فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال سوم شماره 2 (پیاپی 8، شهریور 1395)
  • سال سوم شماره 2 (پیاپی 8، شهریور 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/06/07
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فتح الله طاهری بهروز*، علی کیانی صفحات 111-122
    آلیاژهای حافظه دار نوعی خاص از مواد حافظه دار هستند که با افزایش دما می توانند تغییر شکل های بزرگ را بازیابی کرده و به شکل اولیه خود بازگردند. در این مطالعه شبیه سازی عددی رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با آلیاژهای حافظه دار تحت بارگذاری استاتیکی و تک محوره، انجام شده است. با قرار دادن سیم های حافظه دار درون کامپوزیت اولیه، رفتار مایکرومکانیکی کامپوزیت به صورت یک منحنی دوخطی مشاهده می شود که علت آن تبدیل فاز درون سیم های حافظه دار و غیرخطی بودن رفتار کامپوزیت اولیه می باشد. پس از شبیه سازی به منظور صحت سنجی، از نتایج آزمایشگاهی موجود در مرور ادبیات استفاده شده است. پس از اعتبار سنجی مدل، اثر عوامل مختلف مانند: مقدار پیش کرنش سیم ها، اثر دمای بارگذاری و شرایط سطح تماس میان سیم های حافظه دار و ماتریس اپوکسی بررسی شده است. همچنین یک روش تئوری برای محاسبه کرنش فشاری و کششی موجود در کامپوزیت و سیم ها، پس از رهاسازی سیم های پیش کشیده ارایه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، در نظر گرفتن چسبندگی سطحی ضعیف میان سیم حافظه دار و ماتریس زمینه باعث نزدیکی نتایج شبیه سازی شده به نتایج آزمایشگاهی نسبت به حالت چسبندگی بین سطحی کامل، شد. افزودن پیش کرنش به سیم های حافظه دار باعث ایجاد تنش فشاری اولیه درون کامپوزیت شده و مقدار آن با افزایش دما بیشتر نیز می شود اما این پدیده، جدایش بین سطحی میان سیم های حافظه دار و ماتریس را نیز افزایش می دهد. بنابراین در طراحی کامپوزیت های تقویت شده با سیم های حافظه دار، باید برای مقادیر پیش کرنش اعمال شده به سیم های حافظه دار و دمای کاری کامپوزیت، مقادیر بهینه ای انتخاب شود.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار، کامپوزیت، پیش کرنش، چسبندگی سطحی ضعیف
  • مرتضی غلامی، مهدی دیواندری*، محمد تقی صالحی صفحات 123-130
    ریخته گری گریز از مرکز یکی از روش هایی است که برای تولید کامپوزیت های دوفلزی و به دو روش، افقی و عمودی، به کار گرفته می شود. حالت عمودی این روش، که در این تحقیق به کار گرفته شد، برای تولید قطعاتی متداول است که نسبت ارتفاع به قطرشان کم تر از واحد باشد. در این تحقیق، مذاب آلومینیم با نسبت های مذاب به جامد 5/1 و 5/2 درون بوش برنجی پیش گرم شده تا دمای 100 درجه ی سلسیوس و در حال چرخش با سرعت های دوران 800، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترنی روبشی (SEM) برای مشاهدات میکروسکوپی و نیز از طیف سنج پراش پرتو ایکس (EDS) برای شناسایی فازهای تشکیل شده، استفاده شد. به نظر می رسد که جریان یافتن مذاب در حوزه ی گریز از مرکز با گسیختن فیلم اکسیدی سطحی مذاب آلومینیم همراه است به گونه ای که شرایط برای تشکیل پیوند متالورژیکی مساعد می شود. از طرف دیگر، پاره شدن این فیلم اکسیدی سطحی به همراه تلاطم ذاتی فرآیند ممکن است موجب بروز عیوبی در قطعه شود. نتایج این تحقیق نشان داد کامپوزیت های تولید شده به ازای دور 2000 بیش تر از سایر قطعات در معرض عیوب هستند. این مقاله عیوب مختلف مشاهده شده را دسته بندی کرده و اثر متغیرهای مختلف موثر را بررسی می کند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت آلومینیم، برنج، ریخته گری گریز از مرکز، عیوب، فیلم اکسیدی سطحی
  • ابوذر اسحقی اسکویی، محتبی حقیقی یزدی*، نقدعلی چوپانی صفحات 131-138
    امروزه پلیمر ABS به طور فزاینده ای در صنایع مختلف استفاده می شود. افزایش تقاضا برای این ماده در کاربردهای مختلف، نیازمند شناخت دقیق تر رفتار آن در حین شکست می باشد. در این تحقیق، رفتار شکست مود ترکیبی پلیمر ABS به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها با استفاده ار دستگاه اصلاح شده آرکان صورت گرفته است که در آن با تغییر زاویه بارگذاری از 0 تا 90 درجه، مود یک خالص، مود دوی خالص و تمامی مودهای داخل صفحه قابل بررسی می باشند. همچنین تحلیل المان محدود برای محاسبه ضرایب هندسی، که در محاسبه مقادیر چقرمگی شکست مورد نیاز می باشند، انجام شده است. در این تحقیق رفتار ویسکوالاستیک برای نمونه مورد آزمایش در نظر گرفته شده است. بنابراین انتظار می رود که مقادیر ضرایب شدت تنش وابسته به زمان (فرکانس) باشند. بنابراین با استفاده از اصل تناظر و با فرض شکست الاستیک خطی، مقادیر چقرمگی شکست مود ترکیبی وابسته به زمان برای پلیمر ABS تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که در آزمایش ورودی کرنش ثابت، در تمامی شرایط بارگذاری، با گذشت زمان از مقادیر چقرمگی شکست، تا یک زمان مشخص، کاسته می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت که حداقل مقدار چقرمگی شکست پلیمر ABS، که نقش تعیین کننده ای در کاربردهای مختلف دارد، در لحظه اول بارگذاری اتفاق نمی افتد.
    کلیدواژگان: پلیمر ABS، شکست مود ترکیبی، رفتار ویسکوالاستیک، گیره اصلاح شده آرکان
  • حبیب الله اکبری*، رضا پرتوی همراه صفحات 139-146
    در این مقاله، روشی جدید برای پرس داغ صفحات نازک معرفی می شود. روش قدیمی پرس داغ با وجود دستیابی به چگالی نزدیک به چگالی نظری، قیمت بسیار بالایی دارد. دستگاه معرفی شده در این مقاله، با حفظ مزیت دستیابی به چگالی نظری، قیمت ساخت و کارکرد پایینی دارد و برای انجام پرس تنها به یک کوره الکتریکی معمولی نیاز دارد. با وجود تمام این مزایا، محدودیت این دستگاه آن است که تنها قابل استفاده برای ساخت صفحات نازک سرامیکی است. در این مقاله در ابتدا توضیح خلاصه ای در مورد کامپوزیت های زمینه سرامیکی داده می شود و تاثیر ترکیبات و روش ساخت بر خواص آن به بحث گذاشته می شود. سپس روش های شکل دهی پودر معرفی شده و مزایا و معایب هرکدام به بررسی می شود. در ادامه پرس داغ انبساطی معرفی شده و مراحل ساخت و روش کار آن توضیح داده می شود. در پایان یک کامپوزیت زمینه سرامیکی استفاده شده و نتایج آن بررسی می شود.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه سرامیکی، پرس داغ، پرس داغ انبساطی، متالورژی پودر
  • رسول محسن زاده، کریم شلش نژاد* صفحات 147-156
    چرخدنده های نانوکامپوزیتی بر پایه آمیخته پلی آمید 6-پلی پروپیلن (با نسبت وزنی 33/67 PA6/PP) محتوی نانوذرات کربنات کلسیم (5/2 تا 10 قسمت وزنی) و سازگارکننده PP-g-MAH (5 قسمت وزنی) به روش قالب گیری تزریقی تولید شد. شکل شناسی نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. با استفاده از یک دستگاه آزمون دوام چرخدنده، مقدار سایش و دمای سطحی دندانه ها و همچنین عمر کاری چرخدنده ها تحت دو گشتاور خروجی 9/8 و Nm8/14 اندازه گیری شد. در همه آزمایش ها، مقادیر دما و سایش برای چرخدنده محرک بیشتر از چرخدنده متحرک بود. به کارگیری 5/2 و 5 قسمت وزنی نانو ذرات، باعث کاهش دما و سایش چرخدنده ها شد. مقدار سایش در چرخدنده های حاوی 5/2 قسمت وزنی از نانو ذرات کربنات کلسیم تحت گشتاورهای 9/8 و Nm 8/14 به ترتیب حدود 60 و 83 درصد کمتر از چرخدنده های پلی آمیدی خالص مشاهده شد. حداکثر عمر تحت گشتاور Nm 8/14 (حدود 63 هزار دور)، در چرخدنده های نانوکامپوزیتی محتوی 5/2 قسمت وزنی از نانو کربنات کلسیم مشاهده شد که این مقدار تقریبا 200 درصد بیشتر از عمر چرخدنده های پلی آمیدی خالص (حدود 21 هزار دور) بود. افزایش دوام چرخدنده های پایه پلیمری در اثر وجود نانوذرات کربنات کلسیم را می توان به بهبود مقاومت خمشی، سایشی و گرمایی دنده ها نسبت داد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، پلی امید 6، پلی پروپیلن، نانوذرات کربنات کلسیم، عمر چرخدنده
  • احمد بیدی، غلامحسین لیاقت*، غلامحسین رحیمی صفحات 157-164
    در این تحقیق رفتار ورق دولایه فولاد – پلی اوریا در مقابل بار ضربه ای و همچنین اثر افزودن نانو رس به پلی اوریا مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این تحقیق از روش تجربی و مدل سازی عددی استفاده شده است. نمونه های دولایه فولاد- پلی اوریا و فولاد- نانوپلی اوریا تهیه و آزمایش کشش ساده و ضربه سقوط آزاد بر روی آنها انجام شده است. شتاب برخورد در هر حالت ثبت و نتیجه با مدل عددی مقایسه شده است. نتایج آزمایش نشان می دهد استفاده از پر کننده نانو رس در بهبود قابلیت جذب انرژی و کاهش تغییر شکل ماندگار موثر می باشد. نانو رس با درصد وزنی 1% در داخل جزء نرم تر (پلی امین) مخلوط شده و برای توزیع بهترذرات نانو در پلی امین از هم زن مکانیکی و سیستم اولتراسونیک استفاده شده است. آزمایش کشش نشان می دهد که با افزودن ذرات نانو مدول الاستیک حدود 60 درصد افزایش و ازدیاد طول قبل از شکست نیز حدود 7 درصد کاهش یافته است. همچنین برای مشاهده تاثیر ماده افزودنی بر روی عملکرد قطعه دولایه، آزمایش ضربه انجام و نتایج آزمایش با مدل سازی عددی صحه گذاری شده است. مشاهده شده است که افزودن نانو رس به ماده پلیمری مقدار جذب انرژی را حدود 3 درصد افزایش داده و حداکثر تغییر شکل ماندگاردر اثر ضربه در قطعه را نیز حدود 7 درصد کاهش داده است. مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایش نشان دهنده تطابق بالای نتایج دو مدل می باشد.
    کلیدواژگان: نانو رس، پلی اوریا، آزمایش سقوط آزاد، جذب انرژی
  • جواد پاینده پیمان، غلامحسین مجذوبی *، رضا باقری صفحات 165-176
    در مقاله حاضر، اثر درصد نانو ذرات خاک رس و کربنات کلسیم بر میکروسختی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن با انجام آزمون ویکرز مورد بررسی قرار گرفته است. برای مقایسه با نتایج تجربی، یک مدل سه بعدی اجزای محدود آزمون ویکرز نیز در کد آباکوس شبیه سازی شده است. به منظور پیش بینی تغییر شکل پلاستیک کامپوزیت پلیمری، از معیار تسلیم دراگر-پراگر استفاده شده است. ضرایب دراگر-پراگر با انجام آزمون های کشش و فشار به صورت مجزا تعیین شده و در مدل عددی وارد شده است. دو فرض جریان پتانسیل وابسته و غیر وابسته در شبیه سازی در نظر گرفته شده است و زاویه اتساع مناسب با حداقل کردن خطای تجربی و عددی محاسبه شده است. در ادامه مدل های تحلیلی ماکرومکانیکی و میکرومکانیکی به منظور پیش بینی تاثیر نانوذرات بر سختی پلی پروپیلن بررسی شده است. هرچند نتایج نشان می دهند که مدل های تحلیلی قانون مخلوط ها و مارش دقت مناسبی دارند (حدود 10 درصد خطا)، اما می توان با انتخاب زاویه اتساع مناسب در روش عددی، به جواب های بسیار خوبی رسید (کمتر از 2 درصد). علاوه بر آن مشاهدات تجربی نشان می دهند، افزودن خاک رس و کربنات کلسیم باعث افزایش مدول الاستیسیته، تنش تسلیم کششی و فشاری و همچنین میکروسختی پلی پروپیلن می شود.
    کلیدواژگان: میکروسختی ویکرز، معیار دراگر، پراگر، مدل میکرومکانیک، مدل ماکرومکانیک، نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن
  • کیوان ترابی، مصطفی شریعتی نیا، محمد حیدری رارانی* صفحات 177-186
    در این پژوهش، تاثیر اندازه و موقعیت تورق بر پارامترهای ارتعاشی تیر کامپوزیتی متعامد متقارن چندلایه به روش های تحلیلی، اجزای محدود و تجربی ارایه شده است. در روش تحلیلی، تیر متورق به چهار زیرتیر تقسیم شده و دو مدل مود آزاد و مقید برای مدل سازی تداخل دو زیرتیر در محل تورق در نظر گرفته شده است. همچنین اثرات وابستگی کشش-خمش به دلیل تقسیم تیر به زیرتیرهای نامتقارن لحاظ شده است. در روش اجزای محدود، تیر کامپوزیتی با اندازه و موقعیت های مختلف تورق در نرم افزار اجزای محدود آباکوس شبیه سازی و فرکانس های طبیعی و شکل مودها از تحلیل مودال به دست آمده است. دو مدل مود آزاد و مقید با درنظرگرفتن شرایط مرزی، قیود، غیرخطی ها، شرایط تماسی و المان های مناسب شبیه سازی شده است. نتایج عددی دو مدل مود آزاد و مقید از هر دو روش تئوری برای تیر کامپوزیتی متعامد متقارن دارای تورق با اندازه و موقعیت های مختلف ارایه و مقایسه می شود. همچنین به منظور بررسی تاثیرات موقعیت طولی تورق های نسبتا کوچک بر سه فرکانس اول، پس از ساخت نمونه های کامپوزیت، آزمون های تجربی آنالیز مودال انجام و برای شرایط مرزی مختلف، فرکانس های طبیعی استخراج می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که فرکانس های تحلیلی، اجزای محدود و تجربی تطابق خوبی با یکدیگر دارند.
    کلیدواژگان: تیر کامپوزیتی چندلایه، تورق، تحلیل ارتعاشات، روش اجزای محدود، آنالیز مودال
  • حامد خسروی، رضا اسلامی فارسانی*، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 187-194
    در تحقیق حاضر، تاثیر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار کششی و خمشی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت بررسی شد. در گام نخست و به منظور برهم کنش مطلوب تر نانولوله ها با زمینه اپوکسی، اصلاح سطحی آن ها به وسیله عامل تری گلیسیداکسی پروپیل تری متوکسی سیلان صورت گرفت که در ادامه ایجاد گروه های عاملی روی سطح نانولوله های کربنی به وسیله آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) تایید شد. نانولوله های کربنی اصلاح سطحی شده در درصدهای وزنی مختلف نسبت به زمینه (0، 1/0، 3/0 و 5/0 درصد) و از طریق روش های همزدن مکانیکی و آلتراسونیک در زمینه پخش شدند و در ادامه مخلوط های حاصله به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بازالت استفاده شد. به منظور بررسی اثر افزودن نانولوله های کربنی بر رفتار مکانیکی کامپوزیت ها آزمون های کشش و خمش سه نقطه ای روی آن ها صورت پذیرفت. همچنین برای بررسی مکانیزم شکست کامپوزیت ها از میکروسکوپ روبشی الکترونی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام کششی، استحکام خمشی و همچنین جذب انرژی مربوط به نمونه حاوی 3/0 درصد وزنی نانولوله کربنی بود و از طرفی مدول کششی و خمشی نمونه ها با افزودن نانولوله ها روند افزایشی از خود نشان دادند. بررسی های میکروسکوپی موید این واقعیت بودند که افزودن نانولوله های کربنی چندجداره در زمینه باعث بهبود خواص فصل مشترکی بین الیاف بازالت و زمینه نانوکامپوزیتی شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های زمینه پلیمری، الیاف بازالت، نانولوله های کربنی چندجداره، اصلاح سطحی، آزمون های کشش و خمش
  • شهاب عشقی، حامد رجبی*، ابوالفضل درویزه، وحید نورایی فر، مجید علی طاولی، هاشم بابایی صفحات 195-202
    در این مقاله، روشی جدید برای مدل سازی المان محدود ساختار های صفحه ای متشکل از چند ماده متفاوت با استفاده از تنها یک تصویر ورودی اریه شده است. این روش که در یک برنامه متلب تعبیه شده مبتنی بر پردازش تصویر دیجیتال می باشد. پس از انتخاب یک عکس دیجیتال توسط کاربر، برنامه به طور اتوماتیک تصویر ورودی را به فرمت باینری تبدیل می کند. سپس، سطح داخل ساختار مدنظر در عکس ورودی و مرز آن بر اساس اختلاف رنگ پیکسل های تشکیل دهنده شناسایی می شوند. مرز ساختار و سطح داخلی تشخیص داده شده به طور جداگانه و با اتصال پیکسل های آن ها به یکدیگر المان بندی می شوند. خروجی برنامه یک فایل در فرمت آی ان پی است که شامل مختصات نقاط مدل المان محدود، نحوه اتصال آن ها و همچنین ماده تشکیل دهنده هر مقطع می باشد که در طی فرآیند مدل سازی توسط کاربر تعیین شده است. نتایج حاصل بیانگر دقت بسیار بالای روش در مدل سازی ساختارهای صفحه ای کامپوزیتی با شکل هندسی پیچیده در مدت زمان بسیار کوتاه است. همچنین، نتایج به دست آمده از تحلیل عددی مدل خروجی دارای مطابقت کمی و کیفی مطلوب با نتایج تجربی ارایه شده پیشین می باشد. روش پیشنهاد شده در این مقاله زمینه مستحکمی را برای مدل سازی های واقع گرایانه آینده از ساختارهای صفحه ای کامپوزیتی فراهم می نماید.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، مدل سازی، المان محدود، پردازش تصویر، ساختار چند ماده ای
|
  • Fathollah Taheri, Behrooz*, Ali Kiani Pages 111-122
    Shape Memory Alloys (SMAs) are a type of Shape Memory Materials (SMMs) which can recover large deformation and return to their primary shape by rising temperature. In this study, numerical simulation of thermo mechanical behavior of composites reinforced with shape memory alloys under static uniaxial loading was conducted. By inserting SMA wires inside the host composite the macro mechanical behavior of hybrid composite changed to a bilinear curve which is due to the phase transformation of SMA wires and nonlinear behavior of host composite. Simulated results are compared with available data in the literature. Validated model is used to evaluate the effect of various parameters as, wires pre-strain, temperature, interface conditions between SMA wires and Epoxy matrix on hybrid composite behavior. Also a theoretical method was developed to calculate the compressive and tensile strain induced in host composites and wires, after releasing of SMA wires. According to the results obtained, considering weak interface between SMAs wires and matrix improved simulation results rather than perfect bonding assumption. Pre-strained SMA wires would cause initial compressive stress in the host composite and its value will increased by increasing service temperature, however, it will increased interface separation of SMA and host materials, too. Therefore, in design of Shape memory alloys hybrid composites, optimum amount of applied pre-strain on SMA wires and working temperature should be selected.
    Keywords: Shape Memory Alloy, Composite, Pre, strain, Weak interface bonding
  • Morteza Gholami, Mehdi Divandari *, Mohammad Taghi Salehi Pages 123-130
    Centrifugal casting is one of the methods which is used for producing bimetallic composite parts. This method runs both horizontal and vertical mode. Vertical mode, used in this work, is currently taken to produce casting parts with height to diameter ratio less than unity. In this study, aluminum melt with 1.5 and 2.5 melt-to-solid volume ratio was cast into 100°C preheated brass bush rotating at 800, 1600, and 2000 (rpm), respectively. In order to characterize the cast samples, possible phases and casting defects various equipment such as optical microscope (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) have been used. Flowing of Al melt, at centrifugal field, is possibly associated with surface oxide film rupture so that metallurgical bonding is attained. On the other hand, these oxide films flowing at the melt surface and inherent turbulence of this process may cause defects in the casting. It was noted that bimetal composites produced at 2000 rpm are subjected to more defects than the other. This article categorizes various defects seen and analyzes different effective parameters.
    Keywords: Aluminum, Brass composite, centrifuge casting, defects, surface oxide film
  • Abuzar Eshaghi Oskui, Mojtaba Haghighi, Yazdi *, Naghdali Choupani Pages 131-138
    ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) polymeric material is widely used in different industries. The increasing demand of ABS for different applications has required a thorough understanding of its fracture behavior. This paper investigates mixed-mode fracture behavior of ABS polymeric material based on experimental and numerical analyses. Experiments were conducted on modified Arcan set-up. By varying the loading angle from 0° to 90°, pure mode-I, pure mode-II and a wide range of mixed-mode data were obtained experimentally. Also, finite element analysis was carried out for different loading conditions in order to determine correction factors needed for fracture toughness calculations. In this study viscoelastic behavior was considered for ABS specimens. Therefore, it is expected that the values of stress intensity factors to be time (frequency) dependent. Consequently, based on correspondence principle and assuming linear elastic fracture mechanics, time dependent mixed-mode fracture toughness for ABS polymeric material was determined. Results indicated that in all loading conditions, values of fracture toughness decrease while time increases in stress relaxation test, until a specific time. Accordingly, it can be resulted that the minimum value of fracture toughness of ABS, which plays a crucial role in various applications, does not appear in the first instance of loading.
    Keywords: ABS polymer. Mixed, mode fracture, Viscoelastic behavior, Modified arcan device
  • Habibollah Akbari *, Reza Partovy Hamrah Pages 139-146
    This paper presents a Novel method for fabricating of thin ceramic plates. Although achieving nearly full density, the commercial hot pressing machine have extremely high price and upkeep cost. The device presented in this paper have lower cost and for hot pressing, needs just an ordinary electrical furnace. Despite all this benefits, it can just form thin ceramic plates. In this paper, initially a brief description about ceramic matrix composites (CMCs) is presented and the effect of formed components and forming methods on its properties is discussed. Then the powder forming methods with advantages and disadvantages is presented. In the next step the device (expansional hot pressing device) and its working method is introduced. And finally this device is used for forming of a special ceramic matrix composite and the mechanical and microscopic properties of the formed part is examined and the method proves to be useful for forming CMC
    Keywords: Ceramic matrix composite, Hot press, Expansion hot press, Powder metal
  • Rasool Mohsenzadeh, Karim Shelesh, Nezhad* Pages 147-156
    Nanocomposite gears based on Polyamide 6/Polypropylene (PA6/PP 67/33) blend containing 2.5 to 10 phr of nano-CaCO3 and 5 phr of maleated polypropylene (PP-g-MAH) as compatibilizer were produced by injection molding. The morphology was studied using scanning electron microscopy. The wear and temperature of gears teeth as well as gears working lives were characterized by employing a gear test rig under two different output torques including 8.9 and 14.8 Nm. In all experiments, the teeth’s temperature and wear values for driver gear were higher as compared to those of driven gear. The incorporation of 2.5 and 5 phr nano-CaCO3, led to the reduction of temperature and wear rate of gears. The wear rates of gears containing 2.5 phr of nano-CaCO3, under the torque of 8.9 and 14.8 Nm, were 60 and 83% lower than those of neat PA6 gears respectively. The maximum gear life under the torque of 14.8 Nm (63000 revolutions) was observed in nanocomposite gears containing 2.5 phr of nano-CaCO3 which was nearly 200% higher than that of neat PA6 gears (21000 revolutions). The raise of Polymer based gears performances as a result of CaCO3 nanoparticles inclusion may be attributed to the improvements of gear teeth flexural, wear and heat resistance
    Keywords: Nanocomposite, Polyamide 6, Polypropylene, Nano, CaCO3, gear life
  • Ahmad Bidi, Gholamhossein Liaghat*, Gholamhossein Rahimi Pages 157-164
    The impact behavior of steel – polyurea bi-layer panel is studied and the effect of nano clay addition to polyurea is investigated. Experimental and numerical analysis is used. Polymeric and nano polymeric bi-layer specimens are fabricated and Simple tension test and drop impact test are carried out. Impactor acceleration for each test is recorded and compared with numerical one. Experimental results show that adding nano clay to polyurea will improve impact energy absorption and plastic deformation of bi-layer panel. nano clay with 1% weighting is added to soft part of the polyurea i.e. polyamine. Mechanical mixing and ultrasonic dispersion system is used for good dispersion of nano particles before mixing in polyamine. Experimental results show that elastic modulus is increased about 60% and elongation at break is decreased about 7% with nano clay addition. Also nano clay effects on bi-layer panel is studied with drop impact test and the results is verified with numerical analysis. It is shown that adding nano clay to polyurea as a reinforcement filler has increased the impact energy absorption about 3% and has decreased the maximum plastic deformation about
    Keywords: Nano clay, polyurea, drop impact test, Energy absorption
  • Javad Payandehpeyman, Gholamhossein Majzoobi *, Reza Bagheri Pages 165-176
    In the present paper, the effects of nanoclay and nano calcium carbonate on polypropylene nanocomposites microhardness are assessed using Vickers test. Also, a 3D finite element model of Vickers test has been simulated by Abaqus code to compare to the experimental results. The Drucker-Prager yield criterion has been used to predict the polymeric composite plastic deformation. The Drucker-Prager parameters implemented in the numerical model are determined by a tension and a compression test separately. Two associative and non-associative plastic flow assumptions are considered and an appropriate dilation angle is derived by minimizing the error difference of experimental and the numerical results. Furthermore, micromechanical and macromechanical models are investigated to predict nanoparticles effect on the polypropylene microhardness. Although the results show that analytical models including Marsh and rule of mixture models have suitable accuracy (about 10% error), excellent results (less than 2% error) can be obtained by selecting appropriate dilation angle value in the numerical method. Moreover, experimental evidences show that adding nanoclay and nano calcium carbonate increases elastic modulus, tensile and compressive yield stress as well as microhardness of the polypropylene.
    Keywords: Vickers microhardness, Drucker, Prager Criterion, Micromechanic Model, Macromechnic Model, Polypropylene Nanocomposites
  • Keivan Torabi, Mostafa Shariati, Nia, Mohammad Heidari, Rarani * Pages 177-186
    In this study, the effects of delamination size and location on vibration characteristics of laminated composite beams are investigated via analytical, finite element and experimental methods. In the analytical method, the delaminated beam is divided into four interconnected beams and the interaction of two sub-beams at the location of delamination is simulated by both constrained and free mode models. The effect of bending-extension coupling is taken into account in the analytical formulation. In finite element method, modal analysis is performed on the delaminated composite beams with different delamination sizes and locations and various boundary conditions using commercial finite element software, ABAQUS. Both free and constrained mode models are simulated in the finite element model using suitable interactions, nonlinearities and friction conditions. Analytical and finite element results of both constrained and free mode models are compared for a symmetric cross-ply delaminated composite beam with various sizes and locations of delamination. Also, in order to investigate the effects of axial location of relatively small delamination on the first three natural frequencies, modal tests are done on glass/epoxy composites for various boundary conditions. Results show that analytical, finite element and experimental frequencies have good agreement with each other.
    Keywords: Laminated Composite Beam, Delamination, Vibration Analysis, Finite Element Method (FEM), Modal Analysis
  • Hamed Khosravi, Reza Eslami, Farsani *, Hossein Ebrahimnezhad, Khaljiri Pages 187-194
    This work details an experimental investigation on understanding the effects of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the tensile and flexural properties of basalt fiber (BF)/epoxy laminated composites. As a first step, the surface of MWCNTs was modified with a silane coupling agent namely 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (3-GPTS). Fourier transform infrared (FT-IR) data confirmed the reaction mechanism between the silane compound and MWCNTs. 3-GPTS/MWCNTs with various loadings (0, 0.1, 0.3 and 0.5 wt.%) were added to the epoxy resin via mechanical and ultra-sonication routes. The resultant mixtures were then utilized to fabricate MWCNT/woven BF/epoxy nanocomposites using hand-layup technique. Mechanical properties of the composites were investigated under tensile and flexural loadings. Also, a field-emission scanning electron microscope (FESEM) was used to study the distribution level of MWCNTs in the matrix as well as the fracture surfaces of the specimens. The results revealed that at filler loading 0.3 wt.% of 3-GPTS/MWCNTs, maximum improvements in tensile and flexural strengths and energy absorption of the BF/epoxy composites were obtained. Besides, the flexural and tensile moduli were enhanced continually by increasing the MWCNTs content. The microscopic investigations verified this subject that the addition of the 3-GPTS/MWCNTs to the matrix of BF/epoxy composite improves the BF-matrix interface yielding enhanced mechanical properties
  • Shahab Eshghi, Hamed Rajabi *, Abolfazl Darvizeh, Vahid Nooraeefar, Majid Alitavoli, Hashem Babaei Pages 195-202
    In this article, a new method for finite element modeling of planar multi-material structures, using only an input image, has been presented. This method which is implemented in a Matlab program is based on digital image processing technique. After importing a digital image by the user, the program automatically converts it into a binary format. The inner part and the boundary of the desired structure in the input image are recognized based on the difference between the colors of their pixels. These two regions are meshed separately by connecting their pixels to each other. The output of the program is a file in INP format which includes the coordinates of the nodes of the finite element model, their connections and the material of each part which has been defined by the user during the modeling process. The obtained results indicate the high accuracy of the method in the modeling of planar composite structures with complicated geometries in a very short time. Further, the results from the numerical analysis of the output model are in a good qualitative and quantitative agreement with the previous experimental data. The presented method in this article provides a strong background for future realistic modeling of planar composite structures.
    Keywords: Composite, Modeling, finite element, image processing, multi, material structures