فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 11 (بهمن 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 11 (بهمن 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/10/03
  • تعداد عناوین: 14
|
  • محمد اسماعیل گلمکانی، lصطفی امامی صفحات 1-14
    هدف از این تحقیق تحلیل غیر خطی خمش و کمانش صفحات حلقوی از جنس مواد تابعی با تغییرات خواص در راستای شعاعی تحت بار مکانیکی به کمک روش رهایی پویا می باشد. خواص مکانیکی صفحه ی تابعی در جهت شعاع با استفاده از مدل موری- تاناکا تعیین شده است. معادلات غیر خطی با استفاده از تئوری تغییر شکل های برشی مرتبه اول و فرضیه ی تغییر شکل های بزرگ فون کارمن ارائه می گردد. برای حل معادلات غیر خطی از روش رهایی پویا و روش تفاوت های محدود استفاده شده است. با توجه به عدم وجود تحقیقی مشابه برای خمش و کمانش صفحات گرد تابعی با تغییرات خواص در راستای شعاعی، برخی از نتایج با پاسخهای بدست آمده از نرم افزار المان محدود آباکوس برای صفحات تابعی مقایسه شده است. همچنین به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با برخی گزارش های موجود در مقالات برای صفحات حلقوی همسانگرد پرداخته شده است و مطابقت خوب بدست آمده حاکی از صحت و دقت روش عددی بکار رفته می باشد. در انتها اثرات پارامترهای مختلفی همچون شرایط مرزی گوناگون، تاثیر توان ماده تابعی، نسبت ضخامت به شعاع خارجی، نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی برای خمش و کمانش صفحات بررسی شده است.
    کلیدواژگان: خمش، کمانش، روش رهایی پویا، مواد تابعی، تئوری برشی مرتبه اول
  • امیررضا شاهانی، حامد معیری کاشانی، محمد سالاری صفحات 15-29
    به منظور تحلیل خستگی پوسته های استوانه ای تقویت شده ابتدا می بایست میدانهای تنش و کرنش در آنها را محاسبه نمود. با توجه به غیر خطی بودن تحلیل، هزینه تحلیل اجزاء محدود مسئله به کمک المانهای جامد بسیار بالا می باشد. از طرفی چنانچه این مسئله با استفاده از المانهای پوسته ای مدلسازی شود، پرچ ها و پیچ ها را نمی توان به صورت واقعی مدل کرد. در این مقاله، به منظور تحلیل تنش مسئله از تکنیک زیر مدلسازی پوسته به جامد استفاده شده است. بدین صورت که در ابتدا پوسته استوانه ای تقویت شده مذکور به کمک المانهای پوسته ای مدلسازی شده که در این حالت تمامی اتصالات به صورت المانهای فنر در نظر گرفته شده اند. سپس با استفاده از این تکنیک به مدلسازی نواحی بحرانی مسئله به کمک المانهای جامد پرداخته شده که در این حالت اتصالات به صورت سه بعدی در نظر گرفته شده اند. پس از محاسبه میدانهای تنش و کرنش در سازه، تحلیل خستگی چند محوره از دیدگاه صفحه بحرانی برون-میلر صورت گرفته است. بدین منظور با کدنویسی در نرم افزار آباکوس، ابتدا صفحه بحرانی همه المانها مشخص شده و سپس با محاسبه کرنش های نرمال و برشی روی صفحه بحرانی، عمر هر المان پیش بینی شده است.
    کلیدواژگان: پوسته های استوانه ای تقویت شده، تکنیک زیر مدلسازی پوسته به جامد، تحلیل خستگی چند محوره، معیار صفحه بحرانی برون، میلر
  • محمد علی اردکانی، محمد علی رنجبر صفحات 30-40
    یکی از عوامل محیطی تاثیرگذار بر عملکرد برج خنک کن خشک میزان وزش باد محیط می باشد. براساس تحقیقات انجام شده وزش باد باعث کاهش راندمان برج خنک کن خشک تا حدود 20% می شود. لذا مطالعات و تحقیقات زیادی در جهت بهبود کارایی برج های خنک کن انجام شده است. اگرچه تحقیقات گوناگون به روش های تجربی و عددی انجام شده است، ولی بسیاری از داده های به دست آمده دارای اعتبارسنجی مناسب نبوده و نیاز است که تحقیقات میدانی مناسبی انجام پذیرد. به این منظور نیاز است تا الگوی جریان هوا در اطراف قسمت پایین برج خنک کن و داخل دلتاها بررسی شود. در این تحقیق که از نوع میدانی می باشد، الگوی جریان هوا در اطراف قسمت پایین برج و درون دلتاهای برج خنک کن نیروگاه منتظر قائم مورد ارزیابی قرار گرفته است. با بررسی نتایج مشخص گردید که جریان در اطراف قسمت پایین برج خنک کن فاقد جدایش می باشد. سکتورهای در جهت باد و پشت به آن دارای بیشترین بازدهی و سکتورهای مماس به باد دارای کمترین بازدهی می باشند که این موضوع ناشی از الگوی جریان ورودی به دلتا می باشد به طوریکه جریان در دلتاهای مناسب به صورت یکنواخت وارد رادیاتور می شود ولی در دلتاهای بحرانی یک حرکت گردابه مانند دارد و فقط مقدار کمی از آن وارد رادیاتور می شود.
    کلیدواژگان: برج خنک کن خشک، مرئی سازی، سرعت جریان هوا، اندازه گیری میدانی
  • مهدی معرفت، نوید مروت صفحات 41-54
    هدف اصلی در طراحی سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع تامین شرایط آسایش حرارتی می باشد. در تحقیق حاضر، عملکرد سیستم تهویه لایه ای و سیستم سرمایش تابشی سقفی به صورت جداگانه و در ترکیب با یکدیگر به منظور تامین شرایط آسایش حرارتی کلی و موضعی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، به بررسی و تحلیل پارامترهای PMV (میانگین آرای گروه بزرگی از افراد)و PPD (درصد نارضایتی حرارتی افراد) به عنوان دو شاخص آسایش حرارتی کلی پرداخته شده است. همچنین اختلاف دمای هوا در جهت عمودی و ریسک کوران حرارتی نیز به عنوان دو شاخص نارضایتی حرارتی موضعی، مورد مطالعه قرار گرفته اند. براساس نتایج تحقیق حاضر، ترکیب تهویه لایه ای و سرمایش تابشی سقفی موجب توزیع یکنواخت تر شرایط آسایش حرارتی کلی نسبت به کاربردجداگانه هر یک از سیستم ها می شود. همچنین اختلاف دمای هوا در جهت عمودی کاهش یافته و ریسک کوران حرارتی نیز وجود ندارد. از این رو ترکیب سیستم تهویه لایه ای با سرمایش تابشی سقفی به عنوان راهکاری نوین و کاربردی، توانایی تامین شرایط آسایش حرارتی کلی و موضعی را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: تهویه لایه ای، سرمایش تابشی سقفی، آسایش حرارتی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • محمود مهرداد شکریه، وهاب احمدی جنیدی صفحات 55-63
    نانوکامپوزیت گرافن/پلی پروپیلن، ماده نسبتا جدیدی است که خواص مکانیکی آن هنوز به طور جدی مورد مطالعه قرار نگرفته است. برای رسیدن به خواص مطلوب نانوکامپوزیت گرافن/پلی پروپیلن، توزیع یکنواخت نانوصفحات گرافن درون پلی پروپیلن دارای اهمیت ویژه ای است. در این تحقیق برای غلبه بر مشکل توزیع نانوذرات درون زمینه پلیمری از روشی که توسط کالایتزیدو و همکارانش برای توزیع گرافیت های ورقه ورقه شده در محیط پلی پروپیلن ابداع گردیده، ایده گرفته شده است. در این تحقیق پودر پلی پروپیلن توسط نانوگرافن پوشش دهی اولیه شده و سپس با انجام عملیات اختلاط ذوبی و تزریق پلاستیک، قطعه نانوکامپوزیت ساخته شده است. نانوکامپوزیت های گرافن/پلی پروپیلن با درصدهای وزنی 5/0، 1 و 2 گرافن، به این روش ساخته شده و خواص کششی آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. افزایش مناسب مدول یانگ و تنش تسلیم در درصدهای وزنی بسیار پایین گرافن بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که روش پوشش دهی اولیه پلی پروپیلن، روش مناسبی برای ساخت نانوکامپوزیت گرافن/پلی پروپیلن می باشد. لذا توسط این روش می توان به توزیع مناسب ذرات نانو گرافن درون پلی پروپیلن دست یافت.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، گرافن، پلی پروپیلن، خواص کششی، مشخصه سازی آزمایشی
  • مهدی محمدی مهر، محمد سالمی، حسین نصیری، حسن افشاری صفحات 64-76
    در این مقاله، تاثیر حرارت روی خیز، بار کمانش بحرانی و فرکانس طبیعی تیر اویلر- برنولی غیرمحلی بر بستر الاستیک وینکلر- پاسترناک مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات حرکت تیر اویلر- برنولی بر بستر الاستیک پاسترناک تحت تاثیر بار حرارتی با استفاده از روش انرژی بدست می آید. روش ریتز برای حل معادلات حاکمه حرکت استفاده می شود. با استفاده از این روش، ماتریس های جرم، سختی و سختی کمانشی حاصل می شود. سپس تاثیر حرارت، شرایط مرزی مختلف، ثابت فنری نوع وینکلر، ثابت برشی نوع پاسترناک و پارامتر غیر محلی روی خیز، بار کمانش بحرانی و فرکانس طبیعی بدون بعد تئوری تیر اویلر- برنولی بررسی می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش ثابت فنری وینکلر و ثابت برشی پاسترناک مقدار خیز بی بعد در تیر کاهش و فرکانس طبیعی و بار کمانش بحرانی بی بعد افزایش می-یابند. درحالیکه با افزایش حرارت در تیر اویلر- برنولی غیرمحلی بر بستر الاستیک وینکلر- پاسترناک مقدار خیز بی بعد در تیر افزایش و فرکانس طبیعی و بار کمانش بحرانی بدون بعد کاهش می یابند. همچنین با اضافه شدن ثابت فنری وینکلر و ثابت برشی پاسترناک شکل مودهای پایین تر در تیر اویلر- برنولی غیرمحلی بر بستر الاستیک وینکلر- پاسترناک حذف شده و جای خود را به مودهای بالاتر می دهند.
    کلیدواژگان: کمانش، ارتعاشات، خیز تیر اویلر، برنولی غیر محلی، بستر الاستیک پاسترناک، روش ریتز
  • امین صالحی، مرتضی منتظری، احسان محمدی صفحات 77-87
    واحد کنترل سوخت موتور جت (FCU) در طی چند سال گذشته در آزمایشگاه شبیه سازی و کنترل سیستم های دانشگاه علم و صنعت ایران، طراحی و ساخته شده است و در حال حاضر در مرحله ی تست سخت افزار در حلقه قرار گرفته است. با توجه به اینکه در دستگاه تست FCU، موتور جت به صورت واقعی وجود ندارد لذا از یک موتور القایی به عنوان عملگر واسطه استفاده شده است تا از طریق آن بتوان میزان دور بدست آمده از نتایج شبیه سازی موتور جت را به پمپ دنده ای FCU منتقل کرد. در این مقاله، کنترل سرعت این موتور القایی مطابق با شرایط دستگاه تست ارائه شده است. بدین منظور از روش شناسایی سیستم برای مدل سازی اجزای بکار رفته در سیستم کنترل سرعت موتور القایی استفاده گردیده و مدل ارائه شده با استفاده از نتایج بدست آمده از تست عملی مورد ارزیابی قرار گرفت. این مدل جهت طراحی کنترلر فازی- عصبی- تطبیقی (ANFIS) استفاده شده است و با بکارگیری الگوریتم علف های هرز مهاجم (IWO) به عنوان یک ابزار قدرتمند کاوش در فضاهای جستجوی وسیع و نامنظم به تنظیم پارامترهای این کنترلر پرداخته شده است. کنترلر طراحی شده بر روی سیستم واقعی پیاده سازی گردید. نتایج بدست آمده از شبیه سازی و پیاده سازی کنترلر طراحی شده نشان دهنده عملکرد مناسب کنترلر ANFIS طراحی شده با الگوریتم IWO می باشد.
    کلیدواژگان: واحد کنترل سوخت موتور جت، شناسایی سیستم، کنترلر ANFIS، الگوریتم بهینه یابی IWO
  • عبدالرحمان دادوند، مهدی نویدبخش، سهیلا قریشی نجف آباد، مسعود بقال نژاد صفحات 88-98
    در این تحقیق، حرکت و تغییر شکل یک گلبول قرمز در جریان تراکم ناپذیر و لزج با استفاده از ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش مرز غوطه ور شبیه سازی می گردد. برای حل میدان جریان سیال از روش شبکه بولتزمن و برای شبیه سازی دینامیک گلبول قرمز از روش مرز غوطه ور استفاده می شود. گلبول قرمز به صورت یک مرز ارتجاعی غوطه ور در جریان سیال در نظر گرفته می شود. مزیت اصلی روش شبکه بولتزمن این است که در آن برخلاف روش های متداول دینامیک سیالات محاسباتی که در آنها معادلات دیفرانسیلی حل می شوند فقط یک معادله جبری حل می شود. همچنین در روش مرز غوطه ور میدان جریان سیال با یک شبکه بندی اویلری منظم گسسته می شود در حالیکه جسم غوطه ور در مختصات لاگرانژی نشان داده می شود. در حالت کلی، نقاط شبکه اویلری بر نقاط لاگرانژی منطبق نمی باشند. بر هم کنش بین سیال و مرز غوطه ور با استفاده از یک شکل مناسب تابع دلتای دیراک مدل می شود. اثرات شرط مرزی عدم لغزش با افزودن یک جمله نیرو به عنوان چشمه به معادلات ناویر-استوکس (در اینجا معادله شبکه بولتزمن) در نظر گرفته می شود. در این مطالعه، حرکت چرخشی گلبول قرمز خون در جریان برشی شبیه سازی می گردد که نتایج حاصل توافق خوبی با نتایج تجربی و عددی موجود دارد.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمن، مرز غوطه ور، جسم ارتجاعی، اندرکنش، حرکت چرخشی
  • مهدی مقصودی، عبدالحسین پورطبیب صفحات 99-109
