وبلاگ

ساختار کامپوزیت مواد هوشمند، توانایی ترکیب تراکم پایین و خواص مکانیکی و حرارتی بالای مواد کامپوزیت همراه با توانایی تفکیک ناپذیر مواد هوشمند در حس و تطبیق خود با محیط را فراهم می کند. بنابراین استفاده از ساختار هوشمند، به طور چشمگیری توانای بهبود کارایی سازه های فضایی را فراهم می کند. سازه های هوشمند از سازه های متداول، به وسیله المان های حسگر و محرک کنترل می شود را می توان تشخیص داد. یک نمونه استفاده از سازه هوشمند، حسگرهای استفاده شده برای کنترل سلامتی عکس العمل مکانیکی سازه در اثر تغییرات جابه جایی ها، کرنش ها و یا شتاب ها می باشد. به این ترتیب که واکنش نامطلوب یا نامساعد سازه در حسگرها دریافت می شود و یک کنترل کننده ورودی مناسب را به عملگردها می دهد و عملگرها به این ورودی واکنش نشان می دهند و تولید یک واکنش مکانیکی مطابق تغییر ایجاد شده در سازه می کنند، که سود بخش تر یا حالت قابل قبول تری می باشد.
توانایی مواد هوشمند در حس کردن و با محیط وفق دادن، باعث شده در محدوده وسیعی شامل میرا کردن ارتعاش سازه های هوای، کنترل صدای روتور هلیکوپتر، کنترل پل ها، کنترلی شکل خرپاهای فضایی بزرگ، کنترل ائیروالاستیک پرو از اجزای هوای، کنترل لرزش ساختمان ها و غیره کاربرد داشته باشند.
کرالی در سال 1993 و لوئی در سال 1997، تحقیق کاملی از حالت جاری سازه های هوشمند برای کاربردهای فضایی انجام دادند.
مواد مختلف متفاوتی را می توان هم به عنوان المان حسگر و هم عملگر در سازه های کاربردی هوشمند مورد استفاده قرار داد. بستگی به مواد ویژه انتخاب شده، المان های حسگر و عملگر از طریق الکتریک، مگنتیک، حرارت یا انرژی نور کنترل می شوند.

ماده بعضی از عملگر و حسگرهای معمول شامل: مواد پیزوالکتریک، آلیاژهای حافظه شکل، فیبر نوری، مواد الکترواسترکتیو و مواد مگنتو استرکتیو می باشند که فقط مواد پیزوالکتریک دارای توانایی منحصر به فردی می باشند که هم به عنوان حسگر و عملگر کاربرد دارند.

چسباندن یا لایه گذاری تکه های زیادی از این مواد در سازه ها، امکان حس کردن کرنش ها و اعمال تنش برای کنترل آنها را به خوبی فراهم می کند. با توجه به ابعاد کوچک آنها، تعداد زیادی از آنها را می توان در سازه ها مورد استفاده قرار داد بدون اینکه جرم سازه به میزان قابل توجهی زیاد شود.
از دیگر مزایای مواد پیزوالکتریک که کمک می کند به شناخت محبوبیت گسترده آنها شامل: ادغام ساده در سازه ها، به آسانی می توان پیزوپلیمرها و پیزوسرامیک ها را به صورت تجاری تهیه کرد و نیز تبحر استفاده از این مواد از کاربردهای قبلی در مبدل ها افزایش یافته است.
در این پروژه سعی شده است تاثیر میدان های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی در تیرهای مرکب ترمو پیزوالاستیک مورد بررسی واقع شود. بنابراین قبل از اینکه این مواد در ساختارهای هوشمند استفاده شوند، تمام مشخصه های کوپل شده مکانیک، الکتریک و حرارت مواد هوشمند باید مشخص شده باشد. به همین منظور تحقیقات وسیعی از سال 1980 در مورد بررسی کردن هردو حالت حسگر و عملگر مواد هوشمند انجام شده است.
2-1) آشنایی مختصر با سازه های هوشمند
در دو دهه گذشته، حوزه مورد بحث مواد ساختارهای هوشمند، شاهد رشد شگرف در پژوهش و توسعه تجارب بوده است. همایش های بیشمار، سمینارها، کارگاه ها، کتب و ژورنال هایی وجود دارد که به مواد و سازه های هوشمند اختصاص یافته است و این پیشرفت و ترقی بر این گواه استوار است. وسعت این مقالات موید ملاحظاتی خاص در مورد ماهیت مربوط به رشته علمی فوق الذکر است. فیزیکدان ها، ریاضیدان ها و مهندسین مکانیک همگی درگیر توسعه و پیشرفت قسمتی از مواد و سازه های هوشمند می باشند.
یک دلیل برای این فعالیت آن است که شاید ساختن انواع مطمئن تری از سازه ها و سیستم های با قابلیت سازگاری و یا اصلاح برای تغییر شرایط عملیاتی ممکن شود. فائده وارد کردن این نوع مخصوص از مواد درون سازه ها آن است که می توانند با دریافت و تحریک کرنش ها به طور مستقیم در مکانیزم مناسب قسمتی از سازه ها را به کار اندازند.
مفهوم تکنولوژی این نوع از مواد بی اندازه گسترده است. آگاهی سازه ها از سلامت خود، کنترل از دو ویژگی مفید در عملکرد پردازش فرایند دیده بانی؛ ارتعاشات محدود شده و کنترل شده و کاربردهای درمانی تنها از این موارد می باشند. در ابتدای قرن بیست و یکم، ما در حال به دست آوردن تجارب و پژوهش در مورد نسل بعدی از مواد هوشمند سیستم های سازه ای هستیم. نسل بعدی از سیستم های مواد هوشمند دارای خصایص حرارتی، الکتریکی، گشتاور مکانیکی، تابع سازی، هوشمند و کوچک سازی (اندازه های کمتر از نانومتر) خواهند بود. با ظهور این نسل از مواد، قابلیت اطمینان و بی نقصی این سیستم ها آنها را مناسب بحث روز می کند. این سیستم ها در شرایط متنوعی کار می کنند آنها تمام طیف های مغناطیسی، الکتریکی، مکانیکی و حرارتی را پوشش می دهند. این شرایط می تواند از درجه حرارت های خیلی پایین تا خیلی بالا تغییر کند و در فشارهای پایین، فشارهای بالا، سطح بسیار خیلی کم تا بسیار زیاد، سطح کرنش پایین تا سطح کرنش بالا و میدان های الکتریکی و مغناطیسی کم تا زیاد نیز تغییر می کند. بعضی از محیط های عملیاتی مانند حرارت ایرادات جدی در طراحی و نگهداری سیستم های سازه ای هوشمند ایجاد می کنند. بررسی آزمایشی در مورد مواد هوشمد و سیستم های سازه ای به هرحال ممکن است پرهزینه باشد و بنابراین باید با روش های مختلف، نخست تئوری حاکم بر آن کامل شود.