فناوری جدید استحکام سازه را بهبود می بخشد

فناوری جدید استحکام سازه را بهبود می بخشد

در یک تلاش مشترک بین دانشگاه تگزاس A&M و آزمایشگاه‌های ملی سندیا، محققان به طور قابل توجهی یک فناوری جدید اتصال به نام اتصالات متافصل درهم‌تنیده (ILMs) را بهبود داده‌اند. این فناوری برای افزایش استحکام و پایداری سازه در مقایسه با تکنیک‌های سنتی مانند پیچ‌ها و چسب‌ها طراحی شده است و از آلیاژهای حافظه‌دار (SMAs) استفاده می‌کند. ILMs پتانسیل تبدیل طراحی اتصالات مکانیکی در تولیدات صنایع هوایی، رباتیک و دستگاه‌های زیست‌پزشکی را دارند.

“ILMs در حال تغییر روش‌های اتصال در طیف وسیعی از کاربردها هستند، همان‌طور که دهه‌ها پیش ولکرو (چسبک) این کار را انجام داد.” دکتر ابراهیم کارامان، استاد و رئیس بخش علم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس A&M می‌گوید. “در همکاری با آزمایشگاه‌های ملی سندیا، که توسعه‌دهندگان اصلی ILMs هستند، ما ILMs را با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار مهندسی و تولید کرده‌ایم. تحقیقات ما نشان می‌دهد که این ILMs می‌توانند به صورت انتخابی جدا و دوباره متصل شوند، در حالی که استحکام اتصال و یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می‌کنند.”

این یافته‌ها در مجله Materials & Design منتشر شده است.

مشابه لگو یا ولکرو، ILMs امکان اتصال دو جسم را با انتقال نیرو و محدود کردن حرکت فراهم می‌کند. تا کنون، این روش اتصال غیرفعال بوده و نیاز به اعمال نیرو برای اتصال داشته است.

این فناوری با استفاده از آلیاژهای نیکل-تیتانیوم که پس از تغییر شکل، با تغییر دما به شکل اصلی خود بازمی‌گردند، کنترل می‌شود.

کنترل این فناوری اتصال از طریق تغییرات دما، امکان ایجاد سازه‌های هوشمند و سازگار را فراهم می‌کند، بدون اینکه از استحکام یا پایداری آن‌ها کاسته شود و با افزایش گزینه‌های انعطاف‌پذیری و عملکرد.

“ILMs فعال می‌توانند طراحی اتصالات مکانیکی را در صنایعی که نیاز به مونتاژ و جداسازی دقیق و تکراری دارند، متحول کنند.” عبد الرحمن السید، دستیار پژوهشی در بخش علم و مهندسی مواد دانشگاه تگزاس A&M، می‌گوید.

کاربردهای بالقوه ILMs

کاربردهای عملی شامل طراحی قطعات مهندسی هوافضا با قابلیت مونتاژ و جداسازی چندباره است. ILMs فعال همچنین می‌توانند اتصالات انعطاف‌پذیر و سازگاری را برای ربات‌ها فراهم کنند که قابلیت عملکرد آن‌ها را بهبود می‌بخشد. در دستگاه‌های زیست‌پزشکی، توانایی تنظیم ایمپلنت‌ها و پروتزها بر اساس حرکات بدن و تغییرات دما می‌تواند گزینه بهتری برای بیماران ارائه دهد.

نتایج کنونی از اثر حافظه شکلی آلیاژهای SMAs برای بازیابی شکل ILMs با اضافه کردن گرما استفاده می‌کند. محققان امیدوارند که این یافته‌ها را گسترش دهند و از خاصیت ابرالاستیسیته SMAs برای ایجاد ILMs استفاده کنند که بتوانند تغییر شکل‌های بزرگ را تحمل کنند و در سطوح بالای فشار به سرعت بازیابی شوند.

“ما پیش‌بینی می‌کنیم که با ترکیب SMAs در ILMs، کاربردهای زیادی در آینده باز شوند، هرچند هنوز چالش‌های زیادی وجود دارد.” کارامان می‌گوید. “دستیابی به خاصیت ابرالاستیسیته در ILMs پیچیده چاپ سه‌بعدی به ما اجازه خواهد داد تا کنترل موضعی سختی سازه‌ها را داشته باشیم و بازاتصال با نیروهای قفل‌کنندگی بالا را تسهیل کنیم. علاوه بر این، ما انتظار داریم این فناوری چالش‌های طولانی‌مدت مرتبط با تکنیک‌های اتصال در محیط‌های سخت را حل کند. ما به شدت از پتانسیل تحول‌آفرین فناوری ILMs هیجان‌زده هستیم.”

سایر همکاران این تحقیق شامل دکتر علا علوانی، استاد بخش مهندسی صنعتی و سیستم‌ها در دانشگاه تگزاس A&M، و طارش گولریا، دانشجوی دکتری در این بخش هستند.

بودجه این پژوهش توسط ایستگاه تجربی مهندسی دانشگاه تگزاس A&M (TEES)، که آژانس تحقیقاتی رسمی مهندسی تگزاس A&M است، تأمین شده است.