فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/25
  • تعداد عناوین: 12
|
  • حامد رحیمی شعرباف، غلامحسین رحیمی، غلامحسین لیاقت صفحات 311-320
    با توجه به کاربرد گسترده ی مواد مرکب در صنایع مختلف، شناخت مدل های شکست سازه های مرکب از این مواد در برابر بار های وارده حائز اهمیت است. در این مقاله رفتار و مدل های شکست لوله های کامپوزیت ساخته شده به روش رشته پیچی با الیاف شیشه، دارای لاینر داخلی و ذرات نانو سیلیکا، تحت بار ضربه محلی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفته است. با استفاده از دستگاه رشته پیچی نیمه اتوماتیک، عمل رشته پیچی الیاف انجام شده است. ذرات نانو سیلیکا در ساخت نمونه ها مورد استفاده قرار گرفتند و طی فرآیند مخلوط کردن با ماده ی زمینه برای همگن سازی بهتر با بهره گیری از دستگاه فراصوت مخلوط شدند. 16 نمونه ی لوله ی کامپوزیت با زاویه ی پیچش الیاف 55± ساخته شد. آزمایش ضربه، با استفاده از دستگاه تفنگ گازی و با سرعت های 118، 113، 108 و 100 متر بر ثانیه انجام شده است. افزودن ذرات نانو سیلیکا باعث افزایش مدول الاستیک و استحکام در ماده ی زمینه می شود. این در حالی است که وجود لاینر ترد رفتار پوسته ی کامپوزیت را تحت تاثیرخود قرار می دهد. در تمام آزمایش های انجام شده نفوذ پرتابه به داخل لوله رخ داده و مشاهدات تجربی شامل سطح شکست به وجود آمده در اثر برخورد و همچنین شکست ماده ی زمینه اصلی و پارگی الیاف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، لوله، نانو ذرات سیلیکا، ضربه
  • سارا قیاسوند، بیژن محمدی صفحات 321-332
    روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) یکی از قوی ترین روش های عددی در مدل سازی ناپیوستگی بوده و بر پایه المان محدود می باشد. در این روش با غنی سازی گره ها و افزایش درجات آزادی آن ها از 2 به 4 و حتی در شرایط خاص به 10 به طور مجازی و بدون نیاز به تطبیق مش با هندسه ناپیوستگی، امکان مدل سازی فراهم می شود. در المان محدود لزوم تطابق کامل لبه المان ها با لبه ترک، تغییر المان بندی در هر مرحله از رشد ترک را نیازمند است که روند تحلیل رشد ترک را با صرف وقت و محاسبات زیادی روبرو می کند. یکی از اهداف اصلی در این تحقیق بیان روشی نوین برای مدل سازی ساده تر رشد ترک خستگی و دستیابی به عمر سازه از طریق محاسبه ضرایب تمرکز تنش می باشد. با روش المان محدود توسعه یافته برای هر نوع ترک تنها با یک المان بندی ساده می توان نتایج مورد نظر را با دقت بالایی محاسبه نمود. در این تحقیق با قابلیت المان محدود توسعه یافته در محیط نرم افزار آباکوس، مدل سازی مود ترکیبی سه بعدی رشد واقعی ترک در ترمیم نامتقارن پنل، انجام شده است. در این روش تغییرات پارامترهای شکست در راستای ضخامت در لایه چینی های متفاوت بررسی شده است. نمونه ها در این تحقیق شامل رشد ترک در مود ترکیبی است. با بررسی نتایج XFEM حاصل از این تحقیق و نتایج FEM و تجربی تحقیقات گذشته، مشخص شد که نتایج روش XFEM خطای کمتری نسبت به نتایج تجربی دارند.
    کلیدواژگان: خستگی، وصله کامپوزیتی، المان محدود توسعه یافته، ضریب شدت تنش
  • داود شاهقلیان قهفرخی، وحید طحانی، غلامحسین رحیمی صفحات 333-342
    سازه های مشبک به علت خواص مکانیکی ایده آل، سفتی مخصوص و استحکام بالا؛ یکی از سازه های پرکاربرد در صنایع هوایی، موشکی و دریایی می باشد. در این تحقیق به بررسی تجربی و عددی اثر تقویت کننده های طولی و عرضی بر رفتار خمشی ورق های کامپوزیتی مشبک پرداخته شده است. برای این منظور چهار نوع ورق مشبک با تقویت کننده های مثلثی، لوزی، مربعی درشت و ریز در نظر گرفته شد. برای ساخت این ورق ها، قالب سیلیکونی طراحی و ساخته شد. سپس از روش لایه چینی و لایه پیچی دستی برای ساخت ورق ها استفاده شد. نمونه های ساخته شده تحت آزمایش خمش سه نقطه ای قرار گرفتند که برای این منظور نیز فیکسچری طراحی و ساخته شد. از حل عددی مسئله و مقایسه با نتایج تجربی مشاهده شد که اختلاف بسیار کمی بین نتایج تجربی و عددی وجود دارد. نتایج نشان می دهد که تقویت کننده های طولی اثر بسیار زیادی بر بار بیشینه مخصوص ورق دارا می باشند، به طوری که با اضافه کردن یک تقویت کننده ی طولی، استحکام ورق 594% افزایش می یابد. این در حالی است که تقویت کننده های عرضی به دلیل افزایش وزن، نه تنها باعث افزایش بار بیشینه مخصوص و سفتی مخصوص نمونه نمی شوند بلکه باعث کاهش 14/7% استحکام و 9/26% سفتی مخصوص می گردند. اولویت قرار گرفتن تقویت کننده ها از لحاظ بیشینه استحکام به ترتیب نمونه مربعی درشت، مربعی ریز، نمونه مثلثی و نمونه لوزی شکل و از لحاظ حداکثر سفتی مخصوص به ترتیب نمونه مربعی درشت، مربعی ریز، نمونه لوزی و نمونه مثلثی شکل می باشد.
    کلیدواژگان: خمش سه نقطه ای، ورق کامپوزیتی مشبک، تقویت کننده های طولی، تقویت کننده های عرضی
  • احسان حیطه، مهدی دیواندری، مرتضی غلامی صفحات 343-350
    هدف از این تحقیق بررسی فصل مشترک کامپوزیت آلومینیم- مس حاصله از ریخته گری گریز از مرکز مذاب آلومینیم درون بوش جامد مسی است. در این تحقیق مقدار مشخصی مذاب آلومینیم خالص تجاری (100 گرم) درون بوش مسی پیش گرم شده تا دمای 150 درجه ی سانتی گراد و درحال چرخش با سرعت های دوران 700، 900، 1500 و 3000 دور بر دقیقه درون دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد. به منظور بررسی فصل مشترک واکنشی از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به سیستم آنالیز EDS استفاده و نیز سنجش میکروسختی فازها انجام شد. افزایش سرعت چرخش با افزایش نیروی گریز از مرکز موجب افزایش آهنگ سردکنندگی شده و به این ترتیب شرایط را برای ظریف تر شدن ساختار و نازک تر شدن فصل مشترک واکنشی فراهم می آورد. نتایج آنالیز نقطه ای (EDS) نشان داد فازهای شکل گرفته به ترتیب از سمت مس شامل: لایه های پیوسته ی AlCu2، AlCu، Al2Cu، رسوبات Al2Cu پراکنده در ساختار یوتکتیک غیرعادی و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم است. نتایج تغییرات میکروسختی، از فازهای حاضر در فصل مشترک واکنشی، نیز گویای روند کاهشی سختی در دو سمت آلومینیم و مس و بروز حداکثر سختی در ترکیبات بین فلزی بیشتر از 500 ویکرز، نزدیک به رینگ مس جامد، است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت آلومینیم، مس، ریخته گری گریز از مرکز، فصل مشترک، ترکیبات بین فلزی
  • بررسی تاثیر دما و نانوسیلیکا بر رفتار پخت و مدل سازی سینتیک پخت سامانه رزین اپوکسی
    مهدیه نیک ضمیر، مهرزاد مرتضایی صفحات 351-358
    در مقایسه با گرمانرم ها، فرآیندهای گرماسخت ها و کامپوزیت های ماتریس گرماسخت به خاطر واکنش پذیری آن ها پیچیده تر بوده و کنترل پذیری کمتری دارند. مکانیزم و سینتیک پخت، مورفولوژی شبکه را تعیین می کند که در آن خواص مکانیکی و فیزیکی محصول پخت شده قابل ارزیابی است. بنابراین، فهم سینتیک پخت گرماسخت ها برای توسعه فرآیند، کنترل کیفیت و کسب محصولات با خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب ضروری می باشد. از این رو، در این پژوهش، به بررسی سینتیک پخت سامانه رزین اپوکسی 828 EPON/عامل پخت دی سیان دی آمید/شتاب دهنده دیوران برای تولید پیش آغشته اپوکسی/الیاف شیشه مورد استفاده در پره توربین بادی پرداخته شده است. برای این منظور، پخت سامانه اپوکسی با آزمون گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) هم دما انجام و تاثیر افزایش دما و درصد وزنی نانوذرات سیلیکا بررسی شده است. برای بررسی اثر دما، آزمون DSC هم دما در پنج دمای مختلف بدون حضور نانوذره انجام شده و برای بررسی تاثیر نانوذره این آزمون در حضور مقادیر 0، 4 و 6 درصد وزنی نانوسیلیکا انجام شده است. نمودارهای به دست آمده توسط برازش منحنی نرم افزار متلب به خوبی با مدل خودکاتالیزوری کمال برازش شده و پارامترهای مدل برای هر نمونه مورد آزمون به دست آمده است. نتایج نشان داد افزایش دمای آزمون هم دما، موجب افزایش نرخ واکنش و نیز کامل تر شدن فرآیند پخت می شود. افزودن نانوسیلیکا نیز منجر به افزایش سرعت پخت در α پایین شده اما تاخیر در لحظه شروع واکنش داشته و گرمای کل واکنش را به طور قابل توجهی کاهش داده است.
    کلیدواژگان: رزین اپوکسی، سینتیک پخت، نانوسیلیکا، مدل خودکاتالیست کمال
  • حسن ملائکه سقا، حمید معین فرد صفحات 359-368
    در این مقاله به بررسی تاثیر استفاده از لایه ی هوشمند مغناطیسی در کاهش و سرکوب ارتعاشات ناخواسته در تیرهای هوشمند پرداخته شده است. تیری سه لایه متشکل از یک لایه ی الاستومر مگنتورئولوژیکال که به صورت ساندویچی بین دو لایه ی الاستیک قرار دارد، در نظر گرفته شده است. با مدل سازی رفتار لایه ی مگنتورئولوژیکال به صورت ماده ی ویسکوالاستیک در ناحیه ی قبل از تسلیم، معادلات حاکم بر حرکت تیر ساندویچی به همراه شرایط مرزی متناظر با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. به علت وابسته بودن مدول برشی لایه ی مگنتورئولوژیکال به میدان مغناطیسی، با تغییر میدان وارد بر هسته ، سختی و میرایی تیر هوشمند می تواند به سرعت تغییر کند و از این قابلیت برای کنترل و میراسازی ارتعاشات ناخواسته ی وارد بر سیستم استفاده شده است. انتخاب میدان مغناطیسی مناسب برای رسیدن به پاسخ گذرای مطلوب، توسط یک کنترلر فازی با استفاده از جابه جایی و سرعت مودال، به عنوان ورودی های کنترلر انجام می شود. پارامترهای مودال تیر ساندویچی شامل فرکانس های طبیعی و شکل مودهای متناظر به دست آمده و با نتایج موجود مقایسه و صحه گذاری شده است. در ادامه از روش گلرکین برای رسیدن به معادله ی زمانی حاکم بر تیر، با در نظرگرفتن اثر میدان مغناطیسی، استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که لایه ی هوشمند مغناطیسی به همراه کنترلر طراحی شده بر اساس منطق فازی می تواند به طور موثری در میراسازی ارتعاشات ناخواسته ی وارد بر سیستم مورد استفاده قرار گیرد. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند در طراحی و تحلیل تیرهای هوشمند، به عنوان اجزای اصلی سازه های پیشرفته ی مهندسی برای بهبود عملکرد دینامیکی این سیستم ها استفاده شود.
    کلیدواژگان: لایه ی مگنتورئولوژیکال، ارتعاشات ناخواسته، تیر ساندویچی، کنترلر فازی
  • مرتضی غلامی، مهدی دیواندری، محمد تقی صالحی صفحات 369-376
    در این تحقیق فصل مشترک دو فلزی آلومینیم- برنج، تولید شده با دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی، مورد بررسی متالورژیکی قرار گرفت. ابتدا بوش های برنجی در محدوده دمایی 100-300 درجه ی سلسیوس پیش گرم شده و سپس مذاب آلومینیم با نسبت حجمی 5/1 برابر جامد برنجی درون بوش های درحال دوران با سرعت 800، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. نمونه های حاصله به ازای متغیرهای مختلف، با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکتررونی (SEM) مجهز به حسگر طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و نرم افزار Image J بررسی شد. تشکیل اتصال متالورژیکی در این تحقیق، می تواند ناشی از شرایط انحلالی ویژه ای باشد که توسط نیروهای چندگانه مکانیکی دخیل و همچنین نفوذ در انتهای فرآیند انجماد تامین می شود. مطالعه طیف سنجی نشان می دهد که لایه های تشکیل شده در این دوفلزی، به ترتیب از سمت برنج شامل Al3Cu5Zn4، Al3Cu3Zn، رسوبات Al3Cu توزیع شده در زمینه ی محلول جامد آلومینیم و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم است.
    کلیدواژگان: فصل مشترک، کامپوزیت، آلومینیم، برنج، انحلال، ریخته گری گریز از مرکز
  • رضا آذرافزا، علی داور، ادیب محمودی صفحات 377-388
    پانل های ساندویچی فلزی و کامپوزیتی تقویت شده با هسته مشبک یکی از جدید ترین نوع ساختارهای کاربردی در سازه های هوافضا می باشند که از دو رویه نازک متصل شده به یک هسته مشبک از بالا و پایین تشکیل می شوند و به دلیل مزیت هایی مانند نسبت استحکام به وزن بالا، نه تنها در صنایع هوافضا بلکه در دیگر کاربردهای مهندسی از قبیل صنایع نظامی،کشتی سازی، حمل و نقل ریلی، سکوهای نفتی و غیره استفاده می شوند. در تحقیق حاضر، سه نمونه کامپوزیت، با جنس و ضخامت مختلف با روش لایه گذاری دستی در قالب سیلیکونی و آغشته سازی با رزین اپوکسی ساخته شده اند. همچنین یک نمونه آلومینیومی ساندویچی و یک صفحه یکپارچه آلومینیومی نیز با ابعاد مشابه ساخته شده اند. به منظور بررسی رفتار آن ها در برابر بارهای شبه استاتیکی عرضی، تحت تست خمش سه نقطه ای قرار گرفته اند. نتایج آزمایش تجربی نشان داد که حتی بعد از واماندگی رویه ها، هسته مشبک به تحمل بار ادامه می دهد. همچنین هیچ گونه جدایشی بین رویه ها و هسته، به دلیل چسبندگی و عمل آوری مناسب رزین، مشاهده نشد. نتایج نشان می دهد که تغییر جنس الیاف رویه ها از شیشه به کربن با ضخامت یکسان نتیجه بهتری از افزایش ضخامت رویه ها با جنس یکسان ، بر پارامتر استحکام به وزن پانل ساتدویچی کامپوزیتی دارد.
    کلیدواژگان: پانل ساندویچ کامپوزیتی، هسته مشبک تقویت شده، رشته پیچی در قالب سیلیکونی، خمش سه نقطه ای، استحکام به وزن
  • سید رضا آخرتی ثانی، مهرزاد مرتضایی، ایرج امیری امرای صفحات 389-396
    معمولا با افزایش دما، پخت اپوکسی کامل تر انجام می شود و مدول و استحکام کششی نیز افزایش می یابد اما به دلیل اتصالات عرضی زیاد، پلیمر ترد شده و چقرمگی شکست آن کاهش می یابد. در این پژوهش، به منظور افزایش چقرمگی شکست، از تکنیک کاهش دمای پخت استفاده شده و نانوذرات سیلیکا در اندازه های مختلف، برای جلوگیری از کاهش استحکام به اپوکسی اضافه شد. به منظور مطالعه اثر دما، نمونه های اپوکسی با کسر حجمی های مختلف از نانوذرات سیلیکا، در دو دمای پخت 105 و C°90 تهیه شده و میزان چقرمگی شکست، استحکام و مدول کششی آن ها توسط آزمون های مکانیکی اندازه گیری شد. در نمونه های فاقد نانوذرات، با کاهش دمای پخت، افزایش قابل توجه در چقرمگی شکست مشاهده شد اما مدول کششی و استحکام نمونه، به دلیل پخت ناقص اپوکسی، کاهش یافت. اما در نمونه های حاوی نانوذرات سیلیکا، تقویت کنندگی نانوذرات بر نقص پخت غلبه کرده و برآیند دو مکانیزم موجب افزایش استحکام و مدول کششی شد. در عین حال افزایش چقرمگی و انرژی شکست، نشان از هم افزایی قابل قبول تکنیک های پخت ناقص و حضور نانوذرات سیلیکا در کامپوزیت، دارد. هر چند چقرمگی شکست نمونه های پخت شده در دمای C°90 همواره از نمونه های پخت شده در دمای C°105 بیشتر است اما با افزایش سطح نانوذرات سیلیکا (کاهش اندازه نانوذرات) نقش نانوذرات غالب بوده و تفاوت متاثر از دمای پخت کمتر می شود. محاسبات نشان داد مکانیزم های تغییر شکل پلاستیک، گسترش حباب و شکسته شدن کلوخه ها، نقش اصلی را در افزایش چقرمگی شکست داشته و تحت تاثیر یکدیگر تشدید می شوند.
    کلیدواژگان: اپوکسی، نانوذرات سیلیکا، مدول کششی، چقرمگی شکست، دمای پخت
  • مجتبی صفری، حسن بیگلری صفحات 397-408
    در این مقاله، پاسخ دینامیکی تیر ساندویچی مرکب با هسته ی ویسکوالاستیک و انعطاف پذیرجانبی با شرایط تکیه گاهی ساده به صورت تحلیلی بررسی شده است. برای تحلیل تیر تئوری سه لایه ساندویچی به کار رفته است. معادلات حاکم بر مسئله با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده است. به دلیل عدم توانایی مدل های کلاسیک در توصیف جامع عملکرد دینامیکی مواد ویسکوالاستیک، از مدل GHM برای مدل سازی هسته ی ویسکوالاستیک استفاده شده است. مزیت این مدل در برگرفتن وابستگی خواص مادی به فرکانس در مواد ویسکوالاستیک می باشد. معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر تیر با استفاده از روش جمع آثار مدها به معادلات دیفرانسیل معمولی با ضرایب متغیر با زمان تبدیل می شوند. حل معادلات دیفرانسیل معمولی به صورت عددی با استفاده از روش نیومارک انجام شده است. نتایج تحلیل دینامیکی با نتایج موجود در ادبیات موضوع صحه گذاری شده است. نوآوری مقاله حاضر، در نظر گرفتن خواص مادی وابسته به فرکانس هسته ی ویسکوالاستیک با استفاده از مدل GHM و انعطاف پذیری هسته با به کارگیری تئوری سه لایه ساندویچی در تحلیل دینامیکی تیر ساندویچی مرکب می باشد. هدف مقاله، بررسی پاسخ دینامیکی تیر با هسته ی ویسکوالاستیک طبق مدل GHM و بیان مزیت این مدل نسبت به مدل کلاسیک کلوین- ویت می باشد. همچنین به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله ضخامت، چگالی هسته و سفتی رویه های تیر ساندویچی مرکب بر فرکانس و نرخ میرایی پاسخ دینامیکی تیر پرداخته شده است. بررسی ها نشان می دهد، مدل GHM با در نظر گرفتن خواص مادی وابسته به فرکانس مواد ویسکوالاستیک نسبت به مدل کلوین- ویت توصیف دقیق تری از پاسخ دینامیکی تیر با هسته ی ویسکوالاستیک دارد.
    کلیدواژگان: تیر ساندویچی، ماده ویسکوالاستیک، هسته انعطاف پذیر_ پاسخ دینامیکی، روش GHM
  • رهام رفیعی، بهزاد مظهری صفحات 409-418
    در چند دهه‏ی اخیر کامپوزیت های پایه پلیمری به دلیل داشتن خواص فوق‏العاده از محبوبیت فراوانی برخوردار بوده‏اند. با وجود این موضوع، پلیمرها در دماهای پایین، حتی در دمای محیط دچار خزش می‏شوند که معمولا پدیده‏ای نامطلوب محسوب می شود. به منظور پیش‏بینی خزش و در نظر گرفتن اثرات آن تا کنون روش های متعددی پیشنهاد شده است. در این مطالعه بعد از اشاره‏ای به مفاهیم خزش در پلیمرها و دسته‏بندی روش های پیش‏بینی خزش کامپوزیت های پایه پلیمری، به توسعه روشی برای پیش بینی خزش بلند مدت در کامپوزیت های پلیمری چند لایه حاوی الیاف بلند با تکیه بر داده های آزمایشگاهی آزمون خزش کوتاه مدت روی رزین خالص پرداخته می شود. مدل مورد اشاره، تنها نیازمند مشخصه سازی رفتار ویسکوالاستیک کوتاه مدت رزین بوده، پس از مدل سازی خزش در سطح رزین، به مدل سازی خزش در سطح تک لایه کامپوزیت پرداخته، در نهایت نتایج را به چندلایه کامپوزیت با آرایش دلخواه تعمیم می دهد. همچنین امکان استفاده از روابط مایکرومکانیک برای تخمین رفتار ویسکوالاستیک کامپوزیت بر اساس رفتار رزین و الیاف سازنده چندلایه کامپوزیت بررسی می شود. مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی تئوری خزش بلند مدت با مشاهدات آزمایشگاهی انجام شده توسط دیگران و تطابق خوب نتایج، حاکی از کارآیی مناسب مدل توسعه داده شده می باشد.
    کلیدواژگان: مدلسازی خزش، کامپوزیت لایه ای با الیاف بلند، مایکرومکانیک، رفتار ویسکوالاستیک
  • امیر ارشاد لنگرودی، محمدحسین عکاف صفحات 419-428
    در این پژوهش، محلول های سل حاوی نانوذرات سیلیکا، با آبکافت تترا متوکسی سیلان (TMOS) در حضور متانول تهیه شدند. سپس محلول سل حاوی نانوذرات سیلیکا در درصدهای 0 تا 40 وزنی به پلی استر ایزوفتالییک افزوده شد. نانوکامپوزیت های تهیه شده در شرایط آزمایشگاهی و در دمای محیط قالب گیری و فراوری شدند. در این پژوهش تاثیر نانوذرات سیلیکا همچنین تاثیر دمای پخت ثانویه بر خواص مکانیکی نانو کامپوزیت های پلی استری ارزیابی شد. نتایج آزمون طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه FT-IR نشان داد پیوند Si−O−Si در نانوکامپوزیت پلی استر سیلیکا تشکیل شده است. نتایج آزمون کشش نشان می دهند نمونه های پخت شده در دمای محیط کرنش بیشتر و استحکام کششی کمتری نسبت به نمونه های نانو کامپوزیتی پخت ثانویه در ̊C100 دارند. نتایج آزمون دینامیکی-مکانیکی (DMA) نمونه های نانو کامپوزیتی حاوی TMOS)20%( یک افزایش در دمای انتقال شیشه ای و مدول حقیقی (E'') را با افزایش دمای پخت نشان می دهند. همچنین نتایج تفرق دینامیکی نور لیزر (DLS)و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می دهد که در نمونه نانوکامپوزیتی TMOS)20%( متوسط اندازه ذرات به ترتیب nm 35-40 و nm 53 است با اینحال با حرارت دادن ثانویه در ̊C 100 اندازه نانوذرات تشکیل شده به nm 87 افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، پلی استر، نانو سیلیکا، سل، ژل، خواص مکانیکی
|
  • Hamed Rahimi Sharbaf, Gholam Hossein Rahimi, Gholam Hossein Liaghat Pages 311-320
    Due to the extensive use of composite materials in various industries, recognizing the failure models of these materials is very important. In this article, the behavior and failure models of composite pipes made by filament-wound with fiberglass, with internal liner and silica nanoparticles under local impact tested and examined. Filament winding is performed using a semi-automatic filament-wound device. Nano particles of silica that are used in the manufacturing the samples during the process of mixing and for better homogenization, the ultrasound is used. The filament winding angle of all 16 tubes was ±55. Impact test, using a gas gun with speeds of 118, 113, 108 and 100 meters per second is done. Add silica nanoparticles increases the elastic modulus and strength of the matrix. However, the existence of brittle liner, the composite shell behavior puts under its effect. In all tests, penetration of the projectile into the tube were occurred. The failure area due to impact, were same to the diameter of the projectile. Rupture of fibers failures in the matrix is the most important models of failure that were observed in impacted composite tubes. The experimental observation were reported, discussed and commented upon.
    Keywords: composite, Tube, Silica nano particles, Impact
  • Sara Ghiasvand, Bijan Mohammadi Pages 321-332
    Extended finite element method (XFEM) is one of the strongest numerical methods that its basis is finite element method. In this method, using of enriching the nodes and increasing of their degrees of freedom (from 2 to 4 or even upto 10) virtually and without verifying the mesh and geometry of discountinuty, can model the system. In FEM crack geometry must be align with mesh edges which needs changing meshes in every steps of crack propagation and take so much time and too many analysis. One of the main objectives in this study is the expression of a novel method for modeling fatigue crack growth more easily and achieve the life of the structure by calculating the stress concentration factors. In this paper by using XFEM in ABAQUS, real 3D crack trajectory in single side repair has been simulated. Variation of fracture parameterin thickness direction of cracked panel with different patch lay-ups has been studied. In this paper, tests include mixed mode crack propagation. By examining the XFEM results of this research, FEM and experimental results of previous studies, it was found that the results of XFEM in comparison to experimental results have less error.
    Keywords: Fatigue, Composite patch, Extended Finite Element Method, Stress intensity factor
  • Davoud Shahgholian Ghahfarokhi, Vahid Tahani, Gholam Hossein Rahimi Pages 333-342
    Grid structures most widely used in the aerospace, missile and Marine industry because have made: ideal mechanical properties, special stiffness and high strength. In this research, experimental and numerical investigations of the effect of longitudinal and horizontal ribs have been on flexural behavior of grid composite plates. For this purpose, four types of grid plates were considered with triangle, rhombus, large square, small square ribs. For the building these plates, silicone mold was designed and built and also was used for making plates from hand lay-up and hand-wound layer technique. Samples were subjected to a three-point bending test that for this purpose, the fixture was designed and built. From the numerical solution of the problem and compared with experimental results was observed that there is very little difference between experimental and numerical results. Results show that longitudinal ribs had a tremendous effect on the specific maximum load So that by adding a horizontal rib increase in plate strength to 594%. However, the horizontal ribs not only increases specific maximum load and specific stiffness, but also reduces the 14.7% strength and 9.26% specific stiffness because of increased weight. Priority to the ribs in terms of maximum strength is a large square, small square, triangular and rhombus and in terms of maximum stiffness is a large square, small square, rhombus and triangular.
    Keywords: Three, point bending, Grid composite plate, longitudinal ribs, horizontal ribs
  • Ehsan Hiteh, Mehdi Divandari, Morteza Gholami Pages 343-350
    The aim of this research is to investigate interface evolution during centrifugal casting of Al-Cu bimetal composite. In this work, 100 grams aluminum melt was cast into a 150°C preheated Cu cylindrical bush rotating at 700, 900, 1500, and 3000 rotation per minute (rpm) inserted in a vertical centrifugal casting (VCC) machine. Obtained samples were studied using optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with EDS system and also microhardness test on various available phases. Centrifugal force, due to the rotational speed, leads to increase in the cooling rate. Cooling rate increment not only causes thinning the interface but also with increasing nucleation sites leads to modify the resulted microstructure. EDS results showed that the achieved interface consisted of four discrete layers from the Cu side, including Cu2Al, AlCu, Al2Cu continuous layers, Al2Cu precipitates scattering in anomalous eutectic structures and finally α-Al/Al3Cu anomalous eutectic structure near the Al side. Micro hardness measurements showed that hardness of various presented phases decreases in both Al and Cu side but have a maximum pick, more than 500 Vickers, near to Cu bush as a result of intermetallic compound formation.
    Keywords: Aluminum, Copper Composite, centrifugal casting, Interface, Intermetallic Compound
  • Study of the influence of temperature and nanosilica on curing behavior and cure kinetics modelling of an epoxy resin system
    Mahdieh Nikzamir, Mehrzad Mortezaei Pages 351-358
    Compared to thermoplastic, thermoset matrix composites and thermoset processes is more complex and less controllability. Cure kinetics, determine the network morphology in which the mechanical and physical properties of cured product may be assessed. So, knowing of thermoset curing kinetics is essential to process development, quality control and achieve desirable products. Hence, in this work, cure kinetics of an epoxy resin EPON 828/ curing agent dicyandiamide / accelerator Duran system for the production of the epoxy/glass fiber prepreg using in wind turbine blades. For this, curing epoxy system was carried out using Differential Scanning Calorimetry and the effect of temperature and the nanosilica weight percent studied. To investigate the effect of temperature, isothermal DSC test was carried out at five different temperature without the presence of nanoparticles and to assess the influences nanosilica with 0, 4 and 6 weight percentage is done. Obtained figures by MATLAB curve fitting were fitted well with autocatalytic Kamal model and model parameters achieved for each tested sample. Results showed an increase in temperature of the isothermal test, leads the increase of the rate of cure and the complete of curing process. Addition of nanosilica cause the increase of the rate of cure at low value α but delay at the beginning of cure and decrease significantly overall heat of reaction
    Keywords: epoxy resin, cure kinetics, nanosilica, autocatalytic Kamal model
  • Hasan Maleeke, Hamid Moeenfard Pages 359-368
    In this paper, the vibration suppression capabilities of magnetorheological layer in smart beams is investigated. A three-layered beam including magnetorheological elastomer layer sandwiched between two elastic layers is considered. By assuming the properties of magnetorheological layer in the pre-yield region as viscoelastic materials behavior, the governing equations of motion and the corresponding boundary conditions are derived using Hamilton’s principle. Due to field-dependent shear modulus of magnetorheological layer, the stiffness and damping properties of the smart beam can be changed by application of magnetic field. This feature is utilized to suppress the unwanted vibration of the system. The appropriate magnetic field applied over the beam is chosen through a fuzzy controller for improving the transient response. The designed fuzzy controller uses the modal displacement and velocity of the beam as its inputs. The modal parameters of the sandwich beam including the natural frequencies and mode shapes are obtained and validated with existing results. Using the Galerkin method, the temporal equation governing beam’s motion is obtained and then the vibration of smart sandwich beam is investigated using numerical simulations. The results show that the magnetorheological layer along with the designed fuzzy controller can be effectively used to suppress the unwanted vibration of the system. The qualitative and quantitative knowledge resulting from this research is expected to enable the analysis, design and synthesis of smart beams for improving the dynamic performance of smart engineering structures.
    Keywords: Magnetorheological layer, Unwanted vibrations, Sandwich beam, Fuzzy Controller
  • Morteza Gholami, Mehdi Divandari, Mohammad Taghi Salehi Pages 369-376
    In this research interface of aluminum-brass bimetal composite, fabricated by a vertical centrifugal casting machine, were investigated. At first, brass bushes were preheated at 100-300 °C temperature range and then aluminum melt with 1.5 melt-to-solid volume ratio was cast into cylindrical bush rotating at 800, 1600, and 2000 (rpm), respectively. Obtained samples were studied using optical microscope (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Image J software. Results show that metallurgical joint in this work is probably due to particular dissolving condition, provided by multiple mechanical forces involved and also possible solid diffusion at the end of solidification process. Study of the EDS results show that layers formed at the achieved interface consisted of four discrete layers from the brass side, including Al3Cu5Zn4, Al3Cu3Zn, Al3Cu precipitates scattering in aluminum matrix and finally α-Al/Al3Cu anomalous eutectic structure near the aluminum side.
    Keywords: Interface, composite, Al, Brass, dissolving, centrifugal casting
  • Reza Azarafza, Ali Davar, Adib Mahmoodi Pages 377-388
    Composite sandwich structures with grid stiffened core (SSGSC) are one of the new structural configurations applied in advanced industries such as aerospace, that are made of two thin face sheet layers attached to the top and bottom of a grid stiffened core. Due to the good advantages such as high specific strength, not only in aerospace but also they are used in other engineering applications, such as military industry, ship building, rail transport, oil platform etc. In the present study three composite SSGSC samples made of different material and thiknesses are fabricated with hand lay-up method using a silicon rubber mold and epoxy resin. Also, two metallic samples of the same dimensions as the copmposite ones, including a monolithic and a SSGSC samples made of aluminum are fabricated. In order to study their behavior subjected to the quasi-static transverse loads, the samples undergo three-point bending tests. Results of the practical tests on the composite samples showed that beyond the failure of the face sheets, the grid stiffened core will tolerate the load, also there are no delamination between the face sheet layers due to good curing process. It was found that changing the fibers of the face sheet from Glass to Carbon with the same thikness, improves strength-to-weight ratio of the SSGSC samples rather than increasing the thickness of the face sheet of the same material.
    Keywords: Composite sandwich panel, grid stiffened core, Three, point bending, Loading quasi, static, Strength, weight
  • Seyed Reza Akherati, Mehrzad Mortezaei, Iraj Amiri Amraei Pages 389-396
    Epoxy toughening is very important in industry, because high brittleness and low fracture energy. In this work different toughening techniques was used for epoxy curing system. The techniques include change of the curing temperature and simultaneous addition of silica nanoparticles on curing system. The glass transition temperature of epoxy with this curing system is approximately 118 , if the curing temperature is too closer to glass transition temperature then curing is complete, So tensile modulus and other properties such as strength is increased; In this work curing temperature was changed from 105 to 90 . While it was just pure epoxy to be tested, tensile modulus decrease and fracture energy increases, as result imperfect curing at 90 . But addition of nano-particles to the curing system increased tensile modulus in both temperatures curing system, this increased in both curing system is equal while the equal nominal surface of the nanoparticles used. On the other hand toughness and fracture energy in both curing system increased with increased nominal surface of nanoparticles when nanosilica is used, this raise in the fracture toughness at curing temperature of 90 is always greater than from the fracture toughness at curing temperature of 105 . In generally seen curing at 90 and increase in the nominal surface of nano- particles which were strongly increased fracture toughness, and modulus. The fundamental mechanisms that are effective in increasing the toughness of nano composites, they are used to analyzing the increase in fracture toughness of nanocomposites.
    Keywords: Epoxy, Nano, silica particles, Tensile modulus, Fracture toughness, Curing temperature
  • Mojtaba Safari, Hasan Biglari Pages 397-408
    In this paper, dynamic response of simply-supported composite sandwich beam with viscoelastic and transverse flexible core is investigated, analytically. Three-layered sandwich panel theory is used to analyze the beam. Hamilton's principle is employed to obtain governing equations of motion. In this paper, GHM method is used to model the viscoelastic core of the beam. Advantage of GHM model in according to classical models is including the frequency dependent characteristic of viscoelastic materials. Modal superposition method is used to convert partial differential equations of motion to ordinary differential equations with time varying coefficients. Newmark method is applied to solve the ODE with a numerical approach. Results of the present model are validated by analytical results published in the literatures. Innovation of this paper is considering frequency dependency of material property in viscoelastic core with using GHM model and utilizing three-layered sandwich panel theory in dynamic analysis of composite sandwich beam. The article investigates the dynamic response of beam with viscoelastic core by using GHM model to illustrate advantages of the GHM model over the Kelvin-Voigt model. As well as, a parametric study is also included in this paper to investigate the effect of different parameters such as thickness and density of core and stiffness of composite sandwich beam face sheets on the beam frequency and damping rate of beam dynamic response. The obtained results show that GHM model by considering the frequency dependency behavior of viscoelastic material presents a more accurate description of dynamic response of the beam with viscoelastic core.
    Keywords: Sandwich beam, Viscoelastic material, Flexible core, Dynamic response, GHM method
  • Roham Rafiee, Behzad Mazhari Pages 409-418
    In recent decades polymeric composites have received considerable attention from different industrial sectors due to their outstanding properties. Despite the multi-purpose properties, polymers undergo creep even at room temperature which is considered as a disadvantage for their long-term applications. Numerous methods have been suggested by researchers in order to predict creep in polymeric composites. In this article, a brief review is conducted on fundaments of creep in polymers and different theoretical methods presented for creep modeling in long fiber reinforced laminated composites are categorized. Then, a new method for evaluating long-term creep in polymeric composites relying on short-term experimental data on pure resin is developed. The developed model is just in need of simple tension-creep tests on pure resin as input and creep behavior of pure resin is evaluated accordingly. Then, the results are used to estimate creep behavior a single composite laminate and finally creep behavior of laminated composites with arbitrary lay-up configurations is theoretically characterized. In parallel, the capability of micromechanical rules in estimating creep behavior of composites using its constituent’s behavior is investigated. A comparison between published experimental observations and theoretically obtained results imply on proper performance of developed modeling procedure for analyzing creep phenomenon in polymeric composites.
    Keywords: Creep modeling, Long fiber laminated composites, Micromechanics, Viscoelastic behavior
  • Amir Ersad Langroudi, Mohammad Hossein Akkaf Pages 419-428
    In this research, the sol solutions of silica nanoparticles were prepared by hydrolysis of tetra-methoxysilane (TMOS) in the presence of methanol. Then, Sol containing silica nanoparticles was added to Isophthalic polyester in 0 to 40 weight percent. The prepared nanocomposites were molded and processed at room temperature in the laboratory condition. In this study, the effect of silica nanoparticles and also the effect of secondary post curing temperature on mechanical properties of the polyester nanocomposite were evaluated. Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR results showed that Si-O-Si bonds are formed in the polyester silica nanocomposites. The results of Tensile test show that the cured samples at room temperature have more strain and less tensile strength in compared with the post curing nanocomposites at 100˚C. The results of Dynamic-Mechanical Analysis (DMA) on the nanocomposite samples containing (20% TMOS) show an increase in glass transition temperature and real modulus (E') by increasing the post curing temperature. In addition, the results of Dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM) indicate that the size of the particles are 35-40 and 53 nm in the (20%TMOS) nanocomposite sample, respectively. However, the size of formed nanoparticles increases to 87 nm with post curing temperature at 100˚C.
    Keywords: Nanocomposite, polyester, nano, silica, Sol, gel, Mechanical properties