فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال هشتم شماره 3 (پیاپی 29، پاییز 1400)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال هشتم شماره 3 (پیاپی 29، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/19
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمدرضا اقدمی ثانی، عادل فردوسی*، مسعود پوربابا، یوسف زندی، سید سعید میررضایی صفحات 1632-1642

    در تحقیق حاضر با توسعه مدل المان محدود به بررسی رفتار بیرون کشیدگی میلگرد فولادی آجدار از بتن فوق توانمند الیافی پرداخته شد. مدل المان محدود چندمقیاسی به صورت سه فاز مجزا شامل بتن فوق توانمند به صورت ماده ایزوتروپ، میکروالیاف فولادی و میلگرد شبیه سازی شد. به منظور در نظر گرفتن فرضیات واقع بینانه تر، برای اولین بار آج های میلگرد نیز شبیه سازی شده و اندرکنش بین میلگرد و الیاف با بتن توسط مدل ناحیه تماس چسبنده اعمال شده است. پارامترهای مدل رفتاری ناحیه تماس چسبنده با کالیبره کردن نتایج مدل المان محدود و نتایج تست تجربی تعیین شد. در نهایت، پس از صحت سنجی نتایج المان محدود چندمقیاسی، بیشینه نیروی بیرون کشیدگی، جابجایی متناظر و کار انجام لازم برای بیرون کشیدگی میلگرد با استفاده از منحنی های نیرو-لغزش تعیین شد. عواملی نظیر درصد حجمی میکروالیاف فولادی، طول مهارشدگی و قطر میلگرد، بر مقاومت پیوستگی میلگرد و بتن فوق توانمند الیافی ارزیابی گردید. نتایج نشان می دهد که طول مهارشدگی تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار پیوستگی میلگرد داشته و با افزایش طول مهارشدگی، نیروی بیرون کشیدگی نیز بیشتر می شود. با توجه به نتایج مشاهده می شود برای میلگرد با قطر 20 mm، با افزایش میزان الیاف از 0% به 2% نیروی بیرون کشیدگی و کار بیرون کشیدگی به ترتیب در حدود 30% و 22% افزایش می یابد.‏

    کلیدواژگان: رفتار پیوستگی، بتن فوق توانمند الیافی، المان محدود چندمقیاسی، میکروالیاف فولادی، نیروی بیرون کشیدگی
  • بهزاد مسلمی ابیانه، احمدرضا قاسمی* صفحات 1643-1652

