فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 43، بهار 1404)
- تاریخ انتشار: 1404/03/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 2659-2668
ساندویچ پانل های زیست تخریب پذیر به عنوان نسل جدیدی از سازه های سازگار با محیط زیست، به دلیل قابلیت بازگشت به طبیعت پس از پایان عمر مفید، مورد توجه گسترده قرار گرفته اند. در این پژوهش، رفتار خمشی این نوع پانل ها به صورت عددی و با استفاده از روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار پانل ها شامل پوسته هایی تقویت شده با الیاف کتان و هسته هایی با اشکال هندسی مختلف است که از مواد کامپوزیتی، چوبی و آلومینیومی ساخته شده اند. شبیه سازی ها با استفاده از روش اجزای محدود و تحت شرایط بارگذاری یکسان انجام شده اند. هدف اصلی، ارزیابی و مقایسه عملکرد مکانیکی ترکیب های مختلف از نظر توزیع تنش و میزان جذب انرژی بوده است. نتایج نشان داد که نحوه ترکیب شکل و جنس هسته تاثیر قابل توجهی بر رفتار خمشی پانل ها دارد. به طور کلی، هسته های با هندسه های منحنی مانند هلالی و W عملکرد بهتری نسبت به سایر اشکال از خود نشان دادند، درحالیکه هسته های با اشکال مربعی R و X عملکرد ضعیف تری داشتند. همچنین مشخص شد که اگرچه هسته های آلومینیومی توزیع تنش یکنواخت تری فراهم می کنند، اما نمونه های چوبی و کامپوزیتی از نظر جذب انرژی عملکرد بهتری دارند. این یافته ها می تواند به طراحی بهینه ساندویچ پانل های زیست تخریب پذیر در کاربردهای سازه ای کمک کند.
کلیدواژگان: کامپوزیت زیست تخریب پذیر، پانل ساندویچ، هسته موجدار، استحکام خمشی، شبیه سازی عددی -
صفحات 2669-2680مواد هدفمند تابعی به عنوان دسته ای از مواد پیشرفته با ساختاری ناهمگن شناخته می شوند که خواص مکانیکی آن ها به صورت پیوسته از یک سطح به سطح دیگر تغییر می کند. این تغییرات ناشی از توزیع تدریجی نسبت حجمی مواد تشکیل دهنده در راستای ضخامت سازه است. در این مقاله، پاسخ دینامیکی ترموالاستیک گذرای یک ورق مستطیلی هدفمند متخلخل تحت اثر شوک حرارتی زمانی، با تکیه بر تئوری لرد-شولمن مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، پس از اعمال بار حرارتی وابسته به زمان به ورق هدفمند متخلخل، تحلیل عددی سه بعدی بر پایه تئوری لرد-شولمن و روش فضای حالت انجام شده است. حل معادلات حاکم شامل مولفه های تنش، جابجایی، دما و شار حرارتی با استفاده از روش دوربین و وارون سازی عددی تبدیل لاپلاس برای ورق با شرایط مرزی ساده تکیه گاهی صورت گرفته است. درنهایت، با در نظر گرفتن انواع مختلف تخلخل ها، اثر پارامترهای گوناگونی از جمله نوع تخلخل، ضریب تخلخل، زمان و پارامتر غیرهمگن بر توزیع و مقدار دما، جابجایی و تنش ها بررسی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که تغییرات این پارامترها تاثیر قابل توجهی بر رفتار گذرای ورق هدفمند دارد. همچنین، با انتخاب بهینه توزیع کسر حجمی و مشخصات تخلخل، امکان طراحی بهینه سازه های هدفمند فراهم می گردد. تاکید این پژوهش بر ارتباط مستقیم بین پارامترهای ساختاری و پاسخ های مکانیکی و حرارتی، راهگشای مهندسان در بهینه سازی عملکرد سازه های هدفمند در کاربردهای پیشرفته صنعتی خواهد بود.کلیدواژگان: مواد هدفمند تابعی، ترموالاستیک، ورق هدفمند متخلخل، نظریه فضای حالت، تئوری لرد-شولمن
-
صفحات 2681-2692در این پژوهش، بهینه سازی پارامترهای فرآیند چاپ سه بعدی برای تولید نانوکامپوزیت های CNT/ABS با استفاده از روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی مطالعه، بهینه سازی خواص مکانیکی، وزن، زمان چاپ و مقدار ماده مصرفی در قطعات تولید شده است. در این راستا، پارامترهای کلیدی چاپ شامل زاویه چاپ، درصد پرشوندگی، سرعت چاپ، الگوی پرشوندگی، کسر وزنی نانولوله های کربنی (CNT) و ضخامت لایه ها به صورت سیستماتیک بررسی شدند تا بهینه ترین حالت موجود شناسایی شود. نتایج آزمایش ها نشان داد که درصد پرشوندگی و ضخامت لایه ها بیشترین تاثیر را بر استحکام کششی و مدول یانگ دارند؛ به طوری که افزایش پرشوندگی و کاهش ضخامت لایه ها موجب بهبود قابل توجهی در این خواص شد. همچنین، با بهینه سازی این پارامترها و تنظیم دقیق زاویه چاپ، وزن قطعات کاهش یافت و زمان چاپ و مصرف فیلامنت بهینه گردید. علاوه بر این، نسبت استحکام به وزن بر زمان چاپ و مصرف فیلامنت نیز به عنوان شاخصی موثر برای ارزیابی عملکرد بهینه چاپ معرفی شد.کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، نانوکامپوزیت، روش تاگوچی، بهینه سازی فرآیند، استحکام کششی
-
صفحات 2693-2703
در پژوهش حاضر ارتعاش اجباری نانوپوسته مخروطی ناقص در تماس با سیال تحت بار هارمونیک مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل پوسته از تئوری کلاسیک صفحات همراه با تئوری کوپل استرس اصلاح شده استفاده شده است. برای تعیین معادلات حاکم از روش انرژی و اصل همیلتون بهره گرفته شده است. فشار اعمالی از طرف سیال به پوسته با استفاده از تابع پتانسیل سیال و بکارگیری شرایط مرزی سرعت در سطح تماس سیال و پوسته تعیین گردیده است. همچنین برای تعیین پاسخ ارتعاشی از روش مودهای فرضی به همراه تکنیک گالرکین استفاده شده است. در نهایت، برای یک نانوپوسته نمونه، نتایج عددی به کمک نرم افزار متلب تعیین شده و به تحلیل نتایج عددی ارتعاش اجباری و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل نسبت های ابعادی، زاویه راس مخروط، پارامترهای نیروی خارجی و چگالی سیال بر پاسخ ارتعاشی سیستم پرداخته شده است.در نهایت، برای یک نانوپوسته نمونه، نتایج عددی به کمک نرم افزار متلب تعیین شده و به تحلیل نتایج عددی ارتعاش اجباری و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل نسبت های ابعادی، زاویه راس مخروط، پارامترهای نیروی خارجی و چگالی سیال بر پاسخ ارتعاشی سیستم پرداخته شده است..
کلیدواژگان: نانوپوسته مخروطی ناقص، ارتعاشات اجباری، تئوری کلاسیک صفحات، تئوری کوپل استرس -
صفحات 2704-2716در این پژوهش اهمیت چندلایه های الیافی-فلزی به عنوان نسل نوین مواد مهندسی با ویژگی هایی همچون استحکام بالا، شکل پذیری مناسب و مقاومت مطلوب در برابر آسیب بررسی شده است. این ساختارها به دلیل عملکرد ترکیبی فلز و کامپوزیت، در صنایع دریایی و هوافضا کاربرد گسترده ای دارند. سه نوع چندلایه شامل گلر، بارال و یک نمونه ترکیبی شیشه/بازالت-آلومینیوم با آرایش ثابت FML 5-3/2 ساخته شدند. لایه های فلزی از آلومینیوم آلیاژ 5052-H32 و لایه های کامپوزیتی از الیاف شیشه، بازالت و ترکیب شیشه/بازالت در زمینه رزین وینیل استر تهیه گردیدند. به منظور ارزیابی رفتار مکانیکی، آزمون های کشش، خمش و ضربه سرعت پایین در سه سطح انرژی انجام شد. نتایج نشان داد گلر بیشترین استحکام کششی با 315 مگاپاسکال را داشته و بارال با 281 مگاپاسکال رفتار تردتری از خود نشان داد، در حالی که نمونه ترکیبی با 287 مگاپسکال عملکرد میانی ارائه کرد. در خمش، تنش بیشینه برای گلر 285، بارال 250 و نمونه ترکیبی 227 مگاپاسکال به دست آمد. در آزمون ضربه نیز جذب انرژی عمدتا ناشی از تغییر شکل پلاستیک آلومینیوم و جدایش بین لایه ای بود. به کارگیری رزین وینیل استر به جای اپوکسی رایج و استفاده از آلیاژ آلومینیوم 5052-H32 همراه با نمونه ترکیبی شیشه/بازالت، مسیری متفاوت از رویکردهای مرسوم ایجاد کرده است که مقایسه نتایج نشان می دهد این انتخاب ها نقش قابل توجهی در تغییر رفتار مکانیکی و ظرفیت جذب انرژی دارند.کلیدواژگان: گلر، بارال، چندلایه هیبریدی شیشه، بازالت-آلومینیوم، ضربه سرعت پایین، جذب انرژی
-
صفحات 2717-2727
کامپوزیت های زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات Mg2Si به دلیل خواص مکانیکی و حرارتی مطلوب، از جمله استحکام ویژه و سختی بالا، در زمره ی مواد مهندسی پیشرفته قرار می گیرند؛ اما ماشینکاری این کامپوزیت ها به دلیل حضور فازهای سخت و ترد، همواره با چالش هایی مانند سایش شدید ابزار مواجه است. در این پژوهش، تاثیر پارامترهای ماشینکاری و افزودنی قلع بر رفتار سایش ابزار در فرآیند تراشکاری کامپوزیت Al-Mg2Si به صورت تجربی و آماری مورد بررسی قرار گرفت. دو نوع کامپوزیت، یکی بدون افزودنی و دیگری حاوی 1 درصد وزنی قلع، با استفاده از روش ریخته گری درجا تولید شدند. آزمایش های ماشینکاری در چهار سطح از سرعت برش، نرخ پیشروی و عمق برش و در دو حالت خشک و مرطوب، بر اساس طرح آزمایش تاگوچی با آرایه L16 اجرا گردید. ارزیابی سایش ابزار با تمرکز بر مورفولوژی و مساحت ناحیه سایش، به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و نرم افزار ایمیج جی انجام شد. نتایج نشان داد که سایش چسبنده مکانیزم غالب در هر دو نوع کامپوزیت است و افزودن قلع منجر به کاهش قابل توجه سایش ابزار می شود. تحلیل تاگوچی و مدل رگرسیون چندمتغیره نشان داد که عمق برش بیشترین تاثیر را بر سایش ابزار دارد. شرایط بهینه شامل عمق برش 0.5 میلی متر، نرخ پیشروی 0.08 mm/rev، سرعت 710 rpm و برش مرطوب تعیین شد. همچنین پیشنهاد شد که برای افزایش راندمان، می توان از شرایط جایگزین با عمق برش 1 میلی متر و نرخ پیشروی 0.12 mm/rev نیز استفاده کرد.
کلیدواژگان: سایش ابزار، کامپوزیت زمینه آلومینیوم، تراشکاری، قلع، Mg2si
-
Pages 2659-2668
Biodegradable sandwich panels, as a new generation of environmentally friendly structures, have attracted considerable attention due to their ability to return to nature at the end of their service life. In this study, the flexural behavior of such panels was numerically investigated using the finite element method. The panel structure consists of flax fiber-reinforced skins and cores with various geometric configurations made from composite, wooden, and aluminum materials. Simulations were performed under identical loading conditions. The main objective was to evaluate and compare the mechanical performance of different core configurations in terms of stress distribution and energy absorption capacity. The results indicated that the combination of core shape and material has a significant influence on the flexural behavior of the panels. Overall, cores with curved geometries such as C-shaped and W-shaped exhibited superior performance compared to other shapes, while R-shaped and X-shaped cores showed the weakest results. Furthermore, although aluminum cores provided more uniform stress distribution, wooden and composite cores demonstrated better energy absorption performance. These findings can serve as a basis for the optimal design of biodegradable sandwich panels in structural applications.
Keywords: Biodagradable Composite, Sandwich Panel, Corrugated Core, Bending Strength, Numerical Simulation -
Pages 2669-2680Functionally graded materials (FGMs) are an advanced class of heterogeneous materials whose mechanical properties vary continuously through the thickness due to gradual changes in the volume fractions of constituent phases. This study investigates the transient thermoelastic response of a porous functionally graded rectangular plate subjected to a time-dependent thermal shock within the framework of the Lord–Shulman generalized thermoelasticity theory. A comprehensive three-dimensional numerical analysis is carried out using the state-space method in conjunction with the Lord–Shulman model. The coupled governing equations for stress components, displacements, temperature, and heat flux are solved through the differential quadrature method combined with numerical inversion of the Laplace transform, under simply supported boundary conditions. The parametric study explores the influence of porosity type, porosity coefficient, time, and gradation parameter on the spatial distribution and magnitudes of temperature, displacement, and stresses. The results reveal that these parameters significantly affect the transient thermoelastic behavior of the functionally graded plate. Furthermore, optimizing the volume fraction distribution and porosity characteristics can enhance the performance of porous FGM structures. These findings underscore the critical role of structural and material parameters in controlling coupled thermal–mechanical responses and provide practical insights for the optimal design of FGMs in advanced engineering applications.Keywords: Functionally Graded Materials, Thermoelasticity, Porous Functionally Graded Plate, State Space Method, Lord–Shulman Theory
-
Pages 2681-2692In this study, the optimization of 3D printing process parameters for the fabrication of CNT/ABS nanocomposites was investigated using the Taguchi method. The primary objective was to optimize the mechanical properties, weight, printing time, and material consumption of the fabricated parts. To achieve this, key printing parameters—including printing temperature, printing angle, infill percentage, printing speed, infill pattern, carbon nanotube (CNT) weight fraction, and layer thickness—were systematically examined to identify the most optimal configuration. Experimental results revealed that infill percentage and layer thickness had the most significant influence on tensile strength and Young’s modulus; specifically, increasing the infill percentage and decreasing the layer thickness led to notable improvements in these properties. Furthermore, by optimizing these parameters and precisely adjusting the printing angle, the part weight was reduced, and both printing time and filament consumption were optimized. Additionally, the ratio of strength to the product of weight, printing time, and filament length was introduced as an effective index for evaluating the overall printing performance.Keywords: 3D Printing, Nanocomposites, Taguchi Method, Process Optimization, Tensile Strength
-
Pages 2693-2703
In the present research, the forced vibration of a truncated conical nanoshell in contact with fluid under harmonic load has been investigated. Classical plate theory along with modified stress couple theory has been used for shell analysis. The energy method and Hamilton's principle have been used to determine the governing equations. The applied pressure from the fluid to the shell has been determined by using the fluid potential function and using the velocity boundary conditions at the contact surface of the fluid and the shell. Also, to determine the vibration response, the method of hypothetical modes along with the Galerkin technique has been used. Finally, for a sample nanoshell, numerical results have been determined with the help of MATLAB software, and the numerical results of forced vibration and the effect of various parameters such as aspect ratios, cone apex angle, external force parameters, and fluid density on the vibration response of the system have been analyzed.
Keywords: Truncated Conical Nanoshell, Forced Vibrations, Classical Plate Theory, Couple Stress Theory -
Pages 2704-2716In this study, the significance of fiber–metal laminates (FMLs) as a new generation of engineering materials with superior properties such as high strength, good ductility, and enhanced damage resistance was investigated. Due to their combined metallic–composite performance, these structures are widely applied in marine and aerospace industries. Three types of laminates, including GLARE, BARAL, and a novel hybrid glass/basalt–aluminum configuration with a constant FML 5-3/2 lay-up, were fabricated. The metallic layers consisted of 5052-H32 aluminum alloy, while the composite layers were reinforced with unidirectional glass, basalt, and glass/basalt hybrid fibers in a vinyl ester matrix. To evaluate the mechanical behavior, tensile, flexural, and low-velocity impact tests were performed at three energy levels. The results showed that GLARE exhibited the highest tensile strength of 315 MPa, BARAL displayed a more brittle behavior with 281 MPa, and the hybrid laminate presented an intermediate performance with 287 MPa. Under flexural loading, the maximum stresses were measured as 285 MPa for GLARE, 250 MPa for BARAL, and 227 MPa for the hybrid laminate. In the impact tests, the primary energy absorption mechanisms were identified as plastic deformation of the aluminum layers and interfacial delamination. The use of vinyl ester resin instead of conventional epoxy, along with the employment of 5052-H32 aluminum alloy and the incorporation of a glass/basalt hybrid configuration, introduced a distinctive approach compared to conventional practices, with the comparative results highlighting their significant influence on mechanical response and energy absorption capacity.Keywords: GLARE, BARAL, Hybrid Glass Basalt Aluminum Laminate, Low Velocity Impact, Energy Absorption
-
Pages 2717-2727
Aluminum matrix composites reinforced with Mg₂Si particles are considered advanced engineering materials due to their desirable mechanical and thermal properties, such as high specific strength and hardness. However, machining these composites is often accompanied by challenges such as severe tool wear, mainly due to the presence of hard and brittle phases. In this study, the effects of machining parameters and tin (Sn) additive on tool wear behavior during the turning of Al–Mg₂Si composites were experimentally and statistically investigated. Two types of composites—one without additive and the other containing 1 wt.% Sn—were fabricated using the in-situ casting method. Machining tests were performed under four levels of cutting speed, feed rate, and depth of cut, and in both dry and wet conditions, based on the Taguchi design with an L16 orthogonal array. Tool wear was evaluated in terms of wear morphology and wear area using a scanning electron microscope (SEM) and ImageJ software. The results indicated that adhesive wear was the dominant mechanism in both composites, and the addition of Sn significantly reduced tool wear. Taguchi analysis and multiple regression modeling revealed that depth of cut had the most significant effect on tool wear. The optimal machining condition was identified as a 0.5 mm depth of cut, 0.08 mm/rev feed rate, 710 rpm spindle speed, and wet cutting. Additionally, an alternative condition with 1 mm depth of cut and 0.12 mm/rev feed rate was suggested for improved productivity.
Keywords: Tool Wear, Aluminum Matrix Composite, Turning, Tin, Mg2si
