مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در این پژوهش تأثیر افزودن درصد‌های مختلف اکسیدگرافن به رزین پایه پلی‌آمید و تأثیر جهات چاپ مختلف بر خواص مکانیکی نمونه‌های چاپ سه‌بعدی شده مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا ۳/۰ و ۷/۰ درصد نانوذرات اکسیدگرافن در ماتریس مخلوط شدند. نمونه‌های پلیمری خالص و کامپوزیتی با درصدهای مختلف اکسیدگرافن به روش استریولیتوگرافی (پردازش نور دیجیتال) در سه جهت چاپ شدند. خواص مکانیکی نمونه‌ها با استفاده از آزمونهای کشش، ضربه و سختی‌سنجی ارزیابی گردید. جهت بررسی سطوح شکست نمونه‌ها، میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمونهای خواص مکانیکی حاکی از افت استحکام با افزودن نانوذرات اکسید گرافن می‌باشد. با افزایش نانو ذرات اکسید گرافن استحکام قطعات به میزان 30 درصد کاهش یافت. از طرفی در نمونه‌های پلیمری خالص به میزان 12 درصد تفاوت در استحکام کششی وجود داشت که با افزودن نانو ذرات این میزان به 17 درصد رسید. بررسی‌های میکروسکوپی، تشکیل کلوخه‌های نانوذرات اکسیدگرافن در نمونه‌های کامپوزیتی را نشان داد که منجر به تمرکز تنش و ترک شده است. بر این اساس جهت چاپ، تأثیر به سزایی بر خواص مکانیکی نمونه‌های چاپ شده دارد. در بین نمونه‌های پلیمری خالص، نمونه چاپ شده در جهت تخت و در بین نمونه‌های کامپوزیتی، نانوکامپوزیت‌های چاپ شده در جهت عمودی بهترین خواص مکانیکی را نشان دادند. افزودن نانوذرات اکسیدگرافن به رزین و افزایش درصد نانوذرات در جهت چاپ روی لبه منجر به کاهش سختی نسبت به نمونه پلیمری خالص شد.

چکیده حرکت خودران ربات‌های دوپا در امتداد یک سطح شیبدار موضوعی است که به‌رغم پیچیدگی‌های‌ ذاتی آن، توجه بسیاری از محققین را به‌خود معطوف نموده است. اما آنچه که این تحقیق را از کارهای مشابه متمایز می‌سازد، در نظر گرفتن انعطاف‌پذیری در لینک‌های تشکیل‌دهنده اینگونه از سیستم‌های رباتیکی است. این فرض چندان هم دور از انتظار نیست. چرا که در فاز انتقال (برخورد)، به‌دلیل نیروی ضربه‌ای که به سیستم اعمال می‌گردد، امکان تحریک مودهای ارتعاشی به‌شدت افزایش می‌یابد. از سوی دیگر استخوان‌های درگیر در راه رفتن توسط عضلات و ماهیچه‌هایی در بر گرفته شده‌اند که دارای خاصیت ویسکوالاستیک هستند. لذا برای رسیدن به نتایجی دقیق‌تر، مدل‌سازی لینک‌هایی که دارای خاصیت ویسکوالاستیک هستند، اجتناب‌ناپذیر می‌نماید. در بحث مربوط به حرکت خودران ربات‌های دوپا، مهمترین مسئله تعیین پیکربندی اولیه ربات، بگونه‌ای است تا سیستم بتواند تنها تحت اثر جاذبه گرانش یک حرکت پریودیک و پایدار را به انجام رساند. ماهیت به‌شدت ناپایدار سیستم مورد مطالعه، در کنار ارتعاشات ایجاد شده تحت اثر نیروی ضربه‌ای ناشی از برخورد کف پا با سطح شیبدار، از چالش‌های بسیار جدی در پیشروی این تحقیق محسوب می‌گردند. با این‌حال، این مقاله با ارائه یک روش کاملاً سیستماتیک، با چارچوب‌های بسیار محکم ریاضیاتی بر این چالش‌ها فائق آمده است. در پایان، اثر پارامترهای ذاتی لینک‌های الاستیک، شامل مدول الاستیسیته و ضریب کلوین-ویت بر روی پایداری حرکت اینگونه از سیستم‌های رباتیکی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

چکیده جعبه‌دنده‌های سیکلوئیدی، دسته ای از سیستم های انتقال قدرت می باشند که به جای چرخدنده‌های اینولوتی از دیسک سیکلوئیدی برای انتقال توان بهره می‌گیرند. به علت پیچیدگی شکل پروفیل، ساخت مشکل‌تر و اطلاعات ناکافی صنعتگران در خصوص جعبه‌دنده‌های سیکلوئیدی، در کاربردهای صنعتی کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. مکانیزم خاص این نوع جعبه‌دنده‌ها سبب می شود که امکان دست‌یابی به یک نسبت تبدیل بالای سرعت دورانی، همراه با دقت زیاد، در ابعاد کم، فراهم شود. در این پژوهش ضمن معرفی اجزای اصلی تشکیل دهنده و بیان مزایای این جعبه‌دنده‌ها و بررسی عملکرد و نحوه کار آنها، معادلات مربوطه بیان و یک نمونه جعبه‌دنده سیکلوئیدی برای تبدیل سرعت دورانی 1500 rpm به 32rpm (نسبت تبدیل 47) طراحی می‌شود. سپس جعبه‌دنده طراحی شده با استفاده از نرم‌افزار انسیس مورد تحلیل تنش قرار گرفته و در نتایج تحلیل اجزاء محدود نشان داد که تنش‌های اصلی و تنش‌های برشی در محدوده مجاز و کاملاً ایمن برای جنس مورد استفاده قرار دارد. با توجه به مکانیزم خاص این جعبه‌دنده که شفت ورودی و دیسک سیکلوئیدی دارای یک خروج از مرکز نسبت به شفت خروجی است، سرعت خروجی متغیر است که با محاسبه سرعت خروجی میانگین براساس نتایج اجزاء محدود، دست‌یابی به سرعت طراحی مورد نظر امکان پذیر شده است.

چکیده کامپوزیت‌ها به دلیل خواص خارج از صفحه‌‌‌ای ضعیف و عدم چسبندگی مناسب در فصل مشترک لایه‌ها، همواره مستعد بروز آسیب‌هایی همچون تورق می‌باشند. با این‌حال استفاده از روش میان‌لایه گذاری یکی از راه‌کارهای بهینه در جهت بهبود مقاومت در برابر تورق در این مواد می‌باشد. اما تا کنون روش‌های سنتز لایه‌های میانی، روش‌هایی محدود و گا‌هاً بسیار پر هزینه بوده‌اند. لذا در مطالعه‌ی حاضر به بررسی تأثیر میان‌لایه‌هایی نو و پرینت سه بعدی شده از پلی وینیل الکل، بر روی چقرمگی شکست بین لایه‌ای مود II در کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی، پرداخته شده است. لازم به ذکر است که ساختار هندسی میان‌لایه‌ها از شکل‌های سلولی مربعی تشکیل شده است که امکان برابری کسر حجمی فیلامنت به رزین را در لایه‌ی میانی، فراهم می‌سازد. بدین منظور نمونه‌های خمشی با شیار انتهایی آماده شده و بررسی چقرمگی شکست مود II، مطابق با روش تیر مبتنی بر نرمی (CBBM) صورت گرفت. تحلیل نمودار مقاومت در برابر رشد ترک نمونه‌ها نشان داد که استفاده از لایه‌ی میانی مورد نظر موجب رشد 73 درصدی در چقرمگی شکست بین لایه‌ای مود II می‌گردد. همچنین رفتار مقاومت در برابر رشد ترک در کامپوزیت‌های تقویت شده با لایه‌ی میانی پرینت سه بعدی شده، همواره روندی افزایشی و صعودی را به دنبال داشت. تحلیل سطح شکست نمونه‌های تقویت شده، نشان از تاثیر مؤثر شکل‌های سلولی مربعی در ایجاد قله‌های برشی، افزایش اصطکاک سطحی در فصل مشترک لایه‌ها، قفل شدگی جبهه ترک، تغییر مسیر رشد ترک و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر رشد ترک را دارد.

چکیده این پژوهش، راهکاری برای حل دقیق ارتعاش آزاد عرضی تیرهای تیموشنکوی تابعی درجه‌ای محوری نمایی با جرم‌های متمرکز انتهایی و شرط‌های مرزی کلی، ارائه می‌دهد. در آغاز، با بهره‌جویی از معادلات تعادل حاکم بر تیر تیموشنکو، معادله دیفرانسیل اصلی ارتعاش آزاد تیر تیموشنکوی AFGM به‌ دست‌ می‌آید. سپس، با حل دقیق معادله‌ی حاکم بر ارتعاش آزاد تیر، تابع تغییر شکل تیر به دست می‌آید. در ادامه، با وارد کردن شرط‌های مرزی، ماتریس ضریب‌های ثابت تیر در دسترس قرار می‌گیرد. با صفر پنداشتن دترمینان ضریب‌های ثابت، معادله مشخصه‌ی سیستم و به دنبال آن، فرکانس‌های طبیعی تیر به دست می‌آیند. شایان توجه است رابطه‌ی نهایی به گونه‌ای ارائه شده‌است که می‌تواند برای یافتن فرکانس‌های دقیق تیر‌های همگن و ناهمگن اولر- برنولی، ریلی و برشی هم مورد استفاده قرار گیرد. نمونه‌های عددی، گویای درستی پاسخ‌های حاصل از روش پیشنهادی می‌باشند. در بخش بعدی نوشتار، تاثیر شاخص تغییرات نمایی، تکیه‌گاه‌های کشسان انتهایی، جرم متمرکز انتهایی، اینرسی چرخشی جرم متمرکز و نسبت ضخامت به طول تیر، بر روی فرکانس‌های طبیعی و شکل مود‌های ارتعاشی تیر تیموشنکو بررسی شده‌‌است. نتایج نشان می‌دهد که شاخص تغییرات نمایی، تکیه‌گاه‌های انتهایی، جرم متمرکز انتهایی و نسبت ضخامت به طول تیر، نقش موثری در رفتار دینامیکی تیرهای AFGM دارند.

چکیده استفاده از مواد کامپوزیت زمینه فلزی به‌ویژه کامپوزیت‌های آلومینیومی در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، نظامی و غیره به‌واسطه خواص مکانیکی مطلوب و نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر سایش و سختی بالا، کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. در مقابل اما، این خواص مکانیکی و سختی و مقاومت در برابر سایش بالا که به‌دلیل وجود ذرات تقویت‌کننده مانند کاربید سیلیکون دراین کامپوزیت‌ها است، ماشینکاری این مواد را با مشکل مواجه می‌کند، به‌گونه‌ای که تنها ابزار و تیغه‌های خاصی همچون ابزارهایی از جنس الماس پلی‌کریستال، توانایی ماشینکاری این کامپوزیت‌ها را به‌صورت مطلوب دارند. اما به‌دلیل قیمت بالای این ابزارها، نیاز به شناخت پارامترهای تاثیرگذار بر میزان سایش ابزار و درنهایت، تعیین پارامترهای بهینه در فرایند ماشینکاری این مواد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله، اثرات تغییر چهار پارامتر ورودی سرعت برشی، نرخ پیشروی، نیروی پیشروی در راستای X و نیروی پیشروی در راستای Z بر پارامتر خروجی میزان سایش ابزار در فرایند تراشکاری خشک کامپوزیت زمینه فلزی آلیاژ آلومینیوم A359 تقویت شده با 20% حجمی ذرات کاربید سیلیکون توسط ابزار الماس پلی‌کریستال، بررسی‌شده است. بررسی عددی میزان تاثیر هر یک از چهار پارامتر ورودی بر پارامتر خروجی در فرایند تراشکاری قطعه‌کار موردنظر، به‌وسیله روش تحلیل حساسیت آماری ای-فست که دارای سرعت بالایی در بررسی کمی و کیفی داده‌ها می‌باشد، انجام شده است. مطابق با نتایج به‌دست آمده، پارامترهای نیروی پیشروی در راستای X، نرخ پیشروی، نیروی پیشروی در راستای Z و سرعت برشی به‌ترتیب دارای 88%، 8%، 3% و 1% اثر بر میزان سایش ابزار بوده‌اند.

