مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 111 (بهمن و اسفند 1395)

سنسورهای میکروالکترومکانیکی فشار به دلیل سهولت ساخت، هزینه پایین، روش اندازه گیری ساده، محدوده گسترده فشار مورد اندازه گیری و دقت اندازه گیری بالا محبوبیت بسیاری دارند. در این پژوهش، رفتار مکانیکی یک میکروسنسور فشار پیزورزیستیوی به روش المان محدود شبیه سازی شده است. اعمال فشار به مرکز دیافراگم سبب ایجاد تنش های طولی و عرضی در پیزورزیستیوها می شود و تنش های ایجادشده در پیزورزیستیوها باعث تغییر مقاومت الکتریکی آنها می گردد. در این مقاله، ماکزیمم مقدار جابه جایی دیافراگم سنسور، تنش های طولی و عرضی و توزیع پتانسیل الکتریکی در پیزورزیستیوها به ازای اعمال فشار 14 مگاپاسکال مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین ماکزیمم مقدار جابه جایی دیافراگم و تغییرات مقاومت الکتریکی به ازای اعمال فشارهای گوناگون بررسی شده است. با انجام تحلیل تنش ون مایزز روی سازه سنسور مشخص شد که حداکثر تنش ون مایزز ایجادشده در این سازه به ازای اعمال فشار 14 مگاپاسکال، 6 گیگاپاسکال است. همچنین با انجام تحلیل خستگی روی سنسور مذکور معلوم شد که این سنسور از عمر بسیار بالایی برخوردار است.

شناخت هرچه دقیق تر شکل دهی فلزات به عنوان یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات صنعتی امری ضروری است. شکل دهی با قالب انعطاف پذیراز جمله فرایندهای شکل دهی فلزات است که به تازگی مورد استقبال پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته است. برخلاف فرایندهای متداول شکل دهی، در شکل دهی با قالب انعطاف پذیراز یک واسط انعطاف پذیر به جای سنبه (یا ماتریس) صلب، به عنوان انتقال دهنده فشار، استفاده می شود. این واسط می تواند مایع، گاز و جامد (مواد ویسکوپلاستیک یا بالشتک و میله الاستومری) باشد. از شکل دهی با ابزار الاستومری به عنوان یکی از مهم ترین روش های شکل دهی با قالب انعطاف پذیریاد می شود. با استفاده از ابزار الاستومری تنها به ساخت یک نیمه صلب ابزار نیاز است و به همین دلیل هزینه ساخت قالب به مراتب کاهش می یابد. انعطاف پذیری بالا در تولید قطعات پیچیده و کیفیت سطح مطلوب قطعه به دلیل تماس کمتر ابزار صلب با قطعه (در برخی از موارد عدم تماس) از جمله مزایای این فرایند است که سبب پیشی گرفتن آن از دیگر روش های سنتی شده است. برمبنای دلائل فوق، محققان از شکل دهی با ابزار الاستومری به صورت مستقل و از تلفیق آن با فرایندهای دیگر برای بهبود قابلیت شکل پذیری و ارتقای بازده آنها استفاده می کنند. این مقاله به بررسی پیشرفت های این حوزه و استفاده از ابزار الاستومری در شکل دهی ورق ها و لوله های فلزی پرداخته و این پژوهش ها را تحلیل کرده است.

وجود مشکلات فراوان بر سر راه استفاده از خنک کارها نظیر مشکلات تنفسی و پوستی برای اپراتور، ایجاد باکتری، انتشار بوی نامطبوع در محیط کار، مشکلات زیست محیطی ناشی از دفع آنها و هزینه نسبتا بالای تهیه و نگه داری سیال های برشی باعث شده است که همواره صنعتگران درپی گزینه ای مناسب جهت جایگزینی این مواد باشند. در این مقاله روش های متنوع ماشینکاری سبز معرفی شده است. ماشینکاری سبز شامل روش های تبریدی، روانکاری کمینه و استفاده از هوای فشرده است. در خنک کاری تبریدی، از نیتروژن مایع به عنوان سیال خنک کار استفاده می شود که همراه با هوای فشرده به محل برش منتقل می شود. در روانکاری کمینه، مقدار بسیار کمی از سیال، که معمولا روغن پایه نفتی یا گیاهی است، به کمک هوای فشرده به صورت ابر درآمده و با نازل به ناحیه برشی منتقل می گردد. روش های ماشینکاری سبز علاوه بر عملکرد مشابه یا بهتر در بعضی حالت ها نسبت به خنک کاری معمولی، مقدار استفاده از سیال های برش را به میزان زیادی کاهش می دهند.

