مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی

عنوان پایان نامه: مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 228

شرح مختصر:

از آنجائیکه شرکت های بزرگ در رشته نانو فناوری مشغول فعالیت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جدید شدید است و در بازار رقابت، قیمت تمام شده محصول، یک عامل عمده در موفقیت آن به شمار می رود، لذا ارائه یک مدل مناسب که رفتار نانولوله های کربن را با دقت قابل قبولی نشان دهد و همچنین استفاده از آن توجیه اقتصادی داشته باشد نیز یک عامل بسیار مهم است. به طور کلی دو دیدگاه برای بررسی رفتار نانولوله های کربنی وجود دارد، دیدگاه دینامیک مولکولی و محیط پیوسته. دینامیک مولکولی با وجود دقت بالا، هزینه های بالای محاسباتی داشته و محدود به مدل های کوچک می باشد. لذا مدل های دیگری که حجم محاسباتی کمتر و توانایی شبیه سازی سیستمهای بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند بیشتر توسعه یافته اند.

پیش از این بر اساس تحلیل های دینامیک مولکولی و اندرکنش های بین اتم ها، مدلهای محیط پیوسته، نظیر مدلهای خرپایی، مدلهای فنری، قاب فضایی، بمنظور مدلسازی نانولوله ها، معرفی شده اند. این مدلها، بدلیل فرضیاتی که برای ساده سازی در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نیستند رفتار شبکه کربنی در نانولوله های کربنی را بطور کامل پوشش دهند.

در این پایان نامه از ثوابت میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنشی و پتانسیل های موجود برای شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم:

1. مدل انرژی- معادل
2. مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS
3. مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB

مدل های تدوین شده به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نانولوله کربنی تک دیواره بکار گرفته شده است. در روش انرژی- معادل، انرژی پتانسیل کل مجموعه و همچنین انرژی کرنشی نانو لوله کربنی تک دیواره بکار گرفته می شود. خصوصیات صفحه ای الاستیک برای نانو لوله های کربنی تک دیواره برای هر دو حالت صندلی راحتی و زیگزاگ در جهت های محوری و محیطی بدست آمده است.

در مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددی، نانو لوله کربنی با یک مدل ساختاری معادل جایگزین می شود.

در مدل اجزاء محدود سوم، کد عددی توسط نرم افزار MATLAB تدوین شده که از روش اجزاء محدود برای محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن، و تعمیم و روی هم گذاری آن برای محاسبه ماتریس سختی کل صفحه گرافیتی، استفاده شده است.

اثرات قطر و ضخامت دیواره بر روی رفتار مکانیکی هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره و صفحه گرافیتی تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که مدول الاستیک برای هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره با افزایش قطر لوله بطور یکنواخت افزایش و با افزایش ضخامت نانولوله، کاهش می یابد. اما نسبت پواسون با افزایش قطر ،کاهش می یابد. همچنین منحنی تنش-کرنش برای نانولوله تک دیواره صندلی راحتی پیش بینی و تغییرات رفتار آنها مقایسه شده است. نشان داده شده که خصوصیات صفحه ای در جهت محیطی و محوریبرای هر دو نوع نانو لوله کربنی و همچنین اثرات قطر و ضخامت دیواره نانو لوله کربنی بر روی آنها یکسان می باشد. نتایج به دست آمده در مدل های مختلف یکدیگر را تایید می کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله افزایش یابد، خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به سمت خواص ورقه گرافیتی میل می کند.

نتایج این تحقیق تطابق خوبی را با نتایج گزارش شده نشان می دهد.

 واژه های کلیدی: نانولوله های کربنی ، خواص مکانیکی، محیط پیوسته ، تعادل- انرژی ، اجزاء محدود ،ورق گرافیتی تک لایه، ماتریس سختی.

فهرست مطالب

فهرست علائم.. ر

فهرست جداول.. ز

فهرست اشکال.. س

چکیده.. 1

فصل اول..

مقدمه نانو. 3

1-1 مقدمه.. 4

1-1-1 فناوری نانو.. 4

1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی.. 5

1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی.. 5

1-2-2 کشف نانولوله.. 7

1-3 تاریخچه.. 10

فصل دوم.

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14

2-1 مقدمه.. 15

2-2 انواع نانولوله‌های کربنی.. 16

2-2-1 نانولوله‌ی کربنی تک دیواره(SWCNT). 16

2-2-2 نانولوله‌ی کربنی چند دیواره(MWNT). 19

2-3 مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی.. 21

2-3-1 ساختار یک نانو لوله تک دیواره.. 21

2-3-2 طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره.. 24

2-4 خواص نانو لوله های کربنی.. 25

2-4-1 خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن.. 29

2-4-1-1 مدول الاستیسیته.. 29

2-4-1-2 تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک.. 33

2-4-1-3 تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها.. 36

2-5 کاربردهای نانو فناوری.. 39

2-5-1 کاربردهای نانولوله‌های کربنی.. 40

2-5-1-1 کاربرد در ساختار مواد.. 41

2-5-1-2 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی.. 43

2-5-1-3 کاربردهای شیمیایی.. 46

2-5-1-4 کاربردهای مکانیکی.. 47

فصل سوم.

روش های سنتز نانو لوله های کربنی55

3-1 فرایندهای تولید نانولوله های کربنی.. 56

3-1-1 تخلیه از قوس الکتریکی.. 56

3-1-2 تبخیر/ سایش لیزری.. 58

3-1-3 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD). 59

3-1-4 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD ).. 61

3-1-5 رشد فاز بخار.. 62

3-1-6 الکترولیز.. 62

3-1-7 سنتز شعله.. 63

3-1-8 خالص سازی نانولوله های کربنی.. 63

3-2 تجهیزات.. 64

3-2-1 میکروسکوپ های الکترونی.. 66

3-2-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM). 67

3-2-3 میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی(SEM). 68

3-2-4 میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM). 70

3-2-4-1 میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM). 70

3-2-4-2 میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM). 71

فصل چهارم.

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته73

4-1 مقدمه.. 74

4-2 مواد در مقیاس نانو.. 75

4-2-1 مواد محاسباتی.. 75

4-2-2 مواد نانوساختار.. 76

4-3 مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو.. 77

4-3-1 چارچوب های تئوری در تحلیل مواد.. 77

4-3-1-1 چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد.. 77

4-4 روشهای شبیه سازی.. 79

4-4-1 روش دینامیک مولکولی.. 79

4-4-2 روش مونت کارلو.. 80

4-4-3 روش محیط پیوسته.. 80

4-4-4 مکانیک میکرو.. 81

4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81

4-4-6 محیط پیوسته مؤثر.. 81

4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83

4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83

4-5-1-1 مدل مکانیک مولکولی (دینامیک مولکولی).. 83

4-5-1-2 روش اب انیشو.. 86

4-5-1-3 روش تایت باندینگ.. 86

4-5-1-4 محدودیت های مدل های مولکولی.. 87

4-5-2 مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها.. 87

4-5-2-1مدل یاکوبسون.. 88

4-5-2-2مدل کوشی بورن.. 89

4-5-2-3مدل خرپایی.. 89

4-5-2-4مدل قاب فضایی.. 92

4-6 محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته.. 95

4-6-1 کاربرد مدل پوسته پیوسته.. 97

4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل.. 97

4-6-3 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 98

4-6-4 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 99

4-6-5 محدودیتهای مدل پوسته پیوسته.. 99

4-6-5-1محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته.. 99

4-6-5-2محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته.. 99

4-6-6 کاربرد مدل تیر پیوسته.. 100

فصل پنجم.

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی .. 102

5-1 مقدمه.. 103

5-2 نیرو در دینامیک مولکولی.. 104

5-2-1 نیروهای بین اتمی.. 104

5-2-1-1پتانسیلهای جفتی.. 105

5-2-1-2پتانسیلهای چندتایی.. 109

5-2-2 میدانهای خارجی نیرو.. 111

5-3بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته.. 111

5-4 ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی.. 113

5-4-1 مدل انرژی- معادل.. 114

5-4-1-1 خصوصیات محوری نانولوله های کربنی تک دیواره.. 115

5-4-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره.. 124

5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 131

5-4-2-1 تکنیک عددی بر اساس المان محدود.. 131

5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS 141

5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB 155

5-4-3-1 مقدمه.. 155

5-4-3-2 ماتریس الاستیسیته.. 157

5-4-3-3 آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی.. 158

5-4-3-4 تعیین و نگاشت المان.. 158

5-4-3-5 ماتریس کرنش-جابجائی.. 161

5-4-3-6 ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای.. 162

5-4-3-7 ماتریس سختی برای یک حلقه کربن.. 163

5-4-3-8 ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه.. 167

5-4-3-9 مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه 168

فصل ششم.

نتایج 171

6-1 نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل.. 172

6-1-1 خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره.. 173

6-1-2خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره.. 176

6-2 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 181

6-2-1 نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]54MATLAB [ 182

6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره 192

6-3 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB 196

فصل هفتم.

نتیجه گیری و پیشنهادات 203

7-1 نتیجه گیری.. 204

7-2 پیشنهادات.. 206

 فهرست مراجع207

 فهرست علائم

تعریف علائم اختصاری

 SWCNTs : Single-Walled Carbon Nanotubes

MWCNTs : Multi-Walled Carbon Nanotubes

CNTs : Carbon Nano Tubes

MWNTs : Multi-Walled Nano Tubes

FED : Field Emission Devices

TEM : Transmission Electron Microscope

SEM : Scanning Electron Microscopy

CVD : Chemical Vapor Deposition

PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

SPM : Scanning Probe Microscopy

NEMs : Nano Electro Mechanical System

AFM : Atomic Force Microscopy

STM : Scanning Tunnelling Microscopy

FEM : Finite Element Modeling

ASME : American Society of Mechanical Engineers

RVE : Representative Volume Element

SLGS: Single-Layered Grephene Sheet

 فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 4-1:اتفاقات مهم در توسعه مواد در 350 سال گذشته .......................................................................76

جدول 5-1: خصوصیات هندسی و الاستیک المان تیر.................................................................................135

جدول5-2: پارامترهای اندرکنش واندر والس ...........................................................................................150

جدول6-1: اطلاعات مربوط به مش بندی المان محدود مدل قاب فضایی در نرم افزار ANSYS ...............184

جدول6-2 : مشخصات هندسی نانولوله های کربنی تک دیواره در هر سه مدل ...........................................185

جدول6-3: داده ها برای مدول یانگ در هر سه مدل توسط نرم افزار ANSYS .......................................186

جدول6-4 : داده ها برای مدول برشی در هر سه مدل توسط نرم افزار ANSYS .......................................187

جدول6-5: مقایسه نتایج مدول یانگ برای مقادیر مختلف ضخامت گزارش شده .......................................194

جدول 6-6 : مشخصات صفحات گرافیتی مدل شده با آرایش صندلی راحتی .............................................196

جدول 6-7 : مشخصات صفحات گرافیتی مدل شده با آرایش زیگزاگ .....................................................197

جدول 6-8 : مقایسه مقادیر E، G و به دست آمده از مدل های تدوین شده در این تحقیق با نتایج موجود در منابع .....................................................................202

 فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل 1-1 : میکروگراف TEMکه لایه های نانو لوله کربنی چند دیواره را نشان می دهد ...............................4

شکل 1-2: اشکال متفاوت مواد با پایه کربن ..................................................................................................6

شکل 1-3: تصویر گرفته شده TEM که فلورن هایی کپسول شده به صورت نانولوله های کربنی تک دیوارهرا نشان می دهد .................................................................................................................................................7

شکل 1-4 : تصویر TEM از نانولوله کربنی دو دیواره که فاصله دو دیواره در عکس TEM nm 36/0 میباشد ..............................................................................................................................................................8

شکل 1-5: تصویر TEM گرفته شده از نانوپیپاد .........................................................................................8

شکل 2-1: تصویر نانو لوله های تک دیواره و چند دیواره کشف شده توسط ایجیما در سال 1991................15

شکل 2-2: انواع نانولوله: (الف) ورق گرافیتی (ب) نانولوله زیگزاگ (0، 12) (ج) نانولوله زیگزاگ (6، 6) (د) نانولوله کایرال (2، 10) ................................................................................17

شکل 2-3 : شبکه شش گوشه ای اتم های کربن ............................................................18

شکل2-4 : تصویر شماتیک شبکه شش گوشه ای ورق گرافیتی، شامل تعریف پارامترهای ساختاری پایه و توصیف اشکال نانولوله های کربنی تک دیواره .........................................................

