مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در این پژوهش به بررسی خواص ضربه بایو کامپوزیت‌های اپوکسی تقویت شده با نانو سلولز و نانو ذرات عصاره گیاه رزماری لرستان پرداخته می‌شود. نمونه‌ها برای توضیح یکنواخت در ۴ درصد وزنی مختلف (خالص، ۵/.% وزنی، ۱ % وزنی، 5/1 % وزنی، ۲ % وزنی) ساخته شده و کیفیت ساخت توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردیده است. نتایج این بررسی نشان می دهد که توزیع انواع نانو ذرات تا میزان 5/1 % وزنی بصورت کاملا یکنواخت بوده و پس از آن کلوخگی ذرات مشاهده می گردد. در مرحله بعد، نمونه‌ها تحت آزمایش ضربه ایزود قرار داده شده که برای انواع تقویت کننده ها در 5/1 % وزنی نانو ذرات، بیشترین انرژی جذب شده را بدست می‌دهد و بعد از آن در نمونه 2% وزنی، این مقدار به طور چشمگیری شروع به کاهش می‌کند. این روند می‌تواند به دلیل کلوخه شدن نانو ذرات در اپوکسی باشد که خود باعث کاهش خواص مکانیکی گردیده است. در مرحله آخر، به منظور بررسی صحت نتایج بدست آمده، برای انواع نمونه‌های توزیع یکنواخت، مدل سازی به روش اجزاء محدود و به کمک نرم‌افزار صورت گرفته و نتایج مدل سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.

چکیده سوراخ‌کاری یکی از رایج‌ترین روش‌های جراحی بر روی استخوان انسان است که به‌منظور تثبیت استخوان‌های شکسته در کنار یکدیگر استفاده می‌شود. این فرآیند، به دلیل پیچیدگی ماده تحت ماشین‌کاری و حساسیت آن، به‌عنوان یکی از مهم‌ترین روش‌های مکانیکی در مهندسی پزشکی شناخته می‌شود. پلی متیل متاکریلات، به دلیل داشتن خواص مکانیکی مشابه با بافت استخوان، گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی استخوان در ایمپلنت‌های پزشکی محسوب می‌شود. افزایش نیروهای سوراخ‌کاری ممکن است به بافت استخوان یا ایمپلنت آسیب زده و مشکلات جدی و جبران‌ناپذیری ایجاد کند؛ بنابراین، بررسی عوامل مؤثر بر نیروهای سوراخ‌کاری این نوع مواد از اهمیت بالایی برخوردار است.

در این مطالعه، تحلیل حساسیت و بهینه‌سازی نیروی محوری در فرآیند سوراخ‌کاری ارتوپدی با استفاده از ابزارهایی که با نانوپوشش نیترید تیتانیوم (به روش رسوب‌دهی فیزیکی) پوشش داده شده‌اند، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش، ارتقای عملکرد و کارایی فرآیند از طریق بهینه‌سازی پارامترهایی همچون سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار، و استفاده از پوشش نیترید تیتانیوم است. با تحلیل داده‌های آزمایش‌ها، آنالیز حساسیت نیز انجام شده است. نتایج نشان می‌دهند استفاده از ابزارهای پوشش داده شده می تواند منجر به کاهش نیروهای سوراخ کاری شود.

چکیده در این پژوهش، رویکردی نوین برای برداشت انرژی از عبور خودروها از روی سرعت‌گیر با استفاده از مواد پیزوالکتریک ارائه شده است. هدف اصلی، تبدیل ارتعاشات مکانیکی ناشی از حرکت خودروها به انرژی الکتریکی برای تامین انرژی دستگاه‌های کم‌مصرف شهری، مانند حسگرهای ترافیکی و چراغ‌های هشدار خیابانی است. به‌منظور شبیه‌سازی، از یک مدل تیر یک‌سرگیردار مجهز به وصله‌ پیزوالکتریک استفاده شده که توسط نیروی مغناطیسی به صورت غیرتماسی تحریک می‌شود. معادلات حرکت این سیستم به روش اویلر-برنولی استخراج و با استفاده از نرم‌افزار متلب حل شده‌اند. اعتبارسنجی مدل با آزمایش‌های تجربی برای دو سرعت جرم عبوری و سه فاصله جرم از تیر انجام گرفته و نتایج نشان‌دهنده دقت مناسب مدل ریاضی در تطابق با داده‌های تجربی هستند. تحلیل‌ها حاکی از آن است که افزایش سرعت جرم عبوری باعث کاهش ولتاژ خروجی شده و افزایش فاصله جسم از آهنربا نیز منجر به کاهش نیروی مغناطیسی و افت ولتاژ تولیدی می‌شود. همچنین، بررسی‌ها نشان می‌دهد که در تنظیمات بهینه، این سیستم می‌تواند راندمان مناسبی در تولید توان ارائه دهد.

چکیده در صنایع مختلف سازه‌ها از اتصال قطعات با جنس‌های مشابه یا غیر مشابه ساخته می‌شوند. در این میان اتصال چسبی یکی از روش‌های پیوند و یا اتصال دائمی ساختارها و ایجاد یک مجموعه یکپارچه است. اتصال تکلبه چسبی از پرکاربردترین اتصالات در صنایع مختلف می‌باشد که در تحقیق‌های پیشین موضوعات مختلف آن مورد بررسی قرارگرفته‌اند. اما تحقیقی که در آن اثر تمام خواص مکانیکی چسب و هندسه تواما با هم بررسی شوند، صورت نگرفته است.در این تحقیق سعی شده است که با استفاده از نرم‌افزار آباکوس و شبیه‌سازی عددی که با نتایج عددی و تجربی یک مقاله مرجع صحه‌گذاری شده است به بررسی اثر خواص مکانیکی و هندسی چسب بر استحکام اتصال پرداخته شود. برای مدلسازی چسب از مدل ناحیه چسبنده استفاده گردید. برای تحلیل آماری از نرم افزار مینی‌تب و روش تاگوچی استفاده شده است و 8 پارامتر از قبیل مدول الاستیک و برشی، استحکام کششی و برشی، چقرمگی شکست مود اول و دوم چسب، ضخامت چسب و مدول الاستیک زیرآیند مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش چقرمگی شکست مود اول، افزایش چقرمگی شکست مود دوم، افزایش استحکام برشی، افزایش استحکام کششی و افزایش مدول الاستیک زیرآیند، میزان استحکام اتصال افزایش می‌یابد.در بین خواص چسب چقرمگی شکست مود اول با درصد مشارکت 28/28 بیشترین اثر را در استحکام اتصال دارد. پس از آن به ترتیب استحکام کششی با 28/20، چقرمگی شکست مود دوم با 24/13و استحکام برشی با 14/8 و مدول الاستیک زیرآیند با 37/4 درصد، بیشترین سهم مشارکت در استحکام اتصال را دارا میباشند.

چکیده بهینه‌سازی هم‌زمان استحکام ضربه‌ای و کاهش وزن، یکی از چالش‌های کلیدی در طراحی سازه‌های صنعتی به‌ویژه در حوزه‌های هوافضا و حمل‌ونقل به شمار می‌آید. هدف این پژوهش، طراحی ساختارهای چاپ سه‌بعدی شده‌ای است که ضمن مصرف حداقل مواد، حداکثر انرژی ضربه‌ای را جذب کنند. برای این منظور، نمونه‌هایی از جنس فیلامنت پلی‌لاکتیک اسید (PLA) با سه هندسه‌ی سلولی مختلف (دایره‌ای، ده‌ضلعی و شش‌ضلعی) و در دو آرایش ساختاری (خطی و مورب) تولید شدند. بررسی رفتار ضربه‌ای این ساختارها با استفاده از آزمون تجربی شارپی و همچنین تحلیل عددی به روش اجزا محدود انجام گرفت. معیارهای ارزیابی شامل انرژی جذب‌شده، جرم نمونه‌ها و مشخصه‌های شکست بودند. نتایج نشان داد که نمونه‌های دارای ساختار شش‌ضلعی، به‌دلیل توزیع یکنواخت‌تر تنش در شبکه داخلی، عملکرد بهتری در جذب ضربه دارند. این نمونه‌ها با وجود ۳۶٪ کاهش جرم، تا ۶۲٪ بهبود در استحکام ضربه‌ای نشان دادند. همچنین، نمونه‌های دارای چیدمان مورب سلول‌ها، با افزایش شکل‌پذیری و ایجاد مفاصل پلاستیک بیشتر، زمان شکست نهایی را تا ۵۷۵٪ افزایش دادند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که طراحی بهینه‌ی سلول‌های داخلی می‌تواند بدون افزایش مصرف ماده و علی‌رغم کاهش وزن، استحکام ضربه‌ای را به‌طور چشم‌گیری بهبود دهد و زمینه‌ساز تولید ساختارهای سبک و مقاوم در صنایع پیشرفته باشد..

چکیده در این تحقیق، تأثیرات بیماری سرطان و درمان‌های مرتبط با آن بر مشخصات مکانیکی سلول‌های مغزی سالم و سرطانی (C6) موش صحرایی، با استفاده از نفوذ نانویی توسط میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. شیمی‌درمانی به‌عنوان اولین درمان با استفاده از داروی ضدسرطان سیس‌پلاتین انجام شد. غلظت ایده‌آل سیس‌پلاتین با ارزیابی MTT و با فرض غلظت زنده ماندن سلولی IC50 برای کشت‌های 24 و 48 ساعته تعیین شد. نتایج نشان داد که مدول یانگ سلول سالم به‌دلیل سرطان کاهش یافته و از 79.17 کیلو پاسکال به 446.2 کیلو پاسکال (0.139 برابر) رسیده است. از طریق شیمی‌درمانی مدول یانگ از 2.446 کیلو پاسکال به 3.482 کیلو پاسکال (1.423 برابر) و 38.38 کیلو پاسکال (15.691 برابر) برای کشت 24 و 48 ساعت افزایش می‌یابد. درمان دوم، پلاسما درمانی بود و به مدت 30 و 60 ثانیه طی 24 و 48 ساعت انجام شد. طبق برآیندها، استفاده از پلاسما درمانی در زمان کشت 48 ساعته، سفتی سلول را به‌سرعت افزایش می‌دهد. نتایج نشان داد که عرض سلول مغز سالم موش بزرگتر از C6 (1.744 برابر) بود. در بخش بعدی، برای به دست آوردن فرکانس‌های تشدید و دامنه تابع پاسخ فرکانسی حرکت تیرک AFM با فرض سلول‌ها به‌عنوان نمونه از روش‌های تئوری و تجربی استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش صلبیت (سفتی) نمونه‌ها فرکانس تشدید را افزایش می‌دهد. در نتیجه، فرکانس تشدید در سلول‌های درمان‌شده بیشتر از سلول‌های درمان‌نشده است. در نهایت، FEM و نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. مقایسه توافق خوبی را نشان می‌دهد.

