Sandwich Composite
- 1. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
1
و سنتی مصالح برای جایگزینی عنوان به ها کامپوزیت ساندویچ بررسی
زیست محیط بر تأثیرشان
ناطق شهریار3*مقامی قائم حمیدرضا ،2
1-،عمران مهندسی دانشکده ،هرمزگان دانشگاه ،عمران کارشناسی دانشجویSh.nategh@yahoo.com
2-،عمران مهندسی دانشکده ،هرمزگان دانشگاه ،عمران کارشناسی دانشجویHamidrezaghaemmaghami@yahoo.com
چكیده
طرفین از ها پوسته توسط هسته که ،هسته و پوسته اصلی بخش دو از متشکل هستند مصالحی ها کامپوزیت ساندویچ
شده پرداخته یک هر خواص بررسی به جنسشان برشماری ضمن که بوده انواعی دارای آنها دوی هر .است شده احاطه
عنوان به را ها کامپوزیت ساندویچ شده سعی مقاله این در .استمورد را آنها رفتار ،نموده معرفی ای سازه نوین فناوری
و بررسیدریا ،بادی صنایع در را کاربردشانفراجو ،یی،برشمرده نقل و حمل و ینوین مصالح این از استفاده تأثیر همچنین
نوع با را ها کامپوزیت ساندویچ باربری قابلیت هایی آزمایش انجام با .است شده بیان زیست محیط برمص از دیگریالح
،نموده مقایسه فوالد مانند سنتیبررسی فشاری و کششی نیروهای تحت را ها کامپوزیت ساندویچت نحوه و رفتارشان ووزیع
.ساختیم نمایان را آنها در شده ایجاد های تنش
واژههای:کلیدیها کامپوزیت ساندویچ،،زیست محیط و مصالح ،ای سازه نوین های فناوریخواصها کامپوزیت ساندویچ هسته
3-مقدمه
ساندو از استفادهیچکامپوزیتطراح در هایها سازهاست افزایش به روًااساس کهتوانا خاطر بهییکاهش در شان توجه قابل
مکان کارکرد حفظ با همراه وزنیکیسودها وزن کاهش .استییافزا شامل که داشت خواهد همراه بهیشمحدودهی،استفاده
افزایشقابلیتم سوخت مصرف کاهش و بار تحملیهمچن .شودیناینجو صرفه باعث مواردییهز درینهکاهش با همراه ها
مح به ضربهیطزیستشد خواهدفوا .یداستراتژ انتخاب همراه به شده ذکریکمادهیخواص هستهیعا همچونیقحرارتی،
صوتی،برقیم بوجود را آب جذب کاهش ویوس کاربرد باعث که آوردیعها پانلیکامپوزیتصنا دریعبادی،دریایی،فراجوی
م نقل و حمل ویشود.
3-3-معمولی کامپوزیت ساندویچ یک توصیف
)ها پوسته به (نسبت تر ضخیم ی هسته یک همراه به هاست الیه یا ها پوسته از متشکل معمولی ساندویچ یکد کهبین ر
گیرد می قرار آنهابخصوصی وظیفه و نقش ساندویچ در قسمت هر .است شده داده شرح زیر در که دارد.
شكل3کامپوزیت ساندویچ اجزای :
- 2. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
2
3-3-3-(پوسته سطوح)بیرونی و داخلی های
سطوح،ساندویچ در را فشاری و کششی های تنشکامپوزیتو زنگ ضد فوالد ،فوالد مانند مرسوم مواد .کنند می تحمل
از استفاده همچنین .شوند می استفاده سطوح در اغلب آلومینیومFRP (fiber reinforced plastic)است مناسب و مرسوم
متصل راحتی به زیرا.شوند میFRP،ناهمسانگرد مکانیکی خاصیت مانند باشند مناسب زیادی های خواسته تامین برای تواند می
د آزادی.غیره و سطح عالی اتمام ،طراحی ر
برشی نیروهای برای باید سطوح ،شود زیاد موضعی فشار که هنگامی .کنند می تحمل را موضعی فشارهای همچنین سطوح
گیر اندازه آن به متصلشوند ی.
3-3-2-هسته
آنها نگهداری و خارجی یا داخلی صورت به )شکل (تغییر کمانش برابر در نازک های پوسته از پشتیبانی هسته وظیفهدر
است هم به نسبت مناسب موقعیت.
س بین ثابت فاصله نگهداری برای باید .باشد داشته مهم خصوصیت چندین باید هسته ،مورد این انجام برایاندا به طوحکافی زه
سطوح که است نیرویی برشی صلبیت از منظور .نلغزند هم روی سطوح تا باشد صلب بسیار برش در باید همچنین .باشد سفت
سفتی ساندویچ و کنند نمی پشتیبانی را همدیگر سطوح ،باشد ضعیف برش در هسته اگر .کنند می وارد همدیگر پشتیبانی برای
.دهد می دست از را خود
ه ،حال این با .است مثبت تاثیرات دارای کامل طور به ساندویچی ی سازهتأ را ای پیچیده نیازهای باید ستهمقاومت .کند مین
عایق ،کمانش مورد در ای ویژه نیازهای اغلب .باشد داشته باید هسته که نیستند خواصی تنها پایین چگالی و مختلف جهات در
بر در مقاومت ،رطوبت جذب ،کاریمانن شود ساخته متفاوتی مواد از تواند می هسته .دارد وجود غیره و کهنگی ابر،چوب د
ها فوم انواع و آلومینیوم.
3-3-1-)اتصال (الیه چسب
.باشد داشته را برشی نیروهای انتقال قابلیت باید هسته و سطوح بین چسب ،یکدیگر کنار در هسته و سطوح نگهداری برای
باید چسبتنش بتواندتأ .کند تحمل را برشی و کششی هایاست دشوار اتصاالت در نیازها این مین،اس این ساده قانون یکت
.کند جذب را هسته به وارد برشی تنش مقدار همان بتواند باید چسب که
رف تا شوند متصل هسته به صحیح طور به ها پوسته که است این دارد را اهمیت بیشترین که چیزیس تارانتظ مورد ای ازهار
تأآلومینیو مانند شود ساخته زیادی مواد از تواند می پوسته .شود مینتأ که ،شیشه فیبر ،کربن ،فوالد ،مزی بسیار ثیرکار در ادیایی
دارد کامپوزیت ساندویچ نهایی.
2-وزن کاهش
خواص ی ارائه ها کامپوزیت ساندویچ از استفاده های انگیزه از یکیبسیار وزن با مکانیکییک مواد به نسبت تر پایینپارچه
)(فوالد سنتیاستنی ساندویچی اصل تنها .،سازد می ممکن را موضوع این که ستبلکهطراحان برای کامپوزیت ساندویچ مواد
سان در متغیرها از یکی هسته .کند می فراهم باال بسیار دقت با را بار تحمل مقدار بهینه محاسبه امکاناس کامپوزیت دویچکه ت
مقایسه در کردن ساندویچی حل راه ،دیگر عبارت به .کند می فراهم مکانیکی خواص وسیع ی بازه ارائه ی واسطه به را امکان این
را کارایی وزن حفظ با و کرده جلوگیری زیاد ی محاسبه از ،شده فوالد و چوب مانند مرسوم مواد از که زیادی های طراحی با
م افزایش.دهد ی
ممکن را مؤثرتر و سریع های حل راه و شده انرژی حفظ باعث موارد از بسیاری در هسته مواد و کردن ساندویچی اصل ترکیب
انرژی از مگاوات هر رقابتی قیمت به دستیابی برای مطلق نیاز یک کامپوزیت ساندویچ اساس بر طراحی ،مثال عنوان به .سازد می
- 3. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
3
ای گلخانه گازهای تولید کاهش نتیجه در و باربری ظرفیت افزایش باعث کشتی یا کانتینرها کمتر وزن ،نقل و حمل در .است باد
.شود می
کاهش حل راه ،صنعت در .هستند ورزشی تجهیزات از بخشی برای حیاتی سرعت و مقاومت ی دهنده ارائه ها کامپوزیت ساندویچ
تولید باعث تواند می وزنشود کوچکتر و تر سریع های روباتافزایش باعث ها کامپوزیت ساندویچ توسط نما یا پل یک ساخت .
اندازی راه و نصب سرعت در مؤثرکلی طور به .شود میافزایش حال در وزن کاهش برای هایی روش از استفاده های مزیت ،
.است
1-زیست محیط به ضربه کاهش
کند می حرکت که چیزی هر ًایقیناستفاده با .شود می صرف بیشتری انرژی ،باشد تر سنگین اگر و کند می مصرف انرژی
و است سازگار زیست محیط با بسیار کردن ساندویچی حل راه و شوند می طراحی تر سبک ها سازه ها کامپوزیت ساندویچ از
و ساخت نیاز مورد منابع در جویی صرفه . شود می مصرف ساز و ساخت در کمتری موادمصرف باعث وزن کاهش با همراه ساز
انرشود می حیاتش درطول سازه کمتر ژی.
یا و قطار ،اتوبوس ،هواپیما (چه نقلیه وسایل از کدام هر به توان می زیست محیط به سازه وزن از ناشی ضربات تشریح برای
( عمرشان طول در )ماشین22حرکت برای را کمتری نیاز مورد انرژی ،شود حفظ ساخت فرآیند در که کیلو هر .نمود اشاره )سال
از روز هر در آلودگی زیادی مقدار حفظ به منجر کمتر انرژی صرف .دهد می نتیجه جهان سراسر در مواد یا مردم22می سال
.گردد
قیمت افزایش ی واسطه به که شدند متوجه صنایع از بسیاریزیست محیط به را آلودگی از ناشی ضربه جلوی توان نمی سوخت
که ای ضربه . گردد می وارد زیست محیط به کمتری ضربه سوخت مصرف در کاهش ضمن سبک مصالح از استفاده با لذا بگیرند
(بازیا انتها در و )(انرژی ابتدا در زنند می زیست محیط به عمرشان طول در نقلیه وسایل مواد انتخابمق در )فتصرف با ایسهه
وسایل سوخت در جویی.است ناچیز
4-آزاد طراحی
هستند طراحان تحسین مورد ها طراحی به بخشیدن آزادی خاطر به ها کامپوزیت ساندویچ،محدودیتی خالف بر درست
.دارند ساخت انتهای یا ابتدا در شان شکل در فلز و چوب مانند ساز و ساخت سنتی مواد کهساندویچ با هایی سازه ساخت هنگام
ًاتقریب مواد ،کامپوزیتموضوع این .کند می مشخص را سازه نهایی شکل تولید مرحله آخرین و بوده پذیر شکل فرمی هر به
اهداف بلکه است مناسب شناختی زیبا دالیل برای تنها نه که دهد می را صافی و خطی غیر طراحی امکانآیرودنی ینامیکیقابل ز
تبود خواهد حقق.
شكل2کامپوزیت ساندویچ از استفاده با آزاد طراحی :
- 4. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
4
شكل1طراحی :آکامپوزیت ساندویچ توسط یرودینامیكی
5-ها کامپوزیت ساندویچ در تنش توزیع
فشاری نیروهای تحت ماده که وقتیکششی یا.یابد می افزایش ماده درون تنش ،گیرد می قرار
شكل4فشاری های تنش توزیع :[5]شكل5کششی های تنش توزیع :[5]
شكل6برشی های تنش توزیع :[5]شكل7فشاری و کششی های تنش توزیع :[5]
شكل8:نیرو تحت تیر رفتار[5]
- 5. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
2
6-اضافه فواید
حال این با .است ها کامپوزیت ساندویچ از صنایع بسیاری ی استفاده دلیل و برتری ترین مهم شد داده باال در که توضیحاتی
تغییر با توان میمتفاوتی تحمل و ویژگی هسته مواد از کدام هر که معنی این (به یافت دست بیشتری فواید به هسته مواد
تعدادی به ما اینجا در .)دارندکنیم می اشاره مهم فواید این از.
6-3-سم و دود ،آتش( 𝐅𝐒𝐓 𝟏
)
FSTمواد هسته از بعضی .دارد هواپیما و قطار ،اتوبوس مانند عمومی نقل و حمل وسایل از استفاده مورد در سختی مقررات
می سوزی آتش هنگام به زدایی سم و حریق اطفا خاصیت باعث که هستند نمناک مخصوص مواد دارای ها کامپوزیت ساندویچ
نقل و حمل در استفاده امکان نظر این از و شود.دارند را عمومی
6-2-حرارتی عایق
یا گرما هسته مواد از بعضی ،علت همین به .است شده پر هوا با شان بین که هاییست سلول از مملو مواد پلیمری هسته
زیر کاربردهای ،صنعتی های ساختمان در مثال عنوان به .باشد بزرگی برتری تواند می که کنند نمی منتفل خوبی به را سرما
.بود خواهد اهمیت حائز کاری عایق که جاهایی در کلی طور به و دریاییاز اغلب عایق های هسته4.شوند می تشکیل جنس
6-2-3-صلب اورتان پلی(𝐏𝐔𝐑 𝟐
)
اورتان پلی مواد(PUR)( ترموست و سلولی بافت دارایآنها در حرارت اعمال اثر درپیوندهایعرضیباواکنشهای
شیمیاییایجادمیشودودرنتیجهوزنمولکولیمتوسطآنهاباالرفتهوبهدرمی صلب یکپارچه حالتبسپارها این .آیندهنگام
می تجزیه ناپذیری برگشت صورت به باال بسیار دماهای در بلکه ،نشده ذوب دهی حرارتشوندگرم با تماس هنگام که هستند )ا
م در زغال فرم به آتش ی شعله ومی حفاظت گرفته قرار آن زیر در که هایی ساخته از عایق همچون شده تولید زغال .آیند ی
،وجود این با .کندPURمی تولید دود توجهی قابل مقدار حین این در و سوخت خواهد شدن تجزیه و شدن زغالی صورت به
هایی آزمایش ،شوند می گنجانیده ها پانل درون که هنگامی حال این با .کندمخفی شعله هیچ که دهند می نشان باال مقیاس با
آ با زیادی تفاوت شرایط این تحت گرفته صورت تجزیه .شود نمی پخش خارجی پانل سیستم با پانل های هسته میان درزمایش
دارد کاری عایق با محصوالت.
دود ،است قبول قابل که شده فرض باال مقیاس با های آزمایش در دود سطح که مدتی درپلی از کمتر اورتان پلی از شده تولید
هنوز اما است استرباشد توجه قابل بسیار میتواند هم.
6-2-2-آیزوساینوریت پلی( 𝐏𝐈𝐑 𝟑
)
آیزوساینوریت پلیصلب(PIR)که هستند عایقی موادبخاطر که ،کردند پیدا ارتقاء ها اورتان پلی به نسبت شدت به
پلیمری آیزوساینوریت مولکول سه مواد این در .است حلقوی شیمیایی ساختار از ناشی زیاد بسیار گرمایی مقاومت از برخورداری
.اند شده احاطه جهت سه از
نتیجه درحرا اثر (در تجزیه نسبت ،عایق شرایط در آزمایش هنگامیابد می افزایش شده تولید زغال مقاومت و یافته کاهش )رت
سوزی آتش یک توسط شده ایجاد دیدگی آسیب مقدار کاهش ی نتیجه .شد خواهد بیشتر زیرین های الیه از حفاظت همچنین و
.است همراه شده تولید دود کاهش با نهایتا اتفاقی[2]
1. Fire Smoke Toxic
2. Rigid Polyurethane
3. Rigid Polyisocyanurate
- 6. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
6
6-2-1-معدنی فیبر
.شود می ساخته آلی الیاف کمک با یکدیگر به معدنی فیبرهای اتصال با که است هسته عایق مواد از دیگر نوع معدنی فیبر
خصوصا ،احتراق قابل بالقوه عناصر برخی شامل معدنی فیبر هسته ،عایق های پانل درون دادن قرار هنگاممواد درون آلی الیاف
قابل غیر معدنی فیبر های پانل اکثر .است هسته مواد به فلزی سطوح اتصال برای استفاده مورد آلی های چسب و عایق ی هسته
مجموع در معدنی فیبر هسته دارای های پانل احتراق کارایی ،حال این با .ندارند را سیستم کل در محدود احتراق قابلیت یا حریق
خ بسیارها پانل به نسبت کمتری دود و حرارت معمول طور به ها پانل این و است وبکنند می ایجاد پلیمری هسته با یی.
6-2-4-فنولیک های فوم
.دهند می ارائه حرارتی های تخریب برابر در توجهی قابل مقاومت که هستند پلیمری ساختار یک شامل فنولیک های فوم
تولی همچون ،بنابراینداتPIRهای الیه از حفاظت باعث که آیند می در زغال فرم به جداسازی برای و دارند ترموست خاصیت
.دارد وجود هم شود می گنجانده عایق های پانل در تولیدات که هنگامی ها خاصیت این .شود می باال حرارت درجه در زیرین
مقای در شده ایجاد دوداست کمتر پلیمری مواد اکثر با سه.
،مکانیکی های مقاومت دیگر به دستیابی در هایی دشواری هسته فنولیکی مواد از بسیاری ،خوبشان احتراق خواص وجود با
مورد )ضربه برابر در (مقاومتدارند پوششی های پانل برای نیاز.
6-1-صوتی عایق
خاصیت دارای )دارند بسته های سلول که آنهایی (خصوصا هسته مواد بعضیبسیاری در موضوع این .هستند صدا عایق/جذب
تواند می خوب صوتی عایق که جایی است هواپیما داخلی های قسمت در آن از تر مهم اما ،)بلندگوها (مانند است مفید موارد از
.شود شخصی هواپیماهای و تجاری هوایی خطوط داخلی فضای بهبود باعث
6-4-خوردگی برابر در مقاومت
خور خطر رفعخوردگی ضد های خاصیت خاطر به ها کامپوزیت ساندویچ .دارد مدت طوالنی کارکرد بر مهمی تاثیر دگی
همچون دریایی کاربردهای برای را ها آن و کرده حذف را سازه به آسیب خطر پلیمری های پوسته و هسته از استفاده و شان
سازهسازند می آل ایده زیردریایی های.
6-5-پ بسیار آب جذبایین
.بود خواهند گزینه بهترین پلیمری های هسته ،دارد وجود میعان امکان که جاهایی در یا مرطوب و دریایی های محیط در
یا و وزن افزایش و هسته به رطوبت یا آب ورود از که هستند بسته ای سازه های سلول دارای شد اشاره قبال که همانطور زیرا
جلوگی مکانیکی کارایی در اخاللمشبک سنتی مواد از استفاده که جایی هواپیما داخلی های قسمت در همچنین .کنند می ری
ی گزینه کامپوزیت ساندویچ انتخاب ،شود می عمرش طول در سازه وزن افزایش باعث و انداخته گیر ها سلول درون را آب
.بود خواهد مناسبی
6-6-آسان تعمیر
کارایی اینکه بدون شوند تعمیر سادگی به توانند می معموال ها کوفتگی و ها ترک ،است ساده ها کامپوزیت ساندویچ تعمیر
توانند می متخصصان ،شود جایگزین و جدا سازه از بزرگی قسمت باید که ،فوالد با مقایسه در .دهند کاهش را سازه مکانیکی
مخ صورت به را ها کامپوزیت ساندویچ(تن تصرکنند تعمیر )دیده آسیب محل در ها.
- 7. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
7
6-7-الكتریک دی خواص
بوجود اخاللی رادیویی امواج در که معنی این به .هستند توجهی قابل الکتریک دی خاصیت دارای هسته مواد انواع بعضی
تجهیزات برای کروی های محفظه ،رادار اتاق ساخت و طراحی هنگام مورد این که آورند نمیت یا راداریایکس پرتو جهیزات
بود خواهد مفید.[1]
7-کردن ساندویچی اصل
نامحدود تیر یک به توان می را ها کامپوزیت ساندویچIبارهای ها بال ،خمش هنگام به که جهت این از کرد تشبیه شکل
(وظیفه کند می تحمل را برشی بارهای جان و )ساندویچ در ها الیه یا ها پوسته (وظیفه کنند می تحمل را فشاری و کششی
معمولی تیر یک همچون .)ساندویچ هستهIسازه ،شوند دورتر هم از )ها (پوسته ها بال که هنگامی ،شکلسفت نسبت همان به
باعث نتیجه در و یابد می کاهش چگالی کل در اما ،دهد می را نتیجه همان هم هسته شدن تر ضخیم .شد خواهد ترافزایش
شود می وزن به سفتی نسبت.
شكل3تیر مقطع به کامپوزیت ساندویچ مقطع تشبیه :Iشكل[1]
7-3-پتانسیل ی دهنده نشان است آمده زیر در که کامپوزیت ساندویچ پانل یک و فوالدی پانل یک بین مقایسه
است ساندویچ از استفاده وزن حفظ:
شكل31و33مقایسه :دوفوالدی تیر و کامپوزیت ساندویچ با شده ساخته تیر[1]
حدود در ساندویچ با طراحی در شده جویی صرفه وزن ،شکل تغییر برای یکسان معیاری گرفتن نظر در با90%(این .است
شده مقایسه استاندارد مواد با مثالاست).
- 8. ایران معماری ملی کانون
شهری نوین ی توسعه و عمران ،معماری ملی همایش
تبریز-اردیبهشت3131
8
گراف3:اینگرافخواهد سفتی چشمگیر افزایش و وزن اندک افزایش باعث هسته ضخامت افزایش چگونه که کند می بیان
شد.[1]
8-نتیجهگیری
.جوییم می بهره نما و دهی شکل ،ساخت برای مختلف صنایع در ها کامپوزیت ساندویچ از استفاده باانتخاب با همچنین
حرارت های عایق منظور به ها کامپوزیت این از هسته ماده مهندسی،یاستفاده رطوبتی و صوتیونشان ها بررسی که همانطور
دهد میمنا جایگزین تواند می،فوالد همچون سنتی مصالح برای سبیباشد غیره یا و چوب،از باال باربری قابلیت ضمن که چرا
برخوردار کمتری بسیار وزناست.شده محصوالت وزن در تحولی باعث صنایع در تولید برای کم وزن این از برخورداری مجرد به
وارد نتیجه در و سوخت مصرف کاهش موجب که.شود می زیست محیط به کمتر آسیب شدن
مراجع
[1] DIAB guide to Sandwich Composites and Core Materials.
[2] Fire rated insulated (sandwich) panels By John Rakic on behalf of the Passive Fire & Smoke Containment
Alliance.
[3] Dr. Ir. Albert ten Busschen. "Design and Manufacture Of Composite Sandwich Panels For The Uyllander
Bridge In Amesterdam"
[4] David C. Salmon, Amin Einea, Maher K. Tadros, and Todd D. Culp. "Full Scale Testing Of Precast Concerete
Sandwich Panels" ACI Structural Journal
[5] Victor Birman and Charles W. Bert. "Wrinkling Of Composite-Facing Sandwich Panels Under Biaxial
Loading"
[6] Kumr P. Dharmasena, Haydn N.G. Wadley, Zhenyu Xue and John W. Hutchinson. "Mechanical Response Of
Metallic Honeycomb Sandwich Panel Structures To High-Intensity Dynamic Loading"