مسئله سروصدا و ایجاد آلودگی صوتی در پرواز هواپیماها همواره به عنوان یک معضل اساسی مطرح بوده است. به دلیل آثار فیزیولوژیکی مضری که سروصدای تولیدشده توسط هواپیما روی خلبان، مسافران، کارکنان فرودگاه ها و ساکنان حومه فرودگاه دارد، کاهش شدت صوت اهمیت بیشتری پیدا کرده است. در این مقاله صدای ناشی از نازل خروجی جت به عنوان یک منبع مهم آلوده کننده صوتی هواپیما مورد توجه قرار گرفته است. دندانه دار کردن نازل به عنوان یکی از جدیدترین فناوری های کاهش شدت صوت برای موتورهای جت مورد استفاده قرار می گیرد که در آن آثار ناشی از تغییر پارامترهای هندسی نازل دندانه دار بر میدان جریان خروجی نازل و سطح صدای تولیدی بررسی و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که تغییر در طول دندانه ها تاثیر چندانی بر میدان جریان و سطح صدای تولیدی ندارد، در حالی که میزان نفوذ دندانه ها و تعداد دندانه ها پارامتر مهمی در افت سرعت در ناحیه مرکزی و شدت صوت می باشد.

اساسا اغلب فرایندهای ساخت وتولید در قطعه عامل ایجاد تنش پسماند می باشند. جوشکاری، آهنگری، ریخته گری و جز این ها از جمله روش های عمده و پرکاربرد در ساخت تجهیزات صنعتی، از منابع ایجاد این تنش ها در محصولات صنعتی هستند. آثار تنش های پسماند ممکن است به بزرگی، جهت و توزیع تنش، با در نظر گرفتن تنش اعمالی از خارج، سودمند یا مضر وابسته باشد. امروزه موضوع اثر تنش های پسماند بر رفتار مکانیکی و کارکرد قطعات مهندسی مورد توجه بسیار است. در این مقاله، نخست خواص مغناطیسی مواد و پارامترهای اثرگذار و اثرپذیر بررسی و در ادامه روش های مختلف اندازه گیری تنش با روش مغناطیس معرفی شده است. سپس تخمین تنش های پسماند با تکنیک مغناطیسی بارک هاوزن به عنوان یکی از پرکاربردترین روش ها مورد توجه قرار گرفته و مشخصات اجزای سیستم اندازه گیری تنش با این تکنیک ارائه شده است. مشکل عمده این روش تاثیرپذیری نتایج از خواص متالورژیکی و محدودیت استفاده از آن در مورد مواد فرومغناطیسی می باشد. این روش مزایایی چون قابلیت حمل و راه اندازی در هر مکان صنعتی، سرعت بالا، هزینه پایین و غیرمخرب بودن را دارد.

لوله های جدار نازک تقویت شده با فوم جاذب انرژی مطلوبی در بارگذاری محوری محسوب می شوند که نسبت به لوله های توخالی از جذب انرژی بیشتری برخوردارند. در مقاله حاضر، تحلیل تجربی و شبیه سازی رفتار تغییر شکل لوله های دو جداره آلومینیمی با سطح مقطع دایروی تحت بارگذاری محوری شبه استاتیک بررسی می شود. در مطالعه تجربی لوله های دوجداره توخالی و تقویت شده با فوم پلی یورتان تحت تاثیر بارگذاری شبه استاتیک قرار می گیرند و نحوه فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین می شود. چون در حالت تجربی، نحوه فروریزش تمامی لوله های دوجداره به صورت متقارن محوری است، مدل متقارن محوری با استفاده از تحلیل اجزای محدود برای شبیه سازی فروریزش لوله های دوجداره با سطح مقطع دایروی ارائه می شود و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییر شکل بزرگ در این شبیه سازی در نظر گرفته می شود. مقایسه نتایج تجربی و شبیه سازی نشان می دهد مدل ارائه شده روش مناسبی برای تعیین پاسخ فروریزش و میزان انرژی جذب شده ارائه می کند. در ادامه، اثر پارامترهای ابعادی و چگالی فوم بررسی می شود و نتایج مزیت استفاده از لوله های دو جداره به عنوان جاذب انرژی به وضوح بیان می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که میزان جذب انرژی پوسته های استوانه ای تقویت شده نسبت به توخالی بیشتر است، این در حالی است که نیروی بیشینه فروریزش در هر دو نمونه تقریبا یکسان است.

افزایش نرخ انتقال حرارت و کارآیی حرارتی از مسائل مهم سالیان اخیر است. یکی از روش های غیرفعال افزایش انتقال حرارت، استفاده از نانوسیالات است. تعیین هدایت حرارتی نانوسیالات و میزان افزایش نرخ انتقال حرارت با استفاده از نانوسیالات، یکی از مباحث چالش برانگیز در استفاده از نانوسیالات است. در این مقاله، به بررسی روش های تجربی مورد استفاده در تعیین هدایت حرارتی نانوسیالات در دهه اخیر پرداخته شده است. به طور کلی، روش های تجربی را می توان به دو دسته روش های نوری و غیرنوری دسته بندی کرد. برای روش های نوری 7 روش و برای روش های غیرنوری 14 روش گزارش شده است. روش های نوری، روش هایی غیرتهاجمی اند و نسبت به روش های غیرنوری قدمت کمتر و دقت بالاتری دارند. روش های غیرنوری امکانات آزمایشگاهی ساده تری دارند و نسبت به روش های نوری پرکاربرترند. در میان تمامی روش ها، روش سیم داغ گذرا ساده ترین و پرکاربردترین روش است.

