شماره راهنما :
1717 دكتري
پديد آورنده :
صادق زاده، سرور
عنوان :
ساخت و مشخصه يابي ميله ها بر پايه متاكريلات با ساختار الهام گرفته شده از اسفنج دريايي (Euplectella Aspergillum)
با استفاده از روش استريوليتوگرافي
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، [172]ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
رحمت الله عمادي، مهدي صالحي
توصيفگر ها :
اسفنج دريايي , اسپيكيول , رزين , چاپ سه بعدي , خواص مكانيكي , مكانيزم شكست
استاد داور :
احمد رضائيان، سعيد نوري خراساني، مجيد بني اسدي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/01/30
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/01/31
چكيده فارسي :
چكيده در بين گروههاي اصلي مواد استفاده از برخي پليمرها به دليل تردي ذاتي با محدوديت همراه است الهام گرفتن از ساختار موجودات بيولوژيكي كه در طبيعت وجود دارند و داراي چقرمگي استحكام زياد و مقاوم به ترك هستند ميتوانند منجر به ارائه ساختارهاي جديدي شوند كه منجر به رفع محدوديت استفاده از اين مواد ترد در صنعت ميشود يكي از ساختارهاي بيولوژيكي كه اخيرا مورد توجه قرار گرفته است ساختار اسفنج شيشهاي Euplectella Aspergillum است كه از رشتههاي بلندي به نام اسپيكيول با ساختاري شبيه به پوست پياز تشكيل شده است با توجه به انعطافپذيري و چقرمگي زياد در اين اسفنجها در اين پژوهش سعي بر آن شده است كه با الهام گرفتن از ساختار اين نوع از اسفنج و استفاده از آن در مواد ترد بتوان مشكل تردي و شكست ناگهاني اين نوع از مواد را بهبود بخشيد و منجر به ايجاد ساختاري با استحكام و چقرمگي زياد و مقاوم به شكست شد در اين پژوهش از رزين ترد با نام تجاري ريجيد رزين بر پايه متاكريالت يورتان دي متاكريالت و ذرات شيشه سيليكا استفاده شد و با استفاده از روش چاپ سه بعدي استريوليتوگرافي ميلهها با ساختار توپر به عنوان نمونه كنترل و ساختار الهام گرفته شده از اسپيكيول ساخته شدند در اين پژوهش تاثير پارامترهايي مانند تغيير ضخامتاليهها فاصله بين اليهها نوع طراحي قرار گرفتن اليهها در كنار يكديگر جنس اليهها و حضور هسته در ساختار بر روي خواص خمشي برشي و كمانش نمونهها مورد بررسي قرار گرفت بررسي مكانيزمهاي شكست و نحوه توزيع ترك در تمامي ساختارها در مقايسه با نمونه كنترل با ساختار توپر با استفاده از ميكروسكوپهاي الكتروني روبشي و ميكروسكوپ نوري تحت آزمونهاي خمشي برشي و كمانش مورد بررسي قرار گرفت با توجه به نتايج در بين تمامي نمونهها با ساختار SIS چاپ همزمان اليهها NCS چاپ جداگانه اليهها بدون هسته NCSC چاپ جداگانه اليهها با هسته و NCS Co نمونههاي كامپوزيتي به صورت چاپ جداگانه سيلندرها از جنس تاف ريجيد و گري پرو رزين نمونه با ساختار NCS و ضخامت اليههاي سيلندري متفاوت ۱ ۳ mm به ترتيب داراي استحكام كرنش مدول يانگ خمشي و چقرمگي 4 ۱ 0 4۱ ۱68 4۵ ۱4 4۵ MPa درصد ۵ ۵۲ 0 0۵ GPa و3 6 7۱ 0 80 KJ m بوده و به عنوان نمونه بهينه انتخاب شد ايجاد اين نوع ساختار منجر به بهبود 07 و 804 درصدي استحكام خمشي و چقرمگي نسبت به نمونه كنترل شده است با توجه به نتايج حاصل از بررسيهاي ميكروسكوپ روبشي سطح مقطع شكست نمونه كنترل و نمونه با ساختار الهام گرفته از اسپيكيول رفتار شكست ماده ترد مشاهده شد اين در حالي است كه نمودارهاي تنش كرنش نمونهها با ساختار اسپيكيول رفتار شكست ماده نرم را نشان ميدهند اين مهم نشان دهنده آن است كه در اين پژوهش بدون تغيير در تركيب شيميايي ماده تغيير در رفتار شكست ماده رخ داد مقايسه نمودارهاي تنش كرنش نمونه كنترل و نمونه با ساختار اسپيكيول نشان دهنده تغيير نوع شكست از حالت ناگهاني به صورت تدريجي با مكانيزم پلهاي بوده است همچنين با توجه به بررسيهاي صورت گرفته مكانيزمهاي شكست در نمونه با ساختار الهام گرفته از اسپيكيول حضور آسپريتي و ناهمواري سطحي و ايجاد اصطكاك در بين اليهها انحراف ترك از اليهاي به اليه ديگر انشعابي شدن ترك پل زدن ترك و ايجاد ميكروتركها در ساختار بوده است نتايج استحكام برشي نشاندهنده آن است كه استحكام مدول و كرنش برشي نمونه كنترل به ترتيب 0 0۱۳ 0 00۱ mm mm ۵7 68 7 6۱ MPa و ۵ 4 ۱ ۲ GPa بوده است و ايجاد ساختار اليه اليه منجر به كاهش استحكام برشي شده است همچنين بررسيهاي ميكروسكوپي سطح مقطع شكست نمونهها پس از آزمون برش بيانگر آن بوده است كه حالت شكست در نمونه كنترل به صورت مخلوطي از حالت شكست I و II بوده است اين درحالي است كه در نمونهها با ساختار اسپيكيول در ضخامت كم اليهها حالت شكست به صورت برشي خالص II بوده است در حالي كه افزايش ضخامت اليهها منجر به تغيير حالت شكست به سمت حالت I شكست شد همچنين نمونه با ضخامت اليه ۱ ۳ mm استحكام كمانش ۱6 4۱ ۲ 4۳ MPa را نشان داده است كه در مقايسه با نمونه كنترل با استحكام كمانش ۹ 06 ۱ 78 MPa در حدود 08 درصد بهبود ايجاد كرده است كلمات كليدي اسفنج دريايي اسپيكيول ريجيد رزين تاف رزين گري پرو رزين چاپ سه بعدي خمش برش كمانش مكانيزم شكست
چكيده انگليسي :
Fabrication and evaluation of methacrylate based rods with the inspired structure of marine sponge Euplectella Aspergillum by stereolithography method Sorour Sadeghzade soroursadeghzade@gmail com Date of submission 2 27 2021 Departments of Materials Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan Iran1st Supervisor Rahmatollah Emadi Professor remadi@cc iut ac2nd Supervisor Mehdi Salehi Professor drmsalehi@hotmail comMahshid Kharaziha Department Graduate Program Coordinator Materials Research Group Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Isfahan84156 83111 IranAbstractIn this study for the first time we mimicked the structure of spicules in Euplectella Aspergillum EA sponges anddeveloped a novel structure to improve the mechanical properties of brittle methacrylate based rods In the newlydeveloped structure cylinders with various thicknesses were printed by stereolithography method Among all samples the nested cylindrical structures with 1 3 mm layer thicknesses showed an improvement of 70 192 92 and423 in flexural strength strain modulus and toughness compared to the control samples respectively Changingthe architecture of solid rods to spiculic structures led to stopping and deflecting the crack path and subsequentlyprevented catastrophic failure in these structures Key WordsSpicules Stereolithography Brittle Resin Sponge IntroductionNature provides us with the best sources of novel concepts and ideas in science and technology Scientists have always inspired by the chemical composition and structure of animals and plantsto find proper solutions to industrial problems and create materials and structures with improvedproperties e g Meyers et al 2008 Studying the biological structures and understanding the relationship between their microstructureand properties which result in designing a new generation of lightweight materials or structureswith exceptional properties are the key elements that encourage scientists to research in this field Numerous structures in nature offer high strength and toughness simultaneously such as bonestructure bee honeycomb structure marine sponges nacre and abalone structures e g Mayer 2009 Glass sponges are another example of lightweight structures with excellent mechanical properties One of the famous glassy sponges is Euplectella Aspergillum EA which belongs to theHexactinellida group and is classified as the phylum Porifera These sponges have shown superiormechanical properties flexural strength and strain of 850 MPa and 2 5 respectively compared
استاد راهنما :
رحمت الله عمادي، مهدي صالحي
استاد داور :
احمد رضائيان، سعيد نوري خراساني، مجيد بني اسدي
