موضوع مقاله: کاربرد آلومینیوم در چندلایه‌های الیافی-فلزی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # کاربرد آلومینیوم در چندلایه‌های الیافی-فلزی | مقدمه: محققان درصدد رفع این معایب تصمیم گرفتند تا از آلومینیوم و لایه کامپوزیت در کنارهم استفاده کنند تا هم از عیوب بکاهند و هم از مزایای هر دو در کنارهم بهره ببرند. | ## بخش 1: کاربرد آلومینیوم در چندلایه‌های الیافی-فلزی | در نتیجه، مطالعه گلیرها از این جهت پراهمیت است که در دسته مواد نو قرار داشته و خواص مختلف آنها (استحکام در برابر ضربه‌های سرعت بالا و سرعت پایین، بارهای شبه‌استاتیکی، تنش‌های حرارتی، خوردگی و خستگی) مورد مطالعه و پژوهش محققان است. در نتیجه گلیر در دستهٔ مواد مرکب قراردارد طراحی، ساخت و بازبینی گلیرها بیشتر مشابه ورقه‌های آلومینیومی است تا لایه‌های کامپوزیتی. مزایای گلیر نسبت به آلومینیوم عبارت است از: عملکرد بهتر در برابر بارهای ضربه‌ای و بارگذاری‌های خستگی . از آنجا که گلیر کرنش الاستیک بالایی دارد ،توانایی جذب انرژی زیادی در برابر ضربه دارد. علاوه بر این، می‌توان مواد را در حین طراحی و ساخت تنظیم کرد تا تعداد، نوع و ترازبندی لایه‌ها متناسب با تنش‌ها و شکل‌های بخش‌های مختلف هواپیما باشد. این امکان اجازه تولید مقاطع منحنی شکل، صفحات پیچیده یکپارچه یا ورقهای بسیار بزرگ گلیر را می‌دهد. در حالی که یک ورق ساده گلیر تولید شده سه تا ده برابر یک ورق آلومینیوم معادل آن گران است، سازه‌ای که با گلیر ساخته شده سبک‌تر و پیچیده‌تر از ساختار فلزی معادل آن است، به بازرسی و نگهداری کمتری احتیاج دارد و از خرابی کمتر و طول عمر بیشتری برخوردار است. این ویژگی‌ها می‌توانند استفاده از گلیر را در طولانی مدت مقرون به صرفه‌تر از سازه آلومینیومی معادل آن کند. تاریخچه گلیر یکی از چندلایه‌های الیافی-فلزی پرکاربرد است که توسط شرکت هلندی آکزونوبل (Akzo Nobel) در سال ۱۹۸۷ ساخته شده‌است. گلیر در سال ۲۰۰۷، زمانی که هواپیمای ایرباس ای ۳۸۰ (A380) خدمات تجاری خود را آغاز کرد، وارد مرحله صنعتی شدن شد. بیشتر تحقیقات و پیشرفت‌ها در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ در دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه فناوری دلفت، انجام شد، جایی که اساتید و محققان دانش چندلایه‌های الیافی-فلزی را پیشرفته و چندین اختراع مختلف مانند روش اتصال برای ساخت پانل‌های گسترده‌تر و طولانی‌تر بدون نیاز به اتصالات خارجی را به‌دست آوردند. | ## بخش 2: کاربرد آلومینیوم در چندلایه‌های الیافی-فلزی | توسعه چندلایه‌های الیافی-فلزی منعکس کننده سابقه طولانی تحقیق است که از سال ۱۹۴۵ در فوکر (Fokker) آغاز شد، جایی که تحقیق در مورد خواص بهبود یافته ورقه‌های آلومینیوم پیوند خورده به‌هم در مقایسه با آلومینیوم یکپارچه شروع شد. بعداً اداره ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده (ناسا) در برنامه شاتل فضایی علاقه‌مند به تقویت قطعات فلزی با مواد مرکب شد که منجر به ورود الیاف به این چند لایه‌ها شد. تحقیقات بیشتر و همکاری فوکر با دانشگاه دلفت، آزمایشگاه هوافضا هلندی و شرکتها و مؤسسات مختلف دیگر منجر به تولید اولین چندلایه الیافی-فلزی شد که چند لایه آرامید-آلومینیوم (ARALL)، که با اتصال آلومینیوم به الیاف آرامید حاصل می‌شود، در سال ۱۹۸۱ ثبت اختراع شد. این ماده دارای برخی مشکلات در هزینه تمام شده، نحوه ساخت و کاربرد بود؛ در حالی که مقاومت کششی بسیار بالایی داشت، این ماده در مقاومت فشاری، بارگذاری خارج از محور و بارگذاری چرخه‌ای عملکرد مناسبی نداشت. این مسائل منجر به نسخه بهبود یافته این ساختار با الیاف شیشه به جای الیاف آرامید شد. ادعا می‌شود که اختلاف نظر بین برخی از این شرکا باعث شده که بوئینگ گلیر را از کف بار بوئینگ ۷۷۷ در سال ۱۹۹۳ خارج کند (قبل از ورود هواپیما به ناوبری در سال ۱۹۹۵) و برنامه بمباردیر برای استفاده از گلیر در هواپیماهای سری سی خود در سال ۲۰۰۵ را مسدود کرد. با توجه به اینکه چگالی گلیر ۱۰ درصد از چگالی آلومینیوم کمتر است، استفاده از گلیر در مساحتی به میزان ۴۸۰ متر مربع از بدنه ایرباس ای۳۸۰ توانست ۷۹۴ کیلوگرم از وزن را به نسبت بدنه تمام آلومینیومی کم کند که دستاورد بزرگی در صنعت هوایی محسوب می‌شود. در سال ۱۹۹۵، یک کانتینر باری هواپیما ساخته شده از گلیر به اولین کانتینر دارای گواهینامه مقاومت در برابر انفجار توسط اداره هواپیمایی فدرال (FAA) تبدیل شد. این کانتینر می‌تواند انفجار و آتش‌سوزی ناشی از بمبی مانند بمب استفاده شده در فاجعه پن ای‌ام پرواز ۱۰۳ (Pan Am Flight103) بر فراز لاکربی، اسکاتلند در سال ۱۹۸۸ استفاده شد را جذب و خنثی کند. همچنین در بخش‌هایی از هواپیمای حمل و نقل نظامی ایرباس ای۴۰۰ام (A400M) نیز از گلیر استفاده شده‌است. انواع گلیر و روش نامگذاری آن‌ها شش نوع استاندارد گلیر (گلیر۱ تا گلیر۶) که چگالی آنها بین ۲٫۳۸ تا ۲٫۵۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که تقریباً مشابه چگالی الیاف کربن اس۲ (S-2 glass fiber) است. | ## بخش 3: کاربرد آلومینیوم در چندلایه‌های الیافی-فلزی | که آلیاژ آلومینیوم رایج در ساخت هواپیما است که در همهٔ انواع گلیر جز یکی از آنها موجود است. از آنجا که مقاومت کامپوزیت با توجه به جهت الیاف متفاوت است، انواع گلیر از نظر تعداد و پیچیدگی‌ها و جهت‌گیری‌های الیاف در یک لایه کامپوزیت متفاوت هستند. هر درجه گلیر دارای انواع ای (A) و بی (B) است که تعداد لایه یکسانی دارند اما دارای جهت فیبر متناوبی هستند. نامگذاری قراردادی گلیر تعداد لایه آلومینیوم، ضخامت هر لایه آلومینیوم، تعداد لایه کامپوزیت و جهت الیاف شیشه به‌کار رفته در گلیر را مشخص می‌کند. تعداد لایه‌های آلومینیوم همیشه یکی بیشتر از تعداد لایه‌های الیاف شیشه است و ضخامت لایه آلومینیوم می‌تواند از ۰٫۲ تا ۰٫۵ میلی‌متر باشد. به‌عنوان مثال، گلیر نوع۴بی-۴/۳-۰٫۴ (GLARE4B-4 / 3–0.4)یک ورق گلیر با درجه ۴ از نوع بی (grade B) است که در آن چهار لایه آلومینیوم و سه لایه الیاف شیشه وجود دارد که ضخامت هر لایه آلومینیوم ۰٫۴ میلی‌متر است. (در مقابل، یک ورق معمول کاغذ فتوکپی دارای ضخامت ۰٫۰۹۷ میلی‌متر است و کارت ویزیت معمولی ۰٫۲۳۴ میلی‌متر ضخامت دارد). نیازی به بیان جداگانه ضخامت درجه‌های مختلف گلیر نیست، چون ضخامت نامی هر لایه پری-پرگ (pre-preg) برابر ۰٫۱۲۵ میلیمتر است و تعداد لایه‌های استفاده شده در هر نوع گلیر نیز مشخص است. انواع ۱٬۲٬۳ و ۶ گلیر فقط دارای دو لایه الیاف شیشه هستند، بنابراین ضخامت یک لایه کامپوزیت شیشه منفرد ۰٫۲۵ میلی‌متر است. گلیر۴ دارای سه لایه الیاف شیشه است، بنابراین لایه‌های کامپوزیت شیشه آن هر کدام ۰٫۳۷۵ میلی‌متر ضخامت دارند. | ## جمع‌بندی | گلیر۵ دارای چهار لایه الیاف شیشه است، دارای لایه‌های الیاف کامپوزیت شیشه با ضخامت ۰٫۵ میلی‌متر است.