه هسته دار، لایه لایه شدگی، ماشین کاری مافوق صوت دوار
  • حسن شریفی*، سلمان ربیعی فرادنبه، محمدحسین عنایتی صفحات 75-82
    در این پژوهش تولید نانوپودر کامپوزیت کبالت- بوراید وانادیم به روش مکانوشیمیایی به صورت درجا از مواد اولیه اکسیدی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به دمای آدیاباتیک (K 4482T da~) واکنش از نوع سنتز خودپیش رونده با دمای بالا یا MSR می باشد. مخلوط پودری مواد اولیه (Co3O4، V2O5، B2O3 وMg) مطابق واکنش استوکیومتری به ترتیب با نسبت (1:1:1:12) در یک آسیا سیاره ای پرانرژی تحت آتمسفر گاز آرگون با نسبت وزنی پودر به گلوله 1:20 در زمان های مختلف آسیا شدند. پودر کامپوزیتی تولید توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد بررسی قرار گرفت. پس از 15 دقیقه آسیاکاری احتراق در محفظه آسیا صورت گرفت و با توجه به الگوی پراش پرتو ایکس فازهای Co-VB-MgO-VO2-Mg3 (BO3)2 تولید شد. با افزایش زمان آسیاکاری مجدد، پس از احتراق به مدت زمان 30 دقیقه فاز ناخواسته Mg3 (BO3)2 تجزیه شده و باقی مانده اکسید وانادیم احیا شده و واکنش نهایی به طور کامل انجام شد. با توجه به نتایج XRD و آنالیز نقشه عنصری Xray-map فاز MgO که به عنوان محصول جانبی این واکنش بوده و توسط اسید کلریدریک با غلظت 9 درصد از پودر تولیدی به طور کامل حذف شد. با توجه تصویر TEM از پودر کامپوزیتی بعد از فرآیند اسیدشویی اندازه ذرات حدود 30-20 نانومتر به دست آمد.
    کلیدواژگان: فرایند مکانو شیمیایی، کامپوزیت، کبالت - براید وانادیم، سنتز خود پیش رونده
  • محمود مهرداد شکریه *، صادق دمیرجی لو، مظاهر سلامت طلب صفحات 83-90
    در این تحقیق، رشد تورق در مود اول چندلایه های کامپوزیتی پلیمری تک جهته با پل زنی الیاف بررسی شده است. بدین منظور، مدل سازی المان محدود رشد تورق در تیر دولبه یک سر گیردار با استفاده از مدل ناحیه چسبناک بر پایه مدل های کشش- جدایش انجام شده است. در نمونه های DCB، نرخ رهایی انرژی کرنشی با افزایش طول تورق در حین رشد ترک افزایش می یابد و این باعث می شود تا مدل های ساده کشش- جدایش، مانند دوخطی توانایی پیش بینی دقیق بار- جابه جایی این نمونه ها را نداشته باشند. به منظور رفع این نقص، مدل های کشش- جدایش چندخطی معرفی می شوند. در این تحقیق با استفاده از کمینه نمودن اختلاف نمودار بار- جابه جایی حاصل از المان محدود و آزمایشگاهی نمونه DCB، پارامترهای مدل ناحیه چسبناک با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه سازی می شوند. نتایج عددی حاصل از مدل سازی المان محدود با استفاده از مدل ناحیه چسبناک چندخطی ارایه شده در تحقیق حاضر، با نتایج آزمایشگاهی محققین دیگر مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می دهند، مدل ناحیه چسبناک چهار خطی ارایه شده، حداکثر تنش پل زنی مستخرج از داده های آزمایشگاهی و همچنین رفتار تورقی نمونه تیر دولبه یک سر گیردار را به خوبی پیش بینی می نماید.
    کلیدواژگان: پل زنی الیاف در مقیاس بزرگ، اثر منحنی مقاومت، تورق - مدل ناحیه چسبناک، الگوریتم ژنتیک
  • فرشید ریخته گر، سعید شبستری*، حسن ثقفیان صفحات 91-100
    امروزه ساخت و مطالعه نانوکامپوزیت های زمینه آلومینیم با مقاوم ساز نانوتیوب کربن مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. روش های مختلفی برای فرآوری این نوع نانوکامپوزیت ها استفاده شده است. اما، روش های بر پایه متالورژی پودر با توجه به پایین تر بودن دما و کنترل بهتر فرآیند، بیشتر مورد توجه بوده است. در تحقیق حاضر با هدف ساخت نانوکامپوزیت با زمینه آلومینیم 2024 و افزودن CNT wt.% 5/1، از روش متالورژی پودر پولک با سنتز تر در محیط سیال برای تولید پودر کامپوزیت استفاده شده است. سپس با استفاده از تفجوشی اولیه پودر با روش پرس سرد و تفجوشی بدون فشار در دمای oC 550، قرص های اولیه از آلیاژ Al2024 و کامپوزیت Al2024-CNT ساخته شد و تحت عملیات اکستروژن داغ قرار گرفت تا مفتول نهایی به قطر mm 10 حاصل شود. در ادامه محصولات با استفاده از آزمون های کشش، فشار، سختی و چگالی سنجی، XRD و رامان مورد مطالعه قرار گرفتند. با بهره گیری از مزایای روش تر، توزیع یکنواخت CNT در زمینه Al2024 همراه با حفظ کامل آن ها در محیط سیال، با استفاده از FE-SEM مشاهده شد. در نمونه Al2024-1.5wt.%CNT، استحکام تسلیم و استحکام نهایی به میزان 28 درصد در مقایسه با نمونه Al2024-O و به مقدار 20 درصد در استحکام تسلیم و 15 درصد در استحکام نهایی نسبت به نمونه Al2024-T6 افزایش یافت. پس از متراکم سازی بهینه، چگالی نسبی در نمونه های کامپوزیت Al2024-CNT تا 6/95 درصد، میزان سختی تا HB 90 و استحکام فشاری تاMPa 547 بهبود یافت. همچنین علاوه بر فازهای بین فلزی Al2Cu و Al2CuMg در نمونه های آلیاژی، وجود فاز کاربیدی Al4C3 پس از عملیات تفجوشی در نمونه کامپوزیتی اثبات شد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، روش تر، نانوتیوب کربن، توزیع همگن، خواص مکانیکی
  • رضا اسلامی فارسانی*، علیرضا شهرابی، فراهانی، حامد خسروی، محمدرضا زمانی صفحات 101-108
    سازه های مشبک کامپوزیتی با توجه به دارابودن ساختار منحصر به فردی که به صورت یک ساختار شبکه ای متشکل از ریب ها است، دارای خواصی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، نسبت سفتی به وزن بالا، قابلیت جذب انرژی بسیار بالا و همچنین مقاومت به خوردگی مناسب هستند. در این مقاله، تاثیر افزودن نانولوله های کربنی چندجداره در درصدهای وزنی مختلف (0، 1/0، 25/0 و 4/0) بر رفتار خمشی کامپوزیت های مشبک زمینه پلیمری به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. برای ساخت نمونه های کامپوزیتی مشبک حاوی نانولوله های کربنی چندجداره از روش لایه گذاری دستی استفاده شد که در آن پوسته از رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه و ریب ها با هندسه آنیزوگرید از رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن ساخته شدند. سپس بر روی این نمونه ها آزمون خمش سه نقطه ای صورت پذیرفت و پارامترهایی نظیر حداکثر بار خمشی، سفتی خمشی و میزان جذب انرژی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج تجربی نشان داد، بهترین رفتار خمشی به ازای افزودن 4/0 درصد وزنی نانولوله های کربنی حاصل می شود که در این حالت، میزان حداکثر بار خمشی، سفتی خمشی و میزان جذب انرژی صفحات مشبک کامپوزیتی به ترتیب به میزان 24، 35 و 25 درصد نسبت به نمونه مشبک فاقد نانولوله های کربنی، افزایش می یابد. همچنین نتایج مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بهبود خواص فصل مشترکی بین الیاف تقویت کننده و زمینه را در ارتباط با نمونه نانوکامپوزیتی نشان دادند که نقش بسزایی را در بهبود خواص مکانیکی سازه مشبک ایفا می کند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت مشبک چندمقیاسی، هندسه شش ضلعی، نانولوله های کربنی چندجداره، خواص خمشی
  • کوروش خورشیدی*، ابوالفضل فلاح، علی سیاه پوش صفحات 109-120
    در این مقاله تحلیل ارتعاش آزاد نانو ورق مرکب مستطیلی تابعی هدفمند در محیط حرارتی بررسی شده است. برای به دست آوردن فرکانس طبیعی نانو ورق مرکب از تئوری الاستیسیته ی غیر محلی بر پایه ی تئوری تغییر شکل برشی نمایی استفاده شده است. در تئوری تغییر شکل برشی نمایی، تابع نمایی در راستای ضخامت، برای در نظر گرفتن تاثیرات تغییر شکل برشی عرضی و اینرسی دورانی به کار می رود. از تئوری الاستیسیته غیر محلی جهت در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طول کوچک نانو ورق تابعی هدفمند استفاده شده است. حرارت در سطوح ورق ثابت در نظر گرفته شده است. خواص مواد وابسته به دما و در راستای ضخامت بر اساس قانون توزیع توانی تغییر می کند. معادلات حرکت با بکارگیری اصل همیلتون به دست می آیند. به منظور اعتبار سنجی روش حاضر مقایسه ای بین نتایج حاصله و نتایج سایر مقالات در دسترس انجام می شود. در نهایت تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل پارامتر غیر محلی، ضریب نسبت حجمی توانی، نسبت عرض به طول، نرخ ضخامت به طول و دماهای سطح مختلف بر نانو ورق مستطیلی تابعی هدفمند در محیط حرارتی ارایه شده و جزییات مورد بحث قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: نانو ورق مستطیلی، مواد تابعی هدفمند، تئوری تغییر شکل برشی نمایی، محیط حرارتی، اصل همیلتون
|
  • Mehdi Zarei, Gholam Hossien Rahimi * Pages 1-8
    Laminated composite conical shells are used as components of aerospace, marine industries and civil engineering structures. In this research free vibration of grid stiffened composite conical shell with simply support boundary condition is studied. No study has yet been done on vibration analysis of these structures. Smeared method is employed to superimpose the stiffness contribution of the stiffeners with those of shell in order to obtain the equivalent stiffness parameters of the whole structure. The stiffeners are considered as a beam and support shear loads and bending moments in addition to the axial loads. Geodesic path is applied to the stiffeners. Equations were derived using classical shell theory of Donnell type and were solved using energy functional with the Rayleigh-Ritz method. A 3D finite element model was built using ABAQUS software. Results were compared and validated for grid stiffened structure with ABAQUS software. Comparisons and validations revealed good agreements. The effects of shell geometrical parameters and variations in the cross stiffeners angle on the natural frequencies were investigated.Results given are novel and can be used as a benchmark for further studies.
    Keywords: Free vibrations, grid stiffened, smeared method, geodesic
  • Bijan Mohammadi *, Somayeh Asl Kamkar, Amin Farrokhabadi Pages 9-24
    Matrix Cracking and induced delamination in symmetric cross-ply, [0m/90n]s, and angle-ply, [θ/-θ]s, laminated composites under axial and shear loading are studied by multi-scale micro-meso approach. The stress transfer model is implemented to predict the stress and displacement distribution incorporated with the ply-refinement technique in laminates. By considering crack closure condition, a series of useful inter-relationships between thermo-elastic constants for damaged and corresponding undamaged laminates are derived. By using both of stress and displacement fields and these inter-relationships the properties of damaged laminated structure are achieved. These obtained properties are used to calculate the energy release rate in load control condition for the initiation and growth of matrix cracking and induced delamination in cross-ply symmetric laminates with [0m/90n]s layup. The obtained results of mechanical properties degradation show a good agreement with the results of experiments, variational approach and finite element methods (FEM) existed in literature. By comparing the results of the energy release rate of single-layer method with variational approach and finite element methods, it was observed that the results of proposed single-layer have a considerable error due to differences in slop of stiffness versus crack density.Finally, the accuracy of single-layer micromechanical approach in predicting the mechanical properties and inaccuracies in predicting of energy release rate was confirmed
    Keywords: Matrix Cracking, Induced Delamination, Reduced Mechanical Properties, Energy Release Rate, Multi Scale Damage Modeling
  • Nader Vahdatazad, Saeed Ebrahimi *, Gholamhossein Liaghat Pages 25-34
    In this paper, crashworthiness analysis of a tapered sandwich column under oblique impact loading against a rigid wall is investigated by nonlinear finite element analysis.The energy absorption characteristics of honeycomb sandwich cylindrical columns in oblique crushing process depend greatly on the amount of material which participates in the plastic deformation. The interaction effects between the honeycomb and column walls greatly improve the energy absorption efficiency. The response surface method with cubic basis functions is employed to formulate specific energy absorption and peak crushing force, which reduces considerably the computational cost of crush simulations by finite element method. Based on the results of crash modeling, it is observed that the specific energy absorption has a decreasing trend by increasing the impact angle and decreasing the column thickness. On the other hand, the peek crushing force reduces when the impact angle and the column thickness are increased. Therefore, multiobjective optimization is done to maximize the specific energy absorption and minimize the peek crushing force at the same time. Furthermore, maximizing the specific energy absorption and maximizing impact load angle is performed. Finally, both local and global sensitivity analyses are employed to assess the effect of impact angle and thickness on the specific energy absorption and peak crushing force. The global sensitivity of the specific energy absorption with respect to the impact angle is observed to be more than the column thickness, while the peak crushing force has more global sensitivity to the column thickness compared to the impact angle.
    Keywords: Tapered Sandwich columns, specific energy absorption, crashworthiness, multiobjective optimization, sensitivity analysis
  • Amirhossein Esbati, Saied Irani * Pages 35-46
    In this research, mechanical properties and fracture mechanism of polymer nanocomposite reinforced by carbon nanotubes (CNTs) has been evaluated employing multiscale modeling method. Effect of CNTs’ structural defects and covalent bonds created during functionalization process are investigated in nanoscale analysis and the effect of CNTs’ dispersion, curvature and volume fraction are studied in microscale analysis. In microscale modeling both analytical and finite element methods are employed to investigate mechanical properties and their results are compared. It has been investigated that, according to mentioned parameters such as CNTs’ dispersion, volume fraction, functionalization and curvature in polymer matrix, both increase and decrease in ultimate strength of polymer nanocomposite are possible with respect to pure polymer. Moreover, polymer nanocomposite’s ultimate strength is increased and fracture brittleness is decreased significantly using functionalized CNTs. On the other hand, the CNT’s structural defects caused during functionalization process decrease polymer nanocomposite Young’s modulus. It also has been demonstrated that by increasing curvature, the improving effects of functionalized CNTs on mechanical properties of polymer nanocomposite, decrease obviously.
    Keywords: Polymer nanocomposite, Multiscale modeling, Functionalized, intact CNTs, Analytical, finite element methods
  • Hossein Toozandehjani, Zahra Soltani, Seyed Ali Hosseini Kordkheili * Pages 47-52
    In this paper the kinetic theory of fracture is employed to predict fatigue life of composite cross-ply laminates. To this end, carrying stress in each layer is determined based on classical plate theory. Then using the rate dependent kinetic theory of fracture, damage index for constituents of each layer, matrix and fiber, are determined separately. According to these values, mechanical degradation model are applied separately for fiber and matrix material properties and the overall property of each layer will be updated. In this way carrying stress in each layer and consequently in fiber and matrix will be changed and fatigue failure is take place when value of fiber or matrix damage index in all layers of cross-ply laminated composite rises to the critical value. In this approach material parameters in fiber and matrix kinetic theory of fracture equations will be determined using experimental fatigue data for the longitudinal (θ= 0°) and transverse (θ= 90°) unidirectional, respectively. The huge advantage of this micromechanical model is reduction in amount of experimental test. Results from presented model show good agreement with experimental result presented by other researchers on cross-ply laminated composite plates.
    Keywords: Fatigue, cross-ply laminated composite plates, the kinetic theory of fracture, progressive damage
  • Roohollah Talebitooti *, Amir Mohammad Choudari Khameneh, Reza Ahmadi Pages 53-66
    In this paper, an analytical solution is presented to study acoustic transmission through a laminated composite cylindrical shell. Therefore, a new and exact model is employed to solve the three-dimensional sound transmission loss in a composite cylindrical shell based on three-dimensional linear theory of elasticity. The model presented in this paper is a composite cylindrical shell with arbitrary thickness and infinite length and immersed in a fluid. Also an oblique plane wave impinges on the external sidewall of the shell. The state space method is used to investigate laminate approximated model along with transfer matrix approach to analysis the sound transmission loss though the composite cylindrical shells. The results obtained from presents study have been compared with those of other researchers. This comparison shows an excellent agreement between the results. Finally, the parameters affecting on the sound transmission loss have been studied. The results indicate that the laminated composite cylindrical shells are more advantageous rather than other materials as a result of enhancing the sound transmission loss with change the stacking sequence of laminated composite. This characteristic can be used to increase the amount of sound transmission loss in composite shells.
    Keywords: Sound transmission loss, Laminated composite, Linear elasticity, State space method, Transfer matrix
  • Mohammad Baraheni, Saeed Amini * Pages 67-74
    Glass fiber reinforced composites pose numerous industrial applications that are because of suitable mechanical and physical properties. Drilling is a common method to connect fiber reinforced material structures. Rotary ultrasonic machining is one of the new methods in machining of fiber reinforced composites that is highly attractive in recent years. Fiber reinforced composite laminates in machining operations, especially in drilling operations which are subjected to stress concentration, tend to be delaminated. Delamination damage is strongly influenced by factors such as tool material and geometry and also machining parameters. Therefor in recent years, new tools such as diamond core drills are used in drilling of fiber reinforced composites due to their lower force creation and simultaneous drilling operation and hole internal grinding. In this research, delamination of glass fiber reinforced composites (GFRP) with a percentage of 65% fiber in rotary ultrasonic machining process using diamond core drill regarding machining parameters have been discussed. According to conducted experiments, it was observed that cutting speed increment and feed rate reduction, decreases the delamination damage and improves hole quality. Also based on achieved results, a statistical relationship between machining parameters and delamination in Minitab software offered. According to the resulting model, cutting speed has a greater impact on the amount of delamination
    Keywords: Glass fiber reinforced composite, Diamond core tool, Delamination, Rotary ultrasonic machining
  • Hassan Sharifi *, Salman Rabiei Faradonbeh, Mohammad Hossein Enayati Pages 75-82
    In this research, the production mechanism of VB-Co in situ nanocomposite powder from oxidized raw materials via mechanochemical method was studied. Regarding the adiabatic temperature of the chemical reaction, this reaction was occurred through self-progressive high-temperature synthesis or MSR. The mixed powder of raw materials (Co3O4, V2O5, B2O3 and Mg) were ground according to the stoichiometry reaction with the ratio (1:1:1:12) using a high-energy planetary ball mill in an argon atmosphere in different times where the weight ratio of powder to the bullet was 1:20. The produced composite powder was evaluated by the X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). After grinding for 15 minutes, a burning occurred in the mill and regarding the X-ray diffraction, the phases Co-VB-MgO-VO2-Mg3­(BO3)2 were generated. Increasing the time of re-grinding and after burning for 30 minutes, the unwanted phase of Mg3­(BO3)2 was decomposed, the remaining vanadium oxide restored and the final reaction fully occurred. Regarding the results of XRD and the X-ray map analyses, MgO, which was the by-product of this reaction, was removed completely from the produced powder by hydrochloric acid at a concentration of 9. As the TEM image shows the composite powder after the pickling process, the size of particles is around 20- 30 nm.
    Keywords: Mechanochemical processing, Composite, Cobalt -Vanadium boride, Self-progressive synthesis
  • Mahmood Mehrdad Shokrieh*, Sadegh Damirchiloo, Mazaher Salamat Talab Pages 83-90
    In this study, delamination growth in mode I loading of unidirectional laminated composites with R-curve effect was investigated. To this end, a finite element simulation of delamination growth in double cantilever beam (DCB) performed using the cohesive zone model (CZM) based on traction-separation laws. By increasing the delamination length in DCB specimens, the strain energy release rate increases and for this reason the simple traction-separation law such as bilinear are not capable to predict the load-displacement curve of this specimens accurately. To solve this shortcoming, cohesive zone models with multi-linear traction-separation laws were proposed to predict delamination behavior of the DCB specimens numerically. Afterwards, by minimizing the difference between experimental and numerical load-displacement curves using optimization method based on genetic algorithm, cohesive zone parameters are characterized. A comparison of the results obtained by cohesive laws with experimental data show that four-linear cohesive law can predict the maximum bridging stress as well as the experimental load-displacement curve accurately.
