دانلود رایگان سوالات کارشناسی ارشد آزاد مهندسی مواد - شناسایی و انتخاب مواد مهندسی 1390

---

آزمون های برگزار شده

---

تحلیل محتوایی سؤالات ارشد شناسایی و انتخاب مواد آزاد ۱۳۹۰

تحلیل سوالات نشان می‌دهد که آزمون این گرایش ترکیبی از سوالات محاسباتی دقیق و سوالات مفهومی در مورد محدودیت‌های هر روش شناسایی است. در بخش انتخاب مواد، تسلط بر فرمول‌بندی اهداف و محدودیت‌های طراحی (Constraints) نقش تعیین‌کننده‌ای دارد.

روش‌های شناسایی مواد (Characterization)

• پراش پرتو ایکس (XRD): تحلیل قانون براگ، تعیین ساختار کریستالی (BCC, FCC, HCP)، محاسبه پارامتر شبکه، تعیین اندازه دانه با استفاده از رابطه شرر و شناسایی فازهای مجهول.
• میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM): بررسی مکانیزم تولید سیگنال‌های الکترون ثانویه (SE) و الکترون‌های برگشتی (BSE)، قدرت تفکیک، عمق فوکوس و آنالیز شیمیایی به روش EDS.
• میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM): تحلیل الگوهای پراش (SAD)، کنتراست تفرق، تصویربرداری میدان روشن (BF) و میدان تاریک (DF) برای شناسایی نابجایی‌ها و رسوبات ریز.
• آنالیز حرارتی: تفسیر منحنی‌های DSC و DTA برای تعیین دمای ذوب، استحاله فازی، دمای تبلور مجدد و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg).

اصول انتخاب مواد مهندسی (Material Selection)

• شاخص‌های عملکرد (M): استخراج روابط ریاضی برای حداقل کردن وزن یا هزینه در قطعاتی مانند تیرهای تحت خمیدگی، ستون‌های تحت بار کمانش و مخازن ذخیره‌سازی.
• نمودارهای اشبی: نحوه استفاده از نمودارهای ویژگی (مثلاً چگالی در مقابل مدول یانگ) برای غربالگری مواد و استفاده از خطوط راهنما با شیب‌های مختلف (1، 1/2، 2).
• ملاحظات محیطی و خوردگی: انتخاب مواد مقاوم در برابر اکسیداسیون دما بالا، محیط‌های اسیدی و انتخاب پوشش‌های مناسب برای شرایط کاری سخت.
• جنبه‌های اقتصادی: تحلیل هزینه واحد استحکام یا هزینه واحد سفتی و نقش فرآیندهای ساخت (مانند ریخته‌گری در مقابل آهنگری) بر انتخاب نهایی ماده.

خواص مکانیکی و فیزیکی مواد

• شکست و خستگی: انتخاب مواد بر اساس چقرمگی شکست (K1c) برای قطعات حساس و تحلیل عمر خستگی در بارهای متناوب.
• خزش: انتخاب سوپرآلیاژها و مواد تک‌کریستال برای کاربردهای توربین گاز و تحلیل مکانیزم‌های تغییر شکل در دماهای بالا.
• خواص فیزیکی: بررسی ضریب انبساط حرارتی و رسانایی الکتریکی در انتخاب مواد برای صنایع الکترونیک و مبدل‌های حرارتی.

تحلیل تخریب (Failure Analysis)

• شناسایی سطوح شکست: تشخیص شکست ترد (Cleavage) از شکست نرم (Dimples) در تصاویر SEM و شناسایی علائم خستگی (Striations).
• عیوب فرآیندی: شناسایی نقش ناخالصی‌ها، جدایش فازی و عیوب ریخته‌گری یا جوشکاری در تخریب زودهنگام قطعات صنعتی.

راهبرد پیشنهادی برای مطالعه

1. تکنیک‌های آنالیز را عمقی بخوانید: تنها به حفظ کردن نام روش‌ها بسنده نکنید؛ باید بدانید برای شناسایی یک رسوب نانومتری، کدام روش (مثلاً TEM) مناسب‌تر از بقیه است.
2. تمرین استخراج شاخص عملکرد: یاد بگیرید چگونه یک مسئله طراحی مکانیکی را به یک رابطه ریاضی برای انتخاب ماده تبدیل کنید (مثلاً شاخص $M = sigma / ho$ برای تیر سبک و مستحکم).
3. مرور متالورژی فیزیکی: بسیاری از سوالات شناسایی، ریشه در درک تحولات فازی و دیاگرام‌های تعادلی دارند.
4. نمودارهای اشبی را بشناسید: کار با این نمودارها و درک مفهوم خطوط بهینه، نیمی از راه انتخاب مواد است.

جمع‌بندی

آزمون ارشد شناسایی و انتخاب مواد مهندسی آزاد ۱۳۹۰، داوطلب را از نظر توانایی تحلیل ابزارهای آزمایشگاهی و قدرت تصمیم‌گیری مهندسی محک می‌زند. موفقیت در این گرایش نیازمند ذهنی است که بتواند بین دنیای میکروسکوپی (ساختار) و دنیای ماکروسکوپی (عملکرد قطعه در صنعت) پل بزند. تسلط بر روش‌های XRD و SEM در کنار مهارت در بهینه‌سازی شاخص‌های مکانیکی، کلید اصلی پاسخگویی به سوالات این سال بوده است.

---

سؤالات متداول

هدف اصلی از استخراج "شاخص عملکرد" در انتخاب مواد چیست؟

هدف این است که ویژگی‌های ماده (مانند استحکام یا مدول یانگ) را از پارامترهای هندسی و عملکردی جدا کنیم تا بتوانیم مواد مختلف را بدون در نظر گرفتن شکل قطعه، با هم مقایسه کرده و بهترین گزینه را برای کمینه کردن وزن یا هزینه انتخاب کنیم.

تفاوت اطلاعات حاصل از EDS و XRD در چیست؟

XRD اطلاعاتی در مورد فازهای کریستالی و چیدمان اتم‌ها (ساختار) می‌دهد، در حالی که EDS (تفرق انرژی پرتو ایکس در SEM) اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی و عناصر موجود در ماده ارائه می‌کند.

چرا در میکروسکوپ TEM قدرت تفکیک بسیار بالاتر از میکروسکوپ نوری است؟

زیرا طول موج الکترون‌های پرسرعت در TEM بسیار کوتاه‌تر از طول موج نور مرئی است. طبق رابطه ابه، هرچه طول موج کوتاه‌تر باشد، قدرت تفکیک دستگاه افزایش می‌یابد.

در انتخاب مواد برای یک تیر تحت خمش که نباید بیش از حد تغییر شکل دهد، چه شاخصی مهم است؟

در این حالت، "سفتی" (Stiffness) معیار است و شاخص عملکرد معمولاً به صورت $E^{1/2} / ho$ (برای مقطع مربعی) تعریف می‌شود که در آن $E$ مدول یانگ و $ ho$ چگالی است.

الکترون‌های برگشتی (BSE) در SEM چه اطلاعاتی به ما می‌دهند؟

شدت الکترون‌های برگشتی به عدد اتمی (Z) عناصر وابسته است؛ بنابراین مناطق حاوی عناصر سنگین‌تر روشن‌تر دیده می‌شوند که این امر به شناسایی تفاوت ترکیب شیمیایی در ریزساختار کمک می‌کند.

چه زمانی از آنالیز TGA استفاده می‌کنیم؟

زمانی که بخواهیم تغییرات وزن ماده را نسبت به دما بسنجیم؛ مثلاً برای بررسی اکسیداسیون فلزات، تجزیه پلیمرها یا میزان رطوبت موجود در یک پودر سرامیکی.

---

سوالات و پاسخ سوالات کارشناسی ارشد - بخش صد و هفتاد و یکم ( بیشتر ... )