فرایند جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی یکی از روش های نوین جوشکاری حالت جامد است که در سالهای اخیر پیشرفت-های قابل توجهی در آن صورت گرفته است. این روش در ابتدا برای آلومینیوم و آلیاژهای آن مورد استفاده قرار گرفت و امروزه برای جوشکاری سایر مواد نیز به کار می رود. در سالهای اخیر این روش بر روی مواد پلیمری نیز صورت گرفته است و قابلیت جوشکاری این مواد توسط این روش به اثبات رسیده است. جوشکاری کامپوزیت های پایه فلزی نیز با این روش به طور موفقیت آمیز انجام شده است. در این تحقیق جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی برای اتصال کامپوزیت پلی پروپیلن با 30% الیاف شیشه به کار برده شده است. ابتدا پارامترهای تاثیرگذار بر کیفیت و خواص مکانیکی جوش از قبیل هندسه ابزار، سرعت دورانی، سرعت خطی و زاویه کلگی شناسایی شده و مورد بررسی قرار گرفتند. در این راستا ابتدا ابزارهای مختلف با هندسه-های گوناگون به منظور یافتن بهترین کیفیت جوش طراحی و ساخته شدند. به منظور کاهش تعداد آزمایشات و هزینه، اثر سایر پارامترها بر استحکام و سختی جوش به کمک روش طراحی آزمایشات مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از این روش، مدلهای ریاضی جهت پیش بینی تاثیر پارامترهای فرایند بر استحکام کششی و سختی جوش توسعه داده شدند. مدلهای توسعه یافته به منظور تعیین میزان اعتبار شان مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که هندسه ابزار تاثیر مهمی بر روی استحکام جوش و شکل ظاهری آن دارد. همچنین سرعت دورانی و زاویه کلگی نسبت به سرعت خطی نقش مهمتری بر روی استحکام و سختی جوش ایفا می کنند.

درسالهای اخیر ساخت و تولید به یک تکنولوژی پیشرفته تبدیل شده و روز به روز توسعه می یابد. ماشینکاری در صنایع مختلف کاربرد گسترده ای پیدا کرده و بسیاری از قطعات صنعتی نیاز به ماشینکاری دارند. در این فرایند با جدا شدن براده به وسیله ابزار برنده، قطعه تولید می شود، بنابراین انتخاب ابزار نقش تعیین کننده ای در کیفیت و هزینه تولید قطعه ماشینکاری شده دارد. همچنین اگر بتوان هزینه قطعه ای با کیفیت مطلوب را کاهش داد، آنگاه بهره وری افزایش می یابد. پیش بینی و اندازه گیری نیروهای وارد بر ابزار که در مقدار هزینه ی تولید نقش اساسی دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای اندازه گیری عملی و تجربی نیروهای وارد بر ابزار به وسیله دینامومتر بایستی ضمن صرف وقت، هزینه ای نیز پرداخت شود. حال آنکه با شبیه سازی کامپیوتری می توان این هزینه و اتلاف وقت را به اندازه باور نکردنی کاهش داد. این پایان نامه به بررسی تجربی و عددی ماشینکاری آلیاژ آلومینیوم 5083 اختصاص دارد. برای مدلسازی ماشینکاری به روش المان محدود، از نرم افزار abaqus و معادله بنیادی جانسون-کوک (j-c) برای بیان تغییرات تنش به عنوان تابعی از کرنش، نرخ کرنش و درجه حرارت آلیاژ آلومینیم 5083 استفاده شد. آزمایشهای تجربی آلیاژ فوق با ماشینکاری (تراشکاری متعامد) و اندازه گیری نیروها با دینامومتر انجام شد. همچنین تاثیر زاویه براده در ابزار و سرعت برش بر روی مقدار نیروهای وارد بر ابزار، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. تحقیقات بعمل آمده نشان داد که نتایج شبیه سازی با آزمایشهای تجربی سازگاری خوبی دارد و معادله بنیادی j-c با ضرایب تعیین شده، قابلیت پیش بینی دقیق شرایط و نیروهای وارد بر ابزار را برای آلیاژ آلومینیم 5083 در حین فرایند ماشینکاری دارد.

کاربرد الفین های ترموپلاستیک مانند پلی پروپیلن در سال های اخیر به علت قابلیت بازیافت مجدد، چگالی پایین، مقاومت در برابر تغییرات شیمیایی و هزینه خرید پایین در کامپوزیت های زمینه پلیمری افزایش پیدا کرده است. از انواع الیاف های تقویت کننده ای که برای کامپوزیت های زمینه پلیمری بکار برده می شوند می توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره کرد. کامپوزیت های زمینه پلیمری به علت اینکه از مزایای بسیاری مانند مقاومت در برابر خوردگی، خواص مکانیکی مناسب و هزینه ساخت پایین برخوردار هستند بطور گسترده در صنایع مختلف و تکنولوژی مدرن بکار برده می شوند. فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یکی از روش های نوین جوشکاری حالت جامد است که در سال های اخیر پیشرفت های قابل توجهی در آن صورت گرفته است. در این پایان نامه از این نوع جوشکاری پیشرفته برای اتصال لبه رویهم کامپوزیت پلی پروپیلن با 20% الیاف شیشه و 20% الیاف کربن استفاده شده است. در ابتدا کیفیت سطح جوش و استحکام کششی- برشی اتصال لبه رویهم ورق های با ضخامت mm 4 با استفاده از چهار نوع ابزار مختلف در سرعت های دورانی، خطی و زاویه کلگی گوناگون مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از ابزار با پین استوانه ای- مخروطی پیچی نتایج بهتری را از خود نشان داد. پس از یافتن بهترین هندسه ابزار که یکی از پارامترهای مهم فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است به منظور کاهش تعداد آزمایشات و هزینه، اثر سایر پارامترها بر کیفیت سطح و استحکام کششی- برشی جوش به کمک روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق برای کامپوزیت پلی پروپیلن با 20% الیاف شیشه نشان داد که سرعت دورانی، سرعت خطی و زاویه کلگی به ترتیب بیشترین تاثیر را بر کیفیت سطح و استحکام کششی- برشی جوش لبه رویهم این نوع کامپوزیت دارند. نتایج نشان داد که مقدار بهینه برای استحکام کششی- برشی در سرعت دورانی rpm 1000، سرعت خطی mm/min 20 و زاویه کلگی degree 1 بدست آمد. سپس مقدار ماکزیمم استحکام کششی- برشی با انتخاب بهینه ی پارامترهای فرآیند mpa 5/08 تخمین زده شد که با مقدار واقعی آن که mpa 4/90 بود 3/67% خطا داشت.

در این مقاله یک روش تحلیلی برای تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی کامپوزیتی fml ارائه شده است. برای روابط اساسی از فرضیات پوسته های نازک استفاده شده و معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسئله بر پایه اصل همیلتون استخراج شده است. برای حل معادلات حاکم نیز روش تحلیلی گلرکین به کار گرفته شده است. همچنین به منظور بررسی اثر شرایط مرزی مختلف بر پاسخ فرکانسی پوسته، از توابع تیر برای تقریب شکل مود ها در این مقاله استفاده شده است. مقایسه های عددی با نتایج منتشر شده در سایر مقالات، صحت راهکار ارائه شده را تائید می کنند. علاوه بر این، تاثیر عوامل مختلف بر فرکانس پوسته مخروطی نیز تحقیق گردیده است. نتایج نشان دهنده تأثیر استفاده از آلومینیوم در لایه چینی های متفاوت بر فرکانس طبیعی پوسته های مخروطی fml تحت شرایط مرزی مختلف است.

در این پژوهش به بررسی تجربی و عددی استحکام کششی قطعات ترک دار آلومینیومی که با وصله های کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، پرداخته شده است. یکی از عیوب رایج در بخش های مختلف بدنه و بال هواپیماها به وجود آمدن ترک در اثر بارهای سازه ای و آیرودینامیکی است که دائماً در معرض آن می باشد. در بسیاری از مواقع می توان با انجام تعمیرات لازم از باقی مانده عمر کاری بخش معیوب استفاده مطلوب را برد. امروزه یکی از پر کاربردترین انواع تعمیرات در این زمینه، استفاده از وصله های کامپوزیتی و چسباندن آنها بر روی عیوب است. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و خواص خوب خستگی می باشند. پارامترهایی که در این تحقیق بر روی آنها مطالعه شده است؛ طول ترک، زاویه ترک و نحوه لایه چینی وصله می باشد .این تحقیق ابتدا به کمک روش پلاکت- برمن در طراحی آزمایشات و به صورت تجربی انجام شده، پس از آن توسط نرم افزار اجزاء محدود abaquse 6-10 اقدام به شبیه سازی عددی مسأله شده است. آنگاه نقش پارامترهای فوق در بهبود استحکام کششی قطعات ترک دار، هم به روش تجربی و هم توسط شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته و با هم مقایسه شده اند. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر استحکام کششی قطعات تعمیر شده با این نوع وصله ها در مقایسه با قطعات ترک دار بدون وصله است.

تأثیر حضور همزمان پودر تایر فرسوده خودرو (wgrt) و نانوذرات کربنات کلسیم (caco3) و تغییرات درصد وزنی آنها بر روی خواص مکانیکی پلی پروپیلن (pp) بررسی گردید. به منظور پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن، نانوذرات اولیه با یک تک لایه از اسید استئاریک روکش شدند؛ همچنین از سازگارکننده "پلی پروپیلن گرافت شده با انیدرید مالئیک" (pp-g-ma) به منظور افزایش سازگاری پودر تایر فرسوده خودرو با ماتریس پلی پروپیلن استفاده شد. تمامی ترکیب ها و حتی حالت های خالص مواد در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شدند و سپس به کمک دستگاه قالب ریزی تزریقی به صورت نمونه های کشش و ضربه استاندارد درآمدند. خواص مکانیکی از قبیل استحکام ضربه آیزود شیاردار، مدول یانگ، ازدیاد طول در شکست، تنش تسلیم و استحکام کششی تمامی حالت های خالص مواد و همچنین ترکیب های آنها به صورت تجربی بررسی گردیدند. روش طراحی مخلوط و نرم افزار minitab16 به منظور طراحی آزمایش ها و تحلیل آماری و بهینه سازی خواص مکانیکی ترکیب ها استفاده شد و ترکیب با هردوی استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم با این شیوه تعیین گردید. مدل های آماری و معادلات رگرسیون ارائه شده توسط روش طراحی مخلوط انطباق خوبی با داده های آزمایشگاهی داشت و به خوبی روند تغییرات خواص مکانیکی ترکیب ها را گزارش داده اند. ساختارشناسی ترکیب ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem) انجام شد. تصاویر fesem پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با تک لایه از اسید استئاریک را تأیید می کرد. تمامی ترکیب های شامل نانوذرات کربنات کلسیم تک لایه روکش شده با اسید استئاریک خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با حالت بدون روکش از خود نشان دادند که این بهبود به پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن در حالت روکش شده منسوب می شود. در ترکیب های شامل سازگارکننده pp-g-ma مشاهده شد که میزان 5 درصد وزنی از این ماده منجر به ظهور خواص مکانیکی بهتر ترکیب ها می شود که به ایجاد پیوندهای مناسب بین پودر تایر فرسوده خودرو و ماتریس در این درصد وزنی سازگارکننده منسوب می شود. همچنین سازگارکننده pp-g-ma تأثیر مطلوبی بر پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن داشت. آنالیز توزین حرارتی (tga) به منظور تعیین میزان دقیق روکش اسید استئاریک بر روی نانوذرات کربنات کلسیم و همچنین تعیین درصد وزنی ترکیبات موجود در ساختار پودر تایر فرسوده خودرو استفاده شد؛ همچنین آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز گرماکافت (pyrolysis-ftir) به منظور تعیین نوع ترکیبات موجود در ساختار پودر تایر فرسوده خودرو استفاده شد که نتایج حاصل از این آنالیز انطباق خوبی با نتایج حاصل از آنالیز tga مربوط به پودر تایر داشت.

نتایج بررسی های تجربی نشان می دهد که با افزودن مقدار اندکی نانو لوله کربن به پلیمرها به عنوان فاز تقویت کننده، خواص مکانیکی آنها به مقدار قابل توجهی بهبود می یابد. شبیه سازی دینامیک مولکولی در توصیف نانو کامپوزیت ها روش خوبی است، ولی در مقیاس نانو به سبب هزینه زیاد محاسبات محدودیتی ایجاد شده است که همین موضوع استفاده از روشهای گوناگون دیگری برای بررسی کامپوزیت های تقویت شده با cnt در مقیاس نانو مطرح و گسترش داده است . در این تحقیق یکی از روشهای دیگر، روش مکانیک محیط پیوسته با استفاده از روش اجزاء محدود برای ارزیابی مدول موثر کامپوزیت های تقویت شده با cnt و تایید خوب استفاده از این روش با دیگر روش های تحلیلی قانون مخلوط و روش دینامیک ملکولی بررسی شده است و همچنین مشاهده می شود که کامپوزیت های تقویت شده با cnt های بلند به نسبت cnt های کوتاه مدول موثر خیلی بالاتری دارند.

فرایند جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی یکی از روش های جوشکاری حالت جامد است که در ابتدا برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن مورد استفاده قرار می گرفت و امروزه برای جوشکاری سایر مواد نیز به کار می رود. در سالهای اخیر این روش بر روی مواد پلیمری نیز صورت گرفته است و قابلیت جوشکاری این مواد توسط این روش به اثبات رسیده است. در این تحقیق جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی برای اتصال کامپوزیت پلی پروپیلن با 30? الیاف شیشهوکامپوزیت پلی پروپیلن با 30? الیاف کربن بهکار برده شده است. در ابتدا ابزارهای مختلف با هندسه های گوناگون به منظور یافتن بهترین کیفیت جوش و بهترین خواص مکانیکی ساخته شدند که بر اساس نتایج بدست آمده از قطعات جوش داده شده با ابزار مخروطی شیاردار با پخ بهترین جوش از نظر ظاهر و خواص مکانیکی را ایجاد می کرد. بعد ازآن تاثیر پارامترهای از قبیل نوع الیاف، سرعت دورانی، سرعت خطی و زاویه کلگی بر کیفیت و خواص مکانیکی جوش مورد بررسی قرار گرفتند که به منظور کاهش تعداد آزمایشات و هزینه، اثر پارامترها بر استحکام و انرژی ضربه جوش به کمک روش طراحی آزمایشات تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از این روش، مدلهای ریاضی جهت پیش بینی تاثیر پارامترهای فرایند بر استحکام کششی و انرژی ضربه جوش توسعه داده شدند. مدلهای توسعه یافته به منظور تعیین میزان اعتبار شان مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که هندسه ابزار تاثیر مهمی بر روی استحکام و انرژی ضربه جوش و شکل ظاهری آن دارد. همچنینبرای تست کشش به ترتیب سرعت خطی و سرعت دورانی و زاویه کلگی از مهمترین پارامترها می باشند وبرای تست ضربه نوع الیاف بیشترین تاثیر را خواهد داشت و بعد از آن به ترتیب سرعت دورانی و زاویه کلگی و سرعت خطی از مهمترین پارامترها می باشند.

نانوکامپوزیت ها از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. حضور ذرات و الیاف در ساختار نانوکامپوزیت ها معمولاً باعث ایجاد استحکام در ماده ی پایه می شود. با توزیع مواد پرکننده درون ماده پایه خصوصیاتی نظیر استحکام، سختی و تخلخل تغییر می کند. نانوکامپوزیت های پلیمری عموماً دارای استحکام بالا، وزن کم و پایداری حرارتی بالا هستند. با افزودن درصد کمی از نانوذرات به یک پلیمرخالص، استحکام کششی، استحکام تسلیم و مدول یانگ افزایش چشمگیری می یابد. یکی از روش های اتصال نانوکامپوزیت ها فرآیند جوشکاری می باشد. فرآیندهای جوشکاری که بر روی نانوکامپوزیت های پایه پلیمر تا کنون انجام شده است عبارتند از 1- جوشکاری لیزر 2- جوشکاری ارتعاشی 3- جوشکاری با صفحات داغ روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روشی است که انجام آن با یک دستگاه فرز معمولی نیز امکان پذیر می باشد و مزایای بسیاری مانند حالت جامد بودن این فرآیند، نداشتن تخلخل و اعوجاج در جوش، نیاز نداشتن به گاز محافظ و فلز پرکننده، نیاز نداشتن به جوشکار ماهر و .... ، را دارد. در این تحقیق ابتدا صفحات نانوکامپوزیت پلیمر- خاک رس با ضخامت 5 میلی متر ساخته شده که این صفحات شامل پلی پروپیلن با0%، 3% و 6% وزنی نانو خاک رس بودند. سپس تحت شرایط مختلف پارامتر های فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جوشکاری به صورت لب به لب با چهار ابزارِ مختلف جوشکاری شدند در نهایت بهترین ابزار از بین چهار ابزار ساخته شده انتخاب گردید. در مرحله بعد با استفاده از تکنیک طراحی آزمایشات و روش پاسخ سطح، تأثیر پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیشروی و درصد وزنی نانو خاک رس بر استحکام کششی اتصال جوش داده شده بررسی شد. نتایج نشان داد که با سرعت دورانی rev/min 1000 و سرعت جوشکاری mm/min 8 برای 0%، 3% و 6% وزنی نانو خاک رس، استحکام کششی ماکزیمم و حالت بهینه به ترتیب 18.32، 10.27 و mpa 7.02 به دست می آید.

خواص مکانیکی و ساختار فیزیکی نانو کامپوزیت سه تایی پلی پروپیلن/پلی اتیلن خطی چگالی پایین/نانوکربنات کلسیم که توسط اکسترودر دو مارپیچه ساخته شده است، مورد مطالعه قرار گرفته است. سطح نانوذرات توسط اسید استیریک فراوری شد. برای اصلاح برهمکنش بین سطحی پلی پروپیلن/پلی اتیلن خطی چگالی پایین از ترکیب مذاب با پلی اتیلن چگالی بالا استفاده می شود. در این تحقیق تأثیر درصد وزنی پلی اتیلن خطی چگالی پایین و نانوکربنات کلسیم بر خواص کششی، مدول یانگ و انرژی جذبی بر اثر ضربه مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تأثیر برهمکنش بین نانوذرات و ماتریس و حجم میکروترک ها روی خواص کششی بررسی شده است. نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش درصد وزنی nanocaco3، مدول الاستیسیته ابتدا کاهش سپس افزایش می یابد. استحکام تسلیم و افزایش طول تا شکست و نیز تنش در شکست نانو کامپوزیت با افزایش درصد حجمی nanocaco3، دچار افت اندکی شده است. به دلیل پدیده پیش تسلیم، کاهش سطح زیرمنحنی تنش-کرنش با افزایش کسر وزنی نانو کربنات کلسیم مشاهده می شود. نتایج نشان داد که استحکام ضربه با بالا رفتن درصد وزنی نانوکربنات کلسیم افزایش می یابد، همچنین نتایج آزمایش ها رفتار نامنظم در ترکیبات با درصد وزنی ld=10% را نشان داد، که گمان می رود بخاطر سازگاری بین اجزاء می باشد. تأثیر درصد وزنی nanocaco3 و ld بر میکروترک ها و سطح شکست ضربه توسط میکروسکوب الکترونی روبشی، برای توصیف مکانیزم های بهبود دهنده استحکام شکست مورد بررسی قرار گرفت.

در این تحقیق پاسخ دینامیکی ورق یکسرگیردار کامپوزیتی لایه فلزی (fmls) که تحت ضربه با جرم بزرگ قرار گرفته است، مورد بررسی واقع گردید. جهت بدست آوردن اولین فرکانس طبیعی ورق کامپوزیتی که مورد استفاده در روابط ضربه می باشد، طبق سایر شرایط مرزی ورق ها از سری-های فوریه استفاده گردید. ثابت شد بهره گیری از سری های فوریه صرفاً برای ورق های یکسرگیردار منتج به جواب صحیح نخواهد بود. ورق های آلومینیوم به عنوان لایه های فلزی، جایگزین بعضی از لایه های کامپوزیتی شد. رفتار متقابل بین ضربه زننده با ورق های کامپوزیتی متداول و ورق های کامپوزیتی با لایه فلزی در آنالیز ضربه مطالعه گردید. این رفتار متقابل به کمک سیستم دو درجه آزادی جرم- فنر مدلسازی شد. جهت درستی تحقیق انجام شده از نرم افزار المان محدود abaqus استفاده شد. نتایج نشان داد که پارامترهای جرم و سرعت ضربه زننده در یک مقدار انرژی جنبشی ثابت، جرم ورق (هدف)، زاویه چیدمان الیاف ورق کامپوزیتی و فرکانس ورق یکسرگیردار کامپوزیتی و یکسرگیردار کامپوزیتی با لایه فلزی عوامل مهم و تأثیرگذار در پدیده ضربه و طراحی سازه ها می باشند.

با توجه به کاربرد وسیع محصولات اکسترود شده بویژه مقاطع توخالی و لوله، شناسایی عیوب و تولید این محصولات با حداقل عیوب و هزینه، جزء خواسته های اصلی صنعت می باشد. هدف از انجام این پژوهش بررسی عیوب حاصله در فرایند اکستروژن لوله های آلومینیومی 6061 با قالبهای چند حفره ای (پورت هل ) می باشد. پارامترهای دما، نسبت اکستروژن، فشار، اصطکاک، هندسه ی قالب و سرعت جزء عوامل اصلی فرایند هستند. تعیین هندسه قالب، دما و سرعت مناسب از عوامل عمده در کاهش عیوب فرایند تولید لوله می باشند که در این تحقیق در مورد طول مناسب برینگ، تعداد حفره ها، سرعت و دما بحث می شود. برای بررسی نقش هریک از عوامل فوق با استفاده از نرم افزار دفرم یک لوله ی صنعتی با قطر داخلی 138 و ضخامت 6.5 میلی متر مدل شده و در نهایت پارامترها درشرایط مناسب تخمین زده شده است. در این تحقیق با استفاده از روش شبیه سازی المان محدود تقارن محوری و مقایسه ی آن با روشهای تجربی یک قالب صنعتی مورد استفاده قرار گرفته که مشخص شد، هندسه قالب، سرعت و دمایی که به روش تجربی طراحی و ساخته شده است نزدیک به حالت بهینه می باشد همچنین مشخص شد افزایش سرعت، افزایش دما و طراحی نامناسب هندسه قالب باعث افزایش دمای فرایند شده، و این امر منجر به کیفیت نامناسب لوله از قبیل درشت دانگی و درزجوش در محصول می گردد که در نهایت عیب درشت دانگی که حاصل افزایش دما است بصورت تجربی و شبیه سازی رخ می دهد.

امروزه کامپوزیت ها به دلیل دارا بودن وزن کم و مقاومت مکانیکی بالا در بسیاری از کاربردهای صنعتی مطرح می باشند. در این تحقیق بر روی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی پروپیلن، لاستیک ضایعاتی، خاک رس مطالعه صورت گرفته است. در این پژوهش حضور همزمان پودر لاستیک ضایعاتی و نانوذرات خاک رس در بستر پلی پروپیلن بمنظور دستیابی به ترکیبی با مجموعه ای از خواص بهینه در دستور کار است. در این راستا ابتدا با توجه به ترکیب و مقدار اجزاء تشکیل دهنده کامپوزیت مورد مطالعه، با استفاده از روش طراحی مخلوط و نرم افزارminitab16 ، درصد ترکیب مواد نانوکامپوزیت تعیین شد. سپس مواد نانوکامپوزیت سه گانه با درصد ترکیب های متفاوت به روش اختلاط مذاب و با استفاده از دستگاه اکستردور دوپیچه تهیه شد. پس از انجام آزمون های کشش، ضربه و گرفتن تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی، خواص و اثر برهمکنش مواد ترکیبی بررسی شد. پس از ساخت نانوکامپوزیت به روش اختلاط مذاب و بررسی تجربی برخی از خواص مکانیکی آن، مانند مدول یانگ و مقاومت به ضربه، نتایج مزبور با تئوری های موجود مانند هالپین-تسای و قانون مخلوط ها مقایسه شده است. در نهایت مدل هایی برای پیش بینی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های سه تایی مانند مدول یانگ، مقاومت ضربه و کرنش شکست ارائه شده است. در نهایت مشاهده شد که اضافه کردن نانوذره خاک رس موجب افزایش استحکام ماده می شود و افزودن لاستیک موجب بالا بردن خاصیت چقرمگی کامپوزیت می شود. افزودن pp-g-ma نقش سازگارکنندگی مثبتی در بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت دارد.

موادی که ترکیبی از میرایی و سفتی بالا دارند در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد توجه هستند. در تحقیق حاضر خواص میرایی و سفتی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن/کربنات کلسیم مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر حضور اتیلن- پروپیلن- دی ان ترپلیمر (epdm) در این نانوکامپوزیت ها نیز ارزیابی شده است. به منظور پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن، نانوذرات اولیه با یک تک لایه از اسید استایریک روکش شدند و برای تعیین میزان دقیق روکش دهی، آنالیز tga بر روی نانوذرات اولیه و نانوذرات روکش شده انجام شد. تمامی ترکیب ها در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شدند و به کمک دستگاه پرس داغ به شکل صفحه و سپس توسط پانچ پنوماتیک به صورت میله های کشش استاندارد درآمدند. خواص مکانیکی از قبیل مدول یانگ، تنش تسلیم و استحکام کششی تمامی نمونه ها به صورت تجربی بررسی گردیدند. به منظور بررسی خواص دینامیکی مکانیکی از جمله مدول اتلافی و ضریب میرایی از آزمون dmta، و برای بررسی خواص ارتعاشی نمونه ها از جمله فرکانس طبیعی و میرایی در مدهای مختلف ارتعاشی از آزمون آنالیز ارتعاشی استفاده شد. ساختار شناسی ترکیب ها نیز به کمک sem انجام شد. تصاویر sem پراکندگی مناسب نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با تک لایه از اسید استایریک را تأیید کرد. نتایج تست کشش نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانوذرات تا 30%، استحکام کششی 22/46% کاهش، و مدول 17/9% افـزایش می یابد. افزودن epdm به نمونه ها باعث کاهش هر سه ی تنش تسلیم، استحکام کششی و مدول شد. با توجه به نتایج آزمون dmta و آنالیز ارتعاشی، مشخص شد که با افزایش نانوذرات کربنات کلسیم خواص میرایی نمونه ها بهبود می یابد. همچنین این آزمون ها نشان دادند که افزایش epdm باعث بهبود هر چه بیشتر خواص میرایی می شود. آنالیز ارتعاشی نیز نشان داد که با افزایش فرکانس، ضریب میرایی نیز افزایش می یابد. از طرفی در آزمون dmta با افزایش دما نیز میرایی افزایش یافته و یک نقطه اوج در دمای انتقال شیشه ای مشاهده می گردد.

پلی پروپیلن(pp) یکی از پرمصرف ترین پلاستیک های موجود است. این ترموپلاستیک در کنار خواص نسبتا خوب مکانیکی، از مدول، چقرمگی و استحکام ضربه ای پایینی برخوردار است. که این موضوع در بعضی از کاربرد ها استفاده از pp را محدود ساخته است. که می توان با افزودن نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید(tio2) برخی از این خواص را بهبود بخشید. در این تحقیق نانوکامپوزیت هایی بر پایه ی pp/lldpe و نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید به وسیله ی روش اختلاط مذاب تهیه شدند. هدف از این مطالعه بررسی خواص مکانیکی، حرارتی و ریخت شناختی نانو کامپوزیت های مذکور است. به منظور دستیابی به این اهداف، طرح آزمایش تحقیق به کمک طرح box-behnken روش رویه پاسخ(rsm) انجام شد و بر اساس آن پلی اتیلن خطی چگالی پایین(lldpe) در سه سطح wt%20، wt%40 و wt%60، نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید در سه سطح 0wt%، wt%2 و wt%4 و عامل سازگارکننده ی sebs در سه سطح 0wt%، wt%3 و wt%6 به ماتریس پلیمری پلی پروپیلن(pp) افزوده شدند. پس از اینکه نمونه ها مهیا شدند، مورد آزمون های مکانیکی ضربه و کشش قرار گرفتند. برای بررسی تاثیر نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر دمای ذوب و دمای بلورینگی ترکیبات، نمونه ها به کمک روش dsc آنالیز حرارتی شدند. نتایج حاصل از آنالیز حرارتی نشان داد که افزودن نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم موجب افزایش دمای بلورینگی پلی پروپیلن (pp) می شود. از طرف دیگر افزودن این نانو ذرات نقطه ی ذوب ppو lldpe را اندکی افزایش می دهد.در گام دوم، نتایج حاصل از آزمون-های مکانیکی ضربه وکشش به کمک روش رو به پاسخ (rsm) آنالیز و مقایسه شدند. نتایج حاصل از این انالیز نشان می دهد که به طور کلی افزودن پلی اتیلن خطی چگالی پایین (lldpe) و عامل سازگارکننده sebs، استحکام ضربه ای و ازدیاد طول تا پارگی ترکیبات را افزایش داده و استحکام کششی و مدول الاستیک ترکیبات را کاهش می دهند. از طرف دیگر افزودن نانو ذارت دی اکسید تیتاتنیوم (tio2) اندکی مدول الاستیک و استحکام ضربه ای ترکیبات را افزایش داده و استحکام کششی را کاهش می دهد. در انتها، آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) جهت بررسی ریخت شناسی ترکیبات انجام شد. تصاویر حاصل از سطوح شکسته شده ی ترکیبات در نیتروژن مایع نشان می دهد که افزودن wt%2 نانو ذرات تقریبا با پراکندگی خوب انها در ماتریس همراه است. در صورتی که در برخی نمونه-های شامل wt%4 نانو ذرات، تجمع، کلوخه شدن و به هم چسبیده شدن نانو ذرات مشاهده می شود.

در این پژوهش برای اولین بار به بررسی عددی رشد ترک خستگی در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، به روش اجزا محدود توسعه یافته (xfem) پرداخته شده است. قطعات با نرم افزار abaqus 6.11 شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های عددی که از روش اجزا محدود (fem) و با نرم افزار abaqus 6.10 و همچنین با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. در این پژوهش برای آنکه بتوان هم از مزایای روش اجزاء محدود و هم از روش بدون مش بهره جست از روش اجزاء محدود توسعه یافته استفاده شده است. در این روش بدون آنکه ناپیوستگی به طور آشکار مدلسازی گردد، در مش بندی اجزاء محدود مدلسازی می گردد. با این کار می توان به قابلیت هایی نظیر افزایش سرعت همگرایی، ردیابی انتشار ترک، پرهیز از بازیابی مش بندی، ساده سازی مشکلات موجود در مدلسازی هندسه ترک اعم از نوک ترک و سطوح ترک و کاهش درجات آزادی اضافی در اثر افزایش تعداد المان ها دست یافت. تمام این مزیت ها سبب می شود که این روش بعنوان یک روش توانمند مدلسازی برای مسائل شامل ناپیوستگی مطرح گردد که می تواند مشکلات در سایر روش ها را برطرف سازد. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است. در این پژوهش برای اولین بار به بررسی عددی رشد ترک خستگی در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، به روش اجزا محدود توسعه یافته (xfem) پرداخته شده است. قطعات با نرم افزار abaqus 6.11 شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های عددی که از روش اجزا محدود (fem) و با نرم افزار abaqus 6.10 و همچنین با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. در این پژوهش برای آنکه بتوان هم از مزایای روش اجزاء محدود و هم از روش بدون مش بهره جست از روش اجزاء محدود توسعه یافته استفاده شده است. در این روش بدون آنکه ناپیوستگی به طور آشکار مدلسازی گردد، در مش بندی اجزاء محدود مدلسازی می گردد. با این کار می توان به قابلیت هایی نظیر افزایش سرعت همگرایی، ردیابی انتشار ترک، پرهیز از بازیابی مش بندی، ساده سازی مشکلات موجود در مدلسازی هندسه ترک اعم از نوک ترک و سطوح ترک و کاهش درجات آزادی اضافی در اثر افزایش تعداد المان ها دست یافت. تمام این مزیت ها سبب می شود که این روش بعنوان یک روش توانمند مدلسازی برای مسائل شامل ناپیوستگی مطرح گردد که می تواند مشکلات در سایر روش ها را برطرف سازد. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است.

