جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (خانم مریم موسوی موحد)
موضوع: طراحی و ساخت کامپوزیت‌های الهام گرفته از استخوان قشری انسان
ارائه دهنده: مریم موسوی موحد
استادان راهنما: دکتر فروزمهر
استادان مشاور: دکتر میرزا علی
استادان داور: دکتر محمود فرزین- دکتر مهدی کاروان
چیکده :
در سالهاي اخير مطالعات بسياري بر روي ساختارهاي طبيعي و الگوي قرار گيري مواد تشكيل دهنده ي آن ها صورت گرفته است. بررسي ها نشان مي دهد كه ارايش قرار گيري مواد اوليه ي تركيبات طبيعي ، تاثير به سزايي در بروز خو اص مكانيكي دارد. محققان درصدد استفاده از اين الگوها به جهت بهبود خواص مكانيكي كامپوزيت هاي ساخته شده از مواد مصنوعي هستند. يكي از ساختارهاي منحصر به فرد جهت الهام گيري، ساختار استخوان قشري انسان است. ساختار استخوان مقامت مناسبي در برابر انواع بارگذاري ها به ويژه بارگذاري پيچشي دارد. مطالعات نشان مي دهد كه شكل هندسي و نحوه ي قرار گيري فايبرهاي نرم موجود در استخوان قشري تحت عنوان استئون، تاثير به سزايي در بروز خواص مكانيكي از جمله خواص پيچشي دارد. هدف از انجام اين پروژه، الهام گيري از ساختار استخوان قشري انسان به جهت ساخت كامپوزيت هاي مقاوم در برابر تغيير شكل هاي ناشي از بار پيچشي است. در مرحله ي اول، ابتدا مدل هايي با الهام گيري از ساختار استخوان طراحي و شبيه سازي شده و مدول برشي ان ها محاسبه و از بين مدل هاي طراحي شده، ساختارهايي كه از نظر سختي پيچشي در بهترين حالت قرار دارند، مشخص مي شوند. مدل هاي طراحي شده از يك ماتريس زمينه ي پليمري سخت و فايبرهاي پليمري نرم كه تداعي گر استئون ها هستند، تشكيل شده اند. در پژوهش حاضر، اثر وجود فايبرهاي دايروي، بيضوي به صورت محيطي و شعاعي با نسبت هاي شعاعي متفاوت، فايبرهاي مارپيچ و لايه اي بررسي شده است. به جهت صحت سنجي نتايج عددي، دو ساختار نرم و سخت همگن به همراه دو ساختار ناهمگن، انتخاب و توسط دستگاه پرينتر سه بعدي موجود در دانشگاه صنعتي دلفت ساخته شده و تحت بارگذاري پيچشي قرار گرفته اند. نتايج به دست امده نشان مي دهد، كه در صورتي كه مواد نرم هم جهت با گشتاور پيچشي وارد بر ساختار قرار گيرند، به عبارتي به صورت لايه اي و يا بيضوي- محيطي در ماتريس زمينه جاي گيرند، مدول برشي افزايش مي يابد. از طرفي هر چه تعداد لايه هاي ماده ي نرم افزايش يابد و ماده ي نرم به صورت همگن تر در بين ماده ي سخت پخش شود، مدول برشي نيز افزايش مي يابد. با توجه به اينكه در مرحله ي اول سخت ترين ساختارها مشخص شده است، در دو مرحله ي بعد جهت به دست اوردن مناسب ترين ارايش چينش مواد، از روش هاي هوشمند استفاده شده و نتايج به دست امده با نتايج مرحله ي قبل مقايسه شده است. در مرحله ي قبل استخوان قشري الگوي طراحي ساختارها در نظر گرفته شده است. اما در دو مرحله ي بعد به منظور دست يابي به مقاوم ترين ساختارها، الگوي اوليه وجود نداشته و به صورت هوشمند ساختارهاي مقاوم مشخص مي شوند. يكي از روش هاي هوشمند در نظر گرفته شده، استفاده از روش بهينه سازي الگوريتم ژنتيك است. در اين مرحله، كد مربوط به الگوريتم ژنتيك به شيوه اي نوشته شده است كه ابتدا يك ساختار با ارايش مواد به صورت تصادفي انتخاب كرده (پايين ترين مدول برشي) و در هر مرحله در تلاش است ساختارهايي با مدول برشي بيش تر ايجاد كند. در نهايت مدول برشي به دست امده در تكرار نهايي برابر با ۱۰/۱۸۵ مگاپاسكال مي باشد. از انجايي كه امكان دارد برخي از ارايش هاي موجود توسط الگوريتم ژنتيك ناديده گرفته شود، به جهت بررسي ارايش هاي مختلف در مرحله ي سوم از روش هوشمند شبكه ي عصبي استفاده شده است. باتوجه به اينكه لازم است داده هاي زيادي به عنوان ورودي به شبكه ي عصبي داده شود، از داده هاي به دست امده از قسمت مربوط به الگوريتم ژنتيك استفاده شده است. نزديك به نه هزار ارايه ي مختلف به همراه مدول برشي ان ها از الگوريتم ژنتيك به دست امده است كه اين داده ها در فرايند يادگيري سبب مي شوند ضرايب مجهول به درستي محاسبه شوند. نتايج نشان مي دهد كه هوش عصبي نسبت به الگوريتم ژنتيك به الگوهايي با مدول برشي بزرگتر دست يافته است. مقايسه ي نتايج حاصل از مرحله ي اول و نتايج به دست امده از روش هاي هوشمند الگوريتم ژنتيك و شبكه ي عصبي، نشان مي دهد كه الگوريتم ژنتيك و هوش عصبي به خوبي توانسته اند ساختارهايي مقاوم با شباهت بسيار به ساختارهاي مقاوم به دست امده با الهام از طبيعت پيش بيني كنند.