طراحي و ساخت دستگاه يونيورسال ميكروكشش به منظور مطالعه مواد با رفتار مكانيكي پايين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

با توجه به آشنايي انسان از گذشته‌هاي دور با مواد و دستيابي تدريجي به نحوه‌ي استفاده از آن‌ها و نحوه‌ي اعمال تغييرهاي به نحو مطلوب براي استفاده بيشتر از آن، هميشه يافتن راهي براي پيش‌بيني رفتار ماده¬ها و قطعه¬ها در مقابل اعمال نيروها و قرارگرفتن در موقعيت¬هاي مختلف براي انسان¬ها مهم و البته مفيد بوده است. همچنين مشخصه‌يابي خاصيت‌هاي¬ مكانيكي ماده¬هاي نرم و الياف‌ها (ميكرو) با استفاده از سامانه‌هاي فعلي موجود در صنعت و آزمايشگاهي كشش‌/ فشار يونيورسال به دليل ظرفيت نيرويي اين سامانه¬ها معمولاً امكان‌پذير نبوده در حالي كه يكي از محورهاي اصلي تحقيق¬هاي بين رشته¬اي ارتباط خاصيت‌هاي¬ مكانيكي اين ماده¬ها با رفتارهاي فيزيكي و يا ساختاري آن¬ها است. يكي ديگر از چالش‌هاي اساسي دركشور ما در چندين سال اخير نبود امكان واردات تجهيزهاي، ماشين‌آلات صنعتي، ماده¬ها و قطعه¬هاي به روز مورد نياز در صنعت در فناوري‌هاي نوين و فناوري مشخصه‌يابي بوده كه خود يك مانع جدي در انجام پژوهش‌ها قلمداد مي¬شود. اين معضل فرآيند طولاني و زمانبري را شامل شده و يا منجر به واردات تجهيزهاي وارداتي شده كه از كيفيت، دقت و كارايي لازم بهره نمي¬برند. اين پژوهش در فاز اول به طراحي و ساخت و بومي¬سازي دستگاه تست كشش در مقياس ميكرو (اصطلاح رايج به دليل مقدارهاي كم نيروها، يا مقياس‌هاي كوچك و اندازه نمونه¬ها) با به‌كارگيري از استانداردهاي مشخص در طراحي به جهت تامين نيازهاي آن استاندارد‌ پرداخته، كه با استفاده از آن مي¬توان خاصيت‌هاي¬ كششي، فشاري و خمشي نمونه¬ها و همچنين خاصيت‌هاي¬ مكانيكي (عموماً كششي/فشاري) پايين، ويژگي‌هاي ماده¬هاي نرم، كشسان، مواد فوق كشسان و الياف پايه پليمري را ارزيابي نمود. در فاز دوم اين پژوهش به عنوان هدف فرعي به ساخت نمونه‌هاي كامپوزيتي، نانوكامپوزيتي و نانو‌الياف پايه پليمري با نگاه ويژه به نوع آن‌ها با خاصيت‌هاي الاستيك پايين و همچنين با اشاره به كاربرد اين مواد در صنعت امروزي بويژه رشته مهندسي پزشكي پرداخته شده است. نتايج حاصل از انجام اين پژوهش پس از انجام فرآيند طراحي و ساخت دستگاه آزمون ميكروكشش، در كنار آن ساخت نمونه‌هاي كامپوريتي-نانوكامپوزيتي پايه پليمري كاربردي با خاصيت‌هاي كششي مناسب، همچنين بهره‌بردن از نمونه‌هاي زمينه پليمري توليد شده استاندارد موجود در بازار و انجام آزمون‌هاي متعدد‌ كشش با دستگاه ساخته‌شده و بررسي خاصيت‌هاي‌ كششي همان نمونه‌ها با ساير تجهيزهاي موجود و در دسترس اندازه‌گيري آزمون كشش (در شرايط مشابه آزمون با دستگاه ميكروكشش) و با هدف صحت‌سنجي كار انجام شده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل پس از انجام مرحله صحت‌سنجي به‌صورت نزديك و با درصد خطاي حدود 15 درصدي ارزيابي گرديد. از جمله نمونه‌هاي صحت‌سنجي، پليمر دوجزئي از جنس سيليكون با دستگاه كشش زوئيك تحت آزمون با دوبار تكرار قرار گرفت بيشترين نيروي كشش 12 نيوتن، با كرنش 3/1 مگاپاسكال و بيشترين درصد ازدياد طول 268 درصد ثبت گرديد. از ويژگي‌هاي دستگاه ساخته شده در كنار ابعاد كوچك دستگاه كه فضاي كمتري در محيط‌هاي آزمايشگاهي اشغال مي‌نمايد در مقايسه با ساير دستگاه‌ها مي‌توان به استفاده كردن از قطعه¬هاي استاندارد در ساخت آن اشاره نمود كه در كنار نگهداري آسان در صورت نياز به تعمير يا تعويض با در دسترس بودن قطعه‌ها اين روند با هزينه كمتري انجام خواهد گرفت. از ديگر امتيازهاي آن تسلط كاربر در حين انجام مرحله¬هاي آزمون، گيره‌بندي آسان نمونه‌ها، نگهداري و ايمن بودن دستگاه و اپراتور اشاره نمود. در كنار موردهاي بالا مي‌توان به ديگر قابليت دستگاه در ثبت خروجي‌هاي دستگاه آزمون ميكرو كشش نمودار نيرو-جابجايي با ثبت جابجايي در دقت 0.001 ميلي¬متر اشاره نمود.

220810

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان