Skip to main content
SUPERVISOR
Aboozar Taherizadeh,Masoud Panepour
ابوذر طاهری زاده (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Mikelani
مریم میکلانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
Foam catalysts are perfect choice for heat and mass transfer application due to their unique properties such as low density, high specific strength and high specific surface. Dimensional stability and good mechanical properties as well as physical and chemical properties of catalysts are important. Hence, the size, distribution and shape of porosity are the most important factors on stability of the chemical, physical and mechanical properties that the review of these factors seems to be essential for designing catalysts. According to the matter, the effective parameters in mechanical properties such as porosity, pore size, temperature, and strain-rate along the loading were investigated. For this purpose, two types of geometry for foam with cylindrical geometry and ligament foams were made using X-ray micro tomography models. Then, the nanofoams were subjected to uniaxial tensile strain along the [100] axis. Also, the potential and kinetic energy as well as the stress distribution of nanofoams along the loading were investaigated. On the other hand, by comparing the potential and kinetic energy curves with the stress and potential distribution of nanofoams along the loading, a standard way to calculate the yield stress and the ultimate strength was achieved. On the other hands, the results showed that the Young’s modulus, yield strength, and ultimate tensile strength were increased by decreasing the porosity and pore size, separately. Also, the effect of temperature and strain-rate on tensile loading was shown that the Young’s modulus, yield strength, and ultimate tensile strength of foams were decreased with an increase in temperature. But the effect of strain-rate was shown that the stress distributions were changed with increasing strain rate and the Young’s modulus, yield strength, and ultimate tensile strength were increased. In fact, with an increase in strain-rate or temperature, the radial distribution function (RDF) curve represented that the crystalline phase had transformed into the amorphous phase. In addition, the study of fracture mechanisms of two different geometrics of foams showed that, the fracture of nanofoam with cylindrical geometry was done by the stress localization, nucleation and growth of cracks on the surface of pores. But in ligament foams fracture mechanisms is governed by both the ligament size and the joint size due to surface effect of nano foam in diferent ligament size. Finaly the results of simulations were compared with the modified Gibson-Ashby mathematical model and the fracture mechanism of nano-foam in different porosity were obtained. Keywords: Nanoporous, Porosity and Pore size, Aluminum single crystal, Mechanical behavior , Molecular dynamics simulation
کاتالیزورهای فومی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد چگالی پایین، استحکام به وزن و سطح ویژه بالا انتخاب مناسبی برای کاربرد های انتقال جرم و حرارت هستند. از این رو علاوه بر خواص شیمیایی و فیزیکی مناسب، پایداری ابعادی و خواص مکانیکی مطلوب کاتالیزورها از اهمیت به سزایی برخوردار است. از مهم ترین عوامل تأثیرگذار بر پایداری خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی می‌توان به اندازه، توزیع، درصد و شکل تخلخل اشاره کرد که بررسی این عوامل جهت طراحی کاتالیزور ضروری به نظر می رسد. بر این اساس در این تحقیق پارامترهای مؤثر بر خواص مکانیکی کاتالیزور از جمله اندازه، درصد و شکل تخلخل و همچنین اثر دما و نرخ کرنش بارگذاری بررسی می شود. برای انجام این مطالعه دو نوع هندسه فوم به صورت فوم‌های دیواره دار با هندسه تخلخل‌های استوانه‌ای شکل و فوم‌های رباط دار با هندسه واقعی با الگوبرداری از تصاویر میکروتوموگرافی ساخته شدند. سپس با استفاده از روش دینامیک مولکولی، بارگذاری کششی تک محوره در جهت [100] بر روی نمونه ها اعمال شده و اثر پارامترهایی مانند درصد و اندازه تخلخل و همچنین دما و نرخ بارگذاری بر خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفتند. بدین منظور انرژی‌های پتانسیل و جنبشی و همچنین توزیع تنش نانو فوم‌ها در حین بارگذاری بررسی شدند. از سوی دیگر با ترکیب کردن نتایج به‌دست‌آمده از منحنی‌های تنش، انرژی پتانسیل و جنبشی بر حسب کرنش، همراه با توزیع تنش و انرژی پتانسیل هر اتم در نانو فوم‌ها، روش استانداردی جهت محاسبه دقیق ضریب کشسان الاستیک، تنش تسلیم و استحکام کششی به دست آمد. نتایج منحنی‌های تنش-کرنش نشان داد که با افزایش درصد و اندازه تخلخل به صورت مجزا، ضریب کشسان الاستیک، تنش تسلیم و استحکام کششی کاهش می‌یابند. همچنین اثر دما و نرخ کرنش بر نانو فوم‌ها نشان داد که با کاهش دما ضریب کشسان الاستیک، تنش تسلیم و استحکام کششی افزایش می‌یابند. به علاوه با افزایش نرخ کرنش، نحوه توزیع تنش‌ها تغییر کرده و ضریب کشسان الاستیک، تنش تسلیم و استحکام کششی افزایش می‌یابند. همچنین با افزایش نرخ کرنش و دما، منحنی‌های تابع توزیع شعاعی انتقال فاز کریستالی به آمورف را نشان می‌دهند. بررسی مکانیزم های شکست در دو نمونه هندسی مختلف نشان داد که شکست نانو فوم‌های دیواره دار بر اثر تمرکز تنش، جوانه‌زنی و رشد ترک در سطح حفرات است. اما با در نظر گرفتن رنج وسیع‌تر درصد تخلخل در فوم‌های رباط دار، مکانیزم شکست در ضخامت‌های مختلف رباط‌ها بین حالت‌های فروپاشی در نقاط اتصال گره‌ها و گلویی شدن رباط‌ها متغیر است و این تفاوت ناشی از اثرات سطح ویژه بر نانو فوم‌ها در ضخامت‌های متفاوت است. در نهایت نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی با مدل ریاضی اصلاح شده گیبسون-اشبی مقایسه شد و نحوه تغییر مکانیزم شکست نانو فوم در درصد تخلخل های مختلف به دست آمد. کلمات کلیدی : نانو فوم‌ها، درصد و اندازه تخلخل، تک کریستال نانو آلومینیوم، خواص مکانیکی، شبیه‌سازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی