نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال سی و پنجم شماره 4 (پیاپی 74، اسفند 1380)

در مقاله حاضر،با استفاده از نرم افزار PSPICE،یک موتور سوئیچ رلاکتانسی (SR) با دو دندانه بر قطب استاتور(10/12) مدل سازی غیرخطی شده است. داده های آزمایشگاهی شار و گشتاور در موقعیت های مختلف روتور از حالت همراستایی تا حالت غیرهمراستایی تحت جریان های مختلف تحریک استاتور در دسترس می باشند. با توجه به شکل موج منحنی شار برحسب موقعیت روتور و جریان استاتور،یک رابطه تحلیلی بصورت ترکیب چندجمله ای ها و توابع کسینوس برای شار موتور ارائه شده است. در این مطالعه قسمت الکتریکی موتور با بدست آوردن نیروی استاتور مدل شده اند. در نهایت کارآیی مدل با یک اینورتر کلاسیک ساده مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی و نتایج شبیه سازی های دیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند.

هدف از این مقاله،طراحی و شبیه سازی نرم افزاری سیستم هدایتی است که با استفاده از داده های سنسورهای مختلف نصب شده روی کشتی،به شناسایی محیط دریا پرداخته و ضمن تعیین موقعیت موانع و خود کشتی،با اعمال فرمانهای کنترلی مناسب به کشتی،آنرا به سوی هدف هدایت نمایند. بر این اساس این مقاله دارای دو بخش اساسی1)تخمین موقعیت موانع و کشتی و 2)مسیریابی هوشمند میباشد. برای تخمین موقعیت موانع و خودکشتی،از سنسورهای متعددی نظیر رادار،فاصله یاب لیزری،دوربین معمولی،دوربین مادون قرمز،سیستم سونارو... میتوان استفاده نمود. هر کدام از این سنسورها مشخصه خاص خود را دارند و در محدوده خاصی میتوانند عملکرد مطلوبی در شناسایی و ردیابی موانع از خود نشان دهند. لذا برای طراحی یک سیستم مقاوم،لازم است داده های این سنسورها بطور موثری با هم ترکیب شوند تا کاستی های هر کدام،توسط بقیه جبران شود. در این مقاله برای بهبود تخمین موقعیت موانع سطحی روشی براساس تخمین لحظه ای «کوواریانس حالت» و برای بهبود تخمین موقعیت موانع زیرسطحی روشی براساس ترکیب چندفریم مختلف عکسبرداری سونار ارایه شده است. بعد از تخمین موقعیت موانع و کشتی،سیستم هدایت خودکار،باید بتواند اطلاعات تخمین موقعیت موانع و کشتی را دریافت دارد و با استفاده از آنها مسیر حرکت کشتی را طرح نموده و به سوی هدف حرکت کند. این طرح مسیر باید کاملا خودکار،هوشمند و بدون دخالت انسان و تا حد امکان مقاوم در برابر نامعینی ها باشد و نیز امنیت کشتی هم تضمین شده باشد. در این مقاله از مسیریابی فازی چند عامله برای مسیریابی هوشمند استفاده شده است.

تشخیص خطاهای سیم بندی استاتور ممکن است به طرق مختلف انجام گیرد. لیکن آنالیز طیفی جریان خط موتور تا زمانیکه حس کننده های جریان به منظور اهداف کنترلی و حفاظتی در مدار هستند،موثرترین روش بلادرنگ تشخیص خطا بشمار می رود. تئوری تابع سیم پیچی مبنای مدلسازی دقیق موتورهای القایی قفس سنجابی تحت شرایط نامتفاوتی ایجاد شده بر اثر خطاهای سیم بندی استاتور بحساب می آید. در این مقاله برای تشخیص خطاهایی چون خطای حلقه به حلقه،کلاف به کلاف و فاز به فاز از نتایج حاصل از این مدلسازی استفاده شده است. در این مقاله برای تشخیص این نوع خطاها از روش های آنالیز طیف هارمونیکی جریان خط موتور،قطع موتور در حال کار از تغذیه،معیار جریان توالی منفی و معیار مقدارrms سرعت استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و آزمایشگاهی نشان میدهد که روش تحلیل طیف جریان استاتور و روش قطع موتور از تغذیه،موثرترین روش جهت تشخیص خطای فاز به فاز می باشد،ومقدارrms سرعت هم موثرترین معیار جهت تشخیص دو خطای حلقه به حلقه و کلاف به کلاف از یکدیگر می باشد. نتایج تجربی بدست آمده صحت نتایج شبیه سازی را تایید می نماید.

در این مقاله با استفاده از یک الگوی جزء درشت اجزاء محدود(Mac.FEM)، تحلیل غیرخطی(هندسی و مصالح) قاب های دو بعدی بتن آرمه مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. در مبحث مقاومت مصالح،برای محاسبه سفتی خمشی(EI) هر مقطع بایستی محوری بعنوان محور مبنا در نظر گرفت. در تحلیل های کشسانی خطی،محور مبنای محاسبه سفتی خمشی،مرکز هندسی مقطع می باشد.در تحلیل های غیرخطی با در نظر گرفتن تغییر رفتار مصالح در طی بارگذاری،دیگر مرکز هندسی،محورمبنا نخواهد بود. در این مقاله به منظور محاسبه سفتی خمشی،از محور مبنای جدیدی به نام مرکز سفتی که بر پایه روابط مقاومت مصالح و اجزای محدود بدست می آید، استفاده شده که در طی تحلیل جابجا می گردد. این در حالی است که پژوهشگران تاکنون در تحلیل ها محور ثابتی را بکار برده اند. در بحث رفتار فشاری بتن،تاثیر فولادهای عرضی در افزایش مقاومت مقاطع بتن مسلح در نظر گرفته شده است. تاثیر این نوع فولادها حتی در رفتار تیرهای طرح شده با فولاد زیاد نیز قابل توجه می باشد. مقایسه نتایج تحلیل به کمک الگوی یاد شده با نتایج آزمایش و دیگر تحلیل ها نشان میدهد که الگوی بکار رفته با تکیه بر مرکز سفتی پیشنهادی و عامل دورگیری بخوبی رفتار و مقاومت نهایی سازه را پیش بینی می کند.

از سه نوع تابع کاهش سختی استفاده میشود. فرآیند تشکیل مفصلهای خمیری در حالت نهایی وارد تحلیل سازه خواهد شد. سختی عضو در اثر تسلیم مقطع،با وارد کردن تابعهای مزبور،کاهش می یابد. در حالت نهایی،با تشکیل کامل دو مفصل خمیری در دو سر عضو تیر-ستون،درایه های ماتریس سختی عضو صفر می گردند. برای در نظر گرفتن اثرهای مرتبه دوم?-P و-? P، از تابعهای پایداری دقیق استفاده میشود. تحلیل سازه با برنامه رایانه ای که نویسندگان آماده کرده اند،انجام می پذیرد. در این تحلیل،از روش نموی-تکراری با نمو متغیر و تکرارهای نیوتون-رفسون برای تحلیل غیرخطی استفاده خواهد شد. همچنین،اثر پخش دوباره نیروها بخوبی در برنامه رایانه ای گنجانده می شود. پاسخهای به دست آمده با روش دقیق ناحیه خمیری و آزمایشهای سنگین سازه ای مقایسه می گردند. نتایج به دست آمده گواه آن می باشد که تابعهای پیشنهادی، در مقایسه با روش های مشابه،شایستگی بهتری دارند.

خاکهای رسی واگرا،خاکهایی هستند که در صورت قرار گرفتن در معرض جریانهای سطحی متمرکز،بصورت کلوئیدی در آب حل می شوند،مشخصه بارز این خاکها وجود مقادیر نسبتا زیاد کاتیون سدیم در آب منفذی آنها است. از آنجاییکه شناسایی این خاکها با آزمایشهای معمول مکانیک خاک امکان پذیر نیست، انجام همزمان چهار آزمایش کرامب،هیدرومتری دوگانه،پین هول و آزمایشهای شیمیایی توسط بیشتر محققین و استانداردها پیشنهاد شده است. با وجود آنکه یکی از معتبرترین معیارهای شیمیایی شناسایی خاکهای واگرا،معیار پروفسور شرارد می باشد،در تعدادی از بررسی های ژئوتکنیکی انجام شده در کشور ما، نتایج حاصل از این معیار با نتایج آزمایش پین هول تناقض داشته است. در جریان تحقیقات قبلی انجام شده در دانشکده فنی دانشگاه تهران ملاحظه گردید که در آزمایشگاه های شیمی خاک،عصاره گیری از نمونه های خاک به منظور اندازه گیری میزان کاتیونهای محلول در آب منفذی،بدون کنترل دقیق رطوبت و عمدتا در رطوبتهای بسیار بیشتر از حد روانی انجام می شود؛ این در حالیست که شرارد برای استفاده از معیار خود رطوبتهای نزدیک به حد روانی را پیشنهاد کرده است. همچنین معلوم گردید که در مورد برخی از خاکها،عصاره گیری در رطوبت نزدیک به حد روانی،با استفاده از ابزار معمولی موجود در آزمایشگاه ها اصولا غیرممکن می باشد. در گام نخست این تحقیق،دستگاه عصاره گیر ویژه ای برای عصاره گیری از خاکهای با رطوبت کم طراحی و ساخته شد و در ادامه،به منظور بررسی تاثیر رطوبت عصاره گیری بر روی ارزیابی میزان واگرایی براساس معیار شیمیایی شرارد،آزمایشهای لازم بر روی هشت نمونه خاک از پنج منطقه مختلف ایران انجام گردید. نتایج این آزمایشها نشان میدهد که با تغییر رطوبت خاک،میزان کاتیونهای سدیم،پتاسیم،کلسیم و منیزیم موجود در آب منفذی و نیز نسبت سدیم به مجموع این چهار کاتیون،که تعیین کننده میزان واگرایی خاک در معیار شیمیایی شرارد هستند،تغییر میکنند. بعبارت دیگر،این فرض رایج که نتیجه حاصل از معیار شیمیایی شرارد مستقل از رطوبت عصاره گیری است لااقل در مورد بعضی از انواع خاکها با واقعیت مطابقت ندارد و استفاده از معیار شرارد بدون رعایت توصیه وی در مورد رطوبت عصاره گیری میتواند به نتایج متفاوت و بعضا گمراه کننده ای منجر شود.

تحلیل فرآیند کله زنی در آهنگری قطعاتی که دارای یک یا چند محور متقارن باشند در این مقاله با استفاده از قضیه حد بالا و به صورت یک روش کلی با کمک کامپیوتر انجام پذیرفته است. محاسبه نیروی لازم و تغییر شکل در حین فرآیند با استفاده از این روش ارائه می گردند. به وسیله برنامه کامپیوتری تدوین شده،تغییر شکل دو بعدی و سه بعدی با در نظر گرفتن گسترش محیطی و پدیده بشکه ای شدن یا شکم دادن در ارتفاع قطعه در مراحل مختلف فرآیند را میتوان بدست آورد. در این روش یک میدان سرعت کلی مجاز در نظر گرفته میشودکه دارای ضرایب ثابتی است که نهایتا در بهینه سازی حد بالا بر روی فشار فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند. در تحلیل فوق کار سختی مواد قطعه کار در حین آهنگری نیز در فرمولاسیون در نظر گرفته شده است. در این مقاله آهنگری یک میله با مقطع بیضی شکل برای مثال در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از این تئوری با نتایج تئوری و تجربی دیگران مقایسه و سازگاری خوبی مشاهده شده است. برتری این روش در سرعت رسیدن به جواب با استفاده از المانهای کمتر و با دقت بالا می باشد.

در مقاله حاضر مطالعات آزمایشی روی افت فشار ایزوترمال و ضریب انتقال حرارت جابجایی روغن برای جریان آرام در لوله صاف و هفت لوله با سیم پیچ داخلی با قطر و گامهای مختلف انجام شده است. دستگاهی که در این بررسی مورد استفاده قرار گرفته است، در واقع یک سیکل روغن مجهز به کلیه وسائل اندازه گیری مورد نیاز می باشد. گرم کن(هیتر)این سیستم یک تبادل گر حرارتی دو لوله ای با جریان مخالف می باشدکه در لوله داخلی روغن توسط بخار جاری در پوسته گرم میشود. آنالیز و بررسی نتایج بدست آمده نشان میدهد که نصب سیم پیچ در داخل لوله(که کاملا به جداره داخلی ان می چسبد) باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی بمیزان حداکثر%230 نسبت به مقدار مربوط به لوله های صاف می شود. براساس داده های تجربی جمع آوری شده در این تحقیق،رابطه ای برای محاسبه ضریب انتقال حرارت در گرمایش روغن در داخل لوله های مجهز به سیم پیچ داخلی بدست آورده میشود.

در این مقاله، روشی ساده و سریع برای محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی(لیفت و درگ)وارده بر یک هیدروفویل،هنگامی که تحت شرایط کاویتاسیون از نوع گسترده قرار دارد، معرفی میگردد. ایده اصلی در این روش ساده،تقسیم بندی جریان حول چنین هیدروفویلی به یک ناحیه غیرویسکوز و یک ناحیه ویسکوز است. اولین گام در این روش،بدست آوردن توزیع فشار بر روی سطح خیس شده هیدروفویل است که برای این منظور حل پتانسیل با استفاده از روش Panel صورت پذیرفته است. در مرحله بعد لازم است توزیع تنش برشی بر روی سطح هیدروفویل تعیین شود و برای این منظور از روش های انتگرالی،هم برای حل معادلات لایه مرزی آرام و هم در هم، استفاده شده است. برای حل لایه مرزی آرام از روش Thwaites و برای حل لایه مرزی درهم از روش Head استفاده بعمل آمده است. برای تعیین نقطه شروع درهمی جریان از معیار Mitchel و برای محاسبه ضریب اصطکاک پوسته ای cf از رابطه Ludwig استفاده میگردد. محاسبه ضرایب لیفت و درگ برحسب عدد کاویتاسیون در مورد یک هیدروفویل خاص،حاکی از موفقیت نسبی این روش ساده در برآورد اثر پدیده کاویتاسیون بر نیروهای هیدرودینامیکی وارده بر یک هیدروفویل می باشد.

در تحقیق حاضر امکان سخت کردن ضربه ای نواحی اطراف جوش در آلیاژهای آلومینیم 5010و6063 توسط پرتوهای الکترونی پرانرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه های جوشکاری شده از هر آلیاژ توسط شتاب دهنده الکترون غیر خطی رودوترون در مدت زمان 5ثانیه و شدت جریانmA6 با انرژی ثابت MeV 10 بصورت استاتیک تحت پرتودهی با شدت های متفاوت گردید. نتایج حاصل از آزمایش سختی سنجی روی نمونه ها نشان میدهد که بیشترین افزایش سختی در نواحی اطراف جوش آلیاژ 6063 بعد از اعمال پرتوهای الکترونی در دز KGY99/69 ایجاد گردید. نتایج مطالعات انجام شده روی نمونه ها توسط آزمایشهای متالوگرافی،تحلیل گر تصویری،میکروسکوپ الکترونی رویشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری حاکی از آن است که سخت کردن ضربه ای در نمونه ها ایجاد نشده و افزایش سختی ایجاد شده ناشی از اثر پرتوهای الکترونی بر روی ماده است.

تاکنون روش های بسیاری برای تجزیه و تحلیل مسایل مهندسی شیمی توسط محققین ارائه شده است، اطلاع از تعداد فازهای در حال تعادل برای یک سیستم تعادلی و محاسبه اجزای موجود در هر فاز مساله مهمی است که سالها ذهن محققین را به خود مشغول کرده است. در این میان روش ارائه شده توسط میکلسن(Michelsen،1982) برای محاسبه تعداد فازهای در حال تعادل در یک سیستم تعادلی بیش از هر روش دیگری دست مایه کار محققین بوده است. صرف نظر از تحقیقات انجام شده به منظور نحوه بکارگیری روابط ترمودینامیکی در حل مساله پایداری فازی،حل معادلات حاصل از تحلیل مساله،همواره یکی از کلیدی ترین مراحل کار بوده است. بدلیل حضور معادلات پیچیده تئوری یا تجربی که اغلب معادلات غیرخطی هستند،همواره احتمال وجود جواب های متعدد برای دستگاه معادلات حاصل وجود دارد. ضعف روش های ریاضی متعارف در حل معادلات غیرخطی و عدم اطمینان از تعداد جوابها،محققین را وادار به ارائه روش های جدید در تحلیل مسایل مهندسی کرده است. در مساله پایداری فازی،عدم اطمینان از تعداد جواب های سیستم معادلات غیرخطی حاصل از تحلیل پایداری،توام با عدم اطمینان از تعداد فازهای در حال تعادل،اهمیت دستیابی به یک راه حل کلی برای اظهار نظر قطعی در مورد تعداد فازهای تعادلی موجود در سیستم را دوچندان کرده است. در این مقاله داریم مساله پایداری فازی را با استفاده از روش پیوستگی هموتوپی در فضای موهومی بسط و مشکلات موجود را مورد بررسی قرار دهیم.

فضولات دامی از جمله مستعدترین مواد زائد آلی هستند که میتوانند توسط تخمیر بیهوازی به بیوگاز و کود تبدیل شوند. راکتورهای ناپیوسته دوره ای نیز از جمله متداولترین راکتورها برای تخمیر بیهوازی فضولات دامی هستند. با توجه به اینکه اختلاط موثر مواد از جمله عواملی است که بر روی میزان تولید متان تاثیر میگذارد لذا پیشگویی عملکرد راکتورهای واقعی مستلزم مدلسازی میزان اختلاط در راکتورهاست. در این مقاله از یک مدل اختلاط ساده دو پارامتری که به مدل اختلاط دو ناحیه ای معروف است برای شبیه سازی دینامیک فرایند تخمیر بیهوازی فضولات گاوی در راکتورهای ناپیوسته دوره ای استفاده شده است. در این مدل راکتور به دو ناحیه یکی ناحیه جریان دار که تحت تاثیر ورود و خروج مواد قرار دارد و دیگری ناحیه ساکن که فقط در حال تبادل جرم با ناحیه جریان دار است تقسیم میگردد.میزان انحراف از شرایط اختلاط ایده آل توسط پارامترهای اختلاط که عبارتند از حجم نسبی ناحیه جریان دار(a) و سرعت تبادل جرم بین دو ناحیه مذکور(b) مدلسازی میشود.مدل سینتیک در نظر گرفته شده برای تخمیر فضولات گاوی شامل یک مرحله هیدرولیز و چهار مرحله میکروبی است. این چهار مرحله عبارتند از تولید اسیدهای چرب فرار توسط باکتری های اسیدوژن،تولید استات توسط باکتری های استوژن پروپیونات خوار و بوتیرات خوار و بالاخره تولید متان توسط باکتری های متانوژن،در سینتیک تخمیر اثرات بازدارندگی PH، اسیدهای چرب فرار،استات و آمونیاک نیز بر روی باکتری ها لحاظ گردیده شده است. در مدل برای رشد باکتری ها از سینتیک مونود و برای مرگ و میر باکتری ها و همچنین مرحله هیدرولیز از واکنشهای درجه اول استفاده شده است. شبیه سازی فرایند توسط زبان برنامه نویسی فرترن و با استفاده از روش اولر برای حل 25 معادله دیفرانسیل مرتبه اول غیرخطی انجام گرفته است. همچنین PH فرایند توسط موازنه بار اجزاءیونی موجود در سیستم و با استفاده از یک روش حدس و خطا محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی کامپیوتر نشان میدهند که میزان تولید متان بستگی زیادی به توزیع زمان اقامت اجزاء و الگوی تغییرات غلظت و توزیع مواد در دو فاز جریان دار و ساکن دارد. همچنین نشان داده شد که این توزیع خود تابع پیچیده ای از پارامترهای اختلاط a وb است. علاوه بر پارامترهای اختلاط، پریود خوراک دهی راکتور نیز بر روی توزیع غلظت اجزاء موثر بود بطوریکه عملکرد راکتور در شرایط خوراک دهی پیوسته بهبود می یافت. نتایج حاصله اهمیت در نظر گرفتن اختلاط و همچنین توانایی بالقوه مدل اختلاط دو ناحیه ای برای شبیه سازی عملکرد راکتورهای بیهوازی را نشان میدهد.

در این مقاله یک مدل جدید ریاضی دو سطحی،با زمان گسسته ارائه شده است که این مدل پیشنهادی،مساله تخصیص ترافیک را بصورت پویا مدلسازی می نماید. این مدل از نوع برنامه ریزی آرمانی غیرخطی آمیخته با اعداد صحیح است که از نظر جایگاه، در دسته مسائل تخصیص بهینه ترافیک قرار دارد. با توجه به اینکه حل این قبیل مسائل در دسته مسائل NP-Hard قرار دارد و اغلب آنها از نظر پیچیدگی زمانی،رفتار چندجمله ای ندارند،لذا در این مقاله علاوه بر استفاده از یک الگوریتم قطعی در حل مساله موجود برای دسترسی به یک شاخص قطعی برای مقایسه،یک الگوریتم ژنتیک خاص نیز طراحی شد و مدل پیشنهادی با آن حل گردید. این الگوریتم علاوه بر کنترل محدودیتها در فضای تصمیم گیری و اصلاح اعضای نسل،سبب بهبود فرآیند تکامل گردیده و مساله را با سرعت قابل قبولی حل مینماید. نتایج حل آن با نتایج حل الگوریتم دقیق مبتنی بر کرادیان تقلیل یافته عمومی مورد مقایسه وتجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که حل مدل پیشنهادی با الگوریتمGRG و الگوریتم ژنتیک از نظر مقدار تابع هدف آرمانی اختلاف زیادی ندارند. همچنین حل مدل پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک،با تعداد زیادی از نمونه ها نشان داد که زمان حل مدل با الگوریتم ژنتیک با اندازه جمعیت ([m]?30) و تعداد نسل([gen]?300) کمتر از الگوریتم GRG می باشد. با افزایش تعداد نسلها و اندازه جمعیت از مقادیر فوق، استفاده از الگوریتم ژنتیک موازی کارآتر خواهد بود.

در این مقاله مساله زمان بندی خدمه راه آهن با مطالعه موردی راه آهن ایران مورد بررسی قرار گرفته و با اطلاعات واقعی مساله زمان بندی رؤسای قطارهای مسافری حل شده اند. برای حل این مساله نخست شبکه ای از تقدم و تاخر فعالیتها در قالب سویه های وظیفه و انتقال در حالت چند قرارگاهی طراحی شده است. سپس، روش جدیدی برای مدل سازی ریاضی بیان شده که میتواند پاسخگوی حل بهینه مسائل در اندازه های کوچک تا متوسط باشد.برای حل مسائل واقعی که در اندازه بزرگ هستند،یک الگوریتم ابتکاری که روش الگوسازی محدودیت ها نامیده شده،توسعه داده شده است. با اطلاعات برنامه حرکت قطارهای مسافری ایران و برآورد پارامترهای هزینه ای،تعدادی مساله در اندازه های مختلف طرح شده که حل بهینه برخی از آنها با استفاده از روش انشعاب و تحدید بدست آمده اند. روش حل ساده سازی شده و حل از طریق الگوسازی محدودیت ها نیز ارائه گردیده اند که جوابهای بدست آمده از این دو روش با حل بهینه مقایسه شده اند. در پایان نشان داده شده است که در مقایسه با روش فعلی زمان بندی رؤسای قطارهای مسافری در راه آهن ایران بکارگیری روش الگوسازی محدودیت ها در حل مساله واقعی توانسته است ضمن بهبود کیفیت جوابها،صرفه جویی قابل توجهی را ایجاد کند.