ارائه شود چون fem در این پایان نامه سعی شده که یک مدل مکانیک ساختار مولکولی بر پایه ماتریس در مقیاس میکرو و نانولوله کربنی در مقیاس نانو است روش بکار رفته مولتی اسکیل است، و نیروهای واندروالسی بین beam به وسیله المان 4 c-c نیروهای بین مولکولی پیوند کووالانسی پلیمر به وسیله المان فنر غیرخطی جایگزین شده است. بعد از ساختن -ch کربن و واحد های - 2 مدل ها در دو حالت پیوسته و ناپیوسته تحت نیروی محوری قرار گرفته و با محاسبه مقدار مدول یانگ در جهت طولی، اثرات نوع نانولوله کربنی و نسبت ظاهری و قطر نانولوله کربنی وکسر حجمی بر روی مدول یانگ نانوکامپوزیت پلیمری بررسی شده است. مدول یانگ نانوکامپوزیت در حالت پیوسته با فرض کرنش ثابت با روش قانون مخلوط ها و در حالت ناپیوسته با روش هالپین تسای و داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج بدست آمده با نتایج لی چو یکسان است و برای ماتریس های پلیمری، پلی پیلن، پلی اتیلن آمورف، پلی اتیلن کریستالی نتایج به صورت گراف رسم شده است. در نهایت با اعمال سه نوع عیب تهی جای برنانولوله داخل ماتریس پلیمری، اثرات این عیوب بر مدول یانگ نانوکامپوزیت پلیمری در جهت طولی بررسی شده است و نشان داده شده که با افزایش کسر حجمی مقدار مدول یانگ افزایش مییابد. با افزایش قطر نانولوله مقدار مدول یانگ نانوکامپوزیت برای یک کسر حجمی ثابت کاهش مییابد. با افزایش نسبت ظاهری مدول یانگ شروع به افزایش میکند و از مقداری به بعد تقریباً ثابت میشود. کاربرد نوع نانولوله کربنی مهم است چرا که کاربرد نانولوله زیگزاگ در نانوکامپوزیت باعث افزایش مدول یانگ نانوکامپوزیت در مقایسه با کاربرد آرمچیر میشود. اثرات عیوب تهی جای نوع سوم بیشتر از دونوع دیگر است و در طول های کوتاه باعث کاهش مدول یانگ میشود ولی در طول های بلند اثر آن بر روی مدول یانگ نانوکامپوزیت تقریباً ناچیز است. کلمات کلیدی: ماتریس پلیمری، نانولوله کربنی تک جداره، نیروی واندروالس، فنر غیرخطی، مولتی اسکیل مدلینگ، عیوب تهی جای، روش المان محدود.

در این پژوهش به بررسی بر همکنش غیر خطی و تغییر شکل نسبی حاصل از آن در سیستمی مرکب از یک نانوتیوب تک جداره منفرد که بر روی یک باندل نانوتیوب قرار دارد پرداخته می گردد. باندل نانوتیوبی موردبحث به صورت یک زیر لایه صلب، در مکان خود ثابت شده است و نیروهای برهمکنشی منتقل شده از آن به منفرد مورد بررسی قرار می گیرد. فرض swcnt نانوتیوب تک جداره منفرد و اثر آن در تغییر شکل پذیری صلبیت بستر از معادله کودین منتج شده است، طبق رابطه مذکور صلبیت خمشی نانو تیوبها، با توان 3 باقطر نانو تیوب منفرد cnt یا باندل نانوتیوبها رابطه دارد، در این مسئله به وضوح تفاوت قطر یک باندل باقطر نانو تیوب منفرد قابل تصور است. در ادامه روش دیفرانسیل کوادرچر معرفی گردیده و معادلات حاکم به شکل تعمیم یافته دیفرانسیل کوادرچر تبدیل گردیده و دستگاه معادلات مربوطه، تعیین و حل می گردد، راستی آزمایی نتایج این نوشتار باکمک روش المان محدود انجام می پذیرد، نتایج تایید کننده صحت این پژوهش توسط روش المان محدود به عنوان سوابق کاری قابل ارجاع، ذکر گردیده است.

مواد فومی خانواده ای از مواد نو و پیشرفته به شمار می روند که با توجه به ویژگیهای منحصربفرد خود، امکان زیادی برای توسعه در سالهای آینده خواهند داشت . این مواد در سه گروه عمده شامل فوم های پلیمری، سرامیکی و فلزی مطرح بوده و تشابه زیادی با مواد طبیعی دارند. به عبارت دیگر طبیعت مواد موجود در خود را بیشتر به صورت سلولی و فومی عرضه نموده و کمتر به صورت توپر و به اصطلاح solid form ظاهر می شوند. (دیواندری و گلپایگانی، 138?) از سال 1960 میلادی، فومهای پلیمری به عنوان موادی پویا و پابرجا که تقریباً در تمامی مراحل زندگی انسان تأثیر دارد مطرح گردید . با افزایش پیشرفت تکنولوژی در جامعه ، مصرف فومها نیز به سرعت گسترش یافت . تلاشهای زیاد و مداومی در جهت پایه ریزی دانش و تکنولوژی تولید فوم صورت پذیرفت . این پایه ریزی طوری تنظیم گردید تا فومها جهت مباحثی مانند بحران انرژی در دهه ?0، نشت و تخریب لایه اوزون در دهه 80 و موضوع توانایی استفاده مجدد از آنها ، در دهه 90 میلادی، مناسب باشند. تمامی موارد فوق باعث ایجاد ابداعات و نوآوریهایی در تکنولوژی فومها گردید که این امر، رشد و گسترش روزافزون و مداوم این مواد در قرن ?? را در پی داشت. ( لی و اسکولز، ????) مکانیزم تشکیل فوم در بردارنده مکانیزمهای علمی ظریف و حساس ، تکنیکهای تولید دقیق، تغییرات ساختارشناسی و اطلاعات ساختاری منحصر به فرد می باشد . این مکانیزم ها ، ماهیت خود مواد ، طراحی های مهندسی، روشهای تولید و مولفه های جزئی را ترکیب می کند . ایجاد فومهای پلیمری یک پدیده موفق در قرن بیستم محسوب می شود. امروزه، مکانیزم تشکیل فوم نه تنها به عنوان یک فرآیند ساخت، بلکه به عنوان یک صنعت مناسب پایه ریزی شده ، مطرح شده است . پلیمرها می توانند در دو حالت سلول باز و سلول بسته به شکل فوم در آیند. ماده حاصله یک ماده میکرو ساختار است که از یک سری دیواره و یا ستونهای جامد تشکیل شده است. حفره های اصلی ایجاد شده در فوم سه بعدی هستند که هر حفره یک حجم ماکزیمم را در یک سطح مقطع و سطح انرژی مینیمم داراست. هر حفره بطور نمونه یک ?? وجهی می باشد. فومها دارای ویژگیهای ترکیبی جالب مکانیکی و فیزیکی می باشند که آنها را انطباق پذیر و متنوع نموده است. استفاده از ترکیبات ساخته شده از این ماده در ساختارهای مختلف نیازمند یکسری اطلاعات دقیقتر از رفتار ساختاری آنها دارد. بهمین جهت طراحان فقط نمی توانند به داده های حاصل از تستها اکتفا کنند. بلکه باید از روشهای تحلیلی و یا عددی نسبتا ساده تر و نزدیک به واقعیت برای محاسبه تنشهای بکار رفته و یا شکست اجزا استفاده کنند. بطور کلی این ابزار طراحی باید یک درجه ای از اطمینان را تضمین کنند تا بتوان با ماده تجربی و واقعی نتایج را مقایسه و استفاده کرد. حقیقتا ناهمگنی موجود، یک سری مشکل برای محاسبات در طراحی ایجاد می کند. تاثیر مشخصات و هندسه میکروسکوپیکی بر روی رفتار ماکروسکوپیک ماده بسیار مهم است و در طراحی ماده بسیار حساس است. ولی اجرا کردن و بدست آوردن مشخصات درشت نمایی ماکروسکوپیک از میکروساختار مسئله بسیار مشکل است. در این پروژه، یافتن روشی مناسب برای این منظور مورد نظر می باشد و با توجه به اینکه بررسی اثر عوامل میکرو ساختار در مشخصات مکانیکی نیز، از اهداف می باشد، از یک مدل میکروساختار استفاده می شود. پایه ریزی اساسی مدلسازی مواد سلولدار توسط گیبسون و اشبی در سال 199? ، صورت پذیرفت. در این مدل رابطه ای میان میکروساختار و مشخصات مکانیکی برقرار شده است. در ادامه مقاله، این مدل معرفی شده است. مدلهای فوم دو بعدی و مدلهای کندویی توسط وارن و کراینیک در سال 199? و ژو و همکاران در سال ???? و مدلهای سه بعدی مکعبی و چند وجهی و ?? وجهی توسط کراینیک و همکاران در سال 199? و گیبسون و اشبی در سال 199? و ژونگ و کریاکیدز در سال ???? صورت گرفته است. در سال ???? توسط میلز در خصوص ناهمگنی در اضلاع و تاثیر آن در پاسخ منحنی تنش-کرنش بررسی شده است. روش جداسازی المانها نیز در سالهای اخیر توسط ویوت و یوردانف (????) پیشنهاد شده است. مسئله هایی که باید در تعریف مدل میکروساختار فوم حل شود عبارتند از: - انتخاب یک مرفولوژی سلولی که باید به عنوان یک واحد جایگزین در مدل بکار رفته شود. - تعریف ابعاد هندسی که فرم سلول را مشخص کند. - حقیقی سازی مدل عددی یک قطعه از فوم بوسیله تکرار چندین سلول در سه بعد در فضا. تمامی موارد فوق در پروژه حاضر بررسی شده است و رفتار فوم پلیمری توسط یک مدل المان محدود سه بعدی تحلیل می شود. در مهمترین مدل ایده آل، میکروساختار با یک سلول کلوین منظم جایگزین می شود. تحلیلهای المان محدود توسط نرم افزار تحلیلی ساختاری استاندارد abaqus 6.9 صورت می گیرد. همچنین مدل گیبسون و جداسازی متغیرها و نتایج آزمایشگاهی بدست آمده از مراجع جهت تایید مدل عددی استفاده می شود. موضوع مهم دیگر این مقاله مطالعه اثرات چگالی های مختلف و سایز سلول و نسبت حجمی تخلخلها در فوم پلی پروپیلن، بر روی رفتار تنش-کرنش و میزان جذب انرژی می باشد (که سطح زیر منحنی تنش-کرنش می باشد). در نهایت، یک قطعه از فوم بوسیله تکرار چندین سلول در سه بعد در فضا شبیه سازی می شود. در این قسمت یک بلوک از ماده فوم با ابعاد یکسان با یک سلول و نیز با ? سلول (?×?×?) و در نهایت با ?? سلول (?×?×?) بررسی شده و میزان جذب انرژی و پاسخ تنش- کرنش مشاهده می شود. در این نوشتار سعی شده است که ضمن معرفی فومهای پلیمری و مزایای این مواد، تا حد امکان به اکثر روشهای مدلسازی فومهای پلیمری اشاره شود و یک روش تک سلولی منظم بعنوان نمونه برای بررسی تاثیر عوامل مختلف در ویژگی های مکانیکی استفاده گردد و تحلیل فومها با نرم افزار المان محدود abaqus صورت گیرد. فومهای پلیمری می توانند تغییر شکلهای بزرگ را تحمل کنند و مقادیر قابل قبولی از انرژی مخصوص را جذب کنند. این رفتار نمایانگر بازدهی بالایی است که می توان از مواد فومی انتظار داشت. به اختصار می توان گفت در این پروژه مزایا و بررسی امکان و قابلیت جذب ارتعاش و انرژی با استفاده از فومهای پلیمری و مدلسازی و تحلیل این مواد و بررسی اثر تغییرات اندازه حفره ها در خواص این مواد و مقایسه با نتایج آزمایشها و تستهای مختلف صورت پذیرفته است.

لایه لایه شدن، یا ترک برداشتن وجه اشتراک بین لایه های کامپوزیت، یکی از مهم ترین نوع آسیب در کامپوزیت های لایه ای تقویت شده با الیاف، با توجه به استحکام بین لایه ای نسبتاً ضعیف آن ها می باشد. با توجه به اهمیت این موضوع در کامپوزیتها و نانو کامپوزیتها در این پایان نامه سعی شده که مدلی بر پایه المان محدود برای هر دو نمونه کامپوزیت و نانوکامپوزیت ارائه شود. از آنجاییکه روش مدل ناحیه چسبنده یکی از مهم ترین ابزار های مورد استفاده برای بررسی شکست بین لایه ای می باشد از این روش برای حل عددی لایه لایه شدن نمونه های کامپوزیت و نانو کامپوزیت استفاده شده است. مدل کامپوزیتی تیر دو سر گیر دار برای آنالیز مودi شکست با استفاده از المان چسبنده که بین دو لایه قرار میگیرد مدل و نمودار بار-جابجایی برای این مدلها با سایز مش های مختلف و همچنین با مقاومت بین لایه ای اصلاح شده رسم شده است. نتایج با نتایج ارائه شده توسط تورن و همچنین با نتایج آزمایشگاهی موجود مطابقت دارد. سپس با همین روش نانو کامپوزیت پلیمری که بین دو لایه آن و در راستای ضخامت آن نانو لوله وجود دارد مدل شد. چون ماتریس در مقیاس میکرو و نانولوله کربنی در مقیاس نانو است روش بکار رفته مولتی اسکیل است، نیروهای بین مولکولی پیوند کووالانسی کربن-کربن به وسیله المان beam4 و نیروهای واندروالسی بین کربن و واحد های --ch2 پلیمر به وسیله المان فنر غیرخطی جایگزین شده است. نمودار بار-جابجایی برای مدل کامپوزیت و نانو کامپوزیت با ابعاد یکسان و همچنین نرخ آزاد شدن انرژی کرنشی و جابجایی بر حسب طول ترک رسم شد. همه این نمودارها بهبود مدل نانو کامپوزیتی را نسبت به مدل کامپوزیتی نشان میدهند. روند مشاهده شده در تمامی این نمودارها با نتایج آزمایشگاهی ارائه شده توسط صادقیان مطابقت دارد. پس از آن به بررسی اثر نوع نانو لوله، درصد حجمی و همچنین تغییر در کایرالیتی پرداخته شد. نتایج نشان میدهد که افزایش کایرالیتی و در صد حجمی باعث افزایش ماکزیمم بار لازم برای جدایش میشود و نانو کامپوزیتی با نانو لوله زیگزاگ مقاومت بیشتری نسبت به لایه لایه شدن در مقایسه با نانو لوله آرمچیر دارد.

در این پایان نامه به بررسی اثر نانولوله کربن بر رشد ترک در نانوکامپوزیت پرداخته شده است. ابتدا روشی جدید برای مدلسازی نانولوله در انسیس ارائه، و خواص آن برای المان تیر براساس مدل لی و چو بیان گردید. نتایج مدول یانگ و برشی نانو لوله کربنی تطابق خوبی با کارهای گذشته داشت. همچنین بررسی شد که هرگونه تغییر شکل نانولوله، موجب کاهش مدول الاستیک آن می گردد. المان حجمی معرف (rve) نانوکامپوزیت با استفاده از تعریف المان فنر غیر خطی برای پیوندهای واندروالس بین نانو و ماتریس مدل گردید. روش چندمقیاسه کلی- محلی برای تحلیل ترک در مواد نانوکامپوزیت ارائه شد، که پس از طی چند مرحله از ابعاد ماکرو به ابعاد نانو می رسیم. جهت بررسی پارمترهای موثر بر افزایش مقاومت ترک متغییر های مختلفی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که درصد وزنی بالاتر نانولوله باعث افزایش چقرمگی شکست می گردد. بررسی ها با استفاده از روش چندمقیاسه در مدل rve نشان داد زمانیکه نانولوله عمود بر ترک قرار می گیرد، کمترین ضریب شدت تنش و بیشترین کارایی را در کنترل ترک خواهد داشت. در مدل rve با ثابت نگه داشتن طول و شعاع و تغییر کارالیتی ضریب شدت تنش دستخوش تغییر می شود. در یک درصد وزنی با افزایش طول و شعاع، ضریب شدت تنش نانوکامپوزیت کاهش می یاید. همچنین در مسئله دیگر مشخص شد که با اعمال بار مساوی، ضریب شدت تنش اپوکسی/ نانولوله کمتر از اپوکسی/هالوی سایت می باشد. علاوه بر این بررسی ضریب شدت تنش در مودهای شکست مختلف rve به طور مستقل نشان داد که با افزودن نانو به ماتریس در تمامی حالت ها ضریب شدت تنش کاهش یافته است. بنابراین با افزودن نانو، مقاومت ترک افزایش یافته و این افزایش در حالت های بازشدگی و پارگی قابل ملاحظه تر می باشد.

بررسی رفتار مواد و ساختارهای مهندسی در شرایط ضربه سرعت بالا، در کنار دیگر خواص مکانیکی آن ها، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. از میان مواد مختلف، پلیمرها به دلیل سبکی و دیگرخواص ویژه ی آن ها، جایگاه خاصی را درکاربردهای مختلف مهندسی مکانیک یافته اند. جهت برطرف کردن برخی عیوب پلیمرها، آن ها را در قالب کامپوزیت و یا نانوکامپوزیت ساخته و مورد استفاده قرار می دهند. هدف از این پژوهش، بررسی رفتار نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی تقویت کننده ثانویه در ابعاد نانو در مقابل ضربه سرعت بالا می باشد. برای این منظور ابتدا نمونه های کامپوزیتی پلی پروپیلن/ الیاف شیشه کوتاه در 10و20و30% وزنی تقویت کننده ساخته شده و توسط یک پیشرانه ی گازی با ظرفیت 20 الی 260 متر برثانیه و با استفاده از یک گلوله با دماغه نیم کروی تحت آزمون ضربه سرعت بالا قرارگرفتند. جذب انرژی بیشینه و سرعت حد بالستیک در هر کدام از نمونه ها تعیین شده و نمونه ی حاوی 20% وزنی الیاف شیشه به عنوان نمونه بهینه کامپوزیتی معرفی شده است. سپس به منظور بررسی اثر تقویت کنندگی ذرات نانو در کامپوزیت بهینه شده ی مذکور، نانولوله های کربنی چند دیواره با درصدهای مختلف 75/0، 1 و 5/1% وزنی به کامپوزیت بهینه اضافه شدند و هرکدام از ترکیبات هیبریدی حاصل به صورت مشابه تحت آزمون های ضربه سرعت بالا قرار گرفتند. همچنین به منظور مقایسه نتایج نانوکامپوزیت های هیبریدی ساخته شده با مرجع نانوکامپوزیتی خود، نمونه های پلی پروپیلن/ نانولوله های کربنی نیز در درصدهای مشابه تقویت کننده نانو ساخته شده و تحت آزمون قرار گرفتند. علاوه بر آزمون های ضربه سرعت بالا، آزمون های مکانیکی دیگر همچون آزمون های کشش، خمش، ضربه سرعت بالا و همچنین آزمون هایی جهت تعیین خواص ساختاری نانوکامپوزیت ها، توسط میکروسکوپ های الکترونی عبوری و روبشی انجام گرفتند. نتایج به دست آمده در نانوکامپوزیت های هیبریدی نشان دهنده ی یک تأثیر مثبت در ظرفیت حد بالستیکی سیستم موجود، با اضافه کردن نانولوله های کربنی چند دیواره می باشد. به طوری که نمونه های حاوی 1% وزنی نانولوله کربنی بهترین استحکام ضربه را ازخود نشان دادند. علاوه براین، براساس نتایج آزمون ها، غالب ترین مکانیزم های جذب انرژی، به صورت شکست خمشی نمونه ها و جذب انرژی ناشی از جدا شدن و حرکت تکه های جداشده از نمونه ها می باشد.

در دهه های اخیر برای شناسایی ترک در سازه ها روش های مختلفی پیشنهاد شده است که برخی از این روش ها نیاز به دسترسی کامل به کل سازه، برخی نیاز به آگاهی نسبی از محدوده ترک و بعضی نیز نیاز به مدل عددی سازه دارند. در این میان روش های مبتنی بر تست های ارتعاشاتی که زیر مجموعه از روش های غیر مخرب برای شناسایی ترک محسوب میشوند از جمله روش هایی هستند که بدلیل عدم نیاز به دسترسی داشتن به کل سازه و همچنین بی نیازی از داشتن اطلاعات درباره محدوده تقریبی ترک، از جمله راههای نسبتاً کاربردی در این زمینه می باشند. از آنجائیکه وجود ترک در سازه موجب افزایش انعطاف پذیری و کاهش سفتی آن می گردد از این معیار می توان برای شناسایی موقعیت ترک استفاده نمود. در این پژوهش با استفاده از تحریک اتفاقی بر روی سازه و سپس خواندن اطلاعات هر نقطه و با کمک گرفتن از روش تجزیه دامنه فرکانسی ماتریسی مشتمل بر سرعت در نقاط مختلف سازه در فرکانس های مختلف بدست آمده و موقعیت ترک با استفاده از تبدیل ویولت ستون های این ماتریس تعیین میشود. این روش به صورت عددی بر روی یک تیر یک سر گیردار اجرا شده و نتایج آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. دو نوع تبدیل ویولت bior6.8 و gaussian 4 برای این منظور استفاده شده است. برای مشخص شدن این امر که آیا امکان استفاده از این تکنیک ها در حالت تجربی نیز وجود دارد یا خیر، تست آنالیز مودال بر روی تیر نمونه در آزمایشگاه انجام گرفته و اطلاعات بوسیله اسکن خطی لیزر خوانده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی و همچنین تست های آزمایشگاهی بیان کننده موفق بودن این روش در تشخیص موقعیت ترک در سازه تیر بوده اند.

این پایان نامه ی به بررسی تجربی اثر درصد های وزنی متفاوت نانو لوله های چند جداره را بر خواص استحکام کششی خمشی و ضربه کامپوزیت های کولار/اپوکسی نشان می دهد. نانو لوله های کربنی چند جداره ابتدا با استفاده از روش فراصوت در رزین اپوکسی پخش می شود و سپس نانوکامپوزیت ها با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته می شوند. میکروسکوپ الکترونی روبشی برای شناسایی نانوساختارها و میکروساختارها استفاده شده است. اثر مقادیر کوچک نانو لوله های کربنی بر مدول یانگ و مدول خمشی کامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اضافه کردن نانو لوله های کربنی چند جداره مدول یانگ، مدول خمشی و استحکام ضربه ی (ایزود) کامپوزیت های لایه چینی شده با الیاف کولار/زمینه اپوکسی را بترتیب به میزان 20%، 40% و 45% افزایش می دهد. این یافته شد که بیشترین میزان خواص کششی و خمشی با اضافه کردن 0/5 درصد وزنی نانولوله ی کربنی چند جداره اتفاق می افتد. همچنین در این پایان نامه، پاسخ ضربه ی سرعت پایین کامپوزیت های لایه چینی شده ی کولار/اپوکسی به ازای درصد های وزنی مختلف نانو لوله ای کربنی چند جداره (?1%) در دمای محیط (27?) و دمای پایین (-40?) مورد بررسی قرار گرفت. نمودار مشخصات انرژی برای تعیین آستانه ی نفوذ کامپوزیت های لایه چینی شده ی کولار/اپوکسی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه براین، برای بررسی اثر نانولوله های کربنی چند جداره همه ی نمونه ها به ازای یک میزان انرژی، j 45 مورد ضربه واقع شدند. پارامتر های زمان بر حسب انرژی جذب، جابه جایی و سرعت مرود اندازه گیری قرار گرفت و برای نمونه ها ی کامپوزینی و نانوکامپوزیتی در دو دمای محیط و پایین گزارش شدند. علاوه براین میزان تغییرات شکست برای مقادیر مختلف نانولوله ی کربنی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج وابستگی بین میزان تخریب و دما و مقادیر نانو لوله را با یکدیگر نشان داد. این نشان داد که اضافه کردن نانو لوله ی چند جداره باعث بهبود پاسخ ضربه و محدود کردن ناحیه ی سطح شکست می شود. اضافه کردن 0/5 درصد وزنی نانو لوله ی کربن چند جداره باعث افزایش انرژی جذب به میزان 35% در دمای محیط، و همچنین اضافه کردن 0/3 درصد وزنی از این مقدار باعث افزایش انرژی جذب به میزان 34% در دمای پایین می شود.

پیل سوختی به عنوان یک منبع جدید انرژی هر روز جایگاهی برجسته تر را به خود اختصاص می دهد. توسعه ی این تکنولوژی از طرفی به دلیل راندمان بالا، عدم آلودگی محیط زیست و سهولت نحوه بهره برداری می باشد و از طرف دیگر ناشی از این امر است که انواع پیل های سوختی در موارد بسیار وسیعی از جمله در نیروگاهها، شاتل های فضایی، زیر دریایی ها، خودروها و ... کاربرد دارد. یکی از بهترین کاتالیزورها برای استفاده در پیل فلز پلاتین است. وقتی هیدروژن به آند وارد می شود تحت تاثیر کاتالیزور قرار گرفته و در تماس با آن راحت تر اکسید می شود و در کاتد نیز گاز اکسیژن بعد از ورود، به کاتالیزور برخورد می کند و واکنش کاتدی نیز در حضور پلاتین سرعت می یابد. بالا بودن قیمت پیل سوختی به سبب گران قیمت بودن فلز پلاتین می باشد. همین امر باعث شده است که علی رغم تمام مزیت های پیل سوختی، استفاده از این فناوری تجاری نگرددو کاهش مصرف آن(با همان میزان بازدهی) می تواند تجارت پیل سوختی را آسان کند و بر روی قیمت منابع انرژی موثر باشد. بنابراین بر آن شدیم که در این پژوهش بعد از مدل سازی و انجام محاسبات جذب پلاتین را در موقعیت-های مختلف بر روی گرافن آلایش شده با پلاتین با استفاده از تئوری تابع چگالی (dft) بررسی کنیم با در نظر گرفتن و بررسی خواص مکانیکی سیستم با استفاده از راه کارهایی جذب هیدروژن را افزایش دهیم و در نهایت موفق به این کار شدیم.

بشر امروز دنیایی برای خود ساخته است، که در آن اگرچه از پیشرفتهای خود بهره میبرد، لیکن از کاستیهای خود نیز رنج میکشد. به همین دلیل به دنبال ایجاد تکنولوژیهایی است که توان ترمیم نواقص را داشته باشد. امروزه ما به دنبال ساخت موادی مستحکم و سبک هستیم که بتوانیم آن را جایگزین چوب و آهن و سایر مواد سنتی کنیم تا هم پاسخگوی رشد جمعیت روزافزون باشد و هم در حفظ جان و سرمایه- های بشری از آن بهره مند شویم. نانوکامپوزیتها و امروز کامپوزیتهای خودترمیم نسخه جدید ایدههای تکنولوژیک، برای پیشرفت و دستیابی به این خواسته است. در این پروژه ابتدا به ساخت میکروکپسولهای حاوی مواد خودترمیم پرداخته شد و در جداره میکروکپسولها از نانوذرات استفاده شد تا در بهبود خواص مکانیکی و حرارتی جداره میکروکپسولها موثر باشند، سپس این میکروکپسولها در ماتریس پلیمری جاسازی شدند یعنی کامپوزیت خودترمیم فراورش گردید. در ضمن نانوذرات به ماتریس پایه افزوده شدند. همچنین برای میکروکپسولها و نیز برای کامپوزیتها و نانوکامپوزیت- های خودترمیم تستهای بررسی خواص مکانیکی و مورفولوژیک و سایر تستهای مربوطه انجام پذیرفت و توان ترمیم ماده ساخته شده نیز مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد، افزودن نانوذرات در پوسته میکروکپسول ها و ماتریس کامپوزیت، اندیس پلاستیسیته را افزایش می دهد که مشخص کننده ی کاهش استحصال الاستیسیته ی میکروکپسول ها و نانوکامپوزیت است. بنابراین، این عبارات نشان می دهند که میکروکپسول های فاقد و حاوی نانوذرات و نانوکامپوزیتهای خودترمیم شبیه مواد پلاستیک-ویسکوالاستیک رفتار می کنند. تأثیر افزایش نانوذرات به کامپوزیت های خودترمیم همچنین شامل تمرکز بر روی خواص مکانیکی، زبری سطح و سختی ماده حاصله بود. پارامترهای زبری سطح برای میکروکپسول ها و نانوکامپوزیتهای خودترمیم محاسبه گردید و سایر فاکتورهای مربوط به خواص مکانیکی نیز بررسی شد. نتایج تستها، توان ترمیم 81 % را برای مدت زمان 2 ساعت برای نانوکامپوزیت پلیمری نشان داد. در بخش دوم این پروژه به شبیه سازی کامپیوتری با استفاده از شیوه های نوین محاسباتی پرداخته شد. در کل از آنجا که امروزه بشر برای صرفه جویی در زمان و هزینه است از شبیهسازی کامپیوتری استفاده میکند تا به نتایج دقیق محاسباتی دست پیدا کند و سپس متحمل هزینه های تحقیقاتی و آزمایشگاهی شود، در این پروژه نیز به بررسی خواص مکانیکی و انرژیهای پیوندی بین نانو لولههای کربنی و اپوکسی به عنوان ماتریس پایه پرداخته شد. هدف بررسی برهم کنش و انرژی ناشی از آن بین نانولوله های کربنی و پلیمر بود. در ابتدا آرایش فضایی ترجیحی برای جذب بررسی گردید. سپس تأثیرات dft اپوکسی به روش کایرالیتی و قطر نانولوله ها بررسی شد. در ضمن نقوص مختلف بر روی نانولوله های کربنی ایجاد گردید و گروه های عاملی متفاوت که پس از اصلاح سطحی روی نانولوله قرار میگیرند و تأثیر آن ها بر انرژی های اندرکنش بین اپوکسی/ نانولوله مورد بررسی قرار گرفت. در ضمن تأثیرات تعدادی از نقص هایی که ممکن است روی نانولوله ایجاد شوند بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت اپوکسی/ نانولوله ی کربنی مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله ی آخر میزان مدول یانگ که بر پایه ی انرژی کرنشی در محدوده ی تغییر شکل الاستیک هارمونیک قرار دارد. مورد محاسبه قرار گرفت. مدول یانگ ذکر شده برای نانوکامپوزیت حاوی نانولوله ی کربنی بدون اصلاح سطحی/اپوکسی و نانولوله ی کربنی عامل دار شده )به فرم زیگزاگ(/ اپوکسی مورد بررسی قرار گرفت. در ضمن تاثیر افزایش تعداد مونومرهای اپوکسی تا هشت مونومر یعنی تا جایی که ممانعت فضایی حول نانو لوله ایجاد نشود بر خواص مکانیکی و انرژی های برهمکنش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مربوط به محاسبات در بخش های ویژه مربوط به هر مبحث گنجانده شده است.

وسعت روز افزون کاربرد ورقها و پوسته ها در صنایع ،لزوم محاسبات دقیق تر آنها را سبب شده است. از آنجا که به دلیل هندسه خاص ورق ها و پوسته ها ، تئوری های مربوط به آنها از تئوری الاستیسیته مشتق گرفته و از آن جدا گشته است و نیز به دلیل ضخامت ناچیز آنها عمدتا مسائل مربوط به آنها غیر خطی است در نتیجه لازم است تا مسائلی از این نوع با روشهای عددی حل گردند. یکی از روشهای حلی که در مسائل غیر خطی به روش عددی بسیار موثر است روش حل عددی رهایی پویا است. در تحقیق حاضر معادلات حاکم بر ورق تقویت شده مرکب جهت حل با روش رهایی پویا در حالت ایزوتروپیک عرضی و فرض تغییر مکانهای بزرگ طبق تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی بدست آمده است.سپس جهت حل ارتعاش آزاد ورق برای بدست آوردن فرکانس طبیعی، از روش همیلتون برای بدست آوردن معادلات استفاده شده و از روش گالرکین برای حل معادلات دینامیکی و بدست آوردن ماتریس سختی وجرم استفاده شده است.

نانو پوشش های به دلیل نیاز روز افزون صنایع مختلف به پوشش هایی با ویژگی ها و خواص مکانیکی بهبود یافته، روز به روز در حال پیشرفت می باشد یکی از این ویژگی ها مقاومت پوشش ها در مقابل خراش و آسیب توسط عوامل خارجی می باشد، برای این منظور روش های گوناگونی وجود دارد که می توانند خواص مکانیکی را بهبود دهند یکی از این روش ها که امروزه تحقیقات وسیعی انجام می گیرد افزودن فیلرها در مقیاس نانو می باشد، نانو ذرات بدلیل داشتن ویژگی های خاص و همچنین اصلاح خواص مواد گوناگون در این نوع از پوشش ها مورد استفاده قرار می گیرند. از این نانو ذرات می توان به سیلیکا و اکسید تیتانیوم اشاره کرد، سیلیکا به دلیل داشتن خواص ویژه و اکسید تیتانیوم به دلیل کاربرد وسیع مورد ارزیابی قرار گرفتند، همچنین ترکیب این دو نوع ذره به صورت هایبرید نیز مورد ارزیابی قرار گرفت بعد ساخت نمونه ها و تست ایندنتیشن و خراش نتایج نشان داد که سیلیکا بهترین نتایج را در بهبود خواص مکانیکی دارا می باشد بطوری که تا 65% باعث بهبود سختی پوشش های اپوکسی گردیده است نتایج نشان می دهد که بعد sio2 نمونه tio2 مدول یانگ و سختی بیشتر را هم نسبت به نمونه های هایبریدی و خالص دارد در تست خراش و نتایج حاصل از ضریب اصطکاک نمونه tio2 کمترین ضریب اصطکاک را دارا می باشد که نشان می دهد کمترین نرخ سایش را دارد. در مقایسه دو نوع رزین فنول و اپوکسی با توجه به نتایج رزین فنول دارای خواص مکانیکی بسیار مناسب تری نسبت به نمونه اپوکسی می باشد.

یک دسته از تئوری های محیط پیوسته مرتبه بالا مثل تئوری غیر موضعی، تئوری تنش کوپله، تئوری اصلاح شده تنش کوپل، تئوری گرادیان کرنش و تئوری اصلاح شده گرادیان کرنش برای مدل کردن سازه ها در ابعاد نانو و میکرو به کار برده شده اند. رفتار مکانیکی نانو صفحات گرافنی و نانو لوله های کربنی تحت یک میدان مغناطیسی توجه قابل ملاحظه ای در میان مجامع علمی را به خود جلب کرده است. ما برای آنالیز کمانش یک تک لایه صفحه گرافنی یک روش تحلیلی را پیشنهاد داده ایم. تک لایه صفحه گرافنی با یک محیط الاستیک احاطه شده است که این محیط الاستیک با رفتار پاسترناک مدل شده است. برای بدست آوردن نیروی لورنتز از روابط ماکسول استفاده کرده ایم. معادلات حاکم برای کمانش یک صفحه گرافنی تک لایه تحت میدان مغناطیسی با در نظر گرفتن تئوری اصلاح شده گرادیان کرنش و با استفاده از کار مجازی و اصل همیلتون بدست آمده است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تاثیرات ضرائب اندازه کوچک، سختی محیط الاستیک، ابعاد صفحه، نسبت طول صفحه، مود های کمانشی و بار خارجی مغناطیسی روی کمانش یک صفحه تک لایه گرافنی می باشد. نتایج نشان می دهد که با افزایش قدرت میدان مغناطیسی نسبت بار کمانشی کاهش می یابد که می تواند عملکرد سنسورها و عملگرها را بهبود بخشد.

از مهم¬ترین روش¬های تولید نانوکامپوزیت¬های پلیمری می¬توان به¬روش اختلاط مذاب اشاره کرد. یکی از عوامل تاثیرگذار بر خواص مکانیکی-حرارتی نانوکامپوزیت¬ها در این روش، تاثیر شرایط اختلاط مانند دما و زمان اختلاط و دور تیغه ها می¬باشد. در این پژوهش ابتدا تاثیر شرایط اختلاط مذاب بر بهبود خواص کششی، خمشی و مورفولوژیکی پلی¬پروپیلن خالص و نانو هیبرید پلی¬پروپیلن/ مزوپروس-سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت مورد بررسی قرار گرفته است. پلی¬پروپیلن خالص و نانو¬کامپوزیت هیبریدی آن شامل: پلی¬پروپیلن به عنوان ماده زمینه، نانو ذرات مزوپروس¬سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت و سازگار کننده گرفتد مالئیک آنیدرید به روش اختلاط مذاب در دستگاه مخلوط¬کن داخلی ترکیب شده¬اند. به منظور بهینه¬سازی شرایط اختلاط، دمای محفظه اختلاط و سرعت چرخش تیغه¬ها تغییر داده شده اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی برای ارزیابی مورفولوژی سطح شکست و نحوه پخش نانو¬ذرات در ماتریس پلیمری مورد استفاده قرار گرفته¬اند. نتایج نشان می¬دهند که خواص مکانیکی تحت تاثیر دو عامل اساسی تنش برشی ترکیبات و چگونگی پخش نانو ذرات در ماتریس پلیمری می باشند. بهترین شرایط اختلاط بر مبنای نتایج آزمایش خواص مکانیکی، نمودار گشتاور اختلاط و مشخصات مورفولوژیکی در زمانی که تنش برشی و دور تیغه¬ها مقادیر بالاتری دارند، به¬عبارتی در دور 100 دور بر دقیقه و دمای اختلاط 180درجه سانتی گراد و زمان 3 دقیقه بدست آمده است. به علاوه خواص مکانیکی نانو هیبرید پلی¬پروپیلن/ مزوپروس سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت افزایش محسوسی را نسبت به پلی¬پروپیلن خالص نشان می دهد. مدلسازی تست های کشش و خمش مکانیکی نمونه های تولید شده در مرحله قبل بوسیله روش المان محدود انجام شده است و نتایج حاصل از مدلسازی با نتایج تست های آزمایشگاهی مقایسه گردیده اند. در طی فرایند مدلسازی تاثیر پارامترهای مختلف تست های کشش و خمش نظیر ضریب پواسون، نوع و اندازه مش، تابع انرژی کرنشی، ضریب اصطکاک سطوح و ... مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج مدلسازی نشان می دهد که در مواد با رفتار هایپرالاستیک با استفاده از مدلسازی بوسیله تابع انرژی مارلو می توان به نتایج بسیار نزدیک به تست های آزمایشگاهی دست یافت.

. اخیراً تحقیقات زیادی بر کاربرد مکانیکی نانولوله های کربنی به روی مقاومت مواد کامپوزیتی برای تولید نسل جدید مواد کامپوزیتی با عملکرد بالا متمرکز شده است. خواص بی نظیر مکانیکی نانولوله های کربنی وقتی با نسبت مقاومت به وزن بالای آنها ترکیب می شود آنها را کاندیدای الیاف تقویت کننده برای کامپوزیت های با عملکرد بالا میکند. استفاده این مواد به عنوان فاز تقویت کننده در استخوان چالش جدید در علم نانو و کاربردهای پزشکی نانولوله های کربن میتواند باشد.شناختن مدول یانگ یک ماده اولین گام برای استفاده آن ماده به عنوان ماده ساختاری برای کاربرد های گوناگون می باشد. در عمل ساختارهای مهندسی بطور وسیع بر پایه الاستسسیته می باشند و در طراحی ها کرنش زیر حد الاستیک و بارهای ایمن نیز زیر حد الاستیک می باشد. مدول یانگ مستقیما مربوط به چسبندگی جسم صلب و بنابراین به پیوندهای شیمیایی اتم های سازنده مربوط می شود. اگر دقیق تر نگاه کنیم به پیوند کوالانسی و انرژی جفت اتم ها به عنوان تابعی از ذرات مجزای داخلی،خواص الاستیک را مشخص می کند. در این مطالعه سعی بر این است که خواص شیمیایی به همراه پتانسیل های بین اتمی فاز معدنی (هیدرواکسی اپتایت) استخوان را مورد بررسی قرار داده، سپس بر اساس شبیه سازی دینامیک مولکولی نانو کامپوزیت هیدرواکسی اپتایت بعلاوه نانولوله کربن، به بررسی خواص مکانیکی آن بپردازیم. نتایج این تحقیق نشان میدهد که خواص مکانیکی بافت استخوان در اثر استفاده از نانولوله های کربنی افزایش می یابد. اما از طرف دیگر، نتایج نشان می دهد که استفاده از نانولوله های کربنی برای تولید استخوان مصنوعی و یا ترمیم قسمت های آسیب دیده استخوان طبیعی منجر به کاهش نرخ فرایند نوسازی و در نهایت کاهش چگالی و مقاومت مکانیکی آن می گردد.

تحریک کننده (عملگر) ابزاری برای تبدیل انرژی ورودی به نوعی مطلوب در خروجی می باشد. انواع مختلفی از عملگرها بسته به نوع تبدیل انرژی وجود دارد که از آن جمله عملگرهای الکترومکانیکی می باشند که انرژی الکتریکی (جریان یا ولتاژ) را به انرژی مکانیکی (نیرو یا تغییر مکان) تبدیل می کنند. از این نظر عملگرها برعکس سنسور می باشند. یکی از موادی که در زمینه عملگرها مورد استفاده قرار می گیرد پیزوالکتریک ها هستند که به دلیل ویژگی منحصربفردشان زمانیکه تحت جریان الکتریکی قرار گیرد دچار تغییر شکل می شوند. یکی از مزیت های پیزوالکتریک ها مقادیر بالای ضرایب کوپلینگ آن ها یعنی نسبت تغییر شکل به جریان ورودی در آن ها می باشد و به همین دلیل امروزه تحقیقات گسترده ای روی این مواد صورت می گیرد. یکی از کاربردی ترین اشکال مواد پیزوالکتریک استفاده از آن ها در مد خمشی می باشد بطوریکه ماده پیزوالکتریک را به صورت وصله ای بر روی تیری قرار داده و با اعمال ولتاژ متغیر به آن، سیستم را دچار اغتشاش در مود خمشی می کند. اخیرا مطالعاتی در مقیاس نانو بر روی این مواد شروع شده است که نیازمند ملاحظات ویژه ای می باشد. در این مطالعه به بررسی رفتار ارتعاشی یک تیر یکسر گیردار با وصله پیزوالکتریک متصل روی آن در مد خمشی پرداخته شده است. ابعاد وصله پیزوالکتریک در بازه نانو تا میکرومتر بوده و طول آن در چندین مرحله تغییر داده شده تا اثر طول بر روی شکل مد و فرکانس طبیعی جسم مشخص شود. برای بررسی نتایج از روش عددی dq بهره گرفته شده است که در حل معادلات ارتعاشی مزیت های بیشتری نسبت به سایر روش های عددی دارد. همچنین از تئوری غیرموضعی استفاده شده که در مقیاس نانو دقت بالاتری نسبت به تئوری موضعی دارد. نکته دیگر که به آن اهمیت داده شده اثر تنش های سطحی میان تیر و وصله پیزوالکتریک بوده که این مورد هم برخلاف مقیاس ماکرو که اهمیتی ندارد در مقیاس نانومتر می تواند تاثیر زیادی روی نتایج داشته باشد. با تمامی این ملاحظات نتایجی که بدست آمده نشان دهنده ی اهمیت بالای فاکتور اندازه (فاکتوری که در تئوری غیرموضعی وجود دارد) و تنش های سطحی نسبت به حالتی است که این موارد در نظر گرفته نمی شود. نکته دیگری که در نتایج دیده شد این بود که با افزایش فصل مشترک میان تیر و وصله تاثیر تنش سطحی غالب می شود. در مدهای بالاتر محل گره به سمت ناپیوستگی نزدیک می شود و نیز اینکه تاثیر تنش سطحی در مد اول بیش از مد دوم می باشد.

هدف از مدلسازی عددی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت¬ها در این پروژه، توصیف خواص مکانیکی از جمله خواص خمشی، قبل از انجام تست¬های عملی به منظور تحلیل خواص و کاهش هزینه تولید می¬باشد. در این تحقیق، جهت شبیه¬سازی جنس نمونه¬های نانوکامپوزیتی از روش محیط پیوسته (داده¬های آزمایشگاهی) استفاده می¬شود. بر این اساس، سه نوع نانوذره مختلف شامل نانوذرات متخلخل مزوپروس¬سیلیکا، نانوذرات هیدروکسی¬آپاتیت و ترکیب این دو نوع نانوذره به ماتریس پلی¬پروپیلن افزوده شدند. همچنین، عامل فوم¬کننده شیمیایی ازودی¬کربوکسامید به نانوکامپوزیت¬های ذکر¬شده و پلی¬پروپیلن خالص اضافه شد تا رفتار فومی نمونه¬ها بررسی گردد. نمونه¬ها از طریق اختلاط مذاب در دستگاه اکسترودر تولید شده و طبق استاندارد¬های مربوط به تست¬های کششی، خمشی و ضربه، قالبگیری تزریقی شدند. تست¬های مکانیکی شامل تست کشش، خمش و ضربه آیزود انجام شده و نتایج آنها نشان داد که افزودن نانوذرات، به خصوص ترکیب مزوپروس¬سیلیکا/هیدروکسی¬آپاتیت منجر به بهبود خواص مکانیکی می¬شود. از طرف دیگر، عامل فوم¬کننده موجب کاهش خواص کششی و ضربه و در مقابل، افزایش خواص خمشی می¬گردد. همان¬طور که انتظار می¬رود، نمونه¬های نانوکامپوزیت¬فوم نسبت به فوم پلی¬پروپیلن از خواص مکانیکی بالاتری برخوردار بودند. مشخصات ساختاری نمونه¬های تولیدشده به کمک آزمون پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی تحلیل شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، پخش همگن ذرات مزوپروس¬سیلیکا و پخش ناهمگن ذرات هیدروکسی-آپاتیت را در ماتریس پلی¬پروپیلن نشان دادند. اما زمانی که از ترکیب دو نوع نانوذره استفاده شده، کلوخگی¬های کمتر و پخش بهتری نشان داده شده است که می¬تواند دلیلی برای بهبود خواص مکانیکی توسط این نانوذرات باشد. پس از انجام تست¬های مکانیکی، مدلسازی تست¬های کشش و خمش در نرم¬افزار المان محدود آباکوس بر مبنای روش هایپرالاستیک صورت گرفته است. به این صورت که در ابتدا با استفاده از داده¬های تست کشش، مدلسازی تست کشش تک¬محوری صورت گرفته و نتایج تنش- کرنش کششی استخراج می¬شود. در مرحله بعد، مدلسازی تست خمش با استفاده از داده¬های تست کشش انجام می¬شود. مقایسه نتایج به دست آمده از مدلسازی با داده¬های تست خمشی نشان داد که از این روش می¬توان در مدلسازی نانوکامپوزیت¬ها و فوم آنها با تقریب قابل قبولی استفاده نمود.

در این پایان نامه از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای محاسبه خواص مکانیکی الاستیک شش مدل ساختاری گرافن (زیگزاگ)، گرافن (آرمچیر)، تیتانیا (روتایل)، تیتانیا (آناتاز)، نانوکامپوزیت گرافن- تیتانیا (روتایل) و نانوکامپوزیت گرافن- تیتانیا (آناتاز) استفاده شده است. مدول یانگ، مدول حجمی، مدول برشی، ضریب پواسن، ضرایب لامه و قابلیت تراکم پذیری برای هر شش ساختار با سه میدان نیروی کامپس، درایدینگ و یونیورسال در ماژول فورسایت نرم افزار متریالز استودیو7.0 محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی با دو میدان نیروی یونیورسال و درایدینگ برای مدل های گرافن و تیتانیا با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی های پیشین مطابقت خوبی دارد، در حالی که نتایج میدان نیروی کامپس با آن ها همخوانی ندارد و این نشان می دهد که میدان های نیروی درایدینگ و یونیورسال نسبت به کامپس برای محاسبه خواص مکانیکی الاستیک نانوکامپوزیت های گرافن- تیتانیا ارجحیت دارند. با انجام شبیه سازی مبتنی بر میدان نیروهای درایدینگ و یونیورسال مشخص شد که از ترکیب گرافن با تیتانیا، نانوکامپوزیت هایی ساخته می شوند که متوسط مدول یانگ و مدول برشی آن ها از تیتانیا بیشتر است و در مجموع خواص مکانیکی الاستیک بهتری دارند. از این نانوکامپوزیت ها در کاربردهای فوتوکاتالیستی و الکتریکی استفاده می شود.

در این تحقیق، فناوری ساخت سامانه های ترمیم شونده با استفاده از میکروکپسول ها و لیف های توخالی شیشه بررسی می شود و سیستم های کپسولی پایه اپوکسی با سیستم های کاتالیستی سنتی جایگزین می شوند زیرا میکروکپسول های اپوکسی بسیار ارزان قیمت و قابل دسترسی هستند و همچنین لیف های توخالی شیشه با قطر و ضخامت متفاوت بهینه می شوند. مقایسه ی بین انتقال رزین آمین از طریق میکروکپسول و الیاف توخالی شیشه در صفحه ی ترک مورد آزمایش قرار گرفت خواص میکرومکانیکی میکروکپسول ها از طریق آزمایش نقطه گذاری تعیین می شود و هندسه و زبری سطح هر میکروکپسول با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مشخص می شود و در نهایت، بازده ی ترمیم کنندگی در چهار نمونه برای بازیابی خواص مکانیکی و چقرمگی شکست در مواد خود ترمیم شونده مقایسه می شوند.

در این اثر ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های چند جداره بور نیترید توسط تئوری مرتبه بالای تیموشنکو و تئوری غیر محلی الاستیسیته ارینگن مدل سازی شده و ارتعاشات ازاد تیر و همچنین ارتعاشات اجباری نانولوله ها توسط مدلسازی تیموشنکو تحلیل و بررسی خواهد شد. در ارتعاشات اجباری تاثیر خاصیت پیزو الکتریکی در حضور یک میدان الکتریکی و تاثیر میدان حرارتی بر ارتعاشات نانو لوله های چند جداره بررسی می شود. جهت بررسی پایداری ارتعاشات، تمامی مدل ها در پیرامون لایه خارجی توسط بستر الاستیک و لایه برشی احاطه شده اند. تاثیر پارامتر هایی از جمله تغییرات دمایی، تغییر میدان الکتریکی (اثر تنش پیزوالکتریک)، تغییرات محیط الاستیک و محیط برشی، تاثیر پارامتر های غیر محلی و اثرات غیر خطی این عوامل بر ارتعاشات و تاثیر حضور نیروی واندروالس و تاثیر افزایش جداره ها از جمله موارد مورد بررسی در این اثر است. به منظور تحلیل پایداری ارتعاشات و بررسی حوزه پایداری، از ثبات نسبت فرکانسی و همچنین دامنه ارتعاشات بعنوان معیار استفاده خواهد شد. و اثر هریک از پارامتر های پاراگراف فوق بر پایداری نانولوله ها بررسی و تحلیل خواهد شد. در ادامه توابع پاسخ فرکانسی برای مدل¬های چند جداره ارائه و تاثیر هر یک از پارامتر های فوق بحث خواهد شد. و اثرات هر یک از این پارامتر ها بر میزان پایداری و پاسخ فرکانسی نانولوله ها ارزیابی خواهد شد. در بخش شبیه سازی دینامیک مولکولی مدل های مختلف از نانو لوله های چند جداره بور نیترید ساخته شده و در نرم افزار های شبیه سازی توسط کد های نوشته شده شبیه سازی می شود و اثرات پارامتر هایی از جمله بستر الاستیک و لایه برشی، اثرات تغییرات دما و ... بر آن بحث خواهد شد. به منظور تحلیل پایداری در این بخش ، با نوشتن کد هایی سعی بر آن داریم تا فرکانس های ارتعاشی ناپایدار را بدست اوریم. همچنین آز آنجا که تمرکز این پایان نامه بر ارتعاشات غیر خطی به روش تیمو شنکو است، از روش شبیه سازی برای تائید نتایج استفاده خواهیم کرد. پارامتر ها به دودسته پایدار کننده و ناپایدار کننده تقسیم شدند. پارامتر هایی از قبیل پارامتر غیر محلی و ضریب نسبت و ... عوامل ناپایدار، عواملی چون بستر الاستیک، لایه برشی، جداره و ... عوامل پایدار بودند . بیشترین اثر مربوط به افزایش جداره می باشد و پس از آن بیشترین تاثیر به پارامتر غیر محلی مربوط است.

در این پایان نامه یک مخزن کامپوزیتی تحت فشار با لاینر فلزی در ناحیه الاستیک مورد بررسی قرار می گیرد. مخزنی که در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرد بدلیل کاربرد خاصی که در صنایع هوایی دارد دارای ابعاد مشخصی نیز می باشد.در فصل دوم این پایان نامه، لاینر فلزی آنالیز تنش و ساخته می شود و سپس لاینر ساخته شده، مورد آزمایش قرار می گیرد. تمرکز اصلی در این بخش بررسی تاثیر جوش محیطی بر روند توزیع تنش و کرنش می باشد که در تحقیقات قبلی کمتر به این موضوع پرداخته شده است. از جمله نتایج در بخش بررسی اثر جوش در توزیع تنش و کرنش می توان ظاهر شدن تنش فشاری طولی در سطح بالای محل جوشکاری و تنش کششی در سطح بین پوسته مخزن و کمربند جوش اشاره کرد. در ادامه در فصل سوم جهت تقویت مخزن در تحمل تنش و کرنش، مخزن به دو صورت محیطی و مارپیچی کامپوزیت پیچی می گردد بدین منظور جهت ساخت مخزن ابتدا در این فصل زوایا و ضخامت کامپوزیت بر روی مخزن محاسبه می گردد. بر اساس این محاسبات انجام گرفته، کامپوزیت پیچی بر روی لاینر فلزی انجام می گردد. سپس مخزن کامپوزیت پیچی شده مورد آزمایش قرار می گیرد. همچنین در فصل دوم از روش عددی هم برای آنالیز تنش و کرنش استفاده شده است ، که نتایج آنالیز عددی و تجربی در تست لاینر فلزی دارای همبستگی بسیار خوبی می باشد . نهایتا با مقایسه نتایج آزمایش در زمانیکه مخزن فاقد الیاف کامپوزیتی بوده و زمانیکه با الیاف کامپوزیتی تقویت گردیده به اثرات مطلوب این تقویت پی می بریم .

رزین های اپوکسی بدلیل ماهیت ترد و شکننده از مقاومت پایینی در مقابل ضربه و رشد ترک برخوردار است. همچنین این طبیعت ترد باعث پایین بودن قابلیت این ماده در دفع (دمپ) ارتعاشات بوجود آمده در ماده می باشد . به همین دلیل سالهاست که مسئله افزایش چقرمگی اپوکسی مورد توجه محققان قرار گرفته است. از جمله تکنیک های استفاده شده اضافه کردن فاز دیگری از مواد که معمولا" لاستیک ها و ترموپلاستیک ها هستند به ماتریس اپوکسی می باشد. این تکنیک ممکن است مقاومت در برابر ضربه و دمپینگ را در اپوکسی به خاطر وجود فاز لاستیکی در ماتریس تقویت کند ولی اشکال عمده این روش افزایش شدید ویسکوزیته ماتریس و در نتیجه عدم برقراری کامل پیوندهای عرضی و در نتیجه از دست دادن سایر خواص مکانیکی مانند خواص کششی، خمشی و ... و همچنین خواص سینیتیکی مانند پایداری حرارتی اپوکسی می شد. در چند ساله اخیر و با کشف و تولید نانوذرات گزارشات متعددی از بهبود قابل ملاحضه خواص مکانیکی اپوکسی با اضافه کردن نانو مواد با ساختارهای پودری، الیافی و لایه ای منتشر شده است. استفاده از نانو ذرات به دلیل سایز کوچکشان تاثیر منفی چندانی در بالا رفتن ویسکوزیته مواد نداشته و همچنین به دلیل سطح ویژه ی بالای این مواد برهمکنش بسیار خوبی بین آنها و ماتریس زمینه بوجود می آید. به همین دلیل به نظر می رسد استفاده همزمان از استحکام دهنده پلیمری و مواد تقویت کننده نانو ساختار روش مناسبی برای بهبود قابل ملاحضه خواص مکانیکی با کمتربن تاثیر منفی روی سایر خواص سینیتیکی ومورفولوژیکی ماده می باشد. در این پایان نامه در مرحله اول به مطالعه رفتار هر یک از مکانیزم های استفاده از silica به عنوان نانوذره پودری، clay به عنوان نانوذرات لایه ای و cnt به عنوان نانوذرات فیبری و همچنین ترم آلیاژی hips به صورت مجزا پرداخته و میزان کارکرد هر یک از آنها برای تقویت خواص مکانیکی رزین اپوکسی را بررسی می کنیم. نتایج تست ها در قالب گرافهای تنش-کرنش و جداول به تفصیل ارائه می گردد. در مرحله دوم بعد از مشخص شدن بهترین و سازگارترین مواد به منظور ارتقای خواص مکانیکی به مطالعه، ساخت و تست خواص مکانیکی ترکیبات هیبریدی سه گانه شامل رزین، فاز ترموپلاستیک و فاز نانو مواد پرداختیم. پارامترهای کمی زیادی در انجام آزمایش موثرند که از آن جمله درصد وزنی هاردنر، درصد وزنی ماده استحکام دهنده ترموپلاستیکی، درصد وزنی نانو مواد می باشد. به منظور ارائه مدلب جهت پیش بینی رفتار از مدل ccd بر پابه طراحی آزمایش استفاده شده است. در نهایت سطوح بهینه مدل ارائه شده توسط الگوریتم ژنتیک بدست آمده و اعتبار آن را با با ساختن نمونه هایی در آن سطوح و انجام تست ها می سنجیم. تست های مورد آزمایش، تست کشش، خمش، فشار، ضربه و دمپینگ می باشد.

با توجه به کاربردهای فراوان نانو ورق های کربنی در سیستم های میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک، وجود یک سنسور و محرک در سطح بالایی یا پایینی آن می تواند به کارایی آنها بیافزاید. در این تحقیق، پاسخ دینامیکی، ارتعاشات و کمانش دینامیکی غیرخطی به همراه انتشار موج یک نانو ورق ساندویچی پیزوالکتریک تحلیل شده است. هسته این نانو ورق از یک نانو ورق کربنی ارتوتروپیک ویسکوالاستیک تحت میدان مغناطیسی است که با لایه های پیزوالکتریک ویسکوالاستیک اکسید زینک (zno) تحت میدان الکتریکی پوشانده شده است. لایه های zno در سطح بالایی و پایینی نانو ورق کربنی نقش محرک و سنسور را دارند. این نانو سازه بر روی بستر ویسکو الاستیک واقع شده که با استفاده از مدل ویسکوپاسترناک ارتوتروپیک غیر خطی شبیه سازی شده است. تئوری های پیزوالاستیسیته ی غیر محلی برای اثر دادن مقیاس کوچک، کلوین-ویت برای مدلسازی نانو ورق کربنی و zno به صورت ویسکوالاستیک و گورتین- مورداچ برای در نظر گرفتن تنش های سطحی استفاده شده اند. برای بدست آوردن معادلات حاکم بر سیستم، تئوری های کلاسیک، میندلین، برشی سینوسی و زیگزاگ اصلاح شده به کمک روابط انرژی و اصل همیلتون به کار گرفته شده است. به منظور به دست آوردن پاسخ دینامیکی، فرکانس و نسبت میرایی، محدوده پایداری دینامیکی به همراه فرکانس قطع و فرار، از روش های عددی تفاضلات مربعی، تفاضلات مربعی هارمونیک و تفاضلات مکعبی استفاده شده است. همچنین از یک کنترل کننده تناسبی-مشتقی برای کنترل رفتار دینامیکی نانو سازه مورد استفاده قرار گرفته است. تأثیر پارامترهای مختلفی مانند مقیاس کوچک، تنش های سطحی، محیط ویسکوپاسترناک، میدان های الکتریکی و مغناطیسی به همراه شرایط مرزی روی تحلیل دینامیکی نانو ورق ساندویچی هوشمند بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که ولتاژ اعمالی به محرک و میدان مغناطیسی موجود در نانو ورق کربنی می توانند به عنوان پارامترهای کنترلی موثر در ارتعاشات و بهبود رفتار دینامیکی سیستم باشند.

هلیکوپتر های سنگین و جدید امروزی تولد و ترقی روز افزون خود را مرهون ساخت، توسعه و رفع عیب هلیکوپتر های سبک و فوق سبک هستند. هلیکوپتر های سبک سریع تر عمل کرده و در پرواز درجا و رو به جلو ، راندمان قابل قبولی را دارند. در ساخت هلیکوپتر ها هزینه و وزن پایین تر، دسترسی آسان تر به منابع ساختی و افزایش عملکرد ، فاکتورهایی مهم قلمداد می شوند. استفاده از هلیکوپتر های سنگین در جایگاهی که رفع نیاز با نوع سبک امکان پذیر می شود، باعث اتلاف هزینه است . با توجه به پتانسیل توسعه پذیری و افزایش عملکرد هلیکوپتر های سبک ، ساخت یک هلیکوپتر سبک تک سرنشین با لحاظ فاکتورهای ذکر شده، در این پروژه هدف قرار گرفته است. نظر به پتانسیل بالای هلیکوپتر های سبک aw/95 در اعمال تغییرات گسترده توسط سازندگان مختلف در نقاط مختلف جهان ، این مدل بالگرد برای ساخت و اعمال تغییرات بهینه انتخاب گشت. در ساخت هلیکوپتر فوق، در بخش موتور، انتقال قدرت ، سازه و... تغییراتی اعمال شد. اما تمرکز ما در طی این پروژه بر تغییرات اعمال شده بر پره های ملخ اصلی این مدل هلیکوپتر است. طراحی و ساخت پره مستلزم لحاظ رویکرد ایرودینامیکی و سازه ای با در نظر داشتن محدودیت هایی از جانب شرایط پروازی درجا و روبه جلو است. در رویکرد ایرودینامیکی ، پارامترهای هندسی پره نظیر ایرفویل و میزان انحنا مطرح می شود. با توجه به پیشینه تحقیق پژوهش خود و مطالعه اصول عملکردی و ایرودینامیکی ملخ ها از ایرفویل naca0012 که ایرفویل عمده هلیکوپتر های aw/95 می باشد، استفاده کرده ایم و انحنای پره ملخ اصلی نیز 8 درجه از ریشه تا نوک پره ، در نظر گرفته شده است. در رویکرد سازه ای ، پیکربندی اجزای داخلی و انتخاب جنس پره ها مطرح شده است. به منظور کاهش هزینه ها در عین حفظ عملکرد ایرودینامیکی پره ، ساخت آن از جنسی متفاوت با دیگر مدل ها امکان سنجی شده و به کمک نرم افزارهای 6.13-4 abaqus و solidworks simulation 2014 و fluent 6.3.26 مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل خمش پره با نتایج و داده های تجربی مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفته و اعتبارسنجی شده اند. تجربه اولیه بدست آوردن دامنه فرکانسهای طبیعی پره و تحلیل آئرودینامیکی پره در جریان باد و بدست آوردن lift و همچنین خستگی روی پره انجام شده است. جنس انتخاب شده برای پره ها در قالب کامپوزیتی مشتمل بر چوب چندلایه راش، افرا و الیاف پارچه ای بوده که تمامی اتصالات با چسب رزین اپوکسی برقرار می شود. به کارگیری این ساختار، با لحاظ اهدافی چون ساخت و تولید با هزینه کمتر ، ایجاد آسان انحنای پره و دسترسی ارزان به منابع موجود جهت ساخت و همچنین تولید پره با این ابعاد و با این روش برای اولین بار در کشور، می باشد. در کنار پرداختن به مراحل ساخت و ماشینکاری پره ها به مدلسازی و ساخت سایر اجزای هلیکوپتر نیز اشاره شده است. نتایج نشان می دهد که این پره از لحاظ تولید مقرون به صرفه بوده و بعنوان پایه ای مناسب برای تولید و تست بلید در هلیکوپتر و با تغییراتی برای توربین بادی نیز مناسب می باشد. واژه های کلیدی : هلیکوپتر ، پره ، ایرفویل ، کامپوزیت ، چوب چند لایه

در این پایان¬نامه، نانوخراش مس خالص و نانوکامپوزیت گرافن-مس به روش دینامیک مولکولی مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهایی همچون نیروی عمودی، نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک، سختی خراش و دمای سطح برای مس خالص و نانوکامپوزیت مس-گرافن با استفاده از نرم افزار دینامیک مولکولی لمپس lammps محاسبه شده و با نرم¬افزار vmd به نمایش گذاشته شده است. برای این محاسبات میدان¬های پتانسیل eam برای تبادلات بین اتمی (مس-مس) و مورس برای تبادل بین اتمی (مس-کربن) استفاده شده است. در ابتدا اثر تفاوت شکل برای دوحالت (مخروطی و نیم¬کره) و همچنین تغییر اندازه نوک قلم (9/1، 3 و 5/4) نانومتر بر پارامترهای مذکور برای مس خالص اندازه¬گیری شد. با مقایسه نتایج حاصل از تغییر شکل نوک قلم نشان داد که نیروی عمودی و نیروی اصطکاک برای نوک قلم نیم کره بیشتر از نوک قلم مخروطی خواهد بود. همچنین با افزایش قطر قلم پارامترهای نیروی عمودی، و نیروی اصطکاک افزایش خوهد یافت. برای نوک قلم نیم کره ضریب اصطکاک با افزایش قطر قلم کاهش خواهد یافت این در حالی است که روند میزان تغییرات ضریب اصطکاک برای نوک قلم مخروطی شکل متفاوت خواهد بود. همچنین اثرات افزایش سرعت (20، 50 و 100) متر بر ثانیه به ازای قطر ثابت 9/1 نانومتر و شکل ثابت نیم کره بر پارامترهای مذکور اندازه-گیری شد. نتایج نشان می¬دهد که افزایش سرعت نوک قلم باعث کاهش نیروی عمودی و سختی می¬شود در حالیکه این افزایش نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک را افزایش خواهد داد. صحت¬سنجی نتایج با مطالعات آزمایشگاهی و مدل¬سازی موجود در مقالات بررسی و ارائه شده است. در ادامه، با اضافه کردن نانو لایه گرافن (که دارای خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی بی نظیر است) به مس خالص اثر این نانو صفحه بر پارامترهای نیروی عمودی، نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک و دمای سطح بررسی شد. به منظور مطالعه¬ی آماری از موقعیت قرارگیری نانوصفحه¬ی گرافن در مس، اثر موقعیت قرار گیری از سطح نانوکامپوزیت به میزان (1 و 1.5) نانومتر و همچنین تعداد لایه¬ی گرافن (1 و 2) بر پارامترهای بالا بررسی شده است. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش تعداد لایه گرافن سختی خراش نانوکامپوزیت در عمق 1 نانومتری افزایش می یابد. این در حالی است که با افزایش عمق حضور لایه گرافن نسبت به سطح سختی خراش با افزایش تعداد لایه گرافن کاهش می یابد. به طور کلی با افزایش عمق حضور نانو ذرات سختی خراش کمتر می شود.