فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 6 (شهریور 1394)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال پانزدهم شماره 6 (شهریور 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/06/11
  • تعداد عناوین: 44
|
  • بهنام داودی، اشکان محمود اقدمی صفحات 1-6
    این مقاله به بررسی معادلات بنیادی حاکم بر رفتار دینامیکی کامپوزیت های پلیمری خارج از محور در نرخ کرنش های مختلف اختصاص دارد. با استفاده از مدل ناهمسانگردی هیل و با در نظر گرفتن فرضیات حاکم بر کامپوزیت های لیفی، مدلی برای بیان رفتار دینامیکی کامپوزیت های پلیمری تعمیم داده شد. با استفاده از قوانین شارش و تعریف تنش موثر و با در نظر گرفتن فرضیاتی نظیر اینکه کامپوزیت ها در راستای الیاف، رفتار پلاستیک از خود نشان نمی دهند، ثوابت موجود در رابطه هیل کاهش یافته و به یک ثابت به نام a_66 تقلیل پیدا کرد که مدل پلاستیسیته تک پارامتری در حالت دو بعدی نامیده شده است. این مدل برای کامپوزیت های خارج از محور نیز تعمیم داده شد. برای هر کامپوزیتی با زوایای الیاف مختلف رابطه تنش موثر- کرنش موثر به دست آمد که با انتخاب مناسب ضریب a_66 که به صورت سعی و خطا به دست می آید، می توان تمام منحنی ها را روی یک منحنی مادر تجمیع کرد. با استفاده از این مدل و داده های تجربی محققان مختلف در محدوده تست های استاتیکی و شبه استاتیکی (در محدوده نرخ کرنش s^(-1)0/01) مدل ویسکوپلاستیسیته ای به دست آمده که می تواند رفتار کامپوزیت های پلیمری را هم در محدوده رفتار استاتیکی و هم در نرخ کرنش های بالا (بین s^(-1)400 تا s^(-1)1000) به خوبی تخمین بزند. ضرایب این مدل در نرخ کرنش های بالا به روش برون یابی داده های موجود در محدوده تست های استاتیکی به دست آمد. درستی این مدل توسط داده های تست هاپکینسون مورد بررسی قرار گرفته و صحت آنها به اثبات رسیده است.
    کلیدواژگان: رفتار دینامیکی، معادلات بنیادی، تست هاپکینسون، ویسکوپلاستیسیته، نرخ کرنش بالا
  • محمد مهدی ناظمی، مسعود میرزایی، غلامحسین پوریوسفی صفحات 7-15
    در این مقاله، اثرات آیرودینامیکی تجمیع یخ بازگشتی بر روی ایرفویل NACA 23012 بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، آزمایشات در عدد رینولدز Re=0.6×〖10〗^6 در محدوده زوایای حمله 0 تا 20 درجه، بر روی ایرفویل یخ زده بازگشتی، انجام شد و سپس نتایج آن با نتایج حاصل از ایرفویل بدون یخ مورد مقایسه قرار گرفت. به طور کلی با مطالعه رفتار الگوی جریان و ضرایب آیرودینامیکی برای ایرفویل یخ زده و مقایسه نتایج آن ها با ایرفویل بدون یخ مشخص شد که یخ زدگی به دو صورت بر روی عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل تاثیر می گذارد. در حالت اول که در زوایای حمله پایین و تا قبل از شروع حالت واماندگی ایرفویل اتفاق می افتد، تاثیر یخ زدگی موضعی است. در این حالت، تشکیل یخ بر روی ایرفویل، باعث شکل-گیری یک حباب جدایش جریان پشت توده یخ، در سطح بالایی ایرفویل می گردد. با شبیه سازی میدان جریان به صورت عددی، حباب جدایش تشکیل شده در پشت یخ، مشاهده شد. اما تاثیر اصلی پدیده یخ زدگی، به حالت دوم مربوط می شود که در زوایای حمله نزدیک به واماندگی و بعد از آن اتفاق می افتد. در این حالت، الگوی جریان اطرف ایرفویل و همچنین ضرایب آیرودینامیکی به صورت اساسی و قابل توجه تغییر می کند. بعلاوه، آشکار شد که یخ بازگشتی باعث می شود زاویه واماندگی 2 درجه و ضریب برآی بیشینه حدود 8 درصد کاهش یابد.
    کلیدواژگان: سوانح هوانوردی، یخ زدگی ایرفویل، یخ بازگشتی، ایرفویل NACA23012
  • بهرام حسین زاده سامانی، حامد حوری جعفری صفحات 16-22
    در تمامی جوامع و کشورها به منظور برنامه ریزی برای تامین انرژی بخش های مختلف نیاز به پیش بینی صحیح برای تعیین میزان تقاضا، نوع حامل های انرژی و چگونگی تامین آن وجود دارد. با توجه به اهمیت صنایع غذایی در هر کشور، در این پژوهش مدلسازی میزان انرژی مصرفی این بخش از صنعت مورد مطالعه قرار گرفت. در این مقاله مدلسازی انرژی توسط روش شبکه های عصبی مصنوعی انجام پذیرفت. در اولین گام با توجه به آمارنامه ها، ترازنامه ها و روش پیشنهادی در این مقاله داده های ورودی مدل محاسبه گشت. دو روش شبکه عصبی چندگانه و شبکه عصبی تکی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد شبکه عصبی چندگانه دقت بالاتری دارد. برای هرکدام از حامل-های انرژی (گازوئیل، نفت سفید، نفت کوره، گاز طبیعی، برق، بنزین و گاز مایع) با میانگین گیری از 20 بار اجرای برنامه برای هر مشخصه شبکه، بهترین شبکه عصبی انتخاب شد. در انتها با محیط سیمولینک متلب هفت شبکه اجرا شده در قالب مدل نهایی تهیه شد. تحلیل داده ها نشان می دهد روز به روز در این صنعت مصرف گاز طبیعی روبه افزایش است ولی میزان مصرف نفت کوره و گاز مایع رو به کاهش است.
    کلیدواژگان: مدلسازی انرژی، انرژی مصرفی، صنایع غذایی و فرآوری، شبکه عصبی
  • علی رفیع، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی، فرید دولتی صفحات 23-30
    یکی از راه های نوین تولید گردابه به روش فعال به منظور افزایش نرخ انتقال حرارت، استفاده از محرک پلاسما است که به وسیله تزریق مومنتم به لایه مرزی باعث ایجاد اغتشاش در جریان و تولید گردابه می شود. در مقاله حاضر، مشخصه های میدان جریان و دما از قبیل تابع جریان و ضریب انتقال حرارت در یک کانال مسطح تحت شار حرارتی ثابت، بدون حضور و همچنین تحت تاثیر محرک پلاسما در شرایط دو بعدی، آشفته، تراکم ناپذیر و پایدار به روش حجم محدود به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی رینولدزهای مختلف جریان ورودی در ولتاژهای متفاوت در نظر گرفته شده است و محرک پلاسما در وسط ناحیه تحت شار حرارتی قرار داده شده است و تاثیر آن بر تابع جریان و ضریب انتقال حرارت مشاهده شده است. در ابتدا نتایج عددی حاضر با نتایج عددی برای یک کانال مسطح مقایسه شده که از تطابق مناسبی برخوردار می باشد. نتایج عددی نشان می دهد که در یک رینولدز مشخص، با افزایش ولتاژ ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد، اما در یک ولتاژ ثابت با افزایش سرعت ورودی جریان، ضریب انتقال حرارت تا رینولدز 250 نرخ صعودی و پس از آن به دلیل کاهش اثر گردابه حاصل از پلاسما سیر نزولی دارد. همچنین سرعت جریان ورودی بر روی ابعاد گردابه تولید شده تاثیرگذار می باشد. طبق نتایج به دست آمده می توان یک حالت بهینه بین ولتاژ اعمالی و رینولدز جریان ورودی یافت.
    کلیدواژگان: محرک پلاسما، انتقال حرارت جا به جایی اجباری، کانال مسطح، تحلیل عددی
  • محمد مردانی، حسن رحیم زاده، حامد سرکرده صفحات 31-41
    مطالعه حاضر به بررسی میزان استهلاک انرژی و آبشستگی پایین دست حوضچه در حضور بلوک و عدم حضور آن و معرفی حوضچه بهینه در شرایط مختلف پرداخته است. در این تحقیق تلاش شده است نگاهی جامع به موضوع بلوک در حوضچه های آرامش شود و زوایای مختلف تاثیر آن در استهلاک انرژی و همچنین آبشستگی پایین دست حوضچه مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. نتایج محققینی که در دهه اخیر بر روی استهلاک انرژی در حوضچه های آرامش کار کرده اند گردآوری شده و در دو گروه دسته بندی گردیده است. در گروه اول از بلوک و موانع استفاده نشده و تاثیر تغییر شرایط هندسی حوضچه بر استهلاک انرژی و آبشستگی پایین دست معیار ارزیابی قرار گرفته است. در گروه دوم، با استفاده از بلوک های مختلف در طول حوضچه، میزان استهلاک انرژی و آبشستگی پایین دست مشخص گردیده است. بررسی داده های موجود نشان می دهد با توجه به هندسه حوضچه آرامش و نحوه چینش بلوک و عدد فرود، استفاده از بلوک می تواند به طور میانگین15% موجب افزایش استهلاک انرژی گردد. با افزایش عدد فرود عمق ثانویه نیز افزایش می یابد، همچنین استفاده از سطح زبر موجب کاهش عمق ثانویه بین 18% تا 37% نسبت به سطح صاف می گردد. استفاده از سطح زبر می تواند 27% تا 67% موجب کاهش طول پرش هیدرولیکی گردد. همچنین استفاده از بلوک در حوضچه موجب کاهش پارامتر آبشستگی نسبت به حالت استانداردUSBR می گردد. همچنین استفاده از بلوک در حوضچه آرامش موجب افزایش عدد عملکرد در مقایسه حالت بدون بلوک می گردد.
    کلیدواژگان: حوضچه آرامش، استهلاک انرژی، پرش هیدرولیکی، بلوک، آبشستگی
  • محمدرضا علی گودرز، حمید عظیمی کیوی صفحات 42-50
    در این مقاله، جریان داخلی همه ی اجزای یک کمپرسور گریز از مرکز دو مرحله ای به روش یک بعدی شبیه سازی شده است. با ساختن مدل، جریان داخلی کمپرسور با حل معادلات اساسی و روابط تجربی تصحیح شده ی هندسی، ترمودینامیکی و دینامیکی، به وسیله برنامه نوشته شده در متلب محاسبه و تحلیل گردیده است. حل جریان با فراخوانی هندسه اولیه و شرایط ترمودینامیکی ورودی و محیط، در دور اسمی، 70، 90 و 105 درصد دور اسمی، آغاز می شود. سپس در محدوده عملکرد پایدار، نتایج مدل یک بعدی حاضر با نتایج تجربی اعتبارسنجی و با شبیه سازی سه بعدی مقایسه شده است. در نهایت تاثیر دو پارامتر زاویه حمله پره های راهنمای ورودی و کانال برگشتی بر عملکرد کمپرسور، در منحنی های عملکرد مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، به دست آوردن تاثیر زوایای حمله ی پره های راهنمای ورودی و کانال برگشتی، بر عملکرد کمپرسور گریز از مرکز است. ورودی ها شامل دمای سکون، فشار سکون و دبی جرمی هستند. از مدل حاضر می توان در طراحی هندسه پره های راهنمای ورودی و کانال برگشتی استفاده کرد و زاویه مطلوب جهت دستیابی به بیشترین مقدار بازده و نسبت فشار را بدست آورد.
    کلیدواژگان: مدلسازی یک بعدی، طراحی کمپرسور، پره های راهنمای ورودی، کانال برگشتی، منحنی های عملکرد
  • علی اصغر عطایی، محمد بیات صفحات 51-57
    در این پژوهش یک راه حل تحلیلی برای یک نیم فضای ناهمگن مدرج تابعی که در آن خصوصیات ماده بصورت تابع توانی با شعاع در مختصات کروی تغییر می کند و تحت اثر بار متمرکز عمود بر سطح قر ار دارد ارائه می گردد. مدول یانگ متغیر در نظر گرفته شده است، ولی نسبت پواسون ثابت باقی می ماند. مسئله با استفاده از روش الاستیسیته و این نکته کلیدی که توابع تنش با مجذور شعاع در مختصات کروی، نسبت معکوس دارد، بصورت تحلیلی حل می شود. معادلات دیفرانسیل حاکم شامل روابط اساسی تعادل، قانون هوک و روابط کرنش - تغییر مکان به همراه معادلات شرایط مرزی حاکم بر مسئله، بطور دقیق در مختصات کروی حل شده و میدان های تنش و تغییرمکان محاسبه می شوند. نتایج محاسبه شده می تواند به حل مربوط به نیم فضای همگن کاهش پیدا کند. در پایان نیز با ارائه یک مثال توزیع تنش و تغییرمکان در یک نیم فضای ناهمگن مدرج تابعی که مدول یانگ آن بصورت تابع توانی با شعاع در مختصات کروی متغیر است و تحت اثر بار متمرکز عمود بر سطح قرار دارد، با رسم نمودارهای مربوطه در مختصات کروی و استوانه ای مورد بررسی قرار می گیرد و اثر پارامتر ناهمگنی در توزیع این تنش ها و تغییر مکان ها بطور کامل مورد بحث قرار می گیرد. مشخص می شود که پارامتر ناهمگنی تاثیر قابل توجهی در توزیع میدان تنش و تغییرمکان دارد.
    کلیدواژگان: نیم فضا، متقارن محوری، مواد ناهمگن، بار متمرکز، پاسخ تحلیلی
  • امیررضا شاهانی، روح الله محمدجانی صفحات 58-68
    اطلاع از رفتار ناپایداری پوسته های تقویت شده و تعیین بار کمانشی متناظر تحت شرایط اعمال نیروی فشارنده محوری، بنابر کاربردهای وسیع این سازه ها در حوزه های مختلف مهندسی، مسئله ای است که تاکنون مورد توجه بسیاری از محققین بوده و مطالعات گسترده ای بر روی آن صورت پذیرفته است. با توجه به عدم امکان دست یابی به پاسخ های تحلیلی به واسطه پیچیدگی های موجود در معادلات حاکم، شرایط مرزی و روند حل متناظر، بکارگیری کدهای نرم افزاری المان محدود به عنوان تکنیک اصلی تعیین بار کمانش پوسته های استوانه ای تقویت شده جهت مدل سازی مسئله امری اجتناب ناپذیر می باشد. بر این اساس در مقاله حاضر به مطالعه آثار تقویت کنندگی ریب و استرینگر پرداخته شده و میزان اختلاف نتایج کمانشی تحلیل های المان محدود با مقادیر بدست آمده از یکی از جامع ترین روابط تئوری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. همچنین تلاشی جهت دستیابی به تناظر میان مقادیر بارهای ناپایداری حاصل از کاربرد روش المان محدود با میزان تقویت سازه صورت پذیرفته که طراح را قادر خواهد ساخت تا با در اختیار داشتن تعدادی محدود از مقادیر کمانشی سازه در تناظر با چند حالت تقویتی مشخص، بار کمانش مربوط به سایر حالات را بدون انجام تحلیل های مجزا، تنها بر اساس روابط میان میزان تقویت و بار کمانش سازه، با دقتی قابل قبول درون یابی یا برون یابی نماید.
    کلیدواژگان: بار کمانش، پوسته های تقویت شده، تحلیل المان محدود، رابطه تحلیلی، تعیین تناظر بار و تقویت سازه
  • مهدخت عزتی، مجید خدیو، سیدعلی اکبر موسویان صفحات 69-80
    در مقاله پیش رو، اهمیت تجهیز پای یک ربات انسان نما با پنجه فعال مورد بررسی قرار می گیرد. هدف از این بررسی، استفاده از مفصل پنجه فعال و پاشنه برای بهبود گام-برداری ربات از نقطه نظر گشتاور زانو و انرژی مصرفی کل است. بدین منظور، با در نظر گرفتن هم زمان پنجه و پاشنه، یک نوع الگوی حرکتی بهینه ارائه و بررسی می شود و با الگوی حرکتی بدون پنجه و پاشنه مقایسه می شود. سیستم مورد بررسی، یک ربات انسان نمای 22 درجه آزادی است که روش های تحلیلی کین و لاگرانژ به منظور استخراج معادلات دینامیکی آن مورد بررسی قرار می گیرند. سپس، به منظور کاهش بار محاسباتی، راه حلی تکراری برای حل معادلات دینامیک معکوس، بر اساس روش کین ارائه می-گردد. به منظور اطمینان از صحت نتایج به دست آمده برای گشتاورهای موردنیاز مفاصل و نیرو و گشتاورهای عکس العملی زمین، ZMP به دو روش محاسبه و مقایسه می شود. در ادامه، برای هر دو الگوی حرکتی، مسیری مناسب برای حرکت میان تنه و کف پاها در فضای کاری طراحی می شود و از طریق سینماتیک معکوس، مسیر حرکت همه مفاصل به جز پنجه در فضای مفصلی به دست می آید. مسیر حرکت پنجه، جداگانه و براساس مسیر طراحی شده برای کف پا تعیین می شود. در انتها، پارامترهای مهم در طراحی مسیر برای حرکت بر روی سطح صاف، به گونه ای انتخاب (بهینه) می شوند که بیشینه گشتاور زانو به حداقل مقدار برسد و انرژی مصرفی کل کاهش یابد. در پایان، از بین الگوهای حرکتی ارائه شده، الگوی حرکتی مناسب برای حرکت بر روی سطح صاف با طول گام زیاد پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: ربات دوپا، طراحی مسیر بهینه، پنجه فعال
  • مجتبی دهقان منشادی، کاظم هجرانفر، امیر حمزه فرج اللهی صفحات 81-90
    بررسی میدان جریان اطراف اجسام تقارن محوری که تشکیل دهنده بدنه اصلی هواپیماها و زیرسطحی ها می باشد، مورد توجه محققین زیادی قرار دارد. زیردریایی ها هنگامی که در حال مانور چرخشی هستند، جدایش عرضی را ایجاد می کنند که این جدایش نیروهای هیدرودینامیکی بالایی را تولید می کنند. جدایش روی بدنه ساده یک جسم زیرسطحی بسیار پیچیده می باشد. ارزیابی این جریان های گردابه ای باعث بهبود در عملکرد و طراحی وسیله می شود. این جریان های گردابه ای، روی آکوستیک، پسای بدنه و مانورپذیری تاثیرگذار می باشد. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. در تحقیق حاضر به کمک روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی با نرم افزار متن باز اپن فوم، میدان جریان در اطراف مدل زیرسطحی استاندارد سابوف با استفاده از مولدهای ورتکس در زوایای حمله 300 ≤ α ≤ 00 بررسی شده است. استفاده از روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی بیشتر فیزیک اثر مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیرسطحی کمک شایانی خواهد کرد که به عنوان نوآوری این تحقیق محسوب می شود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس باعث کاهش خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود.
    کلیدواژگان: مدل زیرسطحی، مولد ورتکس، مرئی سازی جریان، اپن فوم
  • هادی کارگر شریف آباد، محمد فلسفی صفحات 91-98
    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی اجباری فروسیال در داخل یک لوله مسی شامل قسمتهایی با عایق الکترو مغناطیس تحت یک میدان مغناطیسی متناوب بصورت عددی بررسی شده است که هدف اصلی تحقیق، افزایش سرعت در لایه مرزی با استفاده از اثر میدان مغناطیسی بر روی نانوذرات برای افزایش انتقال حرارت بیشتر بوده است. با توجه به اینکه تاکنون اثر استفاده از عایق الکترومغناطیس در افزایش انتقال حرارت جابجایی بصورت تجربی بررسی نشده است، پس از مدلسازی عددی مسئله در حالت بدون عایق الکترو مغناطیس و اعتبار سنجی آن، اثرات میدان مغناطیسی بر مقدار ضریب انتقال حرارت جابجایی در درصدهای حجمی و اعداد رینولدز مختلف در لوله ای شامل قسمتهایی با عایق الکترومغناطیس مورد بررسی قرار گرفته و با حالت بدون عایق مقایسه شده اند. افزایش فرکانس زمانی میدان مغناطیسی متناوب و کسر حجمی نانوذرات، منجر به افزایش بهتر انتقال حرارت در محدوده مورد نظر گردیده اند که نتایج تاثیر این پارامترها و تغییرات ناشی از آنها نسبت به حالت بدون میدان مغناطیسی بیشتر می باشند. همچنین نتیجه بررسی در اعداد رینولدز مختلف نشان داده است که اثر میدان مغناطیسی در اعداد رینولدز کم و فرکانسهای بزرگتر، بیشتر بوده است.
    کلیدواژگان: فروسیال، نانو ذرات مغناطیسی، انتقال حرارت جابجایی، میدان مغناطیسی متناوب
  • محسن نظری، نسیبه بابازاده، محمد محسن شاه مردان، مجتبی آشوری صفحات 99-106
    در این مقاله انتقال حرارت جابجائی گذرای سیال درون یک مخزن عمودی استوانه ای شکل که توسط جریان نانوسیال در لوله ی تعبیه شده در مرکز مخزن خنک می شود، بصورت تجربی در محدوده رینولدز 700 تا 5500 مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به مطالعات انجام شده، انتقال حرارت جابه جائی گذرای سیال در یک مخزن استوانه ای توسط نانوسیال به طور کامل بررسی نشده است و نیازمند مطالعات عمیق تری در این خصوص می باشد. در این آزمایش نانوسیال آب- اکسید مس در دو درصد حجمی 1/ 0 و 2/ 0 به عنوان سیال عامل خنک کار در لوله مرکزی استفاده شده است. سیال داخل مخزن، آب است که توسط جریان نانوسیال در لوله داخلی خنک می شود. پس از اندازه گیری دمای ورودی و خروجی لوله مرکزی و همچنین دمای مخزن در هر ثانیه، عدد ناسلت متوسط و رایلی متناظر با هر درصد حجمی محاسبه و همزمان افت فشار در لوله نیز اندازه گیری می شود. با تکرار آزمایش، نتایج بدست آمده بوسیله روابط آماری در بازه اطمینان نمایش داده می شوند. صحت سنجی نتایج نیز با استفاده از روابط تئوری و نتایج آزمایشگاهی مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نمایانگر تطابق مناسب آزمایش با نتایج تئوری و آزمایشگاهی است. همچنین نتایج حاکی از افزایش حداکثر 20 درصدی عدد ناسلت و کاهش 5 درصدی دمای بی بعد مخزن در اثر استفاده از نانوسیال آب- اکسید مس با درصد حجمی 2/ 0 درصد است. در انتها نیز اثرات همزمان انتقال حرارت و افت فشار برای نانوسیال در نسبت های حجمی مختلف ارائه و مورد بحث قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی، جریان گذرا، نانوسیال
  • علی بارانی شولی، سعید امینی نجف آبادی، محمود فرزین صفحات 107-114
    شکل دهی نموی ورق های فلزی یک روش جدید برای تولید قطعات با تعداد پایین است. به دلیل عدم نیاز به قالب خاص، تجهیزات ارزان قیمت و همچنین کاهش نیرو های شکل دهی، می توان به کمک این فرآیند قطعات با اندازه های مختلف را با هزینه ی کمتری نسبت به روش های متداول مانند کشش عمیق تولید کرد. ویژگی شکل پذیری پایین Ti-6Al-4V در دمای اتاق، باعث می شود شکل دهی این ورق در دما های بالا ضرورت یابد. اثر هم زمان ایجاد حرارت و تغییر شکل را می توان در فرآیند شکل دهی نموی گرم الکتریکی ورق یافت. در این روش به دلیل عبور جریان الکتریسیته از یک مدار بسته، شامل منبع ولتاژ، ابزار سر کروی و ورق، حرارت موضعی در محل تماس ورق و ابزار تولید می شود و با حرکت تدریجی ابزار بر روی ورق، هندسه ی مورد نظر شکل می گیرد. در پژوهش حاضر، ورق 4V-6Al-Ti به روش شکل دهی نموی گرم الکتریکی به صورت تجربی شکل داده شده و اثر پارامتر هایی نظیر ضخامت اولیه ی ورق، سرعت پیشروی و چرخشی ابزار، گام عمودی حرکت ابزار و مقدار جریان عبوری از مدار بر شکل پذیری و حد اکثر زاویه ی شکل دهی مخروط با زاویه ی دیواره ی متغیر بررسی شده است. دمای شکل دهی و مقدار جریان ورودی به مدار، تاثیر بسیار زیادی بر شکل پذیری ورق داشته و با افزایش ضخامت ورق، مقدار جریان لازم برای شکل دهی افزایش می یابد. عبور جریان بیش از حد از مدار باعث سوختن ورق و کاهش شکل پذیری می شود. همچنین نشان داده می-شود با کاهش سرعت پیشروی و چرخشی، کاهش گام عمودی و افزایش ضخامت ورق، حداکثر زاویه ی شکل دهی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکل دهی نموی گرم ورق، جریان الکتریسیه، شکل پذیری
  • مجتبی عباسی حطانی، محمدحسن رحیمیان صفحات 115-122
    در این مقاله، تقطیر بخار و رشد کردن قطره روی دیواره سرد افقی و همچنین افتادن قطره از روی صفحه عمودی شبیه سازی شده است. روش بکار رفته روش بولتزمن شبکه ای و مدل مورد استفاده مدل لی است که در نسبت های چگالی و ویسکوزیته زیاد پایدار است. این روش همراه با حل معادله دما و اضافه کردن یک عبارت چشمه تغییر فاز به معادله اصلی لی، مورد استفاده قرار گرفته است. مدل لی بر فرضیات کان-هیلیارد و فرض تراکم ناپذیری جریان استوار است. در تحقیق حاضر به علت وجود تغییر فاز شرط دیورژانس آزاد میدان سرعت برقرار نخواهد بود. حل میدان دما که با استفاده از روش اسکالر منفعل صورت گرفته از حل میدان جریان جداست و فرض بوزینسک باعث تاثیر پذیری میدان جریان از میدان دما می شود. شبیه سازی به صورت دو بعدی می باشد و از مدل D2Q9 استفاده شده است. نتایج حاصله از شبیه سازی در شبکه بندی های مختلف مقایسه شده است. در این مقاله اثر جاذبه، زاویه تماس تعادلی قطره و دیواره و دمای سرد دیواره بر افزایش ضخامت قطره و همچنین قانون بقای جرم بررسی شده است. در انتها میدان جریان برای تکرار های مختلف تحلیل و خطوط جریان رسم شده است. مزیت این شبیه سازی، تقطیر به روش لی در نسبت چگالی بالا است. که در این مقاله نسبت چگالی 25 دارای جواب قابل قبولی می باشد.
    کلیدواژگان: تقطیر، روش بولتزمن شبکه ای، مدل لی
  • مریم امیری، محسن کهرم، علی کیانی فر صفحات 123-131
    توریبن های بادی ساونیوس بدلیل طراحی و ساخت ساده، عدم وابستگی به جهت باد و خود راه انداز بودن، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. در مقاله حاضر با استفاده از شبیه سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی به بررسی اثر میزان هم پوشانی اولیه و ثانویه بر عملکرد توربین بادی ساونیوس پرداخته شده است. هشت روتور مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند که سه روتور بصورت آزمایشگاهی و هر هشت روتور بصورت عددی تحلیل شده اند. اثر پارامترهای همپوشانی اولیه، هم پوشانی ثانویه، عدد رینولدز و تعداد پره بر ضریب توان و ضریب گشتاور پره مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند حداکثر ضریب توان برای تمامی روتورهای بررسی شده در نسبت سرعت-های نوک 8/ 0 تا 0/ 1 (سرعت نوک پره نزدیک به سرعت باد) اتفاق می افتد. ضریب توان حداکثر در مقدار هم پوشانی اولیه (بی بعد شده نسبت به قطر پره) 2/ 0 اتفاق می افتد، اما کم یا زیاد کردن هم پوشانی ثانویه باعث کاهش ضریب توان حداکثر می شود. با افزایش عدد رینولدز ضریب توان حداکثر و متوسط افزایش می یابد. همچنین گرچه افزودن پره به روتور ساونیوس باعث ایجاد گشتاور تولیدی یکنواخت تری می گردد، اما ضریب توان حداکثر روتور را کاهش می دهد. با افزایش نسبت هم پوشانی ثانویه مثبت، ضریب گشتاور افزایش می یابد و هم پوشانی منفی ضریب گشتاور را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: روتور ساونیوس، هم پوشانی اولیه، هم پوشانی ثانویه، ضریب توان
  • جاماسب پیرکندی، مصطفی محمودی، فرهاد امانلو صفحات 132-144
    قابلیت پیل های سوختی اکسید جامد در ترکیب با سیکل توربین گاز سبب شده است که سیستم ترکیبی حاصل به عنوان یک سیستم تولید توان جدید مد نظر پژوهشگران مختلف قرار گیرد. از کاربردهای مهم این نوع سیستم های هیبریدی استفاده از آنها در واحدهای پیشرانش هواپیماهای بدون سرنشین و مسافربری به عنوان واحد توان کمکی می باشد. هدف عمده این تحقیق طراحی یک سیستم تولید توان کمکی هیبریدی مجهز به پیل سوختی اکسید جامد است که در آینده نزدیک یکی از نیازهای اساسی جهت تولید توان الکتریکی در هواپیماهای بزرگ خواهد بود. پارامترهای طراحی و متغیرهای تصمیم گیری در تحلیل سیستم، نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین و تعداد سلول پیل انتخاب شده اند. نتایج نشان می دهد که افزایش فشار کاری سیستم سبب کاهش دمای گازهای خروجی از توربین و دمای کاری پیل شده و این مساله به شدت بر روی توان تولیدی و راندمان الکتریکی سیستم اثر می گذارد. در دمای 1000 درجه سلسیوس برای گازهای ورودی به توربین راندمان الکتریکی سیستم در حدود 49 درصد می باشد. حداکثر راندمان الکتریکی سیستم در پیل سوختی نیز در حدود 55 درصد برآورد می گردد. بررسی نتایج به دست آمده نشان می دهد که در صورت کنترل حرارت تولید شده در پیل و استفاده مفید از آن راندمان کلی سیستم تا حدود 84 درصد قابل افزایش خواهد بود. از طرف دیگر افزایش تعداد سلول های توده پیل سوختی سبب افزایش راندمان الکتریکی و کاهش راندمان کلی سیستم هیبریدی خواهد شد.
    کلیدواژگان: واحد توان کمکی، پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، سیستم ترکیبی، راندمان
  • جاماسب پیرکندی، مصطفی محمودی، مصطفی رضوان دوست صفحات 145-156
    به دلیل کاربردهای گسترده پهپادها، سرمایه گذاری روی آنها در سال های اخیر افزایش یافته است. ملخ به عنوان یک عامل مهم در ایجاد نیروی پیشران این وسایل پرنده بوده و بررسی عملکرد آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به این مساله در این تحقیق تلاشی برای طراحی و ساخت وسیله ای جهت اندازه گیری نیروی تراست استاتیکی چند نمونه از ملخ های مورد استفاده در یک موتور الکتریکی با کاربرد در یک پهپاد سبک صورت گرفت. برای این کار ابتدا یک استند برای انجام تست های استاتیکی موتور طراحی، تحلیل و ساخته شد و سپس عملکرد استاتیکی موتور الکتریکی اشاره شده با چند نمونه ملخ در سرعت های دورانی مختلف اندازه گیری شده و با نتایج عددی و تحلیلی مقایسه گردید. در ادامه به منظور اعتبارسنجی نتایج، عملکرد یکی از ملخ های بررسی شده با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر مدل توربولانسی k-ε،RNG به صورت عددی تحلیل گردید. مقایسه نتایج عددی، تحلیلی و تجربی برای ملخ مذکور حاکی از تطابق مناسب و صحت تست های تجربی انجام شده می باشد. نتایج بدست آمده بیانگر این مساله می باشد که در بهترین حالت اختلاف میان نتایج تحلیلی و تجربی حدود 4/ 0%، نتایج تجربی و عددی 3/ 0% و نتایج تحلیلی و عددی نیز در حدود 23/ 1 % برآورد می گردد. همچنین در محدوده تغییرات سرعت دورانی در اکثر موارد اختلاف میان نتایج تجربی و عددی کمتر از 10 % است که این موضوع حاکی از تطابق قابل قبول نتایج و نیز نشان دهنده صحت روش عددی به کار رفته و همچنین ساز وکار انجام گرفته در تست های تجربی است.
    کلیدواژگان: تست استند، ملخ، تراست استاتیکی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • مهران کدخدایان، محمود شریعتی، رضا ناصری صفحات 157-166
    پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه داریکی از موثرترین فرایندهای تغییرشکل پلاستیکی شدید جهت تولید مواد فوق ریزدانه و حتی نانوساختار است. از میان بایوموادهای فلزی،تیتانیم خالص تجاری در مقایسه با سایر آلیاژها بهترین خواص مکانیکی را نشان می دهد. در این مطالعه اثر سطح مقطع قطعه کار بر خواص مکانیکی تیتانیم خالص تجاری تولید شده توسط این فرایند مورد بررسی قرار گرفته است. قطعه کارهایی در دو نوع سطح مقطع دایروی و مربعی در قالبی با زاویه ی کانال 120 درجه با مقطع مربعی در دمای محیط طی یک پاس تحت پرس قرار گرفت و اثرات آن بر نیروی شکل دهی، اندازه دانه، سختی، استحکام و چقرمگی مطالعه شد. شبیه سازی اجزاء محدود نیز با استفاده از نرم افزار آباکوس جهت پیش بینی نیروی شکل دهی، کرنش پلاستیک معادل و بررسی اثر پارامترهای هندسی کانال قالب بر آنها انجام شده است که انطباق مناسبی بین نتایج شبیه سازی و تجربی وجود داشت. از تحلیل نتایج چنین فهمیده شد که با استفاده از قطعه کاری با مقطع دایروی در فرایند پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه-دار، در مقایسه با قطعه کار با مقطع مربع، نه تنها نیروی پرسکاری کمتری موردنیاز است بلکه خواص مکانیکی ماده نظیر سختی و استحکام به طور چشمگیری بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار، تیتانیم خالص تجاری، سطح مقطع، خواص مکانیکی، شبیه سازی اجزاء محدود
  • پویان رامیان، محمد طیبی رهنی، آرمن آدامیان صفحات 167-178
    در این مقاله، انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال در حضور میدان مغناطیسی یکنواخت بین محفظه مربعی و سیلندر داخلی، با روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده است. سیلندر داخلی در سه شکل مربعی، لوزی و دایره ای مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های محفظه مربعی در دمای ثابت سرد و سیلندر داخلی در دمای ثابت گرم قرار دارند. در شبیه سازی انجام گرفته، میدان جریان، دما و مغناطیس با حل همزمان توابع توزیع جریان، دما و مغناطیس محاسبه شده است. آرایش شبکه D2Q9 برای هر سه تابع توزیع استفاده شده است. نتایج حاصله به خوبی حرکت جریان سیال و توزیع دمای در فضای بین محفظه و سیلندر را نشان می دهد. صحت شبیه سازی با استفاده از مقایسه نتایج با تحقیقات معتبر گذشته بررسی شده است، که تطابق خوب نتایج نشان دهنده دقت بالای کد کامپیوتری نوشته شده، می باشد. مطالعه جامع پارامتری بر حسب تاثیر اعداد رایلی، هارتمن، کسر حجمی و جنس نانوذرات مختلف بر روی انتقال حرارت جابجایی طبیعی بررسی شده است. نتایج بیانگر این است که، برای هر سه هندسه در کسر حجمی و جنس نانوذرات مشخص، با ثابت بودن عدد رایلی و افزابش عدد هارتمن انتقال حرارت کاهش می یابد. همچنین در این حالت در عدد هارتمن ثابت و با افزابش عدد رایلی، انتقال حرارت افزایش می یابند. برای انتخاب هندسه مناسب جهت انتقال حرارت بهینه باید به عدد رایلی و هارتمن توجه داشت. با تغییر کسر حجمی و جنس نانوذرات با تغییر خواص ترموفیزیکی نانوسیال می توان مستقیما بر روی انتقال حرارت تاثیرگذار بود.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، جابجایی طبیعی، نانوسیال، میدان مغناطیسی
  • حمید موسی زاده، بهزاد قدیری دهکردی*، پوریا ظریفیان صفحات 179-189

    با توجه به اهمیت بال و بالک در سیستم های هوافضایی مافوق و کاربرد آن ها در پایداری و کنترل و پرواز، بررسی پایداری آیروالاستیک آن ها در جریان مافوق صوت دارای اهمیت و کاربرد فراوان است. در تحقیق حاضر مدل بالک مافوق صوت دوبعدی به صورت کاملا غیرخطی در بخش سازه و آیرودینامیک فرض شده است. سازه بالک با سفتی و میرایی غیرخطی پیچشی و انتقالی به ترتیب از مرتبه 3 و 2 و لقی حرکت پیچشی و انتقالی، به صورت ترکیبی فرض شده است. یک ترکیب سازه ای کاملا غیرخطی با اثر میرایی غیرخطی که برای اولین مرتبه مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج حاصل دارای نکات مهم و قابل توجهی است که مورد مطالعه قرار گرفته است. همین طور، مدل آیرودینامیک پیستون مرتبه 3 غیرخطی برای شبیه سازی جریان مافوق صوت اطراف بالک فرض شده است. معادلات غیرخطی حاکم براساس اصل همیلتون و با استفاده از انرژی جنبشی و پتانسیل و کارمجازی مربوط به بالک دوبعدی تعیین شده است. بعد از انتقال معادلات در فضای حالت، با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه 4 برای تعیین رفتار آشوبناک و سیکل محدود بالک، حل شده اند. بالک با سفتی غیرخطی پیچشی، با افزایش سرعت، کاملا رفتار نرم شونده نشان داده است. اما، با حضور سفتی انتقالی، رفتار سازه برای سرعت های پایین تر سخت شونده است. اثر لقی پیچشی و انتقالی در رفتار پسا فلاتر بالک بسیار پیچیده است و بطور کلی در سرعت های کم باعث افزایش ناپایداری شده است. همین طور، افزایش سرعت باعث کاهش اثر میرایی در رفتار پسا فلاتر بالک شده است.

    کلیدواژگان: سفتی غیرخطی، میرایی غیرخطی، لقی، نوسانات سیکل محدود، ایرفویل لوزی شکل
  • سید امیر حسینی سبزواری، مجید معاونیان * صفحات 190-196

    ضرورت پاسخ گویی به نیازهای صنعتی روز با توجه به رشد مبانی تئوری و تسهیل و فراهم شدن اقتصادی تجهیزات، محققین بسیاری را به پژوهش در کاربرد سامانه های پایش وضعیت ترغیب نموده است. در این مقاله هدف شناسایی موقعیت مکانی ضربه در صفحه با کمک صدای حاصل از آن است. برای این منظور در بخش آزمایشی این تحقیق از صدای اصابت توپ به میز پینگ پنگ، استفاده شده است. در این راستا یک بانک داده ی صدا به وسیله ی یک میکروفون ارزان قیمت ایجاد شده است. بانک داده ی فوق حاوی صدای ایجاد شده ناشی از 25 بار اصابت توپ به 5 نقطه مختلف در راستای طولی میز می باشد. در روش پیشنهادی نخست داده های مربوط به صدای برخورد توپ، از سیگنال ضبط شده توسط رایانه مشخص و جداسازی می گردد. سپس با استخراج یک فضای ویژگی 4 بعدی با استفاده از گشتاورهای آماری سیگنال، کلیه ضربات بر مبنای نقطه برخورد خوشه بندی می شوند. در ادامه به منظور تشخیص موقعیت ضربات، یک بردار ویژگی مبتنی بر انرژی سیگنال تقریب و جزئیات تبدیل موجک فضای فرکانسی ضربات، توسعه یافت. در نهایت برای طبقه بندی موقعیت نقاط برخورد از شبکه عصبی مصنوعی،استفاده شده است. روش های پیشنهادی به بانک اطلاعاتی گردآوری شده اعمال و میانگین مقادیر حساسیت و پیش بینی مثبت در خوشه بندی به ترتیب 20/ 91 و 18/ 91 درصد و در تشخیص موقعیت به ترتیب 97/ 91 و 45/ 93 درصد حاصل شده اند.

    کلیدواژگان: تشخیص موقعیت صدا، حس گر ارزان قیمت، استخراج ویژگی
  • محمدحسین بازیار، هادی ارجمند کرکزلو، علیرضا یاسری، امین موسایی صفحات 197-208
    در این تحقیق، از یک روش نیمه تحلیلی به نام روش المان محدود با مرز مقیاس شده برای حل معادله پخش-واکنش در حالت ماندگار با ضرایب پخش و زوال ثابت که کاربرد گسترده ای در مسائل انتقال آلودگی، مهندسی شیمی و انتقال حرارت دارد، استفاده می شود. این روش در دهه گذشته با موفقیت برای حل مسائل مختلف مهندسی مانند الاستودینامیک، مکانیک شکست و تراوش به کار گرفته شده است. این روش مزایای هر دو روش المان محدود و المان مرزی را هم زمان دارا می باشد. شبکه بندی فقط بر روی مرزها صورت می گیرد، بنابر این ابعاد مسئله به اندازه ی یک واحد کاهش می یابد ولی برخلاف روش المان مرزی، نیازی به حل معادلات بنیادی پیچیده نیست. درونیابی در مرز ها همانند روش المان محدود با استفاده از توابع شکل تقریب زده می شود. این روش نقاط تکین، مسائل ناهمسان و ناهمگنی که شرط تشابه را ارضا کنند به خوبی مدل سازی می کند و همچنین قادر به ارضاء شرایط مرزی در بینهایت (شرط تابشی) برای تسخیر دامنه های نامحدود می باشد. در این تحقیق ابتدا فرمولاسیون روش المان محدود با مرز مقیاس شده برای حل معادله ی پخش–واکنش ارائه و سپس معادلات به کمک روشی پیشنهادی بر اساس ماتریس سختی دینامیکی حل خواهند شد. دقت و عملکرد این روش با استفاده از سه مثال عددی بررسی می شود. نتایج نشان می دهند که جواب های روش المان محدود با مرز مقیاس شده همخوانی مناسبی با جواب های تحلیلی و عددی پرکاربرد دارد.
    کلیدواژگان: روش المان محدود با مرز مقیاس شده، پخش، واکنش، شبکه بندی
  • حسن حدادی، سیروس آقانجفی، فرشاد ترابی * صفحات 209-220

    در این مقاله از روش المان طبیعی (NEM) برای بررسی انتقال حرارت هدایت، جابجایی و تابش برای جریان آرام در یک حفره مثلثی استفاده شد. روش المان طبیعی بر اساس روش گالرکین بوده که یک تکنیک جدید در زمینه مکانیک محاسباتی است و به-عنوان یک روش بدون مش در نظر گرفته شده است. توابع شکل استفاده شده در روش المان طبیعی که بر اساس دیاگرام ورونی مجموعه ای از گره ها بوده، به دقت درون یابی کرده و می توان شرایط مرزی اساسی را به صورت مستقیم در ترم های مربوطه در سیستم معادلات، جایگزین کرد. در این مقاله برای حل معادله انتقال تابشی از تقریب P_1 استفاده شد. اثر پارامترهای مختلف مانند عدد رایلی برای حالت بدون تابش و عدد پلانک و دمای متوسط برای حالت تابش در نظر گرفته شد. نشان داده شد که افزایش عدد رایلی، سبب افزایش استحکام رژیم جابجایی آزاد و در نتیجه نرخ انتقال حرارت جابجایی می شود. همچنین نشان داده شد که کاهش عدد پلانک و دمای متوسط، سبب افزایش استحکام رژیم تابش و در نتیجه نرخ انتقال حرارت تابشی می شود. نتایج روش المان طبیعی با دیگر مطالعات گزارش شده در منابع، مقایسه شد. با مقایسه نشان داده شد که روش المان طبیعی کارآمد، دقیق و پایدار است و از آن می توان برای انتقال حرارت و جریان سیال استفاده کرد.

    کلیدواژگان: روش المان طبیعی، حفره مثلثی، تابش
  • محمدحسن شجاعی فرد، عمار میرزایی، محمد صادق عابدی نژاد، یوسف یاسی صفحات 221-230
    در این مطالعه، شبیه سازی سه بعدی جریان سیال گذرنده از یک میکرو توربین جریان محوری اگنیو بررسی شده است. این توربین که در آزمایشگاه ماشینهای آبی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی نصب شده، برای تولید توان در مقیاس یک کیلووات طراحی شده است. شبیه سازی عددی در نرم افزار انسیس سی اف اکس نسخه دوازده انجام شده و نتایج آن با داده های تجربی اعتباردهی شده است. چهار شبکه محاسباتی مختلف به کمک روش شاخص همگرایی شبکه مورد ارزیابی قرار گرفته تا استقلال حل از شبکه بررسی شود. در شبیه سازی ها، از صفحه اختلاط جهت انتقال آشفتگی جریان از دامنه دوار پره ها به دامنه ساکن لوله مکش استفاده شده است که در آن اغتشاشات در راستای محیطی میانگین گیری می شوند. برای اعتباردهی شبیه سازی عددی، تاثیر نحوه مدلسازی آشفتگی جریان با انتخاب چند مدل مختلف بررسی شده است. از آنجا که مقدار شدت آشفتگی جریان به روش تجربی ممکن نیست، چند مقدار برای آن در نظر گرفته شده است و نتایج نشان می دهد که مقدار شش درصد برای شدت آشفتگی جریان ورودی به توربین، نزدیکی بیشتری با داده های تجربی دارد. همچنین با انتخاب چهار طرح مختلف، تاثیر گسسته سازی معادلات بررسی شد که به دلیل دقت مناسب و حجم محاسبات، طرح دقت بالا برای انجام شبیه سازی عملکرد توربین اگنیو انتخاب شد. پس از تعیین نحوه مدلسازی آشفتگی، مقدار آشفتگی در ورودی و نحوه گسسته سازی معادلات، شبیه سازی کل توربین اگنیو انجام شده و نمودارهای راندمان توربین بدست آمده است. خطاهای آزمایش و اختلاف نتایج شبیه سازی با داده های تجربی نیز بررسی شده است که بیانگر توافق مناسبی می باشد.
    کلیدواژگان: میکرو توربین آبی، شبیه سازی عددی، برهمکنش روتور، استاتور، مدل آشفتگی
  • علی علوی نیا، مهدی کاظمی صفحات 231-239
    پانل های ساندویچی معمولا به دلیل نسبت استحکام به وزن و جذب انرژی بالا، کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوا-فضا، صنایع دریایی و صنایع خودروسازی دارند. بررسی و تحلیل نفوذ بالستیک پرتابه ها در پانل های ساندویچی عمدتا به صورت تجربی و عددی بوده و به دلیل پیچیدگی های معادلات ریاضی حاکم بر این پدیده، مطالعات تحلیلی بسیار اندکی در این زمینه صورت گرفته است. هوفت و همکارانش در مقاله ای به بررسی تحلیلی ضربه سرعت بالا بر روی پانل های ساندویچی با رویه های کامپوزیتی و هسته فومی پرداخته اند. به دلیل کاربرد وسیع تر پانل های ساندویچی متشکل از رویه های فلزی و هسته فومی در صنایع هوا- فضا در این مقاله، با انجام اصلاحاتی بر روی روش تحلیلی ارائه شده توسط هوفت و همکارانش به بررسی ضربه سرعت بالا بر روی پانل های ساندویچی با رویه های فلزی و هسته فومی در برخورد قائم با یک پرتابه استوانه ای پرداخته شده است. جهت ارزیابی صحت روش تحلیلی مورد نظر از آزمایش های تجربی صورت گرفته بر روی دو نوع پانل با هسته های فوم پلیمری و فلزی و رویه-های آلومینیومی بهره گرفته شده است. نتایج این تحقیق نشا نمی دهد که روش تحلیلی ارائه شده دقت قابل قبولی در تعیین سرعت باقی مانده پرتابه در برخورد با پانل هایی با هسته فوم پلیمری و فلزی و با نسبت چگالی های مختلف دارا می باشد.
    کلیدواژگان: پانل های ساندویچی، هسته، فوم، مدل تحلیلی
  • بهروز حسنی، سید مهدی توکلی، مهدی اردیانی صفحات 240-248
    در این تحقیق به فرمول بندی و حل مسائل الاستیک غیر خطی تقریبا تراکم ناپذیر، که به مسائل هایپرالاستیسیته نزدیک به تراکم ناپذیری نیز معروفند، با روش تحلیل ایزوژئومتریک پرداخته شده است. بدین منظور پس از تعریف اجمالی این دسته از مسائل هایپرالاستیسیته با در نظر گرفتن روابط حاکم بر مسئله که دارای ماهیت غیرخطی است، به خطی سازی معادلات جهت استفاده از الگوریتم عددی حل بر مبنای تکرار نیوتن- رافسون پرداخته می شود. سپس معادلات تعادل در حالت گسسته نوشته شده و ماتریس ضرایب در رهیافت روش ایزوژئومتریک استخراج می گردد. در ادامه با بهره گیری از مفاهیم عنوان شده، الگوریتمی برای مسائل غیرخطی الاستیک در محدوده تراکم ناپذیری پیشنهاد گشته است. با توجه به تغییرشکل های بزرگ در مسائل غیرخطی الاستیک، در بکارگیری روش اجزای محدود، علاوه بر وابستگی جواب مسئله به اندازه شبکه المانها که باعث ایجاد دستگاه معادلات با حجم محاسباتی بالا می گردد، در برخی از مسائل مش بندی مجدد نیز اجتناب ناپذیر است. در روش ایزوژئومتریک با توجه به استفاده از توابع پایه اسپیلاین که قابلیت انعطاف پذیری بالائی در ایجاد هندسه مدل دارد، نیاز به فرآیند تولید مش مجدد تا حد زیادی رفع می شود. نتایج این تحقیق حاکی مزیت روش ایزوژتومتریک نسبت به اجزای محدود به دلیل ایجاد دستگاه معادلات کوچکتر و کاهش حجم محاسبات شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، تابع پایه نربز، مصالح هایپرالاستیسیته در محدوده تراکم ناپذیری، الگوریتم عددی نیوتن، رافسون
  • مهدی قناد کهتویی، محمد جعفری، امین عامری صفحات 249-256
    به خاطر تغییرات پیوسته ی خواص مکانیکی مواد ناهمگن تابعی و درنتیجه کاهش اثر تمرکز تنش، محققان زیادی علاقه مند به بررسی رفتار و استفاده از این قبیل مواد در صنایع مختلف هستند. طراحی درست ورق ناهمگن حاوی گشودگی، مستلزم دانستن اطلاعات دقیق در مورد تغییر شکل و توزیع تنش در نقاط مختلف صفحه به ویژه در اطراف گشودگی است. در این مقاله سعی می شود به کمک روش توابع پتانسیل مختلط، حلی تحلیلی برای محاسبه توزیع تنش دوبعدی اطراف گشودگی دایره ای در ورق -بلند ناهمگن ارائه شود. بار به صورت کشش ثابت و یکنواخت تک محوری و دو محوری به صفحه اعمال می شود؛ در مرز گشودگی نیز بار به صورت فشار یکنواخت به گشودگی اعمال می شود. بررسی تاثیر مقدار بار فشاری اعمال شده بر مرز گشودگی در توزیع تنش اطراف آن یکی از اهداف مهم این تحقیق است. تغییرات خواص مکانیکی به خصوص مدول الاستیسیته، در جهت شعاعی و هم مرکز با گشودگی درنظر گرفته شده است؛ برای توصیف تغییر خواص مکانیکی ورق مورد نظر از یک تابع نمایی که دارای شعاع همگرایی مشخصی است، استفاده می شود. از روش اجزای محدود برای راستی سنجی نتایج حل تحلیلی، در تمام حالات بارگذاری برای ورق همگن و ناهمگن استفاده شده است. با وجود بارگذاری فشاری در داخل گشودگی دایره ای علاوه بر تنش محیطی، مقدار تنش شعاعی نیز قابل توجه است؛ لذا از تنش فن میزس برای بررسی تنش در اطراف گشودگی استفاده شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که ورق ناهمگن با روند افزایشی مدول الاستیسیته تحت بارگذاری درون صفحه ای، ظرفیت تحمل بار بهتری نسبت به ورق همگن دارد.
    کلیدواژگان: ورق FG، مواد ناهمگن، گشودگی دایروی، توابع پتانسیل، تمرکز تنش
  • مرتضی فتحی، فرید نجفی صفحات 257-268
    در این پژوهش، به منظور توانبخشی عضو حرکتی پا، یک سیستم سرونیوماتیک مجهز به سیلندر دوطرفه قرار داده شده به صورت عمودی و کنترل شونده با شیرهای قطع/وصل ساخته شده است. به دلیل متفاوت بودن شرایط فیزیکی و درجه معلولیت بیماران و تغییرات سایر پارامترهای دینامیک سیستم، استراتژی کنترل ادمیتانس برای سازگار نمودن تعامل عملگر با کاربر به کار گرفته می شود. به منظور تحلیل پایداری مجموعه، مدل خطی و تابع تبدیل پیوسته سیستم ارائه می گردد. به دلیل وجود توابع تبدیل نمایی در تابع تبدیل پیوسته سیستم، تبدیلات لازم جهت حصول به تابع تبدیل حلقه بسته گسسته صورت می گیرد. از این طریق، تعیین محدوده عملکرد پایدار پارامترهای کنترل ادمیتانس نسبت به تغییرات سایر پارامترهای دینامیکی مجموعه به روش تحلیل مکان هندسی قطب های سیستم حلقه بسته گسسته امکان پذیر می شود. این پارامترهای دینامیکی شامل جرم، میرایی و سفتی معادل عملگر و امپدانس پا و همچنین بهره های تناسبی و مشتقی کنترلر موقعیت حلقه داخلی می باشند. تطابق مناسبی بین مرزها و محدوده های عملکرد پایدار سیستم در مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی حاصل از آزمایشات مشاهده می گردد. نتایج تحلیلی برای تنظیم پارامترهای ادمیتانسی و سایر پارامترهای دینامیک سیستم به منظور عملکرد نرم و پایدار حین فرآیند توانبخشی قابل بکارگیری است.
    کلیدواژگان: کنترل ادمیتانس، تحلیل پایداری، مکان هندسی ریشه ها، تابع تبدیل گسسته، سیستم سرونیوماتیک توانبخش
  • روح الله طالبی توتی، اکبر اشراقی، منصور ترابی، محمدرضا غیبی صفحات 269-277
    عوامل مختلفی مانند جنس، ارتفاع، ضخامت، ملاحظات نصب و شکل راس دیواره ها بر بازدهی دیواره های صوتی در کاهش نویز فرودگاه تاثیر دارند. هدف از این مقاله، بهبود تاثیر شکل راس دیواره ها بر میزان کاهش نویز اطراف فرودگاه و یافتن بهبود یافته ترین شکل راس دیواره می باشد. برای بررسی کارایی دیواره صوتی، از روش المان مرزی استفاده شده است. بدین صورت که با استفاده از نرم افزارهای مدل سازی، دیواره های صوتی با اندازه ها و ابعاد مختلف در آن ها طراحی گردیده و پس از مش بندی آن ها، ازروش المان محدود، برای تحلیل ارتعاشی مدل ها استفاده شده است. با استفاده از تحلیل ارتعاشی انجام شده، فرکانس های طبیعی و شکل مودهای سازه دیواره به دست می-آید. سپس با مدل کردن منبع نویز و گیرنده های صوتی میزان افت جاگذاری آن ها محاسبه گردیده است. به دلیل اینکه تعداد حالات راس دیواره Y شکل بسیار متنوع بوده و بررسی تمام حالات چه از لحاظ زمان و چه از لحاظ هزینه به صرفه نمی باشد از روش طراحی آزمایشات تاگوچی جهت تقلیل حالات موجود استفاده شده است. سپس رابطه حاکم بر نتایج آزمون های گرفته شده با درصد خوبی به کمک شبکه عصبی تشخیص داده شده و در نهایت از الگوریتم ژنتیک جهت بهینه سازی و به دست آوردن ایده آل-ترین شکل راس استفاده شده است.
    کلیدواژگان: دیواره های صوتی، روش المان مرزی، افت جاگذاری، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک
  • علیرضا جمارانی، مهدی معرفت، مجید اسحق نیموری صفحات 278-286
    در مطالعه ی حاضر به بررسی تحلیلی و عددی اعتبار دو تعریف متداول عدد ناسلت برای انتقال حرارت جابجایی در یک لوله با ماده متخلخل جزئی پرداخته شده است. تعریف اول عدد ناسلت بصورت Nu_1 (x)=(2R(∂T/∂r)_(r=R))⁄((T_w-T_m (x))) و تعریف دوم عدد ناسلت بصورت Nu_2 (x)=(2Rq_cond^'')⁄(k_ref (T_w-T_m (x))) بیان شده است. در ابتدا عدد ناسلت حاصل از این دو تعریف در آرایش های مختلف ماده متخلخل در یک لوله، بصورت تحلیلی بررسی شده است. نتایج بررسی تحلیلی نشان می دهد که در آرایش مرزی ماده متخلخل، مقدار ناسلت محاسبه شده با این دو تعریف، با یکدیگر متفاوت می باشد. درتعریف اول ناسلت، مقدار حرارتی که با عبور جریان سیال از میان ماده متخلخل به سیال منتقل می شود، لحاظ نمی گردد و درنتیجه ناسلت محاسبه شده از این تعریف فیزیک انتقال حرارت جابجایی را در این مساله به درستی بیان نمی کند. در ادامه آرایش مرزی ماده متخلخل در یک لوله با جریان مغشوش بصورت عددی شبیه سازی شده و عدد ناسلت از هر دو تعریف محاسبه می گردد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضریب هدایت ماده متخلخل، عدد ناسلت حاصل از تعریف اول کاهش می یابد که این امر بیان درستی از فیزیک مسئله نیست. بنابراین در آرایش مرزی ماده متخلخل در یک لوله، استفاده از تعریف اول ناسلت مناسب نیست. با بررسی تعریف دوم ناسلت، مشاهده می شود که با افزایش ضریب هدایت ماده متخلخل، عدد ناسلت افزایش می یابد که این نتیجه فیزیکی بوده و لذا تعریف دوم ناسلت برای آرایش مرزی ماده متخلخل مناسب تر به نظر می رسد.
    کلیدواژگان: ماده متخلخل، انتقال حرارت جابجایی، عدد ناسلت
  • امیرحسین مرادی، مصطفی مافی، منصور خانکی * صفحات 287-298

    وجود منابع عظیم گاز طبیعی در کشور و گستردگی خطوط توزیع آن سبب شده است که استفاده از گاز به عنوان یکی از حاملهای اصلی انرژی، مدنظر دولتمردان قرار گیرد. نوسانات شدید فصلی مصرف گاز در بخش خانگی و اولویت دهی به این بخش سبب شده است که تامین گاز سایر بخش ها نظیر نیروگاه ها در فصول سرد سال، با مشکلات عدیده ای مواجه گردد. ذخیره سازی گاز طبیعی به صورت مایع در فصول گرم سال و استفاده از آن در فصول سرد به جهت تامین سوخت موردنیاز نیروگاه ها، یکی از راهکارهای مطرح در این حوزه می باشد. در این تحقیق دو فرایند اکسپاندری-نیتروژنی و مبرد چندجزئی ساده که از جمله فرایندهای مطرح مایع سازی گاز طبیعی در حوزه قله سایی می باشند، مورد ارزیابی قرار گرفته اند. تغییرات شرایط محیطی و عملیاتی (نظیر تغییرات دبی، فشار، دما و درصد ترکیب اجزاء گاز خوراک و مبرد چرخه) از جمله مشکلاتی است که واحدهای قله سایی به طور دائم با آن مواجه خواهند شد؛ در نتیجه، حساسیت کم به تغییرات شرایط، یکی از ملاک های مهم در انتخاب فرایند مناسب می-باشد. در این تحقیق، از روش آنالیز حساسیت بی بعد جهت مطالعه رفتار چرخه های مایع ساز استفاده شده است. نتایج تحقیق بیانگر این موضوع است که چرخه مبرد چند جزئی علی رغم توان مصرفی کم تر، در اغلب موارد نسبت به تغییرات محیطی و عملیاتی حساس تر بوده و حتی در برخی موارد، اغتشاش اعمالی در محدوده مجاز خطای احتمالی وسایل اندازه گیری (نظیر 20 کیلو پاسکال عدم قطعیت یا نوسان در فشار مکش کمپرسور) سبب اختلال در عملکرد کل فرایند مایع سازی (ورود مایع به کمپرسور) می شود.

    کلیدواژگان: چرخه مایع سازی مبرد چندجزئی، چرخه مایع سازی اکسپاندری، نیتروژنی، فرایند دماپایین، آنالیز حساسیت
  • اسماعیل غفاری، جلیل رضایی پژند صفحات 299-308
    در این مقاله، تحلیل استاتیک تیر کامپوزیتی با استفاده از روش کاهش ابعاد و در نظر گرفتن اثرات برش عرضی در مقطع تیر مطرح می شود. در روش کاهش ابعاد با صرف نظر از حل سه بعدی مسئله، مدل الاستیسیته سه بعدی تیر، به حل دو بعدی مقطع و یک بعدی در راستای محور طولی شکسته می شود. جهت ارائه روش حل مقطع به صورت تحلیلی، از توابع چندجمله ای و روش ریلی-ریتز استفاده می شود. جهت دستیابی به سفتی های مقطع شامل سفتی های برشی، در حل دو بعدی مقطع، روش مجانبی تغییرات مورد استفاده قرار گرفته است. در روش مجانبی تغییرات به کمک پارامترهای کوچک مسئله (ابعاد مقطع نسبت به طول)، تابعی انرژی کرنشی تیر به صورت گام به گام بر اساس مرتبه های مختلف از پارامترهای کوچک تیر و استفاده از تئوری تغییرات کمینه می شود. با کمینه سازی تابعی انرژی کرنشی تیر در حل مقطع، توابع مختلف اعوجاج داخل و خارج صفحه محاسبه می شود. محاسبه توابع اعوجاج مقطع و اثرات برشی در تیرهای کامپوزیتی بر خلاف بسیاری از تیرهای همسانگرد حائز اهمیت می باشد. در این مقاله با روش پیش رو تیرهای همسانگرد با هندسه های مختلف و تیرهای قوطی کامپوزیتی با چیدمان های متقارن و نامتقارن مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه شده با نتایج تئوری و تجربی سایر مقالات و المان محدود سه بعدی مورد مقایسه قرار گرفته است. با استفاده از روش کاهش ابعاد می توان با صرف هزینه محاسباتی و زمان بسیار کمتر از حل سه بعدی المان محدود و با دقت مناسب، به مدل سازی و بهینه سازی سازه هایی که به صورت تیر کامپوزیتی مدل می شوند، پرداخت.
    کلیدواژگان: تیر کامپوزیتی، توابع اعوجاج، اثرات برش عرضی، ریلی، ریتز، المان محدود
  • حمید گازرپور، محمدعلی امیری آتشگاه * صفحات 309-317

    در این پژوهش، شبیه سازی و کنترل بهینه سامانه تدر الکترودینامیک به عنوان یک سامانه نیروی محرکه ی فضایی جدید و ارزان بررسی شده است. این سامانه بدون نیاز به سوخت با استفاده از برهمکنش جریان الکتریکی درون تدر با میدان مغناطیسی زمین، شتاب مورد نیاز برای انجام مانورهای مداری را می تواند تامین کند. به همین دلیل تدر الکترودینامیک گزینه ی بسیار مناسبی جهت انجام ماموریت های پاکسازی فضا از زباله های فضایی است. در این راستا، ابتدا دینامیک سامانه تدر و میدان مغناطیسی زمین در نرم افزار سیمولینک متلب شبیه سازی شده و تغییرات عناصر مداری کلاسیک و امکان سنجی انجام مانورهای مداری مورد بررسی واقع شده است. همچنین به بررسی حرکت نسبی و ملاقات به وسیله تدر، دستگاه مختصات مناسب، شرایط مسئله و روش حل پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد این سامانه جهت انجام انواع مانورهای مداری در صفحه و خارج از صفحه با بازه زمانی بزرگ در مدارهای کم ارتفاع زمین قابل استفاده است. مسئله ملاقات دو بعدی با زباله فضایی نیز با استفاده از روش مرتب سازی مستقیم در نرم افزار متلب و توسعه یک برنامه حل کننده متناسب با مسئله موجود و رفع محدودیت های آن، حل شده و کنترل بهینه جهت انجام ماموریت ملاقات در زمان کمینه به دست آمده و مسیر بهینه مشخص شده است.

    کلیدواژگان: تدر الکترودینامیک، ملاقات مداری، زباله فضایی، کنترل بهینه
  • بهرنگ حسینی اقدم، مهرداد وحدتی، مرتضی همایون صادقی صفحات 318-326
    در این مقاله، سیگنال های ارتعاش ابزار به دست آمده از یک فرایند تراش کاری برای تخمین سایش ابزار به کار می رود. در حین فرایند برش، سیگنال های شتاب ابزار به کمک یک شتاب سنج که بر روی نگهدارنده نصب شده، در مقادیر مختلف سایش اندازه گیری می شود. به دلیل این که سیگنال های شتاب اندازه گیری شده، دارای واریانس متغیر با زمان و غیر ایستا هستند، برای مدل سازی آن ها از سری زمانی با ضرایب وابسته به زمان استفاده شد و ویژگی های حساس به سایش به کمک مدل ها، استخراج گردید. ویژگی های حساس به سایش استخراج شده، واریانس باقی مانده سیگنال های مختلف می باشد و به عنوان فاصله ی سیگنال های ساییده شده از مدل مبنا به کار می رود. بر اساس تحلیل فاصله ی سیگنال های مربوط به ابزارهای ساییده شده از ابزار سالم در جهت های برشی مختلف، هم بستگی بین سایش ابزار و فاصله ی سیگنال ها به دست آمد. با بهره گیری از این رابطه، معیاری برای تخمین زمان تعویض ابزار حاصل گردید، به این صورت که منحنی های فاصله در جهت های برش اصلی و پیش روی بر حسب سایش، در محدوده ی سایش بحرانی ابزار به مقدار کمینه می رسند. بررسی نتایج نشان می دهد که منحنی های به دست آمده برای تخمین سایش در این روش دقت بیش تری نسبت به روش مدل-سازی ایستا دارند و می توانند در الگوریتم های تخمین سایش برخط زمان واقعی ابزار به کار بروند.
    کلیدواژگان: سایش ابزار، تراش کاری، سری زمانی، ارتعاش
  • باقر سلیمانی، علی کشاورز ولیان، تورج ملک پور صفحات 327-334
    جوشش جریانی مادون سرد زمانی رخ می دهد که دمای توده ی سیال کمتر و دمای سطح تماس بیشتر از دمای اشباع متناظر با فشار سیال باشد. اهمیت ویژه جوشش در این است که باوجود اختلاف دمای کم میان مایع و سطح تماس، انتقال حرارت زیادی مبادله می شود، که دلیل این امر بالا بودن میزان گرمای نهان سیال است. در این مقاله اثر سرعت جریان و زبری سطح روی جوشش جریانی مادون سرد آب خالص بررسی شد. بدین منظور یک دستگاه آزمایش طراحی و ساخته شد. دستگاه متشکل از یک کانال شیشه ای به سطح مقطع 30×20 میلی متر و طول 120 سانتی متر است. قطعه ی مورد آزمایش که یک هیتر استوانه ای مسی به قطر 12 میلی متر هست، در کف کانال تعبیه شده است. آزمایش ها برای زبری های 65/ 0، 5/ 2 و 4/4 میکرومتر در سرعت های 5/ 0، 7/ 0 و 9/ 0 متر بر ثانیه انجام شدند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد با افزایش زبری سطح، ضریب انتقال حرارت جوشش جریانی افزایش می یابد. همچنین با افزایش سرعت، در دماهای سطح جوشش پایین، افزایش انتقال حرارت مشاهده شد. درحالی که در دماهای سطح جوشش بالا، عکس روند مذکور مشاهده شد. نتیجه بدست آمده برای اثر سرعت در دماهای سطح جوشش بالا، ناشی از در نظر گرفتن همزمان جابجایی و جوشش و بر هم کنش آن ها می باشد، که تا کنون به صورت آزمایشگاهی ارایه نشده بود. این کار آزمایشگاهی برای سطح مسی انجام نشده بود.
    کلیدواژگان: جوشش جریانی مادون سرد، شار حرارتی، زبری سطح، سرعت
  • احمدرضا قاسمی، محمد مهدی محمدی صفحات 335-345
    یکی از زمینه های ناشناخته در کامپوزیت های لایه ای الیاف-فلز (FML) تعیین تنش های پسماند بوجود آمده در فرآیند پخت است، که برای بهتر کردن فرآیند طراحی قطعات کامپوزیتی و بالابردن کارایی آنها، از اهمیت روزافزونی برخوردار است. در این پژوهش، با انجام آزمون سوراخکاری مرحله ای برای کامپوزیت های FML و ثبت کرنش های رها شده، به تعیین تنش های پسماند در هر مرحله از سوراخکاری کامپوزیت های FML پرداخته شده است. توزیع تنش های پسماند در ضخامت کامپوزیت های FML متغیر است و این تغییرات به کمک روش انتگرال محاسبه گردیده است. بدین منظور ابتدا با شبیه سازی اجزای محدود فرآیند سوراخکاری مرحله ای به روش انتگرال به محاسبه ماتریس ضرایب کالیبراسیون پرداخته شد. در ادامه، نمونه های FML با چیدمان [AL/02/902]S مورد آزمایش قرار گرفتند. با اندازه گیری کرنش های رها شده در گام های متوالی سوراخکاری، تنش های پسماند در هر مرحله از سوراخکاری کامپوزیت های FML تعیین گردید. نتایج تجربی بدست آمده برای کامپوزیت های FML و نتایج تحلیلی حاصل از تعمیم تئوری کلاسیک لایه ای توافق بسیار مناسبی را نشان می دهند. انطباق مناسب نتایج تجربی و تحلیلی اعتبار روش انتگرال را برای تعیین تنش های پسماند غیر یکنواخت در کامپوزیت های FML مورد تائید قرار می دهد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های لایه ای الیاف، فلز، سوراخکاری مرحله ای، روش انتگرال، ماتریس ضرایب کالیبراسیون، تئوری کلاسیک لایه ای
  • محمد علی انصاری، عمادالدین صادق زاده نایینی، محمد کاظم بشارتی گیوی، قادر فرجی صفحات 346-352
    فرآیند اکستروژن اصطکاکی اغتشاشی، فرآیندی نوین جهت بازیافت مواد فلزی است که توانایی تولید مواد نانومهندسی با خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب را دارا می باشد. نوآوری این روش، استفاده از حرارت اصطکاکی و تغییر شکل پلاستیک شدید برای سیلان مواد، آلیاژسازی مکانیکی و در نهایت تبدیل پودر و براده به قطعات قابل استفاده است. ریزساختار نمونه ها بر مبنای آزمون متالوگرافی تعیین و اندازه متوسط دانه برای 18 نمونه به دست آمده است. پارامتر های آزمایش با استفاده از اصول طراحی آزمایش دو عاملی و تحلیل واریانس مورد بررسی قرار گرفته و برمبنای نتایج تجربی بدست آمده صحت سنجی شده است. در این پژوهش تاثیر سرعت دورانی در سه سطح و سرعت پیشروی در دو سطح بر ریز ساختار سیم تولید شده به روش اکستروژن اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفته است. با بهره گیری از روش طراحی آزمایش به شیوه ی عاملی کامل، رابطه ای جهت پیش بینی اندازه دانه برحسب پارامترهای ذکر شده ارائه شده است. هم چنین با استفاده از تئوری مانده ها، نمودار احتمال نرمال و روند تغییر مانده ها، اثر ورود خطای سیستماتیک و قابلیت اطمینان به داده های حاصل از آزمایش بررسی شده است. ناحیه بهینه مشخص شده در نمودار کانتوری نشان می دهد که سرعت دورانی rpm 250 و سرعت پیشروی mm/min 14، شرایط مناسب برای ایجاد اندازه متوسط دانه کمینه و استحکام بیشینه را فراهم می کند. لازم به ذکر است که تحلیل واریانس نشان می دهد که پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیشروی و اثر تقابلی سرعت دورانی و سرعت پیشروی به ترتیب تاثیر معناداری بر خروجی اندازه متوسط دانه سیم تولیدی می گذارد.
    کلیدواژگان: منیزیم، فرایند اکستروژن اصطکاکی اغتشاشی، طراحی آزمایش، تحلیل واریانس
  • رضا کاظمی، محمد امین سعیدی صفحات 353-364
    در این مقاله برای بهبود پایداری واژگونی خودروی مفصلی حامل سیال، یک سیستم کنترل رول فعال با استفاده از یک کنترلر غیرخطی مقاوم ارایه شده است. برای این منظور، ابتدا یک مدل دینامیکی شانزده درجه آزادی از خودروی مفصلی توسعه داده شد و سپس با استفاده از نرم افزار تراک سیم در مانور استاندارد صحه گذاری گردید. سپس اندرکنش دینامیکی بین بار سیال و خودرو با ترکیب روش شبه دینامیکی برای مدلسازی سیال درون مخزن و بکارگیری یک مدل دینامیکی غیرخطی شانزده درجه آزادی خودروی مفصلی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برای جلوگیری از واژگونی خودروی مفصلی حامل سیال، یک سیستم کنترل غیرخطی مقاوم، با ترکیب روش کنترل مودلغزش و خطی سازی فیدبک ارایه شد. عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده برای دو حجم پرشدگی مختلف در مانورهای استاندارد گردش حالت مانا و تعویض خط نشان داده شده است. سپس جهت بررسی پایداری واژگونی خودروی مفصلی حامل سیال، نسبت انتقال بار جانبی به عنوان یک عامل مهم مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه برای بررسی عملکرد سیستم کنترل مقاوم، یک کنترلر خطی نیز بکار گرفته شد. نتایج شبیه سازی عملکرد موثر سیستم کنترل مقاوم ارایه شده را در مانور بحرانی تعویض خط، تحت افزایش سرعت طولی و کاهش ضریب اصطکاک سطح جاده، تایید می نمایند.
    کلیدواژگان: خودروی مفصلی حامل سیال، کنترل مقاوم، پایداری واژگونی، سیستم کنترل رول فعال
  • محمدرضا توکلی، پوریا بیات صفحات 365-375
    ورود هوا به داخل مایعات به وسیله یک جت سیال، پدیده پیچیده ای است که کاربرد های مهمی در صنایع و محیط زیست دارد. در مقاله حاضر فرایند برخورد یک جت آب عمودی آرام که در حال حرکت افقی بر روی یکاستخر آب ساکن با سرعت ثابت می باشد به صورت تجربی بررسی شده و به اندازه گیری عمق نفوذ و نحوه توزیع حباب های ایجاد شده توسط این جت سیال، برای دو نوع سیال آب معمولی و آب دریا با استفاده از دو روش اپتیکی پرداخته می شود. این آزمایش برای دبی های مختلف (متناظر با سرعت های عمودی متفاوت) انجام شده و در هر کدام از این حالت ها جت عمودی سیال با سرعت های افقی متفاوت بر رویاستخر حرکت می نماید. با شروع حرکت افقی جت، هوا از زیر محل برخورد جت سیال وارداستخر می شود. جهت اندازه گیری عمق نفوذ حباب های ایجاد شده یک روش تصویربرداری سریع و برای اندازه گیری نحوه توزیع این حباب ها، روش سایه نگاری پالسی به کار برده شده است. با افزایش سرعت عمودی و کاهش سرعت افقی جت سیال عمق نفوذ حباب های هوا به داخل سیال افزایش یافته و نتایج نسبتا مشابهی برای آب معمولی و آب دریا بدست می آید. این در حالی است که تعداد و اندازه حباب های تشکیل شده در آب دریا به طور قابل ملاحظه ای با آب معمولی متفاوت می باشد. در این مطالعه، عمق نفوذ و نحوه توزیع حباب ها برای جت های مختلف با قطر های متفاوت، سرعت های عمودی مختلف و سرعت های افقی متفاوت اندازه گیری و گزارش شده اند.
    کلیدواژگان: جت سیال، اندازه گیری حباب، عمق نفوذ، تصویر برداری سریع، آب دریا
  • رضا انصاری خلخالی، محمدکاظم حسن زاده اقدم، علی مشکور صفحات 376-382
    بهبود چشمگیر خواص مکانیکی پلیمرهای تقویت شده با نانوذرات در درصد های حجمی نسبتا کم، سبب شده است که استفاده از نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری افزایش یابد. وجود ناحیه فاز میانی بین نانوذرات و زمینه پلیمری دلیل اصلی افزایش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها می باشد. در این تحقیق، با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد، رفتار پرکولیشن خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانوذرات مورد بررسی قرار می گیرد. المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت از سه فاز شامل نانوذرات، زمینه پلیمری و فاز میانی تشکیل می شود. هندسه المان حجمی نانوکامپوزیت به c×r×h نانوسلول در سه بعد تقسیم شده و حالت توزیع نانوذرات در زمینه بصورت اتفاقی می باشد. اثرات ناحیه فاز میانی شامل ضخامت و مدول الاستیک و هندسه نانوذرات بر رفتار پرکولیشن نانوکامپوزیت تشریح می شود. نتایج مدل سازی نشان می دهد که با کاهش اندازه ی نانوذرات یا با افزایش نسبت منظر فاز تقویت، درصد حجمی بحرانی نانوکامپوزیت کاهش می یابد. نتایج پیش بینی شده با مدل میکرومکانیکی حاضر در تطابق خوبی با نتایج مدل های میکرومکانیکی دیگر می باشند. نتایج گزارش شده در این تحقیق می تواند جهت مدل سازی و طراحی بهینه نانوکامپوزیت های تقویت شده با نانوذرات با بالاترین صرفه اقتصادی مورد استفاده قرار بگیرد.
    کلیدواژگان: نانو ذره، پرکولیشن، فاز میانی، میکرومکانیک، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت
  • محمدرضا انصاری، رضا آزادی، سحر کیانی حق گو صفحات 383-392
    در پژوهش حاضر، جریان دوفازی در لوله های عمودی پلکسی گلاس به قطرهای داخلی mm 40 و mm 70 و در دو ارتفاع m 1/73 و m 3/22 در شرایط ادیاباتیک مطالعه شده اند. نقشه های الگوی جریان برای هر دو لوله ارائه شده و تاثیر قطر لوله و ارتفاع بر گذر بین الگوهای جریان بررسی شده اند. هوا و آب به عنوان سیال های کاری انتخاب شده اند و محدوده سرعت های ظاهری هوا و آب برای لوله mm 40 به ترتیب m/s 9/654 – 0/054 و m/s 0/877 – 0/015 و برای لوله mm 70 به ترتیب m/s 44/ 20 – 038/ 0 و m/s 1/530 – 0/036 می باشد. با تغییر قطر لوله از mm 40 به mm 70، محدوده مربوط به الگوی اسلاگ به طور قابل توجهی کاهش می یابد. نوع ورودی مورد استفاده در آزمایش ها «حلقوی» است که در نتیجه آن الگوی حبابی در سرعت های ظاهری کم آب در لوله mm 70 مشاهده نشد و فقط در سرعت های بالای آب، الگوی حبابی خود را نشان می داد. برای هر دو لوله، الگوهای جریان: حبابی، اسلاگ، متلاطم و حلقوی مشاهده شدند. با بررسی بیش تر و استفاده از تکنیک پردازش تصویر، الگوی حبابی در لوله mm 40 به سه الگوی فرعی پراکنده، آشفته و متراکم و الگوی اسلاگ به دو الگوی فرعی اسلاگ بزرگ و اسلاگ کوچک قابل تفکیک بودند. هم چنین الگوی شبه – حلقوی نیز به عنوان یک الگوی مستقل در لوله mm 70 مشاهده شد که در تحقیقات پیشین بدقت تحلیل و بررسی نشده است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، لوله عمودی، نقشه الگوی جریان، شبه - حلقوی
  • سید عرفان سلیمی پور، شیما یزدانی صفحات 393-401
    در مقاله حاضر، کنترل پدیده واماندگی دینامیکی جریان ناپایا پیرامون بالواره ناکا 0012 در اعداد رینولدز پایین (حدود 130000) به صورت عددی و در حالت دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، یک تیغه نازک با ارتفاع 0.5 درصد طول وتر به صورت عمودی روی لبه حمله بالواره قرار داده شده است تا از گسترش حباب جدایش آرام لبه حمله روی سطح جلوگیری کند. شبیه سازی عددی به کار رفته در حل جریان، بر پایه گسسته سازی شارهای جابه جایی معادلات ناویر- استوکس ناپایا و آشفته توسط طرح «رو» مرتبه دوم و استفاده از یک روش صریح به شیوه حجم محدود در یک شبکه محاسباتی متحرک می باشد. به دلیل اهمیت پارامترهای زمان مند در مساله، دقت زمانی مرتبه دوم به روش گام زمانی دوگانه مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی پدیده واماندگی دینامیکی از سه الگوی نوسانی با دامنه ها و فرکانس های مختلف استفاده شده است. همچنین، به منظور تایید صحت عملکرد برنامه کامپیوتری، تعدادی از نتایج واماندگی استاتیکی و دینامیکی با نتایج تجربی معتبر مقایسه گردیده اند. نتایج حاصل از این بررسی ها نشان داده است که تیغه کنترل حباب تاثیرات قابل قبولی روی کنترل واماندگی دینامیکی داشته؛ به طوری که این تاثیرات با افزایش فرکانس نوسان بیشتر شده است. بهتربن نتیجه حاصل شده، در دامنه زاویه ای 5 درجه و فرکانس کاهش یافته 0.15 می باشد که محدوده واماندگی ضریب برآ در حدود 50 درصد کاهش داشته و برای ضریب پسا واماندگی قابل ملاحظه ای رخ نداده است.
    کلیدواژگان: واماندگی دینامیکی، لبه حمله، تیغه کنترل کننده حباب، معادلات ناویر، استوکس
  • محمد نیک مهر، رامین خامدی صفحات 402-408
    هدف از این مطالعه شناسایی اثرات استفاده از ماده مرکب هیبریدی بازالت– کربن برروی خصوصیات ماده مرکب بازالت و کربن و همچنین تاثیر استفاده از ماده مرکب هیبریدی برروی پارامترهای نشر فرا آوایی تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای باروش فازی می باشد. یکی از اصلی ترین مشکلات شناسایی مکانیزم های خرابی کامپوزیت ها به وسیله سیگنال های نشر فرا آوایی جدا سازی مکانیزم های خرابی به علت اتفاق افتادن چندین نوع خرابی در طول بارگذاری مواد مرکب است. الگوریتم فازی ابزار مورد استفاده برای جداسازی رخدادهای آکوستیکی در این مطالعه می باشد. نتایج نشان داده که این روش خوشه بندی ارتباط مناسبی بین سیگنال های آکوستیکی و مکانیزم های خرابی و همچنین زمان تشخیص آنها ایجاد می کند. در این مقاله برای شناسایی اثرات استفاده از ماده مرکب هیبریدی بازالت– کربن از چندین توصیف گر سیگنال های آکوستیکی مانند دامنه، زمان استمرار، کانت، انرژی نشر فرا آوایی و زمان خیز استفاده گردیده است. ماده مرکب هیبریدی در مراحل ابتدایی بارگذاری پرصداتر از قسمت-های دیگر می باشد که این نشان دهنده ی رشد مکانیزم های خرابی به صورت اهسته تر در مراحل دیگر می باشد. در نهایت به منظور صحت سنجی نتایج آکوستیکی از مشاهدات میکروسکوپ الکترونی استفاده شده است.
    کلیدواژگان: نشر فرا آوایی، کربن - بازالت، اپوکسی، فازی
  • رضا حسن نژاد قدیم، ابوالفضل سیفی، محمدعلی حامد صفحات 409-418
    سیستم تعلیق غیرفعال به دلیل مصرف پایین انرژی و هزینه کمتر در اکثر خودروها استفاده می شود. بنابراین امروزه چالشی در ادبیات فن، در جهت افزایش قابلیت های آن وجود دارد. هدف از این تحقیق، ارائه روشی جدید جهت طراحی بهینه چندهدفه سیستم تعلیق خودرو بر اساس استفاده از میراگرهای نامتقارن (غیرخطی) می باشد. از اینرو نشان داده می شود که استفاده از این نوع میراگرها با قدرت انتخاب دو نوع ضریب ویسکوز یکی در هنگام فشردگی و دیگری در هنگام باز شوندگی سبب ارائه طرحی بهینه نسبت به طرح های موجود در ادبیات فن که بر مبنای میراگرهای متقارن است، خواهد شد. بدین منظور خودرو به صورت یک مدل کامل یازده درجه آزادی که تحت ناهمواری-های اتفاقی جاده قرار دارد، مدل شده است. سپس از آنجا که وظایف سیستم تعلیق، کاهش دادن شتاب های عمودی وارد بر سرنشینان، محدودیت حرکت کله زنی، افزایش جاده پذیری و کاهش تغییرات فضای کاری چهار چرخ خودرو می باشد، مسئله به صورت یک مسئله بهینه سازی چندهدفه با اهداف متضاد فرمول بندی شده و با الگوریتم NSGA-II حل می گردد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که استفاده از میراگرهای نامتقارن سبب ارائه طرحی بهینه تر نسبت به روش های بهینه سازی که در آن ها از میراگرهای متقارن استفاده شده است، می گردد.
    کلیدواژگان: راحتی سفر، جاده پذیری، فضای کاری، دمپر نامتقارن، بهینه سازی چند هدفه
|
  • Behnam Davoodi, Ashkan Mahmoud Aghdami Pages 1-6
    In this article constitutive equations on dynamic behavior of off- axis polymer matrix composites in different strain rates were investigated. Using the Hill Anisotropy and assumptions governing in fiber composites, a model was developed to express the dynamic behavior of polymer matrix composites. Using the flow rules and effective stress and assumptions in fiber composites like non plastic behavior of composites in fiber direction, the Hill parameters were omitted and reduced to one namely a_66 parameter. This model was called2D one- Parameter Plastic Model (also it can be developed for 3D composite layers). This model was developed for off axis composites as well. For each composite with different fiber directions, effective stress- effective strain was introduced. With choosing the right value for parameter a_66 by try and error, all the stress- strain curves were collapsed in to one single curve. Using this model and the experimental static and quasi- static results gathered from different authors (in range of〖 0.01s〗^(-1)), a viscoplastic model was obtained which can predict the polymer composite respond both in static and high strain rate tests (between 400 s^(-1) and 700s^(-1)). Constant parameters in high strain rates in this model were calculated through extrapolating the data in the static test rang. The accuracy of this model was investigated and approved by Split Hopkinson Pressure Bar test. The results showed that the visco plastic model can predict the dynamic respond of composite fibers in high strain rates very well.
    Keywords: Dynamic behavior, Constitutive equations, Split Hopkinson Pressure Bar test, Viscoplasticity, High strain rate
  • Mohammad Mahdi Nazemi, Masoud Mirzaei, Sohrab Gholamhosein Pouryoussefi Pages 7-15
    In this paper, Effects of runback ice accretion on NACA 23012 airfoil have been studied experimentally and numerically. For this purpose, experiments were applied on runback ice within Reynolds number of 0.6×〖10〗^6 over the angle of attack from 0 degree to 20 degree and then results were compared with the results of clean airfoil. Generally, Having examined behavior of the flow pattern and aerodynamic coefficients of the iced airfoil the results of which were compared to that of the clean airfoil, it can be concluded that icing phenomenon affects aerodynamic performance of the airfoil in two ways; in the first way that occurs at low angles of attack prior to stalling of the airfoil the effect is local. In this case ice accretion on the airfoil contributes to formation of a flow separation bubble behind the ice ridge on the upper surface of the airfoil. After numerical simulation of flow field, flow separation bubble behind the ice ridge was observed. The main effect of icing which is related to the second way occurs at angles of attack close to stall and post-stall. In this case flow pattern around the airfoil as well as aerodynamic coefficients undergo a fundamental change. In addition, it was made clear that runback ice causes stall angle decreases 2 degree and maximum lift reduces about 8 percent.
    Keywords: Aviation accidents, Airfoil icing, Runback ice, NACA23012 airfoil
  • Bahram Hosseinzadeh Samani, Hamed Hourijafari Pages 16-22
    In all societies and countries, in order to plan to provide the required energy for various sectors, it is necessary to accurately predict the demand, type of energy carriers and energy supply method. Considering the importance of food industries in each country, in this study, modeling of required energy for food industries sector was investigated. Modeling of energy consumption was performed using artificial neural networks. In the first step, the input data to the model was calculated according to statistics, balance sheets and input method proposed in this paper. Two methods, namely multiple neural network and single neural network were tested and the results showed that multiple neural network has a higher accuracy. For each of the energy carriers (gasoline, kerosene, fuel oil, natural gas, electricity, gasoline and LPG) the best neural network was selected by taking the average of 20 times per program for each network characteristic. Finally, the network was implemented in the form of final model using Simulink environment of MATLAB 7.0 software. Data analysis showed that daily consumption of natural gas in the industry is increasing, while the consumption of fuel oil and LPG is going to be decreased.
    Keywords: Modeling, Energy consumption, food, processing industry, artificial neural networks
  • Ali Rafi, Nima Amanifard, Hamed Mohaddes Deylami, Farid Dolati Pages 23-30
    Plasma actuator is one of the newest ways in vortex generation and flow control techniques which can enhance heat transfer rate by inducing external momentum to the boundary layer of the flow. In this paper, a 2-D numerical approach was implemented to analyze the presence of plasma actuator on the incompressible, turbulent, steady flow in a flat channel. In this approach, the flow field and heat transfer characteristics such as the stream function and heat transfer coefficient were evaluated through the variety of Reynolds number, at the presence and absence of applied voltages. The present computed results are firstly compared with the numerical data in case of rectangular flat channel and the results agree very well. The numerical results indicate that at a constant Reynolds number with the presence of a plasma actuator, the heat transfer coefficient will be increased but in a constant applied voltage the heat transfer coefficient will increase to the Reynolds of 250 and then will be decreased respectively. In addition, the size of generated vortexes significantly depends on the applied voltage and the upstream flow speed. On the other hand, according to the results, the flow speed affects the size of generated vortex and vanish the actuator effect at high Reynolds. According to the results, there is an optimized point for the applied voltage and flow speed.
    Keywords: Plasma Actuator, Forced Convection Heat Transfer, Flat Channel, Numerical Investigation
  • Mohammad Mardani, Hasan Rahimzadeh, Hamed Sarkardeh Pages 31-41
    One of the most frequently encountered cases of rapid varied flow is the hydraulic jump. Stilling basins are used to dissipate the excess kinetic energy of flow to ensure the safety of overflow spillway, chutes, sluices, pipe outlets etc. in this study the topic of block in stilling basins is investigation in a general approach and it’s effect on energy dissipation and downstream scouring are analyzed. In the present research, the energy dissipation and scouring phenomenon were studied in different hydraulic and geometric conditions. Moreover, the present paper was focused on the effect of presence of blocks as an effective parameter on energy dissipation on stilling basin performance. To analyze and assessment of formed hydraulic jump in the stilling basins, the experimental data of many recent researches were achieved and compared. It was concluded that presence of blocks has significant effect on energy dissipation from 1% to 34%. It is also shown that with increasing the Fr Number, the secondary depth increases and the using a rough bed causes reducing the secondary depth between 18% to 37% in comparison with smooth one. Moreover, installing a rough bed also reduced the length of hydraulic jump between 27% to 67%. Using block in the stilling basins, reduces the scouring depth from USBR standard recommendation. Finally, it was concluded that using blocks increased the efficiency of the stilling basin performance.
    Keywords: Stilling basin, Energy Dissipation, Hydraulic jump, Baffle block, Scouring
  • Mohammad Reza Ali Goodarz, Hamid Azimi Kivi Pages 42-50
    In the present paper, flow field in all components of a two-stage centrifugal compressor are simulated using one-dimensional method. Internal flow simulating is performed by solving basic equations of corrected empirical relations of geometry, thermodynamics and dynamics with an algorithm with iterative solution was in MATLAB. The purpose of simulation is to obtain the effect of inlet guide vanes and return channel intake angle changes on performance maps. The inputs include stagnation temperature, stagnation pressure and mass flow. The solution is done by calling the primary geometry and inlet thermodynamic and ambient conditions at the nominal speed and 70, 90 and 105 percent of the nominal speed, by applying a continuous flow with convergence of mass flow rate and Rothalpy conservation. Then in performance stability range the results of one-dimensional model are validated by empirical and three-dimensional modeling results. Then the effect of incidence angles of inlet guide vanes and return channel on compressor performance at performance maps are expressed and analyzed. This model can be used to design inlet guide vane and return channel and estimate optimized angle of guide vanes to gain maximum performance and pressure ratio.
    Keywords: One, Dimensional simulation, Compressor design, Inlet Guide Vanes (IGV), Return Channel, Performance Maps
  • Ali Asghar Ataee, Mohammad Bayat Pages 51-57
    In this paper, an analytical solution for stress and displacement in an inhomogeneous half space under the action of concentrated normal surface loading is investigated. The Young modulus is considered to vary with the spherical radius R in a power law form of order n, while the Poisson’s ratio is taken to be constant. The problem is solved analytically using an elasticity approach and considering a semi-inverse method in which, based on equilibrium equations on the surface of an arbitrary hemisphere in the half-space and centered at the point of application of load, some stress components are assumed to be proportional to 1/R2. It is then shown that this assumption is valid and all stress components in this axisymmetric problem are proportional to 1/R2, while displacements are proportional to 1/R(n+1). and their variation with azimuthal coordinate φ is in the form of a special function called hyper-geometric function. Illustrative examples are presented, which show variations of stresses and displacements both in R and φ directions. It is seen that the inhomogeneity parameter has a significant effect on both of these field variables.
    Keywords: Half space, axisymmetric, inhomogeneous, concentrated loading, analytical solution
  • Amir Reza Shahani, Roohollah Mohammadjani Pages 58-68
    The instability behavior of stiffened cylindrical shells and determination of the corresponding buckling loads under axial compression, according to the extended range of structural applications of them in various fields of engineering, has been paid a lot of attention from researchers and extensive amount of studies have been performed on it so far. Because of a lack of the general closed form responses due to complexity of the governing equations and analyses process, using the FE software codes as the main technique of the stiffened shell's buckling load determination is inevitable. Accordingly the present paper has been studied the reinforcement effects of ring and stringer and also compared the buckling loads which are evaluated by analysis of the FE numerical modeling in ABAQUS software with instability results that obtained from a general analytical equation derived by other references via applying the simplifying assumptions to the governing equations. Furthermore an attempt has been performed for extraction of the finite element instability load vs. structure reinforcement correspondence that enables the designers to accurately determine the instability load of structure for other values of structure's stiffening volume without performing additional FE analyses which are much more expensive in term of computer time.
    Keywords: Buckling Load, Stiffened Cylindrical Shell, FE Analysis, Analytical Equation, Load vs. reinforcement Correspondence
  • Mahdokht Ezati, Majid Khadiv, Seyed Ali Akbar Moosavian Pages 69-80
    In this article, the significance of utilizing active toe joints in biped robots feet is examined. The main goal of this research is to employ active toe joints and heels to improve gait performance from two points of view: actuating torques of knee joints and total consumed energy. Considering the effectiveness of toes and heels in walking, a new walking pattern is fully addressed and compared with another walking pattern which does not exploit toes and heels. In order to develop a verified dynamics model for considered humanoid robot with 22 DoFs, two analytical methods i.e. Lagrange and Kane are adopted and the obtained results are compared. To reduce calculation burden, an iterative method for dynamics model development is proposed, based on Kane approach. Furthermore, to verify the obtained ground reaction forces and moments, ZMP is computed and compared using two methods. In the procedure of gait planning, first the pelvis trajectory is planned. Then, the feet trajectory planning process is done. After designing trajectory in task space, all joint trajectories except the trajectories of toes are obtained, using closed-form inverse kinematics solution. Toe joints trajectories are planned separately, considering the sole trajectories. Consequently, the significant parameters in gait planning are considered as design variables in optimization procedure in order to reduce the maximum torque of knees and total consumed energy as cost functions. Finally, it is demonstrated that which walking pattern is highly appropriate for walking with large step length on flat terrain, under joint torque and velocity limitations.
    Keywords: Biped robots, Optimal gait planning, Active toe joints
  • Mojtaba Dehghan Manshadi, Kazem Hejranfar, Amir Hamzh Farajollahi Pages 81-90
    The fThe flow field around the axisymmtric stream lined bodis which forms the main body of the airplaines and submarines has been the subject of several researches. Turning maneuvers of submarines result in cross flow separation that generates large hydrodynamic forces. The separation of a simple axisymmetric body is very complex in nature. Understanding these vortical flows is paramount to improving vehicle performance and design. A suitable way to reduce the effects of this separated flow is to use vortex generators. The main goal of the present study is to investigate the flow field around a Suboff standard underwater model employing the vortex generator by using the oil flow visualization method and CFD method (OpenFOAM code) at 0° ≤ α ≤ 30° angles of attack. The novelty of the this study is the application of oil flow visualizing method and CFD simulation which can help us to precisely study the structure of three-dimensional vortical flow field. The results show that Vortex Generators placed along the submarine do indeed significantly reduce cross flow separation, size of vortices and drag forces.
    Keywords: Submersible model, Vortex generator, Flow visualization, OpenFOAM
  • Hadi Kargar Sharifabad, Mohammad Falsafi Pages 91-98
    This numerical study forced convective heat transfer ferrofluid within a circular copper tube includes portions of the electromagnetic isolation under an alternating magnetic field is performed. Laminar flow through a tube under uniform and thermal flux passes. Intensifying transfer of particles and velocity increase in the boundary layer using nanoparticles to increase the effect of magnetic field onto more heat transfer, the main goal is. Convection regimens resulting from complex interactions between magnetic nanoparticles were studied under different conditions, with the concentration and volume of different the heat transfer process under different frequencies of the applied magnetic field were studied. Magnetic field effects on the convective heat transfer coefficient at different Reynolds numbers and volume percentages have been studied. Also when the electromagnetic is insulated pipe parts of have been studied and have been compared with the modes without insulation. Increase the frequency and volume fraction of magnetic field, resulting in increased heat transfer were better. Magnetic field at low Reynolds numbers have shown a greater impact. For prove the numerical results evaluated in this research work has been studied experimentally. The results showed that the modeling data were in very good agreement with experimental data.
    Keywords: Ferrofluid, Magnetic nanoparticles, Convective heat transfer, Alternating magnetic field
  • Mohsen Nazari, Nasibe Babazadeh, Mohammad Mohsen Shahmardan, Mojtaba Ashouri Pages 99-106
  • Ali Barani Shooli, Saeed Amini Najafabadi, Mahmoud Farzin Pages 107-114
    Incremental forming of sheet metals is a new method to produce parts in small batches. Since no die is used, relatively cheap equipment and also reduction of forming forces, parts with different sizes can be produced with lower cost in comparison with conventional methods like deep drawing. Due to low formability of Ti-6Al-4V at room temperature, forming of these sheets should performed at high temperatures. Simultaneous effect of heat generation and deformation can be realized in Electric Hot Incremental Forming of sheets. In this method, because of passing electric current through a closed circuit including voltage supply, spherical tool and sheet, local heat is produced at tool and sheet interface and by incremental movement of tool on the sheet, the desired geometry is formed. In this research Ti-6Al-4V sheet is experimentally formed by Electric Hot Incremental Forming method and effect of influencing parameters, namely initial sheet thickness, feed rate, spindle speed, tool vertical step size and amount of current passing circuit on formability and maximum forming angle of a frustum with varying wall angle is investigated. Amount of current entering the circuit has a significant effect on sheet formability and with increasing sheet thickness, amount of current required for deformation increases. Passing very high current through the circuit causes sheet burning and reduction of formability. It will be shown that a decrease in feed rate, step size and spindle speed and an increase in sheet thickness can increase maximum forming angle.
    Keywords: Hot Incremental Sheet Forming, Electric Current, Formability
  • Mojtaba Abbasi Hatani, Mohammad Hasan Rahimyan Pages 115-122
    In this paper, based on lattice-Boltzmann method (LBM), the steam condensation and growth of a droplet on the horizontal cold wall and falling down on vertical wall has been simulated. The Lee’s LBM model which is stable in the high density and viscosity ratios is used. This method is accompanied with solving the temperature equation and adding a phase change source term. The Lee model is based on Cahn-Hilliard theory which is assumed to be incompressible flow and therefore the velocities of the flow are divergence-free. when phase change occurs this condition will not be satisfied. A phase change source term is added on the interface of gas and liquid phase. Solution of temperature field in a passive scalar method of solving the flow field is separated and Boussinesq assumption would be influence the flow field of the temperature field. The density ratio of 25 is considered to be in this paper which is density ratio of steam and water. The model is extended to two dimensions (D2Q9) to simulate droplet condensation. The simulation results are compared in various grids. The effects of gravitational acceleration, equilibrium contact angle, the cold wall and also the mass conservation, have been investigated separately. Finally the stream field for the different time step has been analyzed.
    Keywords: Condensation, lattice Boltzmann method, Lee's model
  • Maryam Amiri, Mohsen Kahrom, Ali Kianifar Pages 123-131
    Due to simplicity of design and manufacture, self-starting characteristics and operating independently of wind direction, Savonius wind rotors have been considered by many scientists. In the present study, the effects of the primary and secondary overlap ratios on the performance of Savonius wind rotors have been investigated, by means of numerical simulation and wind tunnel tests. Eight different rotor structures were analyzed numerically; three of them were also studied by experimental methods. The effects of the primary and secondary overlap ratios, Reynolds number and the number of the blades on the power and torque coefficients were examined. For all investigated rotors, the maximum value of the power coefficient occurred at a tip speed ratio between 0.8 – 1.0 (blade tip speeds close to the wind speed). Additionally, the maximum power coefficient was found at a dimensionless primary overlap ratio of 0.2; however, increasing or decreasing the secondary overlap ratio caused a reduction in the maximum value of the power coefficient. Also, it was shown that an increase in Reynolds number resulted in the increase of the maximum and average values of power coefficient. Moreover, although adding more blades could produce a more uniform torque, it causes the maximum value of the power coefficient to decrease. By increasing the positive secondary overlap ratio, torque coefficient was increased while the negative overlap ratio reduced the torque coefficient.
    Keywords: Savonius rotor, Primary overlap, Secondary overlap, Power coefficient
  • Jamasb Pirkandi, Mostafa Mahmoodi, Farhad Amanlo Pages 132-144
    Solid oxide fuel cells competence in combination with gas turbine cycle has caused the obtained synthetic system to become as a new power production system in consideration of different researchers. One of the important applications of this type of hybrid systems is to use them in UAV propulsion systems and in airliners as an APU. The main purpose of this research is design of a hybrid APU equipped to solid oxide fuel cell that would be one of the basic requirements for electric power generation in larger aircrafts in the future. Design parameters and decision-making variables in analysis of this system are the compressor pressure ratio, gas temperatures entrance to turbine and the number of selected cells. The results show that the system’s increasing pressure causes decrease in the temperature of outlet gases from the turbine and the cell’s operating temperature; and this problem severely affects the productivity and efficiency of the electrical system. At 1000 ° C for entrance gases to the turbine, electrical efficiency of system is about 49 percent. Also, the maximum electrical efficiency of the system in fuel cell is estimated to be about 55 percent. The obtained result shows that in case of controlling the generated heat in the cell and effective usage of it, the overall system efficiency will be augmentable about 84 percent. On the other hand, increasing the number of cells will cause increasing electrical efficiency and reducing the overall efficiency of the fuel cell hybrid system.
    Keywords: Auxiliary Power Unit, Solid Oxide Fuel Cell, Gas Turbine, Hybrid System, Efficiency
  • Jamasb Pirkandi, Mostafa Mahmoodi, Mostafa Rezvandoost Pages 145-156
    Because of various applications of UAVs, research in this field has been developed increasingly in recent years. Propeller has considerable importance as a key factor in producing propulsion in such vehicles. Having information about a propeller’s performance variations in different operational conditions is very important in order to choose a suitable propeller for a predefined mission of the flying vehicle. For this aim, in this research a test stand was designed and fabricated to evaluate the static performance of electromotor driven propellers with application in UAVs. After collecting data by performing experimental tests, the results were compared to those obtained from the numerical and analytical techniques. In order to verify the results, a propeller was modeled and a computational method was applied based on k-ε, RNG turbulence model. The comparison of experimental, analytical and computational results shows an acceptable agreement between them. According to the results, the difference between analytical and empirical results is 0.4%, the difference between computational and empirical results is 0.3% and the difference between analytical and computational results is about 1.23%. Also in the range of the rotational speed of the propeller, the difference between computational and empirical results became less than 10% in most cases, implying the validity of the applied computational method and correctness of experimental test procedure.
    Keywords: Test stand, Propeller, Static thrust, Computational fluid dynamics
  • Mehran Kadkhodayan, Mahmoud Shariati, Reza Naseri Pages 157-166
    Equal channel angular pressing is one of the most effective severe plastic deformation processes for fabrication of ultrafine grained or even nanostructured materials. Among the metallic biomaterials, commercially pure titanium exhibits the best mechanical properties, compared with other alloys. In this study, the effect of work-piece cross section on the mechanical properties of commercially pure titanium produced by this process has been investigated. The work-pieces in two types of cross section(square and circular) are pressed one pass in the square channel with angle 120° at room temperature and effects of cross section on the forming load, grain size, hardness, strength and toughness was studied. Finite element simulation by using the ABAQUS software has been performed for forecasting the forming load, equivalent plastic strain and investigation of effects of geometry parameters of die channel on these. The simulation results have shown good agreement with experimental results. Through analysis of results, it is found that by using the work-piece with circular cross section at equal channel angular pressing process, not only decreased the required pressing load, but also significantly improved the mechanical properties of the materials such as hardness and strength as compared to using the work-piece with square cross section.
    Keywords: Equal channel angular pressing, Commercially pure titanium, Cross section, Mechanical properties, Finite element simulation
  • Pouyan Ramian, Mohammad Taeibi Rahni, Armen Adamian Pages 167-178
    In this paper, natural convective heat transfer of nanofluids in a uniform magnetic field between the square cavity and inner cylinder, was simulated via Lattice Boltzmann Method. The inner cylinder in square shape, diamond, and circular has been examined. Square cavity walls and inner cylinder surfaces are at a constant cold and warm temperature, respectively. The flow, temperature, and magnetic field is calculated with solving flow, temperature, and magnetic distribution functions simultaneously. D2Q9 lattice arrangement for each distribution function is used. The results clearly show the behavior of fluid flow and heat transfer between the cavity and the cylinder. The results have been validated with available valid results showing relatively good agreement. The effects of Rayleigh number, Hartmann number, void fraction and type of nanoparticles on natural convective heat transfer are investigated. This study shows that for all three geometries used with the same void fraction, type of nanofluid, and Rayleigh number, natural convective heat transfer decreases with Hartmann number. Also, when Hartmann number was had fixed, natural convective heat transferwas increased with Rayleigh number. Thus, to select the right geometry for optimum natural convective heat transfer, our needs to pay special attention to Hartmann and Rayleigh numbers. In addition, viod fraction and type of nanofulid can affect heat transfer directly.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method (LBM), Natural Convection Heat Transfer, Nanofluids, Magnetic Field
  • Hamid Moosazadeh, Behzad Ghadiri, Puria Zarifian Pages 179-189

