سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند)

مدیر سایت دسته‌بندی نشده, کامپوزیت, مهندسی مکانیک “۹ مهر ۱۳۹۵”

مقدمه

سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند) به سازه هایی اطلاق می شود که قادر اند شکل و هندسه خود را با توجه به شرایط مختلف تغییر دهند و از این طریق سبب افزایش عملکرد سازه ها شوند. امروزه استفاده از این سازه ها که به آن ها سازه های هوشمند نیز اطلاق می شوند در کاربردهای مختلف، مورد علاقه طراحان قرار گرفته است. افزایش قدرت مانور هواپیماها و نیز روند روبه توسعه سفینه ها و ماهواره های فضایی از جمله دلایل افزایش تمایل به استفاده از این سازه ها می باشد.

یکی از مشخصات قابل توجه پرندگان توانایی آنها در انطباق هندسه بال هایشان با توجه به شرایط مختلف پرواز می باشد. این قابلیت سبب افزایش عملکرد پرندگان می شود و کمک می کند که به آسانی بتوانند مراحلی مانند اوج گرفتن، تغییر جهت پرواز را و تغییر سرعت را به بهترین صورت کنترل کنند. تصویر ۱ نشان دهنده چگونگی تغییرات هندسه بال پرندگان و تغییر سرعت آن ها می باشد.

شکل۱: چگونگی تغییر بال پرندگان در شرایط مختلف پرواز

ایده ایجاد سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند)

ایده ساختار های مورفینگ از این جا ناشی شده است که سازه ها بتوانندشکل و هندسه خود را به گونه ای تغییر بدهند که سازه بتواند در برابر نیرو های مختلفی که به آن وارد می شود بهترین عملکرد را داشته باشد. بال های با ابعاد ثابت برای شرایط مختلف پرواز شرایط بهینه ای را ندارند از این رو است که پرندگان در حین پرواز با عقب راندن بال های خود می توانند با کاهش نیروی مقاوم در برابر پرواز، سرعت خود را افزایش دهند.

برخی از هواپیما های جنگی مانند هواپیمای Grumman’s F14-Tomcat تا حدی از مکانیزم مورفینگ بهره گرفته است. تصویر هواپیمای Grumman’s F14-Tomcat در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل۲: تصویر هواپیمای F14-Tomcat

در حالت ایده آل طراحی بال باید به گونه ای باشد که قابلیت تغییر خود را در شرایط مختلف پرواز داشته باشد. شکل ۳ زیر حالت های مختلف پرواز برای یک هواپیما را نشان می دهد نشان می دهد. به منظور انجام یک پرواز بهینه، لازم است که بال هواپیما در هریک از شرایط پرواز هندسه ای متفاوت را داشته باشد.

شکل۳: شکل حالت های مختلف پرواز

برای ایجاد خاصیت مورفینگ می توان از نوعی از عملگرهای پیزو الکتریک استفاده کرد. در این نوع از عملگر ها که از الیاف پیزوالکتریک ساخته شده اند، به منظور تغییر حالت سریع ورق های کامپوزیتی غیر متقارن استفاده می شود. در نوع دیگری از مکانیزم ها برای ایجاد سازه های مورفینگ از اعمال تغییرات دما استفاده می کنند. این سازه ها به سازه های دوپایا(Bi-stable) معروف هستند. در این حالت ورق های کامپوزیتی  قادر هستند که بعد از فرایند پخت با توجه به نوع لایه چینی دچار تغییر شکل های مختلفی شوند. این سازه ها با اعمال بار خارجی می توانند هندسه خود را تغییر دهند. هنگامی که نیرو به یک مقدار بحرانی می رسد با توجه به میدان تنش پسماند موجود در ورق و نیز هندسه اولیه، ورق از طریق مکانیزم کمانش و به صورت ناگهانی به شکل پایدار دیگری تغییر حالت می دهد.

مقاله قبلی سایت را می توانید اینجا بخوانید

همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.

بعضی برنزها و خواص و کاربردشان

جدول آلیاژهای تولیدی شرکت برتر برنز مطابق استانداردهای روز 

کد	نوع آلیاژ - معادل ASTM	معادل UNS	درصد ترکیبات	سختی برینل HB	مدول الاستیکه (GPA)	انقباض مدلسازی	استحکام کششی (MPA)	وزن مخصوص	موارد مصرفی معمول
B101	آلومینیوم برنز B148-9A	C95200	CUFE3AL9	125	105	20-21	550	7.64	چرخ دنده ها،چرخ حلزونهای تحت فشار،بوشها،پمپهای مجاور اسید،راهنمای شیر،پیچ و ماهک،شاتون و بازوئی
B102	آلومینیوم برنز B148-9B	C95300	CUFE1AL10	130	110	20-21	550	7.45	قطعات پمپ های هیدرولیک، مهره ها ، پروانه و پوسته پمپ ، پیچ انتقال مواد
B103	نیکل آلومینیوم برنز B148-9C	C95500	CUFE4NI4AL11	180	110	20-21	620	7.53	ضد جرقه ، پیچ انتقال مواد ، چرخ دنده های اره صابونی ، قالبهای ریجه ، بوش لولایی ، بوش و راهنما
B104	نیکل آلومینیوم برنز B148-9D	-	CUFE5NI5AL14	230	110	21-22	620	7.5	مقاومت سایشی بسیار بالا ، جهت ساخت ماتریس برای کشش ورق
B105	آلومینیوم سیلیکون برنز B148-9E	C95600	CUSI2AL7	140	105	19-20	515	7.69	انواع مهره ، واشرهای پرکن ، پوسته های پمپ ، تجهیزات دریایی
B106	سیلیکون برنز B271	C87200	CUZN4SI4	85	105	18-19	380	8.36	قطعات پمپ ، صنایع کاغذ ، پوسته های پمپ و شیرآلات ، بوشهای با دور کم
B107	سیلیکون برنج B271	C87500	CUZN14SI4	134	106	18-19	460	8.28	بوشهای با دور کم ، انواع پروانه ها ، شیرها و پمپ ها و پوسته های پمپ
B108	منگنز برنز آلومینیو B584	C86200	CUZN24FE3AL5MN4	180	105	20-21	345	7.9	صنایع کشتی سازی ، مهره های بزرگ انتقال نیرو ، پمپ ها ، مقاوم به خوردگی و سایش
B109	فسفر برنز قلع و سرب 555	C83600	CUSN5ZN5PB5	60	83	17-18	255	8.83	برنزی با مصارف صنعتی زیاد ، یاتاقان های کف گرد شیرآلات ، بوش های دور کم
B110	فسفر برنز قلع و سرب	C83700	CUSN7ZN5PB6	60	92	17-18	240	8.6	بوش های مخصوص دستگاه تزریق پلاستیک ، یاتاقانهای کف گرد سبک
B111	فسفر برنز قلع و سرب B144-3C	C93500	CUSN5PB9ZN	60	100	14-15	220	8.87	بوش و یاتاقان های با دور متوسط ، بوش های دستگاه تزریق ، بوش پمپ های شناور ، بوش های پرس ضربه ای
B112	فسفر برنز قلع و سرب B144-3A	C93700	CUSN10PB10	60		14-15	240	8.95	بوش و یاتاقان های با دور زیاد ، یاتاقان های کف گرد ، صنایع نورد سیمان ، بوش های پرس ، صنایع لاستیک ، کاغذ و گچ
B113	فسفر برنز قلع و سرب B144-3D	C93800	CUSN7PB15	55	72	14-15	205	9.25	نوعی برنز سربی جهت دستگاه های پرس و نورد و حفاری با دور بالا و فشار بوش های مخروطی سنگ شکن
B114	فسفر برنز قلع و سرب بالا B144-3E	C94300	CUSN5PB25	48	72	11-12	185	9.29	نوعی برنز سربی نرم با خاصیت لغزندگی ، سایش بسیار کم ، جهت ماشین های راه سازی
B115	فسفر برنز قلع و سرب بالا	C94500	CUSN7PB20	50	72	11-12	170	9.4	یاتاقان ها و بوش های با دور بالا و بار متوسط ، در ساخت قطعات سنگ شکن، بوش های اکستنریک
B116	فسفر برنز قلع B-22	C90500	CUSN10ZN2	75	105	15-16	310	8.72	فسفر برنزی برای مصارف عمومی ، چرخ حلزون تسمه ، گاید پروانه ، پوسته های پمپ
B117	فسفر برنز قلع B-30	C90700	CUSN11	80	105	15-16	305	8.77	نوعی برنز مناسب جهت چرخ دنده ، بوش و یاتاقان با سرعت کم
B118	فسفر برنز قلع - نیکل AMPCO-172	C91700	CUSN12NI1.5	85	105	15-16	305	8.75	مهره های انتقال نیرو ، چرخ دنده و حلزون های کوچک و بزرگ با بار سنگین ،چرخ زنجیر ، مارپیچ ها
B119	برنز نیکل SB-584	C97600	CUSN4PB4ZN8NI20	80	130	11-12	310	8.9	مقاوم در برابر خوردگی شیمیایی ، صنایع غذایی ، پتروشیمی ، لبنیات
B120	برنز نیکل B-584	C97800	CUSN5PB1.5ZN2NI25	130	130	11-12	380	8.86	مقاوم در برابر آب شور دریا ، اسیدهای خوراکی ، دستگاه های آب شیرین کن ، مقاوم در برابر خورردگی شیمیایی ، صنایع لبنی
B121	مس ریختگی CA811	C81100	CU99.7AG0.3	44	115	15-16	170	8.94	مس ریختگی جهت هدایت الکتریکی ، گیره های الکترود ، تسمه های هدایت برق
B122	برنج زرد B111	C28000	CU60ZN40	85		17-18	305	8.39	نوعی برنج خوش تراش با مقاومت سایشی بالا در صنایع دریایی و صنایع فولاد کاربرد بیشتری دارد
B123	برنج زرد سرب دار CA854	C85400	CUZN29PB3Sn	50		17-18	235	8.45	برنجی خوش تراش با مقاومت سایشی متوسط که قابلیت جوشکاری داشته و بیشتر جهت ساخت اتصالات و شیرالات کاربرد دارد

در احوالات قلع

قلع: Stannum   Sn

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی

عدد اتمی:50

وزن اتمی: 118.710

شعاع اتمی: 1.72Å

شعاع کوالانسی: 1.41Å

نقطه ی جوش: 2270.0 °C (2543.15 K, 4118.0 °F)

نقطه ی ذوب: 231.9 °C (505.05 K, 449.41998 °F)

چگالی در دمای 293K: 7.31 g/cm³

گرمای تبخیر: 295.8 kJ/mol

رنگ: خاکستری درخشان نقره ای

قلع فلزی است چکش خوار ، قابل انعطاف، شدیدا" بلورین وسفید نقره ای که ساختار بلوری آن هنگام خم شدن قطعه ای از قلع صدای خاصی ایجاد می کند( علت آن شکست بلورها است).این فلز دربرابر فرسایش ناشی از آب تقطیر شده دریا و آب لوله کشی مقاومت می کند اما بوسیلهاسیدهای قوی و موادقلیایی ونمکهای اسیدی مورد حمله قرار می گیرد. هنگامیکه اکسیژن بصورت محلول است قلع بعنوانکاتالیزور عمل کرده و واکنشهای شیمیایی را تسریع می کند. درصورتیکه آنرا درحضورآزمایش های مربوط به هوا حرارت دهند Sn₂ حاصل می شود. Sn₂ اسید ضعیفی بوده و با اکسیدهای بازی تولید نمکهای قلع می کند.قلع را می توان به مقدار زیادی جلا داد و بعنوان پوشش سایر مواد جهت ممانعت از فرسودگی یا واکنشهای شیمیایی دیگرمورد استفاده قرار می گیرد.این فلز مستقیما" با کلر و اکسیژن ترکیب می شود و و جایگزین هیدروژناسیدهای رقیق می گردد.قلع در دماهای معمولی انعطاف پذیر است اما در صورتیکه گرم شودشکننده می شود

کاربردهــــــا

قلع به آسانی به آهن متصل شده وبرای پوشش سرب روی و فولاد مورد استفاده قرار می گیرد تا از پوسیدگی آنها جلوگیری شود.قوطیهای فولادی با پوشش قلع برای نگهداری غذا کاربردی وسیع دارد و این کاربرد بخش وسیعی از بازار قلع فلزی را تشکیل می دهد.

برخی از آلیاژهای مهم قلع عبارتند از: برنز، مفرغ، بابیت، آلیاژ ریخته گری شده تحت فشار، پیوتر،برنز فسفردار،لحیم نرم وفلز سفید.

مهمترین نمک آن کلرید قلع است که بعنوان عامل کاهنده و یک خورنده در چاپ روی پارچه کاربرد دارد.اگر نمک قلع روی شیشه پاشیده شود لایهای بوجود می آید که خاصیت هدایت الکتریکی دارد. از این پوششها در شیشه های اتومبیل ضد یخ و روشنایی تابلو فرمان استفاده می شود.

برای ساخت شیشه پنجره با سطحی تخت ،بیشتر ازروش شناور نمودن شیشه مذاب روی قلعمذاب( شیشه شناور) استفاده می شود ( این روش را فرآیند Pilkington می نامند).

از قلع همچنین در لحیم کاری برای اتصال لوله ها یا مدارهای الکتریکی ، در آلیاژهای چرخ دنده، در شیشه سازی وطیف وسیعی از کاربردهای شیمیایی قلع استفاده می شود.

واکنش قلع با آب چگونه است؟

در شرایط نرمال قلع با آب واکنش نمی دهد ولی وقتی در مجاورت با بخار آب داغ قرار گیرد نتیجه تولید قلع اکسید و هیدروژن است:

Sn + 2 H₂O -> SnO₂ + 2 H₂

برخی از املاح قلع در آب هیدرولیز می شوند مثال آن قلع (IV)کلرید است که وقتی گرم میشود قلع اکسید را تشکیل می دهد.

محلولیت قلع و ترکیبات آن

در شرایط نرمال (دمای 20⁰و فشار1بار)قلع در آب نا محلول است.اکثر املاح قلع نیز در آب نامحلولند که از آنها می توان به قلع (IV)هیدروکسید، قلع(IV)سولفیدو تری بوتیل( (TBTقلع اشاره کرد.

املاح کم محلول: یدور

املاح محلول: برومور، کلرور، فلوئورور و سولفات

قلع در کلریدریک اسید گرم و غلیظ حل شده بخار هیدروژن آزاد می کند. در مجاورت پلاتین و پایین بودن حرارت محلولیت بهتر و زودتر انجام می گیرد. کلریدریک اسید رقیق هم آن را به کندی حل می گردد. نیتریک اسید آن را حل نمی کند. ولی به اسید دیگر (H₂SnO₃) تبدیل می شود. نیتریک اسید رقیق و سرد فلز را به کندی حل کرده و تولید گاز نمی کند؛و تشکیل آمونیوم نیترات و استانونیترات(قلع نیترات) می نماید. به راحتی در تیزاب سلطانی حل می گردد. سدیم هیدروکسید آن را حل می کند.

یون های قلع همگی بی رنگ هستند. همچنین کمپلکس های قلع نیز بی رنگ هستند.