فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال دهم شماره 2 (پیاپی 36، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا آذرافزا*، شاهین شاهین اصلان زاده قلی بیگلو، علی داور صفحات 2196-2209
    در این مقاله ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای کامپوزیتی چندلایه دارای گشودگی مستطیلی به روش تحلیلی بررسی شده است. معادلات تعادل پوسته استوانه ای بر اساس تیوری کلاسیک پوسته و با استفاده از روش نیوتن استخراج شده اند. شرایط مرزی پوسته دو سر ساده در نظر گرفته شده است. مولفه های جابه جایی با توجه به شرایط مرزی به صورت بسط سری فوریه دوگانه نوشته شده اند. روابط کرنش-جابجایی و انحنا-جابجایی بر اساس نظریه تقریب لاو در نظر گرفته شده است. مدل سازی گشودگی توسط تایع توزیع (هویساید) بر معادلات تعادل پوسته استوانه ای کامپوزیتی در نظر گرفته شده است. برای بدست آوردن فرکانس طبیعی پوسته استوانه ای کامپوزیتی دارای گشودگی ، معادلات حرکت با استفاده از روش گالرکین حل شده اند. برای صحه گذاری، نتایج پوسته استوانه ای کامپوزیتی با نرم افزار المان محدود آباکوس و مقالات پیشین در این زمینه مقایسه شده اند که مطابقت خوبی بین آن ها وجود دارد. در نهایت اثر پارامترهای هندسی پوسته استوانه ای کامپوزیتی دارای گشودگی مانند طول، شعاع، ضخامت و لایه چینی پوسته استوانه ای و همچنین ابعاد، جهت و محل گشودگی بر فرکانس طبیعی سازه بررسی شد که نتایج نشان می دهد که با افزایش ابعاد گشودگی میزان کاهش فرکانس طبیعی سازه، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، ارتعاشات آزاد، پوسته استوانه ای دارای گشودگی، تابع هویساید
  • علی سلوکی، محمدرضا محمد علیها*، احمد ماکوئی صفحات 2210-2217

    تولید قطعات با استفاده از چاپ سه بعدی که نوعی از تولید افزایشی می باشد، با سرعت بیشتری در حال گسترش است. این فناوری با رسوب لایه لایه ی ماده پلیمری ذوب شونده قادر به تولید هندسه های پیچیده است. پلی لاکتیک اسید(PLA) به دلیل خواص خوبی مانند زیست-تخریب پذیر بودن و زیست سازگاری از جمله مواد پرکاربرد در این فناوری است که قطعات ساخته شده از آن در کاربردهای مختلف مهندسی در حال استفاده می باشد. استحکام این قطعات لایه لایه ای تابع پارامترهای چاپ مانند میزان چگالی پرشوندگی، جهت گیری چاپ ، سرعت و دمای چاپ، فاصله الیاف و غیره می باشد. همچنین وجود شیار در قطعات مهندسی و به ویژه قطعات لایه لایه ای چاپ شده پلیمری می تواند تاثیر بسزایی در رفتار مکانیکی این مواد داشته باشد. در این تحقیق استحکام قطعات تیر کوتاه شیاردار با سه هندسه مختلف (U,V, keyhole) چاپ شده با ماده PLA تحت بارگذاری شبه استاتیکی خمشی به روش تجربی و آماری مورد بررسی قرار می گیرد. میزان بار و انرژی شکست نمونه ها محاسبه شده و همچنین حساسیت به هندسه شیار در قطعات آزموده شده ارزیابی می گردد. از آزمون فیشر برای مقایسه روجی شیار ها استفاده شده-است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که شیار یک گوشه ی زاویه دار از همه ضعیف تر است در حالی که شیار دایره ای شکل مقاومت بیشتری دارد و این مقاومت با افزایش شعاع دایره افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، مقاومت خمشی، تولید افزایشی، مقایسه ی زوجی
  • حسنا عزیزی، رضا اسلامی فارسانی*، محمدرضا واعظی، علی شکوه فر صفحات 2218-2224

    کامپوزیت های زمینه پلیمری به دلیل سبکی، و استحکام و سفتی ویژه بالا از پرکاربردترین انواع کامپوزیت ها هستند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف از مهمترین کامپوزیت ها هستند و الیاف بازالت یکی از انواع الیاف معدنی مهمی است که در زمینه پلیمری استفاده می شود. در این پژوهش، اثر افزودن ذرات سیلیکا فیوم (که تاکنون در کامپوزیت های پایه پلیمری تقویت شده با الیاف استفاده نشده است) بر خواص مکانیکی کامپوزیت های اپوکسی- الیاف بازالت تحت بارگذاری های خمش و کشش مورد مطالعه قرار گرفت. ذرات سیلیکا فیوم با سیلان اصلاح سطحی شده و سپس با درصدهای مختلف (2، 4 و 6 درصد وزنی) با استفاده از همزن مکانیکی و امواج التراسونیک داخل زمینه اپوکسی توزیع شدند. برای ساخت نمونه های کامپوزیتی از روش لایه گذاری دستی استفاده شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با افزودن ذرات سیلیکا فیوم، بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام و مدول کششی، و همچنین استحکام و مدول خمشی مربوط به نمونه حاوی 4 wt.% سیلیکا فیوم به ترتیب برابر با 22، 34، 27 و 40 درصد بهبود نسبت به نمونه فاقد سیلیکا فیوم بوده است. از طرفی نتایج آزمون های مکانیکی و بررسی ریزساختاری پس از شکست نشان داد که بهبود فصل مشترک بین الیاف و زمینه در نتیجه توزیع مناسب این ذرات داخل زمینه تاثیر بسزایی در بهبود خواص مکانیکی دارد. همچنین توزیع نامطلوب این ذرات منجر به افت خواص مکانیکی در بارگذاری های مختلف می شود.

    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه پلیمری، الیاف بازالت، سیلیکا فیوم، اصلاح سطحی، خواص مکانیکی
  • رضا محمودی، محمدحسین پل*، یوسف گلین امیری صفحات 2225-2232

    بشر همواره می کوشد تا از طبیعت الهام گرفته و سازه های جدید خلق کند. یکی از این سازه های نوین، سازه های سلولی و مشبک هستند که به دلیل وزن پایین و استحکام فشاری مناسب مورد توجه محققان قرار گرفته اند. در این مقاله با الهام از طبیعت و ساختار های موجود در آن به بررسی این سازه ها و با الگوبرداری از موجوداتی مانند لاک پشت، حلزون و صدف دریایی پرداخته شده است. به این منظور از هر الگو دو مدل جدید که مشابه آن قبلا طراحی و ساخته نشده است، طراحی و با استفاده از روش افزایشی از جنسPetg ساخته شد. نمونه ها تحت آزمایش دو ضربه (سرعت پایین) متوالی با وزن ضربه زننده2.2Kg و در دو ارتفاع 5cmو 10cm قرار گرفتند. نتایج نشان داد بیشترین نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 5cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونه های الگو برداری شده از لاک پشت و یکی از نمونه های الگو برداری شده از حلزون و با نسبت 325% و کمترین نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 10cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونه های لاک پشت و یکی از نمونه های حلزون و با نسبت 200% می باشد. بیشترین و کمترین جابجایی در حداکثر نیروی حاصل از ضربه در ارتفاع 5cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونه های الگو برداری شده از حلزون و یکی از نمونه های الگو برداری شده از لاک پشت و با نسبت 252% و در ارتفاع10cm به ترتیب مربوط به یکی از نمونه های حلزون و یکی از نمونه های لاک پشت و با نسبت 238% می باشد.

    کلیدواژگان: ضربه، سازه های سلولی، لاک پشت، حلزون، صدف دریایی
  • الهام مرادی، محمدحسین یاس*، افشین زین الدینی صفحات 2233-2241

    یکی از مهمترین کاربردهای نانو مواد در رزین های پلیمری، دستیابی به چقرمگی شکست بالا حتی در کسرهای حجمی کم از نانوذرات پرکننده است. چنین عملکردی مربوط به انرژی آزاد شده از طریق مکانیزم های آسیب است که در مقیاس نانو رخ می دهد. در بین این مکانیزم ها جدایش سطحی نانوذره اهمیت بیشتری دارد. در کار حاضر باتوجه به ساختار سلسله مراتبی نانوکامپوزیت ها، سعی شده است که بااستفاده از روش چندمقیاسی اثر جدایش نانو ذرات گرافن از رزین اطراف آن بر چقرمگی شکست مود اول نانوکامپوزیت اپوکسی/گرافن مورد بررسی قرار گیرد. از این رو یک المان حجمی نماینده انتخاب شده است و با استفاده از داده های موجود در کارهای تجربی سایر محققین، اثر چندین پارامتر مانند مدول یانگ، کسر وزنی و ابعاد نانوگرافن مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت مشاهده شد که چقرمگی شکست با مدول یانگ نانوکامپوزیت نسبت مستقیم دارد همچنین هر چقدر ابعاد نانو ذرات بکار رفته کوچکتر باشد، بهبود در چقرمگی شکست بیشتر خواهد بود.

