---

این تحقیق به تخمین مدول ارتجاعی مؤثر بتن پلیمری با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی جدید اختصاص داده شده است. توانمندی روابط اینکلوژن معادل در تحقیقات بیشماری به اثبات رسیده است. مدل موری-تاناکا از پرکاربردترین روش همگن سازی برای مواد مرکب دو-فازی است. این مدل در حالتی که ناخالصی¬های درون ماده مرکبِ دو-فازی هم راستا بوده و درصد حجمی آنها کم تا متوسط باشد، تانسور سفتی را با دقت خوبی تخمین می¬زند. معذلک زمانیکه درصد حجمی ناخالصی بالا است، این مدل قادر به تخمین تانسور سفتی با دقت مناسبی نیست. ضعف عمده مدل موری-تاناکا آن است که، در درصد حجمی-های بالا، در مدل اینکلوژن منفرد مرتبط خواص عنصر تقویت کننده هرگز خواص ماتریس را تحت تأثیر قرار نمی¬دهد. ایده مدل ارائه شده در این تحقیق این است که در درصد حجمی¬های بالا، در محیط اینکلوژن منفرد مرتبط، فاز ماتریس باید تحت تأثیر خواص فاز تقویت کننده قرار بگیرد. جهت بررسی صحت نتایج این مدل با آزمایش، دوازده نمونه بتن پلیمری با دو ترکیب متفاوت ساخته و آزمایش شد. علاوه بر این از نتایج تحقیقات دیگر نیز جهت بررسی درستی این مدل استفاده گردید. مقایسه نتایج مدل پیشنهادی با نتایج آزمایشی و نتایج تحقیقات دیگران، بر قابلیت این مدل صحه می¬گذارد.

---

در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد جهت پیش¬بینی پاسخ الاستیک-ویسکوپلاستیک ماده مرکب الیاف کوتاه هم-راستای زمینه تیتانیوم، تحت اثر بارگذاری محوری مرکب با وجود خرابی لایه میانی الیاف/زمینه ارائه می¬شود. همچنین اثرات تنش پسماند حرارتی ناشی از فرآیند ساخت ماده مرکب الیاف کوتاه در این تحلیل در نظر گرفته می¬شود. المان حجمی نماینده ماده مرکب الیاف کوتاه شامل c×r×h سلول در ۳ بعد است که در آن یک چهارم الیاف توسط سلول¬های زمینه احاطه می¬شوند. جهت بدست آوردن منحنی تنش-کرنش الاستیک-ویسکوپلاستیک رفتار الیاف و زمینه به ترتیب الاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک فرض می¬شوند. برای تحلیل خرابی لایه میانی، مدل جدایی لایه میانی با نرمی گشایشی مورد استفاده قرار می¬گیرد. این مدل اجازه پیشرفت جدایی بواسطه¬ی رهایش تنش¬های لایه میانی را حین ادامه بارگذاری کلی بر ماده مرکب، می¬دهد. نتایج بارگذاری تک محوری و دو محوری مشخص کرده است که جهت حصول پیش¬بینی¬های دقیق¬تر، در مقایسه با نتایج تجربی و مدل¬های دیگر دردسترس، بایستی هر دو عامل خرابی لایه میانی و اثر تنش پسماند حرارتی در مدل اعمال شود.

---

یک مدل میکرومکانیکی دوبعدی،برپایه فرضیات کرنش صفحه ای توسعه یافته برای مطالعه رفتار الکترو-الاستیک کامپوزیت های پیزوالکتریکی الیافی با پولاریزاسیون عرضی ارائه می گردد.کوچک ترین عضو تکرار شونده از کامپوزیت به عنوان المان نماینده انتخاب می شود که ۱/۴ از سطح مقطع فایبر را با ماتریسی که آن را در برگرفته به نمایش می گذارد.این کامپوزیت،حاوی الیافی بلند و موازی ازجنس موادپیزوالکتریکی با خواص ایزوتروپیک عرضی است که فرض می شود این الیاف با آرایش مربعی درون زمینه ی پلیمری با خواص ایزوتروپیک، در اتصال کامل می باشند.همچنین ماتریس از لحاظ پیزوالکتریسیته غیرفعال بوده و فرض می شود که اجزای کامپوزیت از رفتار الاستیسیته و الکتریسیته خطی تبعیت می کنند. در این پژوهش، روش عددی بدون المان گلرکین برای حل معادلات حاکم بر مسأله به کار گرفته می شود. در این روش، برای تقریب متغیر میدان از ساختار توابع شکل حداقل مربعات متحرک استفاده می گردد. مقایسه نتایج حاضر با سایر تکنیک های موجود در مقالات چاپ شده، موافقت خوبی را به نمایش می گذارد.نتایج حاکی از این موضوع است که ضریب پیزوالکتریکیe۳۱درحالت پولاریزاسیون عرضی نسبت به همان ضریب در حالت ماده پیزوخالص،بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد.بررسی ها نشان می دهدکه در حالت پولاریزاسیون عرضی،الیاف با سطح مقطع بیضوی،میزان حساسیت الکتریکی کامپوزیت را برای یک راستای خاص نسبت به نوع دایروی چندین برابر تقویت می کنند.

---

تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچکی هستند که در فرکانس‌های بالا ارتعاش می‏کنند. امروزه با پیشرفت‏های انجام شده در زمینه ساخت سیستم‏های میکروالکترومکانیکی، این تشدیدگرها در حسگرها، سیستم‏های ارتباطی بی‏سیم و ناوبری کاربرد گسترده‏ای یافته‏اند. مکانیزم‌های رایج اتلاف انرژی در تشدیدگرهای میکرومکانیکی شامل اتلاف هوا، اتلاف ترموالاستیک و اتلاف تکیه‌گاه می‏شوند. در این مقاله با توجه به غالب بودن مکانیزم اتلاف تکیه‏گاه در کاربردهای مهمی نظیر نوسان‏سازها، فیلترهای الکتریکی و ژیروسکوپ‌ها، رابطه ضریب کیفیت اتلاف تکیه‌گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده محاسبه و برای اعتبارسنجی از مطالعات آزمایشگاهی استفاده می‏شود. نتایج به‏دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشته و درستی مدل‏سازی انجام شده را نشان می‎دهد. همچنین این نتایج نشان می‌دهند که ضریب کیفیت اتلاف تکیه‌گاه با افزایش ضخامت زیرلایه افزایش می‌یابد. علاوه بر این، طرح جدیدی برای افزایش ضریب کیفیت اتلاف تکیه‏گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگرهای مستطیلی میکرومکانیکی پیشنهاد می‏شود. برای این منظور، از تیرهای T شکل به جای تیرهای نگهدارنده معمولی استفاده شده و محاسبات انجام شده نشان می‏دهند که ضریب کیفیت تشدیدگر در فرکانس‏ تشدید یکسان در حدود ۵/۱ برابر افزایش می‏یابد.

---

در این پژوهش، یک مدل تحلیلی میکرومکانیکی سه بعدی بمنظور بررسی اثرات توزیع اتفاقی و منظم نانوذرات سیلیکا بر خواص ترمو-الاستیک و ویسکوالاستیک نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری ارایه می‌شود. برای این مدل میکرومکانیکی یک المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت از سه فاز شامل نانوذرات سیلیکا، زمینه پلیمری و فاز میانی، درنظر گرفته می‌شود. چون خواص ماده زمینه پلیمری در نزدیکی نانوذرات سیلیکا بدلیل واکنش بین دو فاز تقویت و زمینه متفاوت از خواص کلی آن پلیمر است، این بخش بعنوان فاز میانی با ضخامت و خواص مشخص در مدل‌سازی میکرومکانیکی در نظر گرفته می‌شود. برای شبیه‌سازی توزیع اتفاقی نانوذرات سیلیکا، هندسه المان حجمی نانوکامپوزیت به c×r×h نانوسلول مکعبی در سه بعد تقسیم می‌‌شود. شرایط اتصال کامل بین اجزای سازنده المان حجمی نانوکامپوزیت درنظر گرفته می‌شود. بمنظور بررسی خواص ترمو-الاستیک نانوکامپوزیت، فرض می‌شود که رفتار هر سه فاز المان حجمی نماینده بصورت همگن و ایزوتروپ باشد. نتایج خواص ترمو-الاستیک بدست آمده با مدل میکرومکانیکی حاضر با توزیع اتفاقی نانوذرات سیلیکا به داده‌های تجربی نزدیکتر می‌باشد. بمنظور بررسی خواص ویسکوالاستیک نانوکامپوزیت، رفتار نانوذرات سیلیکا بصورت الاستیک خطی و رفتار زمینه پلیمری و فاز میانی بعنوان یک ماده ویسکوالاستیک خطی فرض می‌شود. با استفاده از مدل میکرومکانیکی ارایه شده، اثرات تغییر خواص ویسکوالاستیک مواد فاز میانی و اندازه نانوذرات بر پاسخ نانوکامپوزیت بررسی می‌شود. همچنین، رفتار خزشی نانوکامپوزیت تحت سطوح مختلف تنش مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

---

ماهیت ناهمسان‌گرد دانه‌های موجود در بافت فلزات ‌کریستالی سبب به وجود آمدن ناسازگاری بین دانه‌ها در هنگام تغییرشکل می‌شود. این پدیده با کوچکتر شده مقیاس تا حد میکرو و مزو، تشدید می‌شود. ناهمگنی موجود در تغییرشکل در مقیاس میکرو را با قوانین بنیادی تئوری پیوسته پلاستیسیته نمی‌توان مورد بررسی قرار داد. در این مطالعه رفتار تغییرشکل لغزشی فولاد ضدزنگ آستنیتی ۳۱۶L در مقیاس‌های یاد شده با استفاده اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته مدل‌سازی شده است. فرمول‌بندی مدل ماده با استفاده از زیربرنامه UMAT به نرم افزار آباکوس معرفی شده است. اعتبارسنجی با استفاده از مقایسه نتایج حل به روش کریستال پلاستیسیته حاصل از آباکوس با نتایج تحلیلی حاصل نرم افزار متلب، انجام شده است. نتیجه مقایسه حاکی از تطابق خوب نتایج عددی و تحلیلی می‌باشد. در بخش دوم مدل‌سازی آزمون کشش روی نمونه فولاد ضدزنگ حاوی یک دانه به روش اجزاء محدود کریستال پلاستیسته انجام شده است و با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که رفتار تغییرشکل و موضعی شدن تک‌کریستال با روش پیشنهاد شده قابل پیش بینی بوده در حالیکه روش اجزاء محدود ماکرومکانیک از شناسایی این رفتارها ناتوان می‌باشد. در بخش پایانی، مدل پلی‌کریستال میکروساختار با تعداد ۱۰ دانه تولید شد. ‌با تعریف جهات کریستالی متفاوت برای مدل میکروساختار تولید شده، تحلیل اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته روی آن صورت گرفت. نتایج حاکی از غیریکنواخت بودن تغییرشکل در مقیاس دانه‌بندی است. همچنین با تغییر جهات کریستالی نمودار تنش-کرنش ماده در بخش پلاستیک رفتارهای متفاوتی را نشان می‌دهد.

---

در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی سه بعدی وابسته به زمان جهت مطالعه‌ی رفتار الاستوویسکوپلاستیک مواد مرکب با الیاف هم‌راستا، با وجود آسیب فاز میانی تحت اثر بارگذاری چند محوری ارائه می‌شود. المان حجمی نماینده ماده مرکب شامل سه فاز الیاف، زمینه و فاز میانی الیاف/زمینه می‌باشد. فاز میانی بعنوان یک فاز مجزا با ضخامت معینی که سطح بیرونی الیاف را پوشش می‌دهد درنظر گرفته می‌شود. اختلاف دمای ساخت ماده مرکب تا دمای محیط که منجر به تنش پسماند حرارتی شده، در این تحلیل منظور می‌شود. الیاف و فاز میانی بعنوان یک ماده‌ی الاستیک و زمینه بعنوان یک ماده‌ی الاستیک-ویسکوپلاستیک با سخت‌شوندگی ایزوتروپیک فرض می‌شوند. از مدل ویسکوپلاستیک بادنر-پارتم جهت مدل‌سازی رفتار غیرالاستیک وابسته به زمان زمینه استفاده می‌شود. برای تحلیل آسیب فاز میانی، مدل نیدلمن مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مواد مرکب زمینه فلزی نشان داده می‌شود در حالی که نتایج پیش‌بینی شده بر اساس فرض عدم آسیب در فاز میانی بسیار دور از واقعیت می‌باشد، رفتار تنش-کرنش پیش‌بینی شده با وجود آسیب در فاز میانی و تنش پسماند حرارتی تطابق خوبی با داده‌های تجربی دارد. همچنین خواص الاستیک ماده مرکب با نسبت‌های منظر گوناگون با مدل میکرومکانیکی فوق استخراج می‌شود. پیش‌بینی‌های رفتار الاستیک نیز بسیار نزدیک به داده‌های تجربی و مدل‌های در دسترس دیگر است.

---

بنیان روابط خواص-ساختاری مناسب برای مواد مرکب سه فازی اصل مهمی برای چنین موادی جهت طراحی‌های مطمئن می‌باشد. در این مطالعه، یک مدل تحلیلی پایه میکرومکانیکی سه بعدی جهت ارزیابی اثرات فاز میانی بر خواص مکانیکی مواد مرکب الیافی سه فازی تحت بارگذاری خارج از محور ارائه می‌شود. المان حجمی نماینده‌ی ماده مرکب شامل سه فاز تقویت (الیاف بلند)، زمینه و ناحیه فاز میانی می‌باشد که رفتار هر سه فاز بصورت ایزوتروپ و الاستیک خطی فرض می‌شوند. آرایش الیاف در زمینه بصورت اتفاقی با توزیع یکنواخت، فرض شده و الیاف توسط فاز میانی احاطه می‌شوند. اثرات فاز میانی مانند ضخامت و مدول یانگ آن بر خواص مکانیکی ماده مرکب الیافی در بارگذاری خارج از محوری مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین اثرات درصد حجمی الیاف با در نظر گرفتن فاز میانی و بدون آن بر پاسخ ماده مرکب مورد مطالعه قرار می‌گیرد. با تعریف پارامتری تحت عنوان نسبت تقویت فاز میانی، نتایج نشان می‌دهد که شدت اثر فاز میانی بر مدول یانگ ماده مرکب از ۰ درجه (بارگذاری طولی) تا ۹۰ درجه (بارگذاری عرضی) افزایش می‌یابد. نتایج بدست آمده با مدل میکرومکانیکی حاضر می‌تواند جهت طراحی بهینه مواد مرکب با بالاترین خواص مکانیکی مفید باشد.