سوراخکاری اصطکاکی یکی از روش های غیر مرسوم ایجاد سوراخ می باشد. این فرآیند در سوراخکاری ورق ها و پروفیل های جدار نازک در صنایع مختلف کاربرد دارد. دراین روش سوراخکاری، ابزار دارای شکل مخروطی و بدون لبه برنده است و حرارت ایجاد شده بر اثر اصطکاک بین ابزار و قطعه کار، برای نرم کردن، نفوذ به قطعه کار و ایجاد بوش استفاده می شود. در سوراخکاری اصطکاکی هیچ گونه براده ای تشکیل نمی شود. در پایان نامه حاضر، تأثیر تغییر دمای قطعه کار، سرعت دورانی و نرخ پیشروی ابزار بر روی طول و زبری سطح بوش ایجاد شده در سوراخکاری اصطکاکی ورق فولادی بررسی شده است. برای بررسی تجربی تأثیر پارامترها از روش طراحی آزمایش ها و نرم افزار design expert استفاده شده است. قطعه کار استفاده شده ورق فولادی aisi 1070 باضخامت 5/1 میلی متر است که کاربرد فراوانی در صنعت دارد. پس از انجام آزمایش ها به ارائه نتایج و تحلیل آماری داده های استخراج شده از آزمایشات عملی پرداخته شده است؛ در ادامه بهینه سازی همزمان پاسخ های خروجی(زبری سطح و طول بوش) به کمک نرم افزار انجام شده است. نتایج تحقیق حاکی از آن است که بین نرخ پیشروی و طول بوش ایجاد شده رابطه عکس وجود دارد. در واقع با افزایش نرخ پیشروی و ثابت نگه داشتن سایر شرایط آزمایش طول بوش کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش دما سبب کاهش طول بوش می شود و افزایش سرعت دورانی و دمای قطعه کار، زبری سطح سوراخ ایجاد شده را کاهش می دهد. نتایج بهینه سازی همزمان ، استفاده از نرخ پیشروی کمتر(216 میلی متر بر دقیقه) و سرعت دورانی بیشتر(4500 دور بر دقیقه) در دماهای نزدیک به دمای محیط ("?" 28) را پیشنهاد می دهد. برای تایید نتایج، آزمایشات صحه سنجی انجام داده شد. آزمایشات صحه سنجی حداکثر خطای 10 درصد برای پیش بینی طول بوش و حداکثر خطای 14 درصد برای پیش بینی زبری سطح را نشان می دهد.

در این پژوهش به تحلیل تجربی و عددی رفتار ضربه ای صفحات آلومینیومی ترک دار تعمیر شده توسط وصله های کامپوزیتیfml پرداخته شده است.یکی از عیوب رایج در بخش های مختلف بال و بدنه هواپیما به وجود آمدن ترک در اثر بارهای سازه ای و آیرو دینامیکی است، که دائما در معرض آن می باشد. در بسیاری از موارد می توان با انجام تعمیرات لازم از باقی مانده عمر کاری بخش معیوب استفاده لازم را برد. امروزه یکی از پرکاربردترین انواع تعمیرات در این زمینه، استفاده از وصله های کامپوزیتی و چسباندن آن در محل عیب است. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله : استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت ، وزن کم و مقاومت خستگی خوب می باشد. پارامترهایی که در این تحقیق روی آن ها مطالعه شده است، نحوه لایه چینی و ضخامت آن، دمای انجام آزمایش و انرژی ورودی ضربه می باشد. طراحی این آزمایش از طریق روش rsm انجام شده و سپس آزمایش تجربی آن صورت گرفته است. در بخش عددی آن هم توسط نرم افزار abaqus 6-12 فرایند آزمایش ضربه افتان شبیه سازی شده است. سپس نقش پارامترهای فوق در تغییر رفتار ضربه ای نمونه ها در بخش تجربی و عددی با هم مقایسه شده است. نتایج تحقیق افزایش عمر نمونه ها و تغییر رفتار ضربه ای نمونه ها را نشان داد و همچنین تأثیر پارامتر های ورودی در نظر گرفته شد، که پارامتر دما بسیار تأثیرگذارتر از دو پارامتر دیگر بود. کلمات کلیدی : ضربه، ترک، وصله ،کامپوزیت fml ، روش rsm ، طراحی آزمایش ،abaqus .

در این پایان نامه در ابتدا مروری بر تحقیقات انجام شده ی مرتبط با پایان نامه حاضر صورت گرفته و در ادامه فرضیات برای حل مسئله بیان می گردد. سپس با استفاده از تئوری مرتبه بالای ورق های ساندویچی، پاسخ دینامیکی تیر خمیده ساندویچی با هسته فومی تحت ضربه عرضی یک جرم ضربه زننده در وسط رویه بالا بررسی می شود. علاوه بر پاسخ دینامیکی تیرکه شامل جابجایی های محیطی و شعاعی هسته و رویه ها می باشد تنش ها و کرنش های برشی و نرمال تیر نیز مشخص گردیده اند. در فرمول بندی ارائه شده برای رویه ها از تئوری بررشی مرتبه اول استفاده شده و میدان جابجایی هسته مجهول در نظر گرفته شده است که با کمک روابط تنش-کرنش و کرنش جابجایی و با استفاده از شرایط سازگاری در فصل مشترک هسته با رویه ها، میدان جابجایی هسته مشخص می شود. همچنین فرض می شود که ضربه به صورت عمودی بر رویه بالا وارد می شود. برای مدل سازی نیروی ضربه از مدل دو درجه آزادی جرم و فنر با سفتی خطی شده استفاده گردیده است. به منظور صحه گذاری نتایج بدست آمده از تحلیل حاضر، از نتایج مراجع گذشته و همچنین تحلیل عددی در نرم افزار abaqus استفاده شده است، که توافق نسبتا خوبی بین نتایج برقرار است. در ادامه اثر افزایش پارامترهایی نظیر نسبت ضخامت هسته به ضخامت تیر، و مدول الاستیسیته هسته به رویه بالا را بر جابجایی هسته و رویه ها و همچنین تنش ها مورد بررسی قرار داده شده است. اثر سرعت ضربه زننده و افزایش ضخامت هسته و مدول الاستیسیته هسته بر نیروی ضربه نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.

