این پایان نامه از دو بخش شبیه سازی و ساخت تشکیل شده است که در پایان به صورت یک سامانه سخت افزار در حلقه ارائه می گردد. در بخش شبیه سازی مدل دینامیکی حرکت وضعی یک شبیه ساز ماهواره با در نظر گرفتن مدل الکتریکی- دینامیکی چرخ عکس العملی استخراج گشته و سپس از این معادلات برای شبیه سازی مجازی در محیط سیمولینک استفاده می شود. در بخش طراحی کنترلر ابتدا یک کنترلر تناسبی- مشتقی بر اساس روش جایدهی قطب برای مدل خطی شده شبیه ساز ماهواره طراحی و بر روی مدل غیرخطی پیاده سازی می شود. جهت کنترل سرعت چرخ عکس العملی از دو روش کنترل تناسبی-انتگرالی- مشتقی و کنترل مد لغزشی استفاده می گردد. مزیت اصلی کنترل کننده مد لغزشی نسبت به کنترل کننده تناسبی انتگرالی مشتقی، پایداری و مقاوم بودن آن نسبت به شرایط مختلف کاری است. در بخش ساخت ابتدا یک عملگر چرخ عکس العملی به همراه کنترل کننده سرعت آن ساخته می-شود و سپس با استفاده از رابط سریال (rs 232) خروجی سرعت چرخ با مدل دینامیکی شبیه ساز ماهواره در محیط سیمولینک (matlab simulink) مرتبط می گردد. بدین صورت عملگر واقعی چرخ عکس العملی با مدل مجازی ماهواره در یک حلقه کنترلی قرار گرفته و یک سامانه سخت افزار در حلقه ساده و کم هزینه برای ماهواره طراحی می شود. با استفاده از این سامانه می توان الگوریتم های کنترلی مختلفی را بر روی شبیه ساز ماهواره و چرخ عکس العملی پیاده سازی نمود و همچنین روش های متنوع مدل سازی ماهواره را مورد ارزشیابی قرار داد.

سازه های ساندویچی به عنوان موادی سبک و با کارایی بالا، از پرکاربردترین مواد کامپوزیتی به شمار می آیند. در این تحقیق امکان ساخت قطعات ساندویچی با هسته فومی با استفاده از روش vartm بررسی شده است. برای ساخت کامپوزیت ها، برای هر رویه از شش لایه الیاف شیشه بافته شده با چگالی سطحی g/m2 200 و یک لایه الیاف شیشه سوزنی با چگالی سطحی g/m2 150 و رزین پلی-استر غیر اشباع استفاده شده است برای هسته از فوم pvc با چگالی kg/m3 80 استفاده شد. در این تحقیق برای بررسی و بهینه سازی ساخت سازه ساندویچی با استفاده از روش vartm متغیرهای: استفاده از الیاف با نفوذپذیری بالا، ایجاد الگوهای مختلف تکرار سوراخ بر روی هسته و ایجاد انواع مختلف شیار بر رویه سطح پایینی هسته فومی مطالعه شده است. تاثیر سوراخ ها و شیارهای ایجاد شده در هسته بر نحوه جریان رزین، زمان تولید، وزن نهایی قطعه، خواص مکانیکی و استحکام چسبندگی پوسته به هسته بررسی شده است. برای بررسی خواص مکانیکی از آزمون خمش سه نقطه ای استفاده شد. نتایج نشان می دهند در حالتهایی که بر روی هسته سوراخ ها و شیارها با الگوهای مختلف ایجاد گردید قطعه سالمی تولید شد ولی در حالتی که از الیاف با نفوذپذیری زیاد استفاده شد قطعه سالمی تولید نگردید. الگوهای ایجاد شده حداکثر باعث افزایش 8% در وزن قطعه می گردند این در حالی است که زمان تولید قطعات در حدود 40% کاهش یافته و نیروی بیشینه در خمش در حدود 38% افزایش می یابد. نتایج آزمون چسبندگی پوسته به هسته نشان داد که شیارها و سوراخ های ایجاد شده تاثیر زیادی بر استحکام چسبندگی پوسته به هسته ندارند و باعث افزایش اندک در حداکثر نیروی لازم برای رشد ترک می گردند و فقط به صورت محلی باعث توقف رشد ترک می شوند.

رزین اپوکسی دارای خواص مطلوبی از جمله، مقاومت شیمیایی و الکتریکی بالا، پایداری حرارتی و شیمیایی بالا، استحکام بالا و مقاوم در برابر خزش می باشد. با وجود این خواص، رزین اپوکسی پخت شده شکننده بوده و دارای مقاومت ضربه ی پایینی می باشد. در این پژوهش از دو روش استفاده از لاستیک مایع پلی بوتادی ان با انتهای هیدروکسیل (htpb) و پلی اتیلن گلایکول با دو وزن مولکولی g/mol2000 و g/mol4000 استفاده شده است. برای بررسی تاثیر لاستیک مایع بر خواص اپوکسی پس از اصلاح شیمیایی htpb توسط تولوئن دی ایزوسیانات، مقادیر صفر تا phr 10 از این ماده به اپوکسی اضافه شد و توسط عامل پخت دایسی پخت گردید. همچنین به منظور بررسی اثر افزودن پلیمر گرمانرم پلی اتیلن گلایکول، مقادیر صفر تا phr 30 از آن در دو وزن مولکولی مذکور به سامانه های اپوکسی افزوده شد. نتایج حاصل از چقرمه سازی توسط لاستیک مایع نشان داد که استحکام کششی نمونه های اصلاح شده با افزایش غلظت لاستیک مایع به صورت پیوسته کاهش می یابد و از مقدار mpa 2/42 برای نمونه ی رزین اپوکسی خالص به mpa 3/24 برای نمونه ی حاوی phr 10 لاستیک مایع اصلاح شده کاهش یافت. مدول کششی اپوکسی نیز با افزایش لاستیک مایع تا phr 10 از مقدار gpa 15/3 به مقدار gpa 81/1 کاهش یافت. ازدیاد طول تا شکست و چقرمگی، با افزایش لاستیک مایع تا phr 7 افزایش یافت. مقاومت ضربه نیز با افزایش غلظت لاستیک مایع از صفر تا phr 7 به میزان 29% افزایش نشان داد. سطح شکست ماتریس اپوکسی اصلاح شده به کمک لاستیک مایع نشان دهنده ی مورفولوژی دو فازی شامل فاز لاستیک پراکنده و فاز پیوسته و صلب اپوکسی بود. نتایج آزمون درصد جریان پذیری پیش آغشته ها نشان دهنده ی بی تاثیر بودن افزودن لاستیک مایع بر آن بود. همچنین استحکام برشی پیش آغشته ها با افزایش غلظت لاستیک مایع از صفر تا phr 10 به صورت پیوسته از mpa 1/17 به mpa 6/10 کاهش یافت. نتایج حاصل از چقرمه سازی توسط پلی اتیلن گلایکول نشان داد که در هر دو وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول، ابتدا استحکام کششی تا phr 10 از پلی اتیلن گلایکول افزایش و سپس کاهش یافت، اگرچه استحکام کششی مشاهده شده برای کلیه ی نمونه ها بیشتر و یا حداقل برابر با استحکام کششی مشاهده شده برای رزین اپوکسی خالص بود. به ازای هر دو وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول، با افزودن phr 10 و phr 20 از این گرمانرم، مدول در مقدار gpa 1/3 تقریبا ثابت باقی ماند. چقرمگی نمونه ها با افزایش غلظت پلی اتیلن گلایکول افزایش یافت و در وزن های مولکولی g/mol 2000 و g/mol 4000 به ترتیب به میزان 3/7 و 0/8 برابر رزین اپوکسی خالص رسید. رفتار مشاهده شده برای انرژی شکست منطبق با رفتار مشاهده شده برای چقرمگی بود. نتایج آزمون گرماسنج تفاضلی روبشی نشان داد که افزودن پلی اتیلن گلایکول موجب پهن شدن پیک پخت و گسترش آن به سمت دماهای بالاتر می شود. نکته ی قابل توجه در ریزنگارهای میکروسکوپ الکترونی، تک فاز بودن کلیه ی سامانه های اصلاح شده ی رزین اپوکسی در حالت پخت شده بود. با افزایش مقدار هر دو وزن مولکولی پلی اتیلن گلایکول درصد جریان پذیری پیش آغشته های تهیه شده افزایش یافت به صورتی که افزایش 47% و 39% به ترتیب برای نمونه های اصلاح شده با پلی اتیلن گلایکول با وزن های مولکولی g/mol 2000 و g/mol 4000 در مقدار phr 30 از پلی اتیلن گلایکول نسبت به نمونه ی رزین اپوکسی خالص مشاهده شد.

یکی از موضوعاتی که در میلگردهای کامپوزیتی مطرح است، افزایش استحکام اتصال آنها به بتن است. استحکام آج بستگی به استحکام برشی ناهمواری های ایجاد شده در سطح میلگرد دارد. هدف اصلی این پروژه، افزایش استحکام برشی رزین مورد استفاده در ساخت میلگرد کامپوزیتی با آج ماسه ای با استفاده از مواد نانو بود. بدین منظور سه نوع نانو رس cloisite 15a، cloisite 30b و cloisite 10a بر اساس تفاوت فاصله بین صفحات و نوع اصلاح کننده (سازگار و غیر سازگار با رزین) انتخاب شد و به روش مذاب، در دو دمای 40 و oc 120 و در نسبت های 1، 5/2، 5 و phr 7 با رزین پلی استر غیراشباع فاقد استایرن مخلوط شدند. آزمون های رئولوژی آمیزه های فوق نشان داد که گرانروی نمونه های تهیه شده در دمای oc 40، با افزایش دما ابتدا کاهش می یابد ولی پس از آن ثابت می ماند. آزمون xrd نشان دهنده میان لایه ای شدن نانو ذرات بود ولی بررسی های tem تنها کاهش ضخامت ذرات نانو را تایید نمود و در عین حال بازده اختلاط برای آمیزه های حاوی cloisite 15a بیشتر بود. بر اساس شواهد آزمایشگاهی، به نظر می رسد که تشکیل یک شبکه فیزیکی از زنجیره های پلیمری و ذرات نانو در نمونه های اختلاط oc 40 منشاء رفتارهای مشاهده شده در آزمون های رئولوژی است. بر اساس میزان افزایش گرانروی، نمونه های حاوی phr 5 از cloisite 15a، برای آزمون های بعدی انتخاب و به آمیزه های نانوکامپوزیت فوق، استایرن اضافه و سپس پخت شدند. آزمون های برشی نشان داد که 30% استحکام برشی رزین افزایش یافته است. سپس رزین فوق برای ساخت میله های پالتروژنی تقویت شده با الیاف شیشه تک جهتی به قطر mm 10، و چسباندن آج ماسه ای روی آن استفاده شد. حضور نانورس در آمیزه رزین، علاوه بر افزایش ویسکوزیته، سبب تسریع پخت آمیزه نیز می شد. این دو پدیده تاثیر متضادی بر نیروی کشش داشتند، به نحوی که افزایش ویسکوزیته، نیروی کشش را افزایش و تسریع پخت آن را کاهش می داد. برآیند هر دو عامل، تعیین کننده تغییرات نیروی کشش بود بر نیروی کشش فرآیند پالتروژن تاثیر می گذاشت. آزمون های مکانیکی روی میله های پالتروژنی بین 11 تا 28% بهبود در خواص خمشی و برشی میلگردها نشان داد. بررسی های sem نیز نمایانگر بهبود چسبندگی رزین و الیاف بود. در نهایت از آمیزه نانوکامپوزیت حاوی phr 5 از cloisite 15a به عنوان چسب آج ماسه ای میلگردها استفاده شد، که 19% استحکام اتصال میلگرد به بتن را افزایش داد.

در این کار پژوهشی با شناخت عوامل موثر بر کارایی قطعه و علل بروز تنش های باقی مانده، روند طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی چرخه دمایی پخت یک نوع پیش آغشته تجاری اپوکسی/ شیشه به گونه ای سامان داده شد که پخت در مسیری درست پیش رفت و نتیجه نهایی رضایت بخش گردید. چگالی، ظرفیت گرمای ویژه و ضریب هدایت گرمایی پیش آغشته به ترتیب توسط آزمون های تعیین چگالی به روش ارشمیدس، dsc و modulated dsc و روش استاندارد nasa اندازه گیری شدند. یکی از عوامل موثر بر کارایی، سینتیک پخت رزین است که تعیین آن مستلزم ارائه روشی مناسب و فراگیر به منظور تعیین پارامتر های سینتیکی و نهایتاً پیش بینی دقیق گرمای واکنش آزاد شده در هر لحظه از واکنش پخت است. به این منظور آزمون های dsc در سرعت های گرمادهی 5/2، 5/3، 5/4 و oc/min5 انجام گرفت و پارامترهای سینتیکی به کمک سه روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته، روش sbirrazzuoli و روش متداول بر پایه مدل نظیر مدل sourour & kamal محاسبه گردید. نتایج حاصل از پیش بینی توسط هر یک از روش ها معلوم داشت که روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته از توان پیش بینی دقیق تری در هر دو شرایط هم دما و غیر هم دما برخوردار است. دیگر عوامل موثر بر کارایی قطعه پخت شده عبارتند از درجه تبدیل نهایی پخت، حداکثر دما در قطعه در طول واکنش، گرادیان دما، گرادیان درجه تبدیل و بالاخره جبهه پخت در داخل قطعه. کلیه این عوامل به شکل کمی تعریف و محاسبه شدند و برای تعیین چرخه پخت بهینه پیش آغشته اپوکسی/ شیشه مورد استفاده قرار گرفتند. این در حالی بود که، زمان پخت نیز کمینه گردید و به این ترتیب کارایی و هزینه هر دو در تعیین چرخه پخت بهینه لحاظ شدند. شبیه سازی و بهینه سازی به ترتیب به کمک نرم افزارهای abaqus و matlab انجام گردید. جهت اتصال این دو نرم افزار برنامه های واسطه به زبان fortran نوشته شدند. چرخه پخت بهینه برای قطعه بی نهایت نازک ، نازک مسطح (تا ضخامت mm6)، ضخیم مسطح (به ضخامت cm2)، خیلی ضخیم مسطح (به ضخامت cm8)، خیلی ضخیم انحنادار به ضخامت cm8 و بالاخره نازل موشک که از شکل هندسی پیچیده و ضخامت متغیر برخوردار است تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش سینتیکی برگزیده بر چرخه پخت دمایی بهینه محاسبه شده تأثیرگذار است. همچنین معلوم شد که تا ضخامت mm6 گرادیان دما و درجه تبدیل در داخل قطعه وجود ندارد. اثر تراوش رزین و تغییر ضخامت ناشی از فشار فرایند بر چرخه پخت بررسی گردید و دیده شد که تحت این شرایط دست یافتن به چرخه پخت بهینه مقدور نیست. همگن بودن خواص فیزیکی- گرمایی در صفحه پیش آغشته موجب شد که چرخه پخت بهینه حاصل از تحلیل دو بعدی و سه بعدی یکسان گردند. چرخه های پخت بهینه به دست آمده تنها شامل مراحل غیر هم دما بودند و نسبت به شرایط پخت دما ثابت، گرادیان های دمایی و درجه پخت کمتری را در قطعه بر جای گذاشتند.

چکیده: پیش¬آغشته¬ها از جمله موادی هستند که در صنایع هوافضا ، نظامی و هوایی بیشترین استفاده را دارند، که با استفاده از آن¬ها می¬ توان به خواص بالا و وزن کم قطعه دست یافت. یکی از مهمترین ویژگی¬های مورد توجه یک پیش¬آغشته ماندگاری طولانی مدت در دمای محیط و پخت آن در دمای پایین¬تر به منظور صرفه جویی در انرژی می¬باشد. در این پژوهش به بررسی سیستم پخت یک رزین اپوکسی دو عاملی با استفاده از ترکیب عوامل پخت آمینی و انیدریدی پرداخته شده است تا بتوان به این دو ویژگی دست یافت. در این تحقیق از عامل پخت آمینی دی¬آمینو دی¬فنیل سولفون با دمای پخت c° 210 و یک عامل پخت آمین آروماتیک (ha55) با دمای پخت c° 150 استفاده شد تا باعث افزایش ماندگاری در دمای محیط شود. همچنین از دو نوع عامل پخت انیدریدی جهت دستیابی به شرایط پخت مطلوب استفاده شد. در این پروژه چهار گروه آمیزه مورد بررسی قرار گرفت. در گروه اول از رزین اپوکسی و دو عامل پخت انیدریدی، فتالیک انیدرید و ha59 و یک عامل پخت آمینی به عنوان شتاب دهنده استفاده شد. عوامل پخت با نسبت¬های 100:0، 75:25، 50:50، 25:75و 0:100 به رزین اضافه شد. برای بررسی تاثیر عامل پخت دوم بر روی سیستم پخت مقادیر مختلفی از این ماده به سیستم اضافه شده است. بترتیب در گروههای دوم، سوم و چهارم از فتالیک انیدرید، ha59 و ha55 به عنوان عوامل پخت دوم استفاده شد. قبل و بعد از پخت آزمون هایی از جمله، زمان ژل شدن، آزمون کشش، آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی و غیره بر روی نمونه ها انجام گرفته و نتایج بحث شده است. علاوه بر این کار، پیش¬آغشته¬هایی با این آمیزه¬ها و الیاف شیشه تهیه شده و آزمون های مربوط بر روی پیش آغشته ها صورت گرفته و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهد که در نمونه¬های حاوی دو عامل پخت، بیشترین استحکام برشی پیش¬آغشته در نمونه¬ی dp3 (ml-506/dds/pa/ax-10) (100/7.29/29.83/0.5) با mpa 15، بیشترین ماندگاری در دمای محیط در نمونه¬ی(ml-506/dds/pa/ax-10) (100/21.87/9.94/0.5) dp1 با 93 روز، بهینه ترین زمان ژل شدن در نمونه¬ی dh9-3 (ml-506/dds/ha59/ax-10) (100/7.29/56.25/0.5) با 14 دقیقه در دمای c° 140 و بهینه ترین جریان پذیری در نمونه¬ی(100/7.29/37.5) dh5-3 (ml-506/dds/ha55) با جریان پذیری حدود 20% مشاهده شد. واژه¬های کلیدی: پیش¬آغشته، اپوکسی، عامل پخت آمینی، عامل پخت انیدریدی، زمان ژل شدن