جواد پاینده پیمان

جواد پاینده پیمان


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

جلسه دفاعیه برای دریافت درجه دکتری در رشته مهندسی مکانیک-طراحی کاربردی

 

        تعیین خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن/خاک‌رس و پلی‌پروپیلن/کربنات‌کلسیم تحت بارگذاری ضربه‌ای و سیکلی


استاد راهنما:

 دکتر غلامحسین مجذوبی

(استاد گروه مکانیک)

 

استاد مشاور:

 دکتر رضا باقری

(استاد دانشکده مواد دانشگاه صنعتی شریف)


داور داخلی:

 دکتر امیرحسین محمودی(دانشیار گروه مهندسی مکانیک)

 

داوران خارجی:

دکتر سید علیرضا ثابت                                     دکتر سعید فعلی

                 (دانشیار پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران)                         (دانشیار گروه مهندسی مکانیک دانشگاه رازی کرمانشاه)

 

ارائه:

جواد پاینده پیمان

آمفی تئاتر دانشکده مهندسی- یکشنبه 27 تیرماه ساعت 10:30


چکیده:

  استفاده از کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، به دلیل نسبت استحکام به وزن بسیار خوبی که دارند، در سال‌های اخیر رو به گسترش است. پلی‌پروپیلن به عنوان یک پلیمر ترموپلاستیک دارای خواص بسیار خوب مکانیکی بوده و در ساخت کامپوزیت‌های پلیمری به صورت گسترده استفاده می‌شود. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد، نانو خاک‌رس و نانو کربنات‌کلسیم که به عنوان پر‌کننده در درصدهای کم وزنی به موادپلیمری اضافه می‌شوند، خواص مکانیکی آن‌‌ها را به نحو چشمگیری افزایش می‌دهند. بررسی اثر بهبود این خواص از نکات کلیدی در طراحی قطعات مختلف پلیمری می‌باشد.

در این رساله، نانوکامپوزیت پلی‌پروپیلن/خاک‌رس و پلی‌پروپیلن/کربنات‌کلسیم به روش مخلوط مذاب تهیه شده و نمونه‌های لازم برای آزمون‌های مختلف مکانیکی از طریق تزریقی تهیه شده است. بعد از انجام آزمایش‌های مختلف مکانیکی از قبیل کشش، فشار، شارپی، خمش سه نقطه‌ای، خستگی و سختی، اثر نانو ذرات بر روی خواص مکانیکی پلیمر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش سختی به دلیل غیر مخرب بودن بیشتر مورد توجه قرار گرفته و یک مدل جدید برای مرتبط کردن تنش تسلیم، مدول الاستیسیته و نیروی بارگذاری به میکروسختی ارائه شده است.

در ادامه، به منظور پیش بینی رفتار کامپوزیت‌ها به روش عددی، به دلیل وابستگی تسلیم مواد پلیمری به فشار هیدوراستاتیک، از معیار تسلیم دراکر-پراگر استفاده شده است. محاسبه ضرایب دراکر-پراگر نیاز به آزمایش‌های پیچیده مکانیکی دارد  و اگر تنش تسلیم ماده بالا باشد، عملا امکان پذیر نیست. به این منظور یک روش بر اساس  بهینه‌سازی جعبه سیاه پر هزینه ارائه شده است که می‌تواند ضرایب دراکر-پراگر را محاسبه کند. در روش فوق با ایجاد ارتباط بین نرم افزار متلب و کد اباکوس، ضرایب دراکر-پراگر برای کامپوزیت محاسبه شده و اثرات نانوذرات نیز بر این ضرایب به‌دست آمده است. همچنین با این روش می‌توان، با انجام تنها آزمایش خمش سه نقطه ای، خواص مکانیکی کامپوزیت از قبیل مدول الاستیسیته، تنش تسلیم کششی، تنش تسلیم فشاری و نسبت پواسون پلاستیک را محاسبه کرد.

پیش‌بینی حساسیت تنش تسلیم مواد پلیمری نسبت به دما و نرخ کرنش از پارامترهای مهم برای طراحی قطعات مکانیکی تحت بارگذاری ضربه‌ای می‌باشد. به این منظور آزمایش‌های مختلفی در محدوده دمایی 25-85 درجه سانتیگراد و در نرخ‌های استاتیکی، دینامیکی و ضربه‌ای با استفاده از دستگاه‌های سنتام و ‌هاپکینسون فشاری انجام شده است. در ادامه ضرایب مدل ری-آیرینگ و اشتراکی که در پلیمرهای آمورف و نیمه کریستال استفاده می‌شود، محاسبه شده است.  همچنین یک مدل جدید به منظور پیش بینی اثر نانوذرات بر خواص مکانیکی ترموپلاستیک‌ها ارائه شده است و با ترکیب این مدل با مدل‌های ری-آیرینگ و اشتراکی دو مدل جدید به منظور پیش بینی استحکام مواد کامپوزیتی در دما، نرخ کرنش و مقدار پر‌کننده ارائه شده است.

واژه‌های کلیدی:

نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن/خاک‌رس، نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن/کربنات‌کلسیم،

مدل ری-آیرینگ، مدل اشتراکی، مدل دراکر-پراگر، بارگذاری ضربه‌ای

Abstract:

Polymer-based composite, due to their good strength/weight ratio, have widely been used over recent years. Polypropylene (PP) as a thermoplastic polymer has excellent mechanical properties highly appealing to manufacturing polymeric composites.  Recent investigations show that adding low weight percent of nanoclay and calcium carbonate as filler to polymeric materials increases their mechanical property dramatically. Characterization of property improvement is a key point for designing polymeric different parts.

In this thesis, polypropylene/clay and polypropylene/calcium carbonate, manufactured using mixed meting method and different mechanical test specimens, were fabricated with injection molding. After different mechanical tests such as tension, compression, charpy, three-point bending, fatigue and hardness, nanoparticle effects on the mechanical properties of neat polymer are investigated. Hardness test as non-constrictive method are rather considered and new model is proposed to correlate the yield stress, elastic modulus, and the applied load to microhardness.

In the following, in order to predict the composite behavior by numerical method, considering the dependence of polymeric material yield stress on hydrostatic pressure, Drucker-Prager yield criterion is applied. Calculation of Drucker-Prager coefficients needs complicated mechanical tests and, if material has high strength, it is impractical. For this purpose, a method on the base of expensive black-box optimization is presented which can drive Drucker-Prager coefficients. In this method, by coupling Matlab software and Abaqus codes, Drucker-Prager coefficients are calculated and effects of nanoparticle on these coefficients are identified. Also with this method, mechanical properties of composites including elastic modulus, tensile yield stress, compressive yield stress and plastic Poisson’s ratio can be derived by doing only three-point bending test.

Predictions of polymeric material yield stress sensitivity with respect to temperature and strain rate are important parameters for designing parts under impact loading. For this purpose, different tests are conducted over temperature range and under static, dynamic and impact loading with Santam and Hopkinson Bar machine. In the following, Ree-Eyring and Cooperative model coefficients, used in amorphous and semi-crystal polymers, are calculated. Also, a new model is proposed for the prediction of nanoparticles effects on the mechanical properties of thermoplastics and, by combining this model with Ree-Eyring and Cooperative models, two models are presented to correlate temperature, strain rate and filler content to composite material strength.

 

Keywords:

Polypropylene/nanoclay, Polypropylene/calciuam carbonate, Ree-Eyring Model, Cooperative Model, Drucker-Prager Model, Impact Loading

 


رزومه:
 


جواد پاینده پیمان

j.payandehpeyman@gmail.com

j.payandehpeyman@basu.ac.ir

 

 

تحصیلات

دانشجوي دكتري مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی-دانشگاه بوعلی سینا-ورودی 1389(در حال دفاع)

عنوان پایان نامه: بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن/نانوکلی و پلی پروپیلن/ نانوکربنات کلسیم تحت بارگذاری ضربه ای و سیکلی

استاد راهنما: پروفسور غلامحسین مجذوبی(استادگروه مهندسی مکانیک دانشگاه بوعلی سینا)

استاد مشاور:پروفسور رضا باقری(استاد گروه مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شریف)

کارشناسی ارشد: مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی-دانشگاه بوعلی سینا    1386-1388

عنوان پایان نامه: بررسی خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به روش شبیه سازی عددی  

استاد راهنما: پروفسور غلامحسین مجذوبی(استاد گروه مهندسی مکانیک دانشگاه بوعلی سینا)

استاد مشاور: دکتر ذبیح الله بلبلی نوجینی (دانشیار گروه شیمی دانشگاه اهواز)                

کارشناسی: مهندسی مکانیک- طراحی جامدات- دانشگاه بوعلی سینا،  1381-1385

عنوان پایان نامه: بررسی پارامتریک انفجار در خرج گود به کمک نرم افزار Ls-Dyna                                استاد راهنما: پروفسور علی علوی نیا(استاد گروه مهندسی مکانیک دانشگاه بوعلی سینا)

 

علایق کاری

تحلیل تنش، مکانیک ضربه ، المان محدود، مکانیک مولکولی، کامپوزیت‌های پلیمری، نانومکانیک

 

سوابق کاری

1-     بورسیه وزارت علوم

2-    کارشناس آموزشی و پژوهشی آزمایشگاه مقاومت مصالح و خواص مکانیکی مواد دانشگاه بوعلی سینا (کارمند پیمانی دانشگاه 87-92)

3-    تدریس نرم افزار های مهندسی مکانیک در دانشگاه بوعلی سینا( از سال 82 تاکنون)

AutoCAD, Mechnical Desktop, Ansys, Ls-Dyna, Matlab,Working Model, Visual Nastran

4-    برگزاری دوره نرم افزار Ansys در دانشگاه صنعتی شریف

5-    کارشناس بخش R&D شرکت اهرام یدک

6-     برنامه نویسی دستگاه های CNC در شرکت اهرام یدک(نرم افزار SurfCam)

7-    دارای مدرک مربیگری آموزش نرم افزار ANSYS از سازمان فنی و حرفه ای

8-    برنامه نویسی در محیط Matlab,Python ، Fortran ، APDLو Abaqus

9-    خرید تجهیزات و راه اندازی آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشگاه صنعتی همدان

10-                        تسلط کامل به دستگاه‌های آموزشی و پژوهشی مقاومت مصالح

 

سوابق تدریس

نام درس

سمت

مقطع

تاریخ

دانشگاه

نرم افزار کمکی

نقشه‌کشی صنعتی1

استاد

کارشناسی

89-91

بوعلی سینا

AutoCAD

نقشه‌کشی صنعتی2

استاد

کارشناسی

89-91

بوعلی سینا

Mechnical Desktop

نقشه‌کشی صنعتی1

استاد

کارشناسی

90 تاکنون

صنعتی همدان

AutoCAD

برنامه‌نویسی کامپیوتر

استاد

کارشناسی

92 تاکنون

صنعتی همدان

Matlab

مقاومت مصالح 1

استاد

کارشناسی

91 تاکنون

صنعتی همدان

-

مقاومت مصالح 2

استاد

کارشناسی

91 تاکنون

صنعتی همدان

-

اجزاء محدود

استاد

کارشناسی

91 تاکنون

صنعتی همدان

Ansys

اجزاء محدود

استادیار

کارشناسی

86 تا 93

بوعلی سینا

Ansys

اجزاء محدود پیشرفته

استادیار

کارشناسی ارشد

89 تا 93

بوعلی سینا

Ansys

 

سوابق علمی و پژوهشی

1-    کسب رتبه اول در آزمون ورودی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه بوعلی سینا در سال 1389

2-    رتبه اول در بین ورودی های دکتری

3-    عضو استعدادهای درخشان دانشگاه بوعلی سینا

4-    طرح برگزیده جشنواره خوارزمی سال 1380در استان همدان

5-    عضو ستاد ویژه توسعه فناوری نانو( انجام پایان نامه کارشناسی ارشد و دکتری با حمایت ستاد نانو)

6-     استاد مشاور دو پایان نامه کارشناسی ارشد در زمینه نانومکانیک  و یک پایان نامه دوره دکتری دندانپزشکی(ارائه مشاوره برای مدل سازی اجزاء محدود فک و دندان)

7-    استاد راهنما 5 پایان نامه کارشناسی در دانشگاه صنعتی همدان ( انجام شده: 3 ، در حال انجام : 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

لیست مقالات    

1

J. Payandehpeyman, G.H. Majzoobi, R. Bagheri, Experimental and analytical investigations into the effects of inorganic filler on the polypropylene nanocomposite microhardness, Journal of Thermoplastic Composites Materials, April  2016, DOI:10.1177/0892705716644668.

2

J. Payandehpeyman, G.H. Majzoobi, R. Bagheri, Determination of the extended Drucker–Prager parameters using the surrogate-based optimization method for polypropylene nanocomposites, Journal of Strain Analysis and Engineering Desgin.February 2016. DOI: 10.1177/0309324715627564.

3

پاینده پیمان، جواد. مجذوبی، غلامحسین. باقری، رضا. تعیین پارامترهای سطح تسلیم وابسته به فشار برای کامپوزیت های پلیمری به روش بهینه سازی بر پایه مدل کریجینگ، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 16، شماره 1، فروردین 1395، صفحه 280-290

4

پاینده پیمان، جواد. مجذوبی، غلامحسین. باقری، رضا. بررسی تجربی،عددی و تحلیلی میکروسختی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن، مجله علمی پژوهشی علوم و فناوری کامپوزیت، انتشار آنلاین از تاریخ 13 اردیبهشت 1395

5

J. Payandehpeyman, R. Seifi, G.H. Majzoobi. Estimation of Ultimate Stress for Defected Single-Walled Carbon Nanotubes, 4th International Conference on Nanostructures (ICNS4) 12-14 March, 2012, Kish Island, I.R. Iran

6

J. Payandehpeyman, A. Alavainia, G.H. Majzoobi. Parametric Study of Single-Wall Carbon Nanotubes Under Impact Loading with Structural Mechanics. 15th Iranian Chemistry Congress. Hamedan, Iran, 2011

7

  G.H. Majzoobi., J. PayandehPeyman., Z. Bolboli Nojini., AN INVESTIGATION INTO THE TORSIONAL BUCKLING OF CARBON NANOTUBES USING MOLECULAR AND STRUCTURAL MECHANICS International Conference on Nano Science and Technology (ICONSAT2010) Mumbai, India, 2010.

8

G.H. Majzoobi., J. PayandehPeyman., Z. Bolboli Nojini., AN INVESTIGATION INTO THE TORSIONAL BUCKLING OF CARBON NANOTUBES USING MOLECULAR AND STRUCTURAL MECHANICS., International Journal of Nanoscience, 2011, 10, 989-993

9

پاینده پیمان، جواد. مجذوبی، غلامحسین. بلبلی نوجینی، ذبیح الله. بررسی کمانش محوری نانولوله های کربنی به روش مکانیک مولکولی و مکانیک سازه ای. هيجدهمين همايش سالانه بين‌المللي مهندسي مکانيک ايران. تهران، دانشگاه صنعتي شريف. ارديبهشت 1389

    10

پاینده پیمان، جواد. مجذوبی، غلامحسین. بلبلی نوجینی، ذبیح الله. بررسی خواص مکانیکی نانولوله های کربنی با استفاده از شبیه سازی عددی. هفتمین همایش دانشجویی فناوری نانو. ایران. تهران. دانشگاه تربیت مدرس. خرداد 1389

11

Alavi Nia, A., and Payandeh Peyman, J., Parametric study of explosion in shaped charge,. 7th International Conference on Shock & Impact Loads on Structures, China, 2007

12

علوی نیا، علی. پاینده پیمان، جواد.  پیش بینی عددی و تحلیلی زمان گسیختگی جت در خرج گود . هفدهمين همايش سالانه بين‌المللي مهندسي مکانيک ايران. تهران، دانشگاه تهران. ارديبهشت 1388