    در این تحقیق به بررسی پایداری یک تیر خمیده ساندویچی با رویه های ایزوتروپیک و هسته قابل انعطاف پرداخته می شود. در استخراج معادلات حاکم، از فرض تئوری کلاسیک برای رویه ها و از معادلات الاستیسیته در مختصات قطبی برای هسته استفاده شده است. ساختار تیر معمولی است و شامل دو رویه بالا و پایین از جنس فلز یا کامپوزیت لایه ای متقارن و یک هسته نرم ساخته شده از فوم یا لانه زنبوری با استحکام کم می باشد. معادلات غیرخطی حاکم با در نظر گرفته روابط کرنش- تغییر مکان ون- کارمن حاصل شده است. در تحلیل پیش از کمانش از اثرات دوران صرف نظر شده است. بدین ترتیب لحظه پیش از کمانش بر مبنای حل خطی معادلات تعادل به دست می آیند. برای استخراج معادلات پایداری از معیار نقطه مجاورت استفاده شده است. با در نظر گرفتن شرایط مرزی لولایی متحرک، از بسط های مثلثاتی مناسب برای ارضای شرایط مرزی استفاده شده است. مقدار بار بحرانی گسترده به صورت جواب بسته به دست آمده است. اثر پارامترهای مختلف بر روی مقدار بار بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که این تحقیق و بررسی برای اولین بار است که انجام می پذیرد.
    کلیدواژگان: پایداری مکانیکی، تیر خمیده ساندویچی، هسته قابل انعطاف، بار یکنواخت
  • سیدعلی صدوق ونینی، میثم موری شیربانی صفحات 110-121
    در این مقاله، چقرمگی شکست فولادهای مرتبه ای آستنیتی-مارتنزیتی تولید شده با روش ذوب دوباره ی سرباره ای الکتریکی در حالت چیدمان توقف کر ترک لایه ها با روش های تجربی و تحلیلی بررسی شده است. نمونه ها شامل فاز آستنیت به همراه لایه مارتنزیت می باشد. مدول یانگ و ضریب پواسون نمونه ها ثابت فرض شده است در حالی که سایر خصوصیات مکانیکی مانند تنش تسلیم و توان کار سختی در راستای ضخامت نمونه ها به صورت نمایی تغییر می کند. در بررسی تحلیلی، با از روش اصلاح شده خطوط باربرداری برای محاسبه مقدار بحرانی انتگرال J در نمونه های ترک دار خمش سه نقطه ای استفاده شده است، در حالی که نمونه های استاندارد با طول ترک های مختلف از روش تجربی آزمایش شده اند. اثر اندازه طول ترک بر روی چقرمگی شکست نیز مطالعه شده است. مشاهده شد که به هنگام نزدیک شدن نوک ترک به لایه مارتنزیت، چقرمگی شکست نمونه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. نتایج بدست آمده از مدل ارائه شده در توافق مناسبی با نتایج تجربی می باشد.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، فولادهای مرتبه ای، حالت توقف گر ترک، ذوب دوباره ی سرباره ای الکتریکی، انتگرال J
  • علی صابری مهر، امیر سرورالدین آبادی، سید محمد سید محمودی صفحات 122-138
    در این مقاله یک چرخه تبرید گکس اجکتوری پیشنهاد و عملکرد ترمودینامیکی آن با چرخه های تبرید تک اثره اجکتوری، گکس ساده، و تک اثره ساده مقایسه شد. برای اجکتور، بر اساس تئوری کینان و بهرهگیری از مدلهای ارائه شده در ادبیات فن، مدل جدیدی ارائه و اعتباردهی شد و سپس با مدلهای توسعه داده شده در نرم افزار ای ای اس (جهت شبیه سازی فرایندها در چرخه ها) ترکیب شد. با بدست آوردن نسبت سطح مقطع بحرانی بهینه برای اجکتور، سه اجکتور با مشخصات فوق، برای بکارگیری در چرخه تبرید گکس اجکتوری و تبرید تک اثره اجکتوری انتخاب شدند. با تغییر دماهای اواپراتور و ژنراتور عملکرد این چرخه ها از نقطه نظر قوانین اول و دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان میدهد که بازده قانون اول و دوم چرخه گکس اجکتوری به ترتیب در حدود 25 و 16 درصد نسبت به چرخه تبرید جذبی تک اثره اجکتوری، در شرایط یکسان، افزایش می یابد. همچنین مشاهده می شود که برای چرخه ترکیبی گکس- اجکتوری، افزایش دمای ژنراتور ابتدا باعث افزایش و سپس باعث کاهش قانون اول و دوم می شود در حالی که در شرایط مشابه افزایش دمای ژنراتور منجر به کاهش بازده قانون اول و دوم چرخه تبرید تک اثره اجکتوری میشود.
