کاوه رحمانی

کاوه رحمانی


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

پایان نامه برای دریافت درجه دکتری در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان:

 

بررسی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت پایه منیزیم ساخته‌شده به روش فشرده‌سازی پودر

 

 

استاد راهنما:

دکتر غلامحسین مجذوبی

 

 اساتید خارجی:

                          دکتر محمد حسین عنایتی                       دکتر علیرضا ثابت

                دانشگاه صنعتی اصفهان                           پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

 

استاد داخلی:

دکتر علی علوی نیا

 

نگارش:

کاوه رحمانی

 

زمان برگزاری: چهارشنبه 4 مهر ساعت 14

مکان: آمفی تاتر دانشکده مهندسی

 

 

Bu-Ali Sina University

 

Faculty of Engineering

Department of Mechanical Engineering

 

 

Thesis submitted for PhD of Mechanical Engineering

 

 

 

Title:

Mechanical Characterization of Magnesium Based Nano-Composites Fabricated by Powder Compaction Techniques

 

 

 

 

Supervisor:

Gholam Hossein Majzoobi (Ph.D)

 

 

 

 

By:

Kaveh Rahmani

 

 

 

September, 26, 2018

 

چكيده:

 منیزیم و آلیاژهای آن ‌یکی از سبک‌ترین مواد فلزی با خواصی همچون استحکام ویژه بالا می‌باشند. به جهت سبک بودن منیزیم و به‌ تبع آن تأثیری که در کاهش مصرف سوخت وسایل متحرک و کاهش اثرات سوء زیست ‌محیطی ناشی از آلاینده‌ها دارد، مورد توجه بسیاری از صنایع خودروسازی و هوایی قرارگرفته است.

با افزودن عناصر مختلف به این فلز می­توان به خواص ویژه­ی دست پیدا کرد. هدف این تحقیق، ساخت نمونه­هاي نانوکامپوزیت و میکروکامپوزیت منیزیم تقویت شده توسط نانوذرات کاربید سیلیکون، نانوذرات کاربید بور و میکروذرات کاربید بور می­باشد. براي ساخت نمونه­ها از روش­هاي متالورژي پودر با تمرکز بر روش­هاي تراکم دینامیکی، استفاده گردید. همچنین، برای مقایسه بین روش متالورژی پودر و ریخته­گری، نمونه­های به روش ریخته گری گردابی تولید شد. در این راستا براي مطالعه تاثیر نرخ بارگذاري حین ساخت، نمونه­ها با سه روش پرس شبه استاتیک گرم با اینسترون، تراکم دینامیکی گرم با وزنه سقوطی و تراکم دینامیکی گرم با میله­هاپکینسون ساخته شدند. سپس، تعیین خواص فیزیکی، خواص مکانیکی (نرخ کرنش بالا و نرخ کرنش پایین) و مطالعات ریزساختاري نمونه­هاي ساخته شده به منظور بررسی تاثیر پارامترهاي مختلف نظیر دما، پیش تراکم، درصد حجمی و نوع ذرات تقویت کننده انجام پذیرفت. بیشترین چگالی­نسبی برابر 9/99% در تراکم دینامیکی (میله­هاپکینسون) و کمترین 7/98% در پرس شبه استاتیک (اینسترون) اندازه­گیري گردید. بررسی­ها نشان داد با افزودن نانوذرات، چگالی ماده کاهش، میکروسختی 45% افزایش، استحکام فشاري در نرخ کرنش پایین تا 60% افزایش و استحکام فشاری در نرخ کرنش بالا 28% درصد افزایش را تجربه نموده اند. همچنین، با کاربرد پیش تراکم در تراکم­های دینامیکی، سختی و استحکام فشاری بهبود یافت. علاوه بر این، مشخص شد که مقاومت سایشی نمونه­هاي متراکم شده دینامیکی با افزودن درصد حجمی نانوذرات، افزایش داشت. آزمون دندانه زنی برای تعیین منحنی نیرو-عمق نفوذ نانوکامپوزیت­ها ساخته شده با سه روش جهت تعیین رفتار کششی انجام گردید و همچنین، آزمون فشار قطری (دیسک برزیلی) بر روی تعدادي از نمونه­هاي نانوکامپوزیت استفاده شد. تعیین ضرایب مدل کپ دراکر- پراگر که براي مدل­سازي ماکرومکانیک مواد پودري مورد استفاده قرار می­گیرد، بخش دیگري از مطالعات انجام گرفته در این پژوهش می­باشد. جهت تعیین این ضرایب، آزمون­هاي تجربی متعددي نیاز است که بسیار زمان­بر و پر هزینه می­باشد. در تحقیق حاضر، با استفاده همزمان از نتایج آزمایش تراکم تک محوره ساده، شبیه سازي­ در نرم­افزار اجزای­محدود و بهینه سازی، این ضرایب با صرف کمترین وقت و هزینه به دست آمدند.

 

 

Abstract:

Magnesium and its alloys are among the lightest metals with special characteristics such as high specific strength. Due to its low weight of magnesium and its effects on reducing fuel usage, in vehicles and environmental pollutants, it has gained increased application in automobile and aerospace industries. Adding different elements to magnesium can produce specific properties. The objective of this work is to reinforce magnesium using nano SiC, nano B4C and micro B4C particles to fabricate nanocomposite and composite samples. Powder metallurgy techniques focusing on methods of dynamic compaction are used for fabrication of the samples. Also, for making a comparison between powder metallurgy and casting, samples were, also made by stir casting method. In order to study the effect of loading rate and synthesis process, three methods including hot quasi-static pressing using Instron, hot dynamic compaction using Drop Hammer device, and  hot dynamic compaction using Splite Hopkinson Pressure Bar are employed. Mechanical behavior (low and high strain rate) and microstructural evaluation of fabricated samples are examined to study the effects of different parameters such as temperature, precompaction and volume fraction and type of reinforcing particles. The highest relative density obtained in the experiments was 99.9% and 98.7% for dynamic compaction and quasi-static pressing, respectively. The results indicate that by increasing nano particles content, relative density reduces, compressive strength in low strain rate enhances up to 60% and at high strain rate up to 28%, and microhardness rises about 45%. Also, wear resistance of the dynamically compacted samples increase as nano particles volume percentage increases. Tensile behavior of compacted nanocomposite samples were evaluated by using Brazilian disk also using indentation test to obtain the force-penetration depth curve of samples. Powder compaction is modeled by using Drucker-Prager Cap yield criterion in this study. The constants of the model are determined by using a combined experimental, numerical and Optimization technique. The numerical simulations are performed using finite element software and the constants are obtained using Surrogate model-based optimization.

 

1-     كارنامه سوابق آموزشي و پژوهشي

نام

کاوه

نام خانوادگي

رحمانی

تلفن همراه

۰۹۱۲2820542

آدرس پست الكترونيكي k.rahmani@basu.ac.ir , rahmanii.kaveh@gmail.com

 

2-     سوابق تحصيلي

دوره دکتری

دانشگاه

بوعلی سینا همدان

استاد راهنما

دكتر غلامحسين مجذوبي

رشته

مهندسي مكانيك 

زمینه پژوهشی

مواد کامپوزیتی، شبیه سازی عددی، نانوکامپوزیت پایه منیزیم

گرايش

طراحي كاربردي

دوره زمانی

139۱~ تاکنون

 

دوره کارشناسی ارشد

دانشگاه

دانشگاه آزاد تاکستان

استاد راهنما

دكتر غلامحسين مجذوبي

رشته

مهندسي مكانيك 

زمینه پژوهشی

رفتار مکانیکی مواد در نرخ­کرنش بالا، شبیه سازی عددی، ساخت میله هاپکینسون پیچشی

گرايش

طراحي كاربردي

دوره زمانی

1390~ 1387

 

 

دوره کارشناسی

دانشگاه

تربیت دبیر شهید رجایی

استاد راهنما

دكتر غلامحسین پایگانه

رشته

مهندسي مكانيك 

زمینه پژوهشی

طراحی و تحلیل پرس نیروی محرکه 60 تن

گرايش

قالب سازی

دوره زمانی

13۸1~ ۱۳۸6

 

3-      برخی مقاله­های علمی

[1]K. Rahmani, G. Majzoobi, A. Atrian, A novel approach for dynamic compaction of Mg–SiC nanocomposite powder using a modified Split Hopkinson Pressure Bar, Powder Metallurgy, (2018) 1-14.

[2]G. Majzoobi, K. Rahmani, A. Atrian, Temperature effect on mechanical and tribological characterization of Mg-SiC nanocomposite fabricated by high rate compaction, Materials Research Express, 5 (2018) 015046.

[3] Kaveh Rahmani, Gholam Hossein Majzoobi, An investigation on SiC volume fraction and temperature on static and dynamic behavior of Mg-SiC nanocomposite fabricated by powder metallurgy, Modares Mechanical Engineering, 18 (2018) 361-368.

[4] G. Majzoobi, K. Rahmani, A. Atrian, An experimental investigation into wear resistance of Mg-SiC nanocomposite produced at high rate of compaction, (2018).

[5] Kaveh Rahmani, Gholamhossein Majzoobi, Fariba Saremi, The investigation of mechanical properties of TiB2 particles reinforced AZ80 composites fabricated by dynamic compaction, The 5th International Conference on Composites (CCFA5), 2016, Tehran, Iran.

[6]E. Ansari, G. majzoobi, K. Rahmani, M. KASHFI, The effect of middle layer material and thickness on the quasi-static energy absorption of FML, Journal of Science and Technology of Composites (2018).