فهرست مطالب

مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند - سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1402)

نشریه مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/21
  • تعداد عناوین: 5
|
  • معین طاهری*، فرشته قانع صفحات 412-430
    توسعه استفاده از کامپوزیت های تقویت شده همچنین پیشرفت روزافزون تکنولوژی درصنایع مختلف ازجمله هوافضا، زیست پزشکی و سازه ها موجب افزایش بررسی فرآیند های تولید گردیده است. ازتقویت کامپوزیت های پلی پروپیلن با الیاف طبیعی کنف یک راهکار پیشنهادی در جهت حفظ محیط زیست همچنین بهبود کیفیت کامپوزیت خواهد بود. بر این مبنا لازم است تاثیر پارامترهای اثرگذار بر فرآیند ساخت و تولید کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کنف موردمطالعه قرار گیرند. در این پژوهش با استفاده از معادلات رگرسیون خطی موجود به بررسی آنالیز حساسیت پارامترهای مختلف اثرگذار بر استحکام کششی، مقاومت خمشی و مقاومت ضربه ای پرداخته شده است. اثر پارامترهای دمای قالب گیری، فشار فشرده سازی و زمان فشرده سازی با بهره گیری از روش آنالیز حساسیت ای-فست بررسی گردیده است. دمای قالب گیری با بیشترین میزان تاثیر نسبت به سایر متغیرها به عنوان تاثیرگذارترین متغیر بر فرآیند قالب گیری فشاری تعیین می گردد. پارامتر فشار فشرده سازی و زمان فشرده سازی پس از پارامتر ذکرشده به ترتیب دومین و سومین پارامتر تاثیرگذار شناخته می شوند. اهمیت و تاثیر متغیرهای تعریف شده در فرآیند قالب گیری فشاری، در ایجاد کیفیت و خواص مکانیکی مطلوب موردتوجه خواهد بود.
    کلیدواژگان: کامپوزیت تقویت شده، الیاف کنف، آنالیز حساسیت، قالب گیری فشاری، خواص مکانیکی
  • کوروش خورشیدی*، صبور صوافی، صادق زبید صفحات 431-464
    به دلیل استفاده روزافزون از انواع مواد نوین از جمله ساختارهای آگزتیک، بررسی پدیده های مکانیکی نظیر پدیده ی ارتعاش در سازه های ساخته شده از این نوع مواد، ضروری به نظر می رسد. مقاله حاضر، ارتعاشات اجباری پوسته استوانه ای سه لایه، حاوی سیال غیرلزج و تحت بار ضربه ای را بررسی می کند. هر سه لایه از جنس آلومینیوم و لایه مرکزی ساخته شده از ساختار آگزتیک لانه زنبوری درون رو لحاظ شده است. در این مقاله، با استفاده از نظریه های تغییر شکل برشی مرتبه بالا و اصل همیلتون معادلات حاکم بر سیستم استخراج شده و از روش باقیمانده وزنی گالرکین حل شده اند. معیار اعتبارسنجی پاسخ ها، خروجی های نرم افزار المان محدود آباکوس است. سیستم با هر دو شرایط مرزی تکیه گاه ساده و تکیه گاه گیردار بررسی می شود. در انتها، تاثیر عامل های هندسی تشکیل دهنده ی پوسته و ساختار آگزتیک، نوع، شدت، مدت زمان اعمال و محل قرارگرفتن بار و اثر سیال بر پاسخ دینامیکی و پاسخ زمانی، به صورت نمودار ارائه شده و مورد تجزیه وتحلیل قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاش اجباری، پوسته استوانه ای، ساختار آگزتیک، سیال غیرلزج، بار ضربه ای
  • علی علیزاده*، سید احسان نصیری، محسن حیدری بنی صفحات 465-489
    در این تحقیق کامپوزیت زمینه آلومینیومی با الیاف پیوسته کربن با استفاده از آلیاژ A356 آلومینیوم و الیاف کربن بر پایه PAN و همین طور برای اولین بار کامپوزیت زمینه آلومینیومی با فلت کربنی تولید و خواص کششی و خمشی آن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا الیاف کربن، با استفاده از روش الکترولس، بوسیله لایه ای از فلز نیکل پوشش دهی گردیده و سپس تاثیر ضخامت پوشش نیکل بر وضعیت سطحی و همچنین استحکام کششی الیاف، مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد نمونه های کامپوزیتی در کسر حجمی 30%، به وسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده بوسیله نیکل و همچنین الیاف کربن بدون پوشش، با استفاده از روش ریخته گری کوبشی در فشار MPa 30 تولید گردیده و سپس ریزساختار و استحکام کششی و خمشی آنها مورد بررسی قرار گرفت. از سوی دیگر نتایج حاصل از تست کشش نمونه های کامپوزیتی ساخته شده بوسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده بوسیله نیکل و الیاف کربن بدون پوشش، حاکی از آن است که پوشش نیکل دارای تاثیر بسزایی بر استحکام کششی کامپوزیت بوده و باعث افزایش استحکام کششی تا حدود سه برابر گردیده است. در مورد نمونه های کامپوزیتی که در کسر حجمی %30 ، به وسیله فلت و الیاف کربن پوشش داده شده به وسیله نیکل ساخته شده اند، بالاترین استحکام، در فشار MPa 30 به میزان MPa 463 به دست آمد که مربوط به فلت کربنی می باشد.
    کلیدواژگان: الیاف کربن، آلومینیوم 356A، پوشش الکترولس نیکل فسفر، کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف پیوسته، ریخته گری کوبشی
  • مهدی کرمی خرم آبادی*، فاطمه هادی پور، بهروز دوستی صفحات 490-514
    این پژوهش به بررسی خاصیت الاستیک به عنوان یکی از خواص مکانیکی و خاصیت آنتی باکتریال نانوذرات سلولز و عصاره گیاه رزماری و تاثیر آنها بر عملکرد کلی بیوکامپوزیت های اپوکسی مبتنی بر نانو سلولز و عصاره رزماری می پردازد. در این مقاله از گیاه رزماری برای تعیین فعالیت ضدمیکروبی استفاده شده است. در ابتدا نمونه ها برای توزیع یکنواخت با چهار درصد وزنی (خالص،5/0%،1%،5/1%،2%) عصاره رزماری، نانو سلولز و ترکیب عصاره و نانو سلولز ساخته شده است. سپس نمونه ها تحت آزمایش کشش قرار گرفته و نتایج حاکی از آن است که مدول یانگ از 5/0درصدوزنی شروع به افزایش داشته و بیشترین مدول یانگ در5/1% وزنی از تقویت کننده ها بدست می آید. همچنین خواص مکانیکی نمونه ها در2% وزنی شروع به کاهش نموده که می تواند به دلیل کلوخه شدن یا آگلومره شدن نتقویت کننده ها در اپوکسی باشد که خواص مکانیکی آن را کاهش می دهد. درتست آنتی باکتریال، براساس نتایج باکتری اشریشیاکلی به عصاره رزماری حساسیت نشان نداده و هیچ هاله عدم رشدی مشاهده نشد. این درحالی است که باکتری استافیلوکوکوس اورئوس به عصاره رزماری حساسیت نشان داده و هاله ای به قطر20میلیمتررا ثبت کرده است. نهایتا" باکتری استافیلوکوکوس نسبت به بیوکامپوزیت های ساخته شده حساس بوده و بهترین عملکردآنتی باکتریال را در بیوکامپوزیت هیبریدی در2%وزنی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: اپوکسی، نانو سلولز، رزماری، خواص مکانیکی، خواص آنتی باکتریال
  • بهروز شهریاری*، مهدی شریفی، عبدالله گودرزی صفحات 515-535
    دیسک دوار در توربین آزاد موتور توربوشفت یکی از اجزای بحرانی موتور است که تحت بارهای مکانیکی و حرارتی مختلف قرار دارد. در این تحقیق، تحلیل ترموالاستیک بر روی یک دیسک دوار با ضخامت متغیر و از مواد مدرج عملکردی با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته انجام شده است. ابتدا با گسترش معادله دیفرانسیل جابجایی و سپس با اعمال کرنش حرارتی ناشی از گرادیان حرارتی، روابط تنش-کرنش شعاعی و محیطی در حالت الاستیک و از ترکیب این معادلات روابط تنش بر حسب کرنش به دست می آیند. در نهایت با جایگذاری روابط کرنش-جابه جایی در معادلات تنش-کرنش و جایگذاری معادله حاصله در رابطه تعادل دیسک، معادله ترمو الاستیک این دیسک بدست می آید. این معادله کلی تعادل مربوط به یک دیسک با ضخامت و خواص متغیر است که تحت بار حرارتی متقارن و گریز از مرکز قرار دارد. تغییرات در ضخامت، دما و خواص دیسک به عنوان تابعی از شعاع بررسی شده و نتایج مقایسه شده است. در این مطالعه اعتبارسنجی با روش تئوری مواد متغیر انجام شده و در انتها، تنش و کرنش و جا به جایی درحالت خواص وابسته به دما، بررسی شده است. نتایج نشان می دهند بیشترین خطا 5 درصد است و این روش می تواند در تحلیل دیسک های دوار تحت بارگذاری مکانیکی و حرارتی در موتورهای توربین موثر باشد.
    کلیدواژگان: موتور توربوشفت، توربین آزاد، دیسک دوار FGM، تحلیل ترموالاستیک، روش مربعات دیفرانسیلی
|
  • Moein Taheri *, Fereshteh Ghane Pages 412-430
    The development of the use of reinforced composites, as well as the increasing progress of technology in various industries, such as aerospace, biomedicine, and structures, has increased the investigation of production processes. Reinforcement of polypropylene composites with natural jute fibers is a suggested solution to protect the environment and also improve the quality of the composite. On this basis, it is necessary to study the effect of the influencing parameters on the manufacturing process of composites reinforced with jute fibers. In this research, by using existing linear regression equations, the sensitivity analysis of various parameters affecting tensile strength, flexural strength, and impact strength has been investigated. The effect of molding temperature parameters, compression pressure and compression time has been investigated using the E-fast sensitivity analysis method. Molding temperature is determined as the most influential variable in the compression molding process with the greatest impact compared to other variables. Compression pressure parameter and compression time are known as the second and third influential parameters after the mentioned parameter. The importance and influence of defined variables in the compression molding process will be considered in creating the desired quality and mechanical properties.
    Keywords: Reinforced composite, Jute fiber, Sensitivity analysis, Compression molding, Mechanical properties
  • Korosh Khorshidi *, Saboor Savvafi, Sadegh Zobeid Pages 431-464
    Due to the increasing use of new materials, such as auxetic structures, it is necessary to investigate mechanical phenomena, such as vibration, in structures made of these types of materials. This paper examines the forced vibrations of a three-layer cylindrical shell containing inviscid fluid under shock load. All three layers are made of aluminum, and the central layer is made of a re-entrant honeycomb cell structure. Using high-order shear deformation theories (HSDT) and Hamilton’s principle, the governing equations of the system have been extracted and solved by the Galerkin weighted residual method. The outputs of the Abaqus finite element software are used to validate the results. The system is investigated with both simple and clamped support conditions. Finally, this study investigates the influence of the geometrical parameters of the shell and the auxetic structure, as well as the type, intensity, duration, and location of the load, and the effect of the fluid on the dynamic and time responses.
    Keywords: force vibration, cylindrical shell, Auxetic structure, inviscid fluid, Shock load
  • Ali Alizadeh *, Seyed Ehsan Nasiri, Mohsen Heydari Beni Pages 465-489
    In this research, aluminum reinforced continuous carbon fibre composite, was produced with A356 aluminum alloy and PAN base carbon fibre and carbon felt and then flexural and tensile strength properties has been investigated. For this purpose, at the first carbon fibre were coated with a different thickness of nickel layers by electroless method, and the effect of nickel layer thickness on surface condition and tensile strength of the carbon fibre were investigated. Composite samples with0.3 volume fraction of felt and fiber, were produced using nickel coated and uncoated carbon fibre by squeeze casting method. Samples were made at 30 Mpa applied pressure and the microstructure and flexural and tensile strength of them were investigated. The study of coated carbon fibre’s surface condition, showed that the minimum thickness required to form a continuous coating of nickel on carbon fibre is about 0.5µm. The increment of the thickness of coating layer, decreased the overall strength of the fibre. The study of tensile strength of composite samples made using nickel coated and uncoated carbon felt and fibre, showed that the nickel coating has a strong effect on tensile strength of the composite and causes increment in tensile strength as many as three times. For composite samples made with 0.3 volume fraction of nickel coated carbon fibre and felt, the maximum tensile strength was achieved in 30 Mpa applied pressure in amount of 463 Mpa Which is related to carbon felt.
    Keywords: Carbon fiber, Pure aluminum, A356 Aluminum, nickel-phosphorus coating, Composite materials
  • Mahdi Karami Khorramabadi *, Fatemeh Hadipour, Behrooz Dousti Pages 490-514
    This research examines the elastic property as one of the mechanical properties and antibacterial properties of cellulose nanoparticles and rosemary plant extract and their effect on the overall performance of epoxy biocomposites based on cellulose nanoparticle and rosemary extract. In this article, rosemary plant is used to determine the antimicrobial activity. At first, the samples were made for uniform distribution with four weight percents (pure, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%) of rosemary extract, nano cellulose and the combination of extract and nano cellulose.Then the samples were subjected to tensile test and the results indicate that the Young's modulus started to increase from 0.5% by weight and the highest Young's modulus is obtained at 1.5% by weight of the reinforcements. Also, the mechanical properties of the samples started to decrease at 2% by weight, which can be due to the clumping or agglomeration of non-reinforcers in the epoxy, which reduces its mechanical properties. In the antibacterial test, based on the results, Escherichia coli bacteria did not show sensitivity to rosemary extract and no lack of growth was observed. This is while Staphylococcus aureus bacteria showed sensitivity to rosemary extract and recorded a 20 mm diameter halo. Finally, Staphylococcus bacteria is sensitive to the manufactured biocomposites and the best antibacterial performance was observed in the hybrid biocomposite at 2% by weight.
    Keywords: epoxy, Nano cellulose, Rosemary, Mechanical properties, Antibacterial properties
  • Behrooz Shahriari *, Mahdi Sharifi, Abdollah Gudarzi Pages 515-535
    he engine, which is under to various mechanical and thermal loads. In this study, thermoelastic analysis has been performed on a rotating disk with variable thickness and made of functionally graded materials using the generalized quadratic differential method. First, by expanding the displacement differential equation and then by applying the thermal strain caused by the thermal gradient, the radial and circumferential stress-strain relations in the elastic state and from the combination of these equations, the stress relations in terms of strain are obtained. Finally, by placing the strain-displacement relationships in the stress-strain equations and placing the resulting equation in the disk equilibrium relationship, the thermo-elastic equation of this disk is obtained. This general equilibrium equation is related to a disk with variable thickness and properties that is under symmetrical thermal loading and centrifugal. Changes in the thickness, temperature and properties of the disc as a function of the radius have been investigated and the results have been compared. In this study, the validation was done with the variable material theory method and at the end, the stress, strain and displacement in the state of temperature-dependent properties was checked. The results show that the maximum error is 5% and this method can be effective in the analysis of rotating disks under mechanical and thermal loading in turbine engines.
    Keywords: Turboshaft engine, Free turbine, FGM rotating disk, Thermoelastic analysis, Differential quadratic method