فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هجدهم شماره 8 (آبان 1397)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هجدهم شماره 8 (آبان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/07/13
  • تعداد عناوین: 25
|
  • علیرضا فتحی*، پویا دهستانی کلاگر، حمیدرضا محمدی دانیالی صفحات 1-8
    هدف از این مقاله شبیه سازی فرایند خرج گود با استفاده از روش حل اویلری می باشد. برای این منظور از تحلیل اجزای محدود جهت شبیه سازی فرایند خرج گود استفاده شده است. در این شبیه سازی کل مدل از نوع المان های اویلری در نظر گرفته شده است. پارامتر نرخ کرنش و اثرات دمایی که تحت تغییر شکل های بسیار شدید ایجاد می-شود، در این شبیه سازی لحاظ شده است. برای صحت سنجی روش حل المان محدود، نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده در تست های آزمایشگاهی و مدل تحلیلی جت بیرخوف مقایسه شده است. مقایسه عمق نفوذ جت در فرایند شبیه سازی با نمونه مشابه آزمایشگاهی به خوبی گواه بر صحت نتایج تحلیل اجزای محدود بوده است. همچنین مقایسه پارامترهایی نظیر سرعت فروپاشی لاینر، توزیع سرعت در طول جت و نیز هندسه جت شکل گرفته نشان داده است که نتایج شبیه سازی به خوبی با نتایج مدل جت بیرخوف همخوانی داشته است. لازم به ذکر است که در این شبیه سازی از نرم افزار المان محدود آباکوس جهت تحلیل فرایند خرج گود بهره گرفته شده است.
    کلیدواژگان: خرج گود، شبیه سازی المان محدود، فروپاشی لاینر، شکل گیری جت، نفوذ جت
  • امیر حیدری* صفحات 9-18
    در این تحقیق چگونگی اثر شرایط عملیاتی بر نحوه توزیع فاز گاز در مخزن همزن دار دوفازی گاز-مایع با پره راشتون به کمک تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شبیه سازی رفتار جریان چند فازی در مخزن دو فازی گاز-مایع از دیدگاه اولری-اولری استفاده گردید. با توجه به هیدرودینامیک پیچیده و ماهیت جریان آشفته در مخزن همزن دار، رفتار جریان آشفته در مخزن بر اساس مدل RNG k-ε مدل شد. با بررسی شرایط عملیاتی بر اساس عدد بی بعد هوادهی و عدد رینولدز پره، چگونگی توزیع کسر حجمی فاز گاز در مخزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد کمترین میزان ماندگی فاز گاز در ناحیه کف مخزن الی زیر پره و بیشترین میزان ماندگی فاز گاز در ناحیه اطراف پره شکل می گیرد. با افزایش عدد رینولدز پره مشاهده شد که کیفیت اختلاط در مخزن به علت تشکیل نواحی گردابه ای بزرگتر بهبود پیدا می کند. همچنین نتایج نشان داد با افزایش عدد هوادهی و عدد رینولدز پره میزان تجمع گاز در مخزن افزایش پیدا می کند. با بررسی عدد توان پره مشاهده شد که با افزایش عدد هوادهی در رینولدز ثابت پره میزان توان مورد نیاز برای اختلاط رفتار کاهشی و در عدد هوادهی ثابت با افزایش عدد رینولدز میزان توان مصرفی افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: مخزن همزن دار دو فازی، اختلاط، شبیه سازی CFD، پره راشتون، توزیع فاز گاز
  • سید امیر حسینی مقدم، مسعود ایرانمنش*، ابراهیم جهانشاهی جواران، عابد زاده گل صفحات 19-29
    در این تحقیق، با استفاده از مدل جنبشی سرعت ثابت آنتروپیک که اخیرا معرفی شده و با بکارگیری مدل شبه-پتانسیل شان-چن، جریان دوفازی، سیال های تراکم ناپذیر و مخلوط نشدنی در بستر متخلخل مورد مطالعه قرار می گیرد. در یک دهه ی گذشته، استفاده از مدل های جنبشی آنتروپیک برای شبیه سازی جریان های چند فازی و چند جزئی مورد توجه فراوان قرار گرفته است. عدم وجود تابع آنتروپی برای یک مدل جنبشی به معنی آن است که نمی توان وجود یک حالت تعادلی مشخص و معین را تحت تمامی شرایط جریان، در تمامی نقاط و در همه ی زمان ها، برای سیال مورد نظر تضمین نمود. از این رو شبیه سازی جریان های چند فازی با اختلاف دانسیته ی بالا، با استفاده از مدل های جنبشی متعارف (که قانون دوم ترمودینامیک را ارضا نمی نمایند) می تواند دچار ناپایداری های عددی گردد. در این تحقیق، دقت و پایداری مدل آنتروپیک سرعت ثابت جدید در مقایسه با مدل های شبکه بولتزمن متعارف با بررسی مسائلی همچون قانون لاپلاس، گستره زاویه تماس و شبیه سازی جریان در کانال دو بعدی، مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین جریان دو فازی در بستر متخلخل شبیه سازی و نتایج مربوط به ضریب نفوذپذیری نسبی برای ترشوندگی های مختلف ارائه شده است. نتایج بدست آمده با دقت بسیار خوبی منطبق بر نتایج ارایه شده توسط سایر محققین می باشد
    کلیدواژگان: جریان چندفازی، مدل جنبشی آنتروپیک، روش شان-چن، بستر متخلخل، ضریب نفوذپذیری نسبی
  • وحید مومنی، مهدی سجودی *، وحید جوهری مجد صفحات 30-36
    هدف اصلی در این مقاله ردیابی آرایش توزیع شده برای سیستم های چند عامله مرتبه کسری با رویکرد رهبر-پیرو می باشد. ابتدا در مورد تابع نامزد لیاپانوف که برای بررسی پایداری سیستم کنترل شده مورد استفاده قرا میگیرد، بحث شده است. تابع نامزد معرفی شده مبتنی بر خواص ماتریس معرف گراف سیستم مورد نظر می باشد. در این مرحله از روش مستقیم لیاپانف برای پایداری سیستم های مرتبه کسری استفاده شده است. سپس با استفاده از روش کنترل مد لغزشی به طراحی کنترل کننده غیر متمرکز برای ردیابی آرایش در سیستم های چندعامله مرتبه کسری خطی می پردازیم که در آن به معرفی و اثبات کارایی ورودی کنترلی معرفی شده پرداخته شده است. در ادامه در مدل سیستم ورودی از نوع اغتشاش نیز در نظر گرفته شده و کارایی کنترل طراحی شده در حالت اعمال اغتشاش نشان داده شده است. در این بخش نشان داده شده است که کنترل کننده معرفی شده در قسمت قبل با توجه به کارایی کنترل مد لغزشی کارایی مطلوب را دارا می باشد. در قسمت دوم نیز پایداری سیستم مانند حالت نخست مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان چند مثال شبیه سازی برای راستی آزمایی نتایج ارائه شده است.
    کلیدواژگان: ردیابی آرایش، سیستم های چند عامله، کنترل توزیع شده، کنترل مد لغزشی، سیستم های مرتبه کسری
  • سپیده عیسی پور، ابوالفضل رنجبر نوعی، سید جلیل ساداتی رستمی * صفحات 37-44
    در این مقاله یک کنترل کننده ردیابی مبتنی بر شبکه عصبی ویولت تطبیقی، برای حل مشکل پایداری و کنترل کلاسی از سیستمهای غیرخطی نامعین زمان-گسسته مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم مورد مطالعه به فرم پسخورد اکید بوده و شامل غیرخطی لقی و اغتشاش خارجی می باشد و غیرخطی لقی به شکل نامتقارن در نظر گرفته شده است. این سیستمها حالت کلی تری نسبت به سیستمهای مورد مطالعه پیشین دارد و برای غلبه بر پیچیدگی پایداری آن، با استفاده از توابع پیش بین، به یک سیستم پیش بینی کننده n گام پیش رو تبدیل شده است. در اینجا از شبکه ی عصبی موجک برای تقریب توابع ناشناخته در سیستم های تبدیل شده استفاده می شود. قوانین تطبیق بر اساس قاعده ی گرادیان نزولی، برای بروزرسانی وزنهای شبکه عصبی موجک و جبران اثر پارامترهای نامعلوم لقی طراحی می شود. بر اساس تئوری لیاپانوف نشان داده می شود که همه ی سیگنالها در سیستم حلقه بسته کراندار بوده و خطای ردیابی به همسایگی کوچکی از صفر همگرا می شود. روش ارائه شده در این مقاله، بر روی یک سیستم روبات با یک بازوی مکانیکی متحرک شبیه سازی شده است و در پایان، به منظور اعتبارسنجی، نتایج روش پیشنهادی با نتایج اعمال دو کنترل کننده PID و مد لغزشی، مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: کنترل تطبیقی ردیابی، شبکه عصبی موجک، ورودی غیر خطی لقی، سیستم غیرخطی زمان گسسته، ربات تک لینک
  • فرهاد پریