فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 14 (اسفند 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 14 (اسفند 1392)

  • ویژه نامه
  • تاریخ انتشار: 1392/11/30
  • تعداد عناوین: 18
|
  • فاطمه سوهانی، حمیدرضا ایپکچی صفحات 1-14
    در این مقاله معادلات حاکم بر ارتعاش تیر با خیز نسبتا زیاد به کمک تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول استخراج شده است. این معادلات یک دستگاه معادله دیفرانسیل جزئی غیر خطی با ضرایب ثابت است که به یکدیگر کوپل هستند. پس از بی بعد سازی معادلات، از تئوری اغتشاشات برای تعیین فرکانس های طبیعی تیر و بار کمانش آن استفاده شده است. با انجام مطالعه پارامتری، اثر خواص مکانیکی و هندسی و همچنین تاثیر کرنش نرمال عرضی و بار محوری بر فرکانس طبیعی بررسی شده است. برخی از نتایج به دست آمده بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، هماهنگ با تئوری متداول تیرها بوده و برخی دیگر نیز نتایج متفاوتی را پیش بینی می کنند. فرمول بندی ارائه شده علاوه بر تعیین فرکانس های حرکت عرضی، می تواند فرکانس های حرکت محوری را نیز تعیین کند. فرکانس های طبیعی و بار کمانش با روش اجزای محدود و با به کارگیری المان های یک بعدی و سه بعدی تعیین و با نتایج تحلیلی مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، تحلیل فرکانسی، بار کمانش، تئوری اغتشاشات، خیز نسبتا زیاد
  • فرامرز آشنای قاسمی، علی پور کمالی انارکی، امیر حسین روزبهانی صفحات 15-27
    روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) یکی از قوی ترین روش های عددی است که بر پایه المان محدود بوده ولی فارغ از موقعیت نسبی مش نسبت به ناپیوستگی با قدرت همگرایی خوبی به حل مسائل می پردازد. در این روش با غنی سازی گره ها و افزایش درجات آزادی آنها (از 2 به 4 و حتی در شرایط خاص به 10) به طور مجازی و بدون نیاز به تطبیق مش با هندسه ناپیوستگی، امکان مدلسازی و استخراج روابط حاکم بر محیط فراهم می آید. در این مقاله تاثیر رشد ترک خستگی در ورق ترک دار آلومینیومی توسط این روش بررسی شده است. ورق ترک دار توسط وصله های چندلایه مرکب با لایه های فلزی (FML) یک طرفه در مود ترکیبی تعمیر شده است. آنگاه از روش فوق برای بررسی تاثیر لایه چینی وصله های کامپوزیتی بر روی جابه جایی نقاط دهانه ترک و ضریب شدت تنش و همچنین برای مطالعه تاثیر زاویه ترک بر روی ضریب شدت تنش در ورق تعمیر شده استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که وصله های کامپوزیتی با ترکیب ورق/الیاف/الیاف/آلومینیوم بیشترین تاثیر را در خواص ترمیمی دارد و می تواند ضریب شدت تنش را تا 70 درصد کاهش دهد.
    کلیدواژگان: روش اجزای محدود توسعه یافته، وصله کامپوزیتی FML، ضریب شدت تنش
  • مهدی آهنگر، رضا ابراهیمی، مهرزاد شمس صفحات 28-42
    در این پژوهش یک الگوریتم محاسباتی عددی برای حل معادلات دوبعدی تقارن محوری حاکم بر جریان پلاسمای درون رانشگر، جهت تعیین رفتار جریان سیال و توزیع مشخصه های الکترومغناطیسی، توسعه داده شده است. بدین منظور برای محاسبه بردار شار جابه جایی از روش رو، برای تعیین مشخصه های جریان از روش موج هشتم پاول و برای افزایش دقت حل عددی از روش OMUSCL2 استفاده شده است. با توجه به وجود انبساط های قوی سرعت بالا در مجاورت نوک الکترودها، رابطه اصلاح شده HHT برای جلوگیری از وقوع شوک انبساطی به کار گرفته شده است. به منظور همخوانی بهتر نتایج عددی و تجربی، زیر مدل های شیمیایی و فیزیکی از قبیل مدل یونش چند مرحله ای، اثر هال، اثر ریزناپایداری های میکروسکوپیک، مدل چند-دمایی، معادله حالت واقعی و اثر خواص انتقالی در نظر گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی عددی برای یک رانشگر آزمایشگاهی ارائه شده و توزیع جریان و پتانسیل الکتریکی به دست آمده، در مقایسه با نتایج تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: معادلات هیدرودینامیک مغناطیسی، اثر هال، نیروی لورنتز، انتقال غیرعادی، مدلسازی عددی
  • رضا نوری، مفید گرجی بندپی*، داوود دومیری گنجی صفحات 43-55

    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی در یک کانال سینوسی شکل حاوی نانوسیال تحت میدان مغناطیسی بررسی شده است. میدان مغناطیسی عمود بر کانال اعمال شده است. آب به عنوان سیال پایه در نظر گرفته شده است و نانو ذره مس به آن افزوده می شود. از مدل ماکسول-گرانت برای ضریب رسانش حرارتی و مدل برینکمن برای ویسکوزیته دینامیکی استفاده می شود. تغییر پارامترهایی نظیر اثر شکل هندسی، درصد حجمی نانوسیال، عدد بی بعد هارتمن و عدد بی بعد رینولدز در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهند با افزایش تمام پارامترهای ذکر شده، عدد ناسلت افزایش می یابد. درصد حجمی نانوسیال، بیشتر بر مقادیر ماکزیمم ناسلت محلی در هر طول موج کانال و مقادیر هارتمن، هم بر مینیمم و هم بر ماکزیمم مقدار ناسلت محلی، تاثیر گذار هستند.

    کلیدواژگان: مگنتوهیدرودینامیک، نانوسیال، میدان مغناطیسی، انتقال حرارت، کانال سینوسی
  • مهناز ذاکری، امید بصیری صفحات 56-67
    نانولوله های کربنی، فرم رول شده ورق گرافن هستند که به علت پیوندهای کووالانت موجود در بین اتم های کربن، خواص منحصر به فردی نشان می دهند. در این پژوهش ساختارهای مختلف نانولوله های کربنی با محدوده قطری و طولی گسترده ای مطالعه می شوند تا تاثیر زاویه کایرال بر مدول برشی و خمشی نانولوله ها مشخص گردد. براساس روش مکانیک مولکولی و روش اجزای محدود، پیوندهای کووالانت بین اتم های کربن در نانولوله با المان تیر خطی شبیه سازی می شود. با انجام تحلیل اجزای محدود، تاثیر قطر، طول و زاویه کایرال نانولوله بر روی خواص مکانیکی تحت بارگذاری های پیچشی و خمشی بررسی می شود. نتایج نشان می دهند که نانولوله زیگزاگ کمترین مدول برشی و خمشی را در مقایسه با نانولوله های آرمچیر و کایرال دارا می باشد. نانولوله های کایرال در زوایای کمتر از 17 درجه مدول برشی کمتری نسبت به ساختار آرمچیر دارند، اما در زوایای بزرگتر از 17 درجه، نانولوله های کایرال بیشترین مدول برشی را در مقایسه با دیگر ساختارها دارند. همچنین ساختارهای کایرال مدول خمشی بیشتری نسبت به ساختار آرمچیر و زیگزاگ دارند.
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، زاویه کایرال، مکانیک مولکولی، مدول خمشی، مدول برشی
  • مارال صالحی، امین نیکوبین صفحات 68-80
    در این مقاله طراحی مسیر بهینه برای منیپولاتور با مفاصل انعطاف پذیرارائه می گردد، به گونه ای که ماکزیمم ظرفیت حمل بار بین دو نقطه داده شده در فضای کاری توسط ربات حمل گردد و همزمان ارتعاشات ناشی از انعطاف پذیری مفاصل در طول مسیر نیز کاهش یابد. روش حل بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه می باشد. به این منظور با تعریف مناسب تابع هدف و استخراج معادلات دینامیکی سیستم در فرم فضای حالت، تابع همیلتونین سیستم محاسبه می شود و با استفاده از اصل ماکزیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی استخراج می گردد. به منظور کاهش ارتعاشات در طول مسیر، متغیر های حالت مناسب تعریف می شود و اصلاحی در قانون کنترل بهینه انجام می گیرد به گونه ای که تغییرات ناگهانی در کنترل اعمالی حذف گردد. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش، شبیه سازی برای یک ربات دو درجه آزادی انجام می گیرد. به این منظور بعد از استخراج معادلات، در مرحله اول مساله ماکزیمم ظرفیت حمل بار بدون در نظر گرفتن ارتعاشات حل می شود، و در مرحله دوم با اصلاح تابع هدف، مسیر بهینه با ظرفیت حمل بار بیشینه و دامنه ارتعاشات کمینه بدست می آید و در آخر بحث و بررسی روی نتایج ارائه می شود.
    کلیدواژگان: منیپولاتور، مفصل انعطاف پذیر_ طراحی مسیر بهینه، اصل ماکزیمم پونتریاگن، ماکزیمم ظرفیت حمل بار
  • امیر محمد جدیدی، قاسم حیدری نژاد صفحات 81-93
    جریان آشفته باد بر روی ساختمان بدلیل دارا بودن پیچیدگی های فیزیکی از جمله وجود گوشه های تیز، اثر زمین، وجود گردابه های مختلف و... یکی از بهترین گزینه ها برای ارزیابی روش های توربولانسی می باشد. روش DES و DDES از روش های نسبتا جدید ترکیبی RANS-LES برای شبیه سازی جریان آشفته می باشند که بدلیل ذات ترکیبی آن در نزدیکی مرز از روش RANS و در نواحی دورتر از آن از روش LES استفاده می کنند و متعاقبا زمان اجرای شبیه سازی در آنها نسبت به روش های رایج LES کمتر می باشد. در این مقاله برای ارزیابی روش های DES و DDES، جریان باد بر روی ساختمان در رینولدز 22000 بصورت 3 بعدی و با استفاده از پردازش موازی شبیه سازی شده است و برای صحت سنجی از نتایج تجربی سایر محققین استفاده شده است. همچنین روش مذکور با روش های متداول توربولانسی εk- و اسماگورینسکی نیز مقایسه شده است تا کارآیی آن نسبت به سایر روش های توربولانسی آشکار گردد. نتایج حاکی از آن است که روش DES با شبکه ریز در عین کاهش 26% زمان محاسبات نسبت به مدل اسماگورینسکی، از دقت خوبی به منظور شبیه سازی جریان آشفته غیرقابل تراکم باد بر روی ساختمان برخوردار است.
    کلیدواژگان: جریان باد، جریان آشفته حول ساختمان، مدل DES، روش های RANS، LES، پردازش موازی
  • محمد سفید، احسان ایزدپناه صفحات 94-106
    جریان سیال نیوتنی و غیرنیوتنی تراکم ناپذیر داخل لوله همراه با افزودن ملحقه دیسک بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از روش حجم محدود و روش مختصات منطبق بر مرز استفاده شده است. سیال غیرنیوتنی مورد بررسی لزج خالص بوده و با قانون توانی مدل شده است. تاثیر ضخامت، نسبت منظر، فاصله بین ملحقه ها، شاخص سیال و عدد پرانتل بر انتقال حرارت، افت فشار و نسبت کارایی مطالعه شده و در نهایت نتایج برای سه رینولدز 500، 1000 و 1500 ارائه گردیده است. با توجه به نتایج حاصله مشاهده می شود تاثیر شاخص سیال بر افت فشار و نسبت کارایی (نسبت افزایش کلی) نسبت به سایر پارامترها بیشتر می باشد.
    کلیدواژگان: ملحقه، سیال نیوتنی و غیرنیوتنی، نسبت افزایش کلی
  • مرتضی یاری، وحید رضایی صفحات 107-121
    در این مقاله یک طرح جدید پکیج تولید چندگانه که بر اساس تکنولوژی پیل سوختی پلیمری و چرخه میسوتسنکو است، از دیدگاه ترمودینامیکی مدل سازی شده و مورد تحلیل قرار گرفت. پکیج تولید چندگانه شامل اجزای اصلی پیل سوختی پلیمری، چرخه میسوتسنکو، کویل گرمایشی، مخزن ذخیره حرارت و دیگ کمکی می باشد. از قابلیت های این پکیج تولید برق، گرمایش، سرمایش تبخیری غیرمستقیم تا نقطه شبنم و آب گرم مصرفی است. عملکرد سیستم با قانون های ترمودینامیکی و مدل های ریاضی حالت پایدار ارزیابی میشود. با استفاده از نرم افزارهای مطلب و EES کدنویسی انجام شده و نتایج با رسم نمودارها و جداول ارایه می شود. همچنین با استفاده ازتحلیل انرژی و اگزرژی راندمان های پشته پیل سوختی، راندمان های تولید همزمان گرمایش و سرمایش و راندمان های تولید چندگانه پکیج را بدست می آید. نتایج نشان می دهد که قدرت خروجی و ولتاژ واقعی خروجی از پشته پیل سوختی پلیمری به ترتیب برابر 3307 وات و 0.6787 ولت است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، پکیج تولید چندگانه، سیکل میسوتسنکو
  • محمد اسماعیل گلمکانی، جواد رضاطلب صفحات 122-136
    در این مقاله خمش غیرخطی نانو صفحات مستطیلی گرافن ارتوتروپیک تحت بار عرضی یکنواخت، با بکارگیری اثر غیرموضعی ارینگن و بر اساس تئوری برشی مرتبه اول صفحات و کرنش های غیرخطی ون کارمن، توسط روش دیفرانسیل مربعات بررسی شده است. به منظور تائید دقت حل، نتایج در حالت های ساده تر با نتایج دیگر روش های عددی و همچنین نتایج در دسترس مقایسه شده اند که مطابقت خوبی یبن آنها مشاهده گردیده است. در پایان اثر پارامتر مقیاس کوچک، نسبت طول به عرض، ضخامت صفحه، مقدار بار، شرایط مرزی و تاثیر تغییر شکل-های بزرگ، برای تئوری غیرموضعی صفحات نازک و تئوری برشی مرتبه اول غیرموضعی بر روی خیز بیشینه و نسبت خیزهای مختلف بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که از میان پارامترهای در نظر گرفته شده، ابعاد صفحه تنها عامل اختلاف بین نتایج دو تئوری غیرموضعی بکاررفته است و پارامتر مقیاس کوچک تاثیری در آن ندارد. همچنین مشخص شد که پارامتر مقیاس کوچک اثر کاهنده قابل توجهی بر خیز ناشی از حل غیرخطی داشته است؛ بطوری که این اثر در طول های زیاد صفحات مربعی کمتر و در بارهای زیاد بیشتر است.
    کلیدواژگان: خمش غیرخطی، تئوری برشی مرتبه اول صفحات، نانو صفحات ارتوتروپیک، اثر غیرموضعی، روش دیفرانسیل مربعات
  • محسن به نیا، مهدی نیلی احمد آبادی، محسن ثقفیان صفحات 137-149
    در این پژوهش، توربین جریان شعاعی یک توربین سرمایشی بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در شرایط عملکردی مختلف با نتایج تجربی موجود مقایسه می شود. مشخصات عملکردی توربین بصورت تجربی عبارتند از: سرعت دورانی و پارامترهای جریان. هدف از این پژوهش بدست آوردن منحنی عملکرد توربین و تحلیل جریان سه بعدی داخل توربین می باشد. مدل کردن روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار تولید پره و کتیا، ایجاد شبکه ی مناسب روی دامنه ی روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار توربوگرید و انسیس مش، و در نهایت حل عددی جریان سه بعدی داخل توربین با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می شود. در این نرم افزار، معادلات جریان تراکم پذیر بر اساس روش فشار مبنا، با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی حل می شود. برای اطمینان از نتایج عددی، استقلال شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه می شود. مقایسه نشان می دهد که نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی دارند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی سه بعدی، توربین جریان شعاعی، منحنی عملکرد، مقایسه با نتایج تجربی
  • مصطفی نخعی، سید حجت هاشمی صفحات 150-159
    در تحقیق حاضر رفتار تغییر شکل گرم فولاد API X70 به وسیله آزمون فشار گرم مطالعه شده است. جهت آزمایش، محدوده دمایی بین 950 تا 1150 درجه سانتی گراد با اعمال نرخ کرنش های متفاوت 01/0، 1/0 و 1 بر ثانیه انتخاب گردید. از منحنی های تنش - نرخ کارسختی برای نشان دادن وقوع تبلور مجدد دینامیکی استفاده و کاربرد روابط مشخصه برای تعیین ثوابت کار گرم این فولاد تشریح شد. با استفاده از تحلیل رگرسیون، ضریب تنش (α) و توان تنش (n) به ترتیب 016/0 و 420/4 محاسبه و انرژی فعال سازی تغییر شکل این فولاد نیز برابر kJ/mol 382 تعیین شد. همچنین اثر پارامتر زنر - هولمن (Z) روی نقاط ویژه منحنی های سیلان با استفاده از روابط تجربی بررسی و نهایتا سینتیک تبلور مجدد دینامیکی این فولاد مطالعه و رابطه حاکم بر این رفتار استخراج گردید.
    کلیدواژگان: تغییر شکل گرم، تبلور مجدد دینامیکی، آزمون فشار گرم، فولاد خط لوله API X70، سینتیک تبلور مجدد دینامیکی
  • روح الله طالبی توتی، علی اکبر تربتی صفحات 160-170
    در این مقاله، استفاده از جاذب های ویسکوالاستیک به منظور بهبود پایداری سیستم ترمز یک خودرو مورد بررسی قرار گرفته است. لذا به بررسی پایداری سیستم با استفاده از تئوری جدا شدن مودهای جفت شده پرداخته شده است. بنابراین نوآوری اصلی مقاله بکارگیری مدل مواد ویسکوالاستیک و استفاده از آنالیز مقادیر و یزه مختلط در پدیده جیغ ترمز می باشد. بدین منظور سیستم ترمز در یک نرم افزار اجزای محدود مدلسازی شده و برخی از پلیمرهای ویسکوالاستیک مورد استفاده در صنایع خودرو با استفاده از مدل نگامی- هاورلیاک، در نرم افزار شبیه سازی گردیده است. مقایسه مقادیر ویژه در حالت به کارگیری و عدم به کارگیری مواد ویسکوالاستیک حاکی از بهبود مود ناپایدار سیستم در فرکانس 12 کیلوهرتز می باشد. ضمنا بکارگیری این جاذب ها تاثیر خاصی در بازه ی فرکانسی پایین نخواهد داشت. در ادامه، مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی دیگر محققین نشان از صحت عملکرد مدل ارائه شده دارد. در نهایت با روش آنالیز انرژی کرنشی موقعیت قرارگیری لایه جاذب و ضخامت بهینه بدست امده است.
    کلیدواژگان: جیغ ترمز، مقادیر ویژه مختلط، جاذب ویسکوالاستیک، مدل نگامی، هاوریلایک، آنالیز انرژی کرنشی
  • سعید شریف زاده، مانی فتحعلی، علی رمضانی صفحات 171-184
    در تحقیق حاضر اندرکنش جریان مغشوش و موج ضربه ای مورد توجه قرار گرفته است. بدین منظور جریان های آشفته ای با شدت اغتشاشی و طول مشخصه اغتشاشی متفاوت تولید و اثر آنها بر روی موج ضربه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق معادلات ناویر استوکس در حالت دو بعدی و با استفاده از گسسته سازی زمانی- مکانی با دقت بالا به صورت عددی حل شده است. در گسسته سازی مکانی از دو روش استفاده شده است.در جهت عمود بر موج ضربه ای از یک حلگر بسیار دقیق با روش ذاتی بدون نوسان با دقت مرتبه شش و در جهت موازی با موج ضربه ای از روش پده مرتبه شش استفاده شده است. همچنین، انتگرال گیری زمانی به روش رونگ کوتای مرتبه سوم انجام شده است. نتایج نشان می دهد که به طور کلی سطح انرژی آشفتگی در عرض موج ضربه ای افزایش پیدا میکند. در عبور از موج ضربه- ای، اغتشاشات با طول مشخصه بزرگتر و شدت اولیه بیشتر افزایش بیشتری در سطح انرژی آشفتگی نشان میدهند. همچنین مشاهده شد که محل استقرار موج ضربه ای بسیار وابسته به شدت اغتشاشات جریان بالا دست می باشد ولی حساسیتی نسبت به طول مشخصه آنها ندارد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی مستقیم، روش ذاتی بدون نوسان، پده، موج ضربه ای، جریان مغشوش
  • محسن امامی، محمدحسین صادقی صفحات 185-195
    امروزه تکنولوژی آلتراسونیک در بسیاری از فرآیندهای صنعتی از جمله فرآیندهای ماشینکاری مواد سخت و شکننده، جوشکاری پلاستیکها، برش و دوخت منسوجات و هموژنسازی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. در یک سیستم آلتراسونیک، متمرکزکننده، انرژی ارتعاشی ترانسدیوسر آلتراسونیک را به محل مورد کاربرد انتقال داده و دامنه نوسانات را تقویت می کند. بسته به کاربرد و شرایط کارکرد صنعتی، لازم است متمرکزکننده ها با هندسه مناسب و بزرگنمایی مطلوب طراحی و ساخته شوند. در این مقاله متمرکزکننده های با هندسه نمایی و با سطح مقطع مستطیلی شکل، طراحی و آنالیز شده و یک نمونه کاربرد آنها در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک مطرح می گردد. سپس جهت ارزیابی حل تحلیلی، چند نمونه متمرکزکننده مختلف به روش تحلیلی طراحی و سپس مدلسازی شده و در نرم افزار المان محدود ANSYS آنالیز مودال می شوند و پارامترهای ارتعاشی آنها شامل فرکانس تشدید و ضریب بزرگنمایی با مقادیر حاصل از شبیه سازی المان محدود مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده، تطابق خوب بین مقادیر حل تحلیلی و شبیه سازی المان محدود را نشان می دهد. علاوه بر آن اصلاح هندسی متمرکزکننده، به عنوان راه حلی برای تطابق دقیق پارامترهای ارتعاشی آن با مقادیر مطلوب طراحی مطرح گشت. همچنین یک مجموعه متمرکزکننده -قطعه کار جهت بکارگیری در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک شبیه سازی شد.
    کلیدواژگان: متمرکزکننده نمایی با مقطع مستطیل شکل، حل تحلیلی، شبیه سازی المان محدود، سنگ زنی به همراه آلتراسونیک
  • فرهاد جاویدراد، حسین فرقدانی، محمد حیدری، مهدی مشایخی صفحات 199-208
    در این مقاله، فرایند و برپایی سامانه جوشکاری میکروپلاسما بر روی ورق نازک از آلیاژ تیتانیوم Ti-3Al-2.5V گزارش شده است. جوشکاری با استفاده از تجهیزات متداول جوش قوسی با گاز محافظ (GTAW) به همراه مشعلی که در طی این پژوهش طراحی و ساخته شد، گزارش شده است. نمونه های تجربی با پارامترهای کنترل شده شامل: جریان، ولتاژ، سرعت جوشکاری و گذر نرخ حجمی گاز محافظ تحت جوشکاری قرار گرفتند. خواص مکانیکی و ریزساختار نمونه های جوشکاری شده مورد بررسی قرار گرفت تا پارامترهای مناسب جوشکاری مشخص شود. آزمایش های مکانیکی شامل آزمون کشش، خمش و میکروسختی سنجی نشان داد که در صورت تنظیم صحیح پارامترهای جوشکاری، جوش فاقد ترک و شکاف بوده و استحکام کشش نمونه های جوشکاری شده به فلز اصلی بسیار نزدیک است در حالی که سختی فلز جوش از فلز اصلی و منطقه تحت تاثیر گرما (HAZ) بیشتر می باشد. آزمایش های شکست نگاری، طیف سنجی پراش اشعه X و متالوگرافی برای مطالعه سطح شکست و تغییرات ریز ساختار مورد استفاده قرار گرفتند. این آزمایش ها نشان دادند که به طور کلی شکست نمونه ها از نوع شکست نرم بوده و تغییر فاز مارتنزیتی از فاز در درجه حرارت بالا به فاز سوزنی شکل در منطقه جوش و (HAZ) اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: آلیاژ تیتانیوم Ti، 3Al، 2، 5V، جوشکاری میکروپلاسما، ریزساختار، مورفولوژی سطح شکست، متالوگرافی
  • امیررضا کوثری، مهدی پیروانی، مهدی فکور، حسین نجات پیشکناری صفحات 209-219
    در این مقاله به طراحی کنترل کننده LQG/LTR برای کنترل وضعیت ماهواره زمین آهنگ در فاز نامی پرداخته می شود. عملگر مورد استفاده در این مقاله چرخ عکس العملی است و گشتاور کنترلی آن به وسیله رگولاتور LQR تعیین می شود. حسگرهای مورد استفاده در این مقاله، حسگر خورشید و زمین هستند و از فیلتر کالمن توسعه یافته برای تخمین حالت های آغشته به نویز استفاده می شود. سیگنال کنترلی حاصل از LQR به شرطی که همه حالات سیستم در فیدبک خروجی دیده شوند، دارای عملکرد مناسبی است. اما این روش ایده آل بوده و نویز موجود در مدل و حسگرها را لحاظ نمی کند. از اینرو، بر اساس حالت های تخمینی کنترل کننده های LQG و LQG/LTR طراحی شده و با کنترل کننده LQR مقایسه می شوند. ضرایب بهره کنترل کننده ها بر اساس خطی سازی حول نقطه کاری بدست می آید که موجب مقاومت و تشابه پاسخ های LQG و LQG/LTR می شود. نتایج نشان می دهد که فراجهش کنترلی LQR نیز از سایر کنترل کننده ها بیشتر است.
    کلیدواژگان: ماهواره زمین آهنگ، کنترل وضعیت، فیلتر کالمن توسعه یافته، LQG، LTR، چرخ عکس العملی
  • مرضیه نادران طحان، سید سعید بحرینیان صفحات 220-232
    در این مقاله تاثیر نسبت فشار بر مشخصه های عملکرد یک توربین شعاعی دوقلو با استفاده از طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بررسی شده است. ابتدا مدل هندسی مجراهای عبور سیال در توربین با به کارگیری همزمان ابزارهای اندازه گیری و نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر ایجاد شده است. به دلیل پیچیده بودن هندسه مجراها، از سلول های چهاروجهی بی سازمان برای تولید شبکه در ناحیه محاسباتی استفاده شد. جریان سه بعدی با شرایط پایا، لزج، و تراکم پذیر با استفاده از روش چارچوب مرجع چندگانه (MRF) حل شد. نمودارهای مشخصه توربین از پس پردازش نتایج شبیه سازی جریان به دست آمد. تغییرات پارامتر دبی جرمی، پارامتر گشتاور تحویلی روتور و بازده کل به استاتیک توربین بر حسب نسبت فشار های مختلف رسم شده است. نتایج نشان می دهند که در سرعت دورانی ثابت، افزایش نسبت فشار منجر به افزایش پارامتر نرخ دبی جرمی تا حد خفگی توربین می شود، در حالیکه بازده کل به استاتیک توربین کاهش و گشتاور خروجی توربین افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: توربین شعاعی دوقلو، شبکه چهاروجهی، نمودارهای مشخصه، چارچوب مرجع چندگانه
|
  • Fatemeh Sohani, Hamidreza Eipakchi Pages 1-14
    In this paper, the governing equations for a vibratory beam with moderately large deflection are derived using the first order shear deformation theory. These equations which are a system of nonlinear partial differential equations with constant coefficients are solved analytically with the perturbation technique and the natural frequencies and the buckling load of the system are determined. A parametric study is performed and the effects of the geometrical and material properties on the natural frequency and buckling load are investigated and the effect of normal transverse strain and axial load on natural frequency are examined. Some results based on the first order shear deformation theory are consistent with classic theories of beams and some yield different results. Formulation presented to calculate the transverse frequency, determines the axial frequency too. Also, the natural frequencies and buckling load are calculated with the finite elements method by applying one and three-dimensional elements and the results are compared with the analytical solution.
    Keywords: First order shear deformation theory, Frequency analysis, Buckling load, Perturbation technique, Moderately large deflection
  • Pages 15-27
    Extended finite element method (XFEM) is one of the strongest numerical methods that its basis is finite element but regardless of mesh location respect to discountinuty solves the problems. In this method, using of enreaching the nodes and increasing of their degrees of freedom (from 2 to 4 or even upto 10) virtually and without verifying the mesh and geometry of discountinuty, one can model and develop the required governing equations of the system. In this paper, fatigue crack growth of repaired aluminum panels containing a crack is studied. The cracked panels were repaired on one side with glass/epoxy composite patches in the mixed mode condition. The extended finite element method is used to study the effects of patch lay-up configuration on crack front displacement and stress intensity factor and the effect of crack angle on stress intensity factor of the repaired panels. The results show that the plate-fiber-fiber-aluminum configuration has best effect and it could reduce the stress intensity factor (k1) by upto seventy percent.
    Keywords: Extended finite element, FML composite patch, Stress intensity factor
  • Mahdy Ahangar, Reza Ebrahimi, Mehrzad Shams Pages 28-42
    In this study، a two-dimensional، axisymmetric، computational Algorithm has been developed to simulate the plasma flowfield in a MPD thruster for the purpose of determining the flow behavior and electromagnetic characteristics distribution. The solution employs Roe’s flux vector difference method in combination with Powell’s characteristics-splitting scheme. To ensure the stable high-accuracy solution، new modification of MUSCL technique so called OMUSCL2 method is used. According to being supersonic strong gasdynamic expansion near the electrodes tip، HHT entropy correction is employed. Further improvements to the physical model، such as the inclusion of relevant classical transport properties، a real equation of state، multi-level equilibrium ionization models، anomalous transport، and multi-temperature effects، that are essential for the realistic simulation MPD flows، are implemented. Numerical results of a lab-scale thruster are presented، whereby comparison with experimental data shows good agreement between the predicted and measured enclosed current and electric potential.
    Keywords: Magnetohydrodynamic Equations, Hall Effect, Lorentz Force, Anomalous Transport, Numerical Modeling
  • Reza Nouri, Mofid N., A Gorji-Bandpy, Davood Domiri Ganji Pages 43-55

    In this paper، heat transfer in a sinusoidal channel filled with nanofluid under magnetic field effect is investigated numerically. The magnetic field transversely applied to the channel. Water as a base fluid and copper as nano particles were considered. The Maxwell-Garnetts model and Brinkman model for heat conduction coefficient and dynamic viscosity were used respectively. The effects of changing some parameters such as shape، volume fraction، Hartmann number and Reynods number were considered. The results show that increasing in all mentioned parameters lead to increasing in Nusselt number. Volume fraction is mainly affect on maximum local Nusselt number in each channel’s wave while Hartmann number is affected minimum and maximum Nusselt number.

    Keywords: Magnetohydrodynamics(MHD), Nanofluid, Magnetic field, Heat transfer, Sinusoidal channel
  • Mahnaz Zakeri Pages 56-67
    Carbon nanotubes (CNTs) are rolled form of graphene sheet with unique properties due to the covalent bonds between carbon atoms. In this research، different structures of CNTs are studied for a wide range of diameter and length to determine the influence of chiral angle on their shear and bending modulus. Covalent bands between carbon atoms are simulated using linear beam elements based on molecular mechanics and finite element method. By using finite element analysis، the effects of diameter، length and chiral angel of nanotubes on mechanical properties under torsional and bending loading conditions are studied. The results show that zigzag CNT has the least shear and bending modulus comparing the armchair and chiral structures. Chiral nanotubes with angles smaller than 17 degrees has less shear modulus comparing armchair ones. But، for larger angles، chiral nanotubes has the largest shear modulus. Also، bending modulus of chiral CNTs is larger than armchair and zigzag structures.
    Keywords: Carbon nanotube, Chiral Angle, Molecular mechanics, Bending modulus, Shear modulus
  • Maral Salehi, Amin Nikoobin Pages 68-80
    In this paper، optimal trajectory planning of flexible joint manipulator in point-to-point motion is presented in which besides the determining the maximum load carrying capacity، the vibration amplitude is also reduced. The solution method is on the base of the indirect solution of optimal control problem. For this purpose، an appropriate objective function is defined، dynamic equations are derived in state space form، Hamiltonian function is developed and necessary optimality conditions are obtained by using the Pontryagin maximum principle. In order to reduce the vibration of the end effector during the path، an appropriate state variables are defined and the control law is improved to omit the suddenly variation in applied torque. Then، in order to illustrate the power and efficiency of the proposed method، a number of simulation tests are performed for a two-link manipulator. To this end، after deriving the equation in details، two simulations are performed. In the first case، determining the maximum load without considering the vibration is solved، in the second simulation، optimal trajectory with maximum load and minimum vibration is obtained. Finally discussions on the obtained results are presented.
    Keywords: Manipulator, Flexible joint, Trajectory planning, Pontryagin maximum principle, Maximum load carrying capacity
  • Ghassem Heidarinejad Pages 81-93
    Turbulent wind flow over buildings occurs due to the complexity like sharp corners، ground effect and different vortexes is one of the best choices to evaluate turbulence methods. DES and DDES are hybrid RANS-LES models for simulating turbulent flow which for their characteristic treat near wall as RANS and farther the wall act as LES model. Consequently computational time will decrease compared to traditional LES models. In this article to evaluate DES and DDES models، turbulent incompressible flow in Re = 22000 over 3D building is simulated using parallel processing facilities. For verification purpose other investigators experiment results are used. Also the mentioned models are compared with classic RANS and LES models، like k-ε and LES-Smagorinsky to depict their performance. Our results illustrate DES model with fine grid has good precision for simulating turbulent incompressible wind flow over building and decline of 26 percentage of computational time compared to LES-Smagorinsky model.
    Keywords: wind flow, turbulent flow around building, DES Model, RANS, LES Models, Parallel Processing
  • Pages 94-106
    The incompressible Newtonian and non-Newtonian fluid flow in a tube with disk insert is studied numerically using finite volume and boundary fitted coordinate method. The non-Newtonian fluid is time independent purely viscous that is simulated by the power law model. The effects of power law index، thickness، aspect ratio، Prandtl number and the distance between insert tubes on heat transfer، pressure drop and overall enhancement ratio (OER) are investigated for the Reynolds numbers 500، 1000 and 1500. The results show that the effect of power law index on pressure drop and overall enhancement ratio is more than the other parameters.
    Keywords: insert tube, Newtonian, non, Newtonian fluid, overall enhancement ratio
  • M. Y., V. R Pages 107-121
    A novel design of multi-generation package based on the PEM fuel cell and Maisotsenko cycle is proposed and analyzed in detail. This package consists of the proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack، novel dew point indirect evaporative cooling system (Maisotsenko cycle)، heating coil، heat storage tank and the backup boiler. This package is capable of producing electricity، water and space heating as well as indirect evaporative cooling. The system performance is evaluated through the steady-state mathematical models and thermodynamic laws. Using the Matlab and EES software the results are presented in the form of Tables and Figures. Energy and exergy analyses revealed the fuel cell stack efficiency، heating and cooling cogeneration efficiency and the package multi-generation efficiency. The results indicate that، the actual output power and voltage from the PEM fuel cell stack are 3307 W and 0. 6787 V، respectively.
    Keywords: PEM Fuel cell, multi, generation package, Maisotsenko cycle
  • Pages 122-136
    In this paper، nonlinear bending of rectangular nanoplates of Graphene subjected to a transverse uniform load، with incorporation of the nonlocal effect of Eringen based on the first-order shear deformation theory (FSDT) of orthotropic plates and Von Karman nonlinear strains is investigated using differential quadrature method (DQM). In order to validate of the solution accuracy، the simplified results have been compared with results of two developed numerical solution methods and other available results. Comparisons show an excellent agreement between the results. Finally، effects of small scale parameter، aspect ratio، thickness of plate، load value، boundary conditions and efficacy of large deflection، on the maximum deflection and different deflections ratio for nonlocal theory of thin plate and nonlocal FSDT are investigated. Results reveal that among the considered parameters، just aspect of plate is the parameter of difference between two employed nonlocal theories and the small scale parameter has not any effect on the mentioned difference. Also، it is found that the small scale parameter has a noticeable effect on the decrease of deflection of nonlinear solution; so that، unlike the larger values of mechanical load، this parameter has less effect for long length of square plate.
    Keywords: Nonlinear Bending, FSDT, Orthotropic Nanoplates, Nonlocal Effect, DQM
  • Mahdi Nili Ahmadabadi Pages 137-149
    In this study، the radial flow turbine of a cooling turbine is investigated numerically and then compared with the experimental results at some operation conditions. Performance characteristics of the compressor are obtained experimentally by measurements of rotor speed and flow parameters. In this investigation، the turbine performance curve is obtained and three dimensional flow field in the turbine is analyzed. The rotor and casting geometry are modeled in BLADE GEN and CATIA softwares respectively. The TURBO GRID software is used for grid generation of rotor while the ANSYS MESH software is applied for grid generation of casting. Finally، 3D numerical solution of fluid flow in the turbine is solved by CFX flow solver. In this approach، compressible flow equations are solved according to the pressure based method with SST turbulence model. To ensure the numerical results، the grid independency is studied. Finally، the performance characteristics of the turbine are obtained numerically which are then compared to the experimental results. The comparison shows good agreement between numerical and experimental results.
    Keywords: 3D numerical simulation, Radial flow turbine, Performance curve, Comparison with experimental results
  • Sayyed Hojjat Hashemi Pages 150-159
    In this research، the hot deformation behavior of API X70 steel was investigated by hot compression tests. A temperature range between 950 and 1150 °C was used for experiments with different strain rates of 0. 01، 0. 1 and 1 s-1. The work hardening rate versus stress curves were used to reveal if dynamic recrystallization (DRX) occurred. The application of constitutive equations to determine the hot working constants for the tested steel was discussed. Using regression analysis، the stress multiplier (α)، the apparent stress exponent (n)، and the activation energy (Qd) for DRX were calculated as 0. 016 and 4. 420، and 382 kJ/mol، respectively. Furthermore، the effect of Zener–Hollomon parameter (Z) on the characteristic points of flow curves was investigated using the obtained relations. The dynamic recrystallization (DRX) kinetics of API X70 steel was also studied and its governing equation was derived.
    Keywords: Hot deformation, Dynamic recrystallization, Hot compression test, API X70 pipeline steel
  • Pages 160-170
    In this paper، viscoelastic insulators are employed into an automotive brake system to improve the vibration stability. Thus، the system stability has been considered with hypothesis of couple modes. Therefore، the originality of the paper includes the complex eigenvalue analysis of viscoelastic model in brake squeal phenomenon. Accordingly، the brake system is simulated in a FEM code and then، the viscoelastic materials are applied using Negami-Havriliak model. Comparing the eigenvalue results in both cases، in which the viscoelastic material is treated as an absorber at the first case and without treatment for another case، indicates an improvement in instability mode at 12 kHz. In addition، applying these absorbers has no significant effects in low frequency. Furthermore، comparison of the results presented here with experimental ones done by other author، indicates the reliability of the presented model. Finally، with applying the strain energy analysis، the location of absorber treatment as well as its optimum thickness is concluded.
    Keywords: brake squeal, complex eigenvalue, viscoelastic absorber, Negami, Havriliak, strain energy analysis
  • Saeed Sharifzadeh, Mani Fathali, Ali Ramezani Pages 171-184
    In this research، interaction of a shock wave with incoming turbulent flow is investigated. To this end، different turbulent flows with different intensities and integral length scales are generated and impact of these turbulent flows on a shock wave are examined. In this study، two-dimensional Navier-Stokes equation is numerically solved using a high order spatial-temporal discretization. For spatial discretization، two different methods are implemented. In stream wise direction، i. e. perpendicular to the shock wave، a sixth-order accurate essentially non-oscillatory method (ENO) has been used which is able to capture the shock wave. In spanwise direction، i. e. parallel to the shock wave، a sixth-order Pade scheme has been used which is able to accurately capture small scale flow field structures. Time integration is performed using a third-order Runge-Kutta method. Overall، it has been observed that the turbulent kinetic energy increases across the shock wave. Fluctuations with larger integral length scale show higher turbulent kinetic energy increase across the shock wave. Further، it has been observed that although the integral length scale of the upstream fluctuations does not influence the location of the shock، the intensity of the upstream fluctuations have a profound effect on the shock wave location.
    Keywords: DNS, ENO, Pade, Shock wave, Turbulent Flow
  • Mohammad Haydari Pages 199-208
    In this paper, the process of joining Ti-3Al-2.5V titanium alloy thin sheets by means of micro-plasma arc welding (MPAW) is reported. An experimental set-up was developed using traditional gas tungsten arc welding apparatus and a home-built torch for butt welding of coupon specimens. The specimens were welded under controlled welding parameters, such as voltage, current, travel speed and shielding gas flow rate. An appropriate set of parameters for MPAW process was examined by mechanical properties tests and microstructure characterization. Mechanical tests including tensile test, bending test and micro-hardness evaluation across the weld line generally show that if suitable welding parameters are used, the tensile strength of the welded specimen is well comparable with that of the base metal while its hardness increased at the fusion zone (FZ). The bending test revealed that using appropriate welding parameters, no crack or notch appeared at the welded joint. Fractography, X-ray diffraction and metallograpghy were also performed to study the microstructure evolution. SEM images of the fracture surface presented characteristics of ductile rupture. Studies on microstructure morphology of the specimens at the FZ and HAZ reveal occurrence of phase transformation from high temperature phase to acicular phase
    Keywords: Ti, 3Al, 2.5V titanium alloy
  • Pages 209-219
    In this paper, LQG/LTR controller is designed for attitude control of the geostationary satellite at nominal mode. Usage actuator in this paper is the reaction wheel and control torque is determined by the LQR regulator. Usage sensors in this article are sun and earth sensors and EKF are used for estimation of noisy states. LQR controller signal has good performance, if all system's states are considered in system output feedback. But this method is ideal and does not include model noise and sensors noise. Therefore, LQG and LQG/LTR controllers are designed based on the estimated states, and are compared with LQR controller. Controllers gain coefficients are obtained based on linearization about working point. It caused to robustness and similarity of LQG and LQG/LTR response. The results show that control overshoot of LQR is greater than the others.
    Keywords: Geostationary satellite, attitude control, extended Kalman filter, LQG, LTR, reaction wheel
  • Marzieh Naderan Tahan, Seyed Saied Bahrainian Pages 220-232
    In this paper the effect of pressure ratios on the performance characteristics of a radial twin entry turbine is investigated using computer aided design (CAD) and computational fluid dynamics (CFD). First, geometric models of the turbine flow passages are constructed by simultaneous use of measuring tools and computer aided design software. Because of geometrical complexity of flow passages, tetrahedral cells are used to generate unstructured grid in the computational domain. Three dimensional flow of steady, viscous, and compressible nature is solved by Multiple Reference Frame (MRF) technique. Characteristic curves of the turbine are obtained by post processing flow simulation results. Mass flow parameter, delivered torque parameter and total to static turbine efficiency are plotted against different pressure ratios. Results show that at constant rotational speed, increasing pressure ratio leads to increase in mass flow parameter until choke limit while the total to static efficiency decreases and delivered torque increases.
    Keywords: radial twin entry turbine, tetrahedral grid, characteristic diagrams, multiple reference frame (MRF)