شکل 2-6 : نانو پیپاد ..............................................................21

شکل 2-7 : شکلشماتیک یک نانو لوله که از حلقه ها شش ضلعی کربنی تشکیل شده است .......22

شکل2-8 : تصویر شماتیک یک حلقه شش ضلعی کربنی و پیوندهای مربوطه........................22

شکل 2-9: تصویر شماتیک شبکه کربن در سلول های شش ضلعی .......................23

شکل 2-10: توضیح بردار لوله کردن نانو لوله، بصورت ترکیب خطی از بردارهای پایه b , a ..............23

شکل2-11: نمونه های نانولوله های صندلی راحتی، زیگزاگ و کایرال و انتها بسته آنها که مرتبط است با تنوع فلورن ها ................................................................................24

شکل 2-12: تصویر سطح مقطع یک نانو لوله .......................................................25

شکل 2-13: مراحل آزاد سازی نانو لوله کربن ..............................................33

شکل 2-14 : مراحل کمانش و تبدیل پیوندها در یک نانو لوله تحت بار فشاری ....................36

شکل 2-15: نحوه ایجاد و رشد نقایص تحت بار کششی الف: جریان پلاستیک، ب: شکست ترد (در اثر ایجاد نقایص پنج و هفت ضلعی) ج: گردنی شدن نانو لوله در اثر اعمال بار کششی ......................38

شکل 2-16: تصویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی SEM اعمال بار کششی بر یک نانو لوله ...........39

شکل 2-17: شکل شماتیک یک نانولوله کربنی به عنوان نوک AFM. .........................47

شکل2-18: نانودنده ها .........................................................50

شکل 3-1: آزمایش تخلیه قوس .....................................................................56

شکل 3-2: دستگاه تبخیر/سایش لیزری .............................................58

شکل 3-3 : شماتیک ابزار CVD ....................................................60

شکل 3-4 : میکروگرافی که صاف و مستقیم بودن MWCNTs را که به روش PECVD رشد یافته نشان می دهد ...................................62

شکل 3-5 : میکروگراف که کنترل بر روی نانو لوله ها را نشان می دهد: (الف) 40–50 nmو (ب). 200–300 nm ............................................................62

شکل 3-6: نانولوله کربنی MWCNT به عنوان تیرک AFM ...............................71

شکل 4-1: تصویر شماتیک ارتباط بین زمان و مقیاس طول روشهای شبیه سازی چند مقیاسی .........75

شکل 4-2: مدل سازی موقعیت ذرات در محیط پیوسته ..........................77

شکل 4-3: محدوده طول و مقیاس زمان مربوط به روشهای شبیه سازی متداول .....................82

شکل 4-4: تصویر تلاقی ابزار اندازه گیری و روش های شبیه سازی ......................82

شکل 4-5 : تصویر شماتیک وابستگی درونی روش ها و اصل اعتبار روش .................83

شکل 4-6: تصویر شماتیک اتمهای i،j وk و پیوندها و زاویه پیوند مربوطه .............85

شکل 4-7: موقعیت نسبی اتمها در شبکه کربنی برای بدست آوردن طول پیوندها در نانولوله ........85

شکل 4- 8 : المان حجم معرف در نانو لوله کربنی ......................................90

شکل 4- 9 : مدلسازی محیط پیوسته معادل ......................90

شکل 4- 10 : المان حجم معرف برای مدلهای شیمیایی، خرپایی و محیط پیوسته ...........92

شکل4-11 : تصویر شماتیک تغییر شکل المان حجم معرف ...............................92

شکل4-12 : شبیه سازی نانو لوله بصورت یک قاب فضایی .......................93

شکل4- 13 : اندرکنشهای بین اتمی در مکانیک مولکولی .................93

شکل4-14: شکل شماتیک یک صفحه شبکه ایکربن شامل اتم های کربن در چیدمان های ششگوشه ای.96

شکل 4-15: شکل شماتیک گروهای مختلف نانولوله کربنی ................97

شکل 4-16: وابستگی کرنش بحرانی نانولوله به شعاع با ضخامت های تخمینی متفاوت ..............98

شکل 5-1: نمایش نیرو وپتانسیل لنارد-جونز برحسب فاصله بین اتمی r ........................107

شکل 5-2: نمایش نیرو وپتانسیل مورس برحسب فاصله بین اتمی r ...................108

شکل 5-3: تصویر شماتیک اتمهای i،j وk و پیوندها و زاویه پیوند مربوطه ..............109

شکل5-4: فعل و انفعالات بین اتمی در مکانیک مولکولی ...................115

شکل5-5 : شکل شماتیک (الف) یک نانولوله صندلی راحتی (ب) یک نانولوله زیگزاگ .......116

شکل5-6 : شکل شماتیک یک نانولوله صندلی راحتی (الف) واحد شش گوشه ای (ب) نیرو های توزیع شده روی پیوند b ...............................................117

شکل5-7 : شکل شماتیک یک نانولوله زیگزاگ(الف) واحد شش گوشه ای(ب) نیرو های توزیع شده روی پیوند b ............................................................120

شکل5– 8 : تصویر شماتیک توزیع نیروها برای یک نانولوله کربنی تک دیواره ............122

شکل 5-9: تصویر شماتیک توزیع نیرو در یک نانولوله کربنی زیگزاگ ...............124

شکل5- 10: تصویر شماتیک(الف) نانولوله کربنی Armchair، (ب) مدل تحلیلی برای تراکم در جهت محیطی(ج) روابط هندسی ...........................125

شکل 5-11: تصویر شماتیک(الف) نانولوله کربنیZigzag(ب)مدل تحلیلی برای فشار در جهتمحیطی...129

شکل 5-12: تعادل مکانیک مولکولی و مکانیک ساختاری برای تعاملات کووالانس و غیر کووالانس بین اتم های کربن(الف) مدل مکانیک مولکولی (ب) مدل مکانیک ساختاری ....................132

شکل 5-13: منحنی پتانسیل لنارد-جونز و نیروی واندروالس نسبت به فاصله اتمی ...............133

شکل5-14: رابطه نیرو (بین پیوند کربن-کربن) و کرنش بر اساس پتانسیل بهبود یافته مورس ......137

شکل 5-15:استفاده از المانمیله خرپایی برای شبیه سازی نیروهای واندروالس ............138

شکل5-16: منحنی نیرو-جابجائی غیر خطی میله خرپایی ..................139

شکل 5-17: تغییرات سختی فنر نسبت به جابجائی بین اتمی ..................140

شکل 5-18: مدل های المان محدود ایجاد شده برای اشکال مختلف نانولوله(الف):صندلی راحتی (7،7) (ب):زیگزاگ(7،0) (ج): نانولوله دودیواره (5،5) و (10،10) .................140

شکل5-19: المان های نماینده برای مدل های شیمیایی ، خرپایی و محیط پیوسته ..142

شکل 5-20: شبیه سازی نانولوله های کربنی تک دیواره به عنوان ساختار قاب فضایی .............144

شکل5-21: شرایط مرزی و بارگذاری بر روی مدل المان محدود نانو لوله کربنی تک دیواره: (الف) زیگزاگ (7،0) ، (ب) صندلی راحتی (7،7) ، (ج) زیگزاگ (0،10) ، (د) صندلی راحتی (7،7) .................................145

شکل5-22: شرایط مرزی و بارگذاری بر روی مدل المان محدود نانو لوله کربنی چند دیواره: (الف) مجموعه 4 دیواره نانولوله زیگزاگ (5،0) (14،0) (23،0) (32،0) تحت کشش خالص ، (ب) مجموعه 4 دیواره نانولوله صندلی راحتی (5،5) (10،10) (15،15) (20،20) تحت پیچش خالص ..........................145

شکل5-23: نانولوله تحت کشش ...............................147

شکل5-24: یک نانولوله کربنی تک دیواره شبیه سازی شده به عنوان ساختار قاب فضایی ...........148

شکل5-25 : شکل شماتیک اتمهای کربن و پیوند های کربن متصل کننده آنها در ورق گرافیت ..148

شکل 5-26: نمودار Eωa بر حسب فاصله بین اتمی ρa ........................150

شکل 5-27: شکل شماتیک شش گوشه ای کربن و اتم های کربن و پیوندهای کواالانس و واندروالس .....151

شکل5-28: شکل شماتیک شش گوشه ای کربن که تنها پیوندهای کووالانس را نشان می دهد .....151

شکل5-29 : سه حالت بارگذاری برای معادل سازی انرژی کرنشی مدل ها ....................152

شکل5-30 : شکل شماتیک از شش گوشه ای کربن و نیرو های غیر پیوندی ............154

شکل5-31 : شکل شماتیک شش گوشه ای کربن با در نظر گرفتن 9 پیوند واندروالس بین اتم های کربن ...154

شکل5-32: یک مدل جزئی از ساختار شبکه ای رول نشده که نانولوله کربنی را شکل می دهد. شش ضلعی های متساوی الاضلاع نماینده حلقه های شش ضلعی پیوند های کووالانس کربن می باشد، که هر رأس آن محل قرار گیری اتم کربن می باشد .................................................156

شکل5-33: شکل یک حلقه کربن به صورت یک شش ضلعی متساوی الاضلاع و هر اتم کربن به عنوان گره با نامگذاری قراردادی ......159

شکل 5-34: شکل یک ذوزنقه متساوی الساقین از حلقه شش گوشه ای کربن (الف) در فضای x و y (ب) شکل نگاشت یافته در فضای r و s ..........................................159

شکل 5-35: المان ذوزنقه ای هم اندازه و مشابه المان اصلی ABCF که در صفحه به اندازه زاویه θ چرخیده است ..........................................................163

شکل 5-36 : شش حالت ممکن ذوزنقه شکل گرفته در شش گوشه ای کربن ABCDEF. هر ذوزنقه یک شکل دوران یافته از دیگری است ..................................166

شکل 5-37 : حلقه شش گوشه ای کربن ABCDEF که تشکیل شده از دو ذوزنقه ABCD و DEFC، دراین شکل نشان داده شده که در این حالت تنها CF ایجاد شده است ..................167

شکل 5-38: شکل شماتیک حلقه کربن شش گوشه ای به عنوان المان پایه صفحه گرافیتی .........168

شکل 5-39 : پارامترهای هندسی ورق گرافیتی .......................169

شکل 5-40 : مدل ورق گرافیتی زیگزاگ.ورق گرافیتی تک لایه a)تحت کشش b)تحت بار های مماسی..170

شکل6-1: شکل شماتیک(الف) یک نانولوله صندلی راحتی(ب) یک نانولوله زیگزاگ ........172

شکل 6-2 : تغییرات مدول یانگ در جهت محوری E.........................173

شکل 6-3 : تغییرات مدول برشی G .........................................174

شکل 6-4 : تغییرات مدول یانگ در جهت محوری E نانولوله های کربنی با قطر یکسان، نسبت به ضخامت دیواره t ............................................174

شکل 6-5: تغییرات مدول برشی نانولوله های کربنی با قطر یکسان نسبت به ضخامت دیواره t.........175

شکل 6-6: تغییرات نسبت پواسون .................................175

شکل 6-7 : تغییرات مدول یانگ در جهت محیطی( Eθ) ...........................176

شکل 6-8: تغییرات مدول یانگ در جهت محیطی( Eθ) نانولوله های کربنی با قطر یکسان، نسبت به ضخامت دیواره t.............................177

شکل 6-9: تغییرات نسبت پواسون(νθz) ..................................177

شکل 6-10: مقایسه تغییرات مدول یانگ در جهت محوری E نسبت به قطر...............178

شکل 6-11: مقایسه تغییرات مدول یانگ در جهت محیطی ( Eθ) نسبت به قطر...............179

شکل 6-12: مقایسه تغییرات مدول برشی نسبت به قطر................................179

شکل 6-13: مقایسه تغییرات نسبت پواسون(νθz) نانولوله های کربنی نسبت به قطر............180

شکل6-14: نمودار تنش-کرنش برای نانولوله کربنی صندلی راحتی..................181

شکل6-15: شکل شماتیک شش گوشه ای کربن همرا با تنها 6 پیوند کووالانس.........181

شکل6-16: شکل شماتیک شش گوشه ای کربن و اتم های کربن و6 پیوند کواالانس و6پیوند واندروالس..182

شکل6-17: شکل شماتیک شش گوشه ای کربن با در نظر گرفتن 9 پیوند واندروالس بین اتم های کربن...182

شکل6-18: مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره صندلی راحتی و زیگزاگ ......183

شکل6-19: نانولوله های کربنی تک دیواره صندلی راحتی(12،12) و زیگزاگ(14،0) تحت تست کشش...184

شکل6-20:کانتور تغییر شکل نانولوله های کربنی تک دیواره صندلی راحتی(12،12) تحت تست کشش....185

شکل6-21: نانولوله های کربنی تک دیواره صندلی راحتی(12،12) تحت تست پیچش .....186

شکل6-22: کانتور تغییر شکل نانولوله های کربنی تک دیواره صندلی راحتی(12،12) تحت تست پیچش ..187

شکل 6-23: مقایسه تغییرات مدول یانگ نانولوله تک دیواره صندلی راحتی نسبت به قطر برای هر سه مدل اجزاء محدود .........................................188

شکل 6-24: مقایسه تغییرات مدول یانگ نانولوله تک دیواره زیگزاگ نسبت به قطر برای هر سه مدل اجزاء محدود .......................188

شکل 6-25: مقایسه تغییرات مدول برشی نانولوله تک دیواره صندلی راحتی نسبت به قطر برای هر سه مدل اجزاء محدود .....................................189

شکل 6-26: مقایسه تغییرات مدول برشی نانولوله تک دیواره زیگزاگ نسبت به قطر برای هر سه مدل اجزاء محدود ...................................190

شکل 6-27:مقایسه تغییرات نسبت پواسون نانولوله تک دیواره نسبت به قطر برای هر سه مدل اجزاء محدود.190

شکل 6-28: مدل اجزاء محدود نانولوله تک دیواره (12و12) بعد از تست کشش ...........191

شکل 6-29: مدل اجزاء محدود نانولوله تک دیواره (12و12) بعد از تست پیچش ........192

شکل6-30: شماتیک سه شکل نانولوله: مدل مولکولی، مدل ساختاری، و مدل معادل پیوسته ......193

شکل6-31: فاصله بین لایه های ورق گرافیتی ..............193

شکل 6-32: مقایسه مدول یانگ برای نانولوله کربنی (8،8) در ضخامت های مختلف با نتایج موجود در مراجع ........195

شکل 6-33 : پارامترهای هندسی ورق گرافیتی .....................................196

شکل 6-34: شکل شماتیک حلقه کربن شش گوشه ای به عنوان المان پایه صفحه گرافیتی.........197

شکل 6-35: مقایسه تغییرات مدول یانگ صفحه گرافیتی تک دیواره صندلی راحتی نسبت n, t....... 198

شکل 6-36: مقایسه تغییرات مدول یانگ صفحه گرافیتی تک دیواره زیگزاگ نسبت n, t........198

شکل 6-37: مقایسه تغییرات مدول برشی صفحه گرافیتی تک دیواره صندلی راحتی نسبت n, t ...199

شکل 6-38: مقایسه تغییرات مدول برشی صفحه گرافیتی تک دیواره زیگزاگ نسبت n, t ..199

شکل 6-39 : مقایسه تغییرات نسبت پواسون صفحه گرافیتی تک دیواره صندلی راحتی نسبت n.......200

شکل 6-40: مقایسه تغییرات نسبت پواسون صفحه گرافیتی تک دیواره زیگزاگ نسبت n ..200

بررسی آلیاژهای حافظه دار صنعتی

عنوان تحقیق: بررسی آلیاژهای حافظه دار صنعتی

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 113

شرح مختصر:

با گذشت زمان، علم و فناوری، تأثیر زیادی از مواد پیشرفته و جدید خواهد پذیرفت که در این میان، آلیاژهای حافظه‌دار جایگاه ویژه‌ای به خود اختصاص داده‌اند. این دسته از مواد، با قابلیت‌های بی‌نطیری که تاکنون از خود بروز داده‌اند، فصلی جدید را در فناوری پیشرفته و روز دنیا گشوده‌اند.

اولین مشاهدات ثبت‌شده در مورد پدیده‌ی حافظه‌داری به سال 1932 میلادی، در مورد آلیاژ Au-Cu بر‌می گردد. در سال 1938 پیدایش و پس از آن، از بین رفتن یک فاز معین در اثر کاهش و افزایش دما در آلیاژ Cu-Zn گزارش شد. در نهایت، پایه و اساس رفتار حافظه‌داری و ترمو الاستیک (الاستیک حرارتی)، بین سال‌های 1949 تا 1951 تشریح و تفسیر گردید. از آن زمان به بعد، این آلیاژها، به مرور کاربرد‌های فراوانی یافتند؛ تا این‌که امروزه، رد پای این آلیاژها را در صنایع هوافضا، صنایع پزشکی، خودروسازی، روباتیک و...، به‌وضوح می‌توان مشاهده نمود.

علوم و تکنولوژی در قرن آینده به طور قطع تاثیر زیادی از مواد جدید خواهد گرفت . آلیاژ های حافظه دار یکی از این مواد نو هستند.این آلیاژها جزء گروهی از آلیاژهای فلزی هستند که این توانایی را دارند که اگر آنها را تا بالای دمای ویژه ای گرم کنیم ؛ قادر به بازیابی شکل اولیه خود خواهند بود.

درواقع آلیاژهای حافظه‌دار [1] موادی هستند که خصوصیات حافظه‌پذیری دارند. چنانچه یک آلیاژ حافظه‌دار مقداری تغییر شکل دهد و سپس تا دمایی بالاتر از دمای تغییر شکلش گرم شود، می‌تواند به شکل اولیه خود باز گردد.دمای تغییر فرم، دمای تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت و بالعکس است. این دو فاز، دارای خواص کاملا متفاوتی هستند.‏

 فهرست

 چکیده‌ج

فصل اول: معرفی سوپرآلیاژها

مقدمه. 2

معرفی و به کارگیری سوپرآلیاژها4

1-2- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها5

1-3- کاربردها6

1-4- شکل سوپر آلیاژها7

1-5- دمای کاری سوپرآلیاژها8

فصل دوم:انتخاب و تقسیم بندی سوپرآلیاژها9

 فصل دوم:انتخاب و تقسیم بندی سوپرآلیاژها

2-1- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده10

2-1-1- سوپر آلیاژهای کار شده10

2-1-2- سوپر آلیاژهای ریخته. 11

2-2- خواص سوپر آلیاژها12

2-2-1- خواص مکانیکی. 12

2-2-2- خواص فیزیکی و چگالی. 14

2-3- انتخاب سوپر آلیاژها14

2-4-1- سوپرآلیاژهای کارپذیر16

2-4-2- سوپرآلیاژهای متالورژی پودر17

2-4-3- سوپرآلیاژهای پلی‌کریستال ریختگی. 18

4-2-4- سوپرآلیاژهای تککریستالی انجماد جهتدار18

2-5-1- سوپرآلیاژهای پایه نیکل. 23

2-5-2- سوپرآلیاژهای پایه آهن. 23

2-5-3- سوپرآلیاژهای پایه کبالت.. 24

 فصل سوم:متالورژی سوپر آلیاژها (عناصر آلیاژی و اثرات آن بر ریزساختارها)

مقدمه. 26

عناصر اصلی در سوپر آلیاژها26

عناصر جزئی مفید در سوپر آلیاژها27

عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد27

عناصر ناخواسته و مضر در سوپر آلیاژها28

عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون. 28

3-7- خلاصه عناصر آلیاژی. 28

3-8- ریز ساختارها29

3-8-1-مقدمه. 29

3-8-2- خلاصه فازها در سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن ـ نیکل. 29

3-9- نمونه ریز ساختارها30

3-10- تاثیر فرایند بر بهود ریز ساختار31

 فصل چهارم:فرآیندهای تولید سوپرآلیاژها

4-1- ریخته گری دقیق. 34

4-1-1-ریخته گری دقیق چیست؟34

4-1-2-کاربرد در سوپر آلیاژها34

4-2- محصولات ریخته گری دقیق. 35

4-2-1-قطعات چند بلوری. 35

4-3- شکل دهی سوپر آلیاژها39

3-4-1- مقدمه. 39

3-4-2- نقش عناصر آلیاژی بر قابلیت شکل پذیری. 41

3-4-3- تاثیر شرایط آلیاژ بر شکل پذیری. 42

4-4- متالورژی پودر43

4-4-1-مقدمه. 43

4-4-2-تاریخچه. 44

4-4-3-سوپر آلیاژهای متالورژی پودر امروزی. 46

4-4-4-سوپر آلیاژهای پایه کبالت متالورژی پودر48

4-5-عملیات حرارتی. 49

4-5-1-چرا عملیات حرارتی انجام می گیرد؟49

4-5-2-عملیات حرارتی چیست؟49

4-5-3-عملیات حرارتی مشترک سوپر آلیاژها50

4-5-4- تعدادی از عملیات حرارتی ناآشکار50

4-6- فن آوری و روش اتصال. 52

4-6-1- مقدمه. 52

4-6-2- اتصال سوپرآلیاژها54

4-6-3- اتصال انواع آلیاژها54

4-7- ماشین کاری. 56

4-7-1- مقدمه. 56

4-7-2-روش های ماشین کاری. 57

4-7-3- مروری بر ماشین کاری سوپر آلیاژها57

4-7-4مواد ابزار برشی. 58

4-7-5-عمر ابزار60

4-7-6-سنگ زنی. 60

4-7-7-مقایسه ساخت.. 61

4-7-8-عملیات ماشین کاری ویژه63

 فصل پنجم:ارتباط بین ساختار و خواص

5-1-مقدمه. 69

5-1-1-ریز ساختار69

5-1-2-خواص مکانیکی. 69

5-1-3-لکه. 70

5-1-4-اکسید و پوسته. 70

5-2-جلوگیری ، کاهش و اندازه گیری آلودگی های فلزی. 71

5-3-اثرات عناصر مضر (سنگین) بر خواص... 71

5-4-دسترسی به اطلاعات خواص... 76

5-5-خواص سوپرآلیاژهای کارشده77

 فصل ششم:خوردگی و حفاظت سوپر آلیاژها

6-1-مقدمه. 80

6-2خلاصه فرایند اکسیداسیون. 81

6-3-حفاظت در مقابل اکسیداسیون و خوردگی داغ. 83

6-4-پوشش هایی برای حفاظت سوپر آلیاژها83

6-4-1-پیشینه. 83

6-4-2-انواع پوشش ها84

 فصل هفتم:نگاهی به گذشته و آینده

7-1-قرن بیستم. 88

7-1-1-توسعه تا سال 1960 میلادی. 88

7-1-2-نمودار پیشرفت استحکام / دما سوپر آلیاژها89

7-1-3-چهار دهه آخر91

7-1-4-نمودارهای دیگر سوپر آلیاژها92

7-1-5-نتیجه پیشرفت ها95

7-2-قرن بیست و یکم. 96

7-2-1-مواد جایگزین. 96

7-2-2-شبیه سازی مدل. 96

7-2-3-دورنمای آینده نزدیک.. 98

7-2-4-بعضی از آلیاژهای بهبود یافته حال حاضر99

7-2-5-دورنمای بلند مدت.. 100

منابع:103

فهرست جداول

جدول 4-1 ـ ترکیب شیمیایی تعدادی از سوپر آلیاژهای متالورژی پودر47

جدول 4-2 ـ کاربرد سوپر آلیاژهای متالورپی پودر سیستم های موتوری. 47

جدول 4-3 ـ کاربردهای هوا فضایی سوپر آلیاژهای متالورژی. 47

جدول 4-4 ـ موتورها و سیستم های استفاده کننده از سوپر آلیاژهای متالورژی پودر در شرایط پرس گرم و ایزواستاتیک 48

جدول 4-5 ـ عملیات حرارتی تابکاری انحلالی و سیکل های پیر سخت کردن آلیاژهای کار شده مقاوم در برابر حرارت 51

جدول 4-6 ـ عملیات حرارتی تابکاری انحلالی و سیکل های پیر سخت کردن آلیاژهای پایه نیکل رسوب سخت شده52

جدول 4-7 ـ تعدادی از فولادهای تندبر به کار رفته در ماشین کاری سوپر آلیاژها59

جدول 4-8 ـ تعدادی از کاربیدهای تف جوشی شده به کار رفته در ماشین کاری سوپر آلیاژها59

جدول 4-9- زمان ساخت لازم برای تولید قطعه ای از سوپر آلیاژهای پایه نیکل Hastelloy X, Rene 41 و سوپر آلیاژ پایه نیکل Hastelloy X, Rene 41 و سوپر آلیاژ پایه کبالت HS-25 زمان به ازائ قطعه و زمان کلی تولید .62

جدول 4-10 ـ رده بندی ساخت سوپر آلیاژهایی که زمان ساخت آنها در جدول نشان داده شده است.63

جدول 5-1 ـ نتایج تنش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل ریخته MAR-M-002 نیتروپن دار یا سیلیسیم دار74

 فهرست اشکال

شکل 1-1 ـ استحکام گسیختگی سوپر آلیاژها4

شکل 2-2 ـ مقایسه استحکام گسیختگی سوپر آلیاژهای معمولی با یک آلیاژ ODS. 13

شکل 2-3- قطعه نمونه تهیه شده از آلیاژ کارپذیر16

شکل 2-4- قطعه نمونه ساخته شده از سوپرآلیاژ پلی کریستال. 18

شکل 2-5- قطعه نمونه تهیه شده از سوپرآلیاژ پایه آهن. 24

شکل 3-3 ـ درشت ساختار سه نوع تیغه توربین PC (چپ) CGDS (وسط) SCDS (راست)32

شکل 3-4 ـ درشت ساختار تا ریزساختار یک تک بلور سوپر آلیاژ پایه نیکل. 33

شکل 4-1 ـ کوره قدیمی ریخته گری تولید قطعات DS. 36

شکل 4-2 ـ پره های هدایت و اجزاء آن از آلیاژ پایه کبالت ریخته چند بلوری. 37

شکل 4-3- پره های هوا و قطعات دیگر توربین گاز ریخته گری دقیق شده37

شکل 4-4- تیغه توربین توخالی ریخته چند بلوری با طرح خنک کنندگی ساده به همراه سطح مقطع تعدادی قطعات خنک کننده دیگر.38

