فصلنامه فنی و مهندسی مدرس
پیاپی 24 (تابستان 1385)

در هر شبیه سازی عددی دو مرحله اساسی یعنی گسسته سازی میدان حل (تولید شبکه) و گسسته سازی معادلات حاکم وجود دارد. در این تحقیق در مرحله اول برای گسسته سازی میدان جریان از شبکه بی سازمان مثلثی استفاده می شود. این شبکه به دلیل قابلیت اعمال و کارایی مناسب در هندسه های بسیار پیچیده و همچنین سهولت عملیات تطبیق، به عنوان روشی سرامد در گسسته سازی میدان جریان شناخته شده است. در قدم دوم، برای گسسته سازی معادلات حاکم، از روش المانهای محدود- که توانایی و مزایای ویژه ای در تحلیل مسائل با هندسه و مرز پیچیده داشته و مزیتهای روش ضمنی را دارد- استفاده شده است. در این تحقیق راهکاری مناسب برای کاربرد یک روش ضمنی بر روی شبکه بی سازمان مثلثی ارائه می شود. علاوه براین، برای گسسته سازی عبارتهای جابجایی در معادلات ناویر- استوکس (Navier-Stokes) از کلیه مزایا و امکانات روش بالادست و بقایی استفاده شده و گسسته سازی عبارتهای لزجتی در این معادلات به روش المان های محدود انجام می شود. در انتها روابط توسعه داده شده برای جریان لزج در داخل مجاری، آزمایش شده است که نتایج به دست آمده بسیار رضایت بخش است.

- MSRox یک ربات متحرک چرخ دار است که دو درجه آزادی در سیستم ربات های متحرک دارد. این ربات علاوه بر توانایی حرکت سریع و یکنواخت بر روی سطوح صاف، مقعر، محدب و شیبدار- که بر اثر حرکت بر روی چرخها وجود می آید - توانایی عبور از پله ها و موانع با سرعت و یکنواختی خوب و همچنین انعطاف پذیری نسبت به سطوح مقعر، محدب و شیبدار را دارد که در اثر حرکت بر روی ستاره-چرخهایش به وجود می آید.
این ربات که 450 قطعه مختلف دارد، با طول 9/82، و پهنای 1/54 و ارتفاع 2/29 سانتیمتر برای عبور از پله هایی با ارتفاع 10 و عمق 15 سانتیمتر طراحی شده است. این ربات با همین ابعاد توانایی عبور از پله هایی با حداکثر ارتفاع 17 سانتیمتر و با عمق نامحدود را نیز دارد. در این مقاله نتایج حاصل از طراحی و مدل سازی کامپیوتری ربات همراه با سیستمهای حرکتی و قابلیتهای مختلف MSRox توضیح داده می شود نتایج آزمایشگاهی حاصل از عبور MSRox از پله های مختلف و مقایسه آنها با ربات هایی که تاکنون در دنیا به منظور عبور از پله ها و موانع ساخته شده، بررسی می شود.

مواد سایشی فلزی غالبا شامل توزیعی یکنواخت از اجزای اصطکاک زا در زمینه ای فلزی هستند که عموما از طریق فشردن و سینتر پودرهای فلزی همراه با مقادیری ذرات سخت و در صورت لزوم روانکار جامد، تهیه می شوند. این مواد در ساخت قطعاتی که انرژی جنبشی را به حرارت و گشتاور تبدیل می کنند (ترمزها و صفحات کلاچ) مورد استفاده قرار می گیرند. در تحقیق حاضر به بررسی عوامل مؤثر در ساخت و خواص ماده سایشی پایه برنزی که در ساخت صفحات کلاچ خودروهای سنگین، ترمز هلیکوپتر و غیره و در شرایط سایش خشک کاربرد دارد، پرداخته می شود. با توجه به ترکیبات اصلی موجود در مواد سایشی پایه برنزی چهار ترکیب انتخاب و اثر عواملی مانند فشار پرس، دما و زمان سینتر بر خواصی مانند چگالی، تخلخل و سختی آزمایش شد. شرایط فرایند پرس و سینتر مناسب (فشار پرس 5 تن بر سانتیمتر مربع، دمای سینتر 820 درجه سانتیگراد و مدت سینتر 30 دقیقه) با بررسی نمونه های تهیه شده در نزدیکترین حالت به نمونه خارجی استخراج شد. مقاومت به سایش در نمونه نهایی حاوی 3% از افزودنی های سخت مختلف، به کمک آزمون استاندارد سایش ASTM G-105 (بدون ماده ساینده و با دیسک فولادی) تعیین و مقایسه شد. نمونه حاوی کاربید تنگستن، نزدیکترین خواص و ساختار را با نمونه های خارجی داشت.

در این تحقیق نوسانات حباب ناشی از انفجار زیر آب و تاثیر آن بر سازه کشتی مطالعه شده است. با شبیه‎سازی ریاضی، به دست آوردن معادلات حاکم و حل آنها، زمینه لازم برای تعیین میزان این تاثیر فراهم می‎شود. مدل ریاضیی که در اینجا ارائه می شود، فیزیک حاکم بر تاثیر نوسانات حباب ناشی از انفجار زیر آب بر بدنه کشتی را نشان می‎دهد. حل این مدل که به کمک ترکیبی از روش های عددی اولر، روش صریح پنج گامی آدامز- بشفورث و روش ضمنی چهار گامی آدامز- مولتون انجام می شود، بیان کننده پاسخ سازه کشتی به نوسانات حباب است. به منظور تایید روش حل، نمودار کرنش- زمان به دست آمده از تحلیل، بامقادیر تجربی موجود مقایسه شده است. همچنین نتایج این تحلیل با تحلیل به روش اجزای محدود -که به وسیله نرم افزار انسیس1 انجام می شود و در آن سازه شناور کشتی به صورت تیر دو سر آزاد با جرم و سختی غیریکنواخت و به کمک المانهای تیر، تجهیزات داخلی با المانهای جرم و شناوری با المانهای فنر مدل سازی شده- مقایسه می شود. در ادامه تاثیر پارامترهای عمق محل انفجار و جرم ماده منفجره روی میزان تنش ایجاد شده در کشتی بررسی می شود که نشان می دهد با افزایش عمق، میزان تنش کاهش می یابد و با افزایش جرم، میزان تنش افزایش می یابد.

یکی از روش های بهبود خواص مکانیکی فولادهای Ni-Co-Mo 18، انتخاب عملیات ترمومکانیکی مناسب است. در این تحقیق تاثیر زمان بین پاس های نورد بر خواص مکانیکی فولاد Ni-Co-Mo 18 مطالعه و بررسی شده است. ابتدا نمونه ها در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مقدار 30% کاهش سطح مقطع داده شدند و سپس تا دمای پاس دوم (900 درجه سانتیگراد) در هوا سرد شده و برای زمانهای مختلف (2 ثانیه، 5 و 10 دقیقه) در این دما نگاه داشته شدند. آنگاه نمونه ها به مقدار 20% در پاس دوم کاهش سطح مقطع داده شده و سپس سریعا در آب کوئنچ شدند. در انتها عملیات پیرسختی نمونه ها در دمای 480 درجه سانتیگراد و به مدت سه ساعت انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش زمان بین دو پاس از دو ثانیه به پنج دقیقه، اندازه دانه آستنیت کاهش قابل ملاحظه ای می یابد. این به دلیل پیشرفت تبلور مجدد استاتیکی است. تحت این شرایط، استحکام کششی نمونه ها افزایش یافت اما تغییر قابل ملاحظه ای در انرژی ضربه نمونه ها دیده نشد. با افزایش زمان بین دو پاس از 5 به 10 دقیقه، اندازه دانه آستنیت کمی افزایش پیدا کرد که آن را می توان به رشد دانه ها نسبت داد. استحکام کششی نمونه ها در این مرحله، کمی کاهش یافت، اما تغییر قابل ملاحظه ای در انرژی ضربه نمونه ها مشاهده نشد. نتایج نشان داد که بهترین زمان بین دو پاس نورد برای به دست آوردن بهترین استحکام کششی، حدود 5 دقیقه است.

یکی از نقاط ضعف روش گالرکین بی المان، پیچیدگی اعمال شرایط مرزی اساسی در آن است. در این مقاله پس از معرفی روش گالرکین بی المان و تقریب کم ترین مربعات متحرک، نحوه گسسته سازی معادلات هدایت حرارتی و کشسانی دو بعدی در مسائل استاتیکی و دینامیکی بیان شده و با معرفی جمله ای به نام انتگرال تکمیلی، روشی جدید برای اعمال شرایط مرزی اساسی پیشنهاد شده است. همگرایی روش پیشنهادی به کمک آزمونهای همگرایی بررسی شده و با حل مثالهایی از معادله پواسون و معادلات تحلیل استاتیکی و دینامیکی کشسانی دوبعدی، دقت نتایج حاصل با جوابهای موجود در منابع و نتایج حاصل از روش المان های محدود مقایسه شده است. این مقایسه نشان می دهد که جوابهای حاصل از تحقیق حاضر نسبت به پاسخهای موجود در سایر منابع دقت بالاتری دارد.

در این مقاله از یک مدل سه بعدی المانهای محدود برای مطالعه پاسخ ورقهای ضخیم که تحت جوشکاری چند لایه مختلف قرار گرفته اند استفاده شده است. برای شبیه سازی پاسخ مکانیکی از مدل ویسکو پلاستیک آناند استفاده شده و مدل سازی حرارتی محدوده جوش با استفاده از روش حوضچه تک دما صورت پذیرفته است. در تحقیق حاضر تغییرات دمایی خواص حرارتی و مکانیکی ماده مد نظر قرار گرفته و پارامترهای جوشکاری نظیر حرکت قوس، سرعت جوشکاری و تاخیر زمانی بین هر مرحله از جوشکاری مدل شده است. در نهایت نیزدر مدل المان محدود، افزوده شدن ماده جوش به مدل با استفاده از روش تولد مجدد المانها مدل سازی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش تعداد لایه های جوش، مقدار حداکثر دما و همچنین زمان رسیدن به این دما به طور قابل ملاحظه ای تغییر می یابد. این تغییرات برای نقاط نزدیک به خط جوش تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پیچیدگی ها و مؤلفه تنش در راستای ضخامت ورق به جا می گذارد ولی تاثیر آن بر روی مؤلفه هایی از تنش که در صفحه ورقها حادث می شوند قابل ملاحظه نمی باشد.

طبیعت پیچیده و اتفاقی فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی سبب بی نتیجه ماندن تلاشهای زیادی به منظور مدل سازی فیزیکی آن شده است. در این مقاله از دو شبکه عصبی با نظارت پس انتشار و تابع پایه شعاعی برای مدل سازی فرآیند استفاده شده است. شبکه ها دارای سه ورودی جریان، ولتاژ و دوره تناوب پالس ها به عنوان متغیرهای مستقل فرآیند و دو خروجی نرخ براده برداری و صافی سطح به عنوان مشخصه های عملکردی می باشند. آموزش شبکه ها با استفاده از داده های تجربی حاصل از آزمایش صورت گرفته و توانایی های مدل ها در پیش بینی رفتار ماشینکاری مورد تایید قرار گرفته است. جهت مقایسه، مدل رگرسیون مرتبه دوم نیز برای تخمین خروجی های فرآیند به کار گرفته شده است. خروجی های حاصل از مدل های عصبی و رگرسیون با نتایج تجربی مقایسه شده و مقادیر خطاهای نسبی محاسبه گردیده اند. بر اساس این خطاهای تاییدی، نشان داده شده که شبکه عصبی با تابع پایه شعاعی عملکرد بهتری در این حالت خاص دارد و به ترتیب دارای مقادیر متوسط خطای %11/8 و %73/5 در پیش بینی نرخ براده برداری و صافی سطح می باشد. تحلیل بیشتر فرآیند ماشینکاری تحت شرایط مختلف ورودی مورد بررسی قرار گرفته است و مقایسه نتایج مدل سازی با ملاحظات تئوری، انطباق خوبی را نشان می دهد که کارایی و موثر بودن روش به کار گرفته شده را نیز مورد تایید قرار می دهد.