نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال چهل و یکم شماره 4 (پیاپی 106، مهر 1386)

در این مقاله به شبیه سازی فرایند اکستروژن مستقیم سه بعدی با روش اجزاء محدود (FEM) توسط نرم افزار ABAQUS پرداخته شده است و نتایج بدست آمده از این مقاله با نتایج تجربی و تئوری حد بالا مقایسه شده است. ماده استفاده شده برای شبیه سازی سرب می باشد که اثر کارسختی نیز در تحلیل در نظر گرفته شده است. این فرایند در محیط ضمنی نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است. برای همه مدل ها المان قطعه C3D8R و المان قالب R3D4 در نظر گرفته شده است. در این مقاله اکستروژن دایره و مربع خارج از مرکز مورد بررسی قرار گرفته است. در مدل های تعریف شده اثر طول قالب، ضریب اصطکاک، پروفیل قالب و درصد خارج از مرکزی بر نیروی اکستروژن و انحنای پروفیل خروجی از قالب بررسی شده اند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ارائه شده برای قالب های خطی با نتایج تئوری حد بالا و نتایج تجربی دیگر محققان مقایسه گردیده و توافق خوبی مشاهده شد. علاوه بر این با استفاده از پروفیل های پیشرفته برای قالبهای اکستروژن نتایج بدست آمده نسبت به قالب های خطی ده درصد کاهش در فشار اکستروژن را نشان می دهد.

اثر ارتفاع پرواز بر فرایند جدایش غیر دائم موشکهای چند مرحله ای با حل عددی معادلات تقارن محوری ناویر- استوکس متلاطم، غیردائم و تراکم پذیر با تقریب لایه نازک در این مقاله مورد مطالعه قرار می گیرد. برای حل عددی معادلات از یک روش زمان دقیق TVD نوع گودنف با دقت مکانی و زمانی مرتبه دوم با منظور کردن حرکت شبکه استفاده شده است. جدایش سر موشک از بدنه آن در ارتفاعات 10، 20، 30 و 40 کیلومتری از سطح دریا و در عدد ماخ جریان آزاد 10 توسط تزریق سیال از نازل موتورهای ترمزی در خلاف جهت حرکت موشک صورت می پذیرد. بدلیل بالا بودن ممنتوم دو جریان امواج ضربه ای حاصل از اندرکنش جت تزریق و جریان پایه تاثیر زیادی در آرایش جریان داشته و نیروهای آیرودینامیکی وارد بر بدنه و سر موشک را به شدت تغییر می دهد. نتایج نشان می دهند که نیروی مقاوم وارد بر سر جنگی و بدنه موشک در طی فرآیند جدایش نامنظم و شدیدا نوسانی است و با افزایش ارتفاع پرواز، دامنه نوسانات بیشتر می شود. در لحظات اولیه همچنین تغییرات زمانی جابجایی سرجنگی نسبت به بدنه در ارتفاعات مختلف رفتاری غیر قابل پیش بینی دارد.

انتقال حرارت جابجایی آزاد از ردیف ها? عمودی و مایل استوانه ها? هم دمای افقی در هوا به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. بررسی تجربی توسط تداخل سنج ماک – زندر انجام گرفته و از کد عددی فلوئنت برای مطالعه عددی استفاده شده است. بررسی ها برای فاصله عمودی و افقی به ترتیب از 2 تا 5 و از 0 تا 2 برابر قطر استوانه ها انجام پذیرفته است. عدد رایلی بر اساس قطر استوانه از 103 تا 103 × 3 تغییر کرده است. اثر فاصله عمودی و افقی استوانه ها و عدد رایلی بر انتقال حرارت موضعی از هر استوانه مطالعه شده است. از نتایج بررسی ها دیده م? شود که ضریب موضعی انتقال حرارت جابجایی برای هر استوانه شدیدا به موقعیت آن استوانه نسبت به دیگر استوانه ها بستگی دارد. این تغییرات ضریب انتقال حرارت موضعی توسط تاثیر مشخصه ها? سرعت و دمای توده هوای گرم توضیح داده م? شوند.

