بهبود طراحی مخازن تحت فشار با فناوری گرافن اوریگامی
لینک وبسایت: لینک وبسایت: ادغام مواد پیشرفته با معرفی فناوری گرافن اوریگامی (Graphene Origami)، به پیشرفت شایان توجهی دست یافته است.
به گزارش لینک وبسایت به نقل از ایسنا، این نانوساختار نوین که دارای خاصیت های مکانیکی منحصربه فردی است، اخیرا در یک مطالعه پیشگامانه توسط شو یینگ (Xu Ying) و همکارانش در مجله Scientific Reports بررسی شده است. در این پژوهش، مدل تاشوی جدیدی برای بهبود عملکرد مخازن استوانه ای تحت فشار با استفاده از یک ماتریس مسی تقویت شده با گرافن اوریگامی توسعه داده شده است.
گرافن اوریگامی از راه پروسه هیدروژناسیون تولید می شود که ورقه های دوبعدی گرافن را به ساختاری سه بعدی تبدیل میکند. این شیوه نوآورانه امکان کنترل بیشتر بر خاصیت های مواد را فراهم نموده و آنرا به گزینه ای جذاب برای کاربردهای متنوع، بخصوص در ساخت مخازن تحت فشار تبدیل نموده است. این مطالعه نشان داده است که این فناوری می تواند طراحی و کارآمدی این مخازن را که برای ذخیره و انتقال گازها و مایعات تحت فشار به کار می روند، متحول کند.
محققان در این مطالعه، بر مبنای نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول (First-Order Shear Deformation Theory)، از مدلهای ریزمکانیکی هالپین-تسای (Halpin–Tsai) برای تحلیل خصوصیات کلی ماده کامپوزیتی بهره برده اند. هدف این پژوهش، بررسی تأثیر پارامتر تاشوندگی و بارهای حرارتی بر تغییر شکل و پاسخ های تنشی مخازن تحت فشار بوده است.
نتایج این مطالعه قابل توجه بود: افزایش پارامتر تاشوندگی منجر به بهبود تغییر شکل و مؤلفه های تنشی شد. همچنین، مشخص شد که بارهای حرارتی تأثیر بسزایی بر روی مواد این مخازن دارند. بطور دقیق تر، افزایش کرنش حرارتی موجب افزایش تنش و تغییر شکل شده و نقش حیاتی دما را در یکپارچگی سازه ای برجسته می کند. پژوهشگران تاکید کردند که بهینه سازی پارامتر تاشوندگی می تواند طراحی و عملکرد مخازن را در کاربردهای واقعی، ازجمله در حوزه های مهندسی زیست پزشکی و فناوری هوافضا بهبود بخشد.
در تجزیه وتحلیل پارامتریک این مطالعه، مشخص شد که عوامل مختلفی ازجمله کسر حجمی و بارگذاری حرارتی تأثیر قابل توجهی بر رفتار مواد نانوکامپوزیتی دارند. نتیجه گیری شد که با بهینه سازی میزان تاشوندگی، مؤلفه های تنشی درون مخزن کاسته می شود. بااین حال، جابجایی های محوری و عرضی افزایش خواهد یافت که نشان دهنده سازگاری بهتر این ماده در شرایط مختلف است.
علاوه بر این، پژوهش به بررسی تأثیر میزان محتوای گرافن اوریگامی بر خاصیت های کرنش پرداخت. یافته ها نشان داد که افزایش این نانوساختار در ترکیب مواد، موجب کاهش مؤلفه های کرنش شده و خاصیت های مکانیکی پیشرفته تری را به ارمغان می آورد.
با عنایت به نقش کلیدی مخازن تحت فشار در صنایع مختلف، پذیرش این مدل سازی و تکنولوژی جدید می تواند مسیر جدیدی برای ساخت سیستم های ذخیره سازی سبک تر، مقاوم تر و کارآمدتر هموار کند. این مطالعه با حمایت مالی از جانب مؤسسه طراحی نیروی برق گوانگژو (Guangzhou Electric Power Design Institute) انجام شده است که نشان دهنده علاقه فزاینده صنعت به ادغام مواد نوآورانه در طراحی های مهندسی سنتی است. با نتایج گسترده ای در قسمت های مختلف، این پژوهش پتانسیل بالای گرافن اوریگامی را برای بازتعریف قابلیت های ساختاری مواد کامپوزیتی در کاربردهای حساس و پیشرفته نشان داده است.
منبع: لینك وبسایت
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب