فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال نهم شماره 2 (پیاپی 32، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن علی گلی، علی اصغر عطایی*، محتبی حقیقی یزدی، علیرضا ریاسی صفحات 1941-1951
    در مقاله ی حاضر، نمایه مقطع طولی و عرضی یک زیردریایی، که در عمق مشخصی قرار دارد، بر مبنای فشار هیدرودینامیک که بر بدنه زیردریایی توسط جریان سیال وارد می شود، از دیدگاه سازه ای و با در نظر گرفتن مقاومت کمانشی بدنه تحت فشار خارجی بهینه سازی شده است. محاسبه فشار هیدرودینامیکی با استفاده از تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی و بهینه سازی هندسه بدنه با استفاده از نرم افزار ANSYS Workbench انجام شده است. بدنه فشار زیردریایی تقریبا بیشترین فشار را تحمل می کند و از این رو از جنس کامپوزیت پایه پلیمری در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه هندسه ی مورد مطالعه و نوع بارگذاری (بار هیدرودینامیکی) در این مقاله پیچیده است و همچنین روابط تحلیلی برای بررسی تنش در این پژوهش موجود نیست، کمانش با استفاده از محاسبات نرم افزاری، بدست آمده و با انجام تحلیل تنش زیردریایی با هندسه اولیه مورد نظر، نیروها و تنش های وارده به بدنه، محاسبه شده و از نظر هیدرودینامیکی و سازه ای نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. با فرض 12 متغیر هندسی و کمینه کردن وزن و نیروی پسا به عنوان توابع هدف، توسط روش های بهینه سازی، نمایه طولی و عرضی بهینه و این روند تا رسیدن به مقادیر مطلوب تکرار می شود. نتایج بدست آمده در این مقاله حاکی از آن است که بکارگیری اشکال غیر دایروی همچون شبه بیضی در طراحی و ساخت زیردریایی می تواند جایگزین مقاطع دایروی شود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، زیردریایی، کامپوزیت، هیدرودینامیک، متغیر هندسی
  • بیژن محمدی*، محمدحجت وطن خواه صفحات 1952-1960
    با توجه به گسترش استفاده از مواد مرکب در صنایع مختلف، همواره افزایش دقت در تحلیل خستگی سازه های مرکب موردتوجه است. با توجه به ساختار سازه های ساندویچی، حالت های خرابی مختلفی هنگام بارگذاری متناوب در این سازه ها به وجود می آید. هرچه تاثیر این حالت-ها بر یکدیگر هنگام ارزیابی عمر خستگی دقیق تر در نظر گرفته شود، دقت پیش بینی ها افزایش می یابد. در این پژوهش به کمک ترکیب دو زیر برنامه ی USDFLD و UMAT در نرم-افزار آباکوس ابزار جدیدی ارایه شده است تا اثر متقابل خستگی پوسته-های سازه ی ساندویچی و همچنین جدایش بین پوسته و هسته بر یکدیگر با استفاده از مدل های موجود دیده شود. این ابزار پس از اعتبار سنجی برای ارزیابی خستگی یک صفحه ی ساندویچی با هسته ی PVC با سفتی های متفاوت 50MPa، 3GPa و 1GPa و پوسته ی AS4/3501-6 با لایه چینی [0]4، [90]4 استفاده شده است. در این تحلیل جدایش بین پوسته و هسته به کمک مدل ناحیه ی چسبنده و خستگی پوسته توسط مدلی بر پایه ی انرژی به صورت هم زمان استفاده شده است و اثرات حالت های خرابی بر یکدیگر در نظر گرفته شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش سفتی هسته شروع جدایش ناحیه ی اتصال هسته و پوسته دیرتر رخ می دهد و جدایش بین پوسته و هسته به سمت لبه های آزاد صفحه می رود. همچنین مشاهده شد که خرابی کنترل کننده ی عمر این سازه حالت جدایش بین پوسته و هسته است. نتایج بیانگر کاهش نرخ رشد پارامتر خرابی در ناحیه ی چسبنده در یک نقطه ی مشخص، افزایش نرخ رشد سطح ترک بین پوسته و هسته و افزایش نرخ رشد پارامتر خرابی در پوسته در طول بارگذاری هستند.
    کلیدواژگان: المان چسبنده، مکانیک خرابی محیط پیوسته، حل اجزای محدود، تحلیل خستگی، سازه ی ساندویچی
  • مجتبی مظاهری، جواد پاینده پیمان* صفحات 1961-1969
    در این مقاله، یک مدل توسعه یافته میکرومکانیکی برای پیش بینی رسانایی الکتریکی موثر نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانولوله های کربنی ارایه شده است. این مدل بر اساس نظریه میدان میانگین و با در نظر گرفتن پدیده تونل زنی کوانتومی الکترون ها بین نانو پرکننده ها ایجاد شده است. نانولوله های کربنی به شکل استوانه فرض شده اند که یک لایه بین فازی آنها را پوشش داده است. نانولوله های کربنی به صورت تصادفی در مکان های مختلف در داخل ماتریس پلیمری و با جهت گیری تصادفی توزیع شده اند. تاثیر پارامتر های گوناگون نظیر ابعاد هندسی نانولوله های کربنی، نسبت اندازه آنها، ضخامت لایه بین فازی، تونل زنی کوانتومی الکترون ها، رسانایی ماتریس پلیمر، رسانایی نانولوله های کربنی و رسانایی لایه بین فازی بر روی رسانایی موثر نانوکامپوزیت در مدل نظری در نظر گرفته شده اند. مدل ارایه شده رفتار های الکتریکی نانوکامپوزیت ها را در ناحیه عایق، ناحیه پرکولاسیون و ناحیه فلزی و همچنین گذار تیز رسانایی یا آغاز پرکولاسیون و ناحیه فلزی در کسر حجمی های بالا را به خوبی بازتولید می کند. نتایج نشان می دهد که با افزایش اندازه نانولوله های کربنی در نانوکامپوزیت، آستانه پرکولاسیون کاهش می یابد. مقدار رسانایی پرکننده و ماتریس به ترتیب تنها بر ناحیه فلزی و عایق اثر گذار هستند. به منظور صحت سنجی ، نتایج آزمایشگاهی موجود در مطالعات قبلی با مدل حاضر پیش بینی شده است که مدل ارایه شده به خوبی این نتایج تجربی را پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلیمر رسانا، نانولوله کربنی، فاز میانی، آستانه پرکولاسیون، مدل میکرومکانیکی
  • محمود علیپور سوگوابر، سید علی نیک نام*، بهنام داودی صفحات 1970-1975
    کامپوزیت ها موادی ترکیبی با حداقل دو ماده هستند که یکی به عنوان زمینه و دومی به منظور افزایش خواص مفید به ماده پایه افزوده می شود. این مطالعه نیز در مورد یکی از کامپوزیت های پرکاربرد تحت عنوان کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم به همراه مواد تقویت کننده افزودنی شامل ذرات قلع و سیلیکون کارباید SiC, Sn می باشد. از جمله مزایای این کامپوزیت ها می توان به مواردی مثل سختی و استحکام بالا و همینطور وزن سبک اشاره نمود و همچنین معایب آن پایین بودن قابلیت ماشینکاری و سایش بالا در ابزارهای ماشینکاری می باشد. در نتیجه برای بهبود شرایط کنونی این مطالعه با رویکرد ماشینکاری کامپوزیت پایه آلومینیومی 520 و تحلیل آماری اثر پارامترهای برشی بر سایش ابزار و کیفیت سطح بعد از ماشینکاری مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس بررسی های انجام گرفته می توان اذعان کرد که پارامترهای برشی تعریف شده اثر ممتاز و خوبی بر سایش ابزار داشتند. دراندازه گیری میزان سایش ابزارها حین ماشین کاری کامپوزیت ساخته شده به همراه ذرات تقویت کننده SiC, Sn همواره سرعت برشی بیشترین اثر و سرعت پیشروی و روش روانکاری و همچنین میزان عمق برشی کمترین اهمیت را بر سایش ابزار دارند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پایه فلزی، آلومنیوم، توانایی ماشینکاری، کیفیت سطح، سایش ابزار
  • حسین قره باغی، امین فرخ آبادی* صفحات 1976-1982
    مقاله حاضر عملکرد مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی ساختار مشبک سه بعدی دو ماده را از طریق رویکرد تجربی و عددی بررسی می کند. در ابتدا، با استفاده از ساخت افزایشی بخش بیرونی ساختار مشبک سه بعدی پیشنهادی با ماده ماده ترمو پلاستیک پلی اورتان ساخته شده است. با استفاده از یک سرنگ، رزین اپوکسی به قسمت داخلی ساختار مشبک تولید شده تزریق می‏شود. سپس، آزمایش های فشرده سازی برای تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی ساختار مشبک سه بعدی دو ماده انجام شده است. مطالعه عددی غیرخطی، رفتار الاستو -پلاستو-آسیب در آنالیزهای المان محدود که پاسخ غیرخطی ساختار های در نظر گرفته شده را دنبال می کند، اجرا شده است. این مدل قادر است تفاوت خواص کششی و فشاری مواد را نیز بررسی کند. منحنی نیرو-جابجایی ساختار مشبک تحت بارگذاری فشاری مقایسه شده است. مدل عددی پیش بینی قابل قبولی در مورد پاسخ های خطی و غیرخطی ساختار مشبک سه بعدی پیشنهادی نشان می دهند. نتایج نشان می دهد که نه تنها استفاده از ساختارهای مشبک دو ماده‏ای باعث جذب انرژی بیشتر و بهبود خواص مکانیکی می شود، بلکه ترکیب منطقی دو ماده باعث می شود ساختار مشبک سه بعدی دو ماده با جذب انرژی و سفتی بهینه در مقایسه با ساختارهای مشبک معمولی با یک ماده واحد داشته باشد.
    کلیدواژگان: الاستو-پلاستو-آسیب، ساخت افزایشی، اجزای محدود غیرخطی
  • محمد بیگ زاده، مجید صفرآبادی*، مرتضی عطائی اعظم، نبی مهری خوانساری صفحات 1983-1989
    نانوکامپوزیت ها کاربرد گسترده در مواد ترمیمی دندانی و تجهیزات پزشکی دارند که از جمله مهم ترین آن ها می توان به نانوکامپوزیت های پایه پلیمری اشاره نمود. از کاربردی ترین پلیمرهای زیست سازگار در این زمینه ، پلی متیل متاکریلات می باشد. در پژوهش حاضر، به تحلیل عددی رفتار خستگی نانوکامپوزیت زمینه پلی متیل متاکریلات تقویت شده با نانوذرات هیدروکسی آپاتیت پرداخته شده است. بدین منظور نمونه های استاندارد نانوکامپوزیت بر مبنای درصدهای مختلف نانوذره ساخته شد و خواص مکانیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی رفتار خستگی و سیکل کاری، مدل ناچ داری در نرم افزار آباکوس و نرم افزار تحلیل خستگی شبیه سازی شد و از داده های بدست آمده از آزمایش کشش ساده، به عنوان خواص مکانیکی ماده استفاده شد. با افزودن نانوذرات به پلیمر خالص، خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی قطعه و نیز سیکل کاری بهبود پیدا کرد؛ با این حال مشاهده شد با افزودن بیشتر نانوذره، خواص مکانیکی و نیز سیکل کاری کمی با کاهش همراه بود که علت آن تجمع نانوذرات در سطح نانوکامپوزیت بود و منجر به کاهش استحکام نمونه ها می شود.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، کامپوزیت دندانی، سیکل کاری، پلی متیل متاکریلات، هیدروکسی آپاتیت
|
  • Mohsen Aligoli, Mojtaba Haghighi Yazdi, Alireza Riasi Pages 1941-1951
    In this paper, the profile of the longitudinal and transverse sections of a submarine, which is located at a certain depth, based on the hydrodynamic pressure imposed on the submarine body by the fluid flow, from a structural point of view and considering the buckling resistance of the body under external pressure optimized. The calculation of hydrodynamic pressure has done using computational fluid dynamics analysis and body geometry optimization using ANSYS Workbench software. The pressure body of the submarine withstands almost the most pressure and hence it is considered to be made of polymer based composite material. Considering that the studied geometry and the type of loading (hydrodynamic load) in this article are complex, and analytical relationships for stress analysis are not available in this research, buckling is obtained using software calculations and by performing submarine stress analysis with the desired initial geometry, forces and stresses applied to the body have been calculated and hydrodynamically and structurally studied. Assuming 12 geometrical variables and minimizing weight and drag force as objective functions, by optimization methods, optimal longitudinal and transverse profile and this process is repeated until the desired values are reached. The results obtained in this article indicate that the use of non-circular shapes such as pseudo-ellipses in the design and construction of submarines can replace circular sections
    Keywords: Optimization, Submarine, Composite, Hydrodynamics, geometrical variables
  • Bijan Mohammadi *, Mohammad Hojat Vatankhah Pages 1952-1960
    According to the structure of sandwich panels, different failure modes occur during periodic loading in these structures. When the effect of these modes on each other is considered the predictions will be more accurate. In this research, a new tool presented with the help of the combination of USDFLD and UMAT subroutine in the Abaqus software to see the mutual fatigue effect of the face and the delamination between the face and the core using the existing models. This tool is used to fatigue analysis of a sandwich beam with a PVC core with different stiffness and AS4/3501-6 composite faces with [0]4, [90]4 layup. The delamination between the face and the core is analyzed by cohesive zone model and the face fatigue by an energy-based model simultaneously. The results showed that with the increase of the core stiffness, the delamination between the face and the core, caused by fatigue, begins later and moves towards the free edges of the plate. It was also observed that the failure mode that controls the life of this structure is the delamination between the face and the core. The results show the decrease in the growth rate of the damage parameter in the cohesive zone for specified element, increase of the crack growth rate and growth rate of the damage parameter in the face during loading.