چکیده با توجه به افزایش استفاده‌ی روز افزون از فناوری‌ها نانو در زندگی انسان و اهمیت سیستم‌های نانو الکترو مکانیکی، این مقاله به بررسی رفتار کمانشی و پسا کمانشی تیر اویلر- برنولی کامپوزیتی تقویت شده با نانو پلاکت‌های گرافنی با در نظر گرفتن تئوری گرادیان کرنش غیر موضعی می‌پردازد. ابتدا خواص الاستیک نانوکامپوزیت‌ تقویت شده با نانو پلاکت‌های گرافنی با استفاده از قانون مخلوط‌ها و مدل میکرومکانیکی هالپین- تسای، محاسبه شد. سپس معادلات حاکم بر تیر اویلر- برنولی با استفاده از اصل کار مجازی، تئوری گرادیان کرنش غیرموضعی و میدان کرنش فون کارمن، استخراج گردید. معادلات بدست آمده بصورت تحلیلی حل شدند و پس از آن، نتایج بدست آمده با نتایج موجود در منابع دیگر مقایسه گردید که نتایج مطابقت بسیار خوبی را نشان داد. در نهایت اثرات تغییر کسر وزنی و چگونگی توزیع نانو پلاکت‌های گرافنی در کامپوزیت، تغییر پارامترهای غیرموضعی و گرادیان کرنش و همچنین نسبت طول به ضخامت تیر بر روی بار کمانش بحرانی مورد بررسی قرار گرفت و این نتیجه بدست آمد که برای یک کسر وزنی ثابت، بیشترین بار کمانش بحرانی ابتدا در الگوی توزیع X سپس در الگوی توزیع U و در نهایت در الگوی توزیع O اتفاق می‌افتد.

چکیده فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP)، بر اساس تشکیل رادیکال های بسیار واکنش پذیر قادر به تخریب بسیاری از آلاینده های آلی نو ظهور مانند تتراسایکیلین در پساب‌ها هستند.در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته مبتنی برپروکسی منو‌سولوفات((PMS-AOP، حضور کاتالیست های هتروژن لازم است. در میان کاتالیست‌های هتروژن اکسید پروسکایت(به عنوان یک ماده پیشرفته) به دلیل قابلیت تنظیم ترکیبی در موقعیت‌های کاتیونی و پایداری ساختاری نویدبخش هستند. در این پژوهش نانو پودر پروسکایت LaMnO3 به روش سل-ژل همراه عوامل کمپلکس سنتز شد. سنتز کاتالیست با موفقیت انجام شد و همانطور که نتایج شناسایی خواص آن با استفاده ابزار های مختلف از جمله XRD، FESEM، EDS، BET، XPS وTG/DTG اثبات و نشان دادند. نهایتا عملکردنانو کاتالیست LaMnO3 در تخریب تتراسایکیلین در آب طی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته برای فعال‌سازی PMS بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد این روش برای تصفیه پساب‌های حاوی این آلاینده خطرناک بسیار مفید می باشد. نشان داده شده است که آلاینده تتراساکلین در پساب می تواند در 25 و 50ppm غلظت اولیه به ترتیب 62.7 70.2 درصد کاهش یابد.