فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال نهم شماره 1 (پیاپی 31، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/06
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علیرضا شماعی کاشانی، محمود مهرداد شکریه* صفحات 1876-1884

    استفاده از نانوذرات به منظور بهبود خواص مکانیکی مواد کامپوزیتی به صورت روزافزون در صنعت افزایش می یابد. تحقیق حاضر با استفاده از انجام آزمایش های گسترده تاثیر افزودن نانوالیاف کربن به اتصال تک لبه کامپوزیتی پیچی از جنس شیشه/اپوکسی بر روی خواص مکانیکی اتصال را بررسی می کند. مود خرابی تمامی نمونه ها براساس استاندارد ASTM D5961 از نوع لهیدگی است. در این تحقیق، از طراحی آزمایش فاکتوریل عمومی استفاده شد. لایه چینی و نانوالیاف کربن به عنوان فاکتورهای کنترلی درنظر گرفته شد و تاثیر آنها روی پارامترهای مکانیکی سفتی اتصال، استحکام و جذب انرژی آن بررسی شد. همچنین با استفاده از مدل المان محدود سه بعدی تاثیر افزودن نانوالیاف کربن روی سفتی اتصال مکانیکی تک لبه کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور چهار لایه چینی مختلف با تعداد لایه 45 درجه متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. لازم به ذکر است مدل فوق با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و مدل تیوری موجود راستی آزمایی شده است. تطابق مناسبی بین نتایج آزمایشگاهی و نتایج مدل ملاحظه گردید.

    کلیدواژگان: آزمایش، اتصال تک لبه کامپوزیتی، نانوالیاف کربن، روش المان محدود
  • دین محمد ایمانی*، محمدرضا محمد علیها، عاطفه رجبی کفشگر، محسن شجاعی صفحات 1885-1892

    ساخت بتن پلیمری با عملکرد مناسب در برابر ترک خوردگی موضوع مهمی برای استفاده از این مواد کامپوزیتی در کاربردهای عملی است. چقرمگی شکست و انرژی شکست چنین سنگدانه های توزیع شده تصادفی در داخل ماتریس رزین پلیمری تحت تاثیر طراحی مخلوط و درصد مواد تشکیل دهنده بتن پلیمری قرار می گیرد. در این تحقیق، ترکیب بهینه مخلوط بتن پلیمری پایه اپوکسی ساخته شده از سه ماده (رزین اپوکسی، سنگدانه ریز و سنگدانه درشت سیلیسی) که بیشنرین مقاومت در برابر رشد ترک را داشته باشد، با استفاده از روش آزمایشی طرح تاگوچی L8 بدست می آید. بدین منظور، تعدادی تست چقرمگی شکست مود I (مود کششی بارگذاری) با استفاده از نمونه تیر ترکدار خمشی بر اساس طرح آزمایشی پیشنهاد شده به روش تاگوچی، انجام می شود. محدوده اولیه برای هر یک از اجزای بتن پلیمری به صورت، 25-31٪ سنگدانه ریز، 21-23٪ رزین اپوکسی، و 46-54٪ سنگدانه درشت، انتخاب شد. با توجه به نتایج حاصله مشخص شد که مخلوط حاوی حداکثر رزین، حداکثر مقدار سنگدانه ریز، و حداقل سنگدانه درشت می تواند بالاترین انرژی شکست و مقادیر چقرمگی شکست را در شرایط مود کششی بارگذاری فراهم آورد.

    کلیدواژگان: بتن پلیمری، طرح اختلاط بهینه، روش تاگوچی، چقرمگی شکست و انرژی شکست مود I خالص، قطعه تیرترکدار خمشی
  • بیژن محمدی*، آرزو فلاح، ایمان بیات صفحات 1893-1911
    در این پژوهش، به مطالعه وضعیت آسیب چندلایه های کامپوزیتی متعامد تحت بارگذاری استاتیکی تک محوره کششی پرداخته شده است. آسیب ترک ماتریسی و جدایی بین لایه ای ناشی از ترک های ماتریسی دو نوع از متداول ترین انواع آسیب در چندلایه های کامپوزیتی می باشد. با استفاده از رویکرد میکرومکانیکی و بر پایه روش حساب تغییرات هشین، به تحلیل میدان تنش و افت خواص مکانیکی با دو الگوی محتمل متقارن و پادمتقارن پرداخته می شود. در راستای بهبود نتایج حاصل از روش حساب تغییرات روش تقسیم لایه ها استفاده می شود. با استفاده از شیوه حساب تغییرات توسعه داده شده، نتایج افت خواص مکانیکی به دو شیوه همگن سازی نوبتی لایه های 90 درجه ترک خورده و روش مدلسازی هم زمان لایه های 90 درجه ترک خورده، مقایسه شده است. سپس از معیار نرخ رهاسازی انرژی جهت پیش بینی شروع و رشد ترک های ماتریسی و جدایی بین لایه ای القایی و همچنین وضعیت اشباع ترک های ماتریسی استفاده شده است.. با مقایسه نتایج تحلیلی و نتایج عددی حاصل از روش اجزاء محدود مشاهده شد استفاده از روش تقسیم بندی لایه ها تاثیر بسزایی در افزایش دقت نتایج دارد.
    کلیدواژگان: ترک ماتریسی، جدایش بین لایه ای، کامپوزیت های لایه ای متعامد، سلول واحد و روش حساب تغییرات
  • رضوان حسینی، مهدی یارمحمد توسکی*، احمدرضا خورشیدوند، سید مهدی خرسندی جو صفحات 1912-1920

    در این مقاله هدف شناسایی مکانیزم های آسیب و میزان جذب انرژی کامپوزیت های ساندویچی تحت آزمون ضربه شارپی است. نمونه ها از هسته ی فوم PVC و مجموعه ای از دو پوسته غیرهیبریدی متشکل از اینگرا و کربن و یک پوسته هیبریدی اینگرا/کربن ساخته شده اند. تمامی پوسته های کامپوزیتی متشکل از 4 لایه هستند که با رزین اپوکسی اصلاح شده توسط نانوالیاف کربن تقویت شده اند و در بالا و پایین فوم PVC قرار گرفته اند. نانوالیاف کربن با نسبت های وزنی از 0 تا 0.5 درصد وزنی به رزین اپوکسی اضافه شدند. نمونه ها بر اساس استاندارد ASTM D256 تهیه شدند و تحت بارگذاری قرار گرفتند. پس از آزمون ضربه شارپی، از نمونه ها برای ارزیابی سطح مکانیزم های آسیب به وجود آمده عکس برداری شد. نتایج نشان داد که نمونه های تقویت شده با نانوالیاف کربن جذب انرژی بالاتری نسبت به نمونه های بدون نانوالیاف کربن دارند. در این میان، افزایش جذب انرژی در کامپوزیت های ساندویچی اینگرا با افزودن درصد نانوالیاف کربن نسبت به دیگر نمونه ها قابل ملاحظه است. به طوریکه نمونه ی اینگرا با 0.5 درصد نانوالیاف کربن بالاترین جذب انرژی را دارد. این قضیه لزوما برای نمونه های دیگر صادق نبود و تغییر درصد نانوالیاف کربن نتیجه قابل توجهی بر نمونه های کربنی و هیبریدی نداشت. در مقایسه ی آسیب های خرابی مشاهده شده، جدایش بین لایه ای، برای نمونه هیبریدی شدیدتر بود و این نشان از این دارد که الیاف اینگرا و کربن ترکیب مناسبی برای بارگذاری ضربه نمی باشد.

    کلیدواژگان: تست ضربه شارپی، کامپوزیت ساندویچی، الیاف مصنوعی اینگرا، نانوالیاف کربن
  • سید محمدرضا سده ئی، محمد خسروی*، یدالله یعقوبی نژاد صفحات 1921-1926

    با توجه به اهمیت بالای تیتانیوم خالص در صنعت پزشکی و ضعف خواص مکانیکی و فیزیکی این فلز، در این تحقیق به جهت رشد خواص مکانیکی و در عین حال بهبود خواص زیستی، کامپوزیت تیتانیوم خالص تقویت شده با نانوذرات اکسید گرافن احیا شده با استفاده از روش SPS ساخته و در دمای اتاق با روش اکستروژن برشی ساده تحت فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید قرار گرفت. تاثیر سینترینگ پلاسما ، فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید و قرارگیری در محلول شبیه ساز بدن بر تغییرات خواص مکانیکی، خوردگی و زیستی این گرید تیتانیوم بررسی شد. در اثر افزودن مقدار 1/0 درصد وزنی RGO به تیتانیوم خالص و سپس ریزدانه کردن ساختار کامپوزیت تولیدی، با یک مرحله اکستروژن برشی ساده، میزان ایجاد کلسیم (استخوان سازی) در بدنه و بعد از قرارگیری 28 روزه در محلول شبیه ساز بدن، بیشتر و دارای کیفیت بالاتری نسبت به نمونه خالص سینتر شده است. همچنین میزان استحکام کششی این نمونه نیز بعد از قرارگیری 28 روزه در محلول شبیه ساز بدن بیشتر از نمونه خالص سینتر شده بوده به طوری که استحکام کششی نمونه خالص و نمونه دارای RGO ریزدانه شده به ترتیب 750 و 4/1089 مگاپاسکال ثبت شده است.

    کلیدواژگان: تیتانیوم، سینترینگ پلاسمای جرقه ای، خوردگی، اکستروژن برشی ساده، زیست سازگاری
  • زهره شمسایی زفرقندی، هادی خرمی شاد* صفحات 1927-1936
    هدف از این تحقیق مقایسه تخریب چسب های نانوکامپوزیتی تحت شرایط محیطی مختلف می باشد. برای این منظور نمونه های حجمی چسب های نانوکامپوزیتی با افزودن درصدهای وزنی مختلف 0، 0.1، 0.3 و 0.5 از نانولوله های کربنی چند جداره به یک چسب از نوع اپوکسی ساخته شدند. سپس نمونه ها در سه نوع آب، شامل آب دریا (خلیج فارس)، آب دو بار یون زدایی شده و سپس اسیدی شده با اسید صنعتی هیدرو کلریک (HCl) و آب دو بار یون زدایی شده و سپس بازی شده با باز صنعتی سدیم هیدروکسید (NaOH) به مدت 360 ساعت غوطه ور شدند . نتایج آزمایشگاهی نشان داد، افزودن نانو لوله های کربنی باعث کاهش میزان جذب آب در چسب و به تبع آن بهبود خواص مکانیکی گردید اگرجه این اثر تقویت کنندگی وابسته به شرایط محیطی نیز بود. نانوکامپوزیت های حاوی 0.1 درصد نانو لوله کربنی کمترین میزان جذب آب و بیشترین میزان خواص مکانیکی را در شرایط مخرب محیطی مختلف از خود نشان دادند. از میان انواع مختلف شرایط مخرب، آب اسیدی بیشترین میزان نفوذ و بیشترین اثر مخرب را بر روی خواص مکانیکی رزین داشت. در آب دریا به علت وجود اکسید فلزات قلیایی نفوذ رطوبت نسبت به حالت اسیدی کم تر گردید و در نهایت کمترین میزان مربوط به جذب آب و اثر مخرب آن بر روی رزین مربوط به آب بازی بود.
    کلیدواژگان: چسب نانوکامپوزیتی، تخریب محیطی، جذب آب، استحکام باقیمانده
|
  • Alireza Shamaei-Kashani, Mahmood M. Shokrieh * Pages 1876-1884

    The use of carbon nanofibers in industries is increased due to the improvement of the mechanical properties of composites. In the present research, by an extensive experimental program, the effect of adding carbon nanofibers to the single-lap composite bolted joint made of glass/epoxy on the mechanical properties of the joint was investigated. The failure mode of all joints was the bearing failure mode based on the ASTM D5961 standard. In this research, the factorial design was employed for the design of experiments. The stacking sequence and the volume fraction of carbon nanofibers were considered as the control factors and their effect on the stiffness, strength, and energy absorption of the joint were investigated. Also, a 3D finite element method was presented to investigate the effect of adding carbon nanofibers on the stiffness of single-lap composite bolted joints. To achieve this aim, four layups with different 45-degree layers were investigated. The present FEM model was validated by the experimental results and available theoretical model.

    Keywords: experiment, Single-lap composite joint, Carbon nanofibers, finite element method
  • Din Mohammad Imani *, MohammadReza Mohammad Aliha, Atefeh Rajabi Kafshgar, Mohsen Shojaee Pages 1885-1892

    Manufacturing polymer concrete (PC) with suitable performance against cracking is an important issue for using these composite materials in practical applications. Fracture toughness and fracture energy of such randomly distributed aggregates inside the matrix of polymeric resin is affected by the mix design and percentages of PC ingredients. In this research, the optimum composition of epoxy base PC mixture made of four ingredients (epoxy resin, fine and coarse silica aggregate) was obtained using a L8 Taguchi design of experiment method. Some fracture toughness tests under mode I were conducted on Single edge notched bending specimen according to design of experiment suggested by Taguchi method. The initial range for each PC ingredient was selected as: 25-31% fine aggregate, 21-23% epoxy resin, and 46-54% coarse aggregate, and it was found that the mixture containing maximum resin (23%), maximum fine filler, minimum percentages of fiber and coarse aggregate can provide the highest fracture energy and fracture toughness values.

    Keywords: Epoxy polymer concrete, Optimum mix-design, Taguchi method, Mode I fracture toughness, Fracture energy, Single Edge Notched Bending (SENB)
  • Bijan Mohammadi *, Arezoo Fallah, Iman Bayat Pages 1893-1911
    The damage state of cross-ply composite laminates subjected to uniaxial tensile loading was examined in this study. Matrix cracking and induced delamination have been considered as the most common modes of damage in composite laminates. Using a micromechanical approach and based on Hashin variational principles, analysis of the stress field and reduced mechanical properties of a material with two symmetric and antisymmetric patterns have been examined. In this study, using the variational approach related to the homogenization method in cross-ply composite laminates containing two 90° cracked layers with the results of the simultaneous analysis method of cracks have been compared. After that, an energy-based criterion is proposed to predict damage distribution patterns and initiation, propagation, and saturation of damage based upon energy release rate. Furthermore, in order to improve the accuracy of results, ply-refinement technique has been used. By comparing the analytical results and the numerical results obtained from the finite element software, it was observed that using the ply-refinement technique has a great impact on the final results and is in good agreement with the results obtained from the finite element method.
    Keywords: Matrix Cracking, Induced Delamination, Cross-ply Laminated Composites, Unit Cell, Variational Approach
  • Rezvan Hosseini, Mahdi Yarmohammad Tooski *, AhmadReza Khorshidvand, Seyed Mehdi Khorsandijou Pages 1912-1920

    This paper aims to identify damage mechanism and the amount of energy absorption of sandwich composites under the Charpy impact test. Each of the samples are made of a core with PVC foam and faces with different materials consisting of innegra, carbon, and hybrid innegra/carbon. All the faces comprises of 4 layers reinforced with modified epoxy resin by carbon nanofiber (CNF) which are located on the top and the bottom of the core. CNFs are added to the epoxy resin with a weight ratio varying from 0 to 0.5 percent. The samples were prepared based on ASTM D256 standards and then loaded. After the Charpy impact test, the samples were photographed to evaluate the induced damage severity. The results showed all samples reinforced with CNF have higher energy absorption than the virgin ones. The increase in energy absorption of CNF added innegra sandwich composites is significant in comparison to the other samples where the innegra sandwich composite with 0.5 percent CNF shows the highest energy absorption. This was not same for the other samples and CNF adding didn’t affect energy absorption considerably. Comparing the induced damage mechanism showed that delamination was intensive for the hybrid samples, showing that innegra and carbon are not an appropriate combination to stand impact loading

    Keywords: Charpy Impact Test, Sandwich composite, Innegra synthetic fiber, Carbon nanofiber
  • Sayyed MohammadReza Sedehi, Mohammad Khosravi *, Yadollah Yaghoubinezhad Pages 1921-1926

    Considering the high importance of pure titanium in the medical industry and the weak mechanical and physical properties of this metal, in this research, in order to develop mechanical properties and at the same time improve biological properties, pure titanium composite reinforced with regenerated graphene oxide nanoparticles using the method SPS was fabricated and subjected to severe plastic deformation at room temperature by a simple shear extrusion method. The effect of plasma sintering, severe plastic deformation process and placement in a body simulating solution on changes in the mechanical, corrosion and biological properties of this titanium grade was investigated. As a result of adding 0.1% by weight of RGO to pure titanium and then fine-granulating the produced composite structure, with a simple shear extrusion step, the amount of calcium (bone formation) in the body and after 28 days in the body simulating solution, more and it has a higher quality than the pure sintered sample. Also, the tensile strength of this sample after 28 days in the body simulating solution was higher than the pure sintered sample, so that the tensile strength of the pure sample and the sample with fine-grained RGO were recorded as 750 and 1089.4 MPa, respectively.

    Keywords: titanium, Spark plasma sintering, Corrosion, Simple shear extrusion, biocompatibility
  • Zohreh Shamsaei, Hadi Khoramishad * Pages 1927-1936
    This paper aims to compare the detrimental effects of different environmental conditions including seawater, acidic water and alkali water on the mechanical properties of nanocomposites. Nanocomposite adhesive specimens were fabricated by the inclusion of different weight percentages (0, 0.1, 0.3 and 0.5) of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) into an epoxy adhesive. Then, the specimens were immersed in three types of water including seawater (from Persian Gulf), de-ionized water acidified with industrial hydrochloric acid (HCl) and de-ionized water alkalized with industrial sodium hydroxide (NaOH) for 360 hours. The experimental results showed that adding MWCNTs reduced the water uptake and consequently improved the mechanical properties of the adhesive. However, this improving effect depended on the environmental conditions. The nanocomposite adhesive specimen containing 0.1 wt% MWCNTs presented the lowest water uptake and the highest mechanical properties for different environmental conditions. Amongst different environmental conditions, the acidic water imposed the most deleterious effect with the highest water uptake. In seawater, the water ingress was lower than acidic water due to the existence of alkali metal oxides. Finally, the lowest water ingress and destructive effect was found to be for alkali water.
    Keywords: Nanocomposite adhesive, Environmental Degradation, Water uptake, Residual strength