پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر در تحقیقی تئوری به بررسی اثر استفاده از نانوالیاف بر مقاومت پوسته‌های مخروطی شکل پرداختند طبق این گزارش، استفاده از نانوالیاف سبب بهبود مقاومت این ساختارها خواهد شد. این نتایج در طراحی تجهیزات مرتبط با علوم هوافضا و زیردریایی‌ها قابل استفاده خواهد بود.

 

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، 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 چرا که نرخ تغییر شکل پوسته در بارهای بالاتر از بار کمانش با شدت بالاتری صورت می ‏پذیرد. 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 پوسته‏ های کامپوزیتی تقویت شده با نانوالیاف پرداخته شده است.

 

دکتر یاسر کیانی، بررسی توانمندی نانوالیاف در به تعویق انداختن پدیده‌ کمانش پوسته‏ های مخروطی را مهم‌ترین هدف در نظر گرفته شده در این کار عنوان کرد 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 گردیده 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 پوسته‏ های مخروطی تقویت شده با الیاف نانولوله‌ کربنی گرادیانی در برابر بارهای حرارتی و الکتریکی از جمله تحقیقاتی است که می ‏توان در ادامه به آن‌ها پرداخت.»

 

این کار تحقیقاتی با همکاری دکتر جعفر اسکندری جم- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر- و دکتر یاسر کیانی- دانش‌آموخته‌ دانشگاه صنعتی امیرکبیر- انجام و نتایج آن در مجله‌ Composite Structures (جلد 125، شماره 1، سال 2015، صفحات 586 تا 595) به چاپ رسیده است.