مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در این پژوهش تاثیر مقدار منگنز بر ریزساختار و خواص کششی فولادهای دو فازی مورد مطالعه قرار گرفت. در ابتدا سه فولاد کم کربن با کربن و سیلیسیم ثابت و مقدار منگنز متغیر wt.%) 30/76-2/0) به روش ذوب و ریخته‌گری تولید شدند. سپس فولادهای ریختگی در چندین مرحله جهت ایجاد تسمه‌هایی به ضخامت mm2 نورد گرم شدند. برای ایجاد ساختار دو فازی فریتی- مارتنزیتی در فولادها، آنها در سه دمای مخلف 750، 775 و ℃800 به مدت 20 دقیقه تحت فرآیند آنیل بین بحرانی قرار گرفته و سپس در آب سرد کوئنچ شدند. با توجه به متغیرهای دمای آنیل بین بحرانی و مقدار منگنز، نسبت‌های مختلفی از کسر حجمی فازهای فریت و مارتنزیت در فولادها ایجاد شد. به منظور مطالعه نقش منگنز در فولادهای دو فازی، این فولادها تحت مطالعه ریزساختاری و خواص کششی قرار گرفته و ارتباط خواص کششی با ریزساختار تبیین شد. افزایش منگنز در یک دمای آنیل بین بحرانی ثابت به صورت قابل توجهی کسر حجمی مارتنزیت را افزایش داد. این در حالی است که اثرگذاری دمای آنیل بر کسر حجمی مارتنزیت کمتر بود. آزمایش کشش تک محوری بر روی فولادها نشان داد که منگنز با توجه به افزایش کسر حجمی مارتنزیت باعث کاهش انعطاف‌پذیری فولادها می‌شود، در حالی که استحکام آنها را افزایش می‌دهد که البته در این بین تاثیرپذیری استحکام کششی بیش از استحکام تسلیم بود.

چکیده ماشینکاری فوق دقیق به فرآیند ساخت قطعات با دقت بسیار بالا اشاره دارد که در صنایعی مانند هوافضا، پزشکی، اپتیک و الکترونیک که در آن‌ها تلرانس‌های نانومتری، پوشش‌های سطحی ظریف و هندسه‌های دقیق ضروری است، مورد نیاز است. در این پژوهش فرآیند نانوماشین‌کاری آلیاژ نیکل-آهن-کروم چند کریستال با استفاده از روش دینامیک مولکولی بررسی شده است. بررسی تاثیرات پارامتر‌های سرعت برش و عمق براده برداری بر روی این فرآیند به روش سطح پاسخ نشان دهنده این است که با کاهش سرعت برش از 400 تا 10 متر ‌بر ‌ثانیه، عمق براده برداری از 5 تا 5/0 نانومتر مقادیر نیروهای برشی، نیروهای عمودی و تنش ون‌میسز قطعه‌کار به‌ترتیب 9/65، 4/23 و 58/25 درصد کاهش می‌‌یابند. علاوه بر این زمانی که عمق براده برداری 5/0 نانومتر، سرعت برش 10 متر ‌بر ‌ثانیه بود، دما به 82/308 کلوین و نیروهای ماشین‌کاری یعنی نیروهای برشی و نیروهای عمودی به 42/152 و 2/221 (eV/n) رسیده که کمینه شده و حالت بهینه‌سازی شده فرآیند ماشین‌کاری حاصل شده است. درنهایت، تغییرات ساختاری بررسی شده به‌وسیله‌ی تابع توزیع شعاعی نشانگر این است با افزایش سرعت برش از 10 به 400 متر بر ثانیه در عمق براده برداری 75/2 نانومتر، تابع توزیع شعاعی 10 واحد افزایش داشته که تغییرات ساختاری قطعه کار را موجب شده است.

چکیده خمکاری ورق‌های فلزی یکی از رایج‌ترین فرآیندهای شکل‌دهی است که در صنایع مختلف کاربرد گسترده دارد. ورق‌های سوراخدار به دلیل حضور ناپیوستگی‌های هندسی، با مشکلات جدی در فرآیندهای خمکاری مکانیکی مواجه هستند که منجر به بیضوی‌شدن سوراخ‌ها و کاهش دقت ابعادی می‌شود. در این مطالعه، خمکاری لیزری ورق‌های سوراخدار استیل ۳۰۴ با ضخامت ۲ میلی‌متر با استفاده از لیزر CO₂ و طراحی آزمایش مبتنی بر روش سطح پاسخ و الگوریتم باکس – بنکن انجام می شود. بدین منظور اثر پارامترهای فرآیندی شامل توان لیزر، سرعت اسکن و قطر پرتوی لیزر بر درصد بیضوی‌شدن سوراخ‌ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که افزایش توان و قطر پرتوی لیزر موجب افزایش بیضوی‌شدن و افزایش سرعت اسکن منجر به کاهش آن می‌شود. تحلیل واریانس مدل آماری بیانگر معناداری اثرات اصلی، برهم‌کنش‌ها و اثرات درجه دوم پارامترها هستند. بهینه‌سازی پارامترها نشان می دهد که برای دستیابی به حداقل بیضوی‌شدن (۰.۲۲ درصد)، توان لیزر، سرعت اسکن و قطر پرتوی لیزر به ترتیب باید برابر ۸۷ وات، ۷۵ میلی‌متر بر دقیقه و ۲ میلی‌متر تنظیم شوند.

چکیده ذرات معلق هوایی، مانند ریزگردها، تهدید جدی برای سلامت تنفسی ایجاد می‌کنند. فیلترهای پلیمری متداول محدودیت‌هایی در قابلیت استفاده مجدد و استریل‌سازی دارند. در این پژوهش، طراحی، ساخت به روش ذوب انتخابی لیزر (SLM) و ویژگی‌شناسی یک فیلتر استوانه‌ای متخلخل از آلیاژ Ti-6Al-4V با توپولوژی جایروئید کانفورمال گرادیان‌دار انجام شد. ساختار شامل شبکه‌های جایروئید با فواصل کانال گرادیان‌دار (دیواره داخلی ۲06 µm، مرکزی 396 µm، خارجی ۴63 µm؛ میانگین وزنی ۴۱۵ µm) و تخلخل مؤثر ~۶۵٪ است. طراحی با نرم‌افزار nTopology بهینه‌سازی شد تا همپوشانی سلول‌ها و رهگیری ذرات را افزایش و نفوذپذیری جریان را حفظ کند. نمونه (قطر خارجی ۱۵ mm، داخلی ۹ mm، ارتفاع ۱۰ mm) با پودر Ti-6Al-4V (۱۵–۴۵ µm) ساخته و پس از تنش‌زدایی (۶۰۰°C) مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج شامل میکروسکوپ نوری (توزیع α سوزنی در زمینه β)، متالوگرافی (میانگین فاصله لایه‌ها ۴۱۵ µm)، سختی ویکرز (میانگین ۳۲۷ HV)، چگالی بدنه (۴.۱۸ g/cm³) و تخلخل بدنه (~۵.۵٪) بود.

چکیده آلودگی صوتی به ویژه نویز فرکانس پایین توربین‌های بادی، به عنوان یک چالش زیست‌محیطی شناخته می‌شود که می‌تواند تاثیر منفی بر سلامت انسان داشته باشد. در این پژوهش، تاثیر زاویه مخروطی پره (o0 تا o10) بر نویز فرکانس پایین یک توربین بادی محور افقی بررسی شد. برای این منظور، ابتدا جریان اطراف توربین در محدوده سرعت باد 5 تا 10 متر بر ثانیه با استفاده از معادلات RANS و مدل توربولانسی SST شبیه‌سازی گردید. در ادامه، نویز توربین ناشی از منابع روی پره و اطراف آن با استفاده از معادله فاکس ویلیامز-هاوکینگز محاسبه شد. نتایج نشان داد با تغییر زاویه مخروطی پره در محدوده o0 تا o10، توان توربین کمتر از %5 تغییر می‌کند، اما این تغییر زاویه تاثیر قابل توجهی بر اندازه و الگوی انتشار نویز فرکانس پایین توربین در محدوده سرعت باد بررسی شده دارد. همچنین مشخص شد که در زاویه مخروطی پره o5، علاوه بر افزایش توان تولیدی، نویز بیشینه نیز نسبت به توربین صفحه‌ای (زاویه مخروطی o0) کاهش می‌یابد.

چکیده توسعه فیلامنت‌های بازیافتی ارزان‌قیمت با خواص مکانیکی مطلوب، یکی از چالش‌های اصلی در صنعت ساخت افزایشی است. در این پژوهش، امکان‌سنجی ساخت فیلامنت چاپگر سه‌بعدی از بازیافت درهای بطری (HDPE) و مشخصه‌یابی رفتار حافظه شکلی آن بررسی شده است. برخلاف مطالعات پیشین که اثر تاریخچه تنش‌های پسماند ناشی از فرآیند ساخت و پیچیدن فیلامنت روی قرقره را نادیده گرفته‌اند، در این تحقیق با اندازه‌گیری زاویه انحنای اولیه و تغییرات آن پس از حرارت‌دهی (آزادسازی تنش)، خطای ذاتی روش‌های آزمون مرسوم نشان داده شد. فیلامنت ساخته شده با قطر 75/1 میلی‌متر تحت آزمون‌های خمش حافظه شکلی قرار گرفت و نتایج آن با نمونه‌های تجاری PLA، ABS و TPU مقایسه شد. نتایج نشان داد که فیلامنت بازیافتی با دارا بودن نسبت بازیابی شکلی حدود 80%، رفتاری مشابه با PLA و برتر از ABS دارد. همچنین مقدار غیرصفر پارامتر زاویه اولیه و حافظه ناخواسته بازیابی‌شده در تمام نمونه‌ها، لزوم در نظر گرفتن مرحله آزادسازی تنش در پروتکل‌های آزمون را اثبات نمود. فیلامنت ساخته شده در این پژوهش چگالی پایین‌تری نسبت به سایر مواد دارد که مزیت رقابتی مهمی در برابر نمونه‌های تجاری محسوب می‌شود. تحلیل اقتصادی نیز نشان‌دهنده کاهش چشمگیر هزینه این ماده نسبت به نمونه‌های تجاری است. این پژوهش نشان می‌دهد که برای ساخت یک ماده هوشمند و با ارزش بالا، مواد گران‌قیمت تنها گزینه موجود نیستند و می‌توان با بازیافت پسماند در بطری و حفظ محیط زیست، یک ماده هوشمند با پتانسیل کاربردی و ارزش‌افزوده بالا بدست آورد.

چکیده در این پژوهش تحلیل دینامیکی و استاتیکی یک عملگر سیالاتی نرم در حالت غیرخطی ارائه شده ‌است. تیر نرم دارای کانال‌های سیال به عنوان عملگر رباتیکی در نظر گرفته شده‌‌ که به علت ماهیت انعطاف‌پذیرش اثرات غیرخطی را به دنبال دارد. فرآیند تحلیل بر پایه اصل همیلتون و حل عددی با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود انسیس صورت گرفته ‌است. در این روش ابتدا با اعمال تابع فشار ورودی متغیر با زمان، توزیع فشار در همه نقاط عملگر نرم سیالاتی در دامنه زمانی حاصل شده و سپس به تحلیل استاتیکی و مودال ناشی از فشار سیال پرداخته شده ‌است. در ادامه پس از اعتبارسنجی نتایج حاصل از نرم‌افزار المان محدود و روش تحلیلی، با رویکردی جدید با بهره‌گیری از پدیده رزونانس و تحلیل رفتار عملگر در شرایط واقعی، امکان استفاده از آن به عنوان ماهیچه مصنوعی در ربات ماهی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از این نوع عملگر در کاربرد دم ربات ماهی باعث شباهت عملکردی آن به ماهی واقعی بعد از 8 ثانیه می‌شود، این درحالی است که با بهره‌گیری از روش پیشنهادی در پژوهش حاضر و نزدیک کردن فرکانس کاری به فرکانس طبیعی سیستم، ربات می‌تواند از ابتدا شروع به حرکت رفتاری مشابه با ماهی بیولوژیکی داشته باشد.

چکیده باتوجه‌به ضعف ذاتی کامپوزیت‌های لایه‌ای در برابر آسیب تورق، در سال‌های اخیر راهکارهای متعددی برای افزایش مقاومت در برابر این آسیب معرفی شده‌اند. یکی از رویکردهای نوظهور، استفاده از میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی شده است که باوجود نتایج مطلوب این روش در افزایش مقاومت در برابر تورق، تأثیر معماری سلولی میان‌لایه‌ها بر چقرمگی شکست مود II تاکنون بررسی نشده است. ازاین‌رو، در پژوهش حاضر، میان‌لایه‌ای از فیلامنت پلی‌وینیل الکل با ضخامت 4/0 میلی‌متر و معماری سلولی شش‌ضلعی، طراحی شد. همچنین، برای ارزیابی مقایسه‌ای اثربخشی معماری سلولی میان‌لایه، نتایج با مطالعه پیشین نویسندگان مقایسه شد و با ثابت نگه‌داشتن مواد و پارامترهای طراحی، تأثیر جایگزینی هندسه مربعی با شش‌ضلعی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که میان‌لایه با ساختار شش‌ضلعی، بیشینه ظرفیت تحمل بار را در مقایسه با نمونه شاهد و ساختار مربعی، به ترتیب ۲۵ و ۳۴ درصد افزایش داد. همچنین، چقرمگی شکست بین لایه‌ای، بر مبنای روش نرمی کالیبره شده، در مراحل شروع (G_IIC^(ini.)) و انتشار رشد ترک (G_IIC^(prop.)) به‌ترتیب ۱۶۴ و ۸۸ درصد افزایش یافتند. این درحالی است که مقادیر G_IIC^(ini.) و G_IIC^(prop.) در مقایسه با ساختار مربعی، به‌ترتیب ۱۶۰ و ۱۷ درصد بهبود یافتند که بیانگر برتری هندسه شش‌ضلعی در کنترل گسترش آسیب تورق است. همچنین تحلیل سطوح شکست نشان داد که انحراف و قفل‌شدگی ترک و نیز تغییر شکل و برش فیلامنت‌های PVA، موجب تغییر الگوی شکست و افزایش مقاومت در برابر تورق شدند. درمجموع، می‌توان بیان نمود که یافته‌ها بر نقش تعیین‌کننده معماری سلولی میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی‌شده در عملکرد بین‌لایه‌ای کامپوزیت‌ها تأکید دارند.