افزایش مقاومت پوسته‌های مخروطی با نانوالیاف در دانشگاه صنعتی امیرکبیر

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، پوسته‏‌های کامپوزیتی مخروطی و استوانه‌ای بخش عظیمی از ساختار پوسته موشک‌‏ها، زیردریایی‌ها و مخازن را به خود اختصاص داده‌اند. یک پوسته مخروطی معمولی ممکن است در معرض فشار دچار پدیده کمانش شود.

پدیده کمانش در پوسته‏‌ها همواره به عنوان یکی از معیارهای طراحی به شمار می‌آید؛ چراکه نرخ تغییر شکل پوسته در بارهای بالاتر از بار کمانش با شدت بالاتری صورت می‌‏پذیرد. این در حالی است که استفاده از نانوالیاف با ساختارهای مشخص و توزیع مناسب می‌تواند مقاومت کمانش پوسته را افزایش دهد. در این کار به بررسی مقاومت پوسته‏‌های کامپوزیتی تقویت شده با نانوالیاف پرداخته شده است.

دکتر یاسر کیانی، بررسی توانمندی نانوالیاف در به تعویق انداختن پدیده کمانش پوسته‏‌های مخروطی را مهم‌ترین هدف در نظر گرفته شده در این کار خواند و

افزود: «ما تلاش کردیم تابع بهینه توزیع الیاف در راستای ضخامت، برای حداکثر کردن بار کمانش پوسته را به دست آوریم. نتایج این طرح به طور گسترده در علوم هوافضا و علوم زیردریایی قابل استفاده خواهد بود.»

در این تحقیق نشان داده شده که با چیدمان مناسبی از الیاف نانولوله کربنی در راستای ضخامت پوسته و بالا بردن درصد حجمی نانوالیاف در درون ماده کامپوزیتی، می‌توان مقاومت پوسته را در برابر فشار داخلی به میزان قابل توجهی بالا برده و پدیده کمانش را در پوسته به تعویق انداخت.

به گفته این پژوهشگر، در این کار معادلات تعادل غیرخطی حاکم بر یک پوسته مخروطی ساخته شده از یک ماتریس پلیمری و تقویت شده با الیاف نانولوله کربنی به دست آمده است. لازم به ذکر است که در طول مدل‌سازی، ساختارهای متنوع و درصدهای حجمی مختلفی برای توزیع نانوالیاف در راستای ضخامت پوسته در نظر گرفته شده است.

همچنین معادلات پایداری حاکم بر سیستم نیز حاصل شده است. روش عددی به کار رفته محدودیتی در شرایط مرزی نداشته و برای انواع شرایط تکیه ‏گاهی قابل اجراست.

کیانی در پایان عنوان کرد: «الیاف نانولوله کربنی علاوه بر خواص مکانیکی منحصر به فرد، دارای خواص حرارتی و الکتریکی ویژه‏ای نیز هستند. از این‌رو به نظر می‌رسد بررسی عملکرد پوسته‏‌های مخروطی تقویت شده با الیاف نانولوله کربنی گرادیانی در برابر بارهای حرارتی و الکتریکی از جمله تحقیقاتی است که می‌‏توان در ادامه به آنها پرداخت.»

این کار تحقیقاتی از همکاری دکتر جعفر اسکندری جم، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر و دکتر یاسر کیانی، دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر حاصل شده است.