    The application of wing and stabilizer in aerospace vehicle is most important to stability and flight motion. Nonlinear 2D wing is estimated. Nonlinear damping and stiffness with freeplay in plunging and pitching motion is assumed. 2nd order Damping nonlinearity and 3rd order stiffness nonlinearity in pitching and plunging motion is assumed. Fully nonlinear structure with nonlinear 3rd order piston theory aerodynamic is assumed for the first time and result evaluated with different references. The equations are defined with Hamilton principle with the use of kinetic and potential energy and virtual work. They are solved in the state space via the ruge-kuta numerical method to determine chaotic and limit cycle oscillation motion of supersonic airfoil. The result show that as the speed increases, the behavior of 2D wing is softening type with the use of nonlinear rotational stiffness. But, It shows hardening type with the use of transversal nonlinear stiffness. The effect of transversal and rotational freeplay is more complicated than other parameters and increases instability in low speed. In other hand the stability increases with freeplay in high speed. As shown, increase velocity decrease damping effect in post flutter behavior.

    Keywords: Non, linear stiffness, linear damping, Freeplay, Limit cycle, double, wedge airfoil
  • Seyed Amir Hoseini Sabzevari, Majid Moavenian Pages 190-196

    The necessity to meet ongoing needs of industry, considering theoretical progress achievements and availability of cost-effective equipment, has encouraged numerous researchers to investigate the application of monitoring systems. In this paper the sound localization is implemented to find the impact position on the surface of a plate. As an experimental example the sound caused by ball impact on a ping pong table is used. For this purpose, a database is gathered. These sound's signals were recorded 25 times at 5 different points along the length of the table by a low cost microphone, attached to the surface. In the proposed method, first the data related to the ball impacts are detected and isolated from the whole pc recorded signals sent by the microphone. Then, the above 125 impacts are clustered based on the impact point locations, using a 4 dimensional space feature extracted from statistical signal moments. Furthermore in order to specify sound localization, a second space feature based on energy of wavelet transform coefficient signals was extracted. Ultimately for clustering the impact point locations, an artificial neural network was designed and applied to the above data. The results show average values of sensitivity Se=91.20% and positive predictivity P+=91.18%. Also, sensitivity Se=91.97% and positive predictivity P+‌=‌93.45%, correspondingly for impact localization.

    Keywords: Sound Localization, Low cost sensor, Feature extraction
  • Mohammad Hossein Bazyar, Hadi Arjmand Karkazloo, Ali Reza Yaseri, Amin Moosaie Pages 197-208
    A semi-analytical method so-called the Scaled Boundary Finite-Element Method (SBFEM) is employed for solving two-dimensional steady-state reaction-diffusion equation with constant diffusion and decay coefficients which is widely used in contaminant transfer, chemical engineering and heat transfer problems. This method has been successfully applied to various problems of engineering such as elastodynamics, fracture mechanics and seepage. This method has advantages of both boundary element method and finite-element method. Only the boundary is discretized reducing the spatial dimension by one. Unlike the boundary element method no fundamental solution is required. Interpolation over the boundaries is approximated using shape functions same in the finite-element method. Singularities, anisotropic problems, non-homogeneities satisfying similarity and radiation condition at infinity used in modeling unbounded domains are simply modeled by this technique. In this study, after derivation of the scaled boundary finite-element formulations for reaction–diffusion equation, solution procedures based on dynamic-stiffness matrix are proposed. The accuracy and performance of the SBFEM is evaluated using numerical examples. There are a reasonable agreement between the results of the scaled boundary finite-element method, the analytical solutions and the popular numerical approaches.
    Keywords: Scaled Boundary Finite, Element Method, Diffusion, Reaction, Discretization
  • Hassan Hadadi, Cyrus Aghanajafi, Farschad Torabi Pages 209-220

    In this paper the natural element method is employed for study conductive, convective and radiative heat transfer for laminar flow in a triangular enclosure. The natural element method referred to as natural neighbor Galerkin method is a new technique in the field of computational mechanics and considered as a meshless numerical method. The shape functions used in natural element method, which are based on the Voronoi diagram of a set of nodes, are attentively interpolant and the essential boundary conditions can be imposed by directly substituting the corresponding terms in the system of equations. In this paper for solving radiative transfer equation used P_1 approximation. Effects of different parameters such as Rayleigh number for non-radiation and Planck number and mean temperature for radiation are considered. revealed that increasing the Rayleigh number, increases the strength of free convection regime and consequently increases the value of convective heat transfer rate. It is also revealed that decreasing the Planck number and mean temperature, increases the strength of Radiation regime and consequently increases the value of radiative heat transfer rate. Results for natural element method are compared with the another studys reported in the literatures. By comparison, it is shown that natural element method is efficient, accurate and stable, and can be used for heat transfer and fluid flow.

    Keywords: Natural Element Method, Triangular enclosure, Radiation
  • Mohammad Hasan Shojaeefard, Ammar Mirzaei, Mohammad Sadegh Abedinejad, Yousef Yassi Pages 221-230
    In this study, a three-dimensional fluid field of an axial flow type micro hydro named Agnew has been investigated. The turbine installed at the Hydrulic Machines Laboratory (HML) of Iranian Research Organization for Science and Technology has been designed to generate 1 kw output power.All numerical simulations were performed using ANSYS CFX, a Computational Fluid Dynamic code, to investigate the performance parameters, such as efficiency and power, and results are validated against experimental data. Four different grid sizes are studied in accordance with the Grid Convergence Index (GCI) to investigate mesh independency of the solution. Results of several turbulence models were also examined to find out the Shear Stress Transport (SST) model in order to take into account the turbulence in the flow. Several turbulence models were also examined together with wall function in order to take into account the turbulence in the flow. A mixing plane interface plane was used to pass the disturbance of rotary domain to stationary domain. The obtained results show that a high resolution advection scheme, mixing plane to model the rotor-stator interaction together with a turbulence intensity of I=6% at the inlet, best matches with the experimental results. The difference between the efficiencies computed from both numerical approaches and experimental values may be ascribed to a numerical error, a model error or a systematic error.
    Keywords: Microhydro turbine, Numerical simulation, Rotor, stator interaction, Turbulence model
  • Ali Alavi Nia, Mehdi Kazemi Pages 231-239
    Sandwich panels due to high strength to weight ratio and energy absorption properties, are widely used in various industries including aerospace industries, marine and automotive industries. Analysis of ballistic resistance of sandwich panels is mainly numerical and experimental, and there are a few analytical models in this field due to mathematical complexities. Hoo Fatt et al. have studied analytically high velocity impact on sandwich panels with composite skins and foam core. Because of the widespread use of sandwich panels with metal face-sheets and foam core in aerospace industry, by modifying the analytical method provided by Hoo Fatt et al. the ballistic resistance of the foam core sandwich panels with metal surfaces impacted by high velocity cylindrical projectile is analytically investigated in this paper. Two types of panels with polymeric and metallic foam cores and aluminum surfaces have been used to assess the accuracy of the analytical method. Results show that the proposed analytical method can predict the residual velocity of the projectiles impacted at high velocities on the foam and metallic core panels with different relative densities of the core.
    Keywords: Sandwich panel, Core, Foam, Analytical Model
  • Behrooz Hassani, Seyed Mehdi Tavakkoli, Mehdi Ardiani Pages 240-248
    This article is devoted to the derivation of formulation and isogeometric solution of nonlinear nearly incompressible elastic problems, known as nearly incompressible hyperelasticity. After problem definition, the governing equations are linearized for employing the Newton-Raphson iteration method. Then, the problem is discretized by using concepts of isogeometric analysis method and its solution algorithm is devised. To demonstrate the performance of the proposed approach, the obtained results are compared with finite elements. Due to large deformations in this kind of problems, the finite element method requires a relatively large number of elements, as well as the need for remeshings in some problems, that results in a large system of equations with a high computational cost. In the isogeometric analysis method, using B-Spline and NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions provides us with a good flexibility in modeling of geometry without any need for further remeshings. The examples studied in this article indicate that by using the isogeometric approach good quality results are obtained with a smaller system of equations and less computational cost. Also, influence of different volumetric functions for the nearly incompressible materials are investigated.
    Keywords: Isogeometric analysis, NURBS, Nearly Incompressible Hyperelasticity, Newton, Raphson
  • Mehdi Ghannad, Mohammad Jafari, Amin Ameri Pages 249-256
    Because of the continuous changes of mechanical properties of functionally graded materials and therefore reducing the effects of stress concentration, many researchers are interested in studying the behavior and use of these materials in various industries. For the correct design of perforated inhomogeneous plate is needed to know the accurate information about the deformation and stress distribution in different points of the plate especially around the hole. In this paper, is tried to present the analytical solution to calculate the 2D stress distribution around the circular hole in long FG plate, by using the complex potential functions method. The plate subjected to constant uniaxial or biaxial stress. One of the most important goal of this research is to study the effect of compression load applied to the hole boundary on stress distribution around the hole. The variation of material properties, especially Young's modulus is in a radial direction and concentric to the hole. The special exponential function is used to describe the variation of mechanical properties. The finite element method has been used to check the accuracy of analytical results for homogeneous and heterogeneous plates, also for all loading cases. In the presence of applied load at the boundary of circular hole, amount of radial stress in addition to hoop stress is considerable. Therefore the Von Mises stress is used to study the stress around the hole. The results showed that inhomogeneous plate with increased modulus of elasticity has greater load bearing capacity with respect to homogeneous plate.
    Keywords: FG Plate, Heterogeneous Materials, Circular Hole, Potential Functions, Stress Concentration
  • Morteza Fathi, Farid Najafi Pages 257-268
    In this study, a vertically placed double-acting pneumatic cylinder controlled by two On/Off solenoid valves is applied for the purpose of the lower limb rehabilitation. Because of the different physical conditions and degrees of disability of patients and changes of the system dynamic parameters, admittance control strategy is used to compliantly interact between users and actuator. To analyze the stability, a linear model of the servo-pneumatic system is developed and its continuous transfer function is derived. Due to the exponential functions in the continuous transfer function of the system, the necessary transformations are used to achieve the discrete closed-loop transfer function of the system. In this way, the determination of the stable performance boundaries of the admittance control parameters related to changes in other dynamic parameters of the system is possible by root locus analysis of the discrete closed-loop system. These dynamics parameters include equivalent mass, damping and stiffness of the actuator and leg impedance and the proportional and differential gains of the inner loop position controller. Good correspondence is observed between the analytical and experimental stability limits of the system. Analytical results for appropriate choice of the admittance control and other dynamic parameters of the servo-pneumatic system are applicable to get smoothly and stable performance during the rehabilitation process.
    Keywords: Admittance Control, Stability Analysis, Root Locus, Discrete Transfer Function, Servo, pneumatic rehabilitation system
  • Rouhollah Talebitooti, Akbar Eshraghi, Mansour Torabi, Mohammad Reza Gheibi Pages 269-277
    The different factors such as material, height, thickness, installation status, and geometry of the wall's head can influence on the efficiency of the sound walls to decrease the noise pollution of theairports. This paper is presented to improve the effective geometry of the wall's head as well as finding the best wall's head to maximize the noise reduction in an airport. To investigate the performance of the sound wall, the boundary element method is used. Then, in order to modeling the sound walls with different dimensions and sizes, PATRAN software is utilized. In the next step, the models are meshed and finite element method is used to analyze the vibrations of the models. Consequently, the natural frequencies and the mode shapes of sound's walls are predicted and finally the insertion loss via modeling of sources of noise and sound receivers are calculated. The design method of Taguchi experiments is applied to decrease the total numbers of the different models of Y shape geometries. Lastly,the governing equations with approximately fitted over the test cases are determined by neural network. Finally, the genetic algorithm is used to obtain the ideal head's wall.
    Keywords: Sound's walls, boundary element method, insertion loss, neural network, Genetic algorithm
  • Alireza Jamarani, Mehdi Maerefat, Majid Eshagh Nimvari Pages 278-286
    In the present study the validity of two conventional Nusselt number definitions were investigated using analytical and numerical methods for convection heat transfer in a pipe partially filled with porous media. The first definition is denoted as Nu_1 (x)=(2R(∂T/∂r)_(r=R))⁄((T_w-T_m (x))) and the second one follows: Nu_2 (x)=(2Rq_cond^'')⁄(k_ref (T_w-T_m (x))). The Nusselt number resulted from these two definitions was investigated analytically in a pipe for different porous configurations. The results show that the calculated Nusselt numbers using these two definitions, are different in porous media boundary arrangement. In the first definition, the heat transferred to the fluid flowing thorough the porous media is not considered, so the Nusselt number which is calculated via this definition cannot demonstrate the physics of heat transfer phenomenon properly. The boundary arrangement of porous in a pipe with turbulent flow is simulated numerically and the Nusselt number was calculated by the two definitions. The calculated Nusselt from the first definition shows that the Nusselt number increases as the heat conduction coefficient of porous grows which is not a proper expression of physics of this problem. So, the first definition of the Nusselt number is not proper for porous boundary arrangement in a pipe. However, with investigating of the second definition, it is seen that with increasing the porous heat conduction coefficient, the Nusselt number increases which this result is physically valid; therefore the second definition is more appropriate for the porous media boundary arrangement.
    Keywords: Porous material, convection heat transfer, Nusselt number
  • Amirhossein Moradi, Mostafa Mafi, Mansour Khanaki Pages 287-298

    Existence of huge reserves of natural gas in the country and also the extent of its distribution lines has caused the use of natural gas as the main energy carrier. Seasonal fluctuations in gas consumption in domestic sector and giving priority to this sector has led that the gas supply to other sectors such as thermal power plants is faced with many problems in the cold season. One way to deal with this issue (shortage of natural gas) is the liquefaction and storage of surplus natural gas in the summer, using peak-shaving gas liquefaction plants. In this study, SMR and N2-expander processes have been evaluated. Changing in operational and environmental parameters (such as changes in flow rate, pressure, temperature and composition of the feed gas and working fluid of the cycle) are the main problems that peak-shaving plants will be permanently encountered with them, thus low sensitivity to changing conditions is the one of the important criteria in the selection of suitable process for peak-shaving. In this study, the sensitivity of liquefaction processes has been investigated using normalized sensitivity analysis. The results indicate that SMR process, despite lower power consumption is more sensitive to changes of the environmental and operational parameters and even, in some cases, the applied perturbation in the probable error range of measurement devices (such as 20 kPa uncertainty or fluctuation in compressor suction pressure), causes malfunction of the liquefaction process (wet entering the compressor).

    Keywords: Mixed refrigerant liquefaction cycle, N2, Expander liquefaction cycle, Low temperature process, Sensitivity analysis
  • Esmaeel Ghafari, Jalil Rezaeepazhand Pages 299-308
    This paper, presents the static analysis of composite beams with transverse shear effects using polynomials based dimensional reduction method. In dimensional reduction method, a three dimensional elasticity problem is split into a two dimensional cross section analysis and a one dimensional beam analysis. FEM is commonly used to analyze beam cross section in the literature. In this study, polynomial functions and Rayleigh-Ritz method are used to present an analytical procedure for two dimensional cross section analysis. Variational Asymptotic Method (VAM) is employed considering shear stiffnesses of composite beam cross section. VAM, asymptotically generates fully coupled cross section stiffness matrix. VAM benefits small parameters, related to characteristic length of cross section, to find stationary values of beam energy functional. By minimizing the energy functional with respect to warpings, in and out of plane warping functions are acquired. In this article, isotropic beams with different cross section geometries and symmetric as well as anti-symmetric composite box beams are investigated. Presented results show appropriate correlation of the present study with theoretical and experimental results, as well as 3D Finite Element analysis. Using dimensional reduction method reduces the computing time and empowers researchers to design and optimize composite beam-like structures.
    Keywords: Composite Beam, Warping Function, Transverse Shear Effect, Rayleigh, Ritz Method, Finite Element Method
  • Hamid Gazerpour, Mohammad Ali Amiri Atashgah Pages 309-317

    In this paper, simulation and time-optimal control of an electro-dynamic tether system as a new and inexpensive form of space propulsion system are investigated. The EDT, can provide desired acceleration by interaction between a current in the tether wire and earth’s magnetic field, without any fuel consumption, for any orbital maneuvering. For this reason, it is an appropriate choice for space debris mitigation missions. In this work, firstly, dynamics of the EDT, together with the earth’s magnetic field are simulated. Secondly, exploiting the developed simulation tool-set, variations of classical orbital elements are observed and then feasibility studies of non-impulsive orbital maneuvers are conducted. In this manuscript, distinctly, relative motion and rendezvous by means of the EDT, adoption of appropriate coordinate system, problem conditions and also the method of solution are discussed. Simulation results demonstrate that the EDT can perform a wide range of in-plane and out-of-plane orbital maneuvers in low-earth-orbits (LEO). Eventually, an in-plane rendezvous problem with space debris, is solved by implementation of Direct Collocation method in Matlab by developing a solver program and resolving its limitations with respect to optimal rendezvous problem using electrodynamic tether, and then optimal control in a minimum-time condition, and also optimal trajectory are obtained.

    Keywords: Electrodynamic Tether System, Space Rendezvous, Space Debris, Optimal Control
  • Behrang Hosseini Aghdam, Mehrdad Vahdati, Morteza Homayoun Sadeghi Pages 318-326
    In the present paper, vibration signals recorded during a turning process are used for tool wear estimation. During the cutting process, tool acceleration signals are recorded with the use of an accelerometer installed on tool holder, for different wear values. Since the measured acceleration signals have time dependent variance and are non-stationary, time series with time dependent coefficients were used for modelling them and extraction of wear sensitive features. The extracted wear sensitive features are residual variance of different signals and are used as distance between the signals associated with worn tools and the baseline model. Based on analysis of distance between worn tools’ acceleration signals in different cutting directions and the baseline signal, a correlation was found. By the use of this correlation, a criterion was obtained for detection of critical wear stage. Such that the distance curves for feed and main cutting directions possess a minimum in the vicinity of critical wear level. Investigation of results revealed that the curves obtained through this method are more accurate than the ones obtained from stationary modelling method. The results obtained here can be used in online real-time algorithms of tool wear estimation.
    Keywords: Tool wear, Turning, Times series, Vibration
  • Bagher Soleimani, Ali Keshavarz Valian, Touraj Malek Pour Pages 327-334
    The subcooled flow boiling occurs when the bulk temperature is less than saturation temperature of the liquid at that pressure while the surface temperature is higher. The most importance of boiling phenomenon is related to the high latent heat of fluid which could removes high heat flux at relatively low temperature difference between liquid and the hot surface. In this study, the impact of velocity and roughness on the subcooled flow boiling were investigated experimentally for pure water. An experimental setup was designed and manufactured. The experimental setup consists of a plexiglass channel with cross section 20×30 mm and the length of 120 cm. A cylindrical heater with diameter 12 mm made of copper is located on the bottom surface of the plexiglass channel. All the experiments were conducted for the surface roughness of 0.65, 2.5 and 4.4 µm at velocities of 0.5, 0.7 and 0.9 m/s. The experimental results show that the surface heat flux increases as the surface roughness and velocity increases. However, this affect of velocity enhancement was only observed for lower boiling surface temperature and opposite trend has taken place for higher boiling surface temperature. This is due to the simultaneous consideration of the convection and boiling terms along with the interaction between them which has not been presented experimentally yet. It appears that this kind of experimental study has not been carried out for copper type surfaces.
    Keywords: Subcooled flow boiling, heat flux, surface roughness, velocity
  • Ahmad Reza Ghasemi, Mohammad Mehdi Mohammadi Pages 335-345
    In this paper, the incremental hole-drilling method is used to measure experimentally with accuracy non-uniform residual stresses in each ply of fiber metal laminate (FML) composites. Integral method was used for the approximation of residual stress. This method, considered a constant and uniform residual stress analysis at each hole-drilling depth increment. At the first, finite element method is used to calculation of the calibration coefficients matrix of the incremental hole drilling process. The calibration coefficients matrix determined by a finite element analysis can be used directly in the experiment. Calibration coefficients matrix used to relate the measured strain relaxation field with the existing residual stresses prior to the hole-drilling process. Also, for the experimental determination, released strains induced by high speed drilling process on FML composites with a stacking sequence of [AL/02/902]S have been quantified. At the end, the experimental measurements are compared with the theoretical predictions of the classical laminate theory. The good agreements between the experimental and theoretical results show that, incremental hole-drilling technique can be improved to be successfully applied for measuring non-uniform residual stresses in FML composites.
    Keywords: Fiber Metal Laminates, Incremental Hole, Drilling, Integral Method, Calibration Coefficients, Classical Laminate Theory
  • Mohammad Ali Ansari, Emadoddin Sadeqzadeh Naeini, Mohammad Kazem Besharati Givi, Ghader Faragi Pages 346-352
    Friction Stir Extrusion (FSE) is a modern one step process with high efficiency for conversion and recycling of materials which capable of producing Nano-engineered material via production with good deformability, mechanical and physical properties. Novelty of this production technique is utilization of frictional heat and severe plastic deformation for material flowing, mechanical alloying and finally amendment of powder, chips and other recyclable scraps directly to useful products. Sample’s microstructure was revealed and average grain size was gained for 18 samples. Experimental parameters by use of design of experiments for two factors and analysis of variance were investigated and by the use of experimental results were validated. In this study, the effect of rotational speed in 3 levels and plunge rate in 2 levels were examined on microstructure of produced wires via FSE process. Based on process parameters, there is an equation for grain size prediction was presented by using full factorial design of experiment. Furthermore, normal possibility diagram and residual versus order based on residual theorem were evaluated for systematic error entry and reliability to experimental results. The efficient region on contour diagram reveals that suitable condition of minimum grain size and maximum strength occurred at 250 rpm for rotational speed and 14 mm/min for feed rate. It should be noted that analysis of variance showed that rotational speed, feed rate and interaction of rotational speed and feed rate respectively have a meaningful effect on the grain size of produced wire.
    Keywords: Magnesium, Friction Stir Extrusion, Design of Experiments, Analysis of Variance
  • Reza Kazemi, Mohammad Amin Saeedi Pages 353-364
    In this paper, to improve the roll stability of an articulated vehicle carrying liquid an active roll control system using a robust nonlinear controller is presented. First, a sixteen-degree-of-freedom nonlinear dynamic model of an articulated vehicle is developed next using TruckSim software in a standard maneuver, the vehicle model is validated. Then, the dynamic interaction between the fluid cargo and the tractor semitrailer vehicle, by integrating a quasi-dynamic slosh model with sixteen-degree-of-freedom of a tractor semitrailer model is investigated. Also, for rollover prevention of an articulated vehicle carrying liquid, a novel nonlinear robust control including combination of sliding mode control and feedback linearization control is proposed. Control system performance for two different fill volumes in J-turn and lane change maneuvers is shown. Next, to investigate the rollover stability of an articulated heavy vehicle carrying liquid, load transfer ratio is considered as an important factor. Moreover, in order to study the performance of the robust control system, a linear controller has been used. The simulation results confirm the excellent performance of the proposed robust control system in critical lane change maneuver due to increase of longitudinal velocity and a reduction of road friction coefficient.
    Keywords: Articulated vehicle carrying liquid, Robust Control, Roll Stability, Active Roll Control System
  • Mohammad Reza Tavakoli, Pouriya Bayat Pages 365-375
    Air entrainment in liquids via a fluid jet, is a complex phenomenon that has important applications in industry and the environment. The impact of a vertical laminar water jet translating over the quiescent pool of water at constant velocity was studied empirically, and the penetration depth as well as distribution of the bubbles formed by this jet was measured for both fresh and sea water with two different optical methods. This experiment was conducted at different flow rates (corresponding to different vertical velocities). In each case, the jet was moved at different horizontal velocities relative to the pool surface. As the jet started its horizontal translation, air began entering the pool from the bottom of the point of impact. Bubbles penetration depth was measured through a high-speed imaging technique, and pulse shadowgraphy was used for measuring the bubbles distribution. Increasing the vertical velocity of the jet while simultaneously decreasing the horizontal velocity of the same led to increased bubble penetration depths, and similar results were obtained for fresh water and sea water. This result was obtained in spite of the fact that the number and size of the bubbles formed in sea water were dramatically different from those formed in fresh water. Moreover, the significant role of buoyant forces in the distribution of the bubbles was obvious. The penetration depth and distribution of the bubbles were measured and reported for various jets with different diameters at different vertical and horizontal velocities.
    Keywords: Fluid jet, Bubble measurement, Penetration depth, High, Speed imaging, Sea water
  • Reza Ansari Khalkhali, Mohammad Kazem Hassanzadeh Aghdam, Ali Mashkor Pages 376-382
    Significant improvements in mechanical properties of polymers reinforced with nanoparticles at relatively low volume fractions, is caused that the use of polymer nanocomposites increase. The main reason for the increase in mechanical properties of nanocomposites is the presence of an interphase region between the nanoparticles and polymer matrix. In this work using a unit cell-based micromechanical model, the percolation behavior of the mechanical properties of nanoparticle reinforced polymer nanocomposites is investigated. The Representative Volume Element (RVE) of nanocomposites consists of three phases including nanoparticles, polymer matrix and interphase. The RVE is extended to c×r×h nano-cells in three dimensions and the state of dispersion of nanoparticles into matrix is random. Effects of interphase region including its thickness and elastic modulus and nanoparticle geometry on the percolation behavior of the nanocomposite are studied. Results show that with decreasing the nanoparticle size or increasing aspect ratio of nanoparticle, critical volume fractions decreases. The predicted results of the present micromechanical model are in good agreements when compared with results of the other micromechanical model. The herein reported results could be useful to guide the modeling and optimal design of nanocomposite reinforced by nanoparticles with the highest economic interest.
    Keywords: Nanoparticle, Percolation, Interphase, Micromechanics, Nanocomposite Mechanical Property
  • Mohammad Reza Ansari, Reza Azadi, Sahar Kiani Haghgu Pages 383-392
    In the present research, two-phase flow is studied adiabatically in vertical plexigalss tubes with inner diameters of 40 mm and 70 mm in heights of 1.73 m and 3.22 m. Flow pattern maps are presented for both tubes and effect of diameter and height on the transition curves between flow patterns is investigated. Air and water are used as working fluids. Superficial velocities of air and water for 40 mm tube are 0.054-9.654 m/s and 0.015-0.877 m/s; and for 70 mm tube are 0.038-20.44 m/s and 0.036-1.530 m/s, respectively. By changing the tube diameter from 40 mm to 70 mm, slug pattern region shrinks considerably. Inlet is designed to be "annular" for which bubbly flow in 70 mm tube is not observed in low water superficial velocities. However, this pattern is observed in higher water and lower air superficial velocities. For both tubes, the main flow regimes observed are bubbly, slug, churn and annular. The results obtained using image processing technique show that bubbly regime in 40 mm can be divided into three sub-patterns called dispersed, agitated and agglomerated bubbly. In addition, two sub-patterns are recognized in slug regime as large slug and small slug. Also semi-annular pattern is observed as an independent flow pattern in tube with inner diameter of 70 mm which has not been analyzed accurately up to now.
    Keywords: Two, phase flow, vertical tube, flow pattern map, semi, annular
  • Seyed Erfan Salimipour, Shima Yazdani Pages 393-401
    In the present paper, a two dimensional numerical analysis of the dynamic stall phenomenon associated with unsteady flow around the NACA 0012 airfoil at low Reynolds number (Re ≈ 130000) is studied. For this purpose, a thin blade with height of 0.005 chord length was placed vertically on the airfoil to control the bursting of the laminar leading edge separation bubble. The numerical simulation of flow is based on discretization of convective flaxes of the turbulent unsteady Navier-stokes equations by second-order Roe’s scheme and an explicit finite volume method in a moving coordinate system. Because of the importance of the time dependent parameters in the solution, the second-order time accurate is applied by dual time stepping approach. Three oscillating patterns with different frequencies and angular amplitudes were used to study the dynamic stall phenomenon. In order to validate the operation of computer code, some results for static and dynamic stall are compared with experimental data. The results of this study showed that the burst control blade had the acceptable effects on the dynamic stall control; so that these effects were increased while the oscillation frequency was raised. The best result occurs in 5 deg angular amplitude and reduced frequency of 0.15; so that the lift stall reduced 50% and there was not any obvious stall in drag coefficient.
    Keywords: Dynamic Stall, Leading Edge, Bubble Control Blade, Navier, Stokes Equations
  • Mohammad Nikmehr, Ramin Khamedi Pages 402-408
    Purpose of this study is to identify effects of hybrid fibers in composites properties which has reinforced by carbon and basalt fibers and also effects of hybrid composite in Acoustic Emission (AE) behavior under four point bending test by non-destructive AE testing. One of the main problems for failure mechanisms identification by AE method is discrimination of events due to different types of damage which occurs during loading of composite material. Fuzzy C- means clustering algorithm is a tool which is used in this paper to separate acoustic events. The results show that the method of clustering provides a better correlation between the acoustic signals, damage mechanisms and also time of these mechanisms. For analyzing the AE signals, some of the descriptors like amplitude, duration, count, acoustic energy and rise time were used to identify the micro mechanisms of failure. In the first steps of the hybrid composite loading, it is noisier than the last steps and it shows the progressive damage mechanisms. Scanning Electron Microscope (SEM) observation was verified the results of tests and analysis.
    Keywords: Acoustic Emission_Carbon – Basalt_epoxy_Fuzzy C_Means
  • Reza Hassannejad, Abolfazel Seifi, Mohammad Ali Hamed Pages 409-418
    Passive suspension system is used in most vehicles due to its low energy consumption and low cost in most vehicles. Therefore, today there is a challenge in order to enhance the suspension system. The aim of this study is to present a new method for Multi-Objective design of vehicle suspension based on the use of asymmetrical dampers (Nonlinear). Hence, It is shown that using these type of dampers with a choice of two type coefficient by which one of them is in compression and another one in expansion, will lead to a more optimal design compared to those in the literature. For this purpose, vehicle was modeled using full model with eleven degree of freedom under random road excitation. Then, since the tasks of suspension system are reduction of vertical acceleration exerted on passengers, reduction of pitch acceleration of sprung mass, improving road holding and reduction of the change of four wheel work space. Therefore, the problem is defined as a Multi-Objective problem with conflicting objectives which formulated and solved by NSGA-II algorithm. The obtained results indicated that using asymmetrical dampers leads to more efficient design compared to those methods with symmetrical dampers.
    Keywords: Ride comfort, Road Holding, Work Space, Asymmetrical Damper, Multi, Objective