• شماره ركورد
    23553
  • شماره راهنما
    MEC3 22
  • عنوان

    طراحي، بهينه‌سازي و ساخت يك نانوكامپوزيت چندلايه جاذب امواج رادار در محدوده فركانسي X

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    بهمن ماه 1402
  • صفحه شمار
    106 ص.
  • استاد راهنما
    حميد بهشتي , محمد حيدري راراني
  • كليدواژه فارسي
    سازه كامپوزيتي , جاذب امواج رادار , امواج الكترومغناطيسي , بهينه سازي چند هدفه , ذرات جاذب
  • چكيده فارسي
    هدف از اين پژوهش، طراحي، بهينه سازي و ساخت يك نانوكامپوزيت چندلايه به منظور جذب امواج رادار در محدوده فركانسي X (12-8گيگاهرتز) مي‌باشد.طراحي سازه جاذب رادار به پارامترهاي گسترده‌اي وابستگي دارد و داراي پيچيدگي‌ها و نيازمند بهينه‌سازي‌هايي مي‌باشد. در اين رساله،اين پارامترها به موارد ذيل دسته‌بندي شده و مورد مطالعه تجربي قرار گرفته‌اند: 1) مواد تقويت‌كننده: شامل تهيه، سنتز و مطالعه تجربي انواع ذرات جاذب امواج و ايجاد يك كتابخانه داده از خواص گذردهي الكتريكي و تراوايي مغناطيسي انواع الياف شيشه‌، كربن و پارابيم سه بعدي و انواع پركننده كربن‌سياه، كربونيل‌آهن، پلي‌آنيلين و ساختار هسته‌-پوسته پلي‌آنيلين-كربونيل آهن(PANI+CI). 2) پارامترهاي هندسي از جمله ضخامت و چينش لايه‌هاي سازه جاذب. 3) فرآيند مناسب جهت توليد لايه‌چيني‌هاي طراحي شده شامل لايه‌گذاري دستي با و بدونكيسه خلا. تحقيقات گسترده نشان مي‌دهد، اثر همه اين پارامترها به طور همزمان بر ويژگي جذب امواج رادار محدوده فركانسيXتاكنون بررسي و بهينه‌سازي نشده است.بدين منظور در ادامه يك الگوريتم مشخص و جامع طراحي شده استكه تمامي پارامترهايموثر، جهت طراحي با حداكثر ميانگين اتلافانعكاس در كل پهناي‌باند، حداقل وزن و محدوديت‌هاي سازه‌اي را در نظر مي‌گيرد. درحقيقتيك مدل يكپارچه محاسبه جذب امواج الكترومغناطيسي براي ساختار چند‌لايه با يك الگوريتم بهينه‌سازي چند‌هدفه جديد مبتني بر روشNon-dominated Sorting Genetic Algorithm II در نرم‌افزار‌ محاسبات عددي Matlabجفت‌شده است. در نهايت، الگوريتم پيشنهادي با استفاده از كتابخانه داده‌هاي مغناطيسي ذرات جاذب مدنظر، با ساخت نمونه‌ها و آزمايش‌هاي الكترومغناطيس(موج بر) در محدوده فركانسي X ارزيابي و صحت سنجي مي‌گردد. در ادامه با توجه به اهميت خواص مكانيكي سازه، اثر افزودن ذرات جاذب درون سازه، با ساخت نمونه‌ها و انجام آزمايش‌هاي مكانيكي، درسازه بهينه‌شده توسط مدل پيشنهادي بررسي شده است.در اين مطالعه، با استفاده از الگوريتم جامع طراحي، يك سازه سه لايه كامپوزيتي، تقويت شده با الياف شيشه به ضخامت كلي 3‌ميلي‌متر، پيشنهاد شده است كه هر لايه توسط ذرات جاذب از جمله پلي‌آنيلين، كربونيل آهن و نانوساختار (PANI+CI) تقويت شده است. با توجه به استفاده همزمان از ذرات جاذب دي‌الكتريك و مغناطيسي، اين ساختار تطابق آمپدانس مناسبي با محيط نشان مي‌دهد و به‌خوبي تا 80٪ از امواج الكترومغناطيسي باندX را جذب مي‌كند. حداكثر تلفات بازتابي دراين سازه حدودdB 14- گزارش مي‌شود. نتايج تجربي نشان داد كه مدول كششي و استحكام به ترتيب حدود 5/21 و 6/20 درصد كاهش، و مدول خمشي و استحكام به ترتيب 7/21 و 7/19 درصد كاهش مي‌يابدكه به دليل حجم بالاي ذرات جاذب اضافه شده درون سازه است. البته با توجه به كاهش قابل توجه وزن به دليل استفاده از ذرات جاذب درون سازه به جاي پوشش بر روي كل سازه، با پيش‌بيني يك ضريب اطميناندر طراحي مكانيكي، اين افت قابل جبران است.
  • كليدواژه لاتين
    Composite structure , radar wave absorber , electromagnetic waves , multi-objective optimization , absorber particles
  • عنوان لاتين
    Design, optimization and manufacturing of a nanocomposite multilayer radar waves absorbing material in the X-band frequency
  • گروه آموزشي
    مهندسي مكانيك
  • چكيده لاتين
    The purpose of this research is to design, optimize and manufacture a multilayer nanocomposite to absorb radar waves in the X frequency range (8-12 GHz). The design of the radar absorber structure depends on a wide range of parameters and has complexities and requires optimization. In this treatise, these parameters are categorized into the following and have been studied experimentally: 1) Reinforcing materials: including the preparation, synthesis and experimental study of various types of wave absorbing particles and the creation of a data library of electrical permitivity and magnetic permeability properties of glass fibers, carbon fiber, parabeam 3D fiber and different types of fillers like carbon black, carbonyl iron, polyaniline and polyaniline-carbonyl iron (PANI+CI) core-shell structure. 2) Geometrical parameters, including the thickness and arrangement of absorbent structure layers. 3) Suitable process for producing designed layering including hand lay-up with and without vacuum bag. Extensive researches show that the effect of all these parameters has not been investigated and optimized simultaneously on the absorption characteristics in X band frequency. For this purpose, a specific and comprehensive algorithm has been designed, which takes into account all the effective parameters, in order to design with the maximum average reflection loss in the entire bandwidth, minimum weight and structural limitations. In fact, an integrated electromagnetic wave absorption calculation model for multilayer structure is coupled with a new multi-objective optimization algorithm based on the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II method in Matlab numerical calculation software. Finally, the proposed algorithm is eva‎luated and validated by using the magnetic data library of the absorbent particles, by producing samples and electromagnetic waveguide tests in the X frequency range. In the following, due to the importance of structural mechanical properties, the effect of adding absorbent particles inside the structure has been investigated by producing samples and conducting mechanical tests in the optimized structure by the proposed model. In this study, using a comprehensive design algorithm, a three-layer composite structure reinforced with glass fibers andthe total thickness of 3 mm is proposed, each layer reinforced by absorbent particles including polyaniline, carbonyl iron and nanostructure (PANI+CI). Due to the simultaneous use of dielectric and magnetic absorbent particles, this structure shows a suitable impedance matching with the environment and absorbs up to 80% of X-band electromagnetic waves. The maximum reflection loss in this structure is reported as -14dB. The experimental results showed that the tensile modulus and strength decrease by 21.5% and 20.6%, respectively, and the bending modulus and strength decrease by 21.7% and 19.7% respectively, which is due to the high volume of absorbent particles added inside the structure. Of course, due to the significant reduction in weight due to the use of absorbent particles inside the structure instead of covering the entire structure, this loss can be compensated by applying a 25% reliability factor in the mechanical design.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    32285
  • نويسنده

    دانش، محمد