محقق دانشگاه تربیت مدرس با همکاری محققی از دانشگاه هنگ کنگ به بررسی رفتار ترموالاستیک سه بعدی ورق‌های مستطیلی کامپوزیتی مسلح به نانولو‌های کربنی پرداخته و معادلات دیفرانسیل حاکم توزیع دما و ترموالاستیک این ورق‌ها را استخراج و به صورت تحلیلی حل نمودند.
تحلیل سه بعدی رفتار ترموالاستیک ورق کامپوزیتی
محقق دانشگاه تربیت مدرس با همکاری محققی از دانشگاه هنگ کنگ به بررسی رفتار ترموالاستیک سه بعدی ورق‌های مستطیلی کامپوزیتی مسلح به نانولو‌های کربنی پرداخته و معادلات دیفرانسیل حاکم توزیع دما و ترموالاستیک این ورق‌ها را استخراج و به صورت تحلیلی حل نمودند. این سازه‌ها در صنایع هوافضا، صنایع شیمیائی، نیروگاه‌ها و مخازن تحت فشار در محیط‌های حرارتی قابل کاربرد هستند.
خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی استثنایی نانولوله‌های کربنی باعث شده از آن‌ها به عنوان مواد تقویت کننده کامپوزیت‌ها با کارایی بالای ساختاری و پتانسیل کاربرد زیاد در نظر گرفته شود. با توجه به این خواص، در سال‌های اخیر تحلیل رفتارهای مکانیکی و حرارتی ورق‌های کامپوزیتی مسلح به نانولوله‌های کربنی تحت بارگذاری مکانیکی در حالت دو بعدی توسط محققان بسیاری در قالب مقاله در مجلات بین المللی گزارش شده است. با این وجود تاکنون گزارشی از تحلیل رفتار ترموالاستیک این سازه‌ها ارائه نشده است. از این رو در این تحقیق به بررسی رفتار استاتیکی سه بعدی این سازه‌ها تحت گرادیان دمایی بصورت تحلیلی و دقیق پرداخته شد.
برای این منظور، بر اساس تئوری سه بعدی الاستیسیته و با استفاده از بسط سری فوریه و همچنین به روش فضای حالت، رفتار ورق کامپوزیتی مسلح به نانو لوله کربن (FG CNTRC) که سطوح آن در معرض بارهای حرارتی و مکانیکی قرار داده شده بود مورد بررسی قرار گرفت. این محققان در ادامه با بررسی رفتار ارتعاش آزاد و استاتیکی این سازه تحت بار مکانیکی در سه بعد بصورت تحلیلی، به استخراج معادلات حاکم بر رفتار ترموالاستیک در حالت سه بعدی و ارائه روش حل تحلیلی این معادلات حاکم پرداخته و سپس تأثیر پارامترهای مختلف نظیر کسر حجمی و نحوه چیدمان نانولوله‌های کربنی در رفتار ترموالاستیک این سازه را مورد بررسی قرار دادند.
دکتر اکبر علی بیگلو، عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس، ضرورت انجام این تحقیق را اینگونه توضیح داد: «از آنجا که طراحی صحیح ورق‌های کامپوزیتی مسلح به نانولوله‌های کربنی جهت سرویس دهی در محیط‌های دمایی بالا نیازمند تحلیل رفتار ترموالاستیک آن‌هاست و تاکنون نتایجی مبنی بر تحلیل رفتار ترموالاستیک این سازه گزارش نشده بود در این کار بررسی این موضوع تحقق یافت.»
دقت و صحت روش ارائه شده در این تحقیق با مقایسه نتایج عددی با نتایج موجود منتشر شده در مقالات صحه گذاری شد. نتایج این تحقیق حاکی از این بود که دانسیته نانولوله‌های کربنی و نحوه چیدمان آن‌ها تأثیر بسزائی در رفتار استحکامی ونحوه توزیع دمای سازه دارد. به طوری که اثر کسر حجم نانولوله کربنی بر رفتار ترموالاستیک طولی نسبت به جهات دیگر بسیار بیشتر است.
همچنین افزایش نسبت ابعاد موجب افزایش همه رفتارهای الاستیک حرارتی می‌شود. بدون استفاده از این تحلیل نمی‌توان به کارکرد این سازه تحت شرایط دمایی بالا اطمینان داشت، ولی در نتیجه این کار تحقیقاتی می‌توان سازه مذکور را برای شرایط دمایی مدنظر طراحی نمود.
نتایج این پژوهش که توسط دکتر اکبر علی بیگلو و دکتر لیو، از دانشگاه هنگ کنگ، انجام شده است و یکی از تحقیقات برتر انتخاب شده توسط ستاد ویژه توسعه فناوری نانو معرفی شده است؛ در مجله Compisits Structures (جلد ۱۰۶، ماه جولای سال ۲۰۱۳، صفحات ۸۷۳ تا ۸۸۱) منتشر شده است.
