مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در این تحقیق سعی بر ترمیم قطعات مسی است که کاربرد وسیعی در صنعت، لوازم خانگی، لوازم الکتریکی و... دارند. جهت ترمیم این قطعات استفاده از روشهای ذوبی بسیار چالش برانگیز است و باعث ایجاد عیوبی مثل ترک گرم، تنش‌های حرارتی و تنش‌های پسماند در قطعه می‌شوند. بنابراین روش جوشکاری اصطکاکی به عنوان راهکاری به منظور جلوگیری از ایجاد این عیوب پیشنهاد می‌شود. در این تحقیق به منظور ترمیم قطعات مسی، از فرآیند اصطکاکی استفاده شده و بعد از انجام جوشکاری نسبت به بررسی جوش از نظر سختی، استحکام، خواص متالوگرافی و ساختار کریستالی پرداخته شده است. جهت بررسی جوش از نقطه نظر خواص مکانیکی و متالورژیکی، سختی سنجی، تست کشش، متالوگرافی به منظور بررسی دانه‌بندی جوش و ناحیه اطراف آن انجام شده است. همچنین تصاویر SEM و آنالیز عنصری EDAX استخراج و چسبندگی جوش و عدم وجود فضای خالی در آن بررسی شده است. همچنین کیفیت سطح بعد از جوشکاری و ترمیم بررسی و آزمایش XRD به منظور بررسی ساختار کریستالی و تغییرات فازی که در جوش ایجاد گردیده است صورت گرفته است. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان می‌دهند که پارامترهای فرآیندی تاثیرات مستقیم بر روی کیفیت و خصوصیات جوش از جمله تغییر فاصله صفحات کریستالی، تغییر در ساختار کریستالی محل جوش، افزایش سختی سطح جوش بر اثر اصطکاک ابزار با قطعه کار و بالا رفتن دما در محل تماس ابزار با قطعه کار ورشد دانه‌ها در محل جوش به واسطه افزایش دما را در پی دارد.

چکیده در این پژوهش با استفاده از روش اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته به بررسی تاثیر بافت و مورفولوژی بر رفتار مکانیکی نمونه‌های فولاد زنگ‌نزن 316L ساخته‌شده به روش ذوب گزینشی با لیزر پرداخته شده است. برای این منظور، با استفاده از اطلاعات حاصل از آنالیز EBSD نمونه‌ها، چهار المان حجمی نماینده با نسبت‌های ابعادی مختلف دانه‌ها بازسازی گردیدند. روابط ساختاری کریستال پلاستیسیته با استفاده از یک زیر برنامه UMAT در نرم‌افزار آباکوس اعمال و المان‌های حجمی نماینده تحت بار کششی شبیه‌سازی شدند. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که همسانگرد بودن مورفولوژی منجر به مقاومت کششی بالاتر در مقیاس ماکرو می‌شود. همچنین با افزایش نسبت ابعادی دانه‌ها و کشیده‌تر شدن آن‌ها، مقاومت نمونه‌ها تحت بار کششی به تدریج کاهش می‌یابد. توزیع تنش نیز با کشیده‌تر شدن دانه‌ها غیریکنواخت‌تر شده و نواحی دارای تمرکز تنش در راستای بارگذاری و مرز دانه‌های کشیده‌شده افزایش می‌یابد. این پژوهش نشان می‌دهد که مورفولوژی دانه نقش مهمی در تعیین رفتار مکانیکی مواد پلی‌کریستال ایفا می‌کند. همچنین روش مدل‌سازی پیشنهادی بر پایه چارچوب اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته، ابزاری مناسب برای پیش‌بینی دقیق عملکرد مواد ساخته‌شده به روش تولید افزایشی بوده و امکان مطالعه و توسعه آلیاژهای جدید و مواد پیشرفته را فراهم می‌کند.

چکیده در سال‌های اخیر تحقیقات بر روی صفحات ساندویچی به دلیل قابلیت‌هایی همانند جذب انرژی، نسبت استحکام به وزن مناسب، عایق حرارتی و غیره در صنایع مهم همچون هوافضا و صنایع دریایی افزایش یافته است. در این تحقیق، با تهیه فوم‌های آلومینیومی با چگالی پایین و ساخت صفحات ساندویچی از لایه‌های FML (شامل ورقه آلومینیومی و کامپوزیت) و هسته فوم آلومینیومی، به کمک دستگاه تفنگ گازی آزمایش ضربه سرعت بالا به صورت تجربی انجام گرفت و اثر چگالی فوم، تعداد لایه‌های FML، سرعت و جرم پرتابه در میزان جذب انرژی ساختار ساندویچی و حد بالستیک پرتابه بررسی شد. همچنین به کمک نتایج آزمایش‌های تجربی انجام شده روی فوم و لایه‌های کامپوزیت، شبیه‌سازی برخورد و نفوذ پرتابه در ساختار ساندویچی با استفاده از نرم‌افزار LS_DYNA انجام شده و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه و صحت‌سنجی شده است. آزمایش‌های تجربی و مطالعات پارامتریک انجام شده، نشان می‌دهد که فوم آلومینومی (33%) و ورقه آلومینیومی (25%) بیشترین میزان جذب انرژی در برابر پرتابه را دارند. همچنین با اضافه شدن یک لایه FML میزان جذب انرژی سازه ساندویچی 40% افزایش یافت.