    در این پژوهش اثرات سیکل حرارتی خستگی بر روی چقرمگی شکست و بیشینه نیرو در مود اول تورق کامپوزیتهای زمینه پلیمری به صورت تحلیلی و تجربی بررسی شده است. برای مطالعه تحلیلی و تجربی، بارگذاری حرارتی نمونه هایی شبیه تیر یک سر گیردار با چیدمان 16 لایه تک جهته با استفاده از الیاف شیشه تک جهته و رزین اپوکسی ساخته شدند. نمونه ها تحت سیکل حرارتی بین دو دمای 15 و 65 درجه سانتیگراد برای بارگذاری 50 تا 150 سیکل قرار گرفتند. یک گروه از نمونه های بدون بارگذاری حرارتی سیکلی، بعنوان گروه کنترل نیز مورد بررسی قرار گرفتند. در هنگام آزمایش و دریافت نتایج از دستگاه آزمون کشش، نمونه ها با استفاده از روش برهمکنش تصاویر دیجیتالی دو دوربین به منظور اندازه گیری طول ترک و باز شدگی دهانه ترک اولیه به دقت مورد ارزیابی و مشاهده دقیق قرار گرفتند و نرخ رهایی انرژی کرنشی برای محاسبه چقرمگی شکست بحرانی از داده های تجربی مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از روش توالی تصاویر، پروفایل جدایش نوک پیشترک اولیه به دست آمد. قوانین المانهای ناحیه چسبناک برای مدل کردن دقیق نتایج آزمونهای تجربی در نرم افزار المان محدود آباکوس مورد استفاده قرار گرفت. بررسی تغییرات نیرو نشان داد که چقرمگی شکست بحرانی در مود اول تورق به شدت متاثر از پروسه خستگی حرارتی می باشد، و بصورت غیرخطی با بارگذاری سیکلی حرارتی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تورق، سیکل حرارتی، تیر یکسرگیردار، چقرمگی شکست بین لایه ای، کامپوزیت لایه ای
  • راضیه آوند، احمد قادری حمیدی*، مهدی پورعبدلی صفحات 1653-1658
    کامپوزیت های زمینه آهنی حاوی ذرات سخت در برابر سایش خراشان مقاومت خوبی دارند و یکی از روش های تولید آنها ریخته گری-رخنه دهی است که توانایی ساخت قطعات تقویت شده موضعی با کامپوزیت ها را دارد. در این پژوهش رخنه دهی مذاب چدن خاکستری درون اسکلت متخلخلی از براده های فولاد زنگ نزن 304 بررسی شده است. مذاب چدن توسط نیروهای مویینگی به دورن اسکلت متخلخل کشیده شد. در دمای رخنه دهی مذاب چدن خاکستری با براده جامد فولاد 304 در تماس بود. به دلیل نفوذ عنصر کروم به عنوان یک عنصر کاربیدزا و نیکل به درون مذاب چدن خاکستری، ترکیب شیمایی آن تغییر کرده و مشابه ترکیب چدن های سفید Ni-Hard شده بود. با نفوذ و تبادل عناصر آلیاژی کامپوزیت زمینه آهنی با ذرات سخت کاربید کروم-آهن M7C3 و زمینه ی فریتی-آستنیتی به دست آمد. مکانیسم تشکیل و نوع و سختی فازها و نواحی مختلف با میکروسکوپ نوری و الکترونی و XRD و میکروسختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به قیمت نسبتا پایین چدن خاکستری و ضایعاتی بودن براده های تراشکاری فولاد زنگ نزن می توان گفت که روشی برای تولید قطعات اقتصادی تقویت شده با کامپوزیت های سطحی پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پایه آهنی، کاربید کروم، ریخته گری-رخنه دهی
  • علیرضا لزر یوسفی، بیژن محمدی*، احسان عنبرزاده صفحات 1659-1667
    هسته های لانه زنبوری در سازه های کامپوزیتی دارای هسته، بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. از مسایل مهم به کارگیری هسته ها به خصوص لانه زنبوری ها، اطمینان از اتصال مناسب بین لایه های دو سمت سازه به هسته میباشد؛ چراکه عدم اتصال مناسب، منجر به جدایی لایه از هسته خواهد شد. هدف از این پژوهش، بررسی و پیشنهاد مناسب ترین روش برای ساخت قطعه کامپوزیتی با هسته لانه زنبوری تحت استانداردهای ASTM C273 و ASTM C297 می-باشد. از نتایج این پژوهش، دریافت شد که مناسب ترین راه برای ساخت یک قطعه کامپوزیتی با هسته لانه زنبوری، روش ساخت دومرحله ای می باشد. چراکه در روش دومرحله ای با استفاده از دستگاه وکیوم، بعد از ایجاد خلا در قطعه، رزین تا دیواره های هسته بالا می آید و اتصال بین هسته و لایه ها به خوبی برقرار می شود. ناحیه اتصال هسته با لایه ها در روش دومرحله ای دو برابر بیشتر از روش تک مرحله ای و روش ساخت دستی می باشد. به طوری که از تعداد 30 نمونه ای که برای هر یک از سه روش ساخت مذکور استفاده گردید، در روش دومرحله این جدایش در خود هسته لانه زنبوری در 28 نمونه از 30 نمونه رخ داد که نشان دهنده ی مناسب بودن این روش (جدایش مورد قبول با بیش از 90 درصد) می باشد. اما در روش تک مرحله ای و روش دستی به ترتیب 18 عدد از 30 نمونه و همچنین 9 عدد از 30 نمونه هسته دچار شکست در ناحیه هسته تحت آزمون کشش و برش شد.لازم به ذکر است که مفهوم روش دومرحله ای ، یک مرحله ای و روش دومرحله ای بدون وکیوم در متن مقاله توضیح داده شده است.
    کلیدواژگان: چندلایه های هسته دار، هسته های لانه زنبوری، روش های ساخت، اتصال بین هسته و لایه ها
  • سعید مظفری، ولی الله پناهی زاده* صفحات 1668-1676

    در این تحقیق، خواص مکانیکی ترکیبات پایه پلی آمید 6/ پلی اولفین الاستومر (PA6/POE) تقویت شده با نانولوله های کربن مورد مطالعه قرار گرفته است. نانو کامپوزیت ها شامل 10 و 20 درصد وزنی پلی اولفین الاستومر، 0، 1، 2 و 3 درصد وزنی نانولوله های کربن (MWCNT) و 5 و 10 درصد وزنی پلی اولفین مالییک آنیدرید (POE-gMA به عنوان عامل سازگار کننده) بر اساس روش طراحی آزمایش عاملی کامل و به کمک یک مخلوط کن داخلی ساخته شدند. آزمون های کشش و ضربه برای استخراج خواص مکانیکی شامل استحکام کششی، مدول الاستیک و استحکام ضربه انجام شدند؛ همچنین برای مشاهده و بررسی کیفیت توزیع نانولوله ها در ماتریس پلیمری از تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) استفاده شد. تصاویر SEM نشان دادند که حضور نانولوله های کربن تا 2 درصد وزنی در هر دو ماتریس پلی آمید حاوی 10 و 20 درصد وزنی با توزیع و پراکندگی قابل قبولی همراه شده است. در حالی که افزودن 3 درصد وزنی از نانولوله ها در هر دو ماتریس موجب تجمع و کلوخگی آن ها شده است. نتایج آزمون ها نشان دادند که افزودن 2 درصد وزنی نانولوله های کربن استحکام کششی و مدول الاستیک ترکیبات را به ترتیب به میزان های %21 و %23 به خوبی بهبود می بخشد. همچنین، رویه های استخراج شده از روش عاملی نشان دادند که در بیشتر موارد بین اثر فاکتورهای ورودی بر خواص مکانیکی مورد بررسی برهم کنش خاصی وجود ندارد. نهایتا، مقدار ضریب تعیین بالای %92 برای همه خواص مکانیکی نشان داد که همخوانی مناسبی بین نتایج آزمایشگاهی و مدل های رگرسیون استخراج شده وجود دارد.

    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، خواص مکانیکی، پلی آمید، نانولوله های کربن
  • یاسین شعبانی، کوروش خورشیدی* صفحات 1677-1686
    در این مقاله، ارتعاشات آزاد پانل دو انحنایی سه لایه با هسته لانه زنبوری آگزتیک و صفحات جانبی کامپوزیتی تقویت شده با توزیع های مختلف نانولوله های کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر مسئله بر اساس تیوری تغییر شکل برشی جدید مرتبه پنجم استخراج شده اند. پانل ساندویچی سه لایه شامل هسته با ساختار لانه زنبوری و سلول درون رو با ضریب پواسون منفی از جنس آلومینیوم و رویه های فوقانی و تحتانی کامپوزیتی با دو حالت توزیع یکنواخت (UD) و مدرج تابعی (FG) نانولوله کربنی در شرایط مرزی ساده بررسی شده است. خواص مکانیکی لایه های کامپوزیتی با استفاده از قانون اختلاط بهبودیافته برای نانولوله کربنی تک جداره محاسبه شده اند. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج گردیده و فرکانس های طبیعی سازه با استفاده از روش باقیمانده وزنی گالرکین به دست آمده اند. تاثیر پارامترهای سلول آگزتیک شامل زاویه سلول، نسبت ضخامت لبه ها و نسبت طول لبه عمودی به لبه مورب و همچنین نسبت شعاع انحنا به طول پانل، نسبت ضخامت هسته به ضخامت کل پانل و در نهایت کسر حجمی نانولوله های کربنی مورد بحث قرار گرفته است. در انتها نیز ارتعاش آزاد برای دیگر شکل های پانل های ساندویچی از جمله پانل های سهمی گون هذلولوی ساندویچی، پانل های سیلندری ساندویچی و ورق های تخت ساندویچی بدست آمدند و مقایسه شدند. نتایج حاصل شده نشان دادند هسته با ضریب پواسن منفی و همچنین توزیع مدرج تابعی (FG) نانولوله کربنی در رویه های کامپوزیتی فوقانی و تحتانی باعث کاهش فرکانس طبیعی پانل ساندویچی مورد مطالعه شدند.
    کلیدواژگان: پانل های دوانحنایی، نانولوله کربنی، فراماده آگزتیک، ضریب پواسن منفی، روش گالرکین
  • علی عارفی اسگوئی، علی داور*، محمدحسین علایی، امین میرزایی، محسن حیدری بنی، جعفر اسکندری جم صفحات 1687-1699

    در این پژوهش به بررسی تجربی و عددی اثر اتصال چسبی بر رفتار خمشی ورق کامپوزیتی مشبک پرداخته شده است. به منظور ساخت پانل کامپوزیتی مشبک، قالب فومی طراحی و ساخته شد و سپس از روش لایه چینی دستی برای ساخت تقویت کننده ها استفاده گردید. پس از اتمام ساخت تقویت کننده ها، در سطح تماس تقویت کننده ها با پوسته کامپوزیتی، از چسب آکسون H 9940 BK به عنوان ایجاد سطح اتصال بین صفحه کامپوزیتی و تقویت کننده برای نمونه اول و رزین LR520 برای نمونه دوم استفاده شد. نمونه های ساخته شده تحت آزمون تجربی خمش سه نقطه ای قرار گرفتند. در این راستا به جهت تعیین خواص مکانیکی پارچه کربن، الیاف کربن، رزین و چسب، از آزمون های استاندارد استفاده شد. از نتایج حل عددی، جهت بررسی اندازه هندسه سلولی، پهنا و ضخامت، به منظور بهینه سازی و دست یافتن به استحکام خمشی ویژه و سفتی ویژه بالا در هندسه سلولی مربعی استفاده گردید. روش طراحی آزمایش به جهت تعیین تعداد نمونه های شبیه سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. از مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی، مشاهده شد که اتصال چسب آکسون نسبت به رزین، نیروی بیشتری را قبل از شروع تخریب و ایجاد آسیب در سازه تحمل می کند. در بررسی اثرات ضخامت و پهنا تقویت کنننده بر رفتار خمشی پانل مشبک مشخص شد که افزایش ضخامت تا مقدار 14/87میلی متر و پهنا تا مقدار 8/7 میلی متر باعث افزایش نیروی بیشینه ویژه می گردند.

    کلیدواژگان: ورق مشبک کامپوزیتی، اتصال چسبی، استحکام خمشی، اتصال مکانیکی
  • یوسف پروری، حسن رمضانی، سیاوش کاظمی راد* صفحات 1700-1707
    ارزیابی غیرمخرب افت خواص مکانیکی و ضخامت سازه های دو لایه به منظور پایش سلامت این سازه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف این پژوهش پیشنهاد یک روش ارزیابی غیرمخرب بر پایه گسترش امواج لمب برای بررسی سازه های دو لایه فلز-کامپوزیت بوده است. بدین منظور، مدل اجزای محدود یک صفحه فولادی پوشش داده شده با کامپوزیت ایجاد شد که در آن پوشش کامپوزیتی از لایه های نمد الیاف شیشه خرد شده و پارچه فیبر شیشه روینگ بافته شده تشکیل شده بود. مود پادمتقارن اصلی موج لمب (A0) با فرکانسهای تحریک مختلف در نمونه های دو لایه مدل شده گسترش یافتند. نمودارهای پراکندگی مود A0 موج لمب با در نظر گرفتن ضخامتهای مختلف و افت خواص مکانیکی لایه فلزی و پوشش کامپوزیتی بدست آمدند. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده شد که تاثیر ضخامت و افت خواص مکانیکی صفحه فولادی بر سرعت مود A0 موج لمب بیشتر از تاثیر ضخامت و افت خواص مکانیکی پوشش کامپوزیتی بود. همچنین، تخمین ضخامت پوشش کامپوزیتی در فرکانس های پایین بهتر انجام شد، در حالی که شناسایی افت خواص مکانیکی پوشش کامپوزیتی و صفحه فولادی در فرکانس های بالاتر بهتر صورت گرفت. در نتیجه، روش شبیه سازی گسترش امواج لمب می تواند به عنوان یک آزمایشگاه مجازی برای ایجاد روش هایی برای ارزیابی غیرمخرب سازه های دو لایه فلز-کامپوزیت با خواص مکانیکی و ضخامت های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: امواج هدایت شونده، موج لمب، پوشش کامپوزیتی، سازه های پوشش دهی شده، مدلسازی اجزای محدود
  • احسان طالعی فرد*، حسین پارسا، جعفر اسکندری جم صفحات 1708-1714
    ریدوم کامپوزیتی سازه ای مقاوم برای محافظت از آنتن رادارهای مخابراتی در برابر عوامل مکانیکی و محیطی می باشد. با توجه به قرارگیری آن در مقابل آنتن و امکان تاثیر بر روی امواج دریافتی و ارسالی، علاوه بر خواص مکانیکی، خواص الکترومغناطیسی این سازه بسیار حایز اهمیت است. در این پژوهش خواص مکانیکی (استحکام کششی در راستای الیاف) به همراه خواص الکترومغناطیسی (ثابت دی- الکتریک در فرکانس باندX) برای ریدوم کامپوزیتی (GFRP) بررسی و بهینه یابی شده است. برای این منظور از دو نوع الیاف شیشه سری E و D و دو نوع رزین اپوکسی و رزین پلی استر استفاده شده است. علاوه بر آن، جهت ساخت کامپوزیت، سه روش متداول لایه چینی دستی، کیسه خلا و نفوذ در خلا به کار گرفته شده است. همچنین با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی و تحلیل سیگنال به نویز ترکیب بهینه برای هر یک از خواص به دست آمد که برای استحکام کششی ترکیب الیاف شیشه سری E و رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا بالاترین استحکام کششی به مقدار 320.9 مگاپاسکال و برای ثابت دی الکتریک الیاف شیشه سری D و رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا با مقدار 2.85 پایین ترین مقدار تعیین گردید. پس از دست یابی به ترکیب بهینه برای هر یک از خواص به بررسی حالت بهینه با درنظر گرفتن تمامی عوامل خواص مکانیکی، الکترومغناطیسی بصورت یکجا به کمک روش بهینه یابی چندپاسخه (رابطه خاکستری)، پرداخته شده که در نهایت، ترکیب الیاف شیشه سری D، رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: ریدوم، کامپوزیت، استحکام کششی، ثابت دی الکتریک
  • مهدی کاروان*، مرضیه فلاح صفحات 1715-1725
    کامپوزیت های پلیمری پایه نفتی می توانند عامل گسترش اشتعال علیرغم کاربردهای متعدد خود باشند. تحقیقات انجام شده بر روی اشتعال پذیری و خواص ضد حریق کامپوزیت ها در مقایسه با مطالعات خواص مکانیکی آنها ناچیز بوده که بیانگر اهمیت پرداختن به خواص چندمنظوره کامپوزیت ها با خواص مقاومت در برابر آتش است. در این تحقیق پلی یورتان دو جزیی با زیولیت طبیعی و نانوصفحات گرافیتی به منظور بررسی مقاومت به آتش و خواص بهینه مکانیکی فوم های کامپوزیتی ترکیب شد. همچنین ترکیب پلی یورتان با پلی اوره بنابر فرضیه مطالعه با درصد بهینه 40% به صورت کامپوزیت ترکیبی هم پایه بررسی شد. نتایج نشان داد میکرو/نانوکامپوزیت های تقویت شده زیولیت و نانوصفحات گرافیتی به ترتیب منجر به افزایش مدول یانگ کششی معادل 200 و 300% شده و افزودن زیولیت باعث افزایش استحکام در کشش کامپوزیت های می شود. آزمایشات نشان داد مدول خمشی نیز با افزودن دو فیلر افزایش می یابد. به منظور افزایش خواص مکانیکی، پارچه الیاف شیشه به کامپوزیت ترکیبی پلی یورتان/پلی اوره با خواص بهینه لایه گذاری شد که منجر به افزایش 600 و 200 درصدی مدول یانگ خمشی در حالت دولایه شد. روکش پلی اوره روی کامپوزیت ها با درصد بهینه نشان داد که نرخ سوختن تا 23 میلیمتر بر دقیقه کاهش یافته و مدت سوختن طبق استاندارد UL94 معادل 200 ثانیه گردید. کامپوزیت پلی یورتان/پلی اوره تقویت شده با زیولیت 2 درصد وزنی منجر به نرخ سوختن 4.9 میلیمتر بر دقیقه شده که در دامنه مجاز 80 درصد کمتر از حداکثر نرخ ممکن در استاندارد است.
    کلیدواژگان: خواص مکانیکی، فوم پلی یورتان، مقاوم به شعله، زئولیت طبیعی، پلی اوره
  • مهدی حسن زاده، مهدی کاروان*، احمدرضا پیشه ور صفحات 1726-1736

    ایجاد پوشش ها با حداقل مولفه های مواد و مراحل تولید یکی از چالش های امروز در تهیه فیلم های نانوکامپوزیتی آب گریز است. هدف از این تحقیق تهیه پوشش نانوکامپوزیت پایه پلیمری آب گریز و بررسی ارتباط بین خواص آب گریزی، میکروساختار، درصد فاز افزودنی و انرژی آزاد سطح آن می باشد. بدین منظور، از نانوذرات سیلیکا اصلاح شده با هگزامتیل دی سیلازان به عنوان فاز افزودنی و اتیلن وینیل استات به عنوان زمینه و از تولوین به عنوان حلال استفاده شد. غلظت پلیمر/ حلال با غلظت 3% به عنوان غلظت بهینه برای تشکیل فیلم انتخاب شد. مقادیر 10%، 20% و 30% وزنی نانو ذرات به محلول اضافه شد و از روش پاشش به دلیل یک مرحله ای بودن استفاده شد. نتایج نشان داد پوشش پر شده با 30 درصد نانوسیلیکا دارای حفره ها با ساختاری متخلخل و شبکه ای بوده که موافق با پیش بینی مدل انرژی سطح کیسی- بکستر بود. پوشش های نانوکامپوزیتی با 30% نانوسیلیکا منجر به زاویه تماس استاتیکی 121 درجه با 34% افزایش نسبت به سطح اتیلن وینیل استات خالص و زاویه غلتش 8 درجه با 90% کاهش نسبت به نمونه های 10 درصد وزنی شدند. انرژی آزاد سطح از سه تیوری اوونز-وندت، فوکس و ون اوس بررسی شد که بر خلاف تیوری ون اوس تیوری های فوکس و اوونز-وندت نشان دادند که با افزایش غلظت نانو مواد، جزء قطبی انرژی آزاد سطح پوشش کاهش یافته که موید افزایش زوایای تماس تخمین زده شده در این مطالعه بود.

    کلیدواژگان: خود تمیز شوندگی، نانوسیلیکا، انرژی سطح، آب گریزی، پوشش نانوکامپوزیت
  • ایوب کریم زادقویدل*، محمد زادشکویان، غلامرضا کیانی صفحات 1737-1744
    این پژوهش در تلاش است تا با بکارگیری روش نوین الکترومکانیکی برای پخش و جداسازی نانولوله ها، عایق جاذب الکترومغناطیسی باند X با راندمان بالا و مقرون به صرفه تولید نماید. برای این منظور، نخست نانوکامپوزیت هایی با زمینه پلی متیل متاکریلات با درصدهای بین 0 تا 2 % وزنی از نانولوله های کربنی با دو روش الکترومکانیکی و پروب التراسونیک تولید شد. ساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف نگاری رامان مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین مقاومت الکتریکی نمونه ها برای تعیین غلظت آستانه رسانایی اندازه-گیری شد. در گام نهایی ارزیابی ها، رفتار الکترومغناطیسی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند آستانه رسانایی در روش الکترومکانیکی در غلظت وزنی 2/0% رخ داده است، در حالی که برای روش التراسونیک این رویداد در غلظت 1% مشاهده شد. بر اساس مطالعات میکروسکوپی و طیف نگاری رامان، توانایی جداسازی الکترومکانیکی در حفاظت از ساختار و طول نانولوله ها، عامل اصلی کاهش 80 درصدی غلظت آستانه رسانش تشخیص داده شد. بررسی خصوصیات الکترومغناطیس نمونه ها در آستانه رسانایی نشان می دهد که روش الکترومکانیکی علی رغم داشتن غلظتی معادل 20% روش پروب التراسونیک، عایق سازی موثر الکترومغناطیسی dB 38 را ارایه می دهد که در مقایسه با روش التراسونیک 16% بیشتر است. البته مزیت روش الکترومکانیکی در مقایسه با سایر روش ها، حاکی از امکان تقلیل 25 برابری غلظت و همزمان افزایش میزان جذب از 25 به dB 36 است.
    کلیدواژگان: عایق امواج الکترومغناطیس، نانولوله های کربنی، نسبت وجهی، پخش و جداسازی الکترومکانیکی، التراسونیک
|
  • MohammadReza Aghdami Sani, Adel Ferdousi *, Masoud Pourbaba, Yousef Zandi, Seyed Saeed Mirrezaei Pages 1632-1642

    In this study, by developing the finite element model, the pull-out behavior of ribbed steel rebar from ultra-high performance fiber reinforced concrete was investigated. For this purpose, the multi-scale finite element model was simulated in three separate phases, including ultra-high performance concrete in the form of isotropic material, steel microfibers and ribbed rebar. In order to consider more realistic assumptions, Rib pattern of rebar were simulated for the first time and the interaction between concrete with rebar and fibers was modeled by using the adhesive contact zone model. The constant parameters of the adhesive contact zone model were determined by calibrating the results of the finite element model and those of the experimental pull-out test. Finally, after validating the multi-scale finite element results, the maximum pull-out force, the corresponding displacement and the work required for the rebar pull-out were determined using the force-slip curves. Effective parameters such as bond length and rebar diameter, and the volume percentage of steel microfibers, on the bond strength were evaluated. The results show that the bond length has a significant effect on the bonding behavior of the rebar and with increasing the bond length the pull-out force also increases. According to the results, for rebar with a diameter of 20 mm, by increasing the amount of fibers volume from 0 to 2%, the pull-out force and the work increase by about 30% and 22%, respectively.

    Keywords: Bond behavior, Ultra high performance concrete, Multi-scale finite element, Steel microfibers, Pull-out force
  • Behzad Moslemi-Abyaneh, AhmadReza Ghasemi * Pages 1643-1652

    In this research, the influence of thermal cycling on the fracture toughness and maximum load in mode I delamination of polymer matrix composites (PMCs) is investigated experimentally and analytically. To eliminate the effect of the remote ply orientation on the fracture toughness during delamination initiation and propagation, double cantilever beam (DCB) specimens with a stacking sequence of [0]16 using uni-directional glass fibers and epoxy resin were considered. The specimens were thermal-cycled between 15°C and 65°C for 50-150 cycles. One group of uncycled specimens were tested at the commencement of the investigation as a control group. During the DCB test and receiving universal tensile machine results, the specimens were inspected by 2 real-time cameras to record the delamination length and initial crack tip opening displacement (ICTOD). The strain energy release rate (SERR) approach was used for obtaining the critical fracture toughness (GIC) from the experimental data. By employing the digital image correlation (DIC) method, the initial crack tip separation profile was obtained. The measured bridging laws were used with cohesive elements in ABAQUS commercial software to accurately model the delamination propagation in DCB specimens. Investigation of load variations revealed that critical fracture toughness in mode I of delamination is firmly affected by the thermal fatigue process.

    Keywords: Delamination, Thermal cycling, double cantilever beam, Interlaminar fracture toughness, Laminated composite
  • Raziye Avand, Ahmad Ghaedri Hamidi *, Mahdi Pourabdoli Pages 1653-1658
    Iron-based metal matrix composites containing hard particles have good resistance to abrasive wear. One of their production methods is infiltration-casting, which has the ability to produce surface composites reinforced parts. In this Article research , the infiltration of molten gray cast iron melt into a porous skeleton of compacted swarfs of 304 stainless steel has been investigated. The molten cast iron melt was pulled into the porous skeleton by capillary forces. At the infiltration temperature of the molten gray cast iron melt, it was in contact with the solid skeleton of 304 steel. Due to the diffusion of chromium as a carbide-maker element and nickel element into the molten gray cast iron, its chemical composition changed and became similar to the composition of white Ni-Hard cast irons. By diffusion and exchange of alloying elements, an iron matrix with hard chromium-iron carbide (M7C3) particles and a ferritic-austenitic matrix were obtained. The microstructure development formation, type, and hardness of different phases were examined with light and electron microscopy, XRD, and microhardness measurement. Due to the relatively low price of gray cast iron and the waste stainless steel turning chips, it can be said that a method has been proposed to produce economical parts reinforced with surface composites.
    Keywords: Iran-Matrix Composites, Chromium Carbides, Infiltration-Casting
  • Alireza Lazar Usefi, Bijan Mohammadi *, Ehsan Anbarzadeh Pages 1659-1667
    Honeycombs cores are widely used in nucleate composite structures. One of the important issues in using cores, especially honeycombs, is to ensure proper connection between the layers on both sides of the structure to the core; Because improper connection will lead to separating the layer from the core. The purpose of this study is to investigate and propose the most suitable method for making composite parts with honeycomb core under ASTM C273 and ASTM C297 standards. As a result, it was concluded that the most appropriate way to make a composite piece with honeycomb core is a two-step fabrication method. This is because in the two-stage method, using a vacuum device, after creating a vacuum in the part, the resin rises to the walls of the core and the connection between the core and the layers is established well. The area of connection of the core with the layers in the two-stage method is twice as large as the single-stage method and the manual construction method. So that out of 30 samples that were used for each of the three mentioned construction methods, in the two-stage method, this separation occurred in the honeycomb core itself in 28 samples out of 30 samples, which indicates the suitability of this method. (Separation is acceptable with more than 90%). However, in the one-step method and the manual method, 18 out of 30 samples and also 9 out of 30 core samples failed in the core area under the tensile and shear test, respectively.
    Keywords: Nucleate sandwich panels, Honeycomb cores, Manufacturing methods, Connection between core, layers
  • Saeed Mozaffari, Valiolah Panahizadeh * Pages 1668-1676

    In this research, the mechanical properties of polyamide 6/polyolefin elastomer (PA6/POE) blends reinforced with carbon nanotubes have been studied. Nanocomposites consisted of 10 and 20 wt% polyolefin elastomer, 0, 1, 2 and 3 wt% carbon nanotubes (MWCNT) and 5 and 10 wt% maleic anhydride (POE-gMA as compatiblizing agent) were made by an internal mixer based on the full factorial design of experiment. Tensile and impact tests were performed to extract mechanical properties including tensile strength, elastic modulus and impact strength. Scanning electron microscope (SEM) were used to observe the dispersion and distribution quality of MWCNT in the matrix. SEM images showed an acceptable distribution of carbon nanotubes up to 2 wt% in both polyamide matrices with 10 and 20 wt%, while adding 3 wt% of nanotubes in both matrices was associated with nanotubes accumulation. The test results showed that the addition of 2 wt% of carbon nanotubes improved the tensile strength and elastic modulus of the compounds by %21 and %23, respectively. the surfaces extracted from full factorial design method showed that there are no notable interaction between the input parameters in the case of mechanical properties. Finally, the R-squared above %92 for all mechanical properties showed that there is a good agreement between the experimental results and the extracted regression models.

    Keywords: Nanocomposites, Mechanical properties, Polyamide, Carbon nanotubes
  • Yasin Shabani, Korosh Khorshidi * Pages 1677-1686
    In this paper, the free vibrations of a three-layer doubly curved panel with honeycomb auxetic core and reinforced composite face sheets by carbon nanotubes with different distributions are investigated. The governing equations of the structure are derived based on the new fifth-order shear deformation theory. The sandwich panel consists of three layers, aluminum core layer with cell inclined angle which creates negative Poisson's ratio in the honeycomb structure, composites skins with a uniform distribution (UD) as well as functionally graded (FG) distributions of carbon nanotubes (CNTs) in the simply supported boundary condition. Effective material properties of single-walled (SW) carbon nanotube reinforced composite skins are achieved by applying the extended rule of mixtures. The equations of motion are obtained using the Hamilton principle and solved using the Galerkin residual weight method. The effect of auxetic cell parameters including cell angle, cell aspect ratio, rib thickness ratio as well as distribution and content of carbon nanotubes, length to thickness ratio, and core thickness to total panel thickness ratio are examined and discussed. At the end, free vibration was obtained and compared for other shapes of sandwich panels such as hyperbolic parabolic sandwich panels, cylindrical sandwich panels and sandwich plates.The results showed that the core with negative Poisson's ratio as well as the functionally graded distribution (FG) of carbon nanotubes in the upper and lower composite surfaces reduced the natural frequency of the studied sandwich panel.
    Keywords: Doubly curved panels, Carbon nanotubes, Auxetic metamaterials, Negative Poisson's ratio, Galerkin method
  • Ali Arefi Osgouei, Ali Davar *, MohammadHossein Allaee, Amin Mirzaei, Mohsen Heydari Beni, Jafar Eskandari Jam Pages 1687-1699

    In this research, numerical and experimental investigations were performed to study the effect of the adhesive joint on the fractural behavior of the lattice composite plates. Foam format was designed to construct two samples of lattice composite plates, and the hand layup technique was used to prepare the ribs. Finally, the obtained ribs were connected to the composite shell in the interface of ribs with shell using Axson H9940 BK for first sample and LR520 resin adhesives for second sample. The prepared samples were analyzed using the three-point bending test. For this purpose, a test fixture was designed and constructed. The standard test of the crack release energy in the first and second mode, tensile test, and nol test were performed to evaluate the mechanical properties of the carbon cloth, carbon fibrs, resin, and adhesive. The numerical solution of the problem and comparing the obtained results with experimental data revealed that the Axson adhesive connections can tolerate more force in comparison with resin adhesive connections before structure destruction.

