Skip to main content
SUPERVISOR
Aboozar Taherizadeh,Masoud Panepour
ابوذر طاهري زاده (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Mikelani
مريم ميکلاني

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
چکيده کاتاليزورهاي فومي به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فرد چگالي پايين، استحکام به وزن و سطح ويژه بالا انتخاب مناسبي براي کاربرد هاي انتقال جرم و حرارت هستند. از اين رو علاوه بر خواص شيميايي و فيزيکي مناسب، پايداري ابعادي و خواص مکانيکي مطلوب کاتاليزورها از اهميت به سزايي برخوردار است. از مهم ترين عوامل تأثيرگذار بر پايداري خواص شيميايي، فيزيکي و مکانيکي مي‌توان به اندازه، توزيع، درصد و شکل تخلخل اشاره کرد که بررسي اين عوامل جهت طراحي کاتاليزور ضروري به نظر مي رسد. بر اين اساس در اين تحقيق پارامترهاي مؤثر بر خواص مکانيکي کاتاليزور از جمله اندازه، درصد و شکل تخلخل و همچنين اثر دما و نرخ کرنش بارگذاري بررسي مي شود. براي انجام اين مطالعه دو نوع هندسه فوم به صورت فوم‌هاي ديواره دار با هندسه تخلخل‌هاي استوانه‌اي شکل و فوم‌هاي رباط دار با هندسه واقعي با الگوبرداري از تصاوير ميکروتوموگرافي ساخته شدند. سپس با استفاده از روش ديناميک مولکولي، بارگذاري کششي تک محوره در جهت [100] بر روي نمونه ها اعمال شده و اثر پارامترهايي مانند درصد و اندازه تخلخل و همچنين دما و نرخ بارگذاري بر خواص مکانيکي مورد بررسي قرار گرفتند. بدين منظور انرژي‌هاي پتانسيل و جنبشي و همچنين توزيع تنش نانو فوم‌ها در حين بارگذاري بررسي شدند. از سوي ديگر با ترکيب کردن نتايج به‌دست‌آمده از منحني‌هاي تنش، انرژي پتانسيل و جنبشي بر حسب کرنش، همراه با توزيع تنش و انرژي پتانسيل هر اتم در نانو فوم‌ها، روش استانداردي جهت محاسبه دقيق ضريب کشسان الاستيک، تنش تسليم و استحکام کششي به دست آمد. نتايج منحني‌هاي تنش-کرنش نشان داد که با افزايش درصد و اندازه تخلخل به صورت مجزا، ضريب کشسان الاستيک، تنش تسليم و استحکام کششي کاهش مي‌يابند. همچنين اثر دما و نرخ کرنش بر نانو فوم‌ها نشان داد که با کاهش دما ضريب کشسان الاستيک، تنش تسليم و استحکام کششي افزايش مي‌يابند. به علاوه با افزايش نرخ کرنش، نحوه توزيع تنش‌ها تغيير کرده و ضريب کشسان الاستيک، تنش تسليم و استحکام کششي افزايش مي‌يابند. همچنين با افزايش نرخ کرنش و دما، منحني‌هاي تابع توزيع شعاعي انتقال فاز کريستالي به آمورف را نشان مي‌دهند. بررسي مکانيزم هاي شکست در دو نمونه هندسي مختلف نشان داد که شکست نانو فوم‌هاي ديواره دار بر اثر تمرکز تنش، جوانه‌زني و رشد ترک در سطح حفرات است. اما با در نظر گرفتن رنج وسيع‌تر درصد تخلخل در فوم‌هاي رباط دار، مکانيزم شکست در ضخامت‌هاي مختلف رباط‌ها بين حالت‌هاي فروپاشي در نقاط اتصال گره‌ها و گلويي شدن رباط‌ها متغير است و اين تفاوت ناشي از اثرات سطح ويژه بر نانو فوم‌ها در ضخامت‌هاي متفاوت است. در نهايت نتايج به‌دست‌آمده از شبيه‌سازي با مدل رياضي اصلاح شده گيبسون-اشبي مقايسه شد و نحوه تغيير مکانيزم شکست نانو فوم در درصد تخلخل هاي مختلف به دست آمد. کلمات کليدي : نانو فوم‌ها، درصد و اندازه تخلخل، تک کريستال نانو آلومينيوم، خواص مکانيکي، شبيه‌سازي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی