پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت، عملکرد دینامیکی کامپوزیت‌های تقویت شده با نانوالیاف را بررسی و تحلیل کردند و به پاسخ مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها، تحت بار دینامیکی پایدار دست یافتند.

به گزارش سرویس پژوهشی ایسنا، نحوه پاسخ نانوکامپوزیت‌های مورد استفاده در وسایل الکترونیکی یا سازه‌یی به بارهای احتمالی وارد به آنها، موجب عملکرد متفاوت این مواد می‌شود که با شناخت صحیح این پاسخ‌ها، می‌توان عملکرد این وسایل را بهبود داد.

سید محمد هاشمی‌نژاد، محقق دانشگاه علم و صنعت که پژوهشی را در این زمینه انجام داده، هدف از انجام این پژوهش را به دست آوردن پاسخ مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها، تحت بار دینامیکی پایدار، بیان کرد و افزود: در این تحلیل، اثرات کوچک شدن ناهمگنی‌ها (نانوفیبرها) در رفتار مکانیکی سازه‌هایی که متشکل از این ناهمگنی‌ها هستند مورد بررسی‌ قرار گرفته‌ است. تا چندی پیش، با در نظر نگرفتن این اثر در حل مسایل، رفتار سازه‌ها مستقل از اندازه ناهمگنی‌ها بود، اما با وارد کردن صحیح این اثر، مشاهده می‌شود که رفتار سازه‌ها به صورت محسوسی به اندازه ناهمگنی‌ها (شعاع نانوالیاف) وابسته است.

وی برای این کار، ابتدا روابط مورد نیاز برای اثرات سطح در مقیاس نانو را به دست آورده، سپس با استفاده از حالت تحلیلی موجود، حالت ناهمگنی مواد (در حالتی که اثرات سطح در نظر گرفته نشده است) را بررسی و حل کرده‌ است. در این حل، پاسخ یک ماده نانوکامپوزیتی، بدون در نظر گرفتن اثرات سطح بدست آمده‌است. در ادامه، با استفاده از روابط موجود و شرایط مرزی اثرات سطح، مساله را دوباره حل کرده و به این ترتیب حل کامل مساله به‌ دست آمده ‌است.

دکتر هاشمی‌نژاد برای بررسی درستی نتایج موجود، چند مثال برای نمونه حل کرده که در این مثال‌ها، ماده زمینه آلومینیوم فرض گردیده‌است.

وی نتایج این پژوهش را به صورت تحلیلی و عددی ارایه کرده‌است. در نتایج عددی، مقادیر سرعت گسترش و ضعیف شدن امواج فشاری و برشی در ماده نانوکامپوزیت (با زمینه آلومینیومی)، استخراج گردیده‌است. این نتایج، برای دو گونه فیبر سخت و نرم به‌طور جداگانه محاسبه شده‌است. همچنین دامنه وسیعی برای فرکانس موج ورودی در نظر گرفته شده‌است. علاوه بر این، نتایجی‌ برای خواص موثر دینامیکی نانوکامپوزیت ارایه گردیده‌است.

نکته قابل توجه این است که نتایج به دست آمده، در هر مثال عددی با مثال حل شده متناظر که در آن اثرات سطح در نظر گرفته نشده بود مقایسه شده و مشخص شده که اثرات سطح، مقادیر تنش را به‌صورت محسوسی برای شعاع‌های کمتر از 20 نانومتر تغییر می‌دهد؛ البته، این تغییر وابسته به نوع فیبر، درصد حجمی آن در نانوکامپوزیت، فرکانس موج ورودی و نوع موج (فشاری یا برشی) است. به‌طور خلاصه، وابستگی نتایج به اندازه فیبر، در فیبر نرم با درصد حجمی بیشتر مشهودتر است.

استاد دانشگاه علم و صنعت در ادامه گفت: در پژوهش‌های اخیر، اثرات سطحی برای نانوکامپوزیت‌ها در پاسخ به بارهای استاتیکی، مورد بررسی‌ قرار گرفته بود؛ اما در این پژوهش پاسخ این سازه‌ها به بارهای دینامیکی پایدار مانند گسترش پایدار امواج بررسی شده‌است.