عنوان

مطالعه رفتار ویسکوالاستیک، شکست و عملکرد چرخدندهای نانوکامپوزیتهای PBT/CaCO3و PBT/cla

شماره

پ۲۴۳۰۹

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

مطالعه رفتار ویسکوالاستیک، شکست و عملکرد چرخدندهای نانوکامپوزیتهای PBT/CaCO3و PBT/cla

نام نخستين پديدآور

بهزاد هاشمی سودمند

نام ناشر، پخش کننده و غيره

مهندسی مکانیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۳۹۹

نام خاص و کميت اثر

۱۴۳ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

مکانیک ساخت و تولید

زمان اعطا مدرک

۱۳۹۹/۱۱/۱۵

متن يادداشت

ر این پژوهش، اثر بکارگیری نانوذرات رس و كلسیم كربنات بر رفتار ویسکوالاستیک، شکست و عملکرد چرخ دندهاینانوكامپوزیتهای پایه پلی(بوتیلنترفتالات) بطور تجربی مطالعه و مقایسه شده است. در ابتدا، نانوكامپوزیتهای پلی(بوتیلن-ترفتالات)، حاوی 4 ،2و 6درصد وزنی نانورس و نانوكلسیمكربنات، توسط روش اختلاط ذوبی دومرحلهای و با بکارگیری دستگاهاكسترودر، تولید شد. سپس، نمونههای استاندارد كشش، ضربه، شکست و چرخدندههای نانوكامپوزیتی، توسط فرآیند قالبگیریتزریقی، ساخته شد. شکلشناسی و مطالعه نانوساختار با استفاده از آزمونهای میکروسکوپی الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکسانجام گرفت. ساختار و رفتار بلوری نانوكامپوزیتها با استفاده از آزمونهای پراش اشعه ایکس و گرماسنجی روبشی تفاضلی بررسیشد. عملکرد ویسکوالاستیک نانوكامپوزیتها با استفاده از آزمون مکانیکی حرارتی پویا مطالعه شد. آزمونهای ضربه شکافدار وكشش برای سنجش عملکرد مکانیکی نانوكامپوزیتها بکار گرفته شدند. رفتار شکست نانوكامپوزیتها نیز توسط آزمون مود اولچقرمگی شکست و محاسبه پارامتر فاكتور شدت تنش، بررسی شد. افزون بر این، سطح شکست نمونههای ضربه، كشش و شکست،به منظور بررسی مکانیزمهای جذب انرژی در نانوكامپوزیتهای پلی(بوتیلنترفتالات) و با بکارگیری میکروسکوپ الکترونی روبشی،مشاهده شدند. عملکرد چرخدندهای نانوكامپوزیتها با استفاده از یک دستگاه آزمون چرخدنده، با سیستم اعمال گشتاورهیدرولیکی، ارزیابی شد. آزمون چرخدنده تحت بارگذاری پلهای و ثابت انجام و دما و سایش سطح دنده، در تعداد دورهای مشخص،اندازهگیری شد. محاسبه سایش دنده و شناسایی الگوهای سایش و مکانیزمهای واماندگی با بکارگیری روش آنالیز تصویر انجامشد. سطح سایش دنده در مرحله واماندگی با بکارگیری میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد و مکانیزمهای سایش موردمطالعه قرار گرفت.نتایج آزمون پراش اشعه ایکس برای نانوكامپوزیتها، تورق نانوذرات رس در درصدهای وزنی پایین و میانافزایی آنها با افزایشدرصد وزنی نانورس را نشان داد. بکارگیری هر دو نوع نانوذره، درجه بلورینگی را افزایش داد و به عنوان عامل هستهزای غیرهمگندر زمینه عمل كرد. افزودن نانوذرات رس و كلسیمكربنات استحکام ضربهای شکافدار را به ترتیب كاهش و افزایش داد كه ایننتایج به ماهیت عملکردی متفاوت هریک از نانوذرات در زمینه پلیمری نسبت داده شد. نتایج آزمون چقرمگی شکست، بهبودفاكتور شدت تنش تا 57و 45درصد، به ترتیب با استفاده از نانورس و نانوكلسیمكربنات را نشان داد. مکانیزم عمده بهبود چقرمگیشکست، به فیبریلهسازی در ناحیه شروع ترک و در حضور نانوذرات، نسبت داده شد. طبق نتایج آزمون چرخدنده، بکارگیرینانوذرات رس طول عمر چرخدندههای نانوكامپوزیتی را تا 107و 79درصد تحت گشتاورهای به ترتیب 6و 11نیوتن-متر نسبتبه پلیمر خالص افزایش داد. افزودن نانوذرات كلسیمكربنات نیز طول عمر چرخدندههای نانوكامپوزیتی را در گشتاورهای 6و 11نیوتن-متر به ترتیب تا 84و 63درصد نسبت به پلیمر خالص بهبود داد. افزودن نانوذرات همچنین، دما و سایش چرخدندههاینانوكامپوزیتی را در مقایسه با چرخدنده پلیمری خالص كاهش داد كه این نتیجه به افزایش مدول ذخیره، كاهش نسبت میرایی،بهبود مقاومت گرمایی و سایشی، با بکارگیری نانوذرات، ارتباط داده شد. بکارگیری نانوذرات بررسی الگوی سایش، كاهش تغییرشکل حرارتی و انحراف پروفیل دنده را، در حضور نانوذرات، نشان داد. مکانیزم واماندگی نیز از تغییر شکل دائمی دنده برای پلیمرخالص به شکست در گام دنده برای نانوكامپوزیتها، تغییر یافت. بررسی سطح سایش دنده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشانداد كه مکانیزم سایش از سایش چسبان به سایش خراشان با بکارگیری نانوذرات تغییر كرد و تغییر شکل دنده برای چرخدندههاینانوكامپوزیتی بسیار كاهش یافت. همچنین، كرنش سطح دندههای تغییر شکلیافته، با بکارگیری روش همبستگی تصاویر دیجیتالمحاسبه شد و ارتباط آن با گشتاور اعمالی و تركیب نانوكامپوزیت، مورد بحث و بررسی قرار گرف

متن يادداشت

In this research, the effect of clay and calcium carbonate nanoparticles on the viscoelastic, fracture andgear performances of poly(butylene terephthalate) based nanocomposites have been experimentallyinvestigated and compared. Initially, poly(butylene terephthalate) nanocomposites containing 2, 4, and 6wt% nanoclay and nano calcium carbonate were produced with a two-step melt blending route using anextruder. Subsequently, standard tensile, impact, and fracture toughness specimens as well asnanocomposite gear samples were made by employing injection molding process. Morphology andnanostructure were investigated by applying scanning electron microscopy and X-ray diffraction tests.The crystalline structure and crystallization behavior of nanocomposites were assessed by means of Xray diffraction and differential scanning calorimetery techniques. The viscoelastic characteristics ofnanocomposites were evaluated by applying dynamic mechanical thermal analysis. Notched impact andtensile tests were employed to evaluate the mechanical performance of nanocomposites. The fracturebehavior of nanocomposites was studied by applying mode I fracture toughness test and calculating thecorresponding stress intensity factor. In addition, the fracture surfaces of impact, tensile, and fracturetests were observed to study the energy dissipating mechanisms in poly(butylene terephthalate)nanocomposites by employing scanning electron microscopy. The gear performance of nanocompositeswas analyzed by applying a gear test rig equipped with a hydraulic torque implementation system. Thegear tests were conducted under step- and constant loading schemes and the gear tooth temperature andwear were measured at specified durations. The measurement of tooth wear and identification of wearpattern and failure mechanisms were conducted by using an image analysis technique. The tooth wornsurface at failure incident was observed by applying scanning electron microscopy to identify the wearmechanisms.The X-ray diffraction results of nanocomposites revealed the exfoliation of nanoclay particles at lowconcentration and the intercalation of nanoclays at further additions. The application of both types ofnanofillers increased the degree of crystallinity and acted as heterogeneous nucleating agents within thematrix. The addition of nanoclay and nano calcium carbonate reduced and increased the notched impactstrength, respectively, attributed to the different performance of each nanoparticle in the matrix. Thefracture toughness test results revealed the increase of stress intensity factor by 57 and 45 %, with theincorporation of nanoclay and nano calcium carbonate, respectively. The main toughening mechanismwas ascribed to the fibrillation at crack initiation region in the presence of nanofillers. The gear test resultsindicated that the application of nanoclay increased the endurance of nanocomposite gears up to 107%and 79% under the applied torques of 6 and 11 Nm, respectively, as against neat polymer. Incroporatingnano calcium carobanate at 6 and 11 Nm troques also led to the enhancement of nanocomposite gearsservice life up to 84% and 63%, respectively, when compared to neat PBT gear. The application ofnanofillers led to the lower tooth temperature and wear of nanocomposite gears, as compared to those ofneat polymer gears, ascribed to the higher storage modulus, lower damping ratio, and increased heat andwear resistance with nanofillers incorporation. The analysis of wear pattern showed lower thermalbending and tooth profile deviation in the presence of nanofillers. The damage mechanism altered frompure thermal bending for neat polymer to tooth pitch cracking for nanocomposite gears. The observationof teeth worn surfaces by scanning electron microscopy revealed the change of wear mechanism fromadhesive to abrasive wear with the incorporation of nanofillers and tooth deflection was highly suppressedfor nanocomposite gears. In addition, the surface strain of deformed gear teeth was calculated with theapplication of digital image correlation and its connection with the applied torque and materialcomposition was discussed.

عنوان گونه گون

Study on the viscoelastic, fracture and gear performances of PBT/clay and PBT/CaCO3 nanocomposites

عنصر شناسه اي

‏هاشمی سودمند،

ساير عناصر نام

‏‏ بهزاد

کد نقش

تهيه کننده

عنصر شناسه اي

‏شلش نژاد،

عنصر شناسه اي

‏حسنی فرد،

ساير عناصر نام

‏‏ كریم

ساير عناصر نام

سوران

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏ تبریز