سبد خرید شما خالی است!
در این مقاله آموزشی به آموزش و آشنایی مقدماتی با یک دیگر از المان های اصلی در رشته مهندسی مکانیک گرایش جامدات پرداخته می شود . مواد تابعی Functionally Graded Material (به اختصار FGM ) از جمله موادی هستند که به واسطه تغییر تدریجی ترکیبات شیمیایی ، توزیع و جهت گیری و یا اندازه فاز تقویت کننده در یک یا چند بعد خواص متفاوتی را در مناطق مختلف از خود بروز می دهند . این تغییر تدریجی ساختار و خواص منجر به گسترش کاربرد این گونه مواد شده است .
بخصوص در مواردی که نیاز به خواص متفاوت در مناطق مختلف باشد . با توجه به کاربردهای مختلف این مواد در صنایع هوایی ، نظامی و دفاعی ، بررسی روش ها و تکنیک های ساخت این مواد از اهمیت و ضرورت بالایی برخوردار است به طوریکه بسیاری از دانشجویان با استفاده از این مفاهیم به ارایه پایان نامه های کارشناسی ارشد , مقالات و پژوهش های خود می پردازند . در ادامه این مقاله آموزشی به آشنایی با تاریخچه FGM پرداخته می شود .
برای اولین بار نینو و همکارانش مفهوم اوایه FGM را در سازمان هوا فضای ژاپن مطرح کردند . از سال 1986 مطالعات امکان سنجی تولید FGM در این کشور شروع شد . مرحله اول پروژه فناوری گسترش FGM طی سال‌های 89-1987 در ژاپن انجام شد . سه گروه ساختن مواد ، پردازش و ارزیابی مواد همکاری داشتند . نظریه پیشنهادی تولید یک ماده جدید بود که با استفاده از سرامیک‌های با مقاومت حرارتی بالا و تحمل گرادیان حرارتی مناسب و فلزات با مقاومت مکانیکی بالا و ضریب هدایت حرارتی مناسب به گونه‌ای که تغییرات تدریجی ماده از سرامیک به فلز انجام پذیرد تا شرایط دمایی لایه بیرونی دماغه شاتل فضایی و نیز شرایط مکانیکی و جوشکاری لایه درونی شاتل ارضاء شود .
پس از دست یابی به هدف پروژه که ساخت و آماده سازی قطعات به قطر 30میلیمتر و ضخامت 1 تا 10میلیمتر که قادر به تحمل دماهایی در حدود 2000 درجه کلوین و اختلاف دمایی در حدود 1000 درجه کلوین بودند ، دانشمندان ژاپنی نتایج پژوهش‌های خود را در اولین سمپوزیوم جهانی در 1990 در اختیار همگان قرار دادند . مرحله دوم پروژه ملی در ژاپن در سال‌های 91-1990 انجام شد که منجر به ساخت ورق مربعی به ابعاد300 میلیمتر برای استفاده در قسمت پایینی دماغه سفینه فضایی و یک نیمکره به قطر 50 سانتی متر برای استفاده در نوک مخروطی دماغه سفینه شد . دومین سمپوزیوم جهانی FGM در 1992 برگزار شد و پس از آن مطالعات بر روی مواد FG و بویژه تحلیل سازه‌های FGM فراگیر شد .
در ادامه این مقاله آموزشی به آشنایی با کاربرد و خواص FG پرداخته می شود .
کاربردها و خواص مواد FG
در صنایع نظامی ، هوا و فضا ، نفت و گاز ، خودروسازی و ... موادی که دارای مقاومت مکانیکی ، مقاومت حرارتی ، مقاومت در برابر خوردگی و سایش ، مقاومت در برابر خزش و خستگی و ... هستند ، مورد توجه ویژه قرار می‌گیرند . از این جهت در دهه‌های اخیر و همچنین در صنایع پیشرفته امروزه ، مواد همگن و همسانگرد که دارای یکنواختی خواص بوده و باعث ایجاد محدودیت‌هایی در تولید محصولات با کیفیت می‌شوند ، چندان مورد توجه قرار نمی‌گیرند .
دانشمندان همواره در تلاش بوده‌اند که از مواد جدید با خواص برتر استفاده کنند . ایده مواد مرکب (کامپوزیت‌ها) در پایان دهه 1940 و آغاز دهه 1950 در صنایع دریایی عملی شد . مواد مرکب از ترکیب دو یا چند ماده ناهمساز بوجود می‌آیند که خواص فیزیکی متفاوت و گاهی ناسازگار دارند . این عدم سنخیت رفتار مواد ، باعث تمرکز تنش و ایجاد گسستگی در مرز لایه‌ها در اثر بارگذاری توام مکانیکی و حرارتی می‌شود .
پس از فرمول‌بندی اجسام مرکب با استفاده از تئوری الاستیسیته تئوری‌های حاکم بر ورق‌ها و پوسته‌های کامپوزیت ارایه گردید . تئوری کلاسیک و تئوری تغییر شکل برشی در تحلیل استاتیکی پوسته‌های کامپوزیتی را ، وینسون بکار برد و بین نتایج دو روش مقایسه انجام داد .
تغییر ناگهانی مواد و خواص مواد مرکب ، که موجب تغییر ناگهانی رفتار مواد بویژه در مرز لایه‌ها می‌گردد ، از اشکالات عمده آنهاست . لذا ایده تغییر تدریجی خواص مواد پی‌ریزی شد .
مواد تابعی خواص، یا مواد هدفمند (FGMs) ناهمگن هستند ، اما آنها را همسانگرد در نظر می‌گیرند . در مواد FG بدلیل پیوستگی موجود در خواص مکانیکی ، حرارتی و مغناطیسی ، تنش‌ها و گرادیان آنها حالت پیوسته‌ای پیدا می‌کنند که باعث استحکام ماده می‌شوند . تغییرات تدریجی خواص در ساختار مواد FG موجب استحکام بین لایه‌های مختلف آن می‌شود . در صورتی که در مواد مرکب کامپوزیتی ، تداخل بین ساختارهای زمینه‌ی الیاف ، نوعی ناهماهنگی در خواص مکانیکی ایجاد می‌کند . به عنوان مثال هنگامی که مواد کامپوزیت در معرض بارهای حرارتی بالا قرار می‌گیرند ، ترک ابتدا در مرز زمینه و الیاف ایجاد و سپس در لایه‌ها و مقاطع ضعیف داخل زمینه و الیاف منتشر می‌شود .
برای آشنایی با کامپوزیت ها یا ماده مرکب می توانید بر روی کامپوزیت ها کلیک نمایید که در مقاله ای جداگانه به آموزش و آشنایی با آن پرداخته شده است .
شکل 1-مدل تحلیلی برای FGM
در این مقاله آموزشی سعی بر آن شد که به آموزش مقدماتی FGM پرداخته شود تا دانشجویان و فارغ التحصیلان بتوانند با آشنایی با آن به ارایه مقالات کارشناسی ارشد و پژوهشی اقدام نمایند .
برای مطالعه مقاله های آموزشی دیگر می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های مورد نظر هدایت شوید :
سلام . خسته نباشید میشه منبعش رو هم ذکر کنید تا بتونیم ازش استفاده کنیم تو پایان نامه
