اشتراک گذاری با دوستان
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp

وضعیت:  بسته

  شماره سند:

  تاریخ انتشار: 1401/02/19

  مهلت ارسال پیشنهاد: 1401/03/22

  فرصت‌ها: براساس پیشنهاد‌ها قابل‌ مذاکره خواهد بود.

 تماس : 02166539734 – 02166533864

  ارسال پروپوزال‌ها: https://ghazal.inif.ir/grant

خلاصه فناوری

از موارد بسیار مهم در طراحی تایر خودرو، بحث­های عملکردی، صدا (نویز)، اثرات دما، استحکام فشاری، عمر خستگی خمشی و سایش می‌باشد. امروزه باتوجه‌به افزایش محدودیت­های سوخت و آلایندگی، استفاده از مواد نوین یا طراحی‌های جدید موردتوجه قرار گرفته است. یکی از این موارد، فرامواد (متامتریال) چندگانه در تایر خودرو و استفاده از تولید افزایشی با پرینترهای سه­بعدی است. ازجمله فرامواد مکانیکی، موادی با ضریب پواسون منفی است. فرامواد مکانیکی یا اگزتیک‌ها در هنگام اعمال تنش کششی عمودی، برخلاف مواد معمول، در راستای عمود بر نیرو، ضخیم‌تر می‌شوند که در مقایسه با مواد معمولی با نسبت پواسون مثبت، دارای خصوصیات مکانیکی و دینامیکی متفاوتی ازجمله افزایش مقاومت تورفتگی در صفحه، مقاومت در برابر شکستگی، مدول برشی عرضی بالا، جذب انرژی در اثر ضربه، عملکرد میرایی موج و غیره هستند. همچنین می‌توان فرامواد با ضریب انبساط حرارتی منفی (NHE) نیز ایجاد نمود تا در زمان افزایش دما در تایر و حین کارکرد آن در خودرو، از خرابی‌های احتمالی جلوگیری نمود. یکی از کاربردهای فرامواد، استفاده در تایر خودرو است که این تایرها از نوع غیرپنوماتیک هستند. این سلول­های فراماده‌ای که از بهینه‌سازی الگوهای معرفی‌شده یا توپولوژی به دست می­آیند، توسط دو ورق محافظت می‌شوند و سپس یک لایه لاستیک دور آن قرار می­گیرد.

درباره تیم پژوهشی

وضعیت شغلی

همکار/مشاور طرح

رشته/مقطع تحصیلی

نام و نام خانوادگی

عضو هیئت‌علمی

همکار

دکتری مهندسی مکانیک

محمد آزادی

دانشجوی ارشد

همکار

ارشد مهندسی مکانیک

شکوه دزیانیان

دانشجوی ارشد

همکار

ارشد مهندسی مکانیک یا پلیمر

متعاقباً اعلام می‌گردد

سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی

آقای دکتر محمد آزادی عضو هیئت‌علمی و دانشیار گروه مهندس خودرو، دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان هستند. ایشان در مقطع دکتری در رشته مهندسی مکانیک، گرایش طراحی کاربردی از دانشگاه صنعتی شریف فارغ‌التحصیل شده‌اند و 145 مقاله داخلی و بین‌المللی، 128 مقاله کنفرانسی و 15 اختراع دارند، همچنین یک کتاب با عنوان طراحی موتور خودرو ترجمه کرده‌اند. تعداد دانشجویان تحت سرپرستی ایشان در مقطع کارشناسی 12، در مقطع کارشناسی ارشد 20 و در مقطع دکتری 9 می­باشد. همچنین استاد راهنمای 41 پروژه کارشناسی، 25 پایان‌نامه در مقطع کارشناسی ارشد و 2 رساله دکتری هستند.

شاخص H-Index مقالات منتشرشده دکتر صحرایی بر اساس scholar Google، 22 است. ایشان 12 طرح خارج از دانشگاه را با مؤسسات مختلف داخلی صنعتی و بین‌المللی به اتمام رسانیده‌اند.

ضرورت مسئله

از زمان انتشار اولین تایر دوچرخه بادی تجاری توسط دانلوپ در سال 1888، بیش از 100 سال است که تایر پنوماتیک به دلیل چهار مزیت عمده در بازار موردتوجه قرار گرفته است: (1) اتلاف انرژی کم در سطوح ناهموار، (2) سختی عمودی کم، (3) فشار تماسی کم و (4) جرم کم.

بااین‌حال، تایرهای پنوماتیک معایب مختلفی نیز دارند ازجمله: (1) احتمال خرابی فاجعه‌بار هنگام رانندگی (پنچر شدن)، (2) نگهداری لازم برای فشار مناسب داخلی هوا و (3) روش پیچیده ساخت.

از اوایل دهه 1920، تلاش برای تولید تایر انعطاف­پذیر با افزودن سیم به‌منظور ارائه تایر پنوماتیک باکیفیت و درعین‌حال تضمین ایمنی خودرو صورت گرفت. امروزه سعی می‌شود تا با استفاده از فرامواد به‌عنوان جایگزین هوای تایر پنوماتیک، تایرهای غیر پنوماتيک (NPT) ارائه گردد. اخيراً دررابطه‌با تايرهاي بدون هوا نوآوري­هايي صورت گرفته است. تايرهاي غير پنوماتيک (بدون هوا) به دليل عمر بيشتر، عملکرد بهتر، وزن کم، استفاده از مواد کربني کمتر و چرخه عمر پايدار محصول موردتوجه هستند.

مسئله اصلی تحقیق

در اين طرح، هدف اصلي شامل بهينه­‌سازي توپولوژي تاير خودرو از فرامواد دوگانه با تابع هدف استحکام فشاري و عمر خستگي خمشي است. براي اين منظور، ابتدا الگوهاي مختلف سازه براي فرامواد مطالعه شده و چندين مورد از اين سازه­‌ها، انتخاب‌شده و در کنار بهينه­سازي شکل و توپولوژي، مورد تحليل واقع خواهد شد. اين فرايند با استفاده از شبيه­‌سازي اجزاي محدود در نرم‌افزارهای مربوطه همچون اباکوس، با توابع هدف استحکام فشاري و عمر خستگي خمشي، پيگيري مي‌شود. سپس نمونه­هاي استاندارد آزمون با سازه فرامواد چندگانه همچون ترکيب ABS و TPU، توسط دستگاه پرينت سه‌بعدی FDM ساخته مي­‌شوند.

خواص الاستیک و ضریب پواسون برای الگوهای فراموادی ازجمله الگوی لانه‌زنبوری، کایرال و غیره بررسی می­شود. پس از انتخاب چند نمونه، با استفاده از شبیه­‌سازی اجزای محدود، ازنقطه‌نظر استحکام مطالعه و مقایسه می‌­شوند. در ادامه و بعد از انتخاب بهترین الگو یا سلول ازلحاظ خواص الاستیک و ضریب پواسون، به کمک پرینتر سه­بعدی نمونه­‌های استاندارد برای آزمون خستگی خمشی و استحکام فشاری آماده می­شود. بدین‌صورت تأثیر ضریب پواسون در عمر خستگی خمشی و استحکام فشاری بررسی می­شود. سپس این روند برای حالت­های دیگر ازجمله استفاده از چند ماده و چند الگو در کنار هم نیز تکرار می­­شود.

از طرف دیگر توپولوژی برای یک نوع تایر با تابع هدف افزایش عمر خستگی و استحکام فشاری، به کمک نرم­افزار اباکوس صورت می­گیرد. بار دیگر به کمک سلول به دست آمده از توپولوژی نمونه استاندارد تولید و خواص خستگی و فشاری آن بررسی می­شود. مقایسه نتایج حاصل از توپولوژی و نتایج حاصل از الگوهای فراموادی و همچنین مقایسه شبیه­‌سازی اجزای محدود آن‌ها در نرم‌افزار اباکوس، منجر به انتخاب یک نوع سلول با خواص بالاتر می­شود. پس از انتخاب سلول تایر اسکیل شده طراحی و به کمک پرینتر سه­بعدی تولید می­شود. آزمون­های خستگی خمشی و استحکام فشاری در تایر تولیدشده نیز قابل‌بررسی است. برای کارهای آینده نیز می­توان به این سلول حرارت داده شود و خواص مکانیکی مجدداً بررسی شود.

مواد مصرفی در طرح ارائه‌شده شامل پلیمرهایی از جنس ABS و TPU، به‌منظور پرینت نمونه­های استاندارد و تایر اسکیل شده است. این مواد به‌صورت فیلامنت­ در بازار وجود دارد و به‌راحتی قابل تأمین است. آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) نوعی پلیمر گرمانرم است که از پلیمریزاسیون استایرن و اکریلونیتریل در حضور پلی بوتادین به دست می‌آید و دارای ساختاری آمورف می‌باشد. ABS به دلیل قیمت مناسب و همچنین خواص متعادل مکانیکی، حرارتی و شیمیایی در زمره پرمصرف‌ترین مواد اولیه پلاستیکی محسوب می‌شود. ABS دارای استحکام ابعادی و مقاومت حرارتی خوب و نیز مقاومت به ضربه بالا می‌باشد. این پلیمر بسیار مقاوم به خراشیدگی است. این ماده عمدتاً در لوله‌های حمل مواد نفتی، لوله‌ها، وسایل خانه، اثاثیه، مبلمان، ترکیبات وسایل خودرو، تلفن و تجهیزات الکتریکی مورداستفاده قرار می‌گیرد. دمای ذوب این فیلامنت‌ها بین 200 تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد است.

فیلامنت ترموپلاستیک پلی ارتان (TPU) یک فرم بسیار متداول از پلیمر­های کششی یا الاستومرها است که قابلیت استفاده در هر پرینتر سه­بعدی FDM را دارد. در بین فیلامنت‌­های قابل انعطاف، TPU از بقیه کمی محکم‌تر است و این باعث می­‌شود که برای اکسترود و چاپ مناسب­تر باشد. TPU یک ماده با قدرتی متوسط است که انعطاف­پذیری و دوام بالایی دارد و می­تواند نیروهای فشاری و کششی بیشتری را از مواد معمول­تری مانند ABS تحمل کند. ازجمله خواص TPUها می­توان به­ حالت ارتجاعی بالا، خواص فشردگی خوب، مقاومت بالا در مقابل ضربه و سایش اشاره کرد. پس از پرینت، قطعات تحت آزمون خستگي خمشي دوراني قرار مي­گيرند تا صحه­گذاري نتايج عددي مشخص گردد. با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) نيز، مکانيزم­هاي خرابي و رفتار شکست ماده و سازه، تحليل خواهد شد. در انتها، يک نمونه تاير در ابعاد کوچک (به‌صورت اسکيل شده و پايلوت)، توسط پرينتر سه­‌بعدي ساخته شده و تحت آزمون فشار قرار مي­‌گيرد.

مزایا

  • به‌طورکلی تایرهای غیرپنوماتیک مزایای زیادی دارند ازجمله:

    • مقاومت غلتشی کمتر
    • مصرف سوخت کمتر
    • سازگاربامحیط‌زیست
    • روش ساخت آسان‌تر
    • استفاده از مواد اولیه کمتر
    • سواری بهتر
    • احتمال ایجاد خطر کمتر
    • عدم نیاز به تعمیر و پنچرگیری
    • عدم نیاز به تنظیم فشار باد

کاربردها

  • خودروهای سواری، باری و مسافربری
  • خودروهایی با کاربردهای نظامی و هوافضا
  • سایر تجهیزات شامل ماشین‌های چمن‌زنی، موتورسیکلت‌ها، دوچرخه‌ها و ویلچرها

خروجی‌های مورد انتظار تحقیق

  • طراحی و تولید یک تایر اسکیل شده از فرامواد دوگانه ABS/TPU با پرینتر سه‌بعدی
  • دستیابی به ترکیب بهینه از پلیمر دوگانه ABS/TPU با افزایش عمر خستگی و استحکام فشاری

هزینه و زمان اجرای طرح

  • هزينه اجراي طرح در بازه 350 تا 550 ميليون تومان برآورد می‌شود.
  • مدت‌زمان اجراي طرح بین 12 تا 15 ماه برآورد می‌شود.

تسهیم مالیک فکری

  • مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سـهیم خواهـد بـود و انتشـار مقالـه مشـترک توسـط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلـی و خارجـی، ارائه مقالـه در کنفرانس‌هـا و سـمینارها بـا موافقـت و اشـاره بـه نـام همـه دست‌اندرکاران مجـاز خواهـد بود.
  • مالکیـت منافـع مـادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و با توجه به سهم آورده نقدی و غیر نقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
  •  

ارسال درخواست

درخواست‌های مشـارکت صرفاً بایـد در چارچوب موردنظر صنـدوق نوآوری و شـکوفایی، تدویـن و حداکثـر تـا تاریـخ 1400/03/22 در سـامانه غـزال صنـدوق نوآوری و شـکوفایی به نشـانی ir.inif.ghazal.www ثبت شوند. درخواست‌هایی کـه در چارچوبـی غیرازآن، یـا بـه روش‌های دیگـر بـه دسـت صنـدوق نـوآوری و شـکوفایی برسـند، وارد فراینـد ارزیابـی نخواهنـد شـد.