    کلیدواژگان: نانوذرات گرافن، چقرمگی شکست، نانوکامپوزیت، مدل چند مقیاسی
  • قاسم نجفی، سید علی نیک نام*، بهنام داودی، ویکتور سانگمن صفحات 2242-2246
    کامپوزیت های پایه فلزی با توجه به نقاط قوتشان نسبت به نقاط ضعفشان امروزه بسیار مورد توجه هستند و در زمینه های صنعتی، ازجمله صنایع خودروسازی، هوافضا و انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کامپوزیت ها می توان کامپوزیتهای پایه آلومینیومی را نام برد. از جمله مزایای این کامپوزیتها می توان به مواردی همچون سختی و استحکام بالا و وزن سبک اشاره نمود. همچنین از عمده معایب این دسته از مواد پایین بودن قابلیت ماشینکاری، علی الخصوص سایش زیاد و سریع در ابزارهای برشی و مشکلات مربوط به کیفیت سطح می باشد. تحقیقات محدودی در مورد تاثیر روش های خنک کاری مختلف، بخصوص خنک کاری برودتی بر زبری سطح صورت گرفته است. لذا در این مطالعه اثر پارامتر های برشی و خنک کاری برودتی بر زبری سطح قطعه کار در ماشین کاری A356-10%SiC مورد بررسی قرارگرفته است. بر اساس تحلیل های صورت گرفته مشاهده شد که اثر پارامترهای برودتی و سرعت برشی بر شاخص زبری سطح (Ra) مطلوب نبود و نتایج آماری با R2 در حدود 65 نشان دهنده عدم وجود رابطه قوی آماری بین پارامترهای مطالعه شده و زبری سطح Ra است. با این وجود، در بین پارامترهای برشی و خنک کاری مطالعه شده، فشار برودتی بیشترین تاثیر را بر زبری سطح Ra داشت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پایه فلزی، آلومینوم، زبری سطح، خنک کاری برودتی، ماشینکاری
|
  • Reza Azarafza *, Shahin Aslanzadeh Golibeiglo, Ali Davar Pages 2196-2209
    In this paper, the free vibrations of multi-layered composite cylindrical shells with rectangular cutout are analyzed analytically. Cylindrical shell equilibrium equations are derived based on classical shell theory (CST) and using Newton's method. Boundary conditions of the two-headed shell are considered simply supported. According to the boundary conditions, the displacement components are written as double Fourier series expansions. Relationships of the strain-displacement and curvature displacement are considered based on Love’s approximation theory. Modeling of the cutout by distribution function (Heaviside) is considered based on the equilibrium equations of the composite cylindrical shell. In order to obtain the natural frequency of the rectangular cutout composite cylindrical shell, the equations of motion have been solved using the Galerkin method. For validation, firstly, the results of the composite cylindrical shell have been compared with the Abaqus finite element software and the Previous literature in this field, that there is a good match between them. Finally, the effect of the geometrical parameters of the composite cylindrical shell with cutout, such as the length, radius, thickness and layering of the cylindrical shell, as well as the dimensions, direction and location of the cutout, on the natural frequency of the structure was investigated, that the results show that with increasing The dimensions of the cutout increase the reduction of the natural frequency of the structure.
    Keywords: cylindrical shell, Free Vibrations, Cutout in the wall of cylindrical shells, Heaviside function
  • Ali Solouki, MohammadReza Mohammad Aliha *, Ahmad Makui Pages 2210-2217

    The production of parts using 3D printing, which is a type of additive manufacturing, is expanding at a faster rate. This technology can produce complex geometries by depositing melting polymer material layer by layer. Polylactic acid (PLA) is one of the most widely used materials in this technology due to its good properties such as biodegradability and bio-compatibility, and parts manufactured with PLA are being used in various engineering applications. The strength of these layer-by-layer parts depends on the printing parameters such as the infill density, the orientation of the printed fibers, the speed and temperature of the print, the distance between the fibers, etc. Also, the presence of grooves in engineering parts, especially printed polymer layer-by-layer parts, can significantly affect the mechanical behavior of these materials. In this research, the strength of short grooved beam parts with three different geometries (U, V, key hole) printed with PLA material under quasi-static bending loading is investigated experimentally and statistically. The amount of load and fracture energy of the samples are measured and also the sensitivity to the geometry of the groove in the tested parts is evaluated. Fisher's test is used for pairwise comparison of the grooves' strength. The results of this research show that the groove with an angled corner is the weakest, while the circular groove has a higher resistance, and this resistance increases when the radius of the circle is increased.