در این مقاله عمل کرد روش تجزیه متعامد بهینه(POD)، در استخراج ساختارهای متجانس یک میدان آشوبناک مکانی-زمانی دارای ساختارهای متجانس غالب مورد بررسی قرار گرفته است. میدان حاصل از حل عددی مستقیم (DNS) معادله (KS) در آنسامبلی از چهل نمایه1، به عنوان میدان مدل انتخاب شده است. بر خلاف روش های مرسوم، از فرضergodicity استفاده نشده و اعضای آنسامبل مستقیما از مغشوش کردن شرایط اولیه با درصدهای متفاوت حاصل شده اند. مودهای ویژه و توابع ویژه میدان حاصل با استفاده از روش POD/SVD استخراج شده و مودهای حاصل از POD، متوسط گیری آنسامبلی شده و با متوسط های آنسامبلی مودهای فوریه و میدان لحظه ای متوسط گیری نشده مقایسه شده اند. نتایج مؤکدا نشان دهنده وجود جملات غیرمتجانس در مودهای POD است که مبین عدم توانایی POD در تفکیک قسمت های تصادفی از قسمت های تعینی میدان است. از طرف دیگر، مودهای POD حاصله از متوسط گیری آنسامبلی، هم در دنبال کردن رفتار متوسط میدان و هم در استخراج شیب های متوسط، نسبت به مودهای فوریه متوسط گیری شده بسیار بهتر عمل می کنند. به این ترتیب می توان برای استخراج ساختارهای متجانس، حداقل در برخی میدان های دارای ساختارهای متجانس غالب، استفاده از متوسط گیری آنسامبلی بر روی مودهایPOD را پیشنهاد کرد.

در این مقاله، مدلی تحلیلی برای پیش بینی عمر خستگی لوله حفاری پیشنهاد می شود. در این مدل از روش صفحه بحرانی که از دو پارامتر آسیب، یکی بر پایه دامنه کرنش برشی و دیگری بر پایه دامنه کرنش عمودی، استفاده می شود. در هر دو مورد اثر تنش عمودی بر صفحه بحرانی مورد نظر نیز، لحاظ شده است. همچنین در تحلیل ضرائب تمرکز تنش و کاهش استحکام خستگی به حساب آورده شده است. در این مقاله همچنین مدلی تحلیلی برای محاسبه کرنش ها و تنش هایی که لوله حفاری در طی عملیات حفاری تحمل می کند، ارائه شده و سپس مدل تحلیل خستگی پیشنهادی برای پیش بینی عمر لوله های حفاری، بکار برده می شود. دو برنامه کامپیوتری نیز که اولی جهت محاسبه بار و تنش در طول رشته حفاری و دومی برای محاسبه پیش بینی آسیب خستگی در چندین صفحه در طول رشته لوله حفاری و برای عمق حفاری معین بوده، تدوین و مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج تحلیل نشان می دهد که تطابق خوبی بین نتایج پیش بینی های انجام شده توسط مدل ارائه شده و داده های تجربی وجود دارد. همچنین دیده می شود که گشتاور پیچشی و ضریب تمرکز تنش (هم هندسی و هم ضرائبی که مرتبط با عیوب سطحی می شوند) اهمیت زیادی داشته و باید در تحلیل خستگی لوله های حفاری در نظر گرفته شوند. مدل خستگی پیشنهادی با روش API نیز مقایسه شده و مشاهده می شود که چون مدل API گشتاور پیچشی را به حساب نمی آورد، نتایج مدل خستگی پیشنهادی نسبت به نتایج روش API، واقعی تر است.

یکی از روش های موجود جهت افزایش عدد رینولدز و همچنین ابعاد مدل مورد آزمایش در تونل باد، به دلیل محدودیت سرعت و حجم مقطع کاری آن، استفاده از نیم مدل می باشد. بدین صورت که بجای قرار دادن مدل کامل در وسط مقطع کاری از یک مدل نیمه استفاده می شود که بالاجبار باید وصل دیوار تونل گردد. این عمل باعث افزایش ابعاد مدل جهت دقت بهتر در ساخت و ایجاد فضای مناسب جهت نصب وسایل آزمایش از قبیل سنسورهای فشار، لوله های مربوط، و غیره می شود. منتها از معضلات این روش وجود لایه مرزی دیوار تونل و تداخل آن با جریان روی بال است که باید به نحوی این لایه مرزی را از میان برد. در این راستا یک بال سه بعدی به شکل مدل نیمه از یک بال ساخته شده است، که به دیوار تونل وصل می گردد. جهت بررسی اثرات لایه مرزی دیوار تونل با و بدون مکش، توزیع فشار استاتیکی روی بال و شکل دنباله در سرعت ها و زوایای حمله متفاوت اندازه گیری شده است. نتایج به دست آمده تاثیر شدید دیوار تونل در جدایش جریان و رشد دنباله ها و ضریب پسا در نزدیکی آن را نشان می دهد. همچنین مکش مناسب باعث کاهش اثرات دیوار تونل و نزدیک شدن به توزیع فشار بال دو بعدی در نزدیکی دیوار تونل و وسط بال گردید.

در مقاله کنونی، روش Transfinite Elements برای حل مساله ترموالاستیسیته دوبعدی بکار گرفته می شود. نتایج تحلیل مساله نیم فضای دو بعدی برای تئوری کلاسیک کوپل و تئوری ترموالاستیسیته با یک و دو Relaxation Time یا تئوری های Lord-Shulman (L-S) و Green-Lindsay (G-L) مقایسه می شوند. معادلات حوزه زمان با تبدیل لاپلاس به حوزه فرکانسی منتقل شده و با اعمال روش اجزاء محدود روی آنها مقادیر گرهی در حوزه تبدیل یافته لاپلاس حاصل می گردند. به کمک تبدیل معکوس، نتایج به حوزه زمان منتقل می شوند. در انتها ضمن مقایسه نتایج سه تئوری کلاسیک و هایپربولیک، این نتایج مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. از نتایج بدست آمده مشاهده می شود که تئوری کلاسیک، تنشهای کششی بزرگتری را برای نقاط قبل از پیشانی موج و تئوری های L-S و G-L تنشهای فشاری بزرگتری را برای نقاط بعد از آن پیش بینی می کند. همچنین، در مکان پیشانی موج ترموالاستیک، دمای بزرگتری در نتایج تئوری های مدرن نسبت به تئوری کلاسیک مشاهده می گردد.

در این تحقیق یک مدل جدید خستگی برای پیش بینی عمر خستگی تک لایه های کامپوزیتی تحت بارگذاری خستگی با دامنه ثابت و برای حالت های بارگذاری کششی-کششی و فشاری- فشاری ارائه شده است. مدل ارائه شده یک مدل نرمالیزه بر پایه روش انرژی بوده و از عدد تخریب استاتیکی معیار ساندو (Sandhu) بعنوان یک سنجه جدید خستگی استفاده نموده است. این مدل قادر به پیش بینی عمر خستگی کامپوزیت های تک جهته با جهت های دلخواه، برای کلیه وضعیت های تنش و نسبت تنش های مثبت می باشد. با استفاده از این مدل کلیه نتایج بدست آمده از نسبت های مختلف تنش و جهت های مختلف الیاف به یک منحنی اصلی خلاصه می شوند. نتایج پیش بینی شده توسط مدل و نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات از همخوانی بسیار خوبی برخوردار هستند.

در این تحقیق، پاسخ صفحات کامپوزیتی چندلایه هیبریدی تقویت شده توسط سیمهای هوشمند (حافظه دار1یا SMA) به ضربه سرعت پایین2 مطالعه شده است. سیمهای هوشمند در درون لایه های یک کامپوزیت چندلایه پلیمری از جنس شیشه- اپوکسی قرار داده شده اند. اثر حضور سیمهای هوشمند بر روی نیروی تماس3 و همچنین خیز سازه های مزبور مطالعه شده است. از تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول صفحات4 و روش سری فوریه5 برای حل تحلیلی معادلات حاصل استفاده شده است. رفتار متقابل جسم ضربه زننده و صفحه ضربه خورنده توسط یک سیستم جرم- فنر6 با دو درجه آزادی مدل شده است. نتایج به دست آمده از تحلیل حاضر با نتایج مقالات موجود مقایسه و صحت و دقت مدل حاضر تایید شده است. نتایج حاصل از تحلیل حاضر بیانگر آن است که با انتخاب زاویه و محل قرارگیری مناسب سیمهای هوشمند در امتداد ضخامت سازه، خیز و در نتیجه مقاومت سازه در برابر ضربه و همچنین حد تحمل به خسارت افزایش می یابد.

در این مقاله انتقال حرارت مزدوج (هدایت - جابجایی) در ناحیه طول ورودی حرارتی کانال های موجی شکل بررسی شده است. در این مطالعه برای دیدن اثرات دیواره، در نفوذ حرارت به بالادست کانال، فرض شده است که دیواره خارجی در چهار طول موج اول کانال عایق و در هشت طول موج بعدی تحت شار حرارتی ثابت قرار داشته باشد. برای مطالعه چنین مساله ای، معادلات حاکم شامل پیوستگی، ممنتوم (ناویر - استوکس) و انرژی (در هر دو فاز سیال و بدنه جامد) با استفاده از روش عددی حجم محدود سیمپل حل شده اند. نتایج شامل نسبت شار گذرنده از سطح مشترک سیال و بدنه به شار داده شده به دیواره خارجی، دمای سطح مشترک سیال و بدنه، دمای متوسط مخلوط سیال و توزیع ناسلت محلی ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که تاثیر بدنه جامد باعث کاهش در مقدار ناسلت در ناحیه طول ورودی کانال می شود.

در این مقاله یک مدل ریاضی برای فرایند نورد متقارن ورق های پوشش دار یا چندلایه (سه لایه) که لایه ها قبل از نورد به هم نچسبیده اند با استفاده از تابع جریان و تئوری حد بالا ارائه گردیده است. استفاده از این مدل بررسی تغییرات پلاستیک ماده در فضای بین دو غلطک و تاثیر پارامترهای نورد مانند ضخامت اولیه و نهایی، ضریب اصطکاک، شعاع غلطک ها و سرعت آنها بر روی نیرو، گشتاور و توان نورد، نقطه اتصال و کاهش ضخامت لایه ای را ممکن می سازد. با استفاده از تئوری Hill در آنالیز فرایند های تغییر شکل بر پایه قانون نرخ انرژی و انجام تغییراتی متناسب با نوع مسئله، تغییرات سرعت افقی در ضخامت به صورت خطی در هر لایه در نظر گرفته می شود. میدان سرعت بدست آمده از تابع جریان پیشنهادی می تواند به طور خودکار هم شرایط تراکم ناپذیری و هم شرایط مرزی سرعت را در فضای تغییرات پلاستیک بین دو غلطک ارضاء نماید. توان بدست آمده بر حسب پارامترهای شبه وابسته،کمینه شده و میدان سرعت بهینه را نتیجه می دهد. نتایج بدست آمده با مقادیر بدست آمده توسط سایر محققین مقایسه گردیده است و توافق خوبی بین این دو مشاهده می گردد. استفاده از این نتایج کمک شایانی در طراحی مناسب تجهیزات نورد می نماید.

امروزه از سیستم های کنترلی، بویژه سیستم های ترمز ضد قفل و کنترل رانش به دلیل ایمنی زیادی که این سیستم ها در جلوگیری از بروز خطر و تصادف فراهم می کنند در بسیاری از وسایل نقلیه استفاده می گردد. اگر چه این سیستم ها مزایای بسیار زیادی در کنترل دینامیک خودرو دارند، اما آنها فقط دینامیک طولی خودرو را مستقیما کنترل می کنند و دینامیک کناری بطور مستقیم تحت کنترل آنها نیست، چرا که هیچ پس خوراندی از کمیت های دینامیک جانبی دریافت نمی کنند، لذا نمی توانند وقوع حالت بحرانی را تشخیص دهند. در مقاله حاضر با افزودن حس گرهای سرعت زاویه ای حرکت چرخشی و شتاب سنج کناری به حس گرهای سیستم ABS، یک سیستم کنترلی توسعه یافته طراحی کردیم که علاوه بر کنترل حرکت طولی خودرو در حالت ترمزگیری، حرکت کناری نیز تحت کنترل قرار می گیرد. جهت بدست آوردن قوانین کنترلی و تخمین پارامترهای نامعین، از مدل هفت درجه آزادی خودرو استفاده شد. کنترلر طراحی شده دو لایه می باشد که لایه بالایی بر اساس کنترل کلاسیک PID و لایه پایینی بر اساس روش کنترل لغزشی(SMC) طراحی گردید. جهت تخمین پارامترها از روش تخمین حداقل مربعات با فراموشی نمایی متغیر استفاده شد. برای بررسی عملکرد سیستم کنترلی، از مدل چهارده درجه آزادی خودرو و مدل غیر خطی تایر استفاده گردید.

در این تحقیق، برای سیستم های چند جزیی، مدل برنامه ریزی بهینه نگهداری و تعمیرات (نت) پیشگیرانه بر اساس قابلیت اطمینان، ارائه و حل شده است. در مدل پیشنهادی نوع فعالیتهای نت ادواری در هر بازه بازرسی بگونه ای تعیین می شود که، ضمن تامین سطح قابلیت اطمینان مورد نیاز، مجموع وزن دهی شده هزینه های مرتبط کمینه شود. در طراحی برنامه نت، دوره برنامه ریزی به تعدادی بازه بازرسی تقسیم شده و در ابتدای هر بازه، با در نظر گرفتن محدودیتهای سیستمی، یکی از سه نوع فعالیت نت شامل: 1) بازرسی و سرویس جزیی، 2) تعمیرات پیشگیرانه و 3) جایگزینی پیشگیرانه برای هر جز پیشنهاد می شود. هر یک از این فعالیتها منابع مختلفی مصرف نموده و با توجه به موقعیت جز مورد تعمیر، تاثیر متفاوتی بر قابلیت اطمینان سیستم می گذارد. هزینه های در نظر گرفته شده شامل هزینه های تعمیر، جایگزینی، خواب سیستم و خرابی های اتفاقی می باشند. در برنامه بهینه نت، با تعیین نوع فعالیت ها در هر بازه زمانی، سطح مشخصی از قابلیت اطمینان سیستم، با حداقل مجموع هزینه های فوق حفظ می شود. از آنجا که مدل پیشنهادی دارای ساختاری پیچیده است، به منظور حل سریع آن از الگوریتم های تبرید تدریجی (Simulated Annealing) و جستجوگر ممنوعه (Tabu Search) استفاده شده است. کارایی این روش ها، در قالب حل مسئله برنامه نگهداری و تعمیرات برای سیستمی شامل 14 ایستگاه (جزء) نشان داده شده است.

یکی از مشکلات مهم در استفاده دراز مدت از ماشینهای ابزار، بخصوص حفظ دقت کاری آنها به اثر نیروهای وارد بر اسپیندل بستگی داشته و تاثیر نابجای این نیروها، می تواند دقت محور اصلی را تحت الشعاع قرار دهد.لذا مطالعه تنشها وکرنشهای حاصل در نحوه عملکرد اسپیندل و حفظ دقت آن نقش بسزایی دارد. در این مقاله نیروهای وارد بر اسپیندل یک ماشین تراش محاسبه شده و پس از آن اسپیندل به صورت تئوری مورد تحلیل قرار گرفته است. سپس اسپیندل را در نرم افزار تحلیلی Msc Visual Nastran شبیه سازی نموده و پس از اعمال شرایط مرزی حاکم بر دستگاه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. آنگاه مقادیر تنش و کرنش در اسپیندل بررسی شده اند. نتایج حاصل نشان میدهند که مقطع بحرانی اسپیندل یاتاقان جلویی میباشد و با افزایش مقادیر پیشروی و عمق باردهی مقدار تنش و کرنش ایجاد شده در اسپیندل افزایش می یابند. هر چه مقدار پیشروی و عمق باردهی کمتر می شود تنشهای ایجاد شده در دور 22.5rpm بیشتر از دورهای دیگر می گردد.