بررسی تغییرات خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های هیبریدی لایه‌ای کربن-آلومینیوم تحت بار خمشی با تقلید زیستی از ساختار الیاف بامبو

نانومواد

مقاله 2، دوره 11، شماره 39، مهر 1398، صفحه 153-160   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی علیزاده¹؛ کاوه کلاه‌گر آذری^{* 1}؛ جواد فهیم²؛ افشین زهدی³

¹پژوهشکده مهندسی کامپوزیت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

²مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

³کارشناسی ارشد مهندسی مواد، گرایش جوشکاری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

چکیده

در این پژوهش با تکیه ‌بر تقلید زیستی از ساختار کامپوزیت طبیعی بامبو، ارتقاء خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های هیبریدی لایه‌ای کربن-آلومینیوم، بررسی‌شده است. بدین منظور پس از بررسی ریزساختار بامبو، به کمک روش نمونه‌سازی سریع، قطعاتی بامبو گونه با ابعاد مشابه ساخته‌ شده و تحت آزمون خمش چهار نقطه‌ای قرارگرفته‌اند. مشاهده‌ شده که تنها با تغییر چیدمان الیاف بر اساس تقلید زیستی از بامبو، مدول خمشی تا بیش از 50 درصد دچار افزایش شده، فلذا امکان بهبود خواص با تقلید زیستی فراهم است و می‌توان صرفا با تغییر نحوه چینش الیاف، ضمن مصرف میزان الیاف کمتر به خواص مکانیکی بهتری دست ‌یافت. ضمن آنکه با بهبود خواص کامپوزیت‌های حاوی الیاف ارزان‌ قیمت شیشه به روش تقلید زیستی از کامپوزیت طبیعی بامبو، دستیابی به خواص سازه‌های گران‌تری نظیر آلیاژهای فلزی و کامپوزیت‌های حاوی الیاف کربن امکان‌پذیر خواهد بود. شایان ‌ذکر است استفاده از تقلید زیستی می‌تواند هزینه‌ها را به ‌طور چشمگیری کاهش دهد. همچنین، علاوه بر سبک‌سازی قطعات با طراحی بر اساس ساختار بامبو، به ‌واسطه‌ کاهش نیاز به مصرف الیاف، استفاده از نانوکامپوزیت‌های لایه‌ای به‌ جای آلیاژهای فولادی، با حجم مشابه، نیز موجب کاهش وزن سازه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

نانوکامپوزیت؛ لایه‌ای؛ آلومینیوم؛ تقلید زیستی؛ بامبو؛ خمش ۴ نقطه‌ای؛ نمونه‌سازی

مراجع

[1] Kazemi, M.H. Siadati, R. Eslami-Farsani, Journal of Science and Technology of Composites, 5, 2018, 109.

[2] A.P. Mouritz, "Introduction to Aerospace Materials", Elsevier, 2012.

[3] W.G. Roeseler, B. Sarh, M.U. Kismarton, J. Quinlivan, J. Sutter, D. Roberts, "Composite Structures: The First 100 Years" Proceeding, 2007, 41.

[4] M.A. Mohammadi M.R. Babolhavaeji, R. Eslami-Farsani, M.R. Zamani, Journal of Science and Technology of Composites, 15, 2018, 125.

[5] H. Khosravi, R. Eslami-Farsani, Journal of Science and Technology of Composites, 3, 2016, 11.

[6] D.A.S. Sujit, Global carbon fiber composites supply chain competitiveness analysis. Oak Ridge National Laboratory; The University of Tennessee, Knoxville, 2016.

[7] E. Hakimi, S. Amini, Journal of Science and Technology of Composites, 2, 2016, 51.

[8] R.F. Gibson, "Principles of Composite Material Mechanics", Second Edition, Taylor & Francis, 2007.

[9] M. Zmindak, M. Dudinsky, "Computational modelling of composite materials reinforced by glass fibers", Procedia Eng., 48, 2012, 701.

[10] J.F.Vincent, O.A. Bogatyreva, N.R. Bogatyrev, A. Bowyer, A.K. Pahl, J. R. Soc.  Interface, 3, 2006, 471.

[11] Y. Bar-Cohen, "Biomimetics: Nature-Based Innovation", CRC Press, 2016.

[12] W. Liese, "The Anatomy of Bamboo Culms", International Network for Bamboo and Rattan, 1998.

[13] E.C.N. Silva, M.C. Walters, G.H. Paulino, J. Mater. Sci., 41, 2006, 6991.

[14] A.K. Ray, S. Mondal, S.K. Das, P. Ramachandrarao, J. Mater. Sci., 40, 2005, 5249.

[15] S. Amada, S. Untao, Compos. Part B Engineering, 32, 2001, 451.

[16] T. Tan, T. Xia, H.O. Folan, J. Dao, Z. Basch, K. Johanson, M. Ozeki, M. Smith, "Sustainability in Beauty: A Review and Extension of Bamboo Inspired Materials, 1, 2014, 1.

[17] C. Chee-Kai, K. Fai-Leong, 3D Printing and Additive Manufacturing: Principles and Applications (with Companion Media Pack) of Rapid Prototyping Fourth Edition. World Scientific Publishing Company, 2014.

[18] K. Rashid, Abu; R. Rowshan, Advanced Materials Technologies, 2, 2017, 160023545.