تطبیق پذیری الزامات تولید چرخ های مورد استفاده در صنعت ریلی با موارد مطرح شده در استانداردهای مربوطه سبب کنترل روند خرابی و آسیب دیدگی، افزایش ایمنی سیر وسائل نقلیه و کاهش هزینه های مربوطه خواهد شد. به دلیل تعدد کشورهای تامین کننده چرخ در ایران، ضرورت بررسی استانداردهای مختلف و آگاهی از نقاط تمایز و اشتراک در بیان الزامات تولید امری ضروری می نماید. در پژوهش حاضر، استانداردهای مورد استفاده در زمینه چرخ آلات ناقله ریلی (EN-13262، UIC812-3 و GOST-10791) بررسی و نقاط تمایز و اشتراک در مورد الزامات تولید بیان و مورد بحث قرار گرفته است. مقایسه استانداردهای مختلف از دیدگاه خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی، علامت گذاری، انبار و ارسال بار و شرایط گارانتی انجام می گیرد. مشاهده می شود که استاندارد EN-13262 جهت بهبود خواص چرخ از عناصر حساس و تاثیرگذار در گستره مطلوب تری استفاده کرده است. همچنین، از دیدگاه خواص فیزیکی و مکانیکی در استاندارد GOST-10791 به برخی خواص از جمله چقرمگی شکست و سختی جان چرخ اشاره ای نشده است. به عنوان دیدگاهی کلی می توان بیان کرد که با توجه به چرخ های مورد استفاده در ناوگان ریلی و همچنین خواص ریل مورد استفاده، استاندارد EN-13262 نسبت به سایر استانداردها از مقبولیت بالاتری برخوردار است.

در این مقاله علاوه بر طراحی مقدماتی دستگاه شوک، به منظور تحلیل عملکرد دستگاه از یک مدل جرم و فنر دو درجه آزادی برای تحلیل گسسته دستگاه شوک استفاده شده است. نتایج نشان می هد که مدل تحلیلی و گسسته ارائه شده از نظر نتایج شتاب های خروجی حاصل از ارتفاع های مختلف تطابق خوبی با نتایج حاصل از آزمایش در منبع مذکور را دارند. با شبیه سازی رفتار دینامیکی دستگاه تست شوک با سیستم جرم و فنر می توان تاثیر متغیرها نظیر جرم میز تقویت کننده شوک را در شتاب خروجی بدون انجام آزمایش های متعدد، که هزینه بر هستند، به دست آورد. به همین منظور ابتدا معادلات مربوط به دستگاه با مدل جرم و فنر استخراج شده و این معادلات که نشان دهنده رفتار سیستم از جمله شتاب دستگاه می باشند در نرم افزار ویژوال نسترن دسکتاپ مدلسازی شده و کد متلب مربوط به سیستم نوشته شده است. سپس به منظور صحه گذاری بر این روابط نتایج با نتایج حاصل از دستگاه شوک در منبع مذکور مقایسه شده و تطابق نتایج صحت شبیه سازی را نشان می دهد. سپس برای تعیین رفتار دستگاه طراحی شده از دو نرم افزار المان محدود ال. اس. داینا و آباکوس استفاده شده است. بدین منظور نتایج خروجی از این دو نرم افزار، مخصوصا شتاب، با یکدیگر مقایسه شدند که تطابق بسیار خوبی داشتند.

در این مقاله مطالعه ای بر طراحی دوچرخه های مختلف با در نظر گرفتن آثار حضور راننده صورت گرفته است. بدن دوچرخه سوار علاوه بر ایجاد حرکت از طریق پدال زدن، تاثیر بسزایی بر دینامیک دوچرخه نیز دارد؛ یکی از عوامل اصلی برهم خوردن تعادل نیز، بدن شخص دوچرخه سوار است. آثار مشابهی نیز از دوچرخه به بدن انسان منتقل می شود که بر راحتی و حتی سلامتی فرد تاثیر می گذارد. این آثار در مطالعات و پژوهش های فروانی مورد بررسی قرار گرفته است، اما فاکتورهای مهمی وجود دارد که در حال حاضر به طور جدی مطالعه ای روی آنها انجام نشده است. در این مقاله مهم ترین آثار دوچرخه و دوچرخه سوار بر تعادل، پایداری و دیگر مشخصه های حرکتی بررسی شده است. برای این منظور لازم است مدل های دینامیکی دوچرخه و بدن دوچرخه سوار تهیه شده و سپس با بررسی نیروهای بین بدن، دوچرخه و زمین، مطالعه ای جامع بر دینامیک بدن انسان حین راندن دوچرخه صورت پذیرد. تعادل و پایداری حرکت دوچرخه تا زمانی که دوچرخه تغییر زاویه فرمان ندهد و همزمان مرکز ثقل دقیقا بالای چرخ ها قرار گیرد برقرار است، اما آثار مختلفی چون اثر ژیروسکوپی، تریل و موقعیت مرکز جرم، شتاب گیری و ترمز گیری بر تعادل و پایداری حرکت دوچرخه و درپی آن بر دوچرخه سوار تاثیر می گذارند که در این مقاله به بررسی این آثار پراخته شده است.