نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

در این پژوهش، یک مدل سه­بعدی اجزاء محدود برای نانولوله­های کربنی تک­دیواره­ آرمچیر، زیگزاگ و کایرال پیشنهاد شده است. برای ایجاد مدل اجزاء محدود، گره‏ها در محل اتم‏ها جایگزین شده، پیوندها به‌عنوان جزء تیر الاستیک سه‏بعدی مدل‌سازی شده است. با استفاده از این مدل تأثیر کایرالیتی و عیب استون- ولز بر استحکام نهایی (تنش نهایی و کرنش نهایی) نانولوله­ کربنی تک‏دیواره بررسی شده است. نتایج نشان می­دهد که این عیب استحکام نهایی نانولوله آرمچیر را به­شدت کاهش می­دهد، اما تأثیر بسیار کمی بر استحکام نهایی نانولوله زیگزاگ می‌گذارد. بر اساس نتایج، مسیر رشد ترک در نانولوله­های زیگزاگ و آرمچیر به‌ترتیب دارای زاویه 90 و 45 درجه نسبت به محور طولی نانولوله است.

در فرایند تف‌جوشی پلاسمای جرقه­ای، اعمال هم‌زمان فشار مکانیکی و بار الکتریکی روی نمونه پودری، موجب حصول نمونه‌ای با چگالی نزدیک به مقدار نظری می‌شود. در این پژوهش به شبیه‌سازی اجزای محدود کوپل الکتریکی- حرارتی- مکانیکی سیستم تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای و استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی چند هدفه برای بهینه‌سازی متغیر‌های قالب، پرداخته شده است. شبیه‌سازی صورت گرفته برای نمونه کامپوزیتی Si₃N₄-SiO₂ با نسبت مولی 1:1 مطابقت خوبی با آزمون‌های تجربی داشت. به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه، بهینه‌‌سازی ابعاد قالب به منظور حداکثر نمودن دمای مرکز نمونه و حداقل کردن "تنش فون میسز" در قالب صورت گرفت. نتایج نشان می‌دهد پس از بهینه‌سازی ابعاد قالب، دمای مرکز نمونه حدود 8 درصد افزایش و اختلاف دمای مرکز نمونه و سطح قالب در حدود 18 درصد کاهش یافت. این موضوع موجب یکنواختی بهتر در توزیع تخلخل نمونه نهایی گردید.