طراحی ریزساختار مواد ناهمگن با استفاده از پینه چندضلعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

طراحی و بهینه‌سازی ریزساختار مواد به نحوی که بتواند به طور هم‌زمان چندین ویژگی را دارا باشد از زمینه‌های مورد توجه پژوهشگران در طراحی مواد ناهمگن می‌باشد. در این پژوهش روشی جدید برای طراحی ریزساختار مواد به منظور دستیابی به خواص دلخواه با استفاده از روش تقریب‌زنی سطوح به کمک پینه‌‌ی چندضلعی ارائه شده است. در پینه‌ی چندضلعی بر مبنای منحنی‌های مرزی، رویه‌ی متصل به این منحنی‌ها تقریب زده می‌شود. به این منظور ابتدا منحنی‌های مرزی مورد استفاده برای ایجاد پینه، تعیین شده و سپس رویه متصل‌کننده این منحنی‌ها با استفاده از رابطه‌ی پینه‌های چندضلعی، ارائه شده است. در ادامه پینه‌ی ایجاد شده، برای ساخت یک سلول دو فازی، که متناوبا ساختار را ایجاد خواهد کرد، مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به انعطاف‌پذیری منحنی‌های مرزی، ساختارهای متنوعی با درصد حجمی‌های مختلف ساخته شده و به عنوان نمونه، بر اساس ضریب هدایت حرارتی موثر، مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می‌دهد که روش ارائه شده به خوبی قادر است ساختارهایی با نسبت دلخواه برای ضریب هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و ضریب نفوذ دو فاز ارائه نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Microstructure design of heterogeneous material using multisided patch

نویسنده [English]

  • Ali Hasanabadi
Mechanical Engineering Department, University of Birjand, Mailbox Number 97175/615, Birjand, Iran
چکیده [English]

Design and optimization of heterogeneous multifunctional microstructures is of great interest to researchers in the field of material design. In this research, a new method for designing the microstructure of materials in order to achieve the desired properties using the surface approximation method based on multisided patch is presented. In multisided patch, based on boundary curves, the surface connected to these curves is approximated. For this purpose, first the boundary curves used to create the patch are determined and then the surface connecting these curves using the relation of multisided patch is presented. The resulting patch is then used to build a two-phase cell, which will alternately create the structure. Due to the flexibility of boundary curves, it is possible to construct various structures with different volume fractions. These structures are compared and evaluated based on the effective thermal conductivity. The results show that the proposed method is well able to provide structures with the desired ratio for thermal and electrical conductivity as well as diffusion coefficient for two-phase structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microstructure design
  • multisided patch
  • minimal surface
  • effective thermal conductivity
  • heterogeneous materials