فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال دوازدهم شماره 5 (دی 1391)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال دوازدهم شماره 5 (دی 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/09/10
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مهناز ذاکری، مهدی شایانمهر، محمود مهرداد شکریه صفحات 1-11
    مطالعه اتصال بین نانولوله و رزین دربرگیرنده آن، یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار مواد نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی است. در این مقاله، نانولوله کربنی و رزین اطراف آن به صورت یک المان حجمی در نظر گرفته شده و رفتار مکانیکی آن با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل می شود. برای مدلسازی اتصالات، از المان فنر غیرخطی استفاده شده و نیروی موثر بین نانولوله و رزین، بر اساس معادله لنارد- جونز تعیین می شود. ضخامت فاز واسط بین 7/1 تا 8/3 آنگستروم متر تغییر داده می شود تا تاثیر آن بر رفتار المان حجمی مطالعه گردد. بارگذاری کششی المان حجمی به دو صورت انجام می شود تا اتصال کامل بین نانولوله و رزین بررسی شود. در ادامه، میزان مدول الاستیسیته طولی المان حجمی با نسبت منظری های مختلف و ضخامت های مختلف فاز واسط محاسبه شده و با نتایج تئوری قانون اختلاط در حوزه میکرومکانیک مقایسه و ارزیابی می شوند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در نسبت منظری های بسیار کم، میزان مدول الاستیسیته نزدیک به مقدار آن برای رزین یا نانولوله منفرد است ولی با افزایش نسبت منظری عملکرد اتصالات بهتر شده و این مقدار به قانون اختلاط همگرا می شود.
    کلیدواژگان: مدلسازی نانولوله کربنی، نانوکامپوزیت، فاز واسط، معادله لنارد، جونز
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی صفحات 12-21
    هدف اصلی این مقاله استخراج سیستماتیک معادلات دینامیک معکوس یک منیپولاتور n لینکی صلب که بر روی یک پایه متحرک غیرهولونومیک قرار گرفته است؛ می باشد. به منظور اجتناب از محاسبه ضرایب لاگرانژ مرتبط با قیود غیرهولونومیک از روش گیبس-اپل به فرم بازگشتی آن استفاده شده است. به منظور مدلسازی دقیق این سیستم رباتیکی تاثیر کوپلینگ دینامیکی میان پایه و منیپولاتور، همچنین دو قید غیرهولونومیک مربوط به شرط عدم لغزش چرخ ها و شرط عدم حرکت در امتداد محور دوران چرخ ها در این مقاله لحاظ گردیده است. در تمامی عملیات ریاضی صورت گرفته به منظور کاهش حجم محاسبات، تنها از ماتریس های 3×3 و یا بردارهای 1×3 استفاده شده است. همچنین تمام عبارات دینامیکی یک بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این فرمولاسیون در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای پنج مفصل دورانی بوده و بر روی یک پایه متحرک نصب گردیده است؛ مورد تحلیل دینامیکی قرار می گردد.
    کلیدواژگان: منیپولاتور متحرک، غیرهولونومیک، بازگشتی، گیبس، اپل
  • حسین زارع، سالم بعنونی، افشین قنبرزاده صفحات 22-29
    این مطالعه، کاربرد الگوریتم زنبور عسل جهت طراحی بهینه مبدل گرمایی صفحه ای پره دار از دیدگاه اقتصادی را نشان می دهد. از این رو بهینه سازی دو تابع هدف به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا کمینه سازی مساحت انتقال حرارت که به طور اساسی با هزینه های سرمایه گذاری مبدل حرارتی مرتبط است و سپس کمینه کردن افت فشار کلی که با هزینه های عملکرد مبدل حرارتی مرتبط می باشد، تحت محدودیت های مکانی، وظیفه حرارتی و افت فشار مجاز مورد بررسی قرار می گیرد. بر اساس کاربردها طول مبدل حرارتی، فرکانس پره، تعداد لایه های پره، طول نیزه پره، ارتفاع پره و ضخامت پره جهت بهینه سازی مطرح شده است. همچنین قیود توسط تابع جریمه به کار برده شده اند. کارآیی و دقت الگوریتم پیشنهادی با یک نمونه مطالعاتی از منابع موجود بررسی شده است. مقایسه نتایج موجود با نتایج متناظر به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و اجتماع ذرات نشان می دهد که الگوریتم زنبور عسل در حالت کمینه سازی مساحت انتقال حرارت به ترتیب 18 % و 11% و در حالت کمینه سازی افت فشار به ترتیب 13% و 3.5% بهتر از نتایج به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و اجتماع ذرات می باشد. از این رو جهت مطالعه چنین مسائلی این روش توصیه می شود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، مبدل حرارتی صفحه ای پره دار، الگوریتم زنبور عسل، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات
  • حمید مددکن، علیرضا فدایی تهرانی، مهدی نیلی احمد آبادی * صفحات 30-42

    در این مقاله، مجرائی خاص معرفی شده که در آن، جت آب ورودی، پس از زمان کوتاهی شروع به نوسان کرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار می گردد. با توجه به وجود رابطه خطی بین سرعت جت ورودی و فرکانس نوسانات آن، با اندازه گیری فرکانس فشار می توان دبی جریان را محاسبه کرد. به منظور بررسی میدان جریان سیال در هندسه موجود دبی سنج نوسانی و یافتن موقعیت بهینه قرارگیری حسگر های اندازه گیری نوسان، حل معادلات ناویر-استوکس آشفته و غیر دائم توسط نرم افزار ANSYS CFX به طریق عددی انجام شده است. پس از بررسی استقلال حل از شبکه، قابلیت دو مدل آشفتگی کا-اپسیلون و اس اس تی در شبیه سازی غیردائم جریان، بررسی شده است. سپس، کیفیت سیگنال فشار دریافتی از چند نقطه، براساس معیار نسبت ماکزیمم به متوسط نواسانات، مقایسه شده و موقعیت مناسب قرارگیری حسگر مشخص شده است. با ساخت اولین نمونه دبی سنج نوسانی در ایران و قرار دادن حسگر فشار و حسگر پیزوالکتریک در نقطه مناسب، بستر آزمونی فراهم شده و نتایج شبیه سازی عددی صحت سنجی شده اند. مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی نشان داده است که مدل اس اس تی برای این جریان نتایج بهتری دارد. سرانجام، با انجام آزمایش در سرعت های مختلف و دریافت و پردازش سیگنال های فشار، نمودار مشخصه سیستم (فرکانس نوسانات جت ورودی- سرعت جت ورودی) استخراج شده است.

    کلیدواژگان: مجرای نوسان ساز، شبیه سازی عددی جریان آشفته، کا، اپسیلون، اس اس تی، حسگر فشار
  • ابراهیم افشاری، ناصر بهارلو هوره صفحات 43-58
    در این مطالعه با قرار دادن یک یا چند مانع مسدود کننده در کانال کاتد پیل سوختی غشا پلیمری، تاثیر شکل صفحه مسدود کننده (مستطیلی، مثلثی، ذوزنقه ای و خمیده)، ضخامت و ارتفاع صفحه، تعداد صفحات و ضریب تخلخل لایه پخش گاز بر انتقال اکسیژن به داخل لایه پخش گاز و لایه کاتالیست و افت فشار سمت کاتد بررسی شده است. بدین منظور، معادلات پیوستگی، ممنتم و بقای اجزای شیمیایی در سمت کاتد پیل به صورت مدل تک ناحیه ای تدوین و به روش عددی حل شده اند. نتایج نشان می دهد که با قرار دادن یک مانع مستطیلی بزرگ، بیشترین افزایش سرعت در لایه پخش گاز و در نتیجه بیشترین غلظت اکسیژن در فصل مشترک لایه پخش گاز/لایه کاتالیست با وجود بیشترین افت فشار، اتفاق می افتد. با افزایش تخلخل لایه پخش گاز، افزایش تعداد صفحات تیغه ای و ضخامت صفحه و کاهش فاصله بین مانع و لایه پخش گاز، غلظت اکسیژن در این لایه افزایش می یابد؛ هر چند که حساسیت تغییرات غلظت به این پارامترها متفاوت است. بیشترین حساسیت به تخلخل لایه پخش گاز، تعداد صفحات و کاهش فاصله بین مانع و لایه پخش گاز است و کمترین حساسیت به افزایش ضخامت صفحه مسدود کننده می باشد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، مانع مسدودسازی، انتقال اکسیژن، افت فشار، مدل سازی عددی
  • مهرداد جبارزاده گنجه، جعفر اسکندری جم، محمود خسروی صفحات 59-73
    در این مقاله، رفتار کمانش حرارتی صفحات دایره ای ضخامت متغیر از جنس مواد تابعی دو طرفه تحت بارگذاری حرارتی یکنواخت با در نظر گرفتن تئوری برشی مرتبه اول و فرضیات فون کارمن مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص مواد نسبت به سطح میانی صفحه متقارن و طبق قانون توانی در راستای ضخامت تغییر می کند، بطوریکه سطح میانی فلز خالص و طرفین صفحه، سرامیک خالص در نظر گرفته شده است. به منظور تعیین توزیع نیروی پیش کمانش در راستای شعاعی، معادله ی غشایی با استفاده از روش پرتاب حل شده است. سپس معادلات پایداری به کمک روش طیفی مجازی با انتخاب توابع چبیشف به عنوان توابع پایه به صورت عددی حل شده است. نتایج عددی برای شرایط تکیه گاهی ساده و گیردار و تغییرات ضخامت خطی و سهموی ارائه شده است. تاثیر پارامترهای مختلف چون شاخص کسر حجمی، تغییر پروفیل ضخامت و نسبت جانبی بر رفتار کمانش این صفحات مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، صفحات دایره ای ضخامت متغیر، مواد تابعی، روش طیفی مجازی
  • بهزاد جباری پور، محمدحسین صادقی، محمدرضا شبگرد، حسین فرجی صفحات 74-86
    ترکیب بین فلزی γ-TiAl دارای خواص برجسته ای مانند مقاومت بالا و مناسب در برابر خستگی، اکسیداسیون، خوردگی، خزش، ارتعاشات دینامیکی و دمای کاری بالا می باشد. این ترکیبات بین فلزی در صنعت هوافضا، خودروسازی، موتورهای توربوجت و ساخت و تولید پره کاربرد دارند. در این تحقیق فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک پودر با استفاده از پودرهای مختلف آلومینیوم، گرافیت، سیلیکون کارباید، کروم و آهن بر روی این ترکیب بین فلزی مورد مطالعه قرار می گیرد تا مشخصات خروجی فرآیند مانند زبری سطح، نرخ سایش ابزار، نرخ براده برداری و توپوگرافی سطح با یکدیگر مقایسه گردد. تحقیق موجود به روش تجربی و به کمک دستگاه اسپارک و مخزنی ویژه انجام شده است. نتایج نشان می دهد که پودر آلومینیوم به عنوان مناسب ترین نوع پودر در غلظت بهینه 2 گرم بر لیتر، مقدار صافی سطح را نسبت به حالت ماشینکاری بدون پودر 32% افزایش، نرخ سایش ابزار را 19% کاهش و البته نرخ براده برداری را 5/7% کاهش می دهد و همچنین منجر به بهبود توپوگرافی سطح ماشینکاری شده و کاهش عیوب و ترکهای سطحی می گردد.
    کلیدواژگان: ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک پودر، ترکیب بین فلزی γ، TiAl، زبری سطح، نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار
  • حسین رفیعی پور، امیر لطف آور، صغری حمزه شلمزاری صفحات 87-101
    در این مقاله روش تحلیلی هموتوپی برای آنالیز ارتعاشات آزاد غیرخطی تیرهای ساخته شده از مواد هدفمند بر روی بستر الاستیک غیرخطی، تحت بارهای مکانیکی و حرارتی ارائه شده است. ابتدا با فرض تئوری اویلر برنولی و با استفاده از رابطه کرنش جابجایی ون-کارمن، معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم بر حرکت غیرخطی استخراج شده و سپس با به کار بردن روش تجزیه گالرکین، معادله حاکمه غیرخطی به یک معادله دیفرانسیل عادی غیرخطی کاهش داده شده است. به منظور بدست آوردن یک حل بسته برای این معادله دیفرانسیل، روش تحلیلی هموتوپی که دارای دقت بسیار بالایی است، پیشنهاد گردیده است. در پایان، اثر پارامترهای مختلفی همچون بزرگی دامنه، بستر الاستیک غیرخطی، بارهای مکانیکی و حرارتی و شرایط مرزی مختلف بر روی ارتعاشات تیر مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، بستر الاستیک وینکلر پسترناک، تیر هدفمند، تئوری اویلر برنولی، روش تحلیلی هموتوپی
  • سید جلال الدین سید علیان، عید محجوب مقدس صفحات 102-111
    میل لنگ یکی از قطعات مهم موتور می باشد که با حرکت دورانی خود در معرض گشتاورهای پیچشی ناشی از حرکت پریودیک سیلندر قرار دارد. نیروهای داخلی که سبب گشتاورهای تناوبی در میل لنگ می گردد، ایجاد ارتعاشات و نویز در موتور می نماید که می تواند مضر باشد. بنابراین بررسی رفتار دینامیکی میل لنگ ضروری است. همچنین، اگرچه اکثر سازه های فیزیکی مانند میل لنگ خودرو به صورت پیوسته هستند، اما می توان آنها را به صورت مجزا مدل کرده و مورد تحلیل قرارداد. در این مقاله به ارتعاشات پیچشی میل لنگ دو نوع خودروی رنو و پژو با سه روش تئوری، عددی و تجربی پرداخته شده است. در تحلیل تئوری از فرمول B.I.C.E.R.A استفاده شده و فرکانس های طبیعی بدست آمده از این روش و فرکانسهای طبیعی تحلیل عددی که با نرم افزار ANSYS صورت گرفته، با تست تجربی مقایسه شده و با انتخاب بهترین مدل، اثر دور موتور در ارتعاشات پیچشی میل لنگ بررسی شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات پیچشی، میل لنگ، فرکانس طبیعی، درجه آزادی
  • احسان شیبانی، مجید میرزایی صفحات 112-121
    انفجار گازی درون لوله ها باعث ایجاد همزمان موج های شاک فشاری- حرارتی می شود. انفجار گازی شامل یک موج شاک در جلو و یک منطقه واکنش در پشت آن می باشد که به شدت با هم کوپل شده اند. سرعت، فشار و دمای گاز بعد از انفجار بستگی به مقدار و نوع مخلوط سوخت مورد استفاده دارد. بیشینه ی فشار موج مکانیکی ناشی از انفجار می تواند 20 تا 30 برابر فشار محیط باشد و دمای گاز در انفجار به بیش از 2000 درجه سانتیگراد می رسد. موج شاک مکانیکی ناشی از انفجار گازی، در هر نقطه از لوله سبب ایجاد کرنش های نوسانی شده که گاهی اوقات چندین برابر کرنش های استاتیک معادل هستند. از طرفی حرارت زیاد ناشی از موج انفجار متوالی گازی داخلی، سبب ایجاد تنش های حرارتی در لوله می شود. در این مقاله، تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از انفجار گازی از طریق شبیه سازی عددی، بررسی شده است. در این خصوص، ابتدا تغییر مکان های مکانیکی و سپس تغییر مکان های حرارتی شبیه سازی شده است. در نهایت تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از انفجار، به صورت همزمان درون لوله محاسبه شده اند.
    کلیدواژگان: کلید واژگان: موتور تراک ضربه ای، ارتعاش، تنش مکانیکی، تنش حرارتی، شبیه سازی عددی
  • سیدمحمدحسین سیدکاشی، حسن مسلمی نایینی، غلامحسین لیاقت، محمود موسوی مشهدی، یانگ هون مون صفحات 122-131
    فرایند هیدروفرمینگ گرم آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم به دلیل وجود استانداردهای سختگیرانه آلایندگی و لزوم صرفه جویی در مصرف سوخت بسیار مورد توجه صنعت خودروسازی مدرن قرار گرفته است. عیب اصلی این آلیاژها شکل پذیری پایین آنها می باشد که با بالا بردن دمای فرایند تا زیر دمای دمای تبلور مجدد فلز می توان آن را تا حد قابل توجهی افزایش داد. به دلیل پیچیدگی فرایند در دمای بالا، کنترل عوامل مختلف موثر در شکل دهی از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مقاله، اثر ابعاد لوله، شعاع گوشه و نرخ کرنش بر میزان بهینه فشار داخلی و جابجایی محوری مورد نیاز برای شکل دهی موفقیت آمیز محصول در هیدروفرمینگ گرم لوله های آلومینیومی 6061 در دمای 300 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفته است. روش جدیدی بر اساس الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده برای بهینه سازی منحنی های بارگذاری فشار و نیروی محوری تدوین شده است. نتایج عددی با آزمایش های تجربی مورد بحث، تائید وصحت سنجی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ گرم لوله، بازپخت شبیه سازی شده، مسیر بارگذاری، فشار داخلی، جابجایی محوری
  • سید آرش سید شمس طالقانی، عبدالله شادآرام، مسعود میرزایی صفحات 132-145
    این مقاله به اندازه گیری تجربی سرعت لحظه ای باد یونی تولید شده توسط عملگر پلاسمایی تخلیه سد دی الکتریکی(DBD) در محیط هوای ساکن با فشار اتمسفریک می پردازد. یک مطالعه پارامتریک برای افزایش سرعت باد یونی القایی توسط عملگر DBD انجام شده است. مشخصات الکتریکی و مکانیکی این عملگر در شرایط مختلف مطالعه شده است. هدف اصلی این کار کمک به بهینه سازی پارامترهای هندسی و الکتریکی برای فراهم کردن باد یونی موثرتر در کنترل جریان می باشد. پروفیلهای سرعت متوسط باد یونی القایی نشان می دهد که با افزایش فرکانس تحریک موقعیت سرعت ماکزیمم به سطح نزدیکتر می شود. همچنین نتایج ما بیان می دارند که عملگرهای پلاسمایی DBD گردابه هایی در همان فرکانس تحریک ولتاژ اعمال شده تولید می کنند. با افزایش درصد سیکل کاری، قدرت گردابه های شسته شده از عملگرها نیز افزایش می یابد. بر خلاف کارهای مشابه در این زمینه، این مطالعه رفتار غیردائمی موج ورودی به عملگر پلاسمایی را مورد بررسی قرار می دهد.
    کلیدواژگان: عملگر پلاسمایی، کنترل فعال، DBD، سیکل کاری، فرکانس تحریک
  • نوروز محمد نوری، محمد ریاحی*، علی ولی پور چهارده چریک صفحات 146-153

    کاویتاسیون تغییر فاز سیال مایع به بخار به علت کاهش فشار محلی در اثر سرعت موضعی بالا می باشد. در اثر کاویتاسیون حباب هایی در نقاط کم فشار ایجاد می شوند. انتقال این حباب ها توسط جریان سیال به نقاط پر فشار باعث فروپاشی حباب ها می گردد که این امر در نهایت باعث ایجاد نویز می شود. دستیابی به مدل مناسب در شبیه سازی امواج صوتی ناشی از کاویتاسیون به منظور شناسایی و کنترل این پدیده اهمیت بسیاری دارد. از آنجاکه صوت آکوستیکی بخشی از دینامیک جریان می باشد، معادلات بقاء جرم، مومنتوم و انرژی به عنوان معادلات پایه در تحلیل رفتار آکوستیکی پدیده کاویتاسیون و سوپرکاویتاسیون شناخته می شوند. در این تحقیق به منظور مدلسازی جریان کاویتاسیون بهمراه نویز آکوستیکی، ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی، معادلات حاکم به فرم بی بعد تبدیل می شوند. ترم آکوستیکی بعنوان ترمی در مرتبه پایین تر نسبت به دینامیک جریان سیال لحاظ می گردد، سپس با استفاده از روش اغتشاشات، دسته های متعددی از معادلات با مرتبه های مختلف بدست آورده می شوند. نتایج نشان می دهند که به منظور دستیابی به نوسانات فشار ناشی از نویز آکوستیکی کاویتاسیون، می باید معادلات جریان سیال را برای سیال تراکم پذیر حل نمود. همچنین معادلات آکوستیکی در مرتبه دوم معادلات حاصله قرار داشته که با معادلات دینامیک جریان کوپل می باشند.

    کلیدواژگان: آکوستیک، مدلسازی، اغتشاش و آنالیز ابعادی
  • سید عبدالرحیم آتشی پور، حمیدرضا میردامادی *، رسول امیرفتاحی، سعید ضیایی راد صفحات 154-164

    در پژوهش پیش رو سلامتی سازه ای یک تیر ضخیم فولادی (ST-52)، به کمک روش پخش امواج هدایت شده فراصوت با استفاده از حسگرهای ویفری فعال پیزوالکتریک، که یکی از مهم ترین تکنیک های پایش بلادرنگ سلامتی سازه هاست، بررسی شده است. پارامترهای کلیدی سیگنال برانگیزش مانند بسامد و مدت پنجره با توجه به ابعاد تیر و چیدمان ضربه-پژواک حسگرهای فعال پیزوالکتریک نصب شده روی آن تعیین می شود. تحلیل اجزای محدود با هدف مشخصه یابی پخش موج در تیر انجام شده است در حالیکه سیگنال های پخش موج به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری می شوند. برای پردازش سیگنال و استخراج ویژگی، از تبدیل موجک پیوسته و روش توان میانگین مقیاس شده ی موجک استفاده می شود. با استفاده از ویژگی های استخراج شده، وجود، موقعیت و شدت آسیب احتمالی موجود در سازه تعیین می شود. نتایج بدست آمده نمایانگر دقت بالای روش ارایه شده در شناسایی و مشخصه یابی آسیب نسبت به پژوهش گذشته دارد.

    کلیدواژگان: پایش سلامتی سازه ها، پایش بلادرنگ، امواج هدایت شده فراصوت، تیر ضخیم فولادی، تبدیل موجک
|
  • Mahnaz Zakeri Pages 1-11
    Studying of connection between a carbon nanotube (CNT) and its surrounding matrix is an important issue in investigation of the behavior of nanocomposites reinforced with carbon nanotubes. In this paper, the carbon nanotube and its surrounding matrix is considered as a volume element and its mechanical behavior is analyzed using finite element method. Interface joints are modeled utilizing nonlinear spring elements; and effective force between CNT and matrix is determined based on Lennard-Jones equation. The interface thickness is changed between 1.7-3.8Am, to study its effect on the volume element behavior. Tensile loading of volume element is applied in two ways to investigate the perfect connection between nanotube and matrix. Subsequently, tensile longitudinal elastic modulus of volume elements with different aspect ratios of nanotube and thickness of interface are calculated and compared with the results of rule of mixture theory in micro mechanics field. The results of this research indicate that for low aspect ratios, the amount of elastic modulus is near to individual resin or nanotube. But, increasing the aspect ratio causes the connections to be more efficient and results converge to rule of mixture
    Keywords: Carbon Nanotube Modeling, Nanocomposite, Interface, Lennard, Jones Equation
  • Moharam Habibnejad Korayem, Ali Mohammad Shafei Pages 12-21
    The main purpose of this paper is to derive the inverse dynamic equation of motion of n-rigid robotic manipulator that mounted on a mobile platform, systematically. To avoid the Lagrange multipliers associated with the nonholonomic constraints the approach of Gibbs-Appell formulation in recursive form is adopted. For modeling the system completely and precisely the dynamic interactions between the manipulator and the mobile platform as well as both nonholonomic constraints associated with the no-slipping and the no-skidding conditions are also included. In order to reduce the computational complexity, all the mathematical operations are done by only 3×3 and 3×1 matrices. Also, all dynamic characteristics of a link are expressed in the same link local coordinate system. Finally, a computational simulation for a manipulator with five revolute joints that mounted on a mobile platform is presented to show the ability of this algorithm in generating the equation of motion of mobile robotic manipulators with high degree of freedom.
    Keywords: Mobile manipulator, Nonholonomic, Recursive, Gibbs, Appell
  • Pages 22-29
    This study explores application of a bees algorithm (BA) for economic optimal design of plate-fin heat exchangers. Therefore in this study, the optimization is targeting two single-objective functions separately. The first is the minimum heat transfer area which is mainly associated with the capital cost of the heat exchanger and the other is minimum total pressure drop that represents the operating cost for specific heat duty requirement under given space restrictions. Based on applications, heat exchanger length, fin frequency, numbers of fin layers, lance length of fin, fin height and fin thickness of the heat exchanger are considered for optimization. The constraints are handled by penalty function method. Also, the effectiveness and accuracy ofthe proposed algorithm is demonstrated through a case study. Comparing the results with the corresponding results using genetic algorithm (GA)and particle swarm optimization (PSO) algorithm reveals that the bees algorithm can converge to optimum solution with higher accuracy
    Keywords: optimization, plate, fin heat exchangers, bees algorithm, genetic algorithm, particle swarm algorithm
  • Hamid Madadkon, Alireza Fadaei Tehrani, Mahdi Nili Ahmadabadi Pages 30-42

    In this article, a special duct is introduced in which, inlet water jet initiates to oscillate after a short time and it causes the velocity and pressure to oscillate regularly. Considering that there is a linear relationship between the inlet jet velocity and its oscillations frequency, the flow rate can be calculated by measuring the pressure frequency. In order to study the flow field inside the current geometry of fluidic oscillator and also to find the optimum location for sensor to detect the pressure oscillation, the unsteady turbulent Navier-Stokes equations are solved by ANSYS CFX software. Having studied the grid independency, capability of K-ε and SST turbulence models for numerical simulation of unsteady flow inside the fluidic oscillator is considered. Then, according to the peak to average ratio (PAR) criterion, the qualities of pressure signals are compared at some points, to distinguish an optimum pressure sensor position. Afterwards, a prototype of fluidic oscillator flow meter is manufactured for the first time in Iran. Using this prototype and inserting the pressure and Piezoelectric sensor at the optimum point, the numerical simulation results are validated by the experimental data. Comparison between the numerical and experimental results shows that the SST model is more suitable for this flow simulation. Finally, by performing experiments in different flows, acquiring and processing pressure signals, the flow meter characteristic diagram (inlet jet oscillations frequency- inlet jet velocity) are extracted.

    Keywords: Fluidic Oscillator Duct, Turbulence Numerical Simulation, K, ε SST, Pressure Sensor
  • Nasser Baharloo Hooreh Pages 43-58
    In this study, the geometrical changes at cathode electrode in proton exchange membrane (PEM) fuel cell has been considered by inserting baffle plates across the channel. The effects of the blockage with various gap ratios, shape, thickness and numbers of the baffle plates, and the porosity of the diffusion layer on the oxygen transport and the pressure drop across the channel length are explored. It is revealed that partially blocked oxygen channel with rectangular baffle has the most velocity and oxygen concentration in the gas diffusion layer/catalyst layer interface than that of the other shape of plates; however results in a penalty of high pressure-loss. Increasing the porosity of gas diffusion layer (GDL), baffle plate thickness and baffle number and/or reducing the gap size in order to enhance the reactant gas transport result in pressure loss. Here, among the parameters considered, the porosity of GDL, gap ratio and plate number have the most remarkable impact on the oxygen transport to GDL and variation in pressure drop.
    Keywords: PEM Fuel Cell, Blocked Channel, Oxygen Transport, Pressure Drop, CFD
  • Mehrdad Jabbarzadeh, Mahmood Khosravi Pages 59-73
    In this paper, the thermal buckling behavior of circular plates with variable thicknesses made of bimorph functionally graded materials, under uniform thermal loading circumstances, considering the first-order shear deformation plate theory and also assumptions of von Karman has been studied. The material characteristics are symmetric to the middle surface of the plate and, based on the power law, vary along with thickness; where the middle surface is intended pure metal, and the sides are pure ceramic. In order to determine the distribution of pre-buckling force in the radial direction, the membrane equation is solved using the shooting method. And the stability equations are solved numerically, with the help of pseudo-spectral method by choosing Chebyshev functions as basic functions. The numerical results in clamped and simply supported boundary conditions and the linear and parabolic thickness variations are presented. And the influence of various parameters like volume fraction index, the thickness profile and side ratio on the buckling behavior of these plates has been evaluated.
    Keywords: Thermal buckling, Circular plate of variable thickness, functionally graded materials, pseudo, spectral method
  • Behzad Jabbaripour Pages 74-86
    γ–TiAl intermetallic has outstanding properties such as high resistance against fatigue, oxidation, corrosion, creep, dynamic vibration and high working temperature. These intermetallics are applied in aerospace and automotive industry, turbojet engines and blade manufacturing. In this paper, powder mixed electrical discharge machining (PMEDM) of γ–TiAl intermetallic by means of different kinds of powders including Al, SiC, Gr, Cr and Fe is investigated to compare the output characteristics of the process such as surface roughness, tool wear rate, material removal rate and surface topography with each other. This is an experimental investigation, by means of die sinking EDM machine and a special tank for machining. The results indicate that, aluminum powder as the most appropriate kind of powder in the optimum particle concentration of 2 g/l, improves the surface roughness about 32% comparing with conventional EDM, decreases the tool wear rate about 19%, but decreases the material removal rate about 7.5% and also the Al powder leads to improving the machined surface topography and decreasing the surface defects and micro cracks.
    Keywords: Powder Mixed Electrical Discharge Machining, γ–TiAl Intermetallic, Surface Roughness, Material Removal Rate, Tool Wear Rate
  • Pages 87-101
    In this paper, the homotopy analysis method is used to nonlinear free vibration analysis of a mechanical and thermal loaded functionally graded beam on nonlinear elastic foundation. At first, the governing partial differential equation of the problem has been derived based on the Euler-Bernoulli theory and the Von-Karman strain-displacement relationship. Then, it was reduced to a nonlinear ordinary differential equation via the Galerkin method. The homotopy analysis method which has high accuracy was implemented in order to obtain a closed form solution and study the problem parametrically. The accuracy of the proposed method is verified by those available in literatures. The numerical results demonstrate that proposed method yields a very rapid convergence of the solution as well as low computational effort. Finally, the effects of different parameters such as amplitude, linear and nonlinear elastic foundation, thermal and mechanical loads and boundary conditions were investigated on the beam vibration and their results are presented for future work.
    Keywords: Nonlinear vibration, Winkler, Pasternak Foundation, Functionally Graded Beam, Euler, Bernoulli theory, Homotopy analysis method
  • Seyed Jalal Aldin Seyedalian, Said Mahjob Moghadas Pages 102-111
    Automotive crankshafts are subjected to fluctuating torques due to periodic strokes in the cylinder. The gas-forces and inertial-forces due to the reciprocating masses will contribute to the excitation forces on the crankshaft system. The forces cause alternative torque on the crankshaft and cause vibration on the motor which cause noise and shake in the vehicle. Therefore, it’s necessary that was determined crankshaft dynamic behaviour. Although most physical structures are continuous, their behaviour can usually be represented by a discrete parameter model. In this paper, torsional vibration was determined with theoretical, analytical and experimental analysis on the Peugeot and Renault vehicle. For Solution of theoretical analysis, was used of B.I.C.E.R.A formula [1] and natural frequency for analytical analysis obtained with ANSYS software. Then, theoretical and analytical procedure compared with the experimental model, to obtain optimization model and with the best model, influence of torsional vibration was determined on the engine speed.
    Keywords: Torsional vibration, Crankshaft, natural frequency, Degree of freedom
  • Ehsan Sheibani, Majid Mirzaei Pages 112-121
    Gaseous detonation in tubes produces moving pressure-thermal waves. A gaseous detonation consists of a shock wave and a reaction zone that are tightly coupled. The speed, pressure, and temperature of the products of detonation depend on the type and amount of the initial mixture. The maximum pressure of mechanical wave caused by detonation can be as high as 20-30 times the ambient pressure and temperature of gas in detonation may exceed 2000°C. The mechanical shock waves can cause oscillating strains in the tube wall, which can be several times higher than the equivalent static strains. On the other hand, the passage of the heat wave produces thermal stresses in the tube wall. In the current study the resulting mechanical and thermal stresses have been assessed using numerical simulations. In practice, the mechanical and thermal displacements have been computed separately. Finally, the combined effects of mechanical and thermal stresses caused by gaseous detonation have been simulated.
    Keywords: pulse detonation engine, vibration, mechanical stress, thermal stress, numerical simulation
  • S.M.H. Seyedkashi, Young Hoon Moon Pages 122-131
    Due to the strict emission standards and fuel consumption restrictions, automotive industry is greatly interested in warm tube hydroforming of aluminum and magnesium alloys. The main shortcoming of these alloys is their inferior formability at room temperature, which can be improved by forming at temperatures below the crystallization temperature. Because of the complex nature of forming at high temperatures, the proper determination and control of forming parameters are very important in fulfillment of the process. In this paper, the effects of tube geometry, bulge height, corner fillets and strain rate are investigated on optimal internal pressure and axial feeding loading paths, which are required for successful hydroforming of annealed AA6061 tubes at 300 °C. A new method based on simulated annealing algorithm is developed for optimization of pressure and feed loading paths. Numerical results are discussed, verified and validated by experiments. A good agreement is observed between numerical and experimental results.
    Keywords: warm tube hydroforming, simulated annealing, loading path, internal pressure, axial feeding
  • Seyyed Arash Seyyed Shams Taleghani Pages 132-145
    This paper deals with experimental measurements of the instantaneous ionic wind velocity induced by Dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuator in quiescent air at atmospheric pressure. A parametric study has been performed in order to increase the velocity of the ionic wind induced by the DBD actuators. The electrical and mechanical characteristics of the plasma actuator have been studied under different conditions. The main objective of this work was to help to optimize the geometrical and electrical parameters to obtain more effective ionic wind for flow control. The time averaged velocity profiles of the ionic wind show that the position of the maximum velocity come near the surface by increasing the excitation frequency. Our results indicate that the DBD plasma actuators generate vortices at the same frequency of the excitation frequency of the applied high voltage. The power, of the vortices that are shed from the actuators, increases by increasing duty cycle percentage. Unlike other similar works in this field, this study has examined the behavior of unsteady plasma actuator.
    Keywords: Plasma actuator, Active control, DBD, Duty cycle, Excitation frequency
  • Ali Valipour Chahardah Cherik Pages 146-153

    Cavitation is changing liquid phase to gas phase due to decreasing local pressure of flow induced by increasing local velocity. In situation of maximum velocity, some bubbles that contain air and vapor are produced and traveled from point of high pressure to lower pressure, so bubbles are destroyed rapidly and produce acoustic noise. Providing sufficient numerical model for simulation of acoustic waves induced by cavitation or supercavitation is so important for monitoring and controlling of these phenomena. For analyzing propagation of acoustic waves in fluid, sound is part of fluid dynamics, so momentum, energy and mass conservation equations like fluid dynamics are basics equation for identification of supercavitation. In this paper, to provide a numerical model contains hydrodynamic and acoustic parts of fluid dynamics, first by using scaled analysis, non dimensional forms of conservation equations are generated. Then by using perturbation method and considering acoustic term as a term in lower order than hydrodynamic term, conservation equations can be separated to two group equations with different orders. Leading order is hydrodynamic equations and first order is acoustic form of conservation equations. Results in first order equation show coupling of acoustic terms with hydrodynamic terms of fluid flow.

    Keywords: Perturbation, Acoustic, Scaled Analysis, Modeling
  • Seyed Abdorahim Atashipour, Hamid Reza Mirdamadi, Rasoul Amirfattahi, Saeed Ziaei, Rad Pages 154-164

    In this study, the structural health of a thick steel beam, made of ST-52, is inspected by ultrasonic guided wave propagation method using piezoelectric wafer active sensors that is one of the most important techniques of on-line structural health monitoring. The key parameters of the diagnostic waveform such as excitation frequency and cycle number are determined in relation to beam dimensions as well as pulse-echo configuration of PZT active sensors attached to the beam. Finite element simulations were conducted to characterize wave propagation in the beam, and the signals of wave propagation were experimentally measured. For signal processing and feature extraction, continuous wavelet transform and scaled average wavelet power technique are used. Using the extracted features, probable existing damage in the structure is detected, localized, and intensified. The acquired results are representing a higher precision of the implemented method for damage identification and characterization with respect to a previous study.

    Keywords: Structural Health Monitoring (SHM), On, line monitoring, Ultrasonic guided waves, Thick steel beam, Wavelet transform