فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال دهم شماره 2 (پیاپی 26، تابستان 1394)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال دهم شماره 2 (پیاپی 26، تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/09/25
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سید مسعود باقری، جمال زمانی * صفحه 3

    ارزیابی رفتار استوانه های جدار ضخیم تحت بارگذاری با نرخ کرنش بالا به دلیل کاربردهای فراوان آن ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. بررسی عملکرد این گونه سازه ها بیشتر در حالت استاتیکی و یا شبه دینامیکی انجام شده است. از این رو استخراج مدل تحلیلی در سازه های تحت بارگذاری با نرخ بالا و در حوزه پلاستیک کامل و حالت دینامیکی، ارزشمند است. هدف اصلی این مقاله، استخراج مدل تحلیلی بر پایه قوانین پلاستیسیته به منظور ارزیابی انبساط استوانه جدار ضخیم همسان گرد تحت انفجار داخلی ماده منفجره تی.ان. تی است. در این تحقیق، معادلات تنش های شعاعی و محیطی استوانه از روابط تعادل استخراج و با اعمال شرایط مرزی و هندسی استوانه که به صورت بارگذاری متغیر در نظر گرفته شده است و در حین فرآیند تغییر می نماید و همچنین اصلاح استحکام دینامیکی ماده با توجه به نرخ کرنش لحظه ای، سرعت انبساط به صورت گردشی محاسبه می شود. آنگاه سایر پارامترهای فرآیند محاسبه و ارزیابی و در گام بعدی به عنوان ورودی مورد استفاده قرار می گیرد. در انتها، شبیه سازی نرم افزاری، به منظور بررسی روند کلی نتایج حاصل از مدل سازی انجام شده است که تطابق خوبی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، ماده منفجره، استحکام دینامیکی تسلیم، معادله حالت، نرخ کرنش
  • رضا فارغی علمداری، فائزه قربانی زمانی صفحه 13
    پیشرانه های دوجزئی هایپرگول تنها متشکل از سوخت و اکسیدکننده بوده که به محض تماس با یکدیگر بدون نیاز به منبع احتراق خارجی، مشتعل می شوند. چنین فرایند احتراق خودبه خودی سبب شده تا موتور، احتراقی بسیار قابل اطمینان و با کاربری تکرارپذیر داشته باشد. در سال های اخیر، مایعات یونی با خاصیت هایپرگولیک در تماس با اسید نیتریک غلیظ بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در تحقیق حاضر، دو مایع یونی هایپرگول جدید با کاتیون ایمیدازول و آنیون پرانرژی دی سیانامید طراحی و سنتز شده است. ساختار مایعات یونی سنتز شده توسط طیف های 1H-NMR و FTIR تایید شد و رفتار حرارتی آن ها توسط آنالیز وزن سنجی (TGA) و آنالیز گرماسنجی دیفرانسیلی (DSC) بررسی شدند. نتایج آنالیز حرارتی نشان دهنده پایداری حرارتی خوب (دمای حدودی °C 200 بدون کاهش وزن قابل توجه) و منحنی تغییر فاز هر دو مایع یونی جدید سنتز شده همخوانی خوبی با تغییرات افت وزنی در اثر افزایش دما نشان داد. علاوه بر این، خاصیت هایپرگولیک مایعات یونی سنتز شده توسط آزمون قطره در حضور اسید نیتریک غلیظ بررسی شد که بر اساس آن، هر دو به محض تماس با سطح اکسیدکننده به صورت خودبه خود مشتعل شدند.
    کلیدواژگان: مایعات یونی هایپرگول، ایمیدازول، آنیون دی سیانامید، آنالیز حرارتی، زمان تاخیر در احتراق
  • یدالله بیات، اکرم سادات رزاقی مقدم، مصطفی قربانی، علیرضا قدیری، مهوش مصاحبی محمدی، حسین دهقانی صفحه 25
    ساختار پلی کاپرولاکتون به دلیل دارا بودن گروه های قطبی، توانایی بیشتری در پذیرش نرم کننده های نیترات استر دارد و از این نظر بایندر بسیار مطلوبی است. پلی گلیسیدیل نیترات نیز به علت دارا بودن گروه ONO2پلیمری پرانرژی بوده ولی خواص مکانیکی مطلوبی ندارد. با سنتز کوپلیمر تری بلاک PCL-PGN-PCLمی توان از خواص مکانیکی مطلوب پلی کاپرولاکتون و خواص پرانرژی پلی گلیسیدیل نیترات در کنار هم بهره برد. در این پژوهش برای اولین بار کوپلیمر تری بلاک PCL-PGN-PCL سنتز شد. در مسیر سنتز ابتدا گلیسیدیل نیترات با استفاده از اپی کلروهیدرین با راندمان 60% سنتز شد. سپس با استفاده از گلیسیدیل نیترات سنتز شده پلی گلیسیدیل نیترات با راندمان 70 % سنتز شد. کوپلیمر تری بلاک پرانرژی جدید با استفاده از پلی گلیسیدیل نیترات (PGN) به عنوان ماکرو آغازگر و روش پلیمری شدن کاتیونی حلقه گشا با استفاده از مونومر کاپرولاکتون در حضور دی بوتیل تین دی لورات به عنوان کاتالیزگر سنتز شد. رفتار حرارتی پلیمر با روش DSC بررسی شد و Tg مربوط به کوپلیمر°C 2/45- اندازه گیری شده که نشانگر Tg مناسب برای بایندر است. تشکیل کوپلیمر تری بلاک PCL-PGN-PCLبا استفاده از13CNMR، IR، 1HNMR تایید شد. روش سنتز کوپلیمر تری بلاک PCL-PGN-PCLبهینه سازی شد. دمای °C115 و زمان 19 ساعت و مقدار کاتالیزگر یک درصد نسبت به 1 گرم آغازگر با استفاده از حلال تولوئن و افزایش تدریجی مونومر به عنوان روش سنتز بهینه در نظر گرفته شد. راندمان به دست آمده در این شرایط 81 % بود.
    کلیدواژگان: بایندر، کوپلیمر تری بلاک PCL، PGN، PCL، پلی گلیسیدیل نیترات، پلی کاپرولاکتون، پیشرانه مرکب
  • محمدرضا سویزی، رویا حاجی زاده صفحه 35
    در تحقیق حاضر، در راستای اصلاح و بهبود پیشرانه ها، اثر نانوکاتالیزگر گرافن با پوشش Fe3O4 بر روی سینتیک تخریب پیشرانه مرکب حاوی آمونیوم پرکلرات و گلیسیدیل آزیدپلیمر (AP/GAP) بررسی شد. در این پروژه از روش آنالیز سطحی SEM-EDX و EDX-Mapping برای بررسی ساختاری و مورفولوژی پیشرانه حاوی نانوکاتالیزگر بهره گرفته شد. نتایج حاصل نشان داد که نمونه های تهیه شده همگن بودند. از روش های آنالیز حرارتیDSC و TG هم جهت بررسی رفتار حرارتی پیشرانه در حضور و عدم حضور نانوکاتالیزگر استفاده شد. بررسی نتایج نشان داد که استفاده از نانوکاتالیزگر Graphene@Fe3O4 می تواند باعث کاهش دمای تجزیه ای و هم چنین ادغام پیک های تجزیه ای در ناحیه آمونیوم پرکلرات شود. با استفاده از داده های آنالیز TG و به کمک روش های فریدمن و اوزاوا وOWF (فلاین- وال- اوزاوا) بررسی سینتیکی تجزیه حرارتی نمونه ها انجام شده و انرژی فعال سازی آن ها محاسبه شد. نتایج حاصل نشان داد که انرژی فعال سازی مورد نیاز در حضور Graphene@Fe3O4 نسبت به پیشرانه بدون حضور کاتالیزگر، کمتر بود که در نوبه خود می تواند بر عملکرد پیشرانهAP-GAP تاثیر گذار باشد.
    کلیدواژگان: پیشرانه AP، GAP، گرافن با پوشش Fe3O4، سینتیک تخریب حرارتی، اوزاوا، فلاین، وال، ازاوا، فریدمن
  • منصور شهیدزاده، فریده سالاری منش، مهوش زمانی صفحه 43
    پلی بوتادی ان با گروه انتهایی هیدروکسیل که به عنوان رزینHTPB شناخته می شود، یک نوع پلی ال هیدروکربنی مایع است که عمدتا در تهیه پیشرانه های کامپوزیتی استفاده می شود. به علت ماهیت غیراشباع پلیمرHTPB، این رزین پتانسیل کهولت اکسایشی بالایی دارد. در این مقاله روند تغییرات خواص شیمیایی، جرم مولکولی، وزن اکی والان و گرانروی رزین تحت شرایط اکسایش حرارتی در حضور و عدم حضور آنتی اکسیدان فنلی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه های رزین HTPB در طی 100روز و تحت شرایط اکسایشیC °60 و فشار 1 اتمسفر قرار داده شد و روند تغییر مقدار عدد پراکسید، عدد هیدروکسیل، عدد اپوکسی، گرانروی و جرم مولکولی دو نمونه مطالعه شد. نتایج نشان می دهد که جفت شدن رادیکالی زنجیرها و افزایش جرم مولکولی پلیمر و عاملیت هیدروکسیل HTPB، مهم ترین رخداد در طی اکسایش حرارتی رزین است.
