فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال دهم شماره 3 (پیاپی 37، پاییز 1402)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال دهم شماره 3 (پیاپی 37، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • قاسم نجفی، سید علی نیک نام*، بهنام داودی، ویکتور سانگمن صفحات 2251-2256
    کامپوزیت ها موادی ترکیبی با حداقل دو ماده هستند که یکی به عنوان زمینه و دومی به منظور افزایش خواص مفید به ماده پایه افزوده می شود. این مطالعه نیز در مورد یکی از کامپوزیت های پرکاربرد تحت عنوان کامپوزیت های زمینه آلومینیومی به همراه مواد تقویت کننده افزودنی شامل سیلیکون کارباید SiC است. از جمله مزایای این کامپوزیت ها می توان به مواردی مثل سختی و استحکام بالا و همین طور سبکی اشاره نمود . همچنین معایب آن قابلیت ضعیف ماشین کاری و سایش بالا در ابزارهای ماشین کاری است. تاکنون مطالعات متعددی برای بهبود قابلیت ماشین کاری کامپوزیت های پایه فلزی انجام گرفته است. بر اساس پیشینه پژوهش انجام شده در این حوزه، تحقیقات محدودی در مورد تاثیر روش های مختلف خنک کاری، بخصوص خنک کاری برودتی و استراتژی های مرتبط بر سایش و عمر ابزار برشی در ماشین کاری کامپوزیت های پایه فلزی صورت گرفته است. لذا در این مطالعه اثر پارامترهای برشی و خنک کاری برودتی بر سایش ابزار در ماشین کاری A356-10%SiC مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس تحلیل های آماری صورت گرفته مشاهده شد که اثر پارامترهای برشی و پارامترهای خنک کاری برودتی بر اندازه سایش ابزار محسوس بوده (R2 برابر با 0.97) و رابطه ریاضیاتی قوی بین سایش ابزار و پارامترهای مطالعه شده وجود دارد. همچنین با مقایسه مطالعات پیشین، می توان اذعان نمود که عمر ابزار برشی نسبت به حالت خشک تا 26% افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پایه فلزی، آلومینیوم، ماشین کاری، خنک کاری برودتی، سایش ابزار
  • امیررضا امیری نژاد، سیاوش کاظمی راد*، محمود مهرداد شکریه صفحات 2257-2265
    ارزیابی غیرمخرب خواص مکانیکی و پایش سلامت سازه های کامپوزیتی از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش، ارایه یک روش ارزیابی غیرمخرب بر پایه گسترش امواج لمب برای بررسی آسیب ترک زمینه در کامپوزیت های لایه ای است. بدین منظور، پس از ایجاد مدل اجزای محدود یک کامپوزیت شیشه/اپوکسی، رفتار موج لمب در دو مود پادمتقارن (A0) و متقارن (S0) با فرکانس های تحریک مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. سپس، نمودارهای پراکندگی مود A0 و S0 موج لمب با در نظر گرفتن چگالی ترک های متفاوت بدست آمدند. مشاهده شد که چگالی ترک زمینه و افت خواص مکانیکی کامپوزیت های متعامد بر روی سرعت مود S0 موج لمب بیشتر از سرعت مود A0 تاثیرگذار است. همچنین، تشخیص ترک زمینه به کمک افت سرعت موج لمب در فرکانس های بالا و نزدیک به فرکانس قطع دقیق تر انجام شد. مشاهده شد که با افزایش چگالی ترک، فرکانس قطع کاهش یافت و همچنین با افزایش تعداد لایه های 90 درجه در کامپوزیت متعامد، افت سرعت موج لمب بیشتر شد. نتیجه گیری شد که روش شبیه سازی گسترش امواج لمب می تواند به عنوان یک آزمایشگاه مجازی برای ارزیابی غیرمخرب کامپوزیت ها و تشخیص چگالی ترک زمینه در آنها مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: امواج هدایت شونده، موج لمب، کامپوزیت متعامد، چگالی ترک، مدلسازی اجزای محدود
  • علی نگهبان خامنه، میلاد شمسی، محمد صدیقی* صفحات 2266-2272
    بیوکامپوزیت های منیزیمی به دلیل خواص زیست سازگاری و زیست تجزیه پذیری به یکی ازگزینه های بسیار مناسب در کاربرد های ایمپلنت های ارتوپدیک تبدیل شده اند. اما، نرخ خوردگی بالای منیزیم باعث تخریب سریع تر آن در محیط های خورنده می شود که این امر منجر به شکست زود هنگام ایمپلنت پیش از بهبود کافی استخوان می گردد. در همین راستا، نیاز است تا فرآیند های اصلاح سطحی بر روی آن صورت گیرد تا مقاومت به خوردگی را بهبود بخشد. در این تحقیق، به بررسی تاثیر دو فرآیند اصلاح سطحی ساچمه زنی و الکتروریسی بر خواص خوردگی کامپوزیت منیزیم/هیدروکسی آپاتیت پرداخته شده است. فرآیند ساچمه زنی با استفاده از ساچمه های شیشه ای در شدت آلمنmmN 0.3 و با میزان پوشش 100 درصد بر روی کامپوزیت انجام شده است. فرآیند الکتروریسی نیز با استفاده از نانوالیاف از جنس پلی کاپرولاکتون (PCL) در ولتاژ kV 18 به مدت 30 دقیقه صورت گرفته است. آزمون های کشش- فشار روی نمونه کامپوزیت، پایش pH و کاهش وزن به روش غوطه وری روی نمونه های ساچمه زنی شده و پوشش دهی شده انجام شده است. نتایج نشان می دهد الکتروریسی نرخ خوردگی منیزیم را در مدت زمان 1 روز و 7 روز به ترتیب به مقدار 75% و 40% کاهش داده است. ساچمه زنی نیز به همین ترتیب توانسته است نرخ خوردگی را به مقدار 35% و 20% کاهش دهد. الکتروریسی به دلیل سطح ویژه بالا جهت جذب کلسیم فسفات منجر به کاهش سطح تماس محلول خورنده شده و نرخ خوردگی را کاهش می دهد. ساچمه زنی نیز به دلیل تسریع در ایجاد لایه غیرفعال می تواند خوردگی را به تاخیر بیاندازد و در کوتاه مدت منجر به افزایش مقاومت خوردگی شود.
    کلیدواژگان: بیوکامپوزیت منیزیمی، اصلاح سطح، پوشش دهی، ساچمه زنی، الکتروریسی
  • جابر مسائلی، علی داور*، محسن حیدری بنی، جعفر اسکندری جم صفحات 2273-2296
    در این تحقیق با هدف بررسی اثر دما بر عملکرد اتصالات چسبی، پرچی و ترکیبی متصل شونده های کامپوزیتی از جنس شیشه/اپوکسی، اقدام به مطالعه پارامتر های تاثیرگذار بر این اتصال شده است. پس از بررسی های صورت گرفته پارامترهای، آماده سازی سطح ناحیه اتصال به وسیله کاغذ سنباده در دو سطح بوسیله کاغذ سنباده با شماره های دانه 220 و 400 و نیز کنترل ضخامت لایه چسب در دو سطح 13/0 و 26/0 میلی متر و نوع مته مورد استفاده جهت اعمال سوراخ در دو سطح مته اره و مته چوب برای اتصال پرچی انتخاب شدند. ادغام پارامترهای منتخب دو اتصال چسبی و پرچی به منظور بررسی اتصال ترکیبی در نظر گرفته شده است. در همین راستا طراحی آزمایشی به روش تاگوچی در نرم افزار طراحی آزمایش مینی تب انجام پذیرفته است. هدف از انجام بخش تجربی این تحقیق به صورت عنوان شده در سطرهای قبلی، به دست آوردن اتصالات بهینه با توجه به پارامترها و سطوح تعریف شده جهت معیار قرار دادن و مقایسه با مقادیر بدست آمده پس از انجام آزمون برروی اتصالات یاد شده تحت اثر دمای 80 درجه سانتی گراد که به مدت چهار ساعت بر نمونه ها اعمال شده است، می باشد. به منظور نزدیک نمودن نتایج به شرایط صنعتی تعدادی نمونه اتصال چسبی، پرچی و ترکیبی با استفاده از سطوح بهینه پارامترهای تعریف شده برای هر یک از آنها، براساس آرایش زیگزاگ چهار پرچ در راستای پهنای ناحیه اتصال نمودیم که نمونه های تعریف شده در این بخش با تکرار پذیری 2 نمونه تحت اثر دو دمای محیط و 80 درجه سانتی گراد مورد ارزیابی قرار
    کلیدواژگان: کامپوزیت شیشه، اپوکسی، استحکام کششی، اتصال ترکیبی، اتصال چسبی، اتصال پرچی و شرایط محیطی دمایی
  • حسین فرج الهی، غلامحسین رحیمی* صفحات 2297-2311

    به دست آوردن مقادیر تنش ها در پوسته کروی یک مخزن چند لایه کامپوزیتی جدار نازک به روشی کاملا تحلیلی و بدون نیاز به استفاده از روش های عددی در حل معادلات، موضوعی است که تا کنون بررسی نشده است. در این مقاله با استفاده از حلی کاملا تحلیلی به کمک تیوری کلاسیک پوسته ها، مقادیر تنش ها در هر لایه از پوسته کروی مخزن چند لایه کامپوزیتی جدار نازک به دست آمده است. در این روش حل با استفاده از معادلات تعادل، قانون هوک، روابط کرنش - جابجایی و انحنا - جابجایی، معادلات حاکم بر پوسته دوران یافته عمومی کامپوزیتی استخراج گردیده و سپس معادلات حاکم بر پوسته کروی متقارن به دست آمده اند. در ادامه به کمک معادلات سازگاری جابجایی و چرخش، نیروها و تنش ها در تقاطع پوسته کروی و استوانه کامپوزیتی استخراج شده اند و پس از آن تنش های طولی و محیطی در پوسته کروی مخزن کامپوزیتی جدار نازک تحت فشار داخلی در هر لایه به دست آمده اند. در نهایت نتایج حل کاملا تحلیلی بر مبنای تیوری کلاسیک پوسته ها با نتایج حل عددی اجزاء محدود مقایسه شده و نشان داده شده است مقادیر تنش حاصل از نتایج تحلیلی انطباق خوبی با نتایج حل عددی دارند و می توان با استفاده از نتایج این حل تحلیلی مخازن کامپوزیتی را به صورت بهینه طراحی نمود.

    کلیدواژگان: حل تحلیلی، تئوری کلاسیک، پوسته کروی، مخزن کامپوزیتی چند لایه، جدار نازک
  • پارسا قاسمی، سیاوش کاظمی راد* صفحات 2312-2319

    هدف این پژوهش پیشنهاد یک روش ارزیابی غیرمخرب به وسیله گسترش امواج هدایت شونده برای بررسی کاهش ضخامت (خوردگی) در لوله های فلزی پوشش داده با کامپوزیت بوده است. ابتدا مدل اجزای محدود یک لوله فولادی به ضخامت 4 mm و قطر 200 mm پوشش دهی شده با کامپوزیت لایه ای ایجاد شد، که در آن روکش کامپوزیتی از لایه های نمد الیاف شیشه خرد شده و پارچه فیبر شیشه روینگ بافته شده تشکیل شده بود. سپس مود نامتقارن اساسی موج هدایت شونده با فرکانس 100 kHz در راستای طولی سازه گسترش داده شد و سرعت فازی موج در نمونه هایی با میزان خوردگی متفاوت لوله فولادی اندازه گیری شد. در مرحله ی اول، خوردگی به صورت یکپارچه در سرتاسر لوله و در مرحله بعد در قسمتی از لوله با طول مشخص و زوایای محیطی 90، 180 و 360 درجه ایجاد شد. نشان داده شد که میزان کاهش سرعت فاز موج در قسمت های دارای خوردگی نسبت به قسمت سالم بین 9% تا 33% برای میزان خوردگی های مختلف بوده است. همچنین، تشخیص وجود، محل و میزان خوردگی در قسمت فولادی لوله به کمک روش گسترش امواج هدایت شونده با دقت مناسبی انجام شد. نتیجه گیری شد که روش شبیه سازی گسترش امواج هدایت شونده می تواند به عنوان یک آزمایشگاه مجازی به منظور توسعه روش هایی برای ارزیابی غیرمخرب لوله های پوشش-دهی شده با کامپوزیت و تشخیص محل و میزان خوردگی در آنها مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: امواج هدایت شونده، پوشش کامپوزیتی، سازه های پوشش دهی شده، مدل سازی اجزای محدود، فراصوت
|
  • Ghasem Najafy, Seyed Ali Niknam *, Behnam Davoodi, Victor Songmene Pages 2251-2256
    Composites are combined with at least two materials; one is considered as the base material and later is used to improve the material properties. This study is also about one of the widely used composites so-called aluminium metal matrix composites (Al-MMC) and additional reinforcing particles, including silicon carbide (SiC). The main features of such composite are high hardness and strength, as well as lightweight.The main disadvantages are low machinability and high wear in cutting tools. Several studies have been conducted to improve the machinability of MMCs. The literature review in this domain denotes that limited studies have yet been conducted on the effects of different cooling methods, especially cryogenic cooling and related strategies, on the wear and tool life in the machining of MMCs. Therefore, in this study, the effects of cutting parameters and cryogenic cooling on the tool wear in the machining of A356-10%SiC were studied. Based on the statistical analysis, it was observed that the effects of cutting parameters and cryogenic cooling parameters on the tool wear was significant (R2=0.97, and a robust mathematical relationship exists between tool wear and the studied parameters. Moreover, compared with previous studies, it was observed that tool life under cryogenic conditions was increased by around 26% compared to readings made under dry conditions.
    Keywords: Metal Matrix Composite, Aluminium alloys, Machining, cryogenic, Tool Wear
  • Amirreza Amirinejad, Siavash Kazemirad *, Mahmood Mehrdad Shokrieh Pages 2257-2265
    Nondestructive evaluation of mechanical properties and health monitoring of composite structures is of great importance. The aim of this research was to propose a nondestructive evaluation method based on the propagation of Lamb waves to investigate the matrix cracking damage in laminated cross-ply composites. For this purpose, after developing the finite element model of a glass/epoxy composite, the Lamb wave behavior was studied in two antisymmetric (A0) and symmetric (S0) modes with different excitation frequencies. The dispersion curves of the A0 and S0 modes of the Lamb wave are then obtained by considering different crack densities. It was observed that the effect of matrix crack density and the loss of mechanical properties of the cross-ply composites on the phase velocity of the S0 Lamb wave mode was higher than that of the A0 mode. Furthermore, the detection of matrix cracking was better performed using the Lamb wave velocity at high frequencies close to the cut-off frequency. It was observed that the cut-off frequency decreased by increasing the crack density, and the drop in the Lamb wave velocity increased by increasing the number of 90° layers in the cross-ply composite. It was concluded that the Lamb wave propagation simulation method can be used as a virtual laboratory for nondestructive evaluation of composites and detection of matrix crack density in them.
    Keywords: Guided waves, Lamb wave, Cross ply composite, Crack density, Finite element modeling
  • Ali Negahban, Milad Shamsi, Mohammad Sedighi * Pages 2266-2272
    Due to its biocompatibility and biodegradability, magnesium has become a very suitable candidate for orthopedic implant applications. However, its high corrosion rate leads to rapid deterioration in corrosive environments, resulting in premature failure of the implant before sufficient bone healing. In this regard, surface modifications are required to improve corrosion resistance. This research investigates the effect of two surface modifications, shot peening and electrospinning, on the corrosion properties of magnesium/hydroxyapatite composite. Shot peening was performed using glass beads at an Almen intensity of 0.3 mmN and with 100٪ coverage on the surface of the composite. Electrospinning was carried out using Polycaprolactone (PCL) nanofibers at 18 kV for 30 minutes. Tensile-compressive tests were performed on the composite specimens. Also, pH monitoring and weight loss tests were conducted on the shot peened and electrospun samples. The results show that electrospinning decreased the corrosion rate of magnesium by 75٪ and 40٪ after 1 day and 7 days of immersion, respectively. Shot peening also reduced the corrosion rate by 35٪ and 20٪, respectively. Electrospinning reduced the corrosion rate by limiting the contact surface area between the corrosive solution and magnesium due to its high specific surface area for calcium-phosphate absorption. Shot peening, on the other hand, delayed the corrosion by accelerating the formation of a passive layer, leading to increased corrosion resistance in short periods.
