فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1402)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/26
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هادی علی یاری، بابک نصرتی*، رحیم محبی گرگری صفحات 2324-2333
    این تحقیق، با هدف بررسی سازگارکننده متیل دی فنیل دی ایزوسیانات و مالئیک انیدرید پلی پروپیلن بر ریخت شناسی و خواص فیزیکی-مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک حاوی نانوسیلیکا و نانورس، پلی اتیلن پر چگالی، آرد چوب انجام گردید. بدین منظور 3% سازگارکننده به همراه ذرات نانو در 3 سطح 0%، 2%، 4% با دستگاه مخلوط کن داخلی مخلوط و با استفاده از روش قالب گیری تزریقی نمونه های آزمونی تهیه شدند. سپس خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها نظیر جذب آب و واکشیدگی ضخامت، مدول و استحکام های کششی و خمشی و استحکام ضربه بر نمونه ها انجام گرفت. نتایج نشان داد که افزایش ذرات نانو تاثیر مثبتی بر خواص فیزیکی و مکانیکی به استثنای استحکام به ضربه داشته و باعث بهبود آن ها شده است. هرچند که حضور نانو سیلیکا منجر به افزایش جذب آب کامپوزیت ها شده است. بررسی طیف FTIR و الگوی XRD توزیع نانو رس در زمینه پلیمری از نوع بین لایه ای بوده و در نانو سیلیکا تجمع و انباشتگی ذرات نانو و افزایش ابعاد بلورها در کامپوزیت می باشد. نتایج استحکام خمشی، کششی توسط میکروسکوب الکتریکی روبشی مورد تایید قرار گرفت.
    کلیدواژگان: متیل دی فنیل دی ایزوسیانات، انیدرید مالئیک پلی پروپیلن، نانوسیلیس، نانورس، پلی اتیلن پر چگالی
  • علی علیزاده*، محسن حیدری بنی، محمدرضا زحمتکش، جعفر اسکندری جم صفحات 2334-2347
    هدف از پژوهش حاضر، ساخت و بررسی خواص مکانیکی مواد مرکب زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه کربن به روش متالورژی پودر بود. در این پژوهش از الیاف کوتاه کربن به عنوان تقویت کننده با درصد های دو، چهار، شش و هشت درصد در زمینه ی آلومینیوم 5083 به روش پرس گرم، با فشار 100 مگاپاسکال، دمای 500 درجه ی سانتی گراد، به مدت یک ساعت و در محیط گاز آرگون استفاده شد. از آسیاب کم انرژی به منظور اخطلاط مواد اولیه ی پودری در زمان های آسیاب کاری بهینه شده استفاده گردید. سپس چگالی نمونه های مرکب حاصله محاسبه گشت و آزمون های مکانیکی از جمله سختی سنجی، تنش کششی و تنش خمشی مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت مقاطع شکست نمونه های کشش مورد مطالعه قرار گرفت. بهترین نتایج برای نمونه ی مرکب با چهار درصد حجمی تقویت کننده با چگالی نسبی 4/98 در زمان اخطلاط بهینه ی چهار ساعت، استحکام کششی 360.28 مگاپاسکال، استحکام خمشی 423.77 مگاپاسکال و سختی 101.6 ویکرز با سازکار شکست بیرون کشیده شدن الیاف و پل زدن ترک از روی الیاف، بدست آمد.
    کلیدواژگان: مواد مرکب زمینه فلزی، الیاف کوتاه کربن، پرس گرم، خواص مکانیکی
  • محمدرضا علی پور، مهدی عشقی یارعزیز* صفحات 2348-2356
    در این پژوهش، استفاده از کامپوزیت های حاوی اکسید بیسموت با ناخالصی گادمیم، تیتانیم، ایتریوم، تنگستن، زیرکونیم و روی، به عنوان ماده حفاظی برای محافظت موثر پرداخته شده است. در اینجا، ارزیابی محافظ های پرتوهای ایکس و گاما برای کامپوزیت های منتخب، با استفاده از ابزار شبیه سازی بر پایه روش مونت کارلو Geant4، در محدوده انرژی فوتون 15 کیلو الکترون ولت تا 15 مگا الکترون ولت پرداخته شده است. برای بررسی عملکرد این کامپوزیت های منتخب، کمیت های موثر در تضعیف پرتو گاما مانند: ضریب تضعیف های (کل، خطی و جرمی)، مسافت آزاد میانگین، لایه های یک دهم مقدار و نیم مقدار، نسبت پراکندگی کامپتون به ضریب تضعیف کل محاسبه شده است. برای تایید نتایج شبیه سازی، نتایج حاصل از شبیه سازی انجام شده با داده های مستخرج از پایگاه داده NIST-XCOM مقایسه می شود، که داده های مستخرج از پایگاه NIST-XCOM و نتایج شبیه سازی انجام گرفته توافق خوبی با یکدیگر دارند. همچنین، درصد انحراف (RD) بین نتایج محاسبه شده در بیشتر موارد کمتر از 2 درصد مشاهده می شوند. ترکیب اکسید بیسموت حاوی گادمیم به دلیل عدد اتمی بالای بیسموت و گادمیم، جذب و تضعیف فوتون های پرانرژی را با کارایی بالاتری نسبت به سرب داشته و سمیت کمتری دارند. حفاظ های ترکیب اکسید بیسموت با عنصر گادمیم می تواند به عنوان جاذب فوتون های پر انرژی برای مشاغل مختلف حوزه پرتو پزشکی مانند پزشکان، دندان پرشکان، کارکنان اتاق عمل وکارشناسان رادیولوژی استفاده شود و باعث افرایش سلامت و ایمنی کارکنان گردد.
    کلیدواژگان: روش مونت کارلو، ابزار شبیه سازی Geant4، پرتو گاما، نوترون، کامپوزیت های بر پایه بیسموت
  • ملیحه رهنما، سید رضا حمزه لو*، محمد مراد شیخی صفحات 2357-2362

    در این مطالعه، تحلیل مودال پوسته های ساندویچی مخروطی سه جزیی با یک هسته مشبک کامپوزیتی بر مبنای روش های تجربی و تئوری ارائه شده است. بدین منظور، دو نمونه از چنین ساندویچی متشکل از دو رویه همسان از پارچه کولار و هسته مشبک میانی با سلول های شش ضلعی منتظم و الیاف ترکیبی از شیشه - کربن ساخته شد. در ادامه، آزمون های مودال برای استخراج فرکانس های طبیعی و شکل مودها بر مبنای جمع آوری داده ها از 40 نقطه بر روی سطح پوسته (پنچ مقطع عرضی در راستای یال مخروط و هشت نقطه محیطی با زوایه o45) توسط دستگاه سرعت سنج لیزری انجام شده است. بر طبق نتایج تجربی، اختلاف فرکانس های طبیعی دو نمونه پوسته ساندویچی برای اولین شکل مود کمتر از 3% و برای دومین شکل مود تقریبا 6% می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت، کمترین خطا ممکن در طراحی مفهومی مراحل مختلف ساخت و در حین اجرای فرآیندها برای تولید پوسته ساندویچی مخروطی مشبک وجود داشته است. همچنین شبیه سازی عددی با استفاده از المان های سه بعدی در نرم افزار آباکوس صورت پذیرفته است که با نتایج حاصل از آزمون مودال صحت سنجی شده اند. مقایسه فرکانس های طبیعی مطابق با شکل مودهای مختلف بر مبنای روش های المان محدود آباکوس و تجربی نشان می دهد که تطابق بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد که حداکثر اختلاف در فرکانس طبیعی کمتر از 16% می باشد.

    کلیدواژگان: پوسته ساندیچی مخروطی، هسته مشبک کامپوزیتی، آزمون مودال، شبیه سازی المان محدود
  • مجید صفرآبادی*، محسن صداقت صفحات 2363-2376
    در قلب داشبورد یک خودرو، یک ساختار پشتیبانی کننده با عنوان تیر تقویتی داشبورد برای تحمل بارها و پاسخ به نیروهای تصادف وجود دارد. تیر تقویتی داشبورد ستون اصلی داشبورد شناخته می-شود. چرا که عملکرد آن شامل ایمنی، پشتیبانی سازه ای از مجموعه داشبورد و برآورده کردن استانداردهای صدا، لرزش و سفتی می باشد. اگر فرکانس های طبیعی ساختار تیر تقویتی داشبورد با یکی از فرکانس های تحریک کننده آن همپوشانی داشته باشند، پدیده ای به نام تشدید رخ می دهد. با توجه به پایین بودن سفتی تیر تقویتی موجود، برای جلوگیری از این پدیده مخرب، پاسخ مودال مجموعه تیر تقویتی مورد مطالعه و اصلاح قرار گرفت. در این مقاله با تغییر جنس تیر تقویتی از فلزی به کامپوزیتی پایه پلیمری،تیر مورد طراحی مجدد قرار گرفت و عملکرد ارتعاشی و تحلیل تنش آن انجام شد. شبیه سازی ها نشان داد تغییر جنس تیر فلزی به کامپوزیت شیشه/ اپوکسی، کربن/ اپوکسی و چندلایه فلز/ الیاف/ اپوکسی باعث افزایش 18 درصدی فرکانس طبیعی می شود. به منظور جلوگیری از تشدید به مقدار بیشتری افزایش فرکانس طبیعی نیاز است لذا در کنار تغییر جنس به کامپوزیت، برای کاهش درجه آزادی تیر تعدادی تکیه گاه جهت اتصال تیر به بدنه خودرو، اضافه شد. اعمال هم زمان تغییر جنس و کاهش درجه آزادی افزایش 460 درصدی فرکانس طبیعی را در پی داشت. از آن جایی که افزایش بیش از حد فرکانس طبیعی منجر به بالا رفتن صلبیت سازه و در نتیجه تمرکز تنش خواهد شد، تحلیل عددی تنش صورت گرفت و در نهایت لایه چینی مناسب برای تیر تقویتی داشبورد پیشنهاد گردید.
    کلیدواژگان: تیر تقویتی داشبورد، تشدید، فرکانس طبیعی، چندلایه فلز الیاف
  • فائزه محمدظاهری، بیژن محمدی*، فتح الله طاهری بهروز صفحات 2377-2386
    چند لایه های کامپوزیتی- فلزی ساختارهای ترکیبی جدیدی هستند که در آن چندین ورق فلزی نازک و لایه های کامپوزیت به هم متصل شده اند. این ساختارها دارای ویژگی هایی چون مقاومت خستگی بالا، مقاومت در برابر ضرب و جذب بالای انرژی بوده که باعث افزایش روز افزون کاربرد آن ها در صنایع مختلف شده است. FML ها مستعد بروز آسیب می باشند. در این مطالعه آسیب در FML تحت بار استاتیکی کششی شامل ترک های ماتریسی، جدایی بین لایه ای القایی ناشی از ترک ماتریسی و پلاستیسته لایه های فلزی بررسی شده است. با استفاده از مدل تحلیلی توزیع تنش و نرخ رهاسازی انرژی در FML حاوی ترک ماتریسی و جدایی بین لایه ای استخراج گردید. همچنین مدل سازی عددی FML حاوی آسیب های مذکور نیز انجام شد. نتایج توزیع تنش استخراج شده از مدل تحلیلی و عددی با هم مقایسه شد و بین نتایج انطباق خوبی مشاهده گردید. در ادامه نمونه های FML تحت آزمایش کشش قرار گرفتند و آسیب هایی که در آن-ها رخ داده بود نمایش داده شد. با استفاده از مدل تحلیلی و محاسبه نرخ رها سازی انرژی، اشباع ترک ماتریسی و شروع جدایی بین لایه ای در چگالی ترک 0.38 (فاصله دو ترک 2.7 میلیمتر) استخراج گردید. با مشاهده نمونه های تجربی، این چگالی ترک در بیشتر طول نمونه مشاهده گردید، اما به علت های مختلفی چون نواقص ساخت، در بعضی از نواحی فاصله بین ترک ها بزرگتر از مقدار مذکور بود.