    کلیدواژگان: HTPB، پیشرانه کامپوزیتی، پلی یورتان های بر پایهHTPB، اکسایش حرارتی، آنتی اکسیدان
  • سید حسین حسینی، محمد شرعیات، رحمت الله قاجار صفحه 53
    در این مقاله، تحلیل دینامیکی غیرخطی ضربه کم سرعت ورق کامپوزیتی مستطیلی تقویت شده با آلیاژ حافظه دار انجام شده است و، برای اولین بار تغییرات لحظهای و غیریکنواخت بودن مکانی میزان تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت و برعکس با استفاده از کد نویسی صورت پذیرفته در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است. همچنین بجای استفاده از نظریه های تقریبی ورق، از شبیه سازی سه بعدی برای استخراج پاسخ های ضربه بر پایه نظریه الاستیسیته استفاده گردیده است. در انتها، بررسی اثر پیش بار، خارج از مرکز بودن ضربه و انرژی ضربه زننده بر پاسخ ضربه ورق صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که خاصیت سوپر الاستیسیته آلیاژ حافظه دار باعث می شود که این آلیاژ در حین ضربه با تشکیل حلقه هیسترزیس انرژی زیادی را جذب کند که این امر باعث بهبود مقاومت به ضربه ورق کامپوزیتی و کاهش آسیب ناشی از ضربه می گردد. همچنین در حالت ضربه خارج از مرکز و در حالت پیش بار کششی به دلیل کاهش آزادی حرکت کلی ورق، نیروی تماسی افزایش می یابد که نتیجه آن افزایش احتمال آسیب پدید آمده است.
    کلیدواژگان: ضربه کم سرعت، ورق کامپوزیتی، آلیاژ حافظه دار، تغییرات محلی و لحظه ای فازها
  • حمیدرضا قاینی، هادی ابوسعیدی، سید هادی معتمد شریعتی صفحه 65
    نیترو دار کردن آلکن ها به دلیل ماهیت غیراشباع آن ها و قابلیت سنتز گستره وسیعی از ترکیبات C-نیترو آلیفاتیک از اهمیت ویژه-ای در حوزه مواد پرانرژی برخوردار است. با توجه به اهمیت سنتز این ترکیبات، استفاده از واکنشگر نیتریل یدید به عنوان روشی ملایم، ارزان و بی خطر جهت نیترو عامل دار کردن HTPB به عنوان یک پیش پلیمر غیراشباع در این مقاله موردمطالعه قرار گرفت. جهت بهینه سازی شرایط واکنش، پارامترهای موثر بر سنتز Nitro-HTPB از قبیل مقدار واکنشگر، مقدار حلال، دما و زمان واکنش موردبررسی قرار گرفت و تاثیر هر یک از پارامترهای مذکور بر میزان نیتره شدن و راندمان محصولات بررسی شد. مشاهده شد که پارامتر حلال از نظر کمیت و کیفیت آن تاثیر بسزایی در راندمان محصول دارد. در این راستا مدت زمان 24 ساعت و دمای محیط به عنوان شرایط بهینه در این واکنش در نظر گرفته شدند. درنهایت جهت مطالعه تاثیر محتوای نیترو بر فرایند رفتار حرارتی محصولات از روش وزن سنجی حرارتی (DSC) بهره گرفته شد. مشاهده شد که با افزایش محتوای نیتروی محصولات، گرمای حاصل از تجزیه افزایش و پایداری حرارتی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: نیترو عامل دار کردن، پیش پلیمر Nitro، HTPB، واکنشگر نیتریل یدید، گرماسنجی پویشی افتراقی
  • فرم عضویت در انجمن
    صفحه 73
|
  • M. M. Bagheri, J. Zamani, K. N. Toosi University Page 3

    Evaluation of thick-walled cylinders behavior under high strain rate loading is of great importance because of their many applications. Most of the studies around these structures were performed in the state of static and quasi-static. Therefore، development of analytical model in structures loaded with high rates in dynamic state and in complete plastic domain is valuable. The main purpose of this article is to derive a mathematical model based on plasticity flow rules in order to assess the expansion behavior of isotropic thick-walled aluminum cylinder containing TNT. Through this، the equations of radial and circumferential stresses derived from equation of equilibrium and then radial velocity could be calculated by iterative procedure applying instantaneous explosion product pressure as boundary conditions which is variable and depend on geometry of cylinder and also modification of dynamic strength at each moment with considering the strain rate. Therefore، strain rate with its effect on dynamic strength is of importance points in this article. After extraction of radial velocity، other process parameters will be determined and used as input data for the next stage. Furthermore، computer simulation was done، which shows good agreement with the analytical results.