یکی از عیوب رایج در بخش بدنه و بال هواپیما ایجاد ترک ناشی از قرارگیری هواپیما در معرض بارهای سازه‏ای و آیرودینامیکی می‏باشد. در بسیاری از موارد می‏توان با انجام تعمیر عمر کاری بخش معیوب را افزایش داد. امروزه یکی از متداول‏ترین انواع تعمیرات در این زمینه، استفاده از وصله‏های کامپوزیتی و چسباندن آنها بر روی عیوب است. این وصله‏ها دارای مزایای مهمی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و خواص خوب خستگی می‏باشند. در این تحقیق متغیرهای آزمایش به‏ترتیب لایه‏چینی، ضخامت لایه فلزی و طول وصله کامپوزیتی تعیین و با استفاده از روش طراحی آزمایش رویه پاسخ، آزمون‏های تجربی طرح‏ریزی شده و نمونه‏های آزمایش مشخص گردید. جهت ساخت ورق شیاردار پایه از آلومینیوم آلیاژی 2024 t4 استفاده شد. وصله کامپوزیتی از نوع لایه‏ای فلز- الیاف با لایه‏های الیاف کربن و لایه فلزی فسفربرنز ساخته و توسط چسب arldit 2011 به فلز شیاردار پایه متصل گردید. نمونه‏های ساخته شده تحت آزمایش کشش قرار گرفته و نتایج حاصل از آزمون‏ها توسط روش طراحی آزمایش رویه پاسخ، تجزیه تحلیل شد. مدلسازی عددی آزمون‏های تجربی با استفاده از نرم‏افزار abaqus انجام شده و نتایج حاصل مورد بررسی و با نتایج تجربی مقایسه گردید. نتایج این تحقیق نشان دهنده افزایش چشمگیر استحکام کششی قطعات ترمیم‏ شده با این نوع وصله‏ها در مقایسه با قطعات شیاردار بدون وصله بوده، به نحوی که در بهترین حالت ترمیم استحکام کششی تا % 4/82 افزایش داشته است.

فروپاشی در اثر کمانش یک پدیده کاملاً معمولی در ورق‏های تحت فشار است. هنگامی که ضخامت ورق نسبت به ابعاد دیگر به اندازه کافی کم باشد این شکل از فروپاشی اغلب می‏تواند بر فروپاشی در اثر استحکام کمانشی پیشی گیرد. در این پژوهش به تحلیل تجربی و عددی بار بحرانی کمانشی صفحه‏ها آلومینیومی شیار‏دار تعمیر شده توسط وصله های کامپوزیتی fml که تحت بارگذاری تک محوری فشاری قرار دارند، پرداخته شده‏است. به این منظور ورق‏هایی از جنس آلومینیوم 2024t4 با شیار مرکزی مورد توجه قرار گرفته است. امروزه یکی از پرکاربردترین انواع تعمیرها در این زمینه، استفاده از وصله های کامپوزیتی و چسباندن آن در محل عیب است. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله: استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و مقاومت خستگی خوب می باشد. پارامترهایی که در این تحقیق روی آن‏ها مطالعه شده است، نحوه لایه چینی وصله، ضخامت وصله و ابعاد وصله fml می باشد. طراحی این آزمایش از طریق روش rsm انجام شده و سپس آزمایش تجربی آن صورت گرفته است. در بخش عددی آن هم توسط نرم‏افزار abaqus 6-12 فرایند آزمایش کمانش شبیه‏سازی شده است. سپس نقش پارامترهای فوق در تغییر رفتار کمانشی نمونه ها در بخش تجربی و عددی با هم مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان‏دهنده افزایش چشمگیر استحکام کمانشی قطعه‏ها تعمیر شده با این نوع وصله‏ها در مقایسه با قطعه‏ها شیار‏دار بدون وصله است. با بهترین نحوه انتخاب پارامترها، استفاده از وصله منجر به ارتقای بار کمانشی قطعه‏ها تعمیر شده تا 13/44 درصد می شود، و کمترین افزایش بار کمانشی در این تحقیق 79/4 درصد می‏باشد.

در این تحقیق خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/ گرافن به دو روش تجربی وشبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج آنها با هم مقایسه شده اند. هدف از شبیه سازی پیشبینی مدول نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/ گرافن بوده و در آن از یک مدل سه فازی که شامل نانو ذره، ناحیه سطح مشترک و ماتریس که به صورت سری و موازی با هم در تماس هستند، استفاده شده است. شبیه سازی با فرض اختلاط ایدهال ذرات، انجام شده است. همچنین فاکتور شکل نانو ذره که به صورت شش ضلعی منتظم است دخالت داده شده است. نمونه های نانوکامپوزیت بر پایه %0-%2- %4- %8 درصد وزنی نانو گرافن ساخته شده و آزمون های کشش و ضربه برروی آن انجام گردید.مدل با نتایج بدست آمده از آزمون کشش مطابقت داده شد که درصد تطابق خوبی را ازخود نشان داد. مشاهده شد که استحکام کششی%97 در %4 وزنی گرافن، مدول یانگ %55 در %8 وزنی گرافن و مقاومت به ضربه نانو کامپوزیت حاصل %27 در %4 وزنی گرافن نسبت به پلیپروپیلن خالص افزایش پیدا می کند. اما ازدیاد طول تا شکست آن کاهش مییابد. نیز آن که، نتایج آزمایشگاهی با مدل شبیه سازی شده حداکثر خطای 8 درصد را در4 درصد وزنی گرافن دارد.