    کلیدواژگان: چند لایه های کامپوزیتی- فلزی، پلاستیسته، جدایی بین لایه ای، ترک ماتریسی
|
  • Hadi Aliyari Boroujeni, Babak Nosrati *, Rahim Mohebbi Pages 2324-2333
    This research was conducted with the aim of investigating the compatibilizer of methyl diphenyl diisocyanate and maleic anhydride polypropylene on the morphology and physical-mechanical properties of wood-plastic composite containing nanosilica and nanoclay, high density polyethylene, wood flour. For this purpose, 3% compatibilizer along with nano particles at 3 levels of 0%, 2%, 4% were mixed with an internal mixer and test samples were prepared using the injection molding method. Then, the physical and mechanical properties of the samples such as water absorption and thickness swelling, modulus and tensile and bending resistances and impact resistance were performed on the samples. The results showed that the increase of nano particles had a positive effect on the physical and mechanical properties except impact resistance and improved them. However, the presence of nano-silica has led to an increase in the water absorption of composites. Examining the FTIR spectra and XRD patterns, the distribution of nanoclay in the field of polymer is of interlayer type, and in nanosilica, there is the accumulation of nano particles and the increase in the dimensions of the crystals in the composite. The results of bending and tensile strength were confirmed by scanning electric microscope.
    Keywords: Methylene diphenyl diisocyanate, Maleic Anhydride Polypropylene, Nano silica, Nano clay, High density polyethylene, HDPE High density polyethylene
  • Ali Alizadeh *, Mohsen Heydari Beni, Mohammadreza Zahmatkesh, Jafar Eskandari Jam Pages 2334-2347
    In this research, short carbon fibers are used as reinforcement with percentages of two, four, six and eight percent in aluminum 5083 by hot pressing method, with a pressure of 100 MPa, a temperature of 500 degrees Celsius, for one hour and in an argon gas environment. used. A low-energy mill was used to mix powdered raw materials in optimized milling times. Then the density of the resulting composite samples was calculated and mechanical tests such as hardness measurement, tensile stress and bending stress were investigated and finally the fracture sections of the tensile samples were studied. The best results for the composite sample with four percent by volume of reinforcement with a relative density of 98.4 in the optimal mixing time of four hours, tensile strength 360.28 MPa, bending strength 423.77 MPa and hardness 6.101 Vickers with the failure mechanism of pulling out the fibers and the bridging of the cracks on the fibers was obtained. Came.
    Keywords: Metal matrix composite materials, short carbon fibers, hot pressing, Mechanical properties
  • Mohamadreza Alipoor, Mahdi Eshghi * Pages 2348-2356
    In this research, the use of composites based on bismuth oxide with impurities of Gadolinium, titanium, yttrium, tungsten, zirconium and zinc as a protective material for effective protection has been discussed. In here, the evaluation of X-ray and gamma ray shielding for selected composites has been done using the simulation tool based on Monte Carlo method of Geant4, in the photon energy range of 15 keV to 15 MeV. To investigate the performance of these selected composites, effective quantities in gamma ray attenuation such as: attenuation coefficients (total, linear and mass), mean free distance, one-tenth and half-value layers, the ratio of Compton scattering to the total attenuation coefficient have been calculated. To verify the simulation results, the simulation results are compared with the data extracted from the NIST-XCOM database, and the data extracted from the NIST-XCOM database and the simulation results are in good agreement with each other. Also, the percentage deviation (RD) between the calculated results is less than 2% in most cases. Due to the high atomic number of bismuth and Gadolinium, compound of bismuth oxide containing Gadolinium absorb and attenuate high-energy photons with higher efficiency than lead and are less toxic. Bismuth oxide compound shields with Gadolinium element can be used as absorbers of high-energy photons for various jobs in the field of medical radiation, such as doctors, dental hygienists, operating room workers, and radiologists, and can improve the health and safety of workers.
    Keywords: Monte Carlo method, Geant4 simulator, Composite, Composites based on bismuth
  • Malihe Rahnama, Seyed Reza Hamzeloo *, Mohammad Morad Sheikhi Pages 2357-2362

    In this study, the modal analysis of sandwich conical shells with a composite lattice core was presented using experimental and numerical methods. For this purpose, samples of such sandwich were made of two identical Kevlar-fabric face sheets and a composite (glass-carbon fibers) lattice core with regular hexagonal cells. Next, modal tests were carried out to extract the natural frequencies and the mode shapes by collecting frequency responses using a laser accelerometer. Also, ABAQUS FE simulations were performed using three-dimensional elements and were validated with the results obtained from modal tests. According to the experimental results, the difference in the natural frequencies of samples is less than 3% for the first mode shape (m,n)=(1,2) and 6% for the second mode shape (m,n)=(1,3). Therefore, it can be concluded that there is the least possible error in the conceptual design and the implementation of various manufacturing processes. In addition, there is good agreement between the results obtained from modal tests and ABAQUS finite element method, i.e. the maximum difference in natural frequencies of the first four mode shape is approximately 16%.

    Keywords: Sandwich conical shell, Composite lattice core, Modal test, finite element method
  • Majid Safarabadi *, Mohsen Sedaghat Pages 2363-2376
    As components of the car's dashboard, there is a support structure which is called cross-car beam (CCB). This beam bears the loads and respond to crash forces. Cross-car beam is essential, because its functions include safety, structural support of the instrument panel and passing sound, vibration and harshness (NVH) standards. If the natural frequencies of the cross-car beam overlap with one of the excitement frequencies, a phenomenon known as resonance occurs. According to the low stiffness of the cross-car beam, the modal response of the cross-car beam should be studied and modified to avoid this destructive phenomenon. In this article, by changing the material of the cross-car beam from steel to polymer-based composite, the beam was redesigned and its vibration performance and stress analysis were performed. The simulations showed that changing the material of the metal beam to glass-epoxy composite, carbon-epoxy composite and fiber in metal laminate (FML) increased the natural frequency by 18%. In order to avoid resonance, more increasing is required for natural frequency amount. Therefore, several supports were added to connect beam to car body and reduce degree of freedom. Changing the material and increasing supports at the same time resulted 460% increasing for natural frequency. Because excessive increase of natural frequency will lead to increasing structure rigidity and as a result stress concentration, so numerical stress analysis was done and finally a suitable laminated composite was suggested for cross-car beam.
    Keywords: Cross car beam, Resonance, natural frequency, Fiber metal laminate
  • Faezeh Mohamad Zaheri, Bijan Mohammadi *, Fathollah Taheri-Behrooz Pages 2377-2386
    Fiber Metal Laminates are new composite structures in which several thin metal sheets and composite layers are connected together. These structures have properties such as high fatigue resistance, high impact resistance and high energy absorption, which have led to a growing use of them in various industries. In this study, damage in FMLs under tensile static loading, including matrix cracking, delamination induced by matrix cracking and plasticity in metal layers, was examined. Using the analytical model, stress distribution and energy release rate were extracted in FML containing matrix cracking and delamination. Numerical modeling of FML containing such damages was also performed. The stress distribution results obtained from the analytical and numerical models were compared, and good agreement between the results was observed. Furthermore, the FML samples were subjected to tensile test and the damages that occurred in them were displayed. By using the analytical model and calculating energy release rate, the matrix crack saturation and the initiation of delamination at the crack density of 0.38 (the distance between two cracks is 2.7 mm) were extracted. By observing the experimental samples, this crack density was observed in most of the length of the sample, but due to various reasons such as manufacturing defects, in some areas the distance between the cracks was larger than the mentioned value.
    Keywords: Fiber metal laminate, Plasticity, Delamination, Matrix Cracking