نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال چهل و دوم شماره 1 (پیاپی 111، فروردین 1387)

تا کنون مسائل زیادی با استفاده از تئوری میدان خطوط لغزش حل شده اند لیکن تمام این مسائل در حالت دوبعدی(کرنش صفحه ای و تنش صفحه ای) و متقارن محوری بوده اند. در این مقاله سعی شده است تا با بکارگیری روش میدان خطوط لغزش حلی جدید برای مسائل اکستروژن در حالت سه بعدی ارائه شود. برای این منظور ابتدا سطوح جریان که سطوحی تشکیل یافته از منحنی های مسیر عبور نقاط مادی موجود در مقطع ورودی تا رسیدن به مقطع خروجی هستند تعریف شده اند و سپس با استفاده از مفاهیم سطوح جریان و میدان خطوط لغزش روشی برای محاسبه فشار نسبی اکستروژن ارائه گشته است. با توجه به تاب خوردگی سطوح جریان در مسائل اکستروژن سه بعدی و عدم امکان ترسیم میدان خطوط لغزش برای این سطوح پیشنهادی جهت جایگزینی این سطوح با سطوحی تخت ارائه گشته است. برای مقایسه کمی سطوح تخت جایگزین شده با سطوح جریان اصلی که تاب خورده هستند پارامترهای خطای زاویه ای و طولی معرفی شده اند. سطوح جریان دو خطی و پارامترهای خطای مربوط به آنها برای اکستروژن مقطع دایره به برخی از مقاطع خاص مانند مربع، بیضی و... محاسبه شده اند. در پایان فشار متوسط اکستروزن برای اکستروژن برخی از مقاطع خاص به روش ارائه شده در این مقاله محاسبه شده و با نتایج حاصل از سایر روش ها و نتایج تجربی مقایسه شده است.

در این مقاله روشی تحلیلی برای بررسی تغییر شکل و محاسبه گشتاور و فشار در نورد مقاطع ارائه شده است. روش مطرح شده بر اساس مکانیزم حد بالا بنا شده است که با بهینهسازی حد بالای توان مورد نیاز برای نورد، پارامترهای مجهول فرایند را پیشبینی میکند. برای محاسبه میدانهای سرعت قابل قبول، ابتدا با استفاده از خمهای پارامتری سازی شده، روابطی برای خطوط لغزش پیشنهاد شده است و با مشتقگیری از این روابط میدانهای سرعت محاسبه شده است. روش کلی پیشنهاد شده سپس به مقاطع مشخصی از جمله دایره، مربع، بیضی و مستطیل اعمال شده است و برای هر مقطع، تغییر شکل، گشتاور نورد و نسبت فشار متوسط نورد به تنش سیلان محاسبه شده است. مقایسه این نتایج با مقدارهای بهدست آمده از روش های تحلیلی دیگر، نتایج تجربی و روش اجزای محدود نشان داده است که روش ارائه شده در پیشبینی پارامترهای فرایند از دقت مناسبی برخوردار است.

افت فشار جریان جوششی مبرد a134R- درون لوله افقی مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. دستگاه مورد استفاده در این بررسی، یک سیستم تبرید تراکمی بخار مجهز به کلیه وسایل اندازهگیری موردنیاز مانند ترمو کوپل، دبی سنج، فشار سنج و دستگاه اندازه گیری افت فشار میباشد. این سیستم شامل سه اواپراتور گرم شونده با هیتر الکتریکی میباشد که به ترتیب اواپراتور اولیه، تست اواپراتور و اواپراتور ثانویه نامیده میشوند. داده های آزمایشگاهی افت فشار جریان دو فاز جوششی مبرد a134R- درون لوله افقی به قطر داخلی mm 5/7 و در محدوده سرعت جرمی kg/m2s 136-54 و کیفیت بخار 1-2/0 بدست آمده است. این داده ها با هفت رابطه محاسبه افت فشار جریان دو فاز جوششی مقایسه شده و در نهایت بهترین رابطه انتخاب گردیده و بر اساس آن رابطه جدیدی ارائه شده است.

در این تحقیق، مطالعه تجربی و عددی بر روی انتقال حرارت جابجایی آزاد داخل یک کانال عمودی که از یک صفحه سینوسی و یک سطح صاف تشکیل شده، انجام پذیرفته است. دیواره سینوسی شکل در دمای ثابت بوده و دیواره دیگر بصورت صفحه تخت آدیاباتیک درنظر گرفته شده است. در مطالعه تجربی بر روی صفحه سینوسی شکل در فضای آزاد، ضرایب انتقال حرارت محلی بر روی صفحه بر اساس روش تداخل سنج نوری ماک-زندر بدست آمده است. مطالعه عددی در نرم افزار Gambit مدلسازی و با استفاده از نرم افزار Fluent تحلیل شده است. نتایج عددی به خوبی با نتایج تجربی مطابقت دارد. در این بررسی پارامترهای تغییر کننده عبارتند از عدد رایلی صفحه، Ral و فاصله دو دیواره کانال. بررسی ها برای صفحه با نسبت دامنه به طول موج 05/0 =α در هشت عدد رایلی مختلف و 18 فاصله مختلف دیواره انجام شده است. نتایج نشان می دهد که فرکانس تغییر ضرایب انتقال حرارت محلی برای صفحه در فضای آزاد برابر فرکانس خود صفحه می باشد. به علاوه با افزایش عدد رایلی ضریب انتقال حرارت متوسط افزایش می یابد. برای هر عدد رایلی یک فاصله دیواره بهینه وجود دارد که نرخ انتقال حرارت از روی صفحه سینوسی شکل بیشینه خواهد شد. این فاصله بهینه تابعی از عدد رایلی صفحه می باشد. با افزایش عدد رایلی مقدار فاصله بهینه کاهش می یابد.

هر چند کشف نانولوله ها (تیوبها)ی کربنی (Carbon Nanotubes, CNT) تصادفی بوده، اما انقلابی در دور نمای تکنولوژیکی قرن پیش رو به وجود آورده است. انتظار می رود همان طوریکه تکنولوژی های بر مبنای سیلیکون جامعه کنونی را تحت پوشش قرار داده است٬ جامعه آینده نیز تحت تاثیر نانو تیوبهای کربنی قرار گرفته و CNT ها به یک جزءکلیدی نانو تکنولوژیکی تبدیل شوند. تقریبا هر هفته پتانسیل کاربردی جدیدی از CNT ها کشف می شود و دانشمندان را به سمت این نانو لوله ها متوجه کرده و کنجکاوی آنها را بر میانگیزد. کاربردهای تجاری رایج این مواد شامل اجزای سیستم سوخت، وسایل نقلیه موتوری و لوازم ورزشی ویژه میباشد. انتظار میرود در مدت کوتاهی تقاضای جهانی برای نانولوله ها به طور چشمگیری افزایش یافته و تا سال 2009 به بیش از 200 میلیون دلار برسد. البته برخی از مشکلات نظیر هزینه های بالا، خلوص نامناسب و بازده تولید کم هنوز وجود دارند که باید مورد توجه قرار گیرند. اگر این مشکلات حل شوند انتظار میرود که افزایش تقاضای جهانی نانولوله ها شتاب بیشتری گرفته و تا سال 2020 به بیش از 9 میلیارد دلار برسد. روش های مختلفی برای تولید نانو تیوب های کربنی وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت هایی دارند. انتخاب روش تولید بهینه، امر ساده ای نیست چرا که معیارهای کمی و کیفی زیادی برای این انتخاب وجود دارند که مقایسه آنها با یکدیگر را کاری دشوار می کند. در این مقاله ابتدا روش های مختلف ساخت CNTها و مزایا و محدودیت های هر کدام بررسی شده و در نهایت با استفاده از روش های تصمیم گیری چند معیاره و توسط دو مدل پیشنهادی بهترین روش تولید نانو تیوب های کربنی انتخاب می گردد.

در جابجایی اجسام توسط بازوهای رباتیک، اگر مشخصات جرمی جسم معلوم نباشد باید با استفاده از روش های شناسایی پارامتر، به مشخصات مزبور دست یافت. پس از تعیین مشخصات جرمی، کنترل حرکت ربات جهت جابجایی جسم مورد جابجایی، موضوع دیگری برای پژوهش است. در این مقاله، تعیین پارامترهای اینرسی جسم شامل جرم، ممانهای اینرسی جسم حول محورهای اصلی، و مختصات مرکز جرم جسم مورد نظر میباشد و فرض می شود خصوصیات هندسی جسم کاملا بر اساس اندازهگیری های اپتیکی معلوم هستند. پس از تعیین پارامترهای اینرسی جسم، دو ربات همکار پوما 560 آن را در طول یک مسیر حرکت مشخص جابجا مینمایند که در این مسیر برخوردی نیز با یک مانع رخ میدهد. کنترلر امپدانس چندگانه، به کنترل رفتار حرکتی جسم در تعامل نیرویی با مانع پرداخته، و با وجود خطای تخمین در پارامترهای ممانهای اینرسی، بخوبی از عهده کنترل حرکت جسم بر روی مسیر معین مطلوب برمیآید.

افزایش بیش از حد دما در تجهیزات الکترونیکی میتواند به عدم کارکرد صحیح آنها بیانجامد. از طرفی توسعه روزافزون صنعت الکترونیک به سمت میکروالکترونیک، نیاز این صنعت به تجهیزات انتقال گرما با وزن و حجم کوچک و عملکرد بالا را بیشتر آشکار ساخته است. لوله های حرارتی ضربانی یک وسیله انتقال گرمای جدید میباشند که میتوان آنرا در دسته لوله های حرارتی خاص قرار داد. کوچک بودن قطر تیوب و اندازه کلی آن سبب شده است که بسیار مناسب برای تجهیزات میکروالکترونیکی نظیر CPU های کامپیوتر باشد. در این تحقیق یک مدل تحلیلی برای لوله های حرارتی ضربانی ارائه شدهاست. فرض شده است رژیم جریان به صورت جریان لختهای یکبعدی باشد و سپس معادلات حاکم برای قطعات مایع بهروش غیرصریح با شبکه غیریکنواخت و برای حبابهای بخار به صورت صریح پیشرو حل شده اند. همچنین فرض شدهاست که ضریب انتقال حرارت تبخیری حبابهای بخار ثابت باشد. تاثیر طول و دمای اواپراتور و تعداد خمهای لوله های حرارتی ضربانی بر میزان عملکرد دستگاه مورد تحقیق قرار گرفتهاست. مشاهده گردید عملکرد لوله حرارتی ضربانی بهشدت به دما و طول اواپراتور و همچنین تعداد خمهای آن بستگی دارد.

استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل1 از جمله روش های رایج در بررسی وضعیت تعادل سازه ها به شمار می آید. در این روش که جایگزینی برای حل مستقیم معادلات تعادل سازه بصورت تحلیلی و یا با استفاده از روش های عددی نظیر روش اجزای محدود به شمار می آید، انرژی پتانسیل کل سازه با استفاده از روش های بهینه سازی کمینه شده و نیروها و تغییر شکل ها در اعضای سازه در حال تعادل تعین می گردند. در خصوص سازه های کابلی که اعضای آنها قادر به تحمل نیروی فشاری نیستند تابع انرژی پتانسیل دارای مشتق ناپیوسته است و بنابراین نمی توان برای تعیین وضعیت تعادل این سازه ها با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل، از روش های کلاسیک بهینه سازی که نیاز به استفاده از مشتقات تابع انرژی دارند استفاده نمود. در این مقاله روش جدیدی برای حل مساله غیر خطی تعیین وضعیت تعادل سازه های کابلی در محدوده الاستیک ارائه می گردد. در روش پیشنهادی، ابتدا رابطه تابع انرزی پتانسیل کل شبکه کابلی با فرض تغییر شکل های بزرگ کابل ها که منجر به غیر خطی شدن مساله می شود استخراج گردیده و سپس این انرژی با استفاده از یک روش بهینه سازی مستقیم (غیر مبتنی بر مشتقات) کمینه می گردد و در نتیجه وضعیت هر کابل در وضعیت تعادل شبکه مشخص می گردد. روش پیشنهادی قادر است نیروهای وارد به هر کابل و نیز موقعیت کابل های شل2 را با سرعت و دقت بالایی در مقایسه با روش های کلاسیک تعیین نماید. برای نشان دادن کارآیی و نحوه عملکرد روش پیشنهادی، چند مساله نمونه مورد بررسی قرار می گیرد.

در این مقاله با ارائه یک روش تحلیلی بسیار ساده و در عین حال جامع، فرآیند شکلدهی انفجاری و بدون قالب یک ورق مدور دولایه مورد بررسی قرار میگیرد. استفاده از اصل پایستاری انرژی، مبنای روش تحلیلی بکاررفته است. با استخراج ممان پلاستیک و نیروی پلاستیک سطح مقطع ورق دولایه نشان داده می شود که برای مساله فوق بهسادگی میتوان از معادلات حاکم بر رفتار یک ورق ساده در برابر بارگذاری انفجاری استفاده نمود. پیشبینی مقدار جابجایی مرکز ورق و پروفیل تغییر شکل آن، تعیین مدت زمان انجام فرآیند شکلدهی، امکان بررسی اثرات نیروها و ممانهای داخلی بر رفتار ورق، در نظر گرفتن اثرات نرخ کرنش بالا و نیز اثر اینرسی دورانی ورق، از قابلیتهای مهم تحلیل ارائه شده است.

تحقیق حاضر، روش بدون شبکه را برای تخمین پارامترهای شکست یک ترک ایستا در صفحات FGM با هندسه دلخواه بکار خواهدبرد. از روش بدون شبکه گلرکین که ویژگی های اساسی بسیار مشترکی با بسیاری از روش های بدون شبکه دارد استفاده شده است. در اینجا خواص مواد به صورت توابع همواری از مختصات فضایی در نظر گرفته شده و با استفاده از دو روش جدید گسترش یافته انتگرال تقابل آنالیز شکست مد I مورد تحلیل قرار گرفته است. پس از معرفی روش بدون شبکه گلرکین چند مساله دو بعدی شکست مد I در صفحات FGM تحت بارگذاری های مختلف برای محاسبه ضرایب شدت تنش با استفاده از روش انتگرال تقابل حل شده است. مقایسه بین نتایج حاصل و نتایج ارائه شده در تحقیقات مشابه با حل تحلیلی یا روش اجزاء محدود با استفاده از انتگرالها و تحلیلهای مختلف، دقت خوب و همگرایی قابل قبولی را نشان میدهد.

در این مقاله روشی برای مسئله شناسایی و کنترل ارتعاشات سازه های هوشمند ارائه شده است. سازه های هوشمند به کمک سنسورها و محرکهای تعبیه شده در آنها میتوانند به صورت فعال شکل فیزیکی خود را تغییر دهند. به عنوان یک مثال خاص، در این مطالعه مدلی از بال عمودی یک هواپیمای جنگی در مقیاس کوچک به عنوان یک بال هوشمند در نظر گرفته شده است. همچنین از تعدادی پیزوسرامیک که بر روی بال چسبانده شده اند، به عنوان محرک استفاده شده است. پاسخ فرکانسی بال هوشمند از طریق آزمایش به دست آمده و تابع تبدیل حاکم بر بال هوشمند، به روش شناسایی سیستم تجربی و به کمک جعبهابزار «شناسایی سیستم» نرم افزار Matlab استخراج شده است. در ادامه به منظور کاهش ارتعاشات سازه هوشمند، با استفاده از مدل به دست آمده و به کمک الگوریتم ژنتیک، یک کنترلر PID بهینه و یا یکی از مشتقات آن (P، PI، PD) طراحی میشود. بدین منظور توابع هدف مختلفی تعریف گردید و از میان نتایج حاصله از آنها بهترین گزینه انتخاب گردید. نتایج به دست آمده بیانگر آنست که کنترلر طراحی شده توانسته است به طور چشمگیری ارتعاشات بال هوشمند را کاهش دهد.