---

بهبود چشمگیر خواص مکانیکی پلیمرهای تقویت شده با نانوذرات در درصد‌های حجمی نسبتا کم، سبب شده است که استفاده از نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری افزایش یابد. وجود ناحیه فاز میانی بین نانوذرات و زمینه پلیمری دلیل اصلی افزایش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها می‌باشد. در این تحقیق، با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد، رفتار پرکولیشن خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با نانوذرات مورد بررسی قرار می‌گیرد. المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت از سه فاز شامل نانوذرات، زمینه پلیمری و فاز میانی تشکیل می‌شود. هندسه المان حجمی نانوکامپوزیت به c×r×h نانوسلول در سه بعد تقسیم شده و حالت توزیع نانوذرات در زمینه بصورت اتفاقی می‌باشد. اثرات ناحیه فاز میانی شامل ضخامت و مدول الاستیک و هندسه نانوذرات بر رفتار پرکولیشن نانوکامپوزیت تشریح می‌شود. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که با کاهش اندازه‌ی نانوذرات یا با افزایش نسبت منظر فاز تقویت، درصد حجمی بحرانی نانوکامپوزیت کاهش می‌یابد. نتایج پیش‌بینی شده با مدل میکرومکانیکی حاضر در تطابق خوبی با نتایج مدل‌های میکرومکانیکی دیگر می‌باشند. نتایج گزارش شده در این تحقیق می‌تواند جهت مدل‌سازی و طراحی بهینه نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانوذرات با بالاترین صرفه اقتصادی مورد استفاده قرار بگیرد.

---

در این مقاله، با اعمال یک شیوه نوین برنامه‌نویسی و استفاده از یک مدل تحلیلی میکرومکانیکی سه‌بعدی رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت‌های فعال‌شده با الیاف آلیاژ حافظه‌دار تحت بارگذاری خارج از محور چرخه‌ای استخراج می‌شود. شی‌گرایی و اصول کاربردی آن بر مدل میکرومکانیکی پیاده‌سازی می‌گردد و با استفاده از روش حل عددی غیرخطی نیوتن – رافسون پاسخ کامپوزیت در بازه‌های مختلف دمایی تعیین می‌گردد. به‌منظور رسیدن به پاسخی بهینه ضریبی به عنوان ضریب همگرایی در روش حل غیرخطی نیوتن – رافسون استفاده می‌گردد. المان حجمی نماینده‌ی کامپوزیت از دو فاز شامل الیاف آلیاژ حافظه‌دار و زمینه فلزی تشکیل می‌شود. رفتار زمینه به‌صورت ویسکوپلاستیک و رفتار الیاف به صورت غیرخطی غیرالاستیک براساس مدل لاگوداس در نظر گرفته می‌شود که قادر به مدل‌سازی استحاله‌ی فاز آلیاژ حافظه‌دار و رفتار سوپرالاستیک آلیاژ حافظه‌دار می‌باشد. همچنین آرایش الیاف در زمینه به‌صورت توزیع اتفاقی در نظر گرفته می‌شود. پاسخ‌های ترمومکانیکی کامپوزیت در بازه‌های دمایی مختلف جهت نمایش خواص حافظه‌شکلی و سوپرالاستیسته الیاف حافظه‌دار بررسی می‌گردند. در این راستا، ابتدا کامپوزیت تحت بارگذاری و باربرداری چرخه‌ای مکانیکی قرار می‌گیرد و سپس تحت بارگذاری حرارتی قرار می‌گیرد. خاصیت حافظه‌شکلی سیم آلیاژ حافظه‌دار و کامپوزیت مورد مقایسه قرار می‌گیرد و اثرات نیروهای به وجودآمده در کامپوزیت فعال، به وسیله مقیدسازی محوری کامپوزیت بررسی می‌گردد. همچنین اثرات زاویه‌داری الیاف نشان داده می‌شود. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با تحقیقات موجود در دسترس پیشین، تطابق بسیار خوبی را نشان می‌دهد.

