فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - پیاپی 2 (زمستان 1393)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
پیاپی 2 (زمستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1394/02/24
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی قاهری، اصغر نثیر صفحات 1-10
    در تحقیق حاضر ارتعاشات غیرخطی اجباری ورق های نازک دایروی از جنس مواد هدفمند با در نظرگرفتن شرایط مرزی کلاسیک گیردار مورد مطالعه قرارگرفته است. برای واردکردن جملات غیرخطی هندسی ناشی از جابجایی های بزرگ ورق در راستای عرضی (به اندازه ضخامت ورق) از روابط کرنش - جابجایی ون کارمن، و برای حل معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم از روش اغتشاشاتMMS و مدهای فرضی در دستگاه مختصات قطبی استفاده شده است. خواص مکانیکی در راستای ضخامت ورق بر طبق رابطه توانی از کسر حجمی مواد تشکیل دهنده ماده هدفمند تبعیت می کند. نیروی عرضی اعمالی به صورت هارمونیک، به فرکانس نوسان نزدیک به یکی از فرکانس های طبیعی نامتقارن سیستم فرض گردیده است. پدیده های ارتعاشات غیرخطی مانند پرش و رزونانس داخلی مورد بررسی قرارگرفته و اثرات شرایط مرزی، تغییرات کسرحجمی ماده هدفمند، دامنه و فرکانس نیروی خارجی اعمالی بر رفتار دینامیکی مطالعه شده است. نتایج بدست آمده از این روش با نتایج موجود در کارهای گذشته و در صورت امکان با نتایج نرم افزار های المان محدود صحت سنجی شده اند.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی، روش اغتشاشات، مواد هدفمند، تئوری ون کارمن
  • علی اصلانی، جمال زمانی اشنی صفحات 11-20
    سازه های چند لایه به طور گسترده با هدف ایجاد ساختاری مقاوم در برابر بارگذاری دینامیک مورد استفاده قرار گرفته اند. رفتار سازه های چند لایه در نرخ کرنش بالا و تاثیر آن ها بر میرایی موج شوک و خیز لایه هدف مواردی هستند که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند. اثر ضخامت لایه های سرامیکی، آلومینیومی و فولادی بر خیز لایه هدف، به صورت عددی، مورد تحقیق قرار گرفته و مدل ریاضی برای خیز لایه هدف ارائه شده است. برای شبیه سازی عددی از نرم افزار LS-DYNA بهره گرفته و از مدل های مادی جانسون-هولمکوئیست و جانسون-کوک به ترتیب برای مدلسازی سرامیک و فلز استفاده شده است. سازه های ترکیبی دو لایه و سه لایه با ثابت نگه داشتن ضخامت کل قسمت لایه بندی شده، شبیه سازی گردیده و تاثیر آن ها بر میزان خیز لایه هدف مطالعه شده است. با توجه به مهم بودن فاکتور وزن در ایجاد یک سازه زرهی، برای مقایسه بهتر سازه های چند لایه از نسبت سفتی به وزن استفاده شده و مقایسه بین این موارد صورت پذیرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از دو لایه سرامیک در اطراف لایه فلزی باعث افزایش نسبت سفتی به وزن سازه شده و در نتیجه کارایی سیستم زرهی را افزایش می دهد. در نهایت، با توجه به نتایج مراحل قبل سیستم چهار لایه متشکل از ترکیب سرامیک و فلز پیشنهاد شده است که علاوه بر داشتن کارایی بهتر در کاهش خیز لایه هدف، وزن کمتری را نیز دارد. در این سیستم از الگوی کاهشی امپدانس در لایه ها استفاده شده که تاثیر مثبتی بر کارایی سازه زرهی داشته است.
    کلیدواژگان: سازه زرهی چندلایه، بارگذاری دینامیک، LS، DYNA، شبیه سازی عددی، نرخ کرنش بالا
  • رضا اسلامی فارسانی، حسین ابراهیم نژاد خالجیری، حمید خرسند، کوشا عباس بنایی صفحات 21-28
    الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده از پایدارسازی حرارتی الیاف پلی اکریلونیتریل به دست می آید و به عنوان ماده ی اولیه برای تولید الیاف کربن استفاده می شود. در این تحقیق اثر افزودن این الیاف بر خواص مکانیکی کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با پارچه های سه نوع الیاف پیشرفته بررسی شد. بدین منظور 13 نوع کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با یکی از انواع پارچه الیاف کربن، کولار و شیشه به همراه الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده به روش لایه گذاری دستی به صورت چهار لایه با چیدمان های متفاوت ساخته شدند. برای ساخت کامپوزیت ها از رزین اپوکسی بیسفنولF و هاردنر پلی آمینی استفاده شده و نسبت رزین به الیاف 60 به 40 درصد وزنی انتخاب شد. سپس خواص کششی و سطح مقطع شکست کامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده به پارچه کربن، کولار و شیشه، استحکام کششی و مدول الاستیک کاهش یافته اما در نسبت های بالای 50% وزنی میزان کرنش شکست افزایش می یابد. بررسی سطح مقطع شکست نشان داد که کامپوزیت های ساخته شده با یکی از پارچه های الیاف کربن، کولار و شیشه به همراه الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده، به ترتیب دارای نوع شکست عرضی، انفجاری و لایه لایه شدن لبه ای می باشند و با افزایش نسبت الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده به پارچه های کربن، کولار و شیشه، نوع شکست عرضی می شود
    کلیدواژگان: الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده، اپوکسی، کامپوزیت هیبریدی، خواص کششی
  • حدیث ژرفی، حمید اختراعی طوسی * صفحات 29-36

    دیسک های دوار بخش مهم بسیاری از ماشین آلات صنعتی می باشند. در بسیاری از موارد این دیسک ها درشرایط سرعت دورانی و دمای زیاد کار می کنند. به این سبب تحلیل و مطالعه خزش در دیسک های دوار، ارزشمند و ضروری است. اخیرا کاربردهای مواد مدرج تابعی در ساخت دیسک های دوار مورد توجه محققین بسیاری قرار گرفته است. این مواد مرکب پیشرفته با داشتن قابلیت تنوع در ساختار، امکان ترکیب مناسب خواص مواد وایجاد خواص مطلوب ترمومکانیکی را فراهم می آورند. علاوه بر نوع ماده، عامل دیگری که در توزیع میدان های تنش و در نتیجه تغییرشکل ها و عمر دیسک موثر است شکل مقطع عرضی (پروفیل) دیسک می باشد. برای مطالعه تاثیر شکل مقطع عرضی دیسک روی پاسخ های خزشی آن، سه نوع دیسک مدرج تابعی متفاوت، مرکب از آلومینیوم و کاربید سیلیسیم Al-SiC مورد مطالعه قرار گرفته است. با فرض توزیع خطی ذرات کاربید سیلیسیم در زمینه آلومینیوم خالص، پروفیل این دیسک ها به سه صورت شامل ضخامت ثابت، کاهش ضخامت خطی و کاهش ضخامت غیرخطی در نظر گرفته شده اند. مسئله بصورت تحلیلی فرمول بندی و حل شده است. توزیع تنش ها و نرخ های کرنش محاسبه شده اند. تاثیر پارامتر سرعت در پاسخ خزشی دیسک های مختلف مطالعه شده است. سرعت ویژه ای که در آن خزش در دیسک به میزان چشم گیری کاهش می یابد مشاهده شد. این سرعت مهم سرعت حدی خزش نامگذاری شد و تاثیر پروفیل دیسک روی این سرعت حدی مطالعه و بررسی گردید

    کلیدواژگان: خزش، مواد مدرج تابعی، دیسک دوار، پروفیل دیسک، سرعت حدی
  • سید محمدرضا خلیلی، رضا اسلامی فارسانی، علی دستمرد، علی سعیدی صفحات 37-42
    رفتار کامپوزیت ها تحت اثر بار مکانیکی و دما در مدت زمان عملکرد، یکی از زمینه های مهم تحقیقات در حوزه مواد مرکب می باشد، چرا که پاسخ خزشی کامپوزیت ها بر روی عمر و عملکرد آن ها در طول دوره استفاده به صورت چشمگیری تاثیر گذار است. در تحقیقات صورت گرفته در زمینه خزش کامپوزیت های پلیمری، کامپوزیت تقویت شده با الیاف بافته شده بازالت کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله رفتار خزشی کامپوزیت رزین فنولیک تقویت شده با پارچه بافته شده از الیاف بازالت به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. دو نوع پارچه بافته شده از الیاف بازالت با بافت ساده (Plane weave) و بافت اطلسی (Satin weave) برای آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. برای بررسی اثر دما و تنش بر رفتار خزشی کامپوزیت تقویت شده با الیاف بازالت، نمونه های کامپوزیتی در سه دمای مختلف 100، 150 و 200 درجه سانتیگراد و همچنین دو بارگذاری مکانیکی با مقادیر 8/ 3 و 5/ 6 مگاپاسکال تحت آزمایش قرار گرفتند. مقایسه نتایج نشان داد نرخ کرنش در کامپوزیت های با بافت اطلسی نسبت به نمونه های با بافت ساده کاهش یافته است و این میزان کاهش تا حدود 68% در دمای 200 درجه به دست آمد. همچنین پارامترهای دیگر نظیر عمر و مکانیزم گسیختگی کامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: خزش، کامپوزیت پلیمری، الیاف بازالت
  • مهرزاد مرتضایی، حمیدرضا خلفی، ایرج امیری امرایی صفحات 43-48
    درجه پخت پیش آغشته، یکی از مهم ترین مشخصه های آن به شمار می رود، به طوری که با تغییر در آن مشخصه های دیگر پیش آغشته مانند چسبناکی و جریان پذیری نیز تغییر می کند. برای کنترل و پیش بینی درجه پخت باید ارتباط کمی آن با پارامترهای فرآیندی مانند سرعت خط تولید پیش آغشته، دمای آون و میزان رزین تعیین شود. در این مقاله معادله انتقال حرارت حاکم بر سیستم پخت پیش آغشته اپوکسی- شیشه هم زمان با معادله سرعت پخت رزین اپوکسی، به روش عددی و به کمک برنامه رایانه ای نوشته شده در محیط نرم افزار میپل حل شد. همچنین پارامترهای سینتیک پخت رزین با استفاده از اطلاعات آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی هم دما به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که هر چه میزان رزین پیش آغشته بیشتر باشد، در ابتدا دما و درجه پخت کمتر خواهد بود اما با آزاد شدن گرمای واکنش پخت، سرعت تغییرات دما و درجه پخت افزایش می یابد. همچنین نوع الیاف نیز بر درجه پخت پیش آغشته اثر گذار است به طوری که هر چه الیاف مورد استفاده چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه بالاتری داشته باشد، دما و درجه پخت پیش آغشته کمتر خواهد بود. همان طور که انتظار می رفت با افزایش دمای آون، درجه حرارت پیش آغشته افزایش یافته و به طبع آن درجه پخت نیز افزایش خواهد یافت، درحالی که با افزایش سرعت خط تولید پیش آغشته، دما و درجه پخت پیش آغشته کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پیش آغشته، مدلسازی، درجه پخت، معادله انرژی، روش حل عددی
  • کرامت ملک زاده فرد، محسن رضایی حسن آبادی صفحات 49-62
    در این تحقیق به تحلیل ارتعاشات آزاد و خمش استاتیکی ورق ساندویچی انحنادار با وجود لایه روغن هوشمند مغناطیسی در رویه ها پرداخته شده است. ورق ساندویچی مورد بررسی دارای شرایط تکیه گاهی ساده بوده و تحت بارگذاری خمشی می باشد. برای استخراج معادلات حرکت حاکم بر سیستم، برای اولین بار از تئوری مرتبه بالای بهبود یافته ی ورق های ساندویچی و اصل همیلتون برای ورق ساندویچی دوانحنایی تحت بارگذاری خمشی با لایه روغن هوشمند در رویه ها استفاده شده است. سپس، بعد از مقایسه با نتایج مشابه موجود در حیطه ی این موضوع و اطمینان از صحت معادلات استخراج شده، اثرات شدت میدان مغناطیسی و پارامتر های هندسی مثل ضخامت هسته، ضریب منظری ورق، شعاع انحنا و موارد دیگر بر مشخصه های ارتعاشی و خیز ورق مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش ارتعاشات آزاد مشاهده شده که فرکانس طبیعی ورق با افزایش شدت میدان مغناطیسی و ضریب منظری افزایش و با افزایش نسبت ضخامت هسته به ضخامت کل ورق کاهش پیدا می کند. همچنین مشاهده شده، فرکانس های طبیعی ورق برای حالت دو انحنایی بیشتر از حالت های تک انحنایی و تخت می باشد. در بخش تحلیل خمش استاتیکی نیز مشاهده شده است که با افزایش نسبت ضخامت هسته به ضخامت ورق، و با افزایش نسبت شعاع های انحنا خیز ورق افزایش، و با افزایش شدت میدان مغناطیسی، خیز ورق کاهش می یابد. بنابراین می توان با تغییر این پارامترها، فرکانس طبیعی و خیز سیستم را در محدوده ی مورد نظر حاصل نمود و همچنین با داشتن یک میدان مغناطیسی قابل کنترل در سیستم، می توان فرکانس طبیعی و خیز سیستم را کنترل نمود.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، خمش استاتیکی، ورق ساندویچی دوانحنایی، تئوری مرتبه بالای بهبودیافته، روغن هوشمند مغناطیسی
|
  • Ali Ghaheri, Asghar Nosier Pages 1-10
    Nonlinear forced vibrations of thin functionally graded circular plates under classical clamped boundary conditions are investigated based on the classical plate theory. The von Karman strain-displacement relations are employed to include the geometrical nonlinearity caused by large transverse displacements of the order of the plate thickness. Modal expansion in polar coordinate system along with the perturbation method of multiple scales is used to solve the governing equations. The material properties are graded through the plate thickness according to a power-law distribution of the volume fraction of the constituents. Transverse forcing is supposed to be harmonic with the angular frequency near to the natural frequency of one particular asymmetric mode. Nonlinear vibration phenomena such as jump phenomenon and internal resonance are studied and the effects of boundary conditions, power-law distribution, amplitude and frequency of external load on dynamical behavior of circular plate are examined. The validity of results is established by comparison with the existing results in the literature as well as FEM results.
    Keywords: Analytical solution, Perturbation technique, Functionally graded materials, von Karman theory
  • Ali Aslani, Jamal Zamani Ashani Pages 11-20
    Multi-layer structures have been widely used for producing resistant structures under dynamic loads. In this article, behavior of multi-layer structures at high strain rates, their effect on the shock wave attenuation and deflection of target layer are investigated. The effect of the thickness of SiC, Al6061 and RHA steel on deflection of target layer was investigated numerically; and mathematical modeling was applied for target layer deflection. LS-DYNA software was used for simulation. The Johnson-Cook and Johnson-Holmquist material models were used for modeling of ceramics and metals, respectively. Two-layer and three-layer composite structures with a constant total thickness of layered system were simulated and their impact on the target layer deflection were studied. Due to the importance of weight factor in creation of a multi-layer armor, for better comparison of multi-layer structures, the stiffness to weight ratio was used. The results show that using two ceramic layers around metal layer increases the stiffness to weight ratio of the structure and improves armored system performance. Consequently, a four-layer system consisting of a combination of ceramics and metals was suggested which has a less weight and better performance. In this system, a reduction pattern for acoustic impedance is used which has positive impact on the performance of armored structure.
    Keywords: Multi, layered Armor, Dynamic Loading, LS, DYNA, Numerical Simulation, High Strain Rate
  • Reza Eslami Farsani, Hossein Ebrahim Nejad Khaljiri, Hamid Khorsand, Kosha Abbas Banaee Pages 21-28
    Oxidized Polyacrylonitrile fibers (OPF) are made by thermal stabilization of polyacrylonitrile (PAN) fibers and are used as precursors materials for production of carbon fibers. In this paper, effect of adding these fibers on tensile properties of polymer matrix composites was studied. So thirteen kind weights of epoxy matrix composite reinforced with one of the carbon, Kevlar and glass fabrics including OPF by hand lay up method as four layers with different layering were made. For making of composites epoxy Bisphenol F resin and polyamine hardener were used and the resin to fiber fraction was selected as 60 percent. Then tensile properties and failure cross section of them were studied. Results showed that by increasing OPF to carbon, Kevlar and glass fabric ratio; the tensile and modulus strength decreased but in more than 50 weight percent ratios failure strain increased. Study of the fail cross section showed that composites made with one of the carbon, Kevlar, glass fabrics including OPF have lateral, explosive and edge delamination failure modes respectively and with increasing the OPF to carbon, Kevlar and glass fabric transverse failure mode happens.
    Keywords: Oxidized Polyacrylonitrile Fibers, Epoxy, Hybrid Composite, Tensile Properties
  • Hadiss Jarfi, Hamid Ekhteraee Pages 29-36

    Rotating discs are the vital part of many kinds of machineries. Usually they are operating at a relatively high angular velocity and temperature conditions. Accordingly in practice, the creep analysis is an essential necessity in the study of rotating discs. More recently the application of Functionally Graded Materials (FGMs) in the construction of rotating discs is the subject of many researches. These newly developed heterogeneous compounds enable the designer to manage the distribution of material properties and benefit their superior thermo-mechanical capacities. Apart from the patterns of material distribution, the shape of a disc is another factor which controls the stress field and consequently the deformation and life expectations. To study the effects of cross sectional profile, three different Aluminum-Silicon Carbide FGM discs with uniform, convergent and divergent cross section profiles are selected as the case studies. It is seen that there is a definite speed in which creep relaxation reduces considerably at the entirety of the disc. This important rotational speed is named the creep limit speed. Some case studies are represented to show the effects of disc profile upon the disc creep limit speeds.

    Keywords: Creep, FGM materials, Rotating disc, Disc profile, Limit speed
  • Seyed Mohammad Reza Khalili, Reza Eslami Farsani, Ali Dastmard, Ali Saeedi Pages 37-42
    The behavior of composite structures under applied loads and temperatures is one of the most important topics of research in composite materials. The creep properties of composite materials have very important effect on the behavior of the structure during life time. Among various investigations on creep behavior of polymeric composites, Basalt fiber reinforced polymers has been rarely investigated. In the present paper the creep of basalt/polymer composites with two different types of basalt woven including plane weave and satin weave are experimentally investigated. Creep tests were performed at three different temperatures: 100, 150 and 200 oc and also two mechanical stresses including 3.8 and 6.5 MPa. The results showed that strain rate in satin wave is reduced by 68% at 200 oc in comparison with the plane weave. Moreover, some other parameters such as failure mechanism and creep life of specimens were investigated.
    Keywords: Creep, Polymeric composites, Basalt fiber
  • Mehrzad Mortezaei, Hamidreza Khalafi, Iraj Amiri Amraei Pages 43-48
    Degree of cure is one of the most important properties of prepregs, so that the change in degree of cure will cause the changing the of other properties such as, mechanical properties, tack and resin flow. In order to predict and monitor degree of cure, the quantitative relation with processing parameters such as line speed, oven temperature and resin content have to be determined. In this paper, the heat transfer equation governing epoxy-glass prepreg curing systems, together with the equation for the rate of epoxy resin curing is solved using numerical methods and computer programs written in the MAPLE software. The kinetic parameters of the curing reaction of epoxy resin are also evaluated by using isothermal differential scanning calorimetry data. According to results, initially, the temperature and the degree of cure will be reduced by increasing the amount of resin. However, releasing of the heat of curing increases both the temperature variation rate and the degree of curing. Moreover, the fiber types affect the degree of curing; the higher the density and specific heat capacity of the fibers, the less the temperature and degree of curing. Finally, increasing the oven temperature raised the temperature and degree of cure, as expected. On the other hand, increasing the line speed decreased the temperature and the degree of cure.
    Keywords: Prepreg, Modeling, Degree of Cure, Energy Equation, Numerical solution techniques
  • Keramat Malekzade Fard, Mohsen Rezaei Hasanabadi Pages 49-62
    In this study, free vibration and static bending analysis of curved sandwich panel with magneto-rheological (MR) fluid layer in sheets have been studied. Sandwich panel that is studied is double curved with simply support boundary condition and it is under bending load. In order to derive the governing equations of motion, an improved high order sandwich panel theory and Hamilton's principle are used for the first time. After comparing with similar results in the domain of this issue and ensure that the accuracy of the derived equations, the effect of magnetic field on the frequency of the panel has been investigated. The effects of magnetic field intensity and changing the geometric parameters such as aspect ratio, thickness of MR layer, radius of curvature and thickness ratio on the characteristics of vibration and deflection have been studied. In the free vibration analysis section, the obtained results showed that the natural frequency of panel increases by increasing the magnetic field, also increases by increasing the panel aspect ratio, and decreases by increasing the core thickness to panel thickness ratio. Likewise the obtained results showed that the natural frequenciy for the case of double curved panel is more than single curved and flat panel. In the static bending analysis section, obtained results showed that the natural deflection of the panel decreases by increasing the magnetic field, increases by increasing the radiuses of curvatures ratio, and increases by increasing the core thickness to panel thickness ratio. Therefore, by changing these parameters, the natural frequency and deflection of the system, can be changed in the desired range, and also by having a controllable magnetic field in the system, the natural frequency and deflection of the system can be controlled.
    Keywords: Free Vibration, Static Bending, Double Curved Sandwich Panel, Improved High Order Theory, Magneto, Rheological