لا يزال قطاع صناعة الطيران يواصل بحثه المستمر عن المواد خفيفة الوزن والفعالة في نفس الوقت بشكل يمكنها من مقاومة الإجهاد والضغوطات الناتجة عن الطيران. توفر المواد المركبة المتقدمة، والتي تشمل الأقمشة النسيجية ثلاثية الأبعاد، العديد من المزايا الفريدة مقارنة مع غيرها من المواد، إلا أنه وقبل الاستفادة من هذه المواد لابد من اختبارها.
وفي هذا الصدد، طور فريق بحثي من جامعة خليفة منهجية لنمذجة سلوك الأقمشة المصنوعة من مواد بوليمرية مركبة ومدعمة بالألياف خلال فترات تعرضها للإجهاد، حيث تنضغط الأقمشة النسيجية وتتمدد بطريقة معينة وفقًا لهيكلها الهندسي وخصائصها الناتجة عند المدعمات المستخدمة في عمليات التصنيع، وتتيح هذه النمذجة لصانعي أجزاء الطائرات إمكانية اختيار المواد الأكثر فعالية.
وضم الفريق البحثي كلًا من سيذيش كولكارني، طالب في برنامج الماجستير والدكتور ريحان عمير، أستاذ مشارك والأستاذ الدكتور ويسلي كانتويل من هندسة الطيران وخالد الحمادي، باحث في مرحلة البكالوريوس والدكتور قمران خان، أستاذ مشارك، حيث نشروا نتائج بحثهم في المجلة الدولية "كومبوزيت بارت إيه: أبلايد ساينس آند مانيفاكتشرينغ" المتخصصة في البحوث العلمية والتكنولوجية المتعلقة بالمواد المركبة.
تعرف المواد المركبة أنها مزيج من المواد المصممة لتحقيق خصائص أدائية وهيكلية محددة، وتعتبر المواد البوليمرية المركبة المدعمة بالألياف أحد أنواع المواد المركبة المستخدمة في تطبيقات الطيران، فهي مصنوعة بالاستعانة بعمليات قولبة السوائل المركبة التي تتضمن مدعمات قماشية جافة تقع بين قالبين، ويتم تعريضها للضغط لتصل لسمك معين وبعدها يتم حقنها بسائل بوليمري.
تساهم المواد البوليمرية المركبة المدعمة بالألياف بتعزيز الأداء الهيكلي للطائرة وتحد من وزنه، حيث تتميز بفعالية كبيرة وقدرة على تحمل الأوزان ومقاومة عالية للتآكل وديمومة أطول، الأمر الذي يؤهلها لتكون أفضل المواد في تطبيقات الطيران.
يمكن حياكة الألياف في هذا النوع من المواد من المركبة بطريقة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، وتُفضل حياكتها بشكل ثلاثي الأبعاد للأجزاء الهيكلية الهامة كشفرات محرك المروحة لأنها توفر صلابة وقوة أكبر.
بدوره، قال الدكتور ويسلي: "تقوم الأقمشة المحاكة بإظهار استجابة تتمثل باللزوجة ويعتمد ذلك على مدى فعالية الألياف المدعمة، ويعني ذلك أن استجابة الأقمشة للإجهاد تقوم على التغيير في شكل الألياف ودرجة التغيير أيضًا".
أظهرت عمليات الضغط التي جرت على القماش المدعم ظهور منحنى استجابة غير مستقيم ناتج عن الإجهاد. لذلك، قام الباحثون بالاستفادة من هذه المعرفة وأجروا دراسة لبحث طبيعة الاستجابة لقماش محاك بطريقة ثلاثية الأبعاد من خلال فهم آلية استجابة القماش، حيث تمكن نموذجهم من تنبؤ استجابة القماش للإجهاد.
قال الدكتور ريحان عمير: "يعد هذا العمل استكمالًا لمشروع ركز على إدخال المدعمات ثلاثية الأبعاد في المواد المركبة الخاصة بتطبيقات الفضاء التي تشمل شفرات محرك المروحة في الطائرة. وتوجد العديد من الأمور المتعلقة بمعالجة المواد المركبة ثلاثية الأبعاد للحصول على ألياف أكثر فعالية ونفاذية أفضل في البوليمر. ومن جهة أخرى، يساهم هذا البحث في التنبؤ بقوة التحمل والثبات في القوالب وتحديد الاستراتيجيات اللازمة لحقن السائل البوليمري خلال عمليات القولبة".