    Keywords: Lattice Composite Plates, Adhesive joint, Flexural Strength, Mechanical joint
  • Yousef Parvari, Hasan Ramezani, Siavash Kazemirad * Pages 1700-1707
    Nondestructive evaluation (NDE) of the mechanical properties and thickness loss of bilayer structures is of great importance for health monitoring purposes. This study aimed to propose an NDE method based on the Lamb wave propagation for the inspection of bilayer metal-composite structures. The finite element model of a steel substrate coated with a layered composite material was developed, where the composite coating constituted by chopped strand glass fiber mat and woven roving glass fiber cloth layers. The fundamental antisymmetric Lamb wave mode (A0) with different excitation frequencies were generated and propagated on the modeled bilayer specimens. The dispersion curves for the A0 Lamb wave mode were obtained for the simulated specimens, considering different thicknesses and a range of material properties decay for the metal substrate and composite coating. The obtained results showed that the effect of the thickness and decay in the mechanical properties of the substrate on the A0 Lamb wave mode velocity was more than the effect of the thickness and decay in the mechanical properties of the composite coating. Besides, the estimation of coating thickness was performed more accurately at low frequencies, while the decay in the mechanical properties of the coating and substrate was better evaluated at higher frequencies. It was concluded that the simulated Lamb wave propagation method can be used as a virtual lab for the development of methods for nondestructive evaluation of bilayer metal-composite structures with different material properties and thicknesses.
    Keywords: Guided waves, Lamb wave, composite coating, Coated structures, Finite element modeling
  • Ehsan Talei-Fard *, Hossein Parsa, Jafar Eskandari Jam Pages 1708-1714
    A composite radome is a durable structure to protect telecommunication radar antennas against mechanical and environmental factors. Due to its placement in front of the antenna and the possibility of affecting the received and transmitted waves, in addition to the mechanical properties, the electromagnetic properties of this structure are very important. In this study, the mechanical properties (tensile strength in the direction of fibers) and the electromagnetic properties (dielectric constant at X-band frequency) for a GFRP composite radome has been studied and optimized. For this purpose, two types of glass fibers E and D series, and two types of epoxy resin and polyester resin have been used. In addition, three common methods of composite fabrication including hand layup, vacuum bag, and vacuum infusion have been used. Also, by using the Taguchi test design method and signal-to-noise analysis, the optimal composition was obtained for each of the properties, which for tensile strength of the combination of E series glass fibers and epoxy resin and vacuum bag fabrication method, the highest tensile strength was 320.9 MPa and for the dielectric constant of D series glass fibers and epoxy resin and vacuum bag fabrication method with the lowest value of 2.85 were determined. After determining the optimal composition for each of the properties, the optimum state was investigated by considering all the mechanical and electromagnetic properties factors together by using the multi-response optimization method (gray relation). Finally, a combination of D-series glass fibers, epoxy resin, and vacuum bag fabrication method was proposed.
    Keywords: Radome, composites, Tensile strength, dielectric constant
  • Mehdi Karevan *, Marzieh Fallah Pages 1715-1725
    Petroleum based polymer composites could be a factor in the development of fire unlike their numerous applications. The research performed on the fire resistance and flammability of composites is not comparable with those conducted on the mechanical behavior of composites demonstrating the importance of studying multi-functional composites of fire resistance behavior. In this work, two-part polyurethane was reinforced with natural zeolite and graphite nanoplatelets (GNP) to examine fire resistance and optimized mechanical behavior of the composite foams. Moreover, poly urea was added with the optimized ratio of 40% into polyurethane composites based on the study hypothesis. The results showed that zeolite and GNP filled nano/microcomposites led to a 200 and 300% improvement in the tensile modulus of the composites, respectively. It was further sown that both fillers resulted in enhancement in the flexural modulus, too. To enhance the mechanical behavior, fiber glass mat was laminated with the optimized polyurethane/poly urea compound leading to a 600 and 200% improvement in the flexural modulus, respectively, in the case of two-layer reinforcement. The poly urea coating on the optimized composite specimens demonstrated the reduced burning rate of 23 mm/min and a 200 s flame time based on the UL94 standard. The mixed compound of polyurethane/poly urea filled with 2 wt% of zeolite led to the burning rate of 4.9 mm/min being in the allowable range above 80% lower than the maximum possible rate set forth in the standard.
    Keywords: Mechanical properties, Polyurethane foam, Fire resistance, Natural zeolite, Poly urea
  • Mehdi Hasan Zadeh, Mehdi Karevan *, AhmadReza Pishevar Pages 1726-1736

    The preparation of coatings involving the least material components and fabrication route is one of the today’s challenges in the development of hydrophobic nanocomposite films. This study aims at the fabrication of a hydrophobic polymer nanocomposite coating and the evaluation of the interplays amongst hydrophobicity, microstructure, fillers loading and free surface energy of the coatings. To achieve this, hexamethyldisilazane functionalized nano-silica as the filler and ethylene vinyl acetate (EVA) as the matrix were used. Toluene was used as the solvent. The concentration of 3% was employed as the optimized solvent ratio to create polymer film. The loadings of 10,20 and 30 wt% of nanomaterials were added into the solvent followed by a spray technique due to its single step approach. The analyses showed the coating filled with 30 wt% of nano-silica resulted in a porous interconnected structure, in good agreement with the Cassie-Baxter surface energy model. The 30 wt% nano-silica nanocomposite coatings resulted in a static water angle of ~121 ͦθ exhibiting a 34% increase with respect to that in the case of pure EVA and a sliding angle of 8 ͦθ with 90% reduction compared to the 10 wt% filled coatings due to the high surface roughness. Three surface energy models of Fowkes, Owens-Wendt and Van Oss were utilized were employed through which, unlike from the Van Oss model, the Fowkes and Owens-Wendt models exhibited that with the addition of fillers, the polar component of the free surface energy decreases confirming the increase in the estimated water angle contact.

    Keywords: Self-cleaning, Nano silica, surface energy, Hydrophobicity, Nanocompoiste coating
  • Ayub Karimzad Ghavidel *, Mohammad Zadshakoyan, Gholamreza Kiani Pages 1737-1744
    This research is trying to fabricate an efficient and economical EMIS X-band using Electro-Mechanically Dispersion Technique (EMDT). For this purpose, first, poly-methyl-methacrylate (PMMA)-based nanocomposites produced with the different weight percentages between 0 to 2 %, by two EMDT and ultrasonic probe methods. The structure of samples were evaluated by scanning electron microscope and Raman spectroscopy. The electrical resistivity of samples were also measured to determine percolation threshold. At the final assessments, electromagnetic behavior of the samples were examined. The results shows percolation threshold was occurred at the concentration of 0.2 wt.% in EMDT, while this event was observed at the concentration of 1 wt.% for ultrasonic method. According to the microscopic study and the results of Raman spectroscopy, the ability of EMDT in protecting the structure and length of CNTs was detected as the main factor to decrease 80 % in percolation threshold concentration. The investigation of electromagnetic properties of samples at percolation threshold show that EMDT method, despite having a concentration equal to 20% of the ultrasonic probe method, offers effective EMIS of 38 dB, which is 16% higher than the ultrasonic probe method. However, the advantage of EMDT compared to earlier presented methods relates to reduce 25 times the concentration and simultaneously increasing the absorption from 25 to 36 dB.
    Keywords: Electromagnetic waves shields, Carbon nanotubes, Aspect Ratio, Electro-Mechanically Dispersion Technique (EMDT), Ultrasonic