    Keywords: Mg-based biocomposite, Surface treatment, Coating, Shot peening, Electrospinning
  • Jaber Masaeli, Ali Davar *, Mohsen Heydari Beni, Jafar Eskandari Jam Pages 2273-2296
    In this research, with the aim of investigating the effect of temperature on the performance of adhesive, riveted and composite glass/epoxy joints, the factors affecting this joint are studied. After checking the parameters, preparing the surface of the connection area using sandpaper on two levels using sandpaper with grain numbers of 220 and 400 and also controlling the thickness of the adhesive layer on two levels of 0.13 and 0.26 mm. The meter and the type of drill used to make holes on both surfaces were selected using a saw drill and a wood drill for rivet connection. The integration of selected parameters of two adhesive and riveted joints is considered in order to investigate the combined joint. In this regard, the experimental design using the Taguchi method has been carried out in the Minitab test design software. The purpose of conducting the experimental part of this research, as mentioned in the previous lines, is to obtain optimal joints according to the defined parameters and levels in order to set a standard and compare with the values obtained after performing the test on the mentioned joints under the effect of 80 It is the degree Celsius applied to the samples for four hours. In order to bring the results closer to the industrial conditions, we connected a number of adhesive, riveted and combined samples using the optimal levels of parameters defined for each of them, based on the zigzag arrangement of four rivets along the width of the area, which
    Keywords: Glass, Epoxy Composite, Tensile strength, Hybrid joints, Adhesive Joints, Riveted Joints
  • Hossein Farajollahi, Gholamhossein Rahimi * Pages 2297-2311

    Obtaining stress values in spherical shell of a thin-walled composite multi-layer vessel in a completely analytical way and independent of numerical methods in solving the equations is a subject that has not been investigated so far. In this article, using a fully analytical solution based on classical shell theory, the stress values in each layer of the spherical shell are obtained. In this solution method, by using equilibrium equations, Hooke's law, strain-displacement and curvature-displacement relations, the governing equations of general composite shells of revolution are extracted and then the governing equations of a symmetric spherical shell are obtained. In the following, using displacement and rotation consistency equations, forces and stresses at the intersection of the spherical and cylindrical composite shell are calculated, and then the longitudinal and circumferential stresses due to internal pressure are extracted in each layer. Finally, the results are compared with the results of the finite element numerical solution and it is shown that the stress values obtained from the analytical results are in good agreement with the results of the numerical solution and it is possible to use the results of this analytical solution to make optimally designed composite vessels.

    Keywords: analytical solution, Classic Theory, Spherical Shell, Multi-Layer Composite Vessel, Thin-Walled
  • Parsa Ghasemi, Siavash Kazemirad * Pages 2312-2319

    This study aimed to propose an NDE method based on the guided wave propagation for assessing the thickness loss (corrosion) in the metal pipes coated with composites. First, the finite element model of a steel pipe with the thickness of 4 mm and diameter of 200 mm coated with a layered composite material was developed, in which the composite coating constituted by the chopped strand glass fiber mat and woven roving glass fiber cloth layers. Then, the fundamental antisymmetric guided wave mode with the frequency of 100 kHz was propagated in the longitudinal direction of the structure and the phase velocity of the propagated wave was measured in specimens with different corrosion extent in the steel pipe. In the first step, a uniform corrosion was induced throughout the pipe, and in the next step, it was induced in a part of the pipe with a specific length and circumferential angles of 90, 180 and 360 degrees. It was shown that the reduction in the wave phase velocity in the corroded regions compared with the intact regions was between 9% to 33% for different corrosion extents. Besides, the detection of the corrosion in the steel pipe and its location and extent was properly performed using the guided wave propagation method. It was concluded that the simulated guided wave propagation method can be used as a virtual lab for the development of methods for nondestructive evaluation of pipes coated with composites and detection of the location and extent of corrosion in them.

    Keywords: Guided waves, composite coating, Coated structures, Finite element modeling, Ultrasound