    Keywords: Thick, Walled Cylinder, Explosive, Dynamic Yield Stress, Equation of State, Strain Rate.
  • R. Fareghi Alamdari, F. Ghorbani Zamani Page 13
    A hypergolic bipropellant consist of fuels and oxidizers that can ignite rapidly upon mixing without external ignition devices. This self –ignition technology makes the engine ignition more reliable with the repeated use. Recently، ionic liquids with the dicyanamide anion showing good hypergolic properties when contacted with common oxidizer (such as concentrated nitric acid)، have attracted a lot of attentions. In this study، two new hypergolic ionic liquids with imidazole cations and energetic dicyanamide anions have been designed and synthesized. The synthesized ionic liquids was characterized by 1H-NMR and FT-IR، and their thermal properties were investigated by thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The results suggested that these ionic liquids have good thermal stability (approximately up to 200 °C without significant weight loss) and phase change curves shown good agreement with the changes in weight loss by increasing temperature. In addition، hypergolic properties of synthesized ionic liquids were investigated by drop test in the presence of concentrated nitric acid following which، they shown spontaneous ignition in contact of oxidizer surface.
    Keywords: Hypergolic Ionic Liquids, Imidazole, Dicyanamide Anion, Thermal Analysis, Ignition Delay Time
  • Y. Bayat*, A. Razaghi Moghaddam, M. Ghorbani, A. Ghadiri, M. Mossahebi Mohammadi, H. Dehghani Page 25
    Polycaprolactones due to the polar groups in their structures are able to be mixed with other nitrate esters and thus are presented as suitable binders. In the other hand, polyglycidyl nitrate with ONO2 groups is a high energetic polymer; however, it has not suitable mechanical properties. Consequently, it is possible to use the favorable mechanical properties of polycaprolactone and energetic properties of polyglycidyl nitrate by the synthesis of the PCL-PGN-PCL three-block copolymer. In this research, the PCL-PGN-PCL three-block copolymer was synthesized for the first time. Firstly, polyglycidyl nitrate as a monomer was synthesized using epichlorohydrin (60% total yield of the reaction). Then, polyglycidyl nitrate was synthesized by using this monomer (70% yield). Finally, the new PCL-PGN-PCL three-block copolymer was synthesized by ring opening polymerization of caprolactone as monomer and polyglycidyl nitrate (PGN) as a macro initiator in the presence of dibutyl tin laurate as catalyst. The differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) were performed to investigate the thermal characteristics of this copolymer (Tg -45.2 °C). In addition, there was one pick in the GPC chromatogram that proved the formation of PCL-PGN-PCL three-block copolymer. The PCL-PGN-PCL three-block copolymer was characterized by 1HNMR, 13CNMR and IR spectroscopy methods. In the last part, the synthesis process of the PCL-PGN-PCL three-block copolymer was optimized. The reaction conditions were optimized at 115° C for 19 hours using 1mol% of catalyst. Toluene was chosen as a solvent and the monomer was added gradually into the reaction media. The yield was 81%. Also, the molar ratio of monomer to initiator as 5:1 showed the best molecular dispersity.