چکیده امروزه جداسازی گاز دی­اکسیدکربن (CO₂) از گازهای دیگر ازجمله نیتروژن (N₂) و متان (CH₄) از چالش­های اصلی جداسازی محسوب شده و بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در مقایسه با فناوری‌های مختلف جداسازی گاز، فناوری غشایی به دلیل مزایای فراوان ازجمله فرآیند پذیری آسان و هزینه کمتر نسبت به سایر فناوری­ها توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. انتخاب و طراحی درست مواد سازنده غشا مهم‌ترین و مؤثرترین فاکتور در عملکرد نهایی آن است. امروزه استفاده از پرکننده­هایی با مورفولوژی­های مختلف جهت تهیه غشاهای شبکه آمیخته با کارایی بالا مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش غشای شبکه آمیخته جدیدی بر پایه پلی­ایمید و چارچوب­های آلی-فلزی (MOF) فلوئورینه با مورفولوژی خاص تهیه شد. غشاهای شبکه آمیخته با استفاده از روش ریخته­گری محلول-تبخیر حلال ساخته شده و عملکرد آن­ها در جداسازی CO₂/CH₄ و CO₂/N₂ مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که حضور ذرات با مورفولوژی بیضوی موجب افزایش سرعت نفوذپذیری CO₂ و درنتیجه افزایش عملکرد غشا شده است. غشای حاوی 8 درصد وزنی از ذرات بهترین عملکرد را در تراوایی CO₂ و گزینش­پذیری­های CO₂/CH₄ و CO₂/N₂ در فشار خوراک 2 بار و دمای °C 25  نشان داد که به ترتیب مقادیر 12/1079 بارر، 96/56 و  88/53 برای غشای حاوی 8 درصد به دست آمدند. عملکرد غشاهای شبکه آمیخته سنتز شده در این کار در جداسازی CO₂/CH₄ از حد بالایی نمودار رابسون فراتر رفته و برای CO₂/N₂ روی آن قرار گرفته است که می­تواند به‌عنوان گزینه مناسب جهت جداسازی صنعتی گاز CO₂ شناخته شود. 

چکیده این پژوهش با هدف بهره‌گیری از فرم‌های طبیعی و الهام گرفته شده از برگ درختان، به بررسی ارتعاشات ناشی از جریان سیال و برداشت انرژی توسط آزمایش‌های انجام شده در تونل باد پرداخته شده است. پنج نوع برگ درخت شامل برگ انگور، برگ انجیر، افرا نقره‌ای، زالزالک و افرا نروژی به‌عنوان الگوهای اصلی انتخاب شده و هندسه دوبعدی آن‌ها به‌دقت استخراج و به مدل‌های فیزیکی قابل‌آزمایش تبدیل گردید. نمونه‌ها به یک تیر انعطاف‌پذیر در داخل تونل باد متصل شده و با استفاده از نوار پیزوالکتریک، سیگنال‌های الکتریکی حاصل از ارتعاشات ثبت شدند. به‌طور هم‌زمان، یک دوربین با نرخ بالا برای اندازه‌گیری دقیق جابجایی عرضی هر مدل در طول آزمایش به‌کار گرفته شد. نتایج نشان داد که مدل برگ انجیر با تولید بیشترین دامنه ارتعاشات و حفظ پایداری فرکانس، بالاترین توان برداشت‌شده را نیز ارائه می‌دهد. برگ انگور در رتبه دوم قرار گرفت و ترکیبی از پاسخ ارتعاشی قوی و تولید انرژی قابل‌قبول از خود نشان داد. مدل افرا نقره‌ای اگرچه در سرعت‌های پایین عملکرد محدودی داشت، اما در سرعت‌های بالاتر بازده مناسبی داشت. در مقابل، مدل‌های زالزالک و افرا نروژی با دامنه ارتعاش کمتر، سطح فرکانس پایین‌تر و توان برداشت‌شده کمتر، در رتبه‌های پایین‌تر قرار گرفتند. این نتایج به‌روشنی بیانگر آن است که هندسه برگ نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت و بازده برداشت انرژی از ارتعاشات دارد.