    کلیدواژگان: اجکتور، تبریدجذبی، چرخه گکس، ضریب عملکرد، اگزرژی
  • محمدحسن شجاعی فرد، ابوالفضل خلخالی، مجتبی طهانی، بهزاد سلیمیان صفحات 139-149
    عملکرد پمپ های گریز از مرکز بسیار متاثر از مقدار لزجت سیال عبوری از آنها می باشد. از اینرو بهینه سازی پمپ گریز از مرکز جهت بکارگیری سیال با لزجتهای مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله بهینه سازی چند هدفی پروانه پمپ گریز از مرکز برای کار در دبی های حجمی و لزجتهای مختلف سیال عبوری از آن انجام شده است. در این فرایند توابع هدف بکارگرفته شده تابع هد تئوری و اتلافات هیدرولیکی پروانه می باشند. زاویه ی خروجی پره و پهنای خروجی پاساژ پره بعنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته می شوند. نمودار پارتو و فضای متغیرهای طراحی بهینه حاصل از بهینه سازی چند هدفی برای ویسکوزیته های سینماتیکی و دبی حجمی های مختلف ترسیم شده است و مقادیر نقاط بهینه ی پیشنهادی برای متغیرهای طراحی با استفاده از روش نقطه ی شکست، روش تاپسیس و روش نزدیکترین نقطه به نقطه ی ایده آل بدست آمده است. این نقاط پیشنهادی حاوی نکات قابل توجه برای طراحان پمپ هستند که بدون استفاده از بهینه سازی چند هدفی قابل محاسبه نبودند.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، هد تئوری، اتلافات هیدرولیکی پروانه، زاویه ی خروجی پره، پهنای پاساژ چرخ متحرک
  • ابوالقاسم ذبیح الله ، محمدحسین پل، علی سلک غفاری، سامان مومنی صفحات 150-153
    تیرهای کامپوزیت لایه لایه در بسیاری از کاربرد های مهندسی از جمله پره های هلیکوپتر، پره های توربین بادی و بازوهای روبات بطور وسیع استفاده می شود. افزایش مقاومت و قابلیت اطمینان از پایداری سازه در این کاربردها از اهمیت بالایی برخوردار است. بیشتر پژوهش های موجود در این زمینه محدود به درصد پایین دزات نانو می باشد. در این مقاله اثرات اضافه نمودن ذرات نانو به رزین بر رفتار دینامیکی تیر کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفته است. در جریان ساخت سازه ذرات نانو با درصدهای 0%، 2%، 3%، 5%، 7%، 10%، به رزین اضافه شده است. به منظور اطمینان از عملکرد مناسب سازه در شرایط کاری، آزمایشهای مختلفی برروی تیرهای ساخته شده بروش فوق انجام گرفته است. پاسخ دینامیکی سازه در شرایط بار مختلف و درصدهای مختلف نانو بررسی شده است. مشاهده شد که افزایش ذرات نانو تا 3% موجب افزایش فرکانس طبیعی و بیش از این مقدار تا 7% تغییرات عمده ای در فرکانس طبیعی روی نمی دهد. درسازه های با 10% نانو فرکانس طبیعی بشدت کاهش می یابد ولی در عوض ضریب میرایی بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: تیرهای لایه لایه، ذرات نانو، فرکانس، ضریب میرایی
  • سید میثم سجادی، محمدرضا علی گودرز، هادی کرابی صفحات 154-160
    با توجه به اینکه جریان در کمپرسور تحت تاثیر گرادیان فشار مثبت می باشد و طبیعت جریان در کمپرسور بسیار پیچیده می باشد، از این رو طراحی آیرودینامیکی دقیق پره های کمپرسور که وظیفه انتقال کار به جریان را دارد، بسیار مهم می باشد. در این تحقیق، تاثیر تغییرات زاویه استگر پره روتور بر روی منحنی های عملکردی یک کمپرسور محوری گذرصوتی برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به ماهیت بسیار پیچیده جریان در کمپرسورها برای شبیه سازی از روش سه بعدی که بالاترین دقت را در بین روش های تحلیل دارد، استفاده شد. برای این کار یک کد عددی با دقت بالا که قادر به حل معادلات ناویر استوکس رینولدز-متوسط است، مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه نتایج کد عددی با نتایج آزمایشگاهی کمپرسور محوری تطابق بسیار خوبی را نشان داد که این نشان دهنده صحت کد عددی می باشد. پس از حصول اطمینان از کارکرد کد عددی تاثیر تغییرات پیچش پره روتور طبقه اول بر روی پارامترهای عملکردی کمپرسور محوری با استفاده از کد اعتبار سنجی شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پیچش پره روتور سبب کاهش راندمان و نسبت فشار در کمپرسور محوری می گردد.
    کلیدواژگان: کمپرسور محوری، زاویه استگر، راندمان، دینامیک سیالات محاسباتی
|
  • Pages 1-14
    The main purpose of this study is to investigate nonlinear bending and buckling analysis of radially functionally graded annular plates subjected to uniform in-plane compressive loads by Dynamic Relaxation method. The mechanical properties of plates assumed to vary continuously along the radial direction by the Mori–Tanaka distribution. The nonlinear formulations are based on first order shear deformation theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The dynamic relaxation (DR) method combined with the finite difference discretization technique is employed to solve the equilibrium equations. Due to the lack of similar research for the bending and buckling of functionally graded annular plates with material variation in the radial direction، some results are compared with the ones obtained by the Abaqus finite element software. Furthermore، some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature for annular isotropic plates. The achieved good agreements between the results indicate the accuracy of the present numerical method. Finally، numerical results for the maximum displacement and critical buckling load for various boundary conditions، effects of grading index، thickness-to-radius ratio and inner radius -to-outer radius ratio are presented.
    Keywords: Bending, Buckling, Dynamic relaxation, Functionally graded material, First order shear deformation theory
  • Pages 15-29
    In order to analyze fatigue life of reinforced cylindrical shells، it is necessary to calculate stress and strain fields of the structure. The cost of three dimensional stress analysis of this structure is very high with respect to its geometric complexity. So the stress analysis of the problem is performed by shell-to-solid sub-modeling technique. For this purpose، the reinforced cylindrical shell is modeled using shell elements at first، which in this case all the bolts، rivets and spot welds are considered as bushing elements. Afterwards the candidate critical zones are modeled using 3D solid elements with the help of shell-to-solid sub-modeling technique and all the connections are also modeled using 3D elements. Then the fatigue life of the problem under multi-axial loading is estimated by Brown-Miller criterion. For this purpose a special script in ABAQUS software has been used.
    Keywords: Reinforced cylindrical shells, Shell, to, Solid Sub, modeling, Multi, axial Fatigue, Brown, Miller Criterion
  • Mohammadali Ranjbar Pages 30-40
    Wind is one of the factors influencing the performance of the dry cooling tower. According to research، wind will decrease the efficiency of dry cooling tower about 20%. Therefore، many studies have been done to improve the performance of dry cooling towers. Although various numerical methods and wind tunnel studies have been conducted، but the data obtained has not been properly validated and therefore requires that the appropriate field research done. To study the effect of wind on the performance of dry cooling tower، it is appropriate to model airflow around the cooling tower and the entrance of the deltas. In this research، which is the field research، air flow pattern around the tower and the deltas of Montazar ghaem plant cooling tower has been evaluated. The survey results found that the flow around the cooling tower has no separation. The sectors are positioned in front and back of the wind have the most efficiency and the least efficient sectors that are tangential to the wind. There is a vortex flow pattern in the critical deltas.
    Keywords: Dry cooling tower, Visualization, Airflow velocity, Field measurement
  • Mehdi Maerefat, Navid Morovat Pages 41-54
    The main goal in design of heating، cooling and air conditioning systems is to provide thermal comfort. In present study، performances of radiant cooling ceiling system and stratum ventilation have been studied separately and together to provide the overall and local thermal comfort conditions. Therefore، using computational fluid dynamics، indices PMV (predict mean vote) and PPD (predict percent dissatisfied) has been studied as two overall thermal comfort parameters. Also، vertical temperature gradient and draft risk has been studied as two indices dissatisfaction of local thermal comfort. According to the results of this study، combining stratum ventilation and radiant cooling ceiling caused a uniform distribution of overall thermal comfort conditions. Also vertical temperature gradient decreases and there is no draft risk. Therefore combining stratum ventilation and radiant cooling ceiling is introduced as the new Strategy and application ability to provide the proper conditions to achieve overall and local thermal comfort.
    Keywords: Stratum ventilation, Radiant cooling ceiling, Thermal comfort, Computational fluid dynamics
  • Pages 55-63
    Graphene/Polypropylene nanocomposite is a new material and limited research is performed on mechanical properties of such material. A random distribution of the nano particles in the matrix has a special importance in having proper mechanical properties for Graphene/Polypropylene nanocomposites. To have a uniform distribution of the nano graphene in the polypropylene، a method developed by Kalaitzidou، et al. for distribution of exfoliated graphite in polypropylene is used in this research. In this paper، Polypropylene is coated with graphene and then the nanocomposite specimens are made using melt-blending and injection molding. Polypropylene reinforced with 0. 5، 1. 0 and 2. 0 wt% graphene sheets were prepared and their tensile properties are investigated. Good enhancement of Young’s modulus and yield stress at very low graphene contents are achieved. The results indicate that the mentioned method is suitable for fabrication of graphene/polypropylene nanocomposites، which yields a good dispersion of graphene in the polypropylene.
    Keywords: nanocomposites, graphene, Polypropylene, Tensile properties, Experimental Characterization
  • Pages 64-76
    In this paper، thermal effect on deflection، critical buckling load and vibration of nonlocal Euler-Bernoulli beam on Pasternak foundation using Ritz method is proposed. Equations of motion Euler-Bernoulli beam on Pasternak elastic foundation under thermal load is achieved by using energy method. Ritz method is used to solve the governing equations of motion. By this method، mass، stiffness and hardness buckling matrices are obtained. In this study، the effects of thermal، various boundary conditions، Winkler-type spring constant، Pasternak-type shear constant، non-local parameter on dimensionless deflection، critical buckling load، and natural frequency of Euler-Bernoulli beam theory are assessed. The obtained results indicate that with an increase of Winkler and Pasternak constants، the dimensionless natural frequency and critical buckling load increase، while the dimensionless deflection decreases. However، with increasing the temperature change in nonlocal Euler-Bernoulli beam on Winkler–Pasternak elastic foundation، the dimensionless natural frequency and critical buckling load decrease، while the dimensionless deflection increases. Moreover، with considering Winkler and Pasternak constants، the lower mode shape are removed and replaced with higher mode shapes.
    Keywords: Buckling, vibration, Deflection of Nonlocal Euler, Bernoulli Beam, Pasternak Foundation, Ritz Method
  • Pages 77-87
    Jet engine Fuel Control Unit (FCU) has been manufactured recently in the SSAC laboratory of Iran University of science and technology، and is being tested now using HIL testing. Regarding there is no possibility utilizing a jet engine in this test set; an induction motor was used as an actuator to transit rotation acquired using jet engine real time simulation to the FCU pump. In this paper، the induction motor’s velocity control is presented considering condition for the test set. To do so، system identification method is used to model the components employed in induction motor velocity control system. Then، the model is evaluated using experimental test results. Afterward، it is used to design ANFIS controller، and the controller parameters is adjusted employing IWO optimization algorithm as a strong tool for seeking in vast disorder spaces. Subsequently، the controller designed is implemented on a real system. Results gained using simulation and the designed controller implementation show that ANFIS controller designed using IWO algorithm works appropriately.
    Keywords: Fuel Control Unit, system identification, ANFIS controller, IWO
  • Abdolrahman Dadvand Pages 88-98
    In the present study، the motion and deformation of a red blood cell in the incompressible viscous flow is simulated using the lattice Boltzmann method combined with the immersed boundary method. The lattice Boltzmann method is used to solve the flow field، whereas the immersed boundary method is used to simulate the dynamics of the red blood cell. The red blood cell is considered as an elastic boundary immersed in the fluid domain. The main advantage of the lattice Boltzmann method is that it solves only an algebraic equation. In the immersed boundary method the fluid domain is descretized using a regular Eulerian grid، while the immersed boundary is represented in the Lagrangian coordinates. The Eulerian grid points would not necessarily coincide with the Lagrangian points. The fluid- immersed boundary interaction is modeled using an appropriate form of delta function. The effects of the no-slip condition are taken into account via a forcing term added to the Navier-Stokes Equations (here the lattice Boltzmann equation). In the present study، the tank-treading motion of a red blood cell in the viscous shear flow is simulated. The results are found to be in good agreement with the available experimental and numerical ones.
    Keywords: Lattice Boltzmann, Immersed boundary, Elastic body, Interaction, Tank, treading motion
  • Mehdi Maghsoudi, Abdolhosein Abdi Poortabib Pages 99-109
    The stability analysis of a curved sandwich beam with isotropic skins and flexible core is investigated in this research. Derivation of equations for face sheets is accomplished via the classical theory of curved beam، whereas for the flexible core، the elasticity equations in polar coordinates are implemented. The beam construction consists of two skins (not necessarily identical)، metallic or composite laminated symmetric، and a soft core made of foam or a low-strength honeycomb that is flexible in the vertical direction. Employing the von-Karman type geometrical non-linearity in strain-displacement relations، nonlinear governing equations are resulted. Linear pre-buckling analysis is performed neglecting the rotation effects in pre-buckling state. Stability equations are concluded based on the adjacent equilibrium criterion. Considering the movable simply supported type of boundary conditions، suitable trigonometric solutions are adopted which satisfy the assumed edge conditions. The critical uniform load of the beam is obtained as a closed-form solution. Numerical results cover the effects of various parameters on the critical buckling load of the beam. To the best of the authors'' knowledge، this research is investigated here in for the first time.
    Keywords: Mechanical Stability, Sandwich Curved Beam, Flexible Core, Uniform Load
  • Seyed Ali Sadough Vanini, Meisam Meisam Moori Shirbani Pages 110-121
    In this article، fracture toughness of austenitic–martensitic functionally graded steels fabricated by electroslag remelting with crack arrester layers is investigated by experimental and analytical methods. The material contains austenite phase in addition to martensite layer. The Young’s modulus and the Poisson’s ratio have been assumed to be constant، while other mechanical properties like the yield strength and the strain hardening exponent vary exponentially along the specimen width. In analytical case، unloading compliance method is modified to calculate the critical value of J-integral for cracked three point bend specimens while standard specimens with different crack lengths are tested in experiments. The effect of crack length on the fracture toughness has been studied. It is observed that، as the crack tip goes toward a martensite layer، fracture toughness of the specimen decreases considerably. The obtained results from the proposed model are in good agreement with the experimental results.
    Keywords: Fracture toughness, Functionally graded steels, Crack arrester arrangement, Electroslag remelting, J, integral
  • Pages 122-138
    In this article، a combined GAX-ejector absorption refrigeration cycle is proposed and its performance is compared with those of combined single effect-ejector، simple GAX and single effect absorption refrigeration cycles. For the ejector، based on the Keenan''s theory، a new model is developed and validated and then is combined with the developed models in the EES software (for simulating the processes in the cycles). After obtaining the optimum critical area ratio for the ejector، three different ejectors، with the mentioned specification، are selected for the combined GAX-ejector and combined single effect-ejector cycles. The performance of these cycles is investigated through changing their evaporator and generator temperatures. Results indicate that، at identical conditions، the COP and second law efficiency of the combined GAX-ejector cycle are around 25% and 16% higher than those of the combined single effect-ejector absorption refrigeration cycle. In addition، it is observed that as the generator temperature increases from 140 oC to170oC، the COP and second law efficiency of combined GAX-ejector cycle are maximized at a particular generator temperature. However، at similar condition، an increase in generator temperature results in a decrease of the COP and second law efficiency of combined single effect-ejector refrigeration cycle.
    Keywords: Ejector, Absorption system, GAX cycle, Coefficient of performance, Exergy
  • Mohammad Hassan Shojaeefard, Abolfazl Khalkhali Pages 139-149
    Centrifugal pumps performance is highly affected by working fluid viscosity. So، optimization of such pumps for pumping of viscose fluids is very important. In the present paper، multi-objective optimization of the centrifugal pumps is performed to obtain optimum impellers for pumping fluids with various viscosities at different volumetric flow rates. In this way، theoretical head and impeller hydraulic losses are considered as objective functions. Design variables defined in this optimization problem are passage width of impeller and outlet angle of blade. Diagrams of Pareto fronts and Pareto sets are extracted for different viscosities and different volumetric flow rates. Some trade-off optimum design points are selected from all non-dominated points using three different methods namely break point، TOPSIS and near to ideal point. Such methods are defined completely and employed to achieve compromising point successfully. Obtained optimum points contain interesting results which cannot be achieve without using proposed multi-objective optimization approach.
    Keywords: Centrifugal Pump, theoretical head, Impeller, outlet angle of blade, passage width of impeller
  • Pages 150-153
    In the present work the dynamic response of laminated composite beam reinforced with nano-particles has been investigated. Most of the existing works on the effects of nano-particles on stiffness of the composite structures are limited to very low weight fraction، around 3% to 5%. This work studies the effect of higher percent of Nano particles (up to 10%) on the dynamic behavior of the composite structures via experimental tests. Adding Nano clay up to 3% of weight fraction increases the natural frequency، beyond that up to 5 % the natural frequency slightly decreases and at 10% a sharp reduction in natural frequency is observed. Another feature of importance is the increasing damping coefficient of laminated beam when the amount of nano-particles reaches to 10%.
    Keywords: laminated beams, nano particles, frequency, damping ratio
  • Pages 154-160
    Increasing the pressure in gas turbine cycle is done by Compressor which is one of the most important components of the Gas Turbines. Due to positive pressure gradient، the nature of the flow inside the compressor is complicated and for this reason and because of the duty of the blade for transferring energy to the flow، precise design of the compressor’s blades from the aerodynamic view of point is very important In this study، effects of changes the rotor blade stagger angle on a transonic axial compressor performance curves including efficiency and pressure ratio has been studied. To simulate the complicated three-dimensional flow field in axial compressors، a numerical code is used to solve Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) equations. comparison between numerical results and experimental data shows a good agreement. When numerical code are verified. Then the rotor blade twist changes on axial compressor performance have been studied. The results show that the rotor blades twist leads to decrease in compressor efficiency and pressure ratio.
    Keywords: Axial compressor, Stagger angle, Efficiency, CFD