---

در این پژوهش، از یک مدل میکرومکانیکی تحلیلی بر مبنای روش سلول واحد جهت مطالعه اثرات فاز میانی بر پاسخ ویسکوالاستیک غیرخطی کامپوزیت‌های زمینه پلیمری چندفازی استفاده می‌شود. المان حجمی نماینده کامپوزیت از سه فاز شامل الیاف هم‌راستا، زمینه پلیمری و فاز میانی بین الیاف و زمینه تشکیل می‌شود. فرض اتصال کامل بین اجزای سازنده کامپوزیت منظور می‌شود. از معادله ساختاری ویسکوالاستیک شیپری برای مدل‌سازی رفتار ویسکوالاستیک غیرخطی زمینه استفاده می‌شود. نتایج مدل میکرومکانیکی ارایه شده برای رفتار خزشی پلیمر و کامپوزیت دوفازی تطابق بسیار خوبی را با داده‌های تجربی موجود نشان می‌دهد. همچنین نتایج مدل حاضر برای خواص الاستیک کامپوزیت‌های سه‌فازی بسیار نزدیک به روش‌های عددی موجود می‌باشد. اثرات فاز میانی شامل مواد و ضخامت بر منحنی کرنش خزش-بازیافت کامپوزیت سه‌فازی بطور مفصل بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که خواص مواد تشکیل‌دهنده و ضخامت فاز میانی اثر بسیار مهمی بر پاسخ کرنش خزش-بازیافت کامپوزیت‌های سه‌فازی در بارگذاری عرضی دارد. همچنین، طبق نتایج مدل‌سازی میکرومکانیکی فهمیده شد که تاثیر فاز میانی بر رفتار ویسکوالاستیک غیرخطی کامپوزیت سه‌فازی تحت بارگذاری محوری ناچیز می‌باشد. بعلاوه، اثرات سطوح مختلف تنش و تغییرات درصد حجمی الیاف بر منحنی کرنش خزش-بازیافت کامپوزیت زمینه پلیمری سه‌فازی بررسی می‌شود.

---

بررسی های صورت گرفته بر روی ریزساختار برخی از مواد پرکاربرد در مهندسی بیانگر این امر هستند که ریزساختار برخی از این مواد در مقیاسهای مختلف طول از الگوهای یکسانی پیروی می کنند. با توجه به اینکه الگوهای اشاره شده در مقیاسهای مختلف تکرار می شوند می توان کل ریزساختار ماده را بصورت مجموعه ای از زیرساختارهای متناوب درنظر گرفت. روش همگن سازی با فرض ریزساختار متناوب یکی از روشهای پرکاربرد در شبیه سازی رفتار مکانیکی مواد کامپوزیت بادرنظر گرفتن هندسه توزیع الیاف می باشد. در این تحقیق روش همگن سازی برای مواد با ریزساختار متناوب تعمیم داده شده است. در تعمیم این روش اثرات ریزساختار در مقیاسهای مختلف در یک فرایند همگن سازی چند مرحله ای درنظر گرفته شده است. در هریک از مراحل همگن سازی هندسه مبتنی بر واقعیت ریزساختار ماده جهت تعیین خواص سلول مربوطه ایجاد شده و ویژگیهای مکانیکی آن محاسبه می گردند. با استفاده از این روش تاثیر اندازه و درصد حجمی هرکدام از ذرات فاز مسلح کننده و همچنین اثرات برهم کنش بین ذرات در داخل ریزساختار درنظر گرفته می شود. نتایج حاصل از تئوری ارائه شده با نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی بر روی کامپوزیتهای مسلح شده با ذرات مقایسه شده است. براساس نتایج این مقایسه تطابق مناسبی بین نتایج بدست آمده ار تئوری فوق با داده های آزمایشگاهی وجود دارد.

---

یک مدل تحلیلی میکرومکانیکی سه بعدی برپایه سلول واحد جهت استخراج خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی کامپوزیت پیزوپلیمر تقویت شده با نانولوله‌ی کربن طرح-ریزی و تعمیم داده می‌شود. المان حجمی نماینده پیزونانوکامپوزیت شامل سه فاز تقویت کننده‌ی نانولوله کربنی، زمینه‌ی پیزوپلیمری و ناحیه فاز میانی می‌باشد. مدل حاضر نانو لوله کربن را به صورت تک رشته توپر با رفتارایزوتروپ عرضی و فاز واسط بین نانولوله کربن و زمینه که دارای پیوند واندروالس است را با روابط محیط پیوسته معادل، به صورت یک محیط ایزوتروپ و هر دو فاز را به صورت الاستیک خطی در نظر می‌گیرد. زمینه نیز ماده‌ای با خواص پیزوالکتریک می‌باشد که به لحاظ مکانیکی ایزوتروپ و الاستیک بوده و در جهت عمود بر نانولوله‌ی کربنی پلاریزه شده است. آرایش نانولوله‌ی کربنی در زمینه به صورت منظم و مربعی فرض می‌شود. ابتدا نتایج بدست آمده از مدل ارائه شده، با تحقیقات پیشین دردسترس، مقایسه می‌شود. سپس اثرات درصد حجمی و نسبت منظر نانولوله‌ی کربنی و ضخامت موثر فاز میانی بر خواص کلی پیزونانوکامپوزیت بررسی می‌گردد. در این پژوهش تمام خواص موثر مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و پیزوالکتریکی نانوکامپوزیت علیرغم تحقیقات پیشین که هرکدام اثرات بخشی از پارامترهای نانوکامپوزیت را گزارش کرده‌اند، استخراج می‌شوند و مورد بررسی قرار می‌گیرند. نتایج نشان می‌دهد که حتی مقادیر کم درصد حجمی نانولوله‌ی کربن، تأثیر بسزایی در بهبود خواص کامپوزیت دارد. علاوه بر آن مدل‌سازی ناحیه‌ی فاز میانی تاثیر زیادی بر روی اکثر خواص نانوکامپوزیت دارد، در نتیجه مدل-سازی آن برای پیش‌بینی هر چه واقعی‌تر رفتار نانوکامپوزیت ضروری است.

---

استفاده از الیاف بافته‌شده در ساخت مواد کامپوزیتی، به علت رفتار مکانیکی خاص آن‌ها گسترش یافته است. با توجه به پیچیدگی مدلسازی و شبیه‌سازی رفتار مکانیکی این نوع کامپوزیت‌ها، در این تحقیق یک مدل تحلیلی مبتنی بر میکرومکانیک برای تعیین خواص الاستیک کامپوزیت‌های با الیاف ‌بافته‌شده، توسعه داده شده است. این مدل ضمن سادگی، دقت بالایی را در پیش‌بینی خواص الاستیک ارائه می‌دهد. یکی از مهمترین عوامل مؤثر در دقت یک مدل میکرومکانیکی، اتخاذ یک روند همگن‌سازی مناسب می‌باشد. بنابراین، یک روش جدید همگن‌سازی المان حجمی معرف با استفاده از شبیه‌سازی چند‌لایه‌ها برای یک کامپوزیت با الیاف بافته‌شده توسعه داده شده است. فرایند همگن‌سازی ارائه‌شده به صورت همگن‌سازی چند‌مقیاسی می‌باشد. این مدل مبتنی بر تبدیل المان‌حجمی معرف به تعدادی زیرالمان است، به نحوی که بتوان در هر مرحله ترکیبی از زیرالمان‌ها را به عنوان یک چندلایه در نظر گرفت. برای تعیین خواص مکانیکی معادل چندلایه‌ها، به جای فرض کرنش‌ ثابت در کل چندلایه، فرضیات کرنش صفحه‌ای ثابت و تنش خارج صفحه‌ای ثابت لحاظ شده است. سپس، برای ارائه‌ی مدل نهایی، مدل همگن‌سازی پیشنهادی با یک مدل میکرومکانیکی ترکیب می‌شود. استفاده از فرضیات ارائه شده، منجر به بهبود پیش‌بینی‌های مدل میکرومکانیکی، بخصوص برای خواص خارج صفحه‌ای کامپوزیت می‌شود. کارایی روش همگن‌سازی ارائه‌شده با بررسی پنج مثال از منابع مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفته و دقت این روش در تعیین خواص کامپوزیت بافته‌شده نشان داده شده است.

---

در این مقاله مدل میکرومکانیکی جهت بررسی رفتار خزشی و وابسته به زمان در مواد مرکب الیافی ارائه‌ شده ‌است. برای مدل‌سازی و استخراج رفتار کامپوزیت با استفاده از مدل میکرومکانیکی از مفهوم المان نماینده حجمی استفاده شده است. با استفاده از روابط ساختاری مربوط به خزش در بارگذاری چند محوره، مدل المان محدود برای مدل‌سازی خزش چند محوره استخراج شده است. سپس روابط حاکم بر المان نماینده با در نظر گرفتن ترم‌های مربوط به خزش با استفاده از روش المان محدود گسسته‌سازی شده و ماتریس‌های سفتی و نیرو متناسب با آن در مدل المان محدود استخراج ‌شده است. با توجه به اینکه در بارگذاری‌های عمودی محوری و جانبی کامپوزیت الیافی، ماهیت میدان جابجایی المان نماینده بصورت کرنش صفحه‌ای توسعه یافته قابل مدل‌سازی است، لذا گسسته‌سازی معادلات برای حالت کرنش صفحه‌ای توسعه یافته ارائه شده است. شرایط مرزی المان نماینده متناسب با بارگذاری در مسئله خزش اعمال شده است و از روش صریح اویلر برای حل معادلات در حوزه زمان استفاده‌ شده‌ است. مدل میکرومکانیکی ارائه شده برای بررسی توزیع تنش در زمینه و الیاف و بررسی خزش مرحله پایدار کامپوزیت الیافی زمینه فلزی استفاده ‌شده‌ است و نقش خزش در تغییر توزیع تنش بر حسب زمان بررسی ‌شده ‌است. سپس رفتار خزشی کامپوزیت در دیدگاه ماکرومکانیکی با استفاده از مدل میکرومکانیکی ارائه شده بر مبنای المان نماینده استخراج شده است وخواص ماکرومکانیکی کامپوزیت برای بارگذاری‌های جانبی و محوری برای نسبت‌های حجمی متفاوت بدست آمده است.

---

هدف این مقاله بررسی آسیب پیشرونده در یک لایه کامپوزیتی زمینه فلزی با استفاده از کوپل روش میکرومکانیکی و دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می‌باشد. روش میکرومکانیکی، روش بر پایه المان حجمی نماینده معروف به روش سلول واحد ساده شده می‌باشد که قابلیت بررسی پیشرونده بودن آسیب و رفتار پلاستیک در المان حجمی نماینده را دارد. آسیب‌مورد بررسی به‌صورت ایزوتروپ و غیرایزوتروپ بر اساس دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می‌باشد. کامپوزیت مورد بررسی کامپوزیت کربن/آلومینیم می‌باشد. رفتار زمینه به صورت ایزوتروپ و الاستوپلاستیک و رفتار الیاف به صورت ایزوتروپ عرضی و الاستیک و آرایش الیاف درون زمینه به‌صورت منظم می‌باشد. مدل رفتار الاستوپلاستیک زمینه به‌صورت رفتار دوخطی و روش حل، روش تقریب متوالی می‌باشد. با توجه به مطالعات پیشین در دسترس، کامپوزیت سیلیکون‌کارباید/تیتانیوم جهت اعتبارسنجی و مقایسه با داده‌های تجربی مورد توجه قرار می‌گیرد. اثر درصد حجمی الیاف در روند پیشروی آسیب مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش بارگذاری طولی و عرضی، متغیر آسیب در جهات الیاف وعمود بر الیاف رشد کرده و مدول یانگ طولی و عرضی مؤثر کامپوزیت کاهش می‌یابد. همچنین نتایج تأیید می‌کنند که در بارگذاری طولی و درنظرگیری آسیب غیرایزوتروپ، پیشروی آسیب در جهت الیاف بیشتر از رشد آن در جهت عمود برالیاف می‌باشد، در حالیکه تحت بارگذاری عرضی رشد آسیب در جهات عمود بر الیاف سریع‌تر است.

---

در این پژوهش یک روش تحلیلی سه بعدی برای پیش‌بینی خواص دینامیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمری ارائه می‌شود. در این روش با اعمال اصل همخوانی الاستیک-ویسکوالاستیک بر تئوری میکرومکانیکی سلول واحد ساده‌شده و با استفاده از روش انرژی و تعادل نیرو، مدول ذخیره، مدول اتلاف، فاکتور اتلاف و حلقه‌ی هیسترزیس نانوکامپوزیت‌های پلیمری استخراج می‌شود. نانوکامپوزیت در نظر گرفته‌شده دارای زمینه پلی‌پروپیلن تقویت‌شده با نانو الیاف کربن رشد یافته در فاز بخار می‌باشد. المان حجمی نماینده دارای سه فاز ایزوتروپ شامل الیاف، فاز میانی و زمینه با رفتار ویسکوالاستیک خطی بر اساس مدل زنر است. همچنین با ارائه‌ی روش تبدیل فوریه و مدل شیپری خواص دینامیکی اجزاء نانوکامپوزیت در حوزه‌ی فرکانس استخراج می‌گردد. ابتدا نتایج بدست آمده از مدل حاضر با نتایج تجربی، جهت اعتبارسنجی مقایسه می‌گردد. سپس اثر پارامترهایی نظیر تعداد زیرسلول‌ها، کسر حجمی و نسبت منظر الیاف، فاکتور قدرت پیوند بین الیاف و زمینه و فاکتور اتلاف فاز میانی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت بررسی می‌شود. نتایج بدست آمده، نشان می‌دهند که روش ارائه شده از سرعت و دقت قابل قبولی برخوردار است. همچنین افزایش نسبت منظر و کسر حجمی الیاف باعث کوچک‌تر شدن حلقه‌ی هیسترزیس نانوکامپوزیت می‌شود، لذا ظرفیت میرایی آن کاهش می‌یابد. فاز میانی نیز تأثیر قابل توجهی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت دارد، لذا مدل‌سازی آن اهمیت بالایی دارد.