    Keywords: 3D printing, Flexural Strength, Additive manufacturing, Pairwise comparison
  • Hosna Azizi, Reza Eslami-Farsani *, MohammadReza Vaezi, Ali Shokuhfar Pages 2218-2224

    Polymer matrix composites are one of the most widely used types of composites due to their lightness, and special strength and stiffness. Fibers-reinforced composites are the most important composites, and basalt fibers are one of the important types of mineral fibers that are used in the matrix of polymers. In this research, the effect of addition of silica fume particles (which has not been used in fibers reinforced polymer composites) on the mechanical properties of basalt fibers-epoxy composites under bending and tensile loadings was studied. The silica fume particles are surface modified with silane and then with different percentages (2, 4 and 6 wt.%) were distributed inside the epoxy matrix using a mechanical stirrer and ultrasonic waves. Hand lay-up method was used to make composite samples. The results of this research showed that with the addition of silica fume particles, the greatest improvement in the properties of the tensile strength and modulus, as well as the bending strength and modulus of the sample containing 4 wt.% silica fume is 22, 34, 27 and 40% respectively in compared to the sample without silica fume. On the other hand, the results of mechanical tests and microstructural examination after failure showed that the improvement of the interface between the fibers and the matrix as a result of the proper distribution of these particles inside the matrix has a significant effect on improving the mechanical properties. Also, the unfavorable distribution of these particles leads to the loss of mechanical properties under different loadings.

    Keywords: Polymer matrix Composites, Basalt fibers, Silica fume, Surface modification, Mechanical properties
  • Reza Mahmoudi, MohammadHossein Pol *, Yusef Galian Amiri Pages 2225-2232

    Man always tries to get inspiration from nature and create new structures. One of these new structures is cellular and lattice structures, which have attracted the attention of researchers due to their low weight and appropriate compressive strength. In this article, inspired by nature and the structures in it, these structures have been investigated and modeled on creatures such as turtles, snails and sea shells. For this purpose, two models of each pattern were designed and made of Petg material using the additive method. The samples were subjected to the test of two consecutive impacts with the impact weight of 2.2 Kg and at two heights of 5 cm and 10 cm. The results showed that the highest and the lowest impact force at a height of 5cm respectively correspond to one of the samples taken from a turtle and one of the samples taken from a snail with a ratio of 325% and at a height of 10 cm, respectively, it corresponds to one of the turtle samples and snail samples, with a ratio of 200%. The highest and lowest displacement in the maximum force resulting from the impact is at a height of 5 cm, respectively, related to one sample taken from a snail and a turtle with a ratio of 252%, and at a height of 10 cm, respectively, it corresponds to one of the snail samples and turtle samples, with a ratio of 238%

    Keywords: Impact, cellular structures, Turtle, Snail, sea shell
  • Elham Moradi, MohammadHossein Yas *, Afshin Zeinedini Pages 2233-2241

    One of the most important applications of nanomaterials in polymer resins is to achieve high fracture toughness even in small volume fractions of filler nanoparticles. Such performance is related to energy released through damage mechanisms that occur at the nano scale. Among these mechanisms, nanoparticle surface separation is more important. In the present work, considering the hierarchical structure of nanocomposites, it has been tried to investigate the effect of debonding of graphene nanoparticles from the surrounding resin on the fracture toughness of the first mode of the presented epoxy/graphene nanocomposite using a multi-scale method. Therefore, a representative volume element has been selected and using the data available in the experimental works of other researchers, the effect of several parameters such as Young's modulus, weight fraction and dimensions of nanographene was investigated. Finally, it was observed that the fracture toughness has a direct relationship with the Young's modulus of the nanocomposite. Also, the smaller the dimensions of the nanoparticles used, the greater the improvement in the fracture toughness.

    Keywords: Graphene nanoparticles, Fracture toughness, nano composite, Multiscale model
  • Ghasem Najafy, Seyed Ali Niknam *, Behnam Davoodi, Victor Songmene Pages 2242-2246
    Nowadays, much attention has been paid to metal matrix composites due to their unique features and extensive applications in numerous manufacturing sectors such as automotive, aerospace and energy. Aluminium metal matrix composites (Al-MMCs) are among the most highly used MMCs. The unique features of Al-MMCs are high hardness and high resistance-to-weight ratio. Moreover, the main drawbacks are the low machinability, high and rapid tool wear, and complications in the surface quality in machining operations. Limited studies reported using cooling methods, such as cryogenic strategies, on the surface quality when machining Al-MMCs. Therefore, the effects of cutting parameters and cryogenic cooling method on the surface quality of A356-10%SiC have been studied in this study. According to the performed analysis, it was observed that cryogenic cooling parameters and cutting speed had negligible statistical effects on the average surface roughness (Ra) of the tested material with R2 of 65%, which resembles a weak relationship between studied parameters and Ra. Nevertheless, the cryogenic pressure had the most significant effects on the variation of Ra amongst cutting and lubrication parameters.
    Keywords: Metal Matrix Composite, Aluminum alloys, Machining, Cryogenic cooling, Surface roughness