گام محققان ایرانی در پیش‌بینی رفتار سازه‌های نانوکامپوزیتی

پژوهشگران ایرانی در تحقیقات خود به بررسی ارتعاشات مکانیکی سازه‌های نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی پرداختند؛ این مطالعات گامی مؤثر در پیش‌بینی رفتار سازه‌های حاوی این نانوکامپوزیت‌ها به هنگام کاربرد عملی بوده و می‌تواند راهنمای خوبی در استفاده‌ بهینه از این مواد باشد.

کد خبر: ۱۱۹۲۵۲۹

تاریخ: ۳۰ فروردين ۱۳۹۴ - ۰۸:۴۴

به گزارش خبرگزاری دانا، دکتر محمود حشمتی، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی کرمانشاه و محقق طرح اظهار کرد: تولید و توسعه‌ نانولوله‌های کربنی و استفاده از آن‌ها به عنوان فاز تقویت کننده‌ مواد پلیمری، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. از این رو بسیاری از مطالعات انجام شده در این زمینه، به بررسی خواص مکانیکی آن‌ها اختصاص داده شده است. با این وجود، فهم خصوصیات مکانیکی سازه‌های نانوکامپوزیتی هنوز در مراحل اولیه قرار دارد. این در حالی است که توسعه و رشد این سازه‌ها تنها در حالتی مقدور خواهد بود که فیزیک حاکم بر رفتار آن‌ها به خوبی درک شود.

وی در خصوص اهمیت این موضوع عنوان کرد: واضح است که استفاده از این نانوساختارها به عنوان جزیی از یک سازه‌ واقعی، هدف نهایی توسعه‌ این دسته از مواد است. در نتیجه نیاز است که پاسخ کلی کامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌ کربنی را به عنوان جزیی از یک سازه‌ واقعی مشاهده کرد. بنابراین هدف پژوهش حاضر، مطالعه‌ اثر نانولوله‌ کربنی بر پاسخ ارتعاشی سازه‌های نانوکامپوزیتی و تعیین استراتژی و روش تحلیل این دسته از مسائل مهندسی بوده است.

وی در ادامه افزود: در این راستا، یک مدل آماری دو مقیاسی برای محاسبه‌ خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی ارائه شده است. همچنین بر اساس داده‌های تجربی، تابع‌های احتمال توزیع پارامترهای مرتبط معرفی شده‌اند. در نهایت نیز اثر پارامترهای مختلف بر ارتعاشات سازه‌های نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی بررسی شده‌ است.

به گفته‌ این محقق، در این کار یک استراتژی روشن و مدل دقیق برای تحلیل این دسته از کامپوزیت‌ها ارائه شده است که در آن تمام عدم قطعیت‌های مربوط به این نانوکامپوزیت‌ها به حساب آورده شده‌ است. مدل ارائه شده، پیش بینی دقیقی از رفتار سازه‌های نانوکامپوزیتی را به دست می‌دهد. علاوه بر آن راهکارهایی جهت استفاده‌ بهینه از نانومواد و جلوگیری از هدر رفت مواد و هزینه‌ها در ساخت نانوکامپوزیت‌ها پیشنهاد شده است.

محقق طرح تصریح کرد: این نتایج کاربردهای زیادی در صنایع هوافضا، خودروسازی و سازه‌های مکانیکی دارند و یا در ابعاد کوچکتر می‌توانند در ساخت حسگرها، میکروعملگرها و میکروسکوپ‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

حشمتی در ادامه، موارد مطالعه شده در این تحقیق را ذکر کرد و افزود: در مطالعه‌ حاضر اثر ساختار نانولوله‌های کربنی شامل طول، قطر، حالت موجی شکل و خوشه‌ای شدن بر ارتعاشات تیرهای پلیمری تقویت شده با نانولوله‌های کربنی بررسی شده است. برای این منظور، با استخراج تابع‌های احتمال توزیع تصادفی پارامترهای دخیل در نانوکامپوزیت‌ها و به کمک شبیه سازی مونت-کارلو، خواص مکانیکی نانولوله‌ موجی شکل استخراج شده و در نهایت یک مدل آماری دو مقیاسی برای محاسبه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی ارائه شده است. نتایج به دست آمده نشان داده که همه‌ عوامل ذکر شده تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر پاسخ ارتعاشی نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی دارد.

نتایج این طرح که حاصل همکاری دکتر محمود حشمتی، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی کرمانشاه، دکتر محمد حسین یاس، عضو هیأت علمی دانشگاه رازی کرمانشاه و دکتر فرهنگ دانشمند، عضو هیأت علمی دانشگاه شیراز و استاد مدعو در دانشگاه مک گیل کانادا است، در مجله‌ Composite Structures به چاپ رسیده است.