---

در سال‌های اخیر استفاده از داربست‌های متخلخل برای ترمیم بافت‌های آسیب دیده استخوانی افزایش یافته است. از آنجایی که بدست آوردن خواص مکانیکی اینگونه داربست‌ها با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی بسیار زمان‌بر و پرهزینه است، محققان زیادی مطالعات خود را معطوف روش‌های ریاضیاتی در این زمینه نموده‌اند. اما بررسی دقیق مقالات مربوطه مشخص می‌سازد که اکثر مدل‌های ارائه شده براساس روش اجزای محدود بوده و کمتر به صورت تئوری به این موضوع پرداخته شده است. در این مقاله روش‌های میکرومکانیکی مختلف برای بدست آوردن خواص الاستیک مؤثر داربست‌های استخوانی ارائه شده‌اند و از آنها برای بررسی خواص مکانیکی داربست‌های مختلف، شامل داربست‌های استخوانی سرامیکی و کامپوزیتی، استفاده شده است. مدل‌سازی داربست‌های سرامیکی به صورت تک مقیاسه و مدل‌سازی داربست‌های کامپوزیتی به صورت چند مقیاسه انجام گرفته است. همچنین به دلیل کاربرد گسترده ماده هیدروکسی آپاتیت در ساخت داربست‌های استخوانی، در ادامه این پژوهش خواص مکانیکی داربست‌های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل‌های مختلف با روش‌های ارائه شده بدست آمده است. نتایج نشان می‌دهند که مدل‌های دیوی، خودسازگاری و دیفرانسیلی، به ترتیب، دارای بیشترین دقت در محاسبه مقدار مدول یانگ این داربست‌ها در محدوده تخلخل‌های زیر ۳۰ درصد، ۳۰ تا ۶۰ درصد و بالای ۶۰ درصد هستند. همچنین روش خودسازگاری تخمین مناسبی از مقدار ضریب پواسون داربست‌های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل‌های مختلف ارائه می‌دهد. با بدست آوردن مقادیر خواص مکانیکی داربست‌ها در تخلخل‌های مختلف با استفاده از این مدل‌ها و استفاده از تحلیل‌های آماری، رابطه ریاضی میان درصد تخلخل و خواص مکانیکی آنها (مدول یانگ و ضریب پواسون) بدست آمده است.

---

در این پژوهش با استفاده از مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد اثرات اندازه‌ی نانولوله کربنی بر خواص موثر الاستیک نانوکامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بررسی می‌شود. این نوع نانوکامپوزیت هیبریدی از نانولوله کربنی، فیبر کربن، زمینه پلیمری و فاز میانی ناشی از برهمکنش غیر پیوندی واندروالس بین زمینه و نانولوله کربنی تشکیل می‌شود. ویژگی ساختاری جدید نانوکامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بگونه‌ای است که نانولوله‌های کربنی همراستا بصورت شعاعی بر سطح فیبر کربن رشد داده شده‌اند. نانولوله‌ی کربنی و فیبر کربن بعنوان یک ماده ایزوتروپیک عرضی مدل می‌شوند در حالی که زمینه پلیمری و فاز میانی ایزوتروپ فرض می‌شوند. اثرات اندازه‌ی نانولوله کربنی بر رفتار کلی نانوکامپوزیت زمینه پلیمری، فیبر فازی کامپوزیتی و کامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که اندازه‌ی نانولوله کربنی بر خواص موثر عرضی نانوکامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی دارای اهمیت بیشتری می‌باشد. فهمیده شد که خواص موثر عرضی نانوکامپوزیت هیبریدی با افزایش اندازه‌ی شعاع نانولوله کربنی بهبود می‌یابد. همچنین این مدل میکرومکانیکی بمنظور بررسی اثرات فاز میانی بر رفتار کلی نانوکامپوزیت زمینه پلیمری، فیبر فازی کامپوزیتی و کامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بکار گرفته می‌شود. نتایج خواص موثر الاستیک بدست آمده با مدل میکرومکانیکی حاضر برای کامپوزیت هیبریدی تطابق بسیار خوبی با دیگر تحقیقات نشان می‌دهد.

---

در این پژوهش، یک مدل ساختاری الاستوپلاستیک به منظور بررسی اثرات افزودن نانوذرات سیلیکا بر منحنی‌های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت‌های زمینه پلیمری ارایه می‌شود. مدول الاستیک نانوکامپوزیت با ترکیب مدل‌های میکرومکانیکی موری-تاناکا و اشلبی با در نظر گرفتن ناحیه‌ی فازمیانی ناشی از واکنش بین نانوذرات سیلیکا و زمینه پلیمری ارزیابی می‌شود. سپس، منحنی‌های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک نانوکامپوزیت با بکارگیری یک روش همگن‌سازی میانگین‌گیری شده روی حجم‌های گروهی پایه میکرومکانیکی استخراج می‌شود. جهت اثبات درستی مدل توسعه داده شده، پیش‌بینی‌ها با داده‌های آزمایشگاهی موجود مقایسه می‌شوند. اثرات درصد حجمی و قطر نانوذرات سیلیکا، ضخامت و نمای چسبندگی ناحیه فازمیانی بر منحنی‌های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت‌های زمینه پلیمری به طور گسترده‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد. با در نظر گرفتن اثرات فازمیانی رفتار الاستوپلاستیک سخت‌تر مشاهده می‌شود. نتایج مدل‌سازی میکرومکانیکی به وضوح نشان می‌دهد که استحکام نانوکامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با نانوذرات سیلیکا یا (۱) افزایش درصد حجمی نانوذرات، (۲) کاهش قطر نانوذرات، (۳) افزایش ضخامت فازمیانی و (۴) کاهش نمای چسبندگی فازمیانی بهبود می‌یابد. در نهایت، منحنی‌های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت‌های زمینه پلیمری تقویت شده با نانوذرات سیلیکا تحت بارگذاری دو محوری به دست خواهد آمد.