همدان: شبیه‌سازی رفتار مکانیکی سازه‌های متشکل از نانوکامپوزیت‌ها

کامپوزیت‌های چند مقیاسه، متشکل از نانولوله‌های کربنی، فیبر کربن یا شیشه با ابعاد مایکرو و یک زمینه‌ی پلیمری است. این کامپوزیت‌ها موادی بسیار مستحکم و سبک وزن هستند و اگرچه هزینه‌ی تولید آن‌ها نسبتاً بالاست، اما در مواردی که نسبت استحکام به وزن بسیار بالا مورد نیاز باشد، همانند کاربرد‌های هوافضا، خودروسازی، عمران، تجهیزات ورزشی و… می‌توانند گزینه‌ی کاربردی بسیار مناسبی باشد.
به گفته‌ی محمد رفیعی، مجری طرح، هدف از انجام این کار تحقیقاتی شبیه‌سازی رفتار دینامیکی غیر خطی سازه‌های متشکل از نانوکامپوزیت‌های چند مقیاسی بوده است. این بررسی‌ها منجر به طراحی سازه‌های نانوکامپوزیتی با خاصیت استحکام و دوام بالاتر، وزن کمتر و در نتیجه بهبود رفتار غیر خطی و پیچیده‌ی سازه در برابر بارگذاری‌های مختلف خواهد شد. لذا با چنین نتایجی می‌توان هزینه‌ی ساخت نمونه اولیه را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
رفیعی در خصوص شبیه‌سازی انجام شده عنوان کرد: «در این تحقیق، به طور عمده بررسی تأثیر نانولوله‌های کربنی تک جداره و چند جداره بر روی بازده و عملکرد رفتار دینامیکی غیرخطی سازه‌های ساخته شده از نانوکامپوزیت‌های چند مقیاسی ویسکوالاستیک، که دچار نوسانات مکانیکی می‌شوند، مدنظر قرار گرفت. بدین منظور، یک سازه‌ی متشکل از مواد پیشرفته‌ی کامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی در نظر گرفته شده و به تحلیل ارتعاشاتی با دامنه بزرگ بر روی آن پرداخته شد.»
برای بررسی اثرات مختلف بر روی رفتار دینامیکی غیر خطی سازه طراحی شده در این پروژه، ابتدا یک مدل ریاضی برای نانو کامپوزیت مورد استفاده در نظر گرفته شده است. سپس معادلات حاکم بر رفتار دینامیکی غیر خطی سازه طراحی شده به دست آمده و اثر هر یک از پارامترهای مربوط به مواد مورد بررسی قرار گرفته شده است.
به گفته‌‌ی این محقق، بخشی از یافته‌ها نشان می‌دهد که کمی افزایش درصد نانولوله‌های کربنی، باعث بهبود قابل ملاحظه‌ی رفتار مکانیکی و در نتیجه پاسخ دینامیکی غیر خطی سازه می‌شود. این نتایچ همچنین حاکی از این است که تأثیر نانولوله‌های کربنی تک جداره بسیار بیشتر از نانولوله‌های کربنی چند جداره است. از طرفی استفاده از این نانوکامپوزیت‌ها در سازه‌هایی با ضخامت بالا کارامدی بالاتر خواهند داشت.
محمد رفیعی- فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک از دانشگاه بو علی سینای همدان- و ثریا مریشی- فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی مکانیک از دانشگاه علم و صنعت ایران– و پژوهشگرانی از دانشگاه سیتی یونیورسیتی کشور هنگ کنگ در انجام این کار همکاری داشته‌اند. نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Composite Structures (جلد ۱۳۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۱۱۱ تا ۱۱۲۳) منتشر شده است.