    Keywords: Large scale bridging, R-curve effect, Delamination, Cohesive zone model (CZM), genetic algorithm
  • Farshid Rikhtegar, Saeed Shabestari *, Hassan Saghafian Pages 91-100
    Nowadayas, manufacturing of carbon nanotube reinforced aluminium matrix nanocomposites have been studied by many researchers. Different techniques have been used for possessing of Al-CNT nanocomposites. But, the powder metallurgy methods have been more attractive because of the lower temperature and better control of process. In the current research, the flake powder metallurgy route was used as a slurry based method to produce Al2024-CNT nanocomposite with 1.5wt.% CNT as reinforcement. Then, the initial compacted billets of Al2024 alloy and Al2024-CNT composites were produced by cold pressing of powders. They were sintered at 550 oC and the billets were hot extruded to produce rods with 10 mm in diameter. The produced samples were investigated by means of tension, compression, hardness, density measurement, XRD, and Raman tests. The uniform dispersion of CNTs within Al2024 powder was observed using FE-SEM. It was related to the merits of wet synthesis of composite powder. In Al2024-CNT sample, the yield and ultimate strength was increased about 28% in comparison with Al2024-O; It was also increased about 20% in yield strength and 15% in tensile strength compared with Al2024-T6 sample. After optimum sintering process, the relative density, hardness, and compressive strength of Al2024-CNT nanocomposite have been increased through hot extrussion to 95.6%, 90 HB, and 547 MPa, respectively. In addition to Al2Cu and Al2CuMg intermetallics in alloyed samples, Al4C3 carbide phase was proved to be formed after sintering in composite specimen.
    Keywords: Nanocomposite, Slurry-based method, Carbon nanotube, homogeneous dispersion, mechanical properties
  • Reza Eslami-Farsani *, Alireza Shahrabi-Farahani, Hamed Khosravi, Mohammad Reza Zamani Pages 101-108
    Grid composite structures (GCSs) owing to their unique shape which is a network of ribs, have some interesting properties such as low strength to weight ratio, low stiffness to weight ratio, high energy absorption capability and good corrosion resistance. In this study, the effect of the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) addition at various weight percentages with respect to the matrix (0, 0.1, 0.25 and 0.4) on the flexural behavior of GCSs was experimentally examined. For fabricating of the composites, hand lay-up method was used, where plain E-glass and unidirectional carbon fibers impregnated to the resin mixture were used in the skin and rib parts. Afterwards, 3-point bending test was performed on these specimens and the parameters such as maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption were studied. Experimental results showed that, the best flexural behavior was obtained with the addition of 0.4 wt. % of MWCNTs. In this case, the maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption of the GCSs increased by 24%, 35% and 25%, respectively compared to the specimen without MWCNTs addition. The microstructural investigations of the fracture surfaces using electron microscopy clearly indicated the improvement in the interfacial adhesion between the fibers and epoxy matrix in the case of the nanocomposite specimen. This case plays an important role for improvement in the mechanical properties of the GCSs.
    Keywords: Multiscale grid composite, hexagonal geometry, Multi walled carbon nanotubes, Flexural Properties
  • Korosh Khorshidi *, Abolfazl Fallah, Ali Siahpush Pages 109-120
    In the present study the free vibration analysis of functionally graded composite rectangular nanoplates in thermal environment is investigated. The nonlocal elasticity theory based on the exponential shear deformation theory has been used to obtain the natural frequencies of the nanoplate. In exponential shear deformation theory an exponential functions are used in terms of thickness coordinate to include the effect of transverse shear deformation and rotary inertia. Nonlocal elasticity theory is employed to investigate effect of small scale on natural frequency of the functionally graded rectangular nanoplate. The temperature is assumed to be constant in the plane of the plate and to vary in the thickness direction only. Material properties are assumed to be temperature dependent, and vary continuously through the thickness according to a power law distribution in terms of the volume fraction of the constituents. The govering equations are derived by implementing Hamilton’s principle. To show the accuracy of the formulations, present result’s in specific cases are compared with available results in literature and good agreement are seen. Finally, the effect of various parameters such as nonlocal parameter, power law indexes, width to length ratio, the thickness to length ratio, and temperature fields on the natural frequencies of rectangular FG nanoplates are presented and discussed in detail.
    Keywords: Nanoplate, functionally graded material, Exponential shear deformation theory, Thermal environment