توسط محققان دانشگاه تهران صورت گرفت
توسعه روشی جدید برای طراحی ریزساختارها
به گزارش آجاک، تعدادی از پژوهشگران دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران به سرپرستی دکتر مجید بنی اسدی، دانشیار دانشگاه تهران موفق به توسعه روشی جدید برای طراحی سطوح کمینه متناوب به منظور طراحی ریزساختار با ناهمسانگردی قابل کنترل شدند.
به گزارش آجاک به نقل از ایسنا، نتایج این تحقیق در مجله معتبر Materials & Design (با ضریب تاثیر ۹.۴) در انتشارات الزویر انتشار یافته است و مقاله عرضه شده در ۱۸ ماه اخیر، ۲۱ بار در مجلات معتبر استناد شده است.
سطوح کمینه متناوب سه گانه (TPMS) در سالهای اخیر به سبب خصوصیت های هندسی منحصربه فردشان مورد توجه قرار گرفته اند که آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها، همچون مهندسی پزشکی، مدیریت حرارتی، جذب انرژی و سازه های سبک مناسب می کند.
ساختارهای TPMS با خصوصیت های هندسی پیچیده خود که در سه بعد متناوب هستند، مشخص می شوند و آنها را از مواد معمولی متمایز می کند. این ساختارها از نظر ریاضی، دارای انحنای میانگین صفر در هر نقطه از سطح شان هستند که سبب می شود بسیار نرم و بدون گوشه های تیز باشند. ساختارهای TPMS خواص مکانیکی ناهمسانگردی از خود نشان می دهند، به این معنا که خواص آنها بسته به جهتی که در آن اندازه گیری می شود، متفاوت می باشد. در نتیجه رفتار مکانیکی آنها در همه جهات یکنواخت نیست که می تواند کاربرد عملی آنها را محدود کند. بعنوان مثال، در کاربردهایی که جهت اعمال بار نامشخص است، این خصوصیت یک عامل نامساعد بشمار می رود و طراحی را پیچیده و یا ناممکن می کند. ازاین رو کنترل ناهمسانگردی در طراحی این مواد اهمیت بسیار زیادی پیدا می کند.
مقاله “On the directional elastic modulus of the TPMS structures and a novel hybridization method to control anisotropy” به عرضه چاره ای پرداخته است که می تواند به شکل مؤثری به کنترل میزان ناهمسانگردی کمک نماید.
برای پرداختن به این چالش، نویسندگان دو روش هیبریدسازی جدید را پیشنهاد می کنند که شامل ترکیب دو ساختار مختلف TPMS برای ایجاد یک ساختار جدید با خواص همسانگرد است. این روش ها در ابتدا شامل شناسایی دو ساختار TPMS با خواص ناهمسانگردی مکمل است، به این معنا که جهتی که یکی از ساختارها در آن راستا مدول بیشینه دارد، برای ساختار دیگر به مدول کمینه منتج می شود و بالعکس. سپس دو روش هیبریدسازی جدید مورد استفاده قرار گرفته است. در روش اول یک ساختار لایه ای در نظر گرفته شده است که لایه های فرد (اول، سوم، پنجم و …)، یکی از ساختارهای نوع اول و لایه های زوج، یکی از ساختارهای از نوع دیگر (مکمل) است.
در روش دوم، ساختارها به شکلی هیبرید شده اند که ساختار نوع اول به شکل یک کره در یک فضای مکعبی قرار گرفته است و فضای باقیمانده توسط ساختار نوع دوم پر شده است.
یکی از چالش های اصلی در طراحی این ساختارهای هیبرید، چگونگی ایجاد گذار بین دو ساختار است. اتصال بین دو ساختار در ناحیه گذار باید به خوبی برقرار شود تا احتمال هر گونه تمرکز تنش و ضعف استحکامی ناشی از هیبریدسازی کاهش پیدا کند. همینطور افزایش طول ناحیه ترنزیشن سبب می شود تا هندسه ساختار در آن ناحیه از ساختارهای پایه ای TPMS انحراف زیادی پیدا کرده و خواص هندسی مطلوب TPMSها از بین برود. بدین منظور در این طراحی پارامترهای انتقال و سرعت ترنزیشین تعریف شده است و برای ترکیب هر دو ساختار TPMS، مقادیر بهینه گزارش شده است.
مدل سازی این ساختارها با بهره گیری از اسکریپت پایتون در نرم افزار آباکوس و با بهره گیری از یک مدل سازی هندسی وکسلی و فرآیند همگن سازی خواص هم با بهره گیری از یک کد ++ C انجام شده است. مدل سازی وکسلی علیرغم این که از نظر محاسباتی کمی هزینه بیشتری را دارد، اما به سبب مدل سازی هندسی ساده تر، عدم احتیاج به مش و همینطور پس پردازش سریع تر، در این مطالعه ترجیح داده شده است.
به نقل از روابط عمومی دانشگاه تهران، نتایج این مطالعه نشان میدهد که با انتخاب مناسب نسبت ترکیب دو ساختار، میتوان ساختارهایی همسانگرد ایجاد کرد. همینطور در ساختارهای هیبریدی نوع لایه ای، به سبب این که نوع ترکیب در امتداد لایه ها با دو راستای جانبی متفاوت می باشد، اندکی ناهمسانگردی در خواص مشاهده می شود. با اینحال در نوع هیبرید کروی، با توجه به این که ترکیب در همه راستاها به یک شکل صورت می گیرد، خواص یکنواخت تری مشاهده می شود.
مقاله در آدرس ذیل در دسترس است:
https: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127521006298
منبع: آجاك
این مطلب آجاک را پسندیدید؟
(0)
(0)
تازه ترینهای مرتبط
نظرات بینندگان در این باره