    Keywords: PCL, PGN, PCL Three, Block Copolymer, Poly Glycidyl Nitrate, Poly Caprolactone, Composite Propellant
  • M. R. Sovizi*, R. Hajizadeh Page 35
    In this study, the effect of Fe3O4-coated graphene as nanocatalyst on the kinetics degradation of Ammonium Perchlorate and Glysydyl Azide Polymer (AP/GAP) composite propellants is investigated in order to modify and improve the burning rate of propellants. The SEM-EDX and EDX-Mapping surface analysis methods were used for structural and morphological study of the propellant containing nanocatalyst. The results showed that all the samples were homogenous. Thermal analysis techniques (DSC and TG) were used in the presence and absence of the nanocatalyst in order to investigate the thermal behavior of the propellant. The results showed that Graphene@Fe3O4 reduces decomposition temperature and merge decomposition peaks of AP. This will probably speed up the process of thermal decomposition of AP in the propellant. Moreover, the thermal decomposition kinetics of the samples were investigated using TGA analysis data and Friedman, Ozawa, and Flynn-Wall-Ozawa (FWO) methods. Then the activation energy of the samples were calculated. The results showed that the required activation energy in the presence of Graphene@Fe3O4 was less than in the absence of the catalyst, improving theperformance of propellant.
    Keywords: AP, GAP Propellants, Graphen Coated By Fe3O4, Kinetic Thermal Decomposition, Ozawa, Freidman, Flynn, Wall, Ozawa.
  • M. Sahahidzadeh*, F. Salari Manesh, M. Zamani Page 43
    Hydroxyl terminated polybutadien (HTPB resin) is a liquid hydrocarbon polyol that is commonly used in the preparation of solid composite propellants. Because of unsaturated nature of HTPB polymer, it has high potential for oxidative aging. In this paper, the change in the properties of two types of HTPB resin under thermal oxidative aging in the presence and absence of phenolic antioxidant have been investigated. For this purpose, two samples of resin have been stored at 60 °C during four month under atmospheric pressure and the changes of the peroxide value, hydroxyl value, epoxy number, viscosity and molecular weight have been investigated. The results show that crosslinking of radical chains, increase of the molecular weight and hydroxyl functionality of HTPB are the most important oxidative events that occurred during oxidative aging.
    Keywords: HTPB, Propellant Composite, Polyurethane, Based HTPB, Thermal Oxidation, Antioxidant
  • S. H. Hosseini, M. Shariyat*, R. Ghajar Page 53
    In the present paper, nonlinear dynamic analysis of low-velocity impact of rectangular composite plates reinforced by SMA strips is investigated and the effects of the instant phase changes and the local and istatantaneous non-uniform distribution of transformation of the austenite to martensite phases and vice versa is considered, for the first time, implementing a written user defined material subroutine code in the ABAQUS/EXPLICIT finite element analysis code. In contrast to the available models which have used the approximate plate theories, a 3D finite element simulation is utilized for extracting the impact responses based on the elasticity theory. Finally, effects of different parameters such as the in-plane preloads, eccentricity, and indenter energy on the impact responses of the hybrid composite plate are investigated. The simulation results indicate that the SMA can absorb a remarkable portion of the stored impact-induced strain energy due to the superelastic and hysteretic natures of the SMA material, which results in increasing impact strength of the composite plate and decreasing the damage caused due to the impact. Moreover, results show that in the cases of the eccentric impact and presence of the tensile preloads, the contact force increases due to the less movability of the impacted point of the plate; a fact that may lead to higher damages.
    Keywords: Low Velocity Impact, Composite Plate, Shape Memory Alloy, Instantaneous Local Phase Changes
  • H. Ghayeni*, H. Abusaidi, S. H. Motamed Shariati Page 65
    Nitro functionalization of alkenes has particular importance in the field of energetic materials due to unsaturated nature and the ability to synthesize a wide range of C-nitro aliphatic compounds. Considering the importance of these compounds, the use of nitrile iodide as a mild, inexpensive and safe reagent to nitro functionalization of HTPB as an unsaturated prepolymer was studied in this paper. In order to optimization of the effective parameters on the synthesis of Nitro-HTPB, the proportional amounts of reactant, amount of solvent, temperature and reaction time were investigated and the effect of these parameters on the efficiency of nitro functionalized products was evaluated. It was observed that the kind and amount of solvent have a significant impact on the quality of product. In this regard, 24 hours of reaction time at room temperature were considered as optimal conditions. Finally, differential scanning calorimetry (DSC) method was used to study the effect of the amount of nitro group on the thermal behavior of the products. It was observed that by increasing the nitro group amount of products, thermal stability decreases and heat of decomposition increases.
    Keywords: Nitro Functionalization, Nitro, HTPB Prepolymer, Nitrile Iodide Reagent, Differential Scanning Calorimetry