    Keywords: Cohesive zone, Continuum damage mechanic, Finite element, sandwich panel, Fatigue Analysis
  • Mojtaba Mazaheri, Javad Payandehpeyman * Pages 1961-1969
    In this paper, a developed micromechanical model to predict the effective electrical conductivity of polymer nanocomposites containing carbon nanotubes was presented. This model was based on mean field theory and considering the quantum tunneling phenomenon of electrons between nanofillers. Carbon nanotube was assumed to be cylindrical, which was covered by an interphase layer. Carbon nanotubes were randomly distributed and oriented inside the polymer matrix. The effect of various parameters such as the geometric dimensions of carbon nanotubes, their aspect ratio, the thickness of the interphase layer, the quantum tunneling of electrons, the conductivity of the polymer matrix, the conductivity of carbon nanotubes and the conductivity of the interphase layer on the effective conductivity of the nanocomposite were considered in the theoretical model. The presented model reproduced the electrical behavior of nanocomposites in the insulating region, the percolation region, and the metal region, as well as the sharp transition of conductivity or the beginning of percolation and the metal region in high volume fractions. The results showed that by increasing the size of carbon nanotubes in nanocomposite, the percolation threshold decreased. The conductivity values of the filler and the matrix, respectively, only affected the metal and insulation areas. Finally, the present model was used to reproduce the experimental reported data that the predicted results were in good agreement with the experimental data.
    Keywords: Conductive polymer nanocomposite, Carbon Nanotube, Interphase layer, Percolation threshold, Micromechanical model
  • Mahmoud Alipour Sougavabar, Seyed Ali Niknam *, Behnam Davoodi Pages 1970-1975
    Composites are materials with at least two combined materials, one of which is added to the base material to increase its valuable properties. This study is also about one of the widely used composites called aluminum metal matrix composites (Al-MMC) and additional reinforcing materials, including Tin and Silicon carbide (SiC, Sn) particles. These composites have excellent features such as high hardness and strength and are lightweight, while they also pose low machinability. As a result, to improve the current conditions, this study was conducted with the approach of Al520 base composite machining and statistical analysis of the effect of cutting parameters on tool flank wear and surface quality after machining. Based on the investigations, it can be concluded that the defined cutting parameters had an excellent and good effect on tool flank wear. On the other hand, when studying the tool flank wear during the machining of such composites with reinforcing particles of SiC, Sn, the cutting speed always has the most significant effect, and the feed rate and lubrication method, as well as the amount of depth of cut, have the least effects on the flank wear size.
    Keywords: Metal Matrix Composite, Aluminium alloys, Machinability, Surface quality, Tool flank wear
  • Hussain Gharehbaghi, Amin Farrokhabadi * Pages 1976-1982
    This paper investigates the mechanical performance and energy absorption capacity of bi-material three-dimensional lattice structures via experimental and numerical approaches. At first, fused deposition modeling was used to manufacture the outer part of the proposed three-dimensional lattice structure with TPU material. Using a syringe, epoxy resin is injected into the inner part of the manufactured lattice structure. Then, quasi-static compression tests were conducted to analyze the mechanical properties and energy absorption capacity of the bi-material three-dimensional lattice structure. As the nonlinear numerical study, the elasto-plasto-damage behavior was implemented in finite element analyses which track the nonlinear response of considered structures. This model is capable to investigate the differences in tensile and compressive properties of the materials as well. The comparison of the load-displacement curve of structures under compressive loading has been compared. The numerical models exhibit an acceptable prediction about the linear and nonlinear responses of the proposed three-dimensional lattice structure. The results reveal that not only does the use of hybrid structures provide more energy absorption and improve mechanical properties, but also the rational combination of two materials makes the bi-material three-dimensional lattice structure with the optimum energy absorption and stiffness, in comparison to those usual lattice structures with a single material.
    Keywords: Additive manufacturing, Elasto-plasto-damage, Nonlinear FEM
  • Mohammad Beygzade, Majid Safarabadi *, Morteza Ataei-Aazam, Nabi Mehri Khansari Pages 1983-1989
    Nanocomposites are widely used in dental restorative materials and medical equipment, among the most important of which, polymer-based nanocomposites can be mentioned. One of the most useful biocompatible polymers in this field is polymethylmethacrylate (PMMA). In the present study, the numerical analysis of the fatigue behavior of polymethyl methacrylate nanocomposite reinforced with hydroxyapatite nanoparticles has been investigated. For this purpose, standard samples of nanocomposite were made and their mechanical properties were investigated. To study the fatigue behavior and life cycle, a notched model was simulated in Abaqus and Fe-Safe software, and the data obtained from the tensile test were used as the mechanical properties of the material. By adding nanoparticles to the pure polymer, Young's modulus and tensile strength of the part, as well as the life cycle, were improved; However, it was observed that with the addition of more nanoparticles, the mechanical properties and the life cycle decreased slightly, which was caused by the accumulation of nanoparticles on the surface of the nanocomposite, which leads to a decrease in the strength of the samples.
    Keywords: Nanocomposites, Dental Composites, Polymethylmethacrylate, Hydroxyapatite, life cycle