شکل 4-5- مقطعی از تیغه با شکل پیچیده از جنس آلیاژ پایه نیکل چند بلوری. 38

شکل 4-6 ـ یک قطعه ریخته بزرگ.. 39

شکل 4-7 ـ موتور توربین گاز ریخته گری شده (a) افشانک های یکپارچه چند بلوری (b) گدنده های یکپارچه 39

شکل 4-8 ـ اثر کار سرد بر سختی تعدادی از سوپر آلیاژها و فولادها41

شکل 4-9 ـ مراحل فرآیند تولید دیسک کمپرسور توربین به روش متالورژی پودر و کاهش وزن اولیه در این روش در مقایسه با روش تولید سنتی. 44

شکل 4-10 ـ قطعات استفاده شده برای مقایسه قابلیت ماشین کاری داده شده در جدول های 4-7 و 4-8 62

شکل 5-1- اثرات Te, Se, Pb بر خواص تنش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل کاری شده Nimonic 105 در دمای C 815 و (a) 350 Mpa عمر گسیختگی (b) درصد کاهش سطح (RA)72

شکل 5-4 ـ اثر مقدار Bi و ریز ساختار بر عمر گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل ریخته MAR-M-002 در شرایط (a)CGDS(b), PC در جهت عمود بر مرز دانه ها و (c)cgds در جهت موازی با مرزدانه ها.74

شکل 5-3- اثر سرب بر رفتار خزش و پیدایش ترک در آلیاژ کار شده Nimonic 105 در دمای 815 C و تنش 232 Mpa .74

شکل 5-6 ـ اثر مقدار سرب بر خواص خزش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل IN-718. 76

شکل 5-7 ـ استحکام گسیختگی 1000 ساعت سوپر آلیاژهای پایه نیکل کار شده نسبت به دما.78

شکل 5-8 ـ استحکام گسیختگی 1000 ساعت سوپر آلیاژهای پایه کبالت و پایه آهن ـ نیکل نسبت به دما78

شکل 7-1 ـ توانایی دما ، استحکام سوپر آلیاژهای منتخب به صورت تابعی از سال پیدایش (1945 تا 1970) a کمپرسور و دیسک توربین b محفظه احتراق c پره توربین d تیغه های توربین.90

شکل 7-2 ـ توانایی دما ـ استحکام سوپر آلیاژهای پایه نیکل منتخب به صورت تابعی از سال پیدایش (تقریباً 1950 تا 1990)91

شکل 7-3 ـ پیشرفت استحکام تسلیم سوپر آلیاژ دیسک توربین از سال 1940 تا 1990. 93

شکل 7-4 ـ افزایش دما ت استحکام سوپر آلیاژ های پایه نیکل از سال 1942 تا 1982 میلادی دماهای نشان داده شده دماهای لازم برای گسیختگی در 1000 ساعت و تنش Mpa 150 هستند .94

شکل 7-5- افزایش توانایی دما-استحکام سوپرآلیاژهای پره های توربین بزرگ به صورت تابعی از سال پیدایش(تقریبا از سال 1950 تا 1990) نتایج پیشرفت انواع pc ، CGDS ، SCDS آلیاژ IN-738 را نشان می دهد.94

شکل 7-3- افزایش توانایی دما-استحکام سوپرآلیاژها به صورت تابعی از سال پیدایش – تقریبا 1942 تا 1990. 101

شکل 7-4. 102

بررسی سازه‌های پارچه‌ای و خصوصیات مکانیکی پارچه‌های آن

عنوان تحقیق: بررسی سازه‌های پارچه‌ای و خصوصیات مکانیکی پارچه‌های آن

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 97

شرح مختصر:

از دیر هنگام استفاده از سازه های پارچه ای در زندگی بشر نقش اساسی داشته است. انسانها از سازه های پارچه ای (چادر) به عنوان سرپناه برای محافظ از سرما و برف و باران استفاده می کردند. اما سازه های پارچه های امروزی تغییرات فراوانی کرده است. سازه های پارچه در این مقاله در مورد آن بررسی انجام گرفته است از پارچه های کامپوزیتی ساخته شده و بیشتر در سقف های استودیوم، نمایشگاه و سایه بان­ها استفاده می گردد. در صنعت نساجی پارچه های کامپوزیتی از ترکیب پلی استر و رزین وینیل و همچنین الیاف شیشه و رزین تفلن تولید می شوند.

امروزه الیاف، انواع پارچه‌ها و دیگر مواد نساجی در ساختمان‌سازی جایگاه مناسبی پیدا کرده‌اند. زیرا نسبت به آجر و ملات، سبکتر و قابل انعطاف‌ بوده و در زمان بسیار کمی بنا می‌شوند. همچنین توانایی پوشاندن سطح وسیعی را با بکار بردن کمترین مواد را دارند. در این پروژه علاوه بر معرفی و ضرورت سازه‌های پارچه‌ای، خواص مکانیکی پارچه کامپوزیتی مورد استفاده در آنها بررسی می‌شود که نمونه پارچه کامپوزیتی مورد استفاده در سازه های پارچه ای که در این پروژه مورد بررسی شده از شرکت اطلس تهیه شده و تنها یک نمونه انتخاب و خواص آن اندازه گیری شده است. برای درک بهتر این خواص، مقایسه‌ای بین این پارچه و پارچه مورد استفاده در پوشاک انجام گرفته که نمونه (پارچه پیراهنی) از کارخانه یزدباف تهیه گردیده و تنها یک نمونه مورد آزمایش قرار گرفته است که شامل مقایسه استحکام، سختی خمشی، سختی برشی و خواص ظاهری (جنس، وزن، تراکم و...) می‌باشد. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که پارچه کامپوزیتی 4 برابر پارچه پیراهنی استحکام داشته و سختی خمشی آن در جهت تار 60 برابر و در جهت مورب 32 برابر پارچه پیراهنی می‌باشد و علاوه بر این 5 برابر پارچه پیراهنی وزن دارد.

 کلمات کلیدی: پارچه کامپوزیتی- خواص مکانیکی- سازه پارچه‌ای

فهرست مطالب

چکیده

فصل اول: آشنایی کلی با سازه‌های پارچه‌ای

بخش اول: مواد کامپوزیتی و خصوصیات آنها1

1-1- تاریخچه 1

2-1- مقدمه 2

3-1- کامپوزیتها چه هستند5

4-1- صنعت کامپوزیتها 8

1-4-1- کامپوزیتهای مصرفی8

2-4-1- کامپوزیتهای صنعتی9

3-4-1- کامپوزیتهای پیشرفته9

5-1- ساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکب10

6-1- چرا کامپوزیتها متفاوتند11

7-1- کامپوزیتها از نقطه نظر دیگر13

8-1- طبقه بندی کامپوزیتها14

1-8-1- کامپوزیتهای الیافی (رشته‌ای15

2-8-1- کامپوزیتهای لایه‌ای16

3-8-1- کامپوزیتهای ذره‌ای17

4-8-1- کامپوزیتهای پولکی17

5-8-1- کامپوزیتهای پرشده17

9-1- مزایای هشتگانه کامپوزیتها (پلاستیکهای تقویت شده با الیاف FRP19

1-9-1- انعطاف پذیری در طراحی19

2-9-1- پایداری ابعاد19

3-9-1- ساخت قطعات به شکل یکپارچه19

4-9-1- مقاومت بالا 20

5-9-1- سبکی وزن 20

6-9-1- هزینه تجهیزات متوسط20

7-9-1- هزینه پرداختکاری پایین20

8-9-1- مقاومت در برابر خوردگی بالا20

بخش دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده قبلی21

10-1- شبیه سازی سه بعدی زیرلایه‌های کامپوزیت بافته شده برای صفحه مدارهای چند لایه‌ای21

11-1- شبیه‌سازی تصادفی شکل گیری کامپوزیتهای بافته شده21

12-1- روش میکرو سطح/ ماکرو سطح و مولتی سطح برای آنالیز ورقه‌های کامپوزیت پارچه‌های بافته شده 22

1-12-1- روش میکروسطح / ماکروسطح و مولتی سطح24

13-1- روندهای نمونه برداری برای کامپوزیت‌های بافته شده هشت وجهی سه‌بعدی.. 26

1-13-1- فرایند تولید برای کامپوزیتهای بافته شده سه بعدی28

14-1- تست فریم تصویری تقویت‌های کامپوزیت بافته شده با یک ثبت واتنش میدان کامل29

15-1- مدل‌های میکرو مکانیکی برای رفتار خمش کامپوزیت بافته شده30

بخش سوم: سازه‌های پارچه‌ای32

16-1- سازه‌های پارچه‌ای 32

17-1- خصوصیات مواد نساجی34

18-1- پارچه‌های مورد استفاده در سازه‌های پارچه‌ای35

19-1- انواع سازه‌های پارچه‌ای35

20-1- مزیت‌های سازه‌های پارچه‌ای37

21-1- انتخاب سازه‌های پارچه‌ای37

22-1- کاربردهای امروزه38

فصل دوم: مقایسه خصوصیات مکانیکی پارچه کامپوزیتی با پارچه پیراهنی

بخش اول: روش انجام آزمایشات 42

1-2- مقدمه 42

2-2- معرفی مواد مورد آزمایش42

1-2-2- پارچه کامپوزیتی (سازه پارچه‌ای42

1-1-2-2- خصوصیات پارچه کامپوزیتی 42

2-2-2- پارچه پیراهنی 43

1-2-2-2- خصوصیات پارچه پیراهنی43

3-2- اندازه‌گیری ضخامت با دستگاه44

1-3-2- اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی44

2-3-2- اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی 45

4-2- تعریف خواص مکانیکی 46

1-4-2- خاصیت کشسانی و قانون هوک46

5-2- خواص مکانیکی پارچه47

1-5-2- استحکام 47

2-5-2- مقاومت خمشی 47

3-5-2- قابلیت ازدیاد طول48

6-2- طول خمشی 48

1-6-2- سختی خمشی 51

2-6-2- مدول خمشی 51

7-2- استحکام پارچه 52

1-7-2- مقدمه 52

2-7-2- خصوصیات موثر بر خواص استحکامی کششی پارچه52

3-7-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه55

4-7-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه با باریکه‌ای از پارچه56

بخش دوم: نتایج بدست آمده از آزمایشات58

8-2- محاسبه سختی خمشی58

1-8-2- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت تار58

2-8-2- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ^ס4558

3-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت تار 59

4-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت پود 59

5-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت مورب ^ס4560

9-2- محاسبه استحکام 61

1-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت تار61

2-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ^ס4562

3-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت تار 63

4-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت پود 64

5-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت مورب ^ס45 65

10-2- محاسبه سختی برشی66

1-10-2- سختی برشی برای پارچه کامپوزیتی66

2-10-2- سختی برشی برای پارچه پیراهنی66

فصل سوم: نتیجه‌گیری

1-3- مقدمه 67

2-3- مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی67

3-3- مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی68

4-3- نتایج  68

ضمائم 69

منابع و مآخذ

فهرست منابع فارسی 95

فهرست منابع غیرفارسی 96

فهرست جداول

1-2- جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی44

2-2- جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی45

3-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت تار61

4-2- جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت تار61

5-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (^o4562

6-2- جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (^o4562

7-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت تار63

8-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت تار63

9-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت پود64

10-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت پود64

11-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت مورب (^o4565

12-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت مورب (^o4565

1-3- جدول: مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی67

2-3- جدول: مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی68

فهرست شکل‌ها

1-1- شکل: کامپوزیت طبیعی5

2-1- شکل: کاهگل (خشت7

3-1- شکل: واسطه ارتباط بین الیاف و ماتریس11

4-1- شکل: تفاوت ساختاری بین کامپوزیتها و فلزات12

5-1- شکل: شکل کلی انواع کامپوزیت‌ها15

6-1- شکل: طبقه بندی کامپوزیتها از دیدگاه دیگر18

7-1- شکل: روش چند سطحی برای ساختمان های کامپوزیت پارچه بافته شده25

8-1- شکل: ترمینال حج در عربستان سعودی 32

9-1- شکل: گنبد پارچه‌ای در لندن33

10-1- شکل: استادیوم ورزشی در کالیفرنیا 33

11-1- شکل: ساختار سازه پارچه‌ای34

12-1- شکل: چگونگی تشکیل سازه پارچه‌ای35

13-1- شکل: سازه‌های هوایی36

14-1- شکل: سازه‌های کششی36

15-1- شکل: سقف خانه38

16-1- شکل: گنبد 39

17-1- شکل: سالن‌های نمایش39

18-1- شکل: استادیوم‌های ورزشی40

19-1- شکل: پارکهای تفریحی40

20-1- شکل: سالن نمایشگاه41

1-2- شکل: منحنی تنش- کرنش یک ماده در منطقه‌ای که رفتار کشسان از خود نشان می‌دهد46

2-2- شکل: اصول اندازه گیری خمش پارچه 49

3-2- شکل: روش آزمایشگاهی بررسی خمش پارچه50

4-2- شکل: اثر تاب بر استحکام نخ53

5-2- شکل: دستگاه استحکام سنج کششی پارچه57