چکیده این تحقیق به طراحی مفهومی و بهینه‌سازی یک هشت‌پره هیبرید-الکتریکی برای حمل بار یا مسافر می‌پردازد. این وسیله از یک موتور وانکل متصل به یک ژنراتور برق برای راه‌اندازی موتورهای بدون جاروبک و شارژ باتری‌ها استفاده می‌کند. یک الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی وزن کل و نیروی رانش به کار گرفته شده است. متغیرهای طراحی شامل قدرت موتور، ظرفیت مخزن سوخت، ظرفیت و تعداد سلول‌های باتری، ثابت سرعت موتور بدون جاروبک، جریان الکتریکی کنترل‌کننده‌های سرعت، طول بازو، قطر مقطع عرضی بازوها، شعاع پروانه و سرعت زاویه‌ای پروانه می‌باشد. در الگوریتم مورد استفاده، نسبت جرم به وزن موتور به عنوان یک پارامتر ورودی کلیدی برای بررسی تأثیر فناوری بر طراحی نهایی در نظر گرفته شده است. در این مطالعه، دو تابع هدف بهینه‌سازی استفاده می‌شوند: ۱- حداکثر کردن نسبت سوخت به وزن ناخالص و ۲- حداکثر کردن نسبت نیروی رانش به وزن. نتایج عددی نشان می‌دهد که با طراحی‌های ارائه شده توسط تابع هدف اول، پروازهای طولانی به طول حدود ۱۰۰۰ کیلومتر قابل دستیابی است، که به دلیل ظرفیت بالای سوخت آن‌ها می‌باشد. طبق محاسبات ما، عملکرد کلی پیکربندی‌های هشت‌پره به‌دست‌آمده از تابع هدف دوم و برای نسبت‌های جرم به قدرت موتور a=0.3 و a=0.6 (کیلوگرم بر کیلووات) بسیار به هم نزدیک است. به عبارت دیگر، پیشرفت بیشتر در نسبت جرم به وزن موتورهای وانکل منجر به بهبود قابل توجهی در وسایل نقلیه VTOL (عمود پرواز و فرود) کوتاه‌برد نمی‌شود.

چکیده یکی از راه‌های افزایش خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل از طریق کنترل ساختار مرزدانه بخصوص مرز دوقلویی حاصل می شود، بنابراین درک نقش مرز دوقلویی در تغییرشکل می تواند به استراتژی های مهندسی مرز دانه با هدف افزایش خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل کمک کند. زمانی که مرز دوقلویی در سوپر آلیاژ پایه نیکل باعث افزایش چقرمگی شده در موادی مانند بال هواپیما، ارابه فرود کاربرد دارد اما زمانی که تنش تسلیم را افزایش دهد در پره ها و دیسک های توربین کاربرد دارد.یک مدل دینامیک مولکولی برای شبیه‌سازی فرآیند بارگذاری کششی سوپرآلیاژ پایه نیکل حاوی مرز دوقلویی تحت سه جهت‌گیری مختلف نسبت به جهت بارگذاری استفاده شده است. مرز دوقلویی نسبت به جهت بارگذاری به شکل موازی، مایل و عمود قرار داده شده است. اثرات جهت‌‌گیری‌های مختلف بر روی مکانیزم‌های ایجاد و لغزش نابجایی ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد مقادیر کرنش های تسلیم به ترتیب 0479/0، 0478/0، 0453/0 و0501/0 برای نمونه های بدون مرز دوقلویی، حاوی مرز دوقلویی موازی، مایل و عمود به جهت بارگذاری هستند. مرزدوقلویی عمود منجر به افزایش کرنش تسلیم شده اما مرز دوقلویی مایل منجربه کاهش کرنش تسلیم نمونه نسبت به نمونه بدون مرز دوقلویی شده است. کرنش های نهایی برای نمونه های بدون دوقلویی، موازی، مایل و عمود نیز به ترتیب 0.08061، 0.10704، 0.095، 0.06536 می باشند. که به ترتیب کرنش های نهایی (موازی> مایل> بدون مرز دوقلویی> عمود) هستند. شکل گیری و رشد ترک در کرنش نهایی در نقاطی در مرز دوقلویی و سطح مشترک فازی رخ داده است.

چکیده نانوکامپوزیت‌های زمینه فلزی موادی با خواص مختلف و متنوع و تاحدی قابل کنترل هستند و به همین دلیل امروزه تلاش می‌گردد تا کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف عملی شود. در این راستا برای ساخت، توسعه و بهبود خواص آن‌ها تحقیقات زیادی صورت گرفته که منجر به ایجاد روش‌های جدیدی برای ساخت این مواد شده است. یکی از این روش‌ها، روش ریخته‌گری گردابی اصلاح شده است. در این تحقیق با مبنا قراردادن روش ریخته‌گری گردابی اصلاح‌شده، نانوکامپوزیت‌های زمینه آلومینیوم "A357" تقویت شده با نانوذرات آلومینا با درصد وزنی‌های 5/0، 1 و 5/1 درصد تحت شرایط مختلف نظیر سرعت سرد شدن مذاب و حالت آلیاژ، ساخته شده و خصوصیاتی نظیر سختی، استحکام کششی، استحکام تسلیم، تغییر طول در هنگام تسلیم، تغییر طول در هنگام شکست، مدول یانگ، چقرمگی شکست و کارسختی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که با افزودن نانوذرات آلومینا به آلومینیوم A357، نانوکامپوزیتی به وجود می‌آید که خواص مکانیکی آن به مراتب بهتر از آلیاژ پایه است. از میان نانوکامپوزیت‌های ساخته شده تحت شرایط مختلف بهترین استحکام تسلیم متعلق به نانوکامپوزیت تقویت‌شده با ذرات نانوآلومینا با درصد وزنی 1 و بهترین استحکام تسلیم متعلق به نانوکامپوزیت تقویت‌شده با ذرات نانوآلومینا با درصد وزنی 5/0 تحت شرایط افزودن آمیژان به آلیاژ پایه در حالت نیمه‌جامد و ریخته‌گری با سرعت سردشدن پایین می‌باشد.

چکیده با توجه به اهمیت و کاربرد بالای فولاد CK45 در صنایع امروزی و همچنین کاربردی شدن روش های نوین براده برداری مانند وایرکات، نیاز است تاثیر متغیرهای این روش ها بر خواص فلزات بررسی شود. در این پژوهش به جهت ارتقاء خواص سطحی، همزمان با پروسه ساخت، نمونه‌هایی مکعبی از جنس فولاد CK45 با روش وایرکات ساخته شده و تأثیر متغیرهای سرعت و شدت جریان بر تغییرات خواص سطحی آن شامل سختی، زبری، سایش و خوردگی مورد بحث قرار گرفته است. مقادیر سختی و کاهش وزن بر اثر سایش در نمونه پایه به ترتیب 218 ویکرز و 51/18 میلی‌گرم بوده و در نمونه‌ای با سرعت ساخت 80 و شدت جریان 3 آمپر این مقادیر به 7/247 ویکرز و 62/5 میلی‌گرم رسیده است. بیشترین زبری ایجاد شده در نمونه‌ای با سرعت ساخت 50 و شدت جریان 4 آمپر ثبت شده و بهترین و بدترین نتیجه خوردگی نیز به ترتیب در مقادیر سرعت 50 و شدت جریان 3 آمپر و سرعت 50 و شدت جریان 4 آمپر بوده است.

چکیده در این مطالعه، خواص مکانیکی سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSC) و سلول‌های سرطانی بافت استخوان (MG-63 و SAOS-2) با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بررسی شده است. به دلیل شباهت‌های قابل‌توجه ویژگی‌های مکانیکی سلول‌های استئوبلاست انسانی نرمال (NHOst) و سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSC)، به‌جای NHOst از MSC استفاده شد. نتایج نشان داد که مدول الاستیسیته سلول‌های MG-63 و SAOS-2 نسبت به MSC کمتر است. مدول الاستیسیته این سلول‌ها، پیش و پس از درمان‌های شیمیایی و پلاسما اندازه‌گیری شد. برای تعیین دوزهای مناسب برای انکوبه‌سازی 24 و 48 ساعته، از سنجش MTT استفاده شد تا غلظت IC50 سلول‌ها مشخص گردد. نتایج نشان داد که مدول‌های الاستیک سلول‌های MG-63 (917 پاسکال) به میزان 1.72 (1579 پاسکال) و 5.44 برابر (4985 پاسکال) (پس از 24 و 48 ساعت) نسبت به سلول‌های MG-63 درمان‌نشده و مدول‌های الاستیک سلول‌های SAOS-2 (697 پاسکال) به میزان 1.15 (802 پاسکال) و 7.49 برابر (5225 پاسکال) (24 و 48 ساعت) نسبت به سلول‌های SAOS-2 درمان‌نشده افزایش پیدا کرده‌اند. درمان پلاسما باعث افزایش مدول‌های الاستیک سلول‌های MG-63 و SAOS-2 شد. در بخش بعدی، فرکانس‌های رزونانس و تغییرات تابع پاسخ فرکانسی حرکت‌های تیر AFM با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی (FEM) و آزمایش‌های تجربی موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش سختی نمونه‌ها، فرکانس رزونانس را بالا می‌برد. درنهایت، نتایج عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شدند و توافق خوبی بین آن‌ها مشاهده شد.