فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 5 (امرداد 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 5 (امرداد 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/03/28
  • تعداد عناوین: 42
|
  • ایمان رحیمی، شایان نژادشمسی، فرزام قسیم اکبری، مهدی احمدی نجف آبادی صفحات 1-9
    اندازه گیری تنش پسماند برای قطعات در حال کار یک مجموعه با روش های مخرب عملا غیرممکن است. لذا در این موارد استفاده از روش های غیرمخرب مانند روش موج فراصوتی از اهمیت به سزایی برخوردار است. یکی از مشکلات موجود در زمینه اندازه گیری غیر مخرب تنش پسماند به روش امواج فراصوتی، تعیین ضرایب آکوستوالاستیک ماده می باشد. در واقع برای تبدیل داده های به دست آمده از اندازه گیری به روش امواج فراصوتی، می بایست این ضرایب به دقت تعیین شوند. اما به دلیل مشکلاتی مانند زاویه دار بودن منطقه متاثر از حرارت به دلیل پخ جوشکاری و ضخامت کم این منطقه تعیین ضرایب این منطقه به صورت دقیق انجام نمی شود. در این پژوهش برای تعیین ضریب آکوستوالاستیک منطقه متاثر از حرارت (HAZ) شبیه سازی عملی انجام گرفت. شبیه سازی به این صورت انجام گرفت که منطقه متاثر از حرارت به چهار قسمت تقسیم شد و سپس با انجام چرخه های مختلف عملیات حرارتی بر روی نمونه های استاندارد تست کشش، این منطقه به صورت چهار قسمت مجزا شبیه سازی شد. از این ضریب در تعیین تنش پسماند نمونه های جوشکاری شده فولاد زنگ نزن آستنیتی با استفاده از امواج فراصوتی LCR استفاده شد و سپس داده های به دست آمده با روش کرنش سنجی سوراخ مقایسه گردید. با مقایسه تنش های به دست آمده از روش شبیه سازی عملی HAZ و روش های پیشین محاسبه ی ضریب آکوستوالاستیک و مقایسه با روش کرنش سنجی سوراخ، مشاهده شد که این روش موجب بهبود دقت اندازه گیری تنش پسماند در نمونه های جوشی شده است.
    کلیدواژگان: ضریب آکوستوالاستیک، منطقه متاثر از حرارت، فولاد زنگ نزن آستنیتی، امواج LCR، کرنش سنجی سوراخ
  • علی چایی بخش لنگرودی، زهر رستم نژاد، تهمینه عدیلی، علی جمالی صفحات 10-18
    در این تحقیق، طراحی سیستم کنترل پسخور-پیشخور و بهینه سازی عملکرد کوره فرآیندی نفت خام برای بازیابی از شرایط غیرعادی احتمالی، مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا با توسعه یک مدل تحلیلی غیرخطی دقیق، اثرات تغییرات پارامترهای ورودی و شرایط مختلف عملکردی بر خروجی سیستم تعیین شده است. سپس به منظور حذف اثر اغتشاشات وارده به کوره، یک ساختار کنترلی پیشخور-پسخور برای کنترل احتراق پیشنهاد و با استفاده از الگوریتم ژنتیک (GA) عملکرد کنترلرها، بهینه سازی شده است. همچنین، به منظور افزایش پایداری حرارتی سیستم و حفظ کیفیت محصول خروجی، سیستم کنترل اختلاف دما بر اساس تقسیم بار بین مسیرهای کوره بکار گرفته شده است. به علاوه یک سیستم کنترل نظارتی برای تنظیم مقادیر مطلوب آتشباری، به منظور بازیابی سیستم از شرایط غیرعادی ناشی از خرابی مشعل ها، ارائه شده است. با توجه به سناریوهای مختلف خرابی، مقادیر بهینه آتشباری توسط مشعلها، با اعمال الگوریتم ژنتیک به مدل سیستم، بدست آمده است. از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه به عنوان هسته مرکزی این کنترلر و میان یابی بین شرایط مختلف استفاده شده است. نتایج بدست آمده در شرایط مختلف، عملکرد مناسب سیستم های کنترلی طراحی شده را تایید می کند.
    کلیدواژگان: کوره فرآیندی، کنترل پیشخور، پسخور، بهینه سازی، شرایط غیرعادی، الگوریتم ژنتیک
  • رضا ناظم نژاد، کامران کمالی صفحات 19-28
    در این مقاله، ارتعاشات آزاد محوری نانو میله ها با تمرکز بر بررسی تاثیر جابجایی های جانبی بررسی می شود. بدین منظور، از تئوری ریلی که جابجایی های جانبی نانو میله را در نظر می گیرد به همراه تئوری الاستیسیته غیرمحلی که اثر مقیاس کوچک را در نظر می گیرد استفاده شده است. سپس با استفاده از اصل همیلتون، معادله حرکت و شرایط مرزی غیرمحلی استخراج شده اند. بدلیل افزایش مرتبه معادله حرکت از مرتبه دو (معادله حرکت محلی) به مرتبه چهار (معادله حرکت غیرمحلی)، و از طرفی ثابت ماندن تعداد شرایط مرزی (یک شرط مرزی در هر طرف نانو میله)، با استفاده از روش ریلی-ریتز معادله حرکت حل شده است. در روش ریلی- ریتز بایستی تابع شکل مناسبی برای مسئله مورد نظر در نظر گرفته شود، بطوریکه تایع فوق حداقل شرایط مرزی هندسی مسئله را ارضا نماید که در این پژوهش چندجمله های در نظرگرفته شده برای تابع شکل مسئله با استفاده از روش متعامدسازی گرام-اشمیت، متعامدسازی و نرمالایز شده اند. سپس پنچ فرکانس اول محوری نانو میله به ازای شرایط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد استخراج شده است. در گام بعد، تاثیر عوامل مختلف مانند طول نانو میله، قطر نانو میله و پارامتر غیرمحلی بر روی فرکانس های طبیعی محوری نانو میله بررسی شده است. نتایج این پژوهش می تواند در طراحی دقیق تر سیستم های نانوالکترومکانیکی ای که در آنها از نانوتیوب ها استفاده می شود موثر باشد.
    کلیدواژگان: جابجایی های جانبی، ارتعاشات طولی، تئوری غیرمحلی ریلی
  • سعید شعبانی نودهی، سید رضا فلاحتگر، رضا انصاری صفحات 29-38
    بهینه سازی توپولوژی سازه به دنبال دستیابی به بهترین چیدمان مواد در دامنه طراحی از پیش معین شده است. در این مقاله به بررسی تاثیر پارامترهای طراحی شامل پارامتر مقیاس طول و نرخ تکامل حجمی در روش بهبودیافته بهینه سازی تکاملی دوجهته سازه ها با دیدگاه حذف نرم مواد پرداخته می شود. هدف اصلی در این روش بیشینه کردن سفتی سازه در یک حجم معین از مواد با استفاده از تحلیل المان محدود است. در هر مرحله پس از تحلیل المان محدود، عدد حساسیت برای هر المان در بازه ی طراحی محاسبه شده و به عدد حساسیت گره ای تبدیل می شود. با طرح یک فیلتر و بکارگیری یک مقیاس طول، عدد حساسیت بهبودیافته ای برای هر المان تعریف می شود. از این عدد بعنوان معیاری برای ارزش گذاری هر المان در بازه طراحی، بررسی حذف و اضافه نمودن المان ها استفاده می شود. برای افزایش بیش تر همگرایی فرآیند بهینه-سازی، دقت عدد حساسیت المانی جدید با استفاده از اطلاعات مراحل پیشین بهبود می یابد. این روش مستقل از مش و همگراست و در توپولوژی های بهینه الگوی شطرنجی و جواب های محلی مشاهده نمی شود. با استفاده از سه نمونه ی طراحی، تیر یک سر گیردار، تیر کلاسیک و سازه نوع میشل، به بررسی عوامل تاثیرگذار بر طرح نهایی سازه پرداخته می شود. با تغییر پارامتر مقیاس طول طرح های مختلفی در سازه نهایی مشاهده می شود که تعداد مراحل همگرایی با افزایش این پارامتر بیشتر شده است. کاهش نرخ تکاملی حجمی نیز موجب ایجاد توپولوژی نهایی کاملا متفاوت و حتی نامتقارن شده و افزایش آن، طرح های حاصله نزدیک تر به توپولوژی نهایی ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی تکاملی سازه، حذف نرم، پارامتر مقیاس طول، نرخ تکاملی
  • آرش نعیمی آبکناری، مهدی کریمی صفحات 39-50
    امروزه مواد کامپوزیتی و ساختارهای ساندویچی به دلیل خواص منحصر به فردی از جمله، نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت به خوردگی و توانایی جذب انرژی و صدا بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. موج دار کردن این نوع ساختارهای ساندویچی روشی موثر برای تقویت خواص مکانیکی آنهاست. در این مقاله به بررسی دینامیکی این سازه های موج دار برای عملکرد مطلوب در شرایط ارتعاشی پرداخته شده است. یکی از آسیب های مهم در مواد مرکب لایه ای کامپوزیتی، ترک بین لایه ای و در نهایت جدایی بین لایه ها می باشد. در روش المان محدود با استفاده از نرم افزار ANSYS به تحلیل ارتعاشی ورق ساندویچی موج دار ذوزنقه ای همراه با ترک پرداخته شد. ورق مدل سازی شده یک مدل جدید از ورق های ساندویچی موج دار است که دارای یک هسته موج دار نرم از جنس فوم و پوششی موج دار از جنس لایه های کامپوزیتی از نوع شیشه/ اپوکسی است. به منظور اعتبارسنجی و اطمینان از صحت رفتار ارتعاشی ورق مدل سازی شده، نتایج حاصل از تحلیل مودال تجربی و روش المان محدود، مورد مقایسه قرار گرفته شد. تاثیرات ابعادی و موقعیت ترک بین لایه ای بر فرکانس طبیعی بگونه ای بود که با افزایش ابعاد ترک، فرکانس طبیعی ورق کاهش یافته و با تغییر موقعیت آن در عمق ورق، این فرکانس نیز کاهش یافت. تغییرات در مشخصات ارتعاشی ورق ساندویچی، اطلاعات جامعی را برای آموزش و طراحی شبکه عصبی تولید می کند تا یک روش موثر در عیب یابی و پیش بینی وقوع عیب بدست آید.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی موج دار، ترک بین لایه ای، تحلیل مودال، روش المان محدود
  • علی اصغر معصومی، غلامحسین رحیمی شعرباف مقدس، غلامحسین لیاقت صفحات 51-62
    در این مقاله تحلیل تجربی و عددی مخزن فلز- کامپوزیت تحت بار دینامیکی بررسی می شود. برای این منظور یک نمونه از مخزن چند تکه استوانه ای جهت اندازه گیری فشار در نظر گرفته شده است جهت اندازه گیری فشار از سنسورهای پیزوالکتریک 1000 بار مدل کیستلر استفاده شده که برای نصب آنها سوراخ هایی بر روی سطح بیرونی پوسته ایجاد شده است. برای تنظیم کردن سطح سنسورها در لایه داخلی استوانه از قطعات تقویتی استفاده شده که پس از نصب و تنظیم سنسورها آزمایش با بار ضربه ای ناشی از احتراق سوخت انجام شده است. نتایج حاصل از آزمایش توسط دیتالاگرهای سنسورها ثبت شده و بصورت نمودارهای فشار بر حسب زمان بدست آمده است. هدف از این پژوهش رسیدن به وزن و مقاومت بهینه مخزن با روش سعی و خطا و با استفاده از تحلیل عددی در برابر بار دینامیکی ناشی از احتراق سوخت می باشد لذا جهت تحلیل عددی یک نمونه از مخزن چند تکه استوانه ای در نرم افزار المان محدود آباکوس مدلسازی شده و مورد تحلیل قرار می گیرد. بار اعمالی به مدل از نتایج استخراج شده در آزمایشهای تجربی بوده که بصورت یک بار فشاری متغیر و دینامیکی با مخزن فلزی و مخزن فلز – کامپوزیت همزمان مورد تحلیل قرار می گیرد نتایج بدست آمده از تحلیل مورد بحث و بررسی قرار گرفته و در نهایت مشخصات هندسی و مادی بخش فلزی و بخش کامپوزیتی مخزن برای حالت بهینه پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: فشار متغیر، مخزن فلز کامپوزیت، تحلیل المان محدود، بار دینامیکی، آزمایش تجربی
  • ایوب بنوشی، ادریس محمدی، محسن بروغنی صفحات 63-69
    بررسی تغییرات بسامدی امپدانس اکوستیکی می تواند نقش مهمی در شناسایی، و بهینه سازی یک ساز داشته باشد. برای یک لوله ی ساده امپدانس (پاگیری) اکوستیکی ورودی با روش های تحلیلی قابل محاسبه است، اما برای اشکال هندسی پیچیده مثل سازهای بادی نمی توان امپدانس اکوستیکی ورودی را با روش های تحلیلی به سادگی محاسبه کرد؛ از این رو، امپدانس اکوستیکی ورودی سازهای بادی را اندازه می گیرند. این مقاله، گزارش نخستین آزمایشی است که برای اندازه گیری امپدانس اکوستیکی ورودی یک نی دوی دیاپازون انجام می گیرد. به این منظور، یک دستگاه بازتاب سنج پالس ساخته شد. برای اطمینان از صحت عملکرد دستگاه، ابتدا امپدانس اکوستیکی ورودی یک لوله ی پله دار سه بخشی اندازه گیری شد و نتایج اندازه گیری با مقادیر محاسبه شده ی توسط فرمول های به خوبی شناخته شده مقایسه شد. در محدوده ی بسامدهای مورد نظر عمل کرد دستگاه کاملا قابل قبول بود. سپس امپدانس اکوستیکی ورودی ساز نی برای انگشت گذاری های مختلف در شش حالت، از بسته بودن تمام سوراخ پرده ها تا بازبودن تمامی آن ها، اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد که، برخلاف آن چه که در سازی مانند فلوت دیده می شود، بسامد کمینه های منحنی امپدانس منطبق بر بسامدهای نت های قابل نواختن نظیر نیست. علت را می توان در نقش اساسی دهان در تولید نغمه های نی دانست.
    کلیدواژگان: امپدانس (پاگیری) اکوستیکی، بازتاب سنجی پالس، ساز نی، کوک ساز، انگشت گذاری
  • جواد امنیان، مهدی معرفت، قاسم حیدری نژاد صفحات 70-80
    قرارگیری صحیح دریچه های خروجی آلاینده، نقش مهمی در افزایش کیفیت هوا و کاهش میزان آلودگی در پارکینگ های بسته دارد. در مقاله حاضر، اثر موقعیت و ارتفاع دریچه های خروجی آلودگی و ابعاد پارکینگ بر کیفیت هوای داخلی با استفاده از شبیه سازی عددی بررسی شده است. معادلات بقا با استفاده از حلگر ری اکتینگ فوم در نرم افزار اپن فوم حل شده اند. در مرحله اول به منظور اعتبارسنجی روش حل، جریان آلودگی در یک پارکینگ شبیه سازی شده و نتایج حل با نتایج اندازه گیری تجربی مقایسه شده است. در مرحله بعد اثر موقعیت دریچه های خروجی آلودگی بر افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ مورد بررسی قرار گرفته و با دیگر روش های افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ مقایسه شده است. نتایج حاصل از حل عددی بیانگر این است که قرارگیری دریچه های ورودی هوا و خروجی آلودگی در دورترین فاصله از هم در پارکینگ و قرارگیری دریچه های خروجی آلودگی در بازه ارتفاعی بهینه باعث افزایش کیفیت هوای داخلی پارکینگ شده است. در این مقاله، نمودار غلظت منوکسیدکربن در ارتفاع های مختلف بیان شده و با استفاده از آن بازه ی بهینه برای ارتفاع دریچه های خروجی آلاینده پیشنهاد شده است. همچنین اثر ابعاد پارکینگ برای استفاده از جت فن بررسی شده و نتایج بیانگر این است که جهت تهویه آلودگی در پارکینگ های با طول بیش از اندازه معیار، جت فن مورد نیاز است.
    کلیدواژگان: پخش آلودگی، شبیه سازی عددی، موقعیت دریچه های ورودی هوا، موقعیت دریچه های خروجی های آلودگی، جت فن
  • رسول ترکش اضفهانی، سید علیرضا هاشمی صفحات 81-89
    نانولوله های کربنی دارای خواص بسیار عالی مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و حرارتی می باشند، از جمله خواص فوق العاده این مواد می توان به خاصیت جذب امواج الکترومغناطیس اشاره نمود. این مواد با قرار گیری در راستای انتشار میدان الکترومغناطیس، حجم قابل توجهی از این امواج را جذب می نمایند و موجب کاهش سطح مقطع راداری از دید جستجوگر می شوند، در این تحقیق ما نمونه های کامپوزیتی حاوی نانولوله های کربنی تک جداره در بستر رزین اپوکسی را در بر اساس ابعاد استاندارد برای باند ایکس با یک روش چند مرحله ای ساخته و سپس توسط دستگاه Vector Network Analyzer آن را مورد بررسی قرار داده ایم، نمونه های کامپوزیتی در سه درصد وزنی 1، 3 و 10 درصد نانولوله کربنی ساخته شده اند. نتایج حاصل از این آزمایش نشان از جذب بالای امواج برای نمونه های تقویت شده با نانولوله های کربنی می دهد. این میزان جذب با افزایش درصد وزنی نانولوله های کربنی به شدت افزوده می گردد، به طوری که متوسط میزان جذب در کل باند ایکس برای درصدهای وزنی ذکر شده به ترتیب 3.33712، 4.5889 و 12.6542 دسی بل می باشد. همچنین نمونه های تقویت شده با 1، 3 و 10 درصد وزنی به ترتیب افزایش 22، 67 و 362 درصدی را نسبت به رزین خام از خود نشان می دهند. در نهایت نیز نمونه ها توسط طیف سنجی میکرو رامان و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی تک جداره، جذب امواج، کامپوزیت، باند ایکس
  • سروش ملیحی، یعقوب طادی بنی صفحات 90-100
    بررسی رفتار دینامیکی و استاتیکی سازه های در مقیاس میکرو و نانو برای تحلیل و پیش بینی عملکرد و دقت آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. در مقاله حاضر اثر اندازه و نیروی بین مولکولی واندروالس بر روی رفتار دینامیکی یک نانوآینه پیچشی دو درجه آزادی پیچش و خمش با استفاده از تئوری مرتبه بالای تنش کوپل اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا با استفاده از تئوری تنش کوپل اصلاح شده و در نظر گرفتن نیروی بین مولکولی واندروالس، معادلات حرکت سیستم استخراج شده، سپس با استفاده از روش رانگ کوتا این معادلات حل شده و عملکرد دینامیکی نانوآینه و منحنی های فازی آن بدست آمده است. سپس ارتعاش طبیعی پیچشی و انتقالی سیستم با توجه به ولتاژ اعمالی به سیستم بررسی شده و در ادامه، متغیرهای ناپایداری پولین سیستم مورد بررسی قرار گرفته و وابستگی آنها به نیروی واندروالس و اثرات اندازه نشان داده شده است. نتایج نشان می دهند که نقاط تعادل سیستم شامل نقاط سنتر و نقاط پایدار فوکوس هستند که این نقاط در منحنی های فازی مسیرهای حلقوی متناوب و حلقه های هتروکلینیک را ایجاد خواهند کرد. همچنین اثر اندازه و مدل تنش کوپل اصلاح شده بر دامنه نوسان و فرکانس ارتعاش سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. مدل ارائه شده در این مقاله قادر است نتایج تجربی را با دقت بسیار خوبی و بهتر از مدلهای کلاسیک پیشین پیش بینی کند و فاصله بین تئوری های قبلی را با نتایج تجربی کاهش دهد.
    کلیدواژگان: نانوآینه الکترواستاتیکی پیچشی، ناپایداری پولین دینامیکی، تئوری تنش کوپل اصلاح شده، منحنی های فازی، نقاط تعادل پایدار و ناپایدار
  • مهران نصرت الهی، مصطفی ذاکری، علیرضا نوین زاده صفحات 101-110
    هدف از این مقاله پیاده سازی طراحی مفهومی بلوک انتقال مداری طبق مدل فرآیند طراحی بهینه سازی چند گامی ترتیبی، به جهت انجام مانور مشخص با کمترین وزن و درحالت واقعی است. در این روش دو حلقه بهینه سازی و طراحی مطرح می گردد که با یکدیگر در فرآیند آنالیز جرمی مرتبط هستند و کلیه خروجی های موجود در حلقه داخلی به عنوان ورودی حلقه خارجی مورد استفاده قرار می گیرد. در حلقه داخلی و برای قراردادن بلوک انتقال مداری در مدار مقصد با توجه به دو عامل قابل کنترل که شامل زاویه بردار تراست و اندازه تراست است از الگوریتم های کنترل بهینه برای بهینه سازی تابع هدف استفاده می شود. در حلقه خارجی، طراحی زیربخش ها به صورت مجزا و در ارتباط با یکدیگر طبق ماتریس طراحی و با استفاده از ورودی های حاصل از حلقه داخلی انجام می شود. همگرایی طراحی در قسمت آنالیز جرمی صورت می پذیرد. نوآوری این مقاله پیاده سازی طراحی طبق این مدل می باشد که برای بلوک انتقال مداری به صورت کاملا سیستمی و ارائه یک روش سیستم پایه با حضور مشترک انسان و ماشین (طراحی مشارکتی یا ترتیبی چندگامی) است، که علاوه بر سطح سیستم در سطح زیرسیستم نیز مانند بهینه سازی مداری و الگوریتم های زیربخش ها به بررسی پرداخته است. نتایج حاصل از طراحی، براساس نتایج حاصل از پردازش آماری داده های واقعی صحه گذاری شده است.
    کلیدواژگان: کنترل بهینه، بلوک انتقال مداری، طراحی سیستمی
  • اصغر دشتی رحمت آبادی، ابوالفضل رسولی زاده شورکی، مهدی زارع مهرجردی صفحات 111-122
    عملکرد یاتاقان های ژورنال غیرمدور لب دار در قیاس با انواع مدور به پارامترهای طراحی و مونتاژ متنوع تری نظیر زوایای انحراف و نصب، وابسته به چگونگی قرارگیری لب های یاتاقان در مقابل هم و نحوه نصب آنها روی پایه ماشین مرتبط می باشد. تغییر در موقعیت و وضعیت این نوع یاتاقان ها، ناشی از تغییر در زوایای نصب و انحراف، می تواند عملکرد یاتاقان های ژورنال غیرمدور لب دار را تحت تاثیر قرار دهد. در پژوهش حاضر چگونگی عملکرد دمایی یاتاقان های ژورنال دو، سه و چهار لب در زوایای نصب و انحراف مختلف با روش درونیابی مشتق تعمیم یافته مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج حاکی از آن است که لحاظ اثرات دمایی تاثیر قابل توجهی بر عملکرد استاتیکی یاتاقان های مورد بررسی داشته و می تواند نتایج را تا حد قابل توجهی به شرایط عملکرد واقعی نزدیک سازد. افزایش دمای ایجاد شده در روتور، سیال روانکار و پوسته در قیاس با شرایط تحلیل ایزوترمال، کاهش لزجت روانکار و افت توانایی حمل بار را در پی داشته و دامنه این تغییرات در زوایای نصب و انحراف گوناگون بویژه برای یاتاقان های دو لب متفاوت می باشد. بر اساس ارزیابی انجام شده پارامترهای عملکرد یاتاقان های غیرمدور دو، سه و چهار لب با تغییر زوایای نصب و انحراف رفتاری تناوبی داشته و بدین سبب امکان انتخاب زوایای بهینه جهت دستیابی به عملکرد مطلوب وجود دارد.
    کلیدواژگان: یاتاقان های ژورنال غیرمدور، تحلیل ترموهیدرودینامیکی، زوایای نصب و انحراف، روش درونیابی مشتق تعمیم یافته
  • مهرداد پالوچ، مجید الیاسی، مرتضی حسین زاده صفحات 123-134
    امروزه خم کاری کششی دورانی لوله های جدارنازک در نسبت خم بحرانی یک فرایند تولیدی پرکاربرد در صنایع پیشرفته از جمله هوافضا و خودروسازی می باشد. بیضوی-شدن سطح مقطع و تغییرات ضخامت لوله از عیوب جدایی ناپذیر این فرایند بشمار می آیند. هدف از انجام این پژوهش، به دست آوردن کوچکترین نسبت خم و بیشترین فشارداخلی قابل اعمال در خم کاری کششی دورانی هیدرولیکی لوله جدارنازک آلومینیومی با آلیاژ 8112 به کمک معیارگلویی است. برای این منظور، کرنش معادل در ناحیه بحرانی انحنای خارجی خم، ملاک تعیین پارگی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که معیار گلویی انتخاب شده با حداکثر اختلاف 12.5% از تست تجربی، روش مناسبی جهت تعیین آغاز گلویی در خم کاری است. همچنین تاثیر نسبت خم و فشار داخلی بر بیضوی شدن سطح مقطع و تغییرات ضخامت، به کمک شبیه سازی در نرم افزار آباکوس و تست های تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف انتظار، محل بیضوی شدن بیشینه در سطح مقطع میانی خم نبوده و صرفنظر از میزان فشار داخلی و نسبت خم، در سطح مقطع با زاویه تقریبا ̊33θ= رخ می دهد. کمترین مقدار بیضوی شدن قابل دستیابی در نسبت های خم 6.1، 8.1 و 2 به ترتیب 42.11%، 72.7% و 35.4% است. علاوه براین، نسبت خم و فشار داخلی اثر قابل توجهی بر کیفیت سطح مقطع لوله های خمیده دارند. بدین صورت که با افزایش نسبت خم و یا فشار، بیضوی شدن سطح مقطع و ضخیم شدگی دیواره لوله در انحنای داخلی خم کاهش می یابد. اما افزایش فشار بر خلاف افزایش نسبت خم، باعث افزایش نازک شدگی در انحنای خارجی خم می-گردد.
    کلیدواژگان: خم کاری کششی دورانی هیدرولیکی، حد خم کاری، آلیاژ آلومینیوم 8112، شبیه سازی اجزای محدود
  • محمود شمس برهان، محمود مرادی، علی شکوه فر صفحات 135-144
    یکی از مناسب ترین روش های بالا به پایین برای ساخت ساختارهای نانومتری، اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید (SPD) است. از پارامترهای اصلی در فرایندهای SPD رسیدن به میزان کرنش پلاستیکی بالا در یک سیکل است. در این تحقیق آزمایشات عددی بر روی روش ترکیبی فرایندهای پرس در کانالهای زاویه دار با مقاطع یکسان (ECAP) و اکستروژن برشی ساده (SSE) تحت عنوان فرایند «فرایند اکستروژن در کانالهای زاویه دار پیچشی صفحه ای (PTCAE)» بر اساس روش رویه پاسخ (RSM)، به عنوان شیوه طراحی آزمایشات آماری، به منظور بررسی تاثیر پارامترها بر چگونگی تغییر پاسخ ها ، بدست آوردن معادلات ریاضی، پیش بینی نتایج و بهینه سازی روش ترکیبی این فرایندها انجام گرفته اند، تا از این طریق کرنش پلاستیک بیشتری را اعمال نمود. چهار پارامتر زاویه α، زاویه Φ ، شعاع و ضریب اصطکاک به عنوان متغیرهای ورودی فرآیند در نظر گرفته شدند. درحالی که کرنش میانگین، کرنش مینیمم، کرنش ماکسیمم و نیروی ماکسیمم وارد شده به سنبه به عنوان پاسخ های خروجی مساله لحاظ گردیدند. پس از تحلیل داده های شبیه-سازی به کمک نرم افزار Minitab معادلات رگرسیون حاکم بر داده ها استخراج گردید. با انجام بهینه سازی شرایط بهینه بدست آمد که پارامترهای بهینه فرآیند عبارتند از زاویه 40=α درجه، زاویه 45= Φ درجه، شعاع 2mm و ضریب اصطکاک 0.1. صحه سنجی نتایج بهینه سازی در شرایط پارامترهای بدست آمده با انجام آزمایش شبیه سازی صورت پذیرفت. نتایج حاکی از تطابق خوب بهینه سازی با شبیه-سازی و همچنین نتایج آزمایشگاهی دارد.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیکی شدید، تحلیل اجزاء محدود، پرس در کانالهای زاویه دار با مقاطع یکسان، طراحی آزمایشات، مواد نانوساختار
  • امیررضا شاهانی، راضیه ابوالفتحی تبار صفحات 145-152
    نمونه تیر دوگانه یک سرگیردار تک جهته، به صورت دو تیر تیموشنکو با طول محدود در نظر گرفته شده است که از یک سمت در تمام قسمت ها به جز در قسمت ترک، بهم چسبیده اند. به دلیل تقارن موجود، تنها نیمی از نمونه به صورت تیری شامل یک قسمت آزاد و یک قسمت بر روی بستر الاستیک، در نظر گرفته شده که در انتها تحت تاثیر نیرو قرار دارد. این تیر به صورت تحلیلی بر روی بسترهای الاستیک وینکلر و پاسترناک بررسی شده و مقادیر نرخ رهایش انرژی کرنشی آن در حالت عمومی به دست آمده است. در پژوهش هایی که پیش از این در رابطه با این نمونه با استفاده از تئوری تیر تیموشنکو انجام شده، از اثرات طول پیوند بر مقدار نرخ رهایش انرژی صرف نظر شده است. در این پژوهش جواب برای حالت حقیقی طول پیوند محدود به دست آمده و تاثیر طول پیوند بر مقدار نرخ رهایش انرژی و نیز حداقل طول پیوند برای مستقل شدن نرخ رهایش انرژی از این طول، ارائه شده است. برای حالت خاص طول پیوند نامحدود، رابطه ی بسته ای برای نرخ رهایش انرژی کرنشی تیر تیموشنکو بر روی بستر وینکلر ارائه شده است. نتایج حل تحلیلی با نتایج ارائه شده در پژوهش های دیگر مقایسه شده و توافق قابل قبولی مشاهده شده است. بر اساس نتایج به دست آمده برای نمونه ی تک جهته، مقادیر نرمی و چقرمگی شکست با استفاده از تحلیل تیر تیموشنکو بر روی بستر وینکلر، نزدیک ترین جواب را به جواب های تجربی موجود ارائه میدهد.
    کلیدواژگان: جدایش لایه ای، نرخ رهایش انرژی کرنشی، نمونه ی تیر دوگانه ی یک سر گیردار، تئوری تیر تیموشنکو، بستر الاستیک
  • مهدی معرفت، سهراب طهماسبی، محمدرضا انصاری صفحات 153-159
    در شرائطی که ابرکاواک تشکیل می گردد، محاسبه طول کاواک طبیعی حائز اهمیت می باشد. طول کاواک تابع عدد کاواک بوده و با استفاده از روابط ناشی از نتایج تجربی محاسبه می شود، که روابط متفاوتی می باشند و مبنای تحلیلی ندارند. همچنین در پیشینه تحقیقات روابطی وجود ندارد که بتوان طول کاواک را بر حسب عدد رینولدز بدست آورد و ارتباط بین عدد کاواک و عدد رینولدز را نشان دهد. در این تحقیق جهت بدست آوردن روابط تحلیلی مربوط به محاسبه طول کاواک، با توجه به مدل انتقال جرم، معادله پیوستگی و معادله مومنتوم، براساس روش مرتبه بزرگی متغیرها ، سه رابطه بدست آمده، رابطه تحلیلی اول مربوط به محاسبه نسبت طول کاواک به قطر جسم نسبت به عدد کاواک می باشد، که در آن نسبت طول کاواک به قطر جسم نسبت معکوس با ریشه عدد کاواک دارد. رابطه تحلیلی دوم مربوط به محاسبه نسبت طول کاواک به قطر جسم نسبت به عدد رینولدز می باشد، که در آن نسبت طول کاواک به قطر جسم نسبت مستقیم با ریشه عدد رینولدز دارد، رابطه تحلیلی سوم مربوط به محاسبه عدد کاواک نسبت به عدد رینولدز می باشد، که در آن عدد کاواک نسبت معکوس با عدد رینولدز دارد. با تطبیق نتایج کار حاضر با نتایج تجربی، ضرائب مجهول مربوط به روابط تحلیلی حاصل می شوند. نتایج نشان می دهد که روابط تحلیلی بدست آمده جایگزین مناسبی برای روابط تجربی می باشند . این روابط طول کاواک را بر حسب عدد کاواک و عدد رینولدز محاسبه و ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: طول کاواک، عدد کاواک، مرتبه بزرگی متغیرها
  • عباس هاشمی، محمدحسین پور، سیدمحمدحسین سیدکاشی صفحات 160-168
    در این مقاله یک روش کاربردی به صورت ترکیب شبیه سازی المان محدود و بهینه سازی بازپخت شبیه سازی شده تطبیقی (ASA) برای طراحی و تحلیل فرایند هیدروفرمینگ ورق تدوین و توسعه داده شد. شبیه سازی فرایند توسط کد المان محدود در قالب تعریف پارامتریک پارامترهای فرایند، این انعطاف پذیری را در روش ارایه شده ایجاد می نماید تا ابعاد هندسی قطعه و قالب و خواص مواد جزئی از داده های ورودی برنامه بهینه سازی را تشکیل دهند. بازتعریف پارامترهای روش ASA متناسب با فرایند هیدروفرمینگ ورق موجب شد تا همگرایی داده ها در زمان کوتاه تر و دقت بالاتر صورت پذیرد. یک کد واسط در برنامه متلب به منظور مدیریت اتوماتیک ارتباط بین شبیه-سازی و بهینه سازی تدوین گردید، به طوری که نیازی به دخالت کاربر یا طراح در حین اجرای فرایند بهینه سازی نخواهد بود. هدف این پژوهش از ارایه روش ترکیبی شبیه-سازی انعطاف پذیرفرایند، دست یابی به مسیر بهینه بارگذاری فشار شکل دهی، تعیین سرعت مطلوب سنبه، تولید قطعه ای سالم با کمینه نازک شدگی، حذف عیوب چروکیدگی و پارگی می باشد. در این پژوهش، به منظور همگام سازی مسیر بهینه فشار و سرعت مطلوب سنبه در شکل دهی قطعات فنجانی شکل، دو نوع روش بارگذاری مختلف متناسب با نوع حرکت رم دستگاه پرس ارائه می شود. با استفاده از روش های بهینه سازی با سرعت ثابت و متغیر، برای یک قطعه فولادی با هندسه مخروطی به ترتیب مقادیر نازک شدگی 9778/12 و 3295/12 درصد با انجام تعداد 202 و 148 شبیه سازی حاصل شد. این نتیجه نشان دهنده بهبود کیفیت محصول نهایی و کاهش تعداد تکرارهای شبیه سازی در روش سرعت متغیر می باشد. تطابق مناسب داده های عددی و نتایج تجربی اعتبار و صحت روش بهینه سازی پیشنهادی را تایید نمود.
    کلیدواژگان: بازپخت شبیه سازی شده تطبیقی، شبیه سازی انعطاف پذیر_ فرایند هیدروفرمینگ ورق، مسیر فشار، سرعت سنبه
  • سید امیررضا حسینی، رامین کوهی کمالی صفحات 169-177
    شبیه سازی عددی پدیده جوشش از لحاظ تنوع مدل های دو فازی و کارآمدی هر یک همواره جز مسائل چالش بر انگیز بوده است. علاوه بر این انتخاب مدلی که نرخ انتقال جرم و حرارت را به درستی محاسبه کند بر پیچیدگی های مساله می افزاید. در این تحقیق مساله جوشش فیلمی مایع اشباع توسط روش دو فازی حجم سیال و به همراه بازسازی هندسی مرز مشترک شبیه سازی عددی شده است. از سه مدل تغییر فاز مرز تیز، مدل لی و مدل تاناساوا برای محاسبه نرخ تغییر فاز و محاسبه ترم های چشمه بطور همزمان در یک مساله واحد استفاده شده است. جهت صحت سنجی حلگر عددی از مساله نمونه جوشش یک بعدی استفان استفاده شده است. ناسلت پریودیک، الگوی جریان، شکل حباب و زمان جدایش آن در مدل های مختلف تغییر فاز بررسی و همچنین ضرایب تجربی مورد استفاده در دو مدل لی و تاناساوا ارائه شده است. ناسلت بدست آمده از شبیه سازی با دو رابطه تجربی برنسون و کلیمنکو مقایسه شده است. نتایج با رابطه ناسلت کلیمنکو تطابق خوبی نشان می دهد. نتایج نشان می دهند هر چند که مدل لی به ضریبی تجربی وابسته است اما در مقابل مدل مرز تیز و مدل تاناساوا از دقت بالاتری برای پیش بینی جوشش فیلمی روی سطح تخت برخوردار است.
    کلیدواژگان: جوشش فیلمی، شبیه سازی عددی، مدل های تغییر فاز، ضرایب تجربی، انتقال حرارت و جرم
  • سیدعلی معافی، مجتبی معصوم نژاد صفحات 178-186
    امروزه جرثقیل سقفی به صورت گسترده در صنایعی از قبیل خودروسازی، بنادر و کشتیرانی و نیز جابجایی و حمل بار در انبارها به کار گرفته می شود. اغلب مدل سازی هایی که از سیستم های دینامیکی صنعتی صورت می گیرد دارای پارامترهای مخدوش با نویز یا اغتشاش می باشند که مدل جرثقیل سقفی نیز از این امر مستثنی نیست. اغتشاش در سیستم می تواند ناشی از مدل آن و یا وسایل اندازه گیری باشد. فیلتر کالمن یکی از روش های کارآمد برای شناسایی مدل و پالایش داده های مخدوش است. با توجه به غیرخطی بودن مدل دینامیکی جرثقیل سقفی، فیلتر کالمن نا متقارن بهبود یافته با الگوریتم ژنتیک برای تخمین پارامتر های سیستم در نظر گرفته شده است. یکی از روش های معمول در کنترل پارامترهای جرثقیل سقفی استفاده از نیروی کنترلی بنگ-بنگ است. با این حال نحوه عملکرد کنترلر بنگ-بنگ وابستگی زیادی به زمان های سوئیچ شدن نیروی کنترلی دارد. در این مقاله ضمن استفاده از این کنترلر، زمان های سوئیچینگ آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای سیستم مخدوش با نویز تعیین شده اند. هدف طراحی دستیابی به نقطه هدف در کمینه زمانی با کمترین میزان خطا می باشد. همچنین با در نظر گرفتن ورودی کنترلر بنگ-بنگ به مقایسه شرایط سیستم در نسبت های جرمی مختلف پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر عملکرد بهینه الگوریتم کالمن بهبود یافته نامتقارن در تعیین زمان سویئچینگ نقطه هدف در کمینه زمانی است.
    کلیدواژگان: جرثقیل سقفی، نویز، فیلتر کالمن، الگوریتم ژنتیک، کنترلر بنگ، بنگ
  • امیر مشکاتی شهمیرزادی، سعید ایرانی، مجتبی فرخ صفحات 187-198
    در این مقاله پدیده ی فلاتر در توربوماشین معرفی می شود. دلایل اهمیت بررسی و ویژگی های آن به عنوان یک ناپایداری دینامیکی آیروالاستیک ارائه می گردد. روش های متداول آزمون فلاتر پره های توربوماشین و رهیافت های مختلف تحلیل آن شرح داده می شود. سپس از رهیافتی برای تحلیل فلاتر استفاده می شود که تنها اثر پایدارکنندگی سیال را در برابر ارتعاش پره ها بررسی می کند. معادلات استفاده شده در این رهیافت و معیار پایداری از دیدگاه ریاضی ارائه می شود که از آن دو مفهوم پایداری محلی و پایداری کلی به دست می آید. مشخصات تجهیزات آزمون، شرایط مرزی و کمیت های اندازه گیری شده که با نرم افزار مدل سازی و حل عددی، شبیه سازی و محاسبه شده اند، ارائه می گردد. حل عددی با نرم افزار CFX ANSYS انجام شده است. استقلال نتایج از مش بندی و تاثیر دو مدل توربولانسی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حل عددی با حل عددی دیگر و نیز آزمون مقایسه شده است که تطابق خوبی با نتایج آزمون دارد. حل عددی برای دو حالت پایا و ناپایا انجام شده است که در حالت ناپایا پاسخ سیال به ارتعاش پره در سه مود ارتعاشی خمش محوری، خمش محیطی و پیچش به دست آمده است. برای محاسبه ی پاسخ کل، از دو روش استفاده و نتایج این دو روش با هم مقایسه شده اند. در انتها ناپایداری محلی محاسبه و نتایج آن به صورت نمودارهایی ارائه شده است که سهم پره های مجاور را در ناپایداری یک پره ی مشخص نشان می دهد. همچنین ناپایداری کلی نیز برای سه مود ارتعاشی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: فلاتر، پره، توربین، پایداری، میرایی
  • مهدی معرفت، عسگر مینایی مزرعه خلف صفحات 199-209
    در این مقاله مدل تحلیلی جدیدی برای بررسی رفتار حرارتی مبدل های حرارتی گمانه در بازه زمانی کوتاه ارائه شده است. انتقال حرارت در داخل و خارج گمانه به صورت گذرا در نظر گرفته شده است. برای این منظور حل تحلیلی در دو مرحله توسعه داده شده است. در مرحله اول ابتدا پاسخ حرارتی بازه زمان کوتاه (تابع بی بعد G) سیستم به دست آمده و در مرحله دوم دمای سیال خروجی از مبدل با استفاده از تابع پاسخ محاسبه شده است. برای مدل سازی انتقال حرارت در داخل گمانه از آنالوژی بین جریان الکتریکی و جریان حرارتی استفاده شده است. بدین منظور یک مدار معادل حرارتی در داخل گمانه توسعه داده شده و معادلات انرژی حاکم در داخل گمانه بر اساس مدار معادل حرارتی به دست آمده اند. در خارج از گمانه انتقال حرارت به صورت هدایت در راستای شعاعی در نظر گرفته شده است. مجموع معادلات حاکم با استفاده از تبدیل لاپلاس حل شده اند و درنهایت دمای متوسط سیال و تابع پاسخ بازه زمانی کوتاه محاسبه شده است. در مرحله بعد دمای سیال در خروجی مبدل با استفاده از تابع پاسخ برای حالت کاکرد منقطع روشن و خاموشی سیستم محاسبه شده است. نتایج حل تحلیلی حاضر با مقادیر تجربی مقایسه شده و همخوانی بسیار خوبی بین مقادیر اندازه گیری شده تجربی و نتایج حل تحلیلی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: مدل تحلیلی، مبدل حرارتی گمانه، بازه زمانی کوتاه
  • امیر حسین نیک دوز، محمد جواد میرنیا، حمید باصری صفحات 210-220
    شکل دهی تدریجی برتری های متمایزی را نسبت به فرآیندهای متداول شکل دهی ورق فلزی، مانند هزینه پایین ابزار و سادگی فرآیند ارائه نموده است. با این حال این روش هنوز دارای محدودیت هایی می باشد. از جمله این محدودیت ها، نازک شدگی شدید می باشد که تاثیر بسزایی درکارکرد محصول نهایی دارد. همچنین برخی از قطعات بدلیل دارا بودن زاویه دیواره زیاد نمی توانند توسط شکل دهی تدریجی تک مرحله ای تولید شوند. در این میان می توان از استراتژی های تغییر شکل چند مرحله ای استفاده کرد تا به زاویه دلخواه و در عین حال به توزیع ضخامت بهتر و حداکثر ضخامت کمینه رسید. در این تحقیق شکل دهی تدریجی دو مرحله ای یک هرم ناقص مربع القاعده با زاویه دیواره °70 از جنس آلومنیوم با هدف بهبود ضخامت کمینه بصورت تجربی و شبیه سازی اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفت. با ارائه استراتژی های تغییر شکل دو مرحله ای و بدست آوردن پارامترهای تعریف کننده آن توسط روش اجزای محدود، درصد نازک شدگی نسبت به شکل دهی تک مرحله ای مورد مقایسه قرار گرفت. در این تحقیق از آزمون تجربی برای اعتبار سنجی نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود استفاده شد. نتایج نشان داد که با استفاده از استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای
    ارائه شده می توان ضخامت کمینه را به میزان دو برابر نسبت به حالت تک مرحله ای بهبود بخشید. با مقایسه توزیع ضخامت، توافق خوبی بین مدل سازی اجزای محدود و آزمون تجربی مشاهده شد. در انتها تاثیر استراتژی های تغییر شکل بر مسیر کرنش بدست آمده از مدل سازی عددی توسط نمودار حد شکل دهی شکست بررسی شده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای، هرم ناقص، روش اجزای محدود، نمودار حد شکل دهی شکست
  • سیما باهری اسلامی، مرضیه خضرلو، رضا غرایی خسروشاهی صفحات 221-230
    از آنجایی که اکثر سیالات در کاربردهای مهندسی و بیولوژیکی غیرنیوتنی هستند، مطالعه اختلاط سیالات غیرنیوتنی بسیار مهم است. در میکرومیکسرهای منحنی شکل از جریان های ثانویه برای بهبود اختلاط سیالات استفاده می شود. در این مطالعه اختلاط سیالات غیرنیوتنی در میکرومیکسرهای منحنی به صورت عددی و با استفاده از کد متن باز اپن فوم بررسی شده است. بررسی ها با فرض جریان سه بعدی، پایا و تراکم ناپذیر و برای اعداد رینولدز بین 0.1 تا 300 انجام گرفت. در این مطالعه از آب به عنوان سیال نیوتنی و از محلول آبی کربوکسی متیل سلولز با غلظت های متفاوت به عنوان سیال غیرنیوتنی استفاده شد. تاثیر عدد رینولدز جریان، کمیت های لزجت سیال قانون توانی و هندسه میکرومیکسر روی درجه اختلاط و افت فشار بی بعد مطالعه شد و نتایج با نتایج مربوط به میکرومیکسر مستقیم مقایسه شد. نتایج نشان داد که با کاهش شاخص توانی سیال، درجه اختلاط کاهش می یابد و بازده اختلاط برای سیالات رقیق شونده در هندسه های دارای پیچ های تیز بهتر است. همچنین با افزایش عدد رینولدز و به تبع آن افزایش سرعت، اثرات گریز از مرکزی بیشتر شده و اختلاط بهبود می یابد. بررسی همزمان درجه اختلاط و افت فشار نشان داد که برای رینولدزهای پائین و شاخص های توانی کوچک، میکرومیکسر-ب عملکرد بهتری دارد.
    کلیدواژگان: سیال غیرنیوتنی، جریان ثانویه، میکرومیکسر غیرفعال، درجه اختلاط
  • احسان مرادی، مهدی طالع ماسوله، محمد جواد نجاری صفحات 231-240
    در این پژوهش مسئله ی پیدا کردن جهت گیری زاویه ای جسم حول سه زاویه ی φ، θ و ψ به شیوه ای نوین و دقتی بالا بررسی و حل شده است. لذا با استفاده از تنها یک دوربین و سه نقطه متمایز متصل به یک جسم صلب ساخته شده، جهت گیری زاویه ای جسم صلب با بینایی ماشین به صورت بلادرنگ محاسبه می شود. وجود همچین سامانه ای در روش های کنترلی حلقه باز برای ربات های دورانی دارای اهمیت به سزایی است. بدین منظور سه نقطه متمایز از یک جسم صلب انتخاب شده است. برای کاهش اثر مخرب نور محیط بر تشخیص اشیاء رنگی و همچنین کاهش حجم استفاده از فیلترهای نرم افزاری از فرستنده های مادون قرمز به عنوان نشانگر استفاده گردید. به جهت غیرخطی بودن معادلات جهت گیری زاویه ای و عدم امکان حل آنها به صورت بلادرنگ از شبکه عصبی برای حل این موضوع استفاده شده است. شبکه عصبی استفاده شده از نوع پس انتشار خطا با یک لایه مخفی با تعداد 21 گره درآن و به ترتیب در لایه های ورودی و خروجی دارای 6 و 3 گره می باشد. در شبکه عصبی اطلاعات خروجی شبکه، ابتدا با سنسور شتاب-سنج9محوره، با دقت بسیار بالا دریافت شده و سپس نتایج آموزش شبکه عصبی با خروجی این سنسور مقایسه گردیده است. در مجموع 7343 داده ی مستقل در دو زاویه ی φ و ψ، و همچنین 751 داده در زاویه θ، از سنسور شتاب سنج 9 محوره، و ربات موازی دو درجه آزادی دورانی، به عنوان یک پلتفرم آماده بدست آمد که از 467 داده ی آن، برای آموزش شبکه استفاده نشده است. نتایج آموزش شبکه با داده های استفاده نشده برای آموزش، مقایسه شده و نتایج مطلوبی با حداکثر خطای 0.038 رادیان حاصل گردید.
    کلیدواژگان: جهت یابی زاویه ای، بینایی ماشین، شبکه عصبی مصنوعی، ربات موازی دو درجه آزادی دورانی
  • حمیدرضا حیدری، میلاد جعفری پوریا، شهریار شریفی، محمودرضا کرمی صفحات 241-250
    عمل گرفتن در محیط های ناشناخته یکی از چالش برانگیز ترین مسائل رایج در علم رباتیک است. نا مشخص بودن ویژگی های اصلی جسم هدف و محیط اطرافش؛ باعث استفاده از دست های پیچیده با سنسورهای دقیق و دشوار برای کنترل می شود. به همین منظور در این تحقیق تلاش شده که ترکیب ساختار سینماتیکی یک انگشت سه-بندی و یک انگشت دوبندی ساده، برای طراحی و ساخت یک پنجه رباتیک مورد بررسی قرار گرفته شود. در ابتدا چالش های مرتبط با عمل گرفتن بوسیله طراحی دقیق مکانیکی پنجه تجزیه و تحلیل شده است. سپس به طراحی و ساخت نمونه پنجه دو انگشتی با ترکیب یک انگشت سه بندی شبیه به انگشت اشاره دست انسان و یک انگشت دوبندی مشابه انگشت شست دست انسان پرداخته می شود. در ادامه عملکرد این دست برای گرفتن اجسام با اشکال مختلف آزمایش و بررسی می شود. از نتایج استنباط می شود که حتی با داشتن دو انگشت و طراحی ساده و بدون نیاز به کنترل پیچیده؛ می توان اجسام مختلفی را به طور موفق گرفت. همچنین با این نزدیکی به ساختار سینماتیک انگشتان دست انسان و در مقایسه با تحقیقات قبلی نشان داده می شود که ترکیب انگشتان سه بندی - دوبندی نسبت به پنجه متقارن دوبندی - دوبندی کارایی بهتری برای گرفتن موفق اجسام بزرگ خواهد داشت.
    کلیدواژگان: پنجه رباتیک، تطبیق پذیری مکانیکی، وفق پذیری، محیط های ناشناخته
  • سید مهدی توکلی، سیده صدیقه مشمول، امید خادم حسینی صفحات 251-260
    در این مقاله، شکل مرز سازه های دوبعدی تنش مسطح بهینه شده است که در آن وزن سازه و تنش به ترتیب به عنوان تابع هدف و قیود طراحی در نظر گرفته شده اند. به منظور تحلیل سازه از روش آیزوژئومتریک استفاده شده که یک روش عددی در آنالیز مسائل مهندسی است. این روش دارای ویژگی های منحصر به فرد و مناسبی است که در مقایسه با روش اجزای محدود ضمن بهبود زمان و دقت حل، به علت استفاده از توابع پایه بی اسپلاین در تولید هندسه و همچنین تقریب توابع مولفه های تغییرشکل سازه، از باز تولید هندسه ی تحلیل در هر مرحله از تکرار روند بهینه سازی شکل جلوگیری می نماید. در این تحقیق برای حل مسئله بهینه سازی شکل سازه از الگوریتم سیستم جستجوی ذرات باردار شده از دسته روش های فرااکتشافی استفاده شده است. این روش بر مبنای قوانین الکتریسیته ی کولمب و مکانیک نیوتن استوار است. به این منظور، مختصات نقاط کنترلی مرزهای سازه که با استفاده از منحنی های بی اسپلاین در روش ایزوژئومتریک مدلسازی شده اند، به عنوان متغیرهای طراحی مسئله بهینه سازی در نظر گرفته میشوند و بنابراین در مراحل بهینه سازی تغییر میکنند. در این مقاله ضمن استخراج فرمولبندی مسئله بهینه سازی، با استفاده از چند مثال عددی و مقایسه نتایج بدست آمده با روش های بهینه سازی برنامه ریزی ریاضی، همخوانی و کارایی روش سیستم جستجوی ذرات باردار شده در حل مسائل بهینه سازی شکل نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی شکل سازه ها، سیستم جستجوی ذرات باردار شده، روش آیزوژئومتریک
  • حامد سعیدی گوگرچین، بهزاد تیموری صفحات 261-270
    در این پژوهش به مطالعه تجربی و عددی فرآیند پرسکاری شیاری ورق های Al 5052 پرداخته می شود. فرآیند پرسکاری شیاری با ریزساختار سازی انداره دانه ها از ابعاد میکرون به نانو منجر به تولید ورق های با استحکام بالاتر می گردد. هدف از این پژوهش ارائه یک الگوریتم برای پیش بینی تغییر رفتار مکانیکی (استحکام و سختی) ورق ها تحت این فرآیند می باشد. این الگوریتم امکان ارزیابی رفتار ورق با تغییرات در هندسه قالب و همچنین تغییرات تعریف پاس های پرسکاری را فراهم می آورد. این الگوریتم بر پایه مدل های ریاضی از تغییرات رفتار ورق ها با تغییر اندازه دانه بندی آنها و همچنین مدل های تئوری حاکم بر رفتاری استحکامی و سختی آنها ارائه شده است. بدین منظور ابتدا نمونه ورق های Al 5052 تحت دو پاس پرسکاری شیاری قرار می گیرند. استحکام و سختی نمونه های آنیل شده و نمونه های تحت یک و دو پاس پرسکاری مطابق استاندارد استخراج می گردد. نتایج پیش بینی شده توسط الگوریتم پیشنهادی در تطابق مناسبی با نتایج تجربی این پژوهش قرار دارد. سپس نتایج پیش بینی این الگوریتم با داده های تجربی موجود در مراجع برای پرسکاری آلومینیوم های خالص با قالب های مختلف انجام می شود، که حاکی از تطابق مناسب آنها دارد. بکارگیری این الگوریتم امکان صرفه جویی زمانی و مالی در پیش بینی اثر هندسه شیار قالب بر رفتار ورق نهایی و انتخاب قالب بهینه را میسر می سازد. در ادامه به ارزیابی اثر زاویه شیار قالب بر استحکام تسلیم و سختی ورق های Al 5052 پرسکاری شده پرداخته می شود. در نهایت محدودیت ها و امکان توسعه این الگوریتم مورد بحث قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: پرسکاری شیاری، اثر قالب، ورق آلومینیوم، خواص مکانیکی
  • امیر کریمان مقدم، سعید رهنما، ستار مالکی صفحات 271-280
    در این مقاله، نرخ رهایی انرژی کرنشی مود اول شکست در اتصال چسبی دو صفحه کامپوزیتی با الیاف شیشه تک جهته با استفاده از نمونه تیریکسرگیردار دولبه محاسبه شده است. برای ایجاد اتصال از چسب آرالدایت 2011 که بطور گسترده در صنعت هوافضا کاربرد دارد، استفاده شده، نرخ رهایی انرژی کرنشی با سه روش تیر اصلاح شده، روش کالیبره کردن نرمی و روش اصلاح شده کالیبره کردن نرمی از نتایج تجربی محاسبه شده است. برای مدل سازی رشد ترک در اتصال چسبی دو صفحه کامپوزیتی از روش اجزای محدود توسعه یافته استفاده شده است. مقدار میانگین نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی محاسبه شده به روش اصلاح شده کالیبره کردن نرمی به عنوان ورودی نرم افزار در نظر گرفته شده است. بعد از مقایسه نمودار نیرو – جابه جایی بدست آمده از نتایج آزمایش های تجربی و حل عددی که نشان دهنده دقت مطلوب روش اجزای محدود توسعه یافته در محاسبه نیرو حداکثر و جابه جایی متناظر با آن و همچنین قسمت خطی نمودار نیرو – جابه جایی می باشد، نمودارهای نرخ رهایی انرژی کرنشی – نیرو، نمودار ضریب شدت تنش – نیرو، نمودار نرخ رهایی انرژی کرنشی – جابه جایی محل اعمال بار و نمودار تنش گسیختگی – ضریب شدت تنش مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت ها، اتصال چسبی، روش اجزای محدود توسعه یافته، رشد ترک، نرخ رهایی انرژی کرنشی
  • محمدحسن شجاعی فرد، حامد سعیدی گوگرچین، محمدرضا غیبی، محمد امین نیک خواه صفحات 281-289
    این پژوهش قصد دارد تا استحکام و سفتی استاتیکی و عمر خستگی اتصال چسبی تک لبه ای را با استفاده از مدل ناحیه چسبناک، تحت شرایط هندسی مختلف مورد ارزیابی قرار دهد. برای این منظور در شبیه سازی لایه چسب از مدل ناحیه چسبناک دو خطی بهره برده شده به نحوی که طی بارگذاری مود ترکیبی رفتار شکست چسب در مود III با رفتار شکست آن در مود II یکسان در نظر گرفته شده است. در ادامه، برای مدل سازی آسیب خستگی از زیر روال نویسی یو. اس. دی. اف. ال. دی. جهت شبیه سازی آسیب خستگی در لایه چسب در نرم افزار آباکوس استفاده گردیده است. به منظور اعتبارسنجی شبیه سازی، نتایج عددی استحکام و سفتی استاتیکی و همچنین عمر خستگی با نتایج تجربی موجود در مراجع صحه گذاری شده و درنهایت این پژوهش به بررسی اثر پارامترهای طول ناحیه هم پوشانی، ضخامت چسبنده ها و پخ دار کردن چسبنده ها در ناحیه هم پوشانی پرداخته است. نتایج نشان می دهد که افزایش طول ناحیه هم پوشانی سبب افزایش استحکام استاتیکی و عمر خستگی اتصال می گردد. همچنین افزایش ضخامت چسبنده ها با اینکه عمر خستگی اتصال را افزایش می دهد اما به جهت تغییر در مودهای بارگذاری، با استحکام استاتیکی رابطه مستقیم ندارد. پخ دار کردن چسبنده ها نیز به واسطه چرخش سازگارتر ناحیه اتصال، تاثیر مثبتی بر افزایش استحکام و عمر خستگی از خود بر جای می گذارد. بنابراین در طراحی یک اتصال تک لبه ای، بهره بردن از طول ناحیه هم پوشانی و ضخامت بیشتر در کنار استفاده از تکنیک پخ زنی چسبنده ها می تواند استحکام و عمر خستگی آن را تا بیشترین حد ارتقا دهد.
    کلیدواژگان: مدل ناحیه چسبناک، اتصال چسبی تک لبه ای، عمر خستگی، تنزل خواص مادی چسب
  • امین یوسفی، محمد مهدی ابوترابی صفحات 290-296
    دانش مبدل های صوتی پهن باند از فناوری های جدید و مهم در حوزه سونار محسوب می شود که با توجه به برخورداری کشور ایران از منابع آبی دریایی، اهمیت دوچندانی پیدا می کند. در این مقاله پس از مقایسه عملکرد انواع ترانسدیوسرها در این حوزه، یک ترانسدیوسر پهن باند با مشخصات امپدانسی و آکوستیکی معلوم که توانایی ارسال و دریافت امواج را دارد، طراحی، شبیه سازی، ساخته و تست شده است. در ابتدا، ابعاد کلی یک ترانسدیوسر پهن باند به کمک مدل سازی پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی تقریب زده شده و سپس با افزایش درجات آزادی مدل های تحلیلی، مشخصات تمام اجزای ترانسدیوسر در یک حالت بهینه برای داشتن پهنای باند بالا به دست آمده است. مدل طراحی شده، به کمک نرم افزار المان محدود کامسول مولتی فیزیک به صورت سه بعدی شبیه سازی شده تا در ضمن مقایسه با روش طراحی تحلیلی، حل دقیق تری صورت گرفته باشد. سرانجام ترانسدیوسر مذکور ساخته و تست شده است تا داده های تئوری به دست آمده با نتایج تجربی اعتبار سنجی شوند. نتایج حاصل از آزمایش های تجربی نشان می دهد که شبیه سازی انجام شده در نرم افزار کامسول مولتی فیزیک، با دقت مناسبی توانسته است فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی ترانسدیوسر پهن باند مورد نظر را پیش بینی کند. خطای مدل سازی سه بعدی انجام شده در پیش بینی فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی، به ترتیب 3.8% و 5.7% است. استفاده از روش های پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی هرچند تقریب اولیه ای برای ابعاد ترانسدیوسر به دست می دهد ولی در تعیین فرکانس رزونانس و محل رخ دادن بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی درصد خطای بیشتری نسبت به شبیه سازی المان محدود دارد.
    کلیدواژگان: ترانسدیوسر، تانپیلز، فرکانس رزونانس، امپدانس الکتریکی، پاسخ ولتاژ ارسالی
  • مجید میرزایی، سحرناز توکلی صفحات 297-302
    هدف اصلی این مقاله، تجزیه و تحلیل خصوصیات رفتارهای تغییر فرم و شکست ناشی از دو نوع انفجار متفاوت (تراک و سوزش سریع) در لوله ها و مخازن تحت فشار می-باشد. مشخصات اصلی رفتارهای تغییر فرم و شکست در لوله ها از طریق آزمایش، و در مخازن با بررسی شکست سیلندر گاز طبیعی فشرده، تجزیه و تحلیل شده و مورد مقایسه قرار گرفته اند. در این راستا، نتایج تحلیل المان محدود الاستوپلاستیک دینامیکی گذرای تغییر فرم و شکست ناشی از احتراق یک لوله فولادی و سیلندر گاز طبیعی فشرده نیز گزارش می شود. مدل های المان محدود از المان های آجری سه بعدی مجهز به المان های چسبنده رابط به منظور شبیه سازی رشد ترک ساخته شده اند. تطابق بسیار خوبی بین نتایج شبیه سازی و الگوهای تغییر فرم و شکست واقعی بدست آمده است. نتایج نشان می دهند که به دلیل شرایط بارگذاری مختلف، الگوهای تغییر فرم و شکست خاص و وابسته به نوع انفجار در طول فرآیند انفجار ایجاد می شوند.
    کلیدواژگان: رشد ترک، مخازن تحت فشار، تجزیه و تحلیل تنش دینامیکی، بار متحرک، انفجار
  • مجتبی دهقان منشادی، مهدی ایل بیگی، مهرداد بزاززاده، محمد علی وزیری صفحات 303-311
    در این تحقیق ضرایب آیرودینامیکی یک نمونه هواپیمای بال پرنده بدون دم با بال لامبدا شکل با زاویه پس گرایی لبه حمله بال درونی 55 و بال بیرونی 30 درجه، در یک تونل باد مدار بسته زیر صوت بررسی شده است. آزمایش ها در محدوده سرعت 90 متر بر ثانیه و در زاویه حمله های 6- تا 17 و زاویه جانبی 8- تا 8 درجه انجام گرفته است. نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی هواپیما به وسیله دستگاه بالانس 6 مولفه بیرونی اندازه گیری شده و اثرات دیواره بر نتایج اصلاح گردیده است. به منظور بهبود پایداری طولی هواپیما، زاویه پس گرایی لبه حمله بال 2 درجه افزایش یافته و با نتایج نمونه اصلی مقایسه شده است. نتایج نشان داده است که در زاویه حمله 7.7 درجه پیچ آپ رخ داده که با افزایش زاویه پس گرایی، این پدیده 1 درجه دیرتر اتفاق افتاده است که به معنای افزایش نیروی برآی قابل بهره برداری است. همچنین به منظور بررسی شروع و گسترش جدایش جریان روی بال، میدان فشار بالای سطح بال به وسیله ریک لایه مرزی اندازه گیری شده است. نتایج نشان داده که جدایش جریان روی سطح بال از ناحیه شکستگی لبه فرار شروع شده و با افزایش زاویه حمله بخش های دیگر بال، به ویژه بال بیرونی را فراگرفته است. ضریب گشتاور سمتی هواپیما منفی به دست آمده است که نشان دهنده ناپایداری سمتی ذاتی هواپیماست.
    کلیدواژگان: بال پرنده، بال لامبدا، ضرایب آیرودینامیکی، زاویه پس گرایی
  • قاسم حیدری نژاد، پدرام پاک زاد صفحات 312-320
    تهویه معدن یکی از عملیات مهم معدن کاری زیرزمینی است. از اهداف تهویه معدن می توان به تامین اکسیژن کافی برای تنفس افراد، ایجاد شرایط کاری مناسب و رقیق کردن و خارج کردن گازها و گرد و غبار اشاره کرد. هنگام استخراج زغال سنگ، گاز متان از کانی های زغال متصاعد می شود. برای جلوگیری از تجمع این گاز و انفجار شدید، استفاده از تهویه کمکی در کنار تهویه عمومی ضروری است. تهویه کمکی در معدن زغال سنگ اتاق و ستون به دو روش سد هوا و پرده تهویه عملیاتی می شود. در این پژوهش با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی معادلات بقای جرم، تکانه، گونه ها و انرژی گسسته سازی شده و نتایج حاصله با کار آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است و سپس چند سناریو جهت بهبود تهویه معدن پیش بینی شده است. از نتایج شبیه سازی می توان به کاهش 34.8 درصدی غلظت گاز متان با استفاده از سدهای هوا اشاره کرد اما میزان آن همچنان فراتر از استاندارد است. پرده تهویه غلظت بیشینه متان را 74.2 درصد کاهش می دهد اما در نواحی کناری دیواره ها غلظت این گاز 3.4 درصد است که بیشتر از استاندارد است. با به کارگیری همزمان چیدمان سدهای هوا و پرده تهویه کیفیت هوا 88.8 درصد بهبود یافت و استاندارد غلظت گاز متان به طور کامل رعایت شده و ایمنی معدن از نظر تجمع و انفجار این گاز در سطح مطلوبی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: معدن زغال سنگ، تهویه کمکی، سد هوا، پرده تهویه
  • مصطفی صالحی، مهدی سلامی حسینی، مصطفی رضایی صفحات 321-328
    فوم های پلیمری موادی با ساختار سلولی هستند که از یک بستر پلیمری و تعداد زیادی سلول های گازی که در بستر پلیمری پخش شده اند، طی فرایند فوم شدن تشکیل یافته اند. در این مطالعه مرحله رشد حباب (پس از هسته گذاری) در فرایند فوم شدن پلی استایرن/دی اکسید کربن شبیه سازی شده و با نتایج تجربی موجود مقایسه گردید. به همین منظور یک حباب منفرد که توسط یک پوسته پلیمری حاوی عامل فوم زا احاطه شده است، در نظر گرفته شد و برای توجیه خصوصیات ویسکوالاستیک پوسته، از مدل ماکسول بهبود یافته استفاده گردید. همچنین برای تعیین پروفیل غلظت در پوسته پیرامون حباب، معادلات انتقال جرم از طریق روش های انتگرالی، تعریف تابع پتانسیل غلظت و روش المان محدود حل شدند. نتایج به دست آمده نشان داد زمانی که روش المان محدود به کار گرفته شد و به طور مستقیم گرادیان غلظت گاز در فصل مشترک حباب-پوسته برای محاسبه فشار درون حباب استفاده شد، نتایج شبیه سازی به نتایج تجربی بسیار نزدیک بوده است و در هر زمان مشخص از رشد حباب، خطای شبیه سازی زیر 1 درصد می باشد. همچنین، تاثیر خصوصیات ترمو فیزیکی و رئولوژیکی سامانه بر فرایند رشد حباب مورد مطالعه قرار گرفت به نحوی که با 10 برابر شدن ضریب نفوذ اندازه حباب در زمان 1 ثانیه از رشد حباب 5/1 برابر شده است در حالی که با 1000 برابر شدن ویسکوزیته اندازه حباب کمتر از 2 درصد تغییر یافته است که نشان می دهد مرحله رشد حباب در فرایند فوم شدن تحت کنترل پدیده انتقال جرم است.
    کلیدواژگان: دینامیک فوم شدن، روش المان محدود، سیال ویسکوالاستیک، انتقال جرم
  • یعقوب دادگراصل، محمد مراد شیخی، علی پورکمالی انارکی، ولی الله پناهی زاده رحیملو، محمدحسین پور گللو صفحات 329-338
    امروزه با پیشرفت فناوری، صنایعی مانند خودروسازی و ساختمان سازی به قطعات با سطح مقطع متغیر نیاز دارند. تعداد مراحل، محدودیت ابعادی و هزینه تولید بالای این قطعات باعث شد تا فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیربرای تولید این قطعات بکار گرفته شود. یکی از مهمترین عیوبی که در این فرآیند وجود دارد پدیده ی پارگی می باشد. پارگی در ناحیه انتقال در لبه های خم که ضخامت ورق نسبت به شعاع خم زیاد است اتفاق می افتد. در این پژوهش به بررسی پدیده پارگی در فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیرمقطع کانالی شکل با استفاده از معیارهای شکست نرم پرداخته شده است. بدین منظور شبیه سازی فرایند در نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شد. با بکارگیری شش معیار شکست نرم با نوشتن زیربرنامه به بررسی عیب پارگی در فرایند پرداخته شد. آزمایش های تجربی روی 27 نمونه ورق پیش بریده شده از جنس AL6061-T6 با استفاده از دستگاه آزمایشگاهی ساخته شده در دانشگاه شهیدرجایی انجام گرفت. با مقایسه نتیجه های شبیه سازی عددی با نتیجه های تجربی، صحت سنجی نتیجه های عددی انجام شد. در ادامه با مقایسه نتیجه های پیش بینی معیارهای شکست نرم با نتیجه های تجربی، معیار شکست نرم آرگون، به عنوان مناسب ترین معیار برای پیش بینی پارگی انتخاب شد. همچنین تاثیر پارامترهای، ضخامت ورق، شعاع و زاویه خم روی عیب پارگی با معیار برگزیده آرگون مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر_ عیب پارگی، معیارهای شکست نرم، روش اجزای محدود
  • حامد افراسیاب، باهره کردرستمی صفحات 339-347
    اصلی ترین روش برای درمان بیماری گرفتگی عروق کرونری کاشت فنر در ناحیه تنگ شده رگ می باشد. این روش درمان با وجود مزایای بسیار ممکن است به دلیل وقوع گرفتگی مجدد در محل فنرگذاری، موفقیت مورد نظر را در پی نداشته باشد. مشاهدات نشان داده اند قرارگیری فنر در داخل رگ سبب تغییر در پارامترهای همودینامیکی بویژه تنش برشی دیواره و اندازه گردابه ها گردیده و شرایط را برای آغاز گرفتگی مجدد در محل فنر مساعد می سازد. با توجه به این مساله، در این مقاله تاثیر برخی پارامترهای هندسی مانند شکل و ابعاد میله فنر بر توزیع تنش برشی دیواره و اندازه گردابه ها مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، جهت کاهش ریسک رخداد گرفتگی مجدد، استفاده از فنری که قسمتی از سطح مقطع آن انعطاف پذیراست پیشنهاد شده و تاثیر سفتی این قسمت انعطاف پذیرمورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور تعامل بین جریان خون و قسمت انعطاف پذیرمیله با روش لاگرانژی- اویلری اختیاری در چارچوب روش اجزاء محدود شبیه سازی شده است. نتایج حاصل نشان دادند انعطاف پذیربودن قسمتی از سطح مقطع در فنرهایی با میله دایره ای با کاهش مقدار ماکزیمم تنش برشی و نیز کم کردن قابل توجه اندازه گردابه ها می تواند در کم کردن خطر وقوع گرفتگی مجدد موثر باشد. اما این امر در فنرهایی با میله مستطیلی نه تنها مقدار ماکزیمم تنش برشی را اندکی زیاد می کند بلکه با افزایش چشمگیر اندازه گردابه ها ممکن است منجر به افزایش ریسک وقوع گرفتگی مجدد گردد.
    کلیدواژگان: فنر، رگ کرونری، گرفتگی مجدد، تنش برشی دیواره، اندازه گردابه، برهمکنش سیال، جامد
  • محمد حسینی، حسین آبیار صفحات 348-356
    در بسیاری از موارد ارتعاشات ژورنال در جهت شعاعی در یاتاقان ژورنال ماشین های دوار مختلف مشاهده شده است. هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر نوسانات اجباری ژورنال در یک یاتاقان ژورنال ساده بر پروفیل فشار هیدرودینامیک است. جهت انجام شبیه سازی ها از نرم افزار تجاری انسیس- فلوئنت استفاده گردید. هندسه مسئله دو بعدی بوده و به کمک نرم افزار گمبیت شبکه مناسب تولید گردید. سیال مورد مطالعه نیوتنی و آرام بوده و از انتقال حرارت صرف نظر شده است. علاوه بر این فرض شد که در تمام شرایط هیچگونه تغییر فازی رخ نمی دهد. برای شبیه سازی نوسانات ژورنال یک تابع کاربری به زبان سی نوشته شد. مسئله برای سه نسبت فرکانس نوسان بدون بعد ژورنال (0.001، 0.1 و 1) و دو نسبت خروج از مرکزیت (0.54 و 0.8) حل گردید. نتایج نشان داد که پروفیل فشار هیدرودینامیک کاملا وابسته به فرکانس نوسانات ژورنال است. همچنین مشخص گردید که در فرکانس های نوسانی بسیار کوچک تغییرات فشار هیدرودینامیک کم است به گونه ای که می توان فشار را مستقل از نوسانات ژورنال دانست. در حالی که با افزایش فرکانس نوسانی ژورنال توزیع فشار کاملا تحت تاثیر قرار می گیرد و در نتیجه پروفیل فشار هیدرودینامیک یاتاقان ژورنال کاملا متفاوت می شود. این اثرات با افزایش نسبت فرکانس نوسانی بدون بعد به خصوص هنگامی که برابر یک می شود، شدیدتر می گردند.
    کلیدواژگان: یاتاقان ژورنال، فرکانس کاهش یافته، ارتعاشات، پروفیل فشار هیدرودینامیک
  • محمدرضا توکلی، رضا زاغیان، مهران کرباسی پور، مهدی نیلی صفحات 357-366
    بررسی عبور تک موج از روی موانع مغروق و مطالعه ی الگوی جریان تشکیل شده در اطراف این موانع، به دلیل تاثیر مستقیم بر شکل موج و میزان تغییرات ایجادشده در انرژی آن اهمیت بسیار زیادی دارد که نمونه ای از کاربرد آن را می توان در طراحی موج شکن های ساحلی و دستگاه های جاذب انرژی مشاهده کرد. در این پژوهش به بررسی جریان ایجادشده در اطراف یک صفحه ی نازک مغروق در آب در اثر عبور یک تک موج از روی آن پرداخته شده است. برای ایجاد تک موج یک موج ساز پیستونی ساخته شده و برای آشکارسازی جریان از روش غیر تداخلی نوری PIV استفاده شده است که بدون ایجاد اغتشاش در جریان قابلیت اندازه گیری سرعت سیال را دارد. بررسی الگوی جریان، مقادیر سرعت و ورتیسیته در لحظات مختلف، نشان می دهد که قبل از رسیدن موج به مانع گردابه ی ساعت گردی در پشت مانع تشکیل می شود که با گذشت زمان افزایش شعاع داده و باعث تشکیل یک جت عمودی سیال در پایین دست مانع می شود. با ورود جریان به ناحیه ی پایین دست یک گردابه ی پادساعت گرد ضعیفتر در این ناحیه تشکیل می شود که تفاوت اصلی در الگوی جریان نسبت به هندسه های ضخیم را ایجاد می کند. علاوه بر این شکل بدون بعد مولفه افقی سرعت در پشت مانع در لحظه ی شکل گیری لایه برشی استخراج شده و با حالتی که جسم دارای ضخامت قابل توجهی باشد، مورد مقایسه قرارگرفته است.
    کلیدواژگان: تک موج، گردابه، صفحه ی نازک، موج ساز، روش سرعت سنجی تصویری ذرات
  • هادی دستورانی، محمدرضا جهان نما، عبدالله اسلامی مجد صفحات 367-378
    الکترواسپری شاخه ای از حوزه ی علمی الکتروهیدرودینامیک محسوب می شود که بر باردارسازی الکتریکی مایعات استوار است. معادلات حاکم بر فرآیند الکترواسپری ترکیبی از معادلات هیدرودینامیک و الکترواستاتیک است که ورود معادلات گسست مایع به آن مجموعه بر پیچیدگی آنها می افزاید. در این تحقیق با تدوین یک حل گر الکترواسپری به شبیه سازی فرآیند الکترواسپری در حالت گذرا مبادرت شده است. این شبیه سازی بر روی پیکربندی امیتر (روزنه موئین)- دیسک برای مایع رسانای الکتریکی هپتان در مقادیر مختلف پتانسیل الکتریکی صورت گرفته است. در این راستا، علاوه بر ارزیابی توانایی حل گر ایجاد شده در شبیه سازی فرآیند الکترواسپری (اعتبارسنجی و صحه گذاری نتایج با سایر نتایج تجربی و عددی)، تاثیر پتانسیل الکتریکی بر چگونگی شکل گیری فرآیند الکترواسپری مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج شبیه سازی، افزایش پتانسیل الکتریکی از سطح کمی 3500V به 6500V به وضوح شکل گیری مودهای مختلفی از الکترواسپری را به نمایش می گذارد. این مودها به ترتیب حالت های میکروچکیدن، دوکی ، مخروط- جت تناوبی و مخروط- جت پایدار را در بر می گیرند. نتایج همچنین نشان می دهند که جریانی گردابه یی در داخل مخروط مایع در خروج از امیتر شکل می گیرد که ابعاد آن با افزایش پتانسیل الکتریکی کاهش می یابد. هر چند ازدیاد پتانسیل الکتریکی با تقویت باردارسازی الکتریکی موجب افزایش بیشینه ی مقادیر میدان الکتریکی و سرعت مایع می شود ولی در عین حال تجمع بار الکتریکی در تمامی حالات و مستقل از سطح کمی پتانسیل الکتریکی در سطح محیطی جریان مایع که موید رسانایی الکتریکی آن است، به وقوع می پیوندد.
    کلیدواژگان: الکترواسپری، پتانسیل الکتریکی، دبی حجمی، شبیه سازی عددی، مخروط، جت
  • مرتضی منتظری، سعید میخ چین، علی راستی صفحات 379-388
    در این مقاله طراحی و بهینه سازی تکاملی چند هدفه الگوریتم کنترل سوخت مین-ماکس موتور توربوفن ارائه شده است. بدین منظورابتدا، موتور توربوفن در نرم افزار جی اس پی مدل شده، سپس براساس داده های حاصل از شبیه سازی موتور در این نرم افزار، مدلی از پارامترهای مختلف موتور با استفاده از ساختار نارایکس شبکه عصبی برای انجام شبیه سازی های بعدی حاصل شده است. جهت اعتبارسنجیمدل های حاصل شده، یک سیگنال سوخت آزمون تولید و صحت عملکرد مدل ها با استفاده از آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. در اقدام بعدی نیازمندی های کنترلی موتور توربوفن بیان و مطابق با آن کنترلر سوخت موتور به روش مین-ماکس طراحی و حلقه های کنترلی مختلف موجود در آن شرح داده شد. هر یک از این حلقه ها دارای یک کنترلر تناسبی است که به عنوان ضرایب کنترلی کنترلر شناخته می شوند. در مرحله نهایی برای تخمین ضرایب کنترلی کنترلر از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک چند هدفه استفاده شده است. در این مسئله بهینه سازی، زمان های نشست در شتابگیری مثبت و منفی، مقدار سوخت مصرفی و میزان آلاینده های تولید شده موتور بعنوان توابع هدف درنظر گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی کنترلر بهینه سازی شده و مدل موتور نشان داده است، کنترلر نهایی نه تنها توابع هدف را بهینه می کند بلکه تمام مودهای کنترلی موتور را در طول شتابگیری مثبت و منفی برآورده می-سازد.
    کلیدواژگان: موتور توربوفن، ساختار NARX، کنترلر سوخت Min، Max، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک
  • بهنام احمدی، حمیدرضا طالش بهرامی، حمید صفاری صفحات 389-395
    سطوح ابرآب گریز دارای کاربردهای گسترده در صنایع مختلفی نظیر شیرین سازی آب دریا، ساخت مبادله گرهای حرارتی، تولید سطوح ضد مه و خود تمیز شونده می باشند. در این تحقیق از روش حکاکی تر برای تولید سطوح ابرآب گریز مس استفاده شده است. ابتدا به منظور تشکیل میکرو - نانو ساختار بر روی سطح، نمونه ها در محلول کلرید آهن 3 و آب دی یونیزه با غلظت های مختلف زبر شدند. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه ها، بعد از این مرحله، نمایانگر تشکیل میکرو - نانو ساختارهایی با الگوهای مشخص بر روی سطوح می باشد. اندازه گیری زاویه تماس و لغزش بعد از فرایند حکاکی نشان می دهد که زاویه تماس افزایش یافته و به حدود 140 درجه رسیده، لکن زاویه لغزش همه ی نمونه ها 180 درجه است و این امر موجب پیدایش اثر گلبرگ گل رز شده است. در گام بعد برای بهبود خاصیت آب گریزی - افزایش زاویه تماس و کاهش زاویه لغزش - سطوح زبر شده، با استئاریک اسید پوشش داده شدند. همچنین تاثیر مدت زمان فرایند و غلظت محلول خورنده بر روی زاویه تماس و زاویه لغزش، در حالت استفاده و یا عدم استفاده از پوشش استئاریک اسید نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که زاویه تماس بالا رفته و زاویه لغزش به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است. در برخی از نمونه ها حتی زاویه ی لغزش به کمتر از 10 درجه افت کرده و اثر برگ گل نیلوفر آبی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: ابر آب گریزی، حکاکی تر، میکرو، نانو ساختار، اثر گلبرگ گل رز، اثر برگ نیلوفر آبی
  • مهتاب امین زاده، علی صفوی نژاد، سید علیرضا ذوالفقاری صفحات 396-402
    در تحقیق حاضر، اثر آرایش تابشگرهای دمابالا بر ایجاد شرایط حرارتی مطلوب و یکنواخت تحت میدان جریان نامتقارن در یک ساختمان صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، یک فضای صنعتی نمونه دارای یک دریچه ورودی و یک دریچه خروجی هوا، با دو آرایش قرارگیری متفاوت برای تابشگرها (تنها یک تابشگر و استفاده از یک جفت تابشگر) در نظر گرفته شده است. برای شرایط مذکور معادلات پیوستگی، بقای تکانه خطی، انرژی و انتقال تابش به کمک حلگر عددی اپن فوم حل شده است. همچنین میزان مصرف انرژی در تحقیق حاضر مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در حضور میدان جریان غیریکنواخت، استفاده از دو تابشگر در مقایسه با یک تابشگر توزیع دمای یکنواخت تری بوجود می آورد و نزدیک به 10 درجه سلسیوس از دمای بیشینه کف سالن کم می شود. همچنین این امر باعث می شود که انحراف توزیع دمای کف از دمای میانگین مطلوب (27 درجه سلسیوس) به طور متوسط، حدود 35 درصد کاهش پیدا می کند. علاوه بر این، نتایج حاکی از آن است که استفاده از دو تابشگر دمابالا در مقایسه با یک تابشگر، حدود 10 درصد موجب افزایش در مصرف انرژی می شود.
    کلیدواژگان: تابشگر دمابالا، میدان جریان نامتقارن، محیط صنعتی، شرایط حرارتی یکنواخت
|
  • Iman Rahimi, Shayan Nejadshamsi, Farzam Ghasimakbari, Mahdi Ahmad Najafabadi Pages 1-9
    Residual stress measurement of in-service parts of a system is practically impossible by means of destructive methods. Therefore, the use of ultrasonic method as a non-destructive method has an important role. One of the problems in non-destructive measurement of residual stresses by means of ultrasonic waves is determination of acoustoelastic constants. In fact, for conversion of ultrasonic method data to stress state, it is needed to determine these coefficients very precisely. But for reasons like HAZ inclination and small width of this zone, determination of coefficient of this zone does not perform accurately. In this study, the practical simulation is performed for determination of acoustoelastic coefficient of HAZ. For this simulation, the heat affected zone divided to four separate zones and then the microstructure of those four zones has been simulated on standard tensile test specimen by different heat treatment cycles. This coefficient has been used in evaluation of welding residual stresses of austenitic stainless steel by LCR Ultrasonic waves and the results has been compared with the hole-drilling strain-gage method. By comparison of stress values achieved by HAZ simulation method, the conventional method and hole-drilling strain-gage method, it is seen that the HAZ simulation method cause an improvement in welding residual stress measurement accuracy.
    Keywords: Acoustoelastic Coefficient, HAZ, Austenitic Stainless Steel, LCR Waves, Hole, Drilling Strain, Gage
  • Ali Chaibakhsh, Zohreh Rostamnezhad, Tahmineh Adili, Ali Jamali Pages 10-18
    In this study, feedback-feedforward control system design and optimizing the performance of crude oil furnace process was investigated in order to be recovered from possible abnormal conditions. First, by developing an accurate nonlinear analytical model, the effects of changes in input parameters and operating conditions on the system’s outputs were determined. Then, in order to eliminate the effects of disturbances on furnace, a feedback- feedforward control system for combustion management was suggested, where its performances were optimized genetic algorithm (GA). In addition, to enhance the thermal stability and to maintain product quality, output difference temperature control system was considered for load distribution between furnace’s streams. Also, in order to recover the furnace from abnormal conditions due to burners’ failures, a supervisory system was designed to change the firing rate setpoints. With respect to different failure scenarios, the optimal burners’ firing rate were captured by applying genetic algorithms to the system model. A multilayer perceptron neural network was employed as the core of the controller to interpolate between different conditions. The obtained results indicate the superior performances of the designed control systems.
    Keywords: Fired, heater furnace, feedback, feedforward control, Optimization, abnormal conditions, genetic algorithm
  • Reza Nazemnezhad, Kamran Kamali Pages 19-28
    In this paper, free axial vibration of nanorods is investigated by focusing on the inertia of the lateral motions effects. To this end, Rayleigh and nonlocal theories considering the inertia of the lateral motions and the small scale effects, respectively, are used. Then, by implementing the Hamilton’s principle nonlocal governing equation of motion and boundary conditions are derived. Since using nonlocal elasticity causes that the 2-order local governing equation is changed to the 4-order nonlocal governing equation while number of boundary condition remains constant (one boundary condition at each end of nanorod), the governing equation is solved using Rayleigh-Ritz method. In Rayleigh-Ritz method a suitable shape function for the problem should be selected. The shape function must at least satisfy the geometrical boundary conditions. In the present study, orthogonal polynomials are selected as shape functions then they are normalized by using the Gram-Schmidt process for more rapid convergence.
    Then, the first five axial natural frequencies of nanorod with clamped-clamped and clamped-free end conditions are obtained. In the next step, effects of various parameters like length of nanorod, diameter of nanorod and nonlocal parameter value on natural frequencies are investigated. Results of the present study can be useful in more accurate design of nano-electro-mechanical systems in which nanotubes are used.
    Keywords: Inertia of the lateral motions, Axial vibration, Nonlocal Rayleigh theory
  • Saeed Shabani Nodehi, Seyed Reza Falahatgar, Reza Ansari Pages 29-38
    Topology optimization of structure seeks to achieve the best material distribution in the Pre-determined design domain. In this paper, the effect of design parameters contains length scale parameter and evolutionary volume ratio in improved bi-directional evolutionary structural optimization method with soft kill approach is discussed. The main aim of this method is searching for the stiffest structure with a given volume of material using finite element method. At each iteration of finite element analysis, sensitivity number is calculated for each individual element in design domain and then converted to the nodal sensitivity number. With Filter Scheme and using length scale, an improved sensitivity numbers is defined. This number is used as a criterion for rating each element in design domain and determining the addition and elimination (remove) of elements. To increase the convergence of the optimization process, the accuracy of the new elemental sensitivity numbers is improved by considering the sensitivity history. This method is convergent and mesh-independent and there are no checkerboard pattern and local solutions in optimal topologies. Using three design samples, a cantilever and classical beam and Michell type structure, affecting factors will be discussed on the final design of the structure. Change of length scale parameter makes various schemes in final structures in which with increasing this parameter, more iteration is needed for convergent solution. Reducing evolutionary volume ratio forms different and even asymmetric topologies. Better final topologies are obtained with higher evolutionary volume ratios.
    Keywords: Evolutionary structural optimization, Soft kill, Length scale parameter, Evolutionary ratio
  • Arash Naeimi, Abkenari, Mahdi Karimi Pages 39-50
    Today, composite material and sandwich plate structures are used more and more due to the unique properties such as a high ratio of strength to weight, corrosion resistance and energy or sound absorption ability. Corrugating sandwich structures is an effective method to reinforce mechanical properties of the composite materials. In this paper, dynamic analysis of these corrugated structures was carried out for a desired performance in the vibratory condition. One of the most important damages in the composite material layers is an inter-layer crack and also the separation between two layers. Vibration analysis of the trapezoidal corrugated sandwich plate was accomplished with ANSYS software using the finite element method. Simulated sandwich plate is a new model of corrugated sandwich plate which has a soft corrugated foam core and a cover of composite layers made from epoxy/glass. In order to validate the vibration behavior of the simulated sandwich plate, the results of experimental modal analysis were compared to the finite element method. The geometry and location effects of inter-layer crack on natural frequencies of the plate were investigated. It was found that with increasing crack dimensions the natural frequencies of the plate decreases and also depth of crack causes decreasing the natural frequencies which are promising results compared to the other references. The changes in vibration characteristics of the sandwich plate can produce comprehensive data to be used in training and designing of the artificial neural network for a promising approach in fault detection and prediction field.
    Keywords: Corrugated sandwich plate, Interlayer crack, Modal analysis, Finite element
  • Ali Asghar Masumi, Golam Hossein Rahimi, Golam Hossein Liyaghat Pages 51-62
    In this paper, numeral and experimental analysis of composite metal vessel is investigated under variable pressure loading. For this purpose, a sample of multi section cylindrical vessel is considered. The pizo electric 1000 bars sensors are used to measure pressure. The sensors are installed in the holes on the metal cylindrical vessel. The amplification parts are used to adjust sensors. The test is done under dynamic loading. The results are recorded by data logers in pressure-time chart. The aim of this study is to optimize the weight and strength of the vessel with using trial and error by numeral analysis inverse explosive loading. In order to, a sample of multi section cylindrical vessel is analyzed with abaqus finite element software. The load in the vessel is derived by charts from experimental tests. The load obtained from experimental tests as a dynamic load is analyzed and compared with metal vessel and metal- Composite vessel. The results obtained from abaqus finite element software have discussion in different case. Finally, geometric and material properties of liner and composite is suggested for optimize the weight and strength of the vessel.
    Keywords: Variable pressure, Metal, composite vessel, Finite element analysis, Dynamic load, Experimental test
  • Ayoub Banoushi, Edris Mohammady Talvar, Mohsen Broghany Pages 63-69
    Investigation of frequency variations of acoustic impedance can play an important role in identification and optimization of a musical instrument. For a simple tube, the input acoustic impedance can be calculated by analytical methods; for complex geometry objects like wind instrument, however, it cannot be simply computed. Therefore, the impedance is measured for wind instruments. This paper is report of first experiment for measuring the input acoustic impedance of Ney (an Iranian woodwind instrument). For this purpose, a pulse reflectometer device was made. For assurance of correct operation of the reflectometer, in the first step, the input acoustic impedance of a three sections step tube was measured and the results were compared with calculated results using well known formula. the acoustic impedances of a Do-ney for various fingering in six case (from closed all holes to opened all holes) were measured. The results show that, contrary to what seen for flout, the frequencies of minima of the impedance curves have some discrepancies with the frequencies of corresponding playable notes. This may relate to the role of mouth of instrument player in producing tones of ney.
    Keywords: Acoustic impedance, pulse reflectometry, Ney, tuning, fingering
  • Javad Amnian, Mehdi Maerefat, Ghasem Heidarinejad Pages 70-80
    The correct placement of supply air inlets and pollution extraction outlets play an important role in increasing indoor air quality and reducing the amount of pollution in enclosed car parks. In this paper the effect of exhaust locations, exhaust height and parking dimensions on indoor air quality of car park is investigated with numerical simulation. For this purpose conservation equations are solved with openFoam. For validation, air flow and pollution is simulated in a simple car park and compared with experimental results. In the next section, the effect of exhaust vent locations on increasing indoor air quality is investigated and is compared with other solutions. The result of numerical simulation indicates that, if inlets and exhausts are located in end sides of car park and if exhaust vent locations are in the optimized height, the indoor air quality in the car park is increased.in this paper, the graph of CO concentration in different heights is explained and by using it, the optimum range for exhaust vent locations is proposed. Moreover the standard criteria for using jet fans is expressed and the results showed that, for ventilation of car parks with length more than criterion, jet fans should be used.
    Keywords: Pollution dispersion, Numerical simulation, air inlet position, exhausts position, jet fan
  • Rasoul Tarkesh Esfahani, Seyyed Alireza Hashemi Pages 81-89
    Carbon nanotubes have excellent mechanical, electrical, thermal and magnetic properties, among the extraordinary properties of these materials can be traced to the absorption of electromagnetic waves. By placement of this materials in direction of electromagnetic waves, significant volumes of this waves have been absorbed and also it’s reduce the radar cross section from a finder view, in this study we have produced composite samples containing SWCNTs in the context of an epoxy resin based on standard dimensions for X-band with a multi-stage built method and then these samples have been analyzed by Vector Network Analyzer. Composite samples have been made in three weight percent, 1, 3 and 10. The result of this experiment shows the high amount of wave absorption for samples reinforced by carbon nanotubes. This amount of absorption greatly increase due to increasing of nanotubes weight percent, so that the average amount of absorption in the whole X-band for the mentioned percentages is 3.33712, 4.5889 and 12.6542 dB respectively. Also the amplified samples with 1, 3 and 10 weight percentages, showing increase in wave absorption about 22, 67 and 362 percent in comparison with pure resin. Finally samples have been evaluated with Micro Raman Spectroscopy and SEM images.
    Keywords: Single wall carbon nanotube, wave absorption, composite, X, band
  • Soroosh Malihi, Yaghoub Tadi Bani Pages 90-100
    Consideration of dynamic and static behavior of structures in nano and micro scale for analysis and predicting of their performance and accuracy have more importance. In this study, the effect of size and intermolecular van der Waals force on dynamic behavior of torsional nanomirror considering bending-torsion two degree of freedom model using the higher order modified couple stress theory has been investigated. First considering the higher order modified couple stress theory and intermolecular van der Waals force, equation of motion of system is developed, afterwards using Rung-Kuta method, this equations is solved and dynamic performance of nanomirror and its phase portraits have been obtained. Also translational and torsional natural frequencies of system considering applied voltage are investigated. So pull-in instability parameters of system are considered and their dependency upon van der Waals force and size effects are determined. Results demonstrate that equilibrium points of system include center points and focus points that phase portraits related to these points exhibit periodic orbits and heteroclinic orbits. Also size effect and modified couple stress model on amplitude and frequency of vibration of system have been investigated. Proposed model in this study is able to predict experimental results with higher precision than previous classic models and reduce the difference between past theories and empirical results.
    Keywords: Torsional electrostatic micromirror, Dynamic pull, in instability, Modified couple stress theory, Phase portraits, Stable, unstable equilibrium points
  • Mehran Nosratollahi, Mostafa Zakeri, Alireza Novinzadeh Pages 101-110
    The purpose of this article is the implementing the upper stage design according to multistep sequential optimization design process for specific maneuvers with less mass in reality. In this method there is two optimization and design loops which are connected to each other in mass analysis. So all the output parameters in inner loop are used as input parameters of outer loop. In the inner loop, optimization control algorithm is used to optimize the target function, as for two control factors including thrust vector angle and thrust magnitude for putting upper stage into final orbit. In outer loop, subdivision designed separately according to design matrix using input parameters from inner loop. Design convergence checked in mass analysis. Innovation of this article is implementing a fully systematic upper stages design. Also a system-based method is provided by cooperation of human and machine (multistep collaborative design) which in addition to system design discussed subsystem design such as orbital optimization and subdivision algorithms. Results of this design are verified according to result of statistical analysis.
    Keywords: Optimal control, upper, stage, system design
  • Asghar Dashti Rahmatabadi, Abolfazl Rasoolizadeh Shooroki, Mahdi Zare Mehrjardi Pages 111-122
    Noncircular lobed journal bearing performance, in comparison with circular types, depends on various design parameters such as tilt and mount angles. Mounting orientation of this kind of bearings with respect to machine frame (mount angle) and also the way of setting their lobes with respect to each other (tilt angle), can change the bearings configuration and as the result their performances. In present study the thermo-hydrodynamic performance of noncircular two, three and four lobed journal bearings for different values of tilt and mount angles, using generalized differential quadrature (GDQ) method, are investigated. The results show that the thermal effects on these bearings performance are considerable and that the thermal consideration makes the results closer to real performance situations. The results of bearings performances due to rise in temperature in rotor, lubricant fluid and bearing shell, when compared to their isothermal conditions, show that viscosity of lubricant as well as load carrying capacity of bearings are decreased, depending on tilt and mount angles especially in case of two lobed bearings. The results also show that the effects of tilt and mount angles on bearing performance are periodic and so it is possible to select these angles suitably for bearings to be optimum.
    Keywords: Noncircular journal bearings, Thermo, hydrodynamic analysis, Tilt, mount angle, Generalized differential quadrature (GDQ) method
  • Mehrdad Paluch, Majid Elyasi, Morteza Hoseinzadeh Pages 123-134
    Nowadays thin-walled tube rotary draw bending in small bending ratio is a production process widely used in advanced industries such as aerospace and automotive. Cross section ovality, wall thickness changing during tube bending are the main inevitable defects in this process. The purpose of this research is to obtain the smallest bending ratio and maximum pressure applicable in hydro-rotary draw bending of thin-walled aluminum alloy 8112 tube using failure criterion. For this purpose, the equivalent plastic strain at the critical extrados region used for necking prediction. Concluded results showed that this failure criterion by a maximum difference of 12.5% from experimental tests, is a useful method for predicting the necking onset in the bending process. Moreover, the effects of bending ratio and internal pressure on the defects such as cross section ovality and thickness changing are investigated with simulation in the ABAQUS software and experimental methods. The maximum ovality is not located at the mid-cross section of bent tube unexpectedly and regardless of the internal pressure and bending ratio, occurs at the cross-section with an angle of approximately θ=33°. The minimum achievable amounts of ovality at R/D1.6, R/D1.8 and R/D2 were 11.42%, 7.72% and 4.35% respectively. Furthermore, bending ratio and internal pressure had noticeable effects on the cross section of the bent tubes, so that as the bending ratio or pressure increased, cross-section ovality and the thickening of the tube wall at the intrados decreased, but contrary to bending ratio, as the internal pressure increased, extrados thinning increased.
    Keywords: Hydro, Rotary draw bending, bending limit, AA 8112, FE simulation
  • Mahmoud Shamsborhan, Mahmoud Moradi, Ali Shokuhfar Pages 135-144
    The most successful ‘‘top–down’’ approach to produce bulk ultra-fine grained or nanostructured materials involves the use of severe plastic deformation (SPD) processing. The amount of higher effective plastic strain per pass plays a key role on the final microstructure of SPD processed samples. In the present study the numerical experiments of the combination of the equal channel angular pressing (ECAP) and simple shear extrusion (SSE) as a new process entitled “planar twist channel angular extrusion (PTCAE)” was performed based on the Response Surface Methodology (RSM), as a statistical design of experiment approach, in order to investigate the effect of parameters on the response variations, achieving the mathematical equations, predicting the results to impose higher effective plastic strain values. Α and ϕ angles, radius and friction coefficient was imposed as the input parameters while average, minimum and maximum effective strain and maximum load was imposed as the output parameters. Governing regression equations obtained after analysis of the simulation data by Minitab software. Optimum process parameters are: α=450, Φ =450, r=2 mm and µ=0.1. Verification of the optimum results using simulation experiment was done. Good agreement between simulation, experimental and optimization was occurred.
    Keywords: Severe plastic deformation (SPD), Finite element analysis (FEA), Equal channel angular extrusion (ECAP), Design of experiments, Nanostructured materials
  • Amirreza Shahani, Razieh Abolfathitabar Pages 145-152
    The unidirectional composite DCB specimen is considered as two finite length Timoshenko beams, attached together along a common edge except at the initial delamination length. Because of symmetry, only one half of the specimen is considered, which is partly free and partly resting on an elastic foundation. The problem is analytically solved by considering Timoshenko beam resting on Winkler and Pasternak elastic foundations and fracture toughness is generally derived. In the prior researches on this specimen using Timoshenko beam theory, the effect of the ligament length on the energy release rate was ignored. This research presents the solution for finite ligament length. Besides, the effect of ligament length on energy release rate and its minimum value that makes the energy release rate independent of the ligament length, is presented. For the special case when the ligament is large compared with the beam thickness, a closed form solution is derived for Timoshenko beam resting on Winkler elastic foundation. The analytical results are compared to prior researches on this subject and a good agreement is observed. The fracture toughness and compliance obtained by Timoshenko beam resting on Winkler elastic foundation predicts more accurate results with respect to experimental results.
    Keywords: Delamination, Strain Energy Release Rate, Double Cantilever Beam Specimen, Timoshenko Beam Theory, Elastic Foundation
  • Mehdi Maerefat, Sohrab Tahmasebi, Mohammad Reza Ansari Pages 153-159
    Cavity length estimation is important as supercavity condition is generated. The cavity length is function of cavity number and is calculated by relations deduced from experimental results which are different from each other and are not driven from analytical approaches. Literature survey shows that correlations based on cavity length in relation with Reynolds and cavity numbers have not been attempted. The present work purpose is to estimate analytical based relations for cavity length with respect to mass transfer, continuity and momentum conservation equations. This effort which has been conducted by order of magnitude method resulted in three relations. The first analytical based relation calculates cavity length versus cavity number. The obtained relation shows that cavity length is proportional with the inverse square root of cavity number. The second analytical relation calculates cavity length in respect to Reynolds number. It shows cavity length has proportional relation to Reynolds square root. The third analytical relation considers cavity number in respect to Reynolds number. The third relation shows that cavity number has inverse relation to Reynolds number. Unknown coefficients values of the relations obtained through comparison with the already existed experimental results. These analytical relations which are appropriate alternative to experimental based relations estimate cavity length in respect to cavity and Reynolds number.
    Keywords: cavity length, cavity number, order of magnitude method
  • Abbas Hashemi, Mohammad Hosseinpour, S. M. Hossein Seyedkashi Pages 160-168
    In this paper, a practical method of combined finite element simulation and adaptive simulated annealing (ASA) optimization was developed to design and analyze sheet hydroforming process. Process simulation using finite element code with parametric definition of process parameters creates flexibility on the proposed method in which geometrical dimensions and properties of the workpiece and the die comprise a part of input data of optimization program. Redefinition of simulated annealing parameters with respect to hydroforming process caused to achieve data convergence in a shorter time and higher precision. An intermediate MATLAB code was developed to manage data transfer automatically between optimization and simulation codes, in which there would be no need to any interference of user/designer during the optimization process. The aim of this research for presenting the combinatorial procedure of flexible simulation is to achieve optimal forming pressure loading path, determine the desired punch velocity, produce the desired workpiece with minimum thinning, and avoid wrinkling and rupturing. Two different loading paths proportionate to the ram’s stroke of press unit are proposed to synchronize optimal pressure path and desired punch velocity in forming of cup-shaped products. Using the optimization approaches of constant and variable velocity, thinning values of 12.9778 and 12.3295 for a steel part with conical shape were obtained by implementing simulation iteration of 202 and 148, respectively. This result demonstrates improvement of product quality and decrease of simulation iterations in variable velocity. Appropriate conformity between numerical and experimental results verified the reliability and accuracy of the proposed optimization method.
    Keywords: Adaptive Simulated Annealing, Flexible Simulation, Sheet Hydroforming Process, Pressure Path, Punch Velocity
  • Seyed Amirreza Hosseini, Ramin Kouhikamali Pages 169-177
    Numerical simulation of boiling has always been a challenging problem in terms of the variety and effectiveness of two-phase models. Furthermore choosing an appropriate heat and mass transfer model increases the complexity of the solution. Problem of film boiling of saturated liquid is numerically simulated in this investigation by using of VOF (volume of fluid) model together with the geo-reconstruction of interface. Three phase change models of sharp interface model, Lee model and Tanasawa model are used at the same time on a single problem in order to calculate the rate of phase change and source terms. One-dimensional Stephan benchmark is solved for verification the numerical solver. The periodic Nusselt, flow pattern, bubble form and its detachment time have been studied in mentioned various phase change models. Also empirical coefficients used in both models of Lee and Tanasawa are presented. The results of Nusselt number obtained from simulation is compared with two empirical Nusselt correlations of Berenson and Klimenko. The results show good agreement with the Klimenko’s Nusselt. The results reveal although the Lee model is dependent on empirical coefficient, it is more accurate than the two other models for prediction of film boiling on flat plate.
    Keywords: Film boiling, Numerical simulation, Phase change models, Empirical coefficients, Heat, mass transfer
  • Seyed Ali Moafi, Mojtaba Masoumnezhad Pages 178-186
    These days overhead crane is widely used in different industries such as automobile companies, harbor, navigation and also transportation of tools in storerooms. Most of models which is done through industrial dynamic systems include some vitiated parameter with noise and disturbance which overhead crane model is not also an exception. Disturbance in system can be due to its model or measuring tool. Kalman filter is a practical method in order to recognize the model and also filtration of disordered data. By the note of that overhead crane is a nonlinear model, asymmetric sigma-point Kalman filter improved by genetic algorithm (GA-ASKF) is intended to estimate system parameters. One of common ways in controlling overhead crane parameters is using controlling force, Bang-Bang. By the way, function of Bang-Bang controller depends on controlling force switched times. In this paper, beside using this controller, its switched times is found by using genetic algorithm for noisy system. The design aim is to achieve the target point in minimum time with minimum error. Also by considering Bang-Bang controller entrance part, the article is compared situation of the system in different mass relativeness. Simulation results shows improved performance of the GA-ASKF algorithm to determine the switching time of controller and also achieving the target point in minimum time.
    Keywords: Overhead Crane, Noise, Filter Kalman, genetic algorithm, Bang, Bang Controller
  • Amir Meshkati Shahmirzadi, Saeid Irani, Mojtaba Farrokh Pages 187-198
    In this paper the flutter phenomenon in turbomachinary is introduced. The importance and characteristics of the flutter as a dynamic aeroelastic instability is presented. Conventional methods for the blade flutter test and different approaches in flutter analysis of blade are described. Among the existing analysis methods, one approach which only examines the stabilizing effect of fluid is used in order to analyze the flutter in this paper. Firstly, its equations are described and a criterion for the determination of the stability based on the analysis results is presented. According to the criterion the local and global stability can be concluded. Numerical analysis has been performed by ANSYS CFX. Mesh independence and two different turbulence models have been examined and results have been validated by test results. Numerical analysis has been carried out for two steady and unsteady states. In unsteady state the response of fluid to blade vibration in three modes has been calculated. In order to assess the total response two methods have been used and the results have been compared. Eventually local instability has been calculated and the results presented in figures which illustrate the contribution of adjacent blades in instability of specific blade. The evaluation of global instability for three modes has been presented and the obtained results are in excellent agreement with experiment.
    Keywords: Flutter, Blade, Turbine, Stability, Damping
  • Mehdi Maerefat, Asgar Minaei Pages 199-209
    This paper presents a new analytical model to study the thermal behavior of borehole heat exchangers (BHE) in short time periods. Transient heat transfer considered inside the borehole and at the ground around the borehole, transient heat conduction is considered inside the borehole and ground around the borehole. For this purpose, the analytical solution has been developed in two stages. First, a new analytical equation is provided for the short-time thermal response of the BHE (dimensionless G-function). In the second phase, the outlet temperature calculation using the G-function is described. Inside the borehole, the analogy between thermal and electrical conduction is used for derivation heat balance equations. For this purpose, a new equivalent thermal network for modeling of the heat transfer inside the borehole is developed. In ground around the borehole, the conduction equation in the radial direction is considered. The governing equations are solved by Laplace transform. Finally, the mean fluid temperature and short thermal response of the BHE is computed. Then in the second phase, the outlet temperature in the on and off times of the system is calculated using the G-function. The solution of the proposed analytical model is compared with experimental measurements. Results show that the outlet temperature of the analytical model matches very well with the reference experimental measurements.
    Keywords: Analytical solution, Borehole heat exchanger, short time periods
  • Amir Hossein Nikdooz, Mohammad Javad Mirnia, Hamid Baseri Pages 210-220
    Incremental sheet forming has already provided distinct advantages, such as inexpensive tools and the simplicity of the process, over conventional sheet forming processes. However, the method still has some limitations. Among these limitations, severe thinning has significant effects on the performance of the final product. Also, some parts with high wall angles cannot be formed by single stage incremental forming. To overcome these restrictions, multistage incremental forming can be implemented to achieve the desired wall angle, better thickness distribution, and the lower thinning. In this study, a two-stage incremental forming of an aluminum truncated pyramid with a wall angle of 70° was studied experimentally and numerically in order to improve the achievable minimum thickness. By introducing two-stage forming strategies and achieving their defining parameters using finite element simulation, the sheet thinning was compared to the one in the single-stage forming. Experiments were used to validate the finite element analysis. The results revealed that using the two-stage forming strategy, the minimum thickness can be improved twice than the one in the single-stage forming. A good agreement was observed between the thickness distribution obtained by experiments and predicted by the finite element modeling. Finally, the effect of forming strategies on the strain paths was investigated through the finite element simulation and the experimental fracture forming limit diagram.
    Keywords: single point incremental forming, two, stage forming, truncated pyramid, Finite Element Method, fracture forming limit diagram
  • Sima Baheri Islami, Marzieh Khezerloo, Reza Gharraei Pages 221-230
    Since the majority of fluids in engineering and biologic applications are non-Newtonian, the study on mixing of non-Newtonian fluids is very important. Secondary flows are used in curved micromixers to improve the mixing of fluids. In this study, a numerical study was performed on the mixing of non-Newtonian fluids in curved micromixers using Open source CFD code of OpenFOAM. The flow was assumed three-dimensional, steady and incompressible and Reynolds numbers were between 0.1-300. Also, water and CMC solution were used for simulation of Newtonian and non-Newtonian fluid flows, respectively. The effect of Reynolds number, power-law viscosity parameters and micromixer geometry on mixing index and non-dimensional pressure drop was studied and results were compared with those of the straight channel micromixer. The results showed that the mixing index decreased by decreasing the power law index. The mixing index was high for shear thinning flows in micromixers with sharp turns. Also, by increasing the Reynolds number, and therefore velocity, centrifugal force effects increased and mixing improved. Simultaneous investigation of mixing index and pressure drop showed that for low Reynolds numbers and small power law indexes micromixer-b had better performance.
    Keywords: Non, Newtonian fluid, secondary flow, passive micromixer, mixing index
  • Ehsan Moradi, Mehdi Tale Masouleh, Mohmmad Javad Najari Pages 231-240
    This paper focuses on the problem of finding object orientation around Yaw & Pitch & Roll angels. The object orientation is computed in a real time manner using a mono-camera and three points on a solid object in a machine vision software. Three points should be selected from environment at the beginning. In order to reduce wreckful effects of environmental lights on detecting colorful objects and also to reduce the number of used software filters, IR LEDs with 850nm invisible wavelength are used. Artificial Neural Network (ANN) is used for solving this problem since orientation's equations are nonlinear and real-time solving for them is impossible. For solving the problem a feed forward artificial neural network with one hidden layer and 21 nodes in that is used, which has 3 nodes for output layer and 6 nodes for input layer. For having high accuracy in ANN, output data is also obtained from a MPU-9150 installed on a 2-DOF orientional parallel robot and compared to ANN outputs. 7243 data from Roll and Yaw angles and 751 data from Pitch angle is obtained from MPU-9150 sensor and the later 2-DOF orientional parallel robot and 467 data remains nonuse for learning ANN. After learning the neural network, results compared to nonuse data for ANN learning and desire results obtained with 0.038 maximum error.
    Keywords: Orientation, Machine Vision, Artificial Neural Network, 2DOF orientional parallel robot
  • Hamidreza Heidari, Milad Jafary Pouria, Shahriar Sharifi, Mahmoud Reza Karami Pages 241-250
    Grasping in unstructured environments is one of the most challenging issues currently facing robotics. The inherent uncertainty about the properties of the target object and its surroundings makes the use of robot hands, which typically involve complex hands, require elaborate sensor suites, and are difficult to control. For this purpose, in this paper combining the kinematic structure of a three and two links finger for design and fabrication of robotic gripper will be evaluated. At first, the challenges associated with grasping by careful mechanical design of gripper was analyzed. Then, will be described the design and fabrication of a sample gripper with combining a three-links finger similar to the human index finger and a two-links finger similar to the thumb. In the following, the performance of this hand for grasping various objects will be examined. The results show that with two fingers and simple design, without require to the complex control can grasp various objects successfully. Also the results demonstrate that compared with the previous researches and by proximity to the kinematic structure of the human hand fingers, by combining two with three link fingers this gripper will have a better performance than the previous symmetric gripper for successful grasping large objects.
    Keywords: Gripper, Mechanical Compliance, Under, Actuated, Unstructured Environments
  • Seyed Mehdi Tavakkoli, Seyedeh Sedigheh Mashmoul, Omid Khadem Hosseini Pages 251-260
    In this article, the Charged System Search (CSS) algorithm is utilized for structural shape optimization that aims to minimize weight of a plane structure under stress constraints. Also, the Isogeometric Analysis (IA) is employed in order to analyze the structure. In the IA method, Non Uniform Rational B-Spline (NURBS) basis functions are used for approximation and interpolation of the displacement field as well as modelling geometry of the structure. Coordinates of the NURBS control points, that construct the geometry, can be considered as the design variables of the shape optimization problem. In earlier studies in structural shape optimization using the Finite Element (FE) method, boundaries of the structure were made by NURBS and the finite element discretization changed when the boundaries were modified in every iteration of the optimization process. As it mentioned, when the IA method is used the geometry is constructed by NURBS, therefore, contrary to using the FE method, the need for remeshing of the domain is eliminated and the computational cost will be remarkably decreased. In this paper, the IA method is briefly reviewed for analysis of the plane-stress elasticity problems. Also, the CSS formulation is derived based on physics laws for shape optimization problems. A few examples are presented to demonstrate the performance of the method and the results are compared when the Sequential Quadratic Programming (SQP) is used as a mathematical based method for structural shape optimization.
    Keywords: Structural Shape Optimization, Charged System Search, CSS, Isogeometric Analysis
  • Hamed Saeidi Googarchin, Behzad Teimouri Pages 261-270
    In this paper, the constrained groove pressing (CGP) process of Al 5052 sheets are experimentally and numerically studied. The CGP process produces the micro-grained-size sheets to enriched strength nano-grained-size ones. The goal of this investigation is the development of an algorithm for the mechanical behavior (Strength and Hardness) prediction of the sheets fabricated by the process. The algorithm enables one to evaluate the die geometry and pressing pass definition effects on mechanical behavior of the fabricated sheet. The proposed algorithm is based on the available relation in literature between the macroscopic behavior and the grain size in metal sheets and between the hardness and the strength properties of metal sheets. The Al 5052 samples are fabricated by two passes of the CGP process. The yield strength and the Vickers hardness of the annealed, the one and two pass CGPed samples are experimentally obtained. The predicted results by the developed algorithm are in good agreement with the experimental data. The comparison of the predicted results by the algorithm with available experimental data for the mechanical behavior of the CGPed pure aluminum sheets with different dies reveals the good accuracy of the proposed algorithm. The algorithm enables one to economical save from the time-consuming experimental evaluation of groove geometry effects on the fabricated sheets and optimum die selection. The effects of the die groove angle on the yield strength and the hardness of the CGPed Al 5052 sheets are estimated using the developed algorithm.
    Keywords: Groove pressing, Die effect, Aluminum sheet
  • Amir Kariman Moghadam, Saeed Rahnama, Sattar Maleki Pages 271-280
    In this paper, the strain energy release rate of first mode of failure in the adhesive bonding of two composite plates composed of unidirectional glass fiber is calculated using double cantilever beam specimen. Araldite 2011 adhesive connection which is widely used in the aerospace industry has been employed. Strain energy release rate is calculated by the modified beam method, compliance calibration method and modified compliance calibration method from experimental results. For modeling crack growth in adhesive bonding of two composite plates, the Extended Finite Element Method has been employed. Average value of critical strain energy release rate calculated by the modified compliance calibration method is considered as software input. After comparing force - displacement curve obtained from experimental data and numerical solution that represents good precision of the Extended Finite Element Method in calculating the maximum force and corresponding displacement and also linear part of force-displacement curve, strain energy release rate - force curve, stress intensity factor – force curve, strain energy release rate – displacement of the load effective point and failure stress - stress intensity factor curve are evaluated.
    Keywords: Composites, Adhesive Joint, Extended Finite Element Method, Crack growth, Strain Energy Release Rate
  • Mohammad Hassan Shojaeefard, Hamed Saeidi Googarchin, Mohammad Reza Gheybi, Mohammad Amin Nikkhah Pages 281-289
    In this paper, the static stiffness and strength as well as fatigue life of adhesively bonded single lap joint (SLJ) are numerically studied using the cohesive zone model (CZM). In order to simulation of the SLJ using mixed-mode bi-linear CZM, the failure behavior of adhesive in modes II and III is considered the same. Fatigue damage propagation is simulated through scripting USDFLD Subroutine in ABAQUS/Standard. Static stiffness and strength and fatigue life obtained in this study are consistent with experimental results available in literature. Then, the effect of geometric parameters including overlap length, substrate thickness, and tapered substrates are investigated. The obtained results reveal that the increase of the overlap length would lead to increase the static strength and fatigue life prediction. While increasing substrate thickness results improved fatigue life, there are no a known relation between the static strength and substrate thickness due to the changes of the loading modes. Tapered substrates have also positive effect on the strength and fatigue life because of more compatible rotations. Therefore, to improve the strength and fatigue life of a SLJ, authors suggest greater overlap length and thickness along with tapered substrates.
    Keywords: Cohesive zone model, single lap joint, fatigue lifetime, adhesive degradation
  • Amin Yousefi, Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi Pages 290-296
    Knowledge of broadband transducers is a new technology in the field of sonar science. Considering that Iran has sea water resources, its importance becomes more and more. In this article, after studying the performance of the kinds of transducers in the field of sonar transducers, a proper broadband transducer with the specific impedance and acoustical characteristics that can send and receive signals, is designed, simulated, fabricated and tested. At first, overall dimension of a broadband transducer with lumped parameter model and electrical equivalent circuit model was approximated and then, with increasing the degrees of freedom of analytical models, all characteristics of the optimum transducer parts were obtained in order to have a large bandwidth. By using a finite element software (COMSOL Multiphysics), the designed model was simulated and the obtained results have been compared with analytical design solution. Finally, the transducer was fabricated and tested in order to the modeled and simulated data be validated with practical ones. The obtained experimental results showed that the simulation with COMSOL Multiphysics can predict the resonance frequency and maximum transmitting voltage response (TVR) of the broad bandwidth transducer with a reasonable precision. The prediction error of resonance frequency and maximum TVR by COMSOL is 3.8% and 5.7%, respectively. The use of lumped parameter and electrical equivalent circuit models, however, gives an initial approximation for transducer dimensions, but in determination of the resonance frequency and the frequency of maximum TVR has a higher error in comparison with the finite element method.
    Keywords: Transducer, Tonpilz, Resonance Frequency, Electrical Impedance, Transmitting Voltage Response
  • Majid Mirzaei, Saharnaz Tavakoli Pages 297-302
    The main scope of this paper is the analysis of the specifications of deflagration-induced and detonation-induced deformation and fracture behaviors of cylindrical tubes. The main characteristics of deformation and fracture behaviors were studied through experimentations on steel pipes and failure analysis of a compressed natural gas (CNG) cylinder. The paper also reports the results of transient-dynamic elasto-plastic finite element (FE) analyses of the combustion-induced deformation and fracture behaviors of the pipe and the CNG cylinder. The FE models were composed of 3D brick elements equipped with interface cohesive elements for crack growth analysis. Very good agreements were found between the simulation results and the observed deformation and fracture patterns. It was shown that, because of different loading conditions, specific deformation and fracture features can develop during the explosion process.
    Keywords: Crack growth, Pressure vessel, Dynamic stress analysis, Moving load, Explosion
  • Mojtaba Dehghan Menshadi, Mehdi Eilbeigi, Mehrdad Bazaz Zadeh, Mohammad Ali Vaziry Pages 303-311
    The aerodynamic coefficients characteristics over a lambda-shaped flying wing aircraft with 55°-30° leading edge sweep angles have been investigated in a closed circuit low speed wind tunnel. The experiments were conducted at tunnel velocity of 90 m/s, the angles of attack of -6 to 17 and the side-slip angles of -8 to 8 degrees. All forces and moments were measured using an external six-component force balance located below the wind tunnel. The wall corrections were also performed for all test conditions. To improve the aircraft longitudinal stability characteristics, a new model with an increased leading edge sweep angle of 2 degrees were also tested and compared with the original model. A “pitch-up” phenomenon identified to occur at a rather low angle of attack of α=7.7 degrees, although it occurred at the higher angle of attack of α=8.7 degrees for the increased swept angle model which means an increase in useable lift of the aircraft. Moreover, off-surface pressure measurement over the wing surface was conducted to examine the onset and development of the flow separation over the wing surface. The results showed that the flow separation started at the trailing edge crank location and extended to the other parts of the wing, especially the outer wing.
    Keywords: Flying wing, Lambda wing, Aerodynamic coefficients, Sweep angle
  • Ghassem Heidarinejad, Pedram Pakzad Pages 312-320
    Mine ventilation is one of the important functions in mining. The purpose of mine ventilation is providing enough oxygen to breath, create comfortable working conditions and dilute and remove the gases and dust from mine. Methane gas released from minerals while extraction in coal mines. To prevent the accumulation of this gas and intense explosions, the use of auxiliary ventilation beside main ventilation is essential. Auxiliary ventilation in room and pillar coal mining is used generally two methods of stopping and brattice.In this study, the equations of conservation of mass, momentum, species and energy is discrete by using computational fluid dynamics and the results have been validated with experimental work and then several scenarios have been predicted to improve mine ventilation. Results show that concentration of methane decreases 47 % using stoppings, but the concentration is still higher than the standard level. By using brattice the level of methane concentration decreased to 74.2%, but methane concentration in side walls of coal face is 3.4% that is still higher than the level of standard. Optimized case was simulated by using stoppings and brattice simultaneously and quality of air improved 88.8% and concentration of methane has been fully respected and mine safety and explosive gas concentration are desirable.
    Keywords: Coal mine, auxiliary ventilation, stopping, brattice
  • Mostafa Salehi, Mahdi Salami Hosseini, Mostafa Rezaei Pages 321-328
    Polymeric foams have a cellular structure composed of a polymeric matrix with gaseous cells which achieved by expansion of a blowing agent in polymer melt matrix during a foaming process. In the present study, the bubble expansion step in Polystyrene/CO2 batch foaming process was simulated and compared to the reported experimental results. A single spherical bubble surrounded by an incompressible viscoelastic fluid (upper-convected Maxwell model) was considered. To calculate concentration profile in the shell, mass diffusion equations were solved using finite element method, potential function definition and integral methods. The predicted results show that when the gas concentration profile obtained by finite element method and the concentration gradient near the bubble-shell interface was used to calculate the pressure inside the bubble, the predicted results were in good agreement with the experimental ones which there was less than 1% error at each foaming time. The effects of the thermo-physical and rheological properties on the bubble growth dynamics were also studied and It was found out that increasing the diffusivity coefficient by factor of 10 would increase the bubble size up to 1.5 times, whereas increasing the viscosity by 3 folds would only change the bubble size about 2% showing that the bubble growth step in foaming process was a mass transfer controlled process.
    Keywords: Foaming Dynamics, Finite Element Method, Viscoelastic Fluids, Mass Transfer
  • Yaghoub Dadgar Asl, Mohammad Morad Sheikhi, Ali Pourkamali Anaraki, Vali Ollah Panahizadeh Rahimloo, Mohammad Hosseinpour Gollo Pages 329-338
    Today, with the development of technology, industries such as automotive and construction require products with variable cross section. Multiplicity of steps, dimensional limitation and high production costs of the components caused flexible roll forming process used to produce these products. One of the main defects in this process is the fracture phenomenon. The fracture is observed on the bending edges at transition zone that sheet thickness is large compared to the bending radius. In this research the fracture phenomenon is investigated on flexible roll forming process of channel section using ductile fracture criteria. For this purpose finite element simulation of the process using Abaqus software is done. The fracture defect in this process is investigated using six ductile fracture criteria by developing a subroutine. Experimental tests are performed on 27 specimens precut sheet of AL6061-T6, using flexible roll forming machine built in Shahid Rajaee University. By comparing simulation results with experimental results, numerical results were validated. In addition, by comparing the results of ductile fracture criteria with experimental results, the Argon ductile fracture criteria, was chosen as the most appropriate criterion to predict fracture. Also the effects of parameters as sheet thickness, bending radius and bending angle on fracture with argon selected criterion is studied.
    Keywords: Flexible roll forming, Fracture defect, Ductile fracture criteria, Finite Element Method (FEM)
  • Hamed Afrasiab, Bahereh Kordrostami Pages 339-347
    Stenting is considered to be the favoured tool for therapy of coronary stenosis disease. However, despite the many advantages of this treatment strategy, its outcome may be undermined by the restenosis occurrence in the stent deployment site. Observations have shown that stent deployment in the artery alters the hemodynamic parameters such as wall shear stress and vortices size and prepares the conditions for in-stent restenosis development. Considering this fact, in this paper, the effect of some geometrical parameters such as the shape and the size of the stent strut on the wall shear stress distribution and vortices size is investigated. Furthermore, employment of a stent with partial flexible strut is suggested to decrease the restenosis risk, and the effect of the flexible part stiffness is explored. For this purpose, the interaction between the blood flow and the flexible part is simulated by arbitrary Lagrangian-Eulerian approach in the framework of the finite element method. The results indicate that in stents with circular strut, the partial flexibility of the cross-section can be effective in reducing the restenosis risk by lowering the maximum value of the wall shear stress and considerably decreasing the vortices size. On the other hand, in stents with rectangular struts, it not only does not decrease the shear stress maximum value but also significantly increases the vortices size and may lead to increase of the restenosis risk.
    Keywords: Stent, Coronary artery, Restenosis, Wall shear stress, Vortex size, Fluid, structure interaction
  • Mohammad Hosseini, Hossein Abyar Pages 348-356
    In many cases, journal vibrations in the radial direction have been observed in the various rotating machinery using journal bearing. In this investigation the effects of forced oscillation of a journal on the hydrodynamic pressure profile of a two dimensional plain journal bearing are evaluated. Gambit and ANSYS- Fluent software are used to produce mesh and simulate the flow field respectively. Fluid is Newtonian and viscosity is constant. Also, flow is laminar, isothermal, and heat transfer is neglected. It is assumed that there is no phase change and cavitation does not exist. A user defined function is written in C language and compiled by Fluent to apply the oscillation motion to the journal. Results are obtained for three non-dimensional vibration frequencies of journal (0.001, 0.1 and 1), and two eccentricity ratios (0.54 and 0.8). Results show that the hydrodynamic pressure profile is significantly dependent on the oscillation frequency of journal. It can be observed that the pressure distribution variations are independent of frequency when oscillation frequency is low. However, the pressure distribution is considerably affected by increasing oscillation frequency which leads to appearing different hydrodynamic pressure distribution. These influences become more and more intense by rising non-dimensional vibration frequency ratios specially when it is 1.
    Keywords: Journal bearing, reduced frequency, vibration, hydrodynamics pressure profile
  • Mohammad Reza Tavakoli, Reza Zaghian, Mehran Karbasipour, Mahdi Nili Pages 357-366
    The study of wave transmission over submerged obstacles and the flow pattern that formed around the obstacle has been always an important subject because of the affect directly on wave and the changes in wave energy that is crucial in the design of devices, which absorb wave’s energy and coastal breakwaters. In this research, the flow pattern induced by solitary wave passing over a submerged vertical thin plate has been studied. A wave maker piston has been used to generate the solitary wave and particle image velocimetry (PIV) technique has been used to flow visualization that this technique is non- introsire optic method, which can measure the fluid velocity with any changes in flow pattern. The study of the flow pattern visualization, velocity values and vorticity shows, at first the flow separation shear layer forms and the clockwise vortex generate at the rear edge of the obstacle before the wave arrives to the barrier. Then the vortex grows in size and cussed the water move upward like vertical jet on upstream. Then the fluid enters to the downstream and generates the counterclockwise vortex in this region, which is less than the first clockwise vortex in power that makes an important difference with the thick geometry researches. In addition, the non-dimensional horizontal components of fluid velocity at the time of shear layer formation at the rear edge of the plate have been studied and it has been compared with the case that the barrier is rectangular.
    Keywords: Solitary wave, Vortex, Thin Plate, Wave maker, PIV
  • Hadi Dastourani, Mohammad Reza Jahannama, Abdollah Eslami Majd Pages 367-378
    Electrospray is a branch of the scientific area of electrohydrodynamics which is based on electrical charging of liquids. The electrospray governing equations are a combination of hydrodynamic and electrostatic equations to which the addition of liquid breakup process escalates their complexity. This research work aims at developing a numerical solver to simulate the electrospray process in an emitter-disc configuration using Heptane as a working liquid under various electrical potentials. The simulation results in comparison with CFD and experimental data show good agreements both quantitatively and qualitatively. The results clearly have captured the formation of liquid flow profiles at the emitter exit demonstrating various electrospray modes. These modes initiate a microdripping mode at the lowest voltage, i.e. 3.5kV, prompting consecutively to spindle and pulsating cone-jet modes and ending in a stable cone-jet mode at the highest charging voltage, i.e. 6.5kV. In addition, it is also observed that the liquid cone and the vortex shaped within it would shrink as an increase in the electric potential is imposed. Although the increase in electric potential results in rise of the maximum magnitudes of electric field and velocity, the electric charge accumulation at all electric potential values occurs on the outer surface of the liquid flow implying its electrical conductivity.
    Keywords: Cone, Jet mode, Electrospray, Electric potential, Flow rate, Numerical simulation
  • Morteza Montazeri, Saied Mikhchin, Ali Rasti Pages 379-388
    In this paper, modeling of Min-Max controller and evolutionary multiobjective optimization for gain tuning controller of turbofan engine are presented. To achieve this purpose, first a turbofan engine is modeledin GSP software. Then engine parameters model, by using extracted GSP simulation data and based onNARX structure of neural network is developed. For model validation a test fuel signal is produced and model performance is assessed by means of it. Next, turbofan engines control requirements and constraints are described and in accordance with it a fuel controller based on Min-Max strategy is designed and diverse control loops in controller is described. Each of theseloopshas aproportionalcontroller that are knownascontrol gains of the min-max controller. Then, for determining the gains of the controller, gain tuning process is formulated as a Genetic Algorithm Optimization problem in order to GA algorithm finds the best solution by its evolutionary generations. In this optimization problem, the settling time during acceleration and deceleration, engine fuel consumption and the amount of engine emission are considered as objective functions to be minimized. The obtained results from simulation of optimized controller and engine show, the final controller not only optimizes objective functions but also satisfies all control modes of engine during acceleration and deceleration modes.
    Keywords: Turbofan Engine, NARX Structure, Min, Max Fuel Controller, Multi Objective Optimization, genetic algorithm
  • Behnam Ahmadi, Hamid Reza Talesh Bahrami, Hamid Saffari Pages 389-395
    Superhydrophobic surfaces received many applications in various industries such as desalinization, heat exchanger, anti-fog and self-cleaning surface production. In this study a wet etching process were used to produce superhydrophobic copper surfaces. The specimens were etched by multiple ferric chloride and deionized water solutions to create micro-nano structures on their surfaces. The electronic scanning electron microscopy (SEM) images of the resulted surfaces show a formation of micro-nano structures with specific templates. Contact and sliding angle measurement of surfaces after etching process show that contact angles of specimens improve to nearly 140o while sliding angle of all samples were 180o , which is the same as a rose petal property. In the next step, to promote hydrophobicity of surfaces, increase contact angle and decrease sliding angle, specimens were immersed in an ethanol and stearic acid solution with a specific concentration. As well as, effects of etching time and etchant concentration on the sliding and contact angles with/without stearic acid modification were investigated. Results show that contact angles increased and sliding angles decreased remarkably so that it reduced to lower than 10o in some cases and lotus effect were achieved.
    Keywords: Superhydrophobicity, Wet etching, Micro, nano structures, Rose petal effect, Lotus effect
  • Mahtab Aminzadeh, Ali Safavinejad, Seyed Alireza Zolfaghari Pages 396-402
    In the present study, the effect of high temperature radiant heaters’ arrangement on providing appropriate and uniform thermal conditions under asymmetric flow field have been investigated in an industrial environment. For this reason, a sample industrial environment with one inlet and outlet opening has been considered with two different types of high temperature radiant heaters’ arrangement: single radiant heater and couple radiant heaters. For the mentioned conditions, continuity equation, momentum equations, energy equation and radiative transfer equations have been solved by OpenFoam numerical solver. Also energy consumption has been evaluated in the present study. The results show that in presence of asymmetric flow field, using couple high temperature radiant heaters in comparison with single radiant heater causes more uniform temperature distribution and decrease about 10 degrees of Celsius in maximum temperature of floor. Also, this can cause to decrease about 35 percent in floor temperature distribution deviation from the average appropriate temperature (27 degrees of Celsius). Moreover, the results indicate that utilizing couple high temperature radiant heaters leads to increase in energy consumption about 10 percent in comparison with single radiant heater.
    Keywords: High, temperature radiant heater, Asymmetric flow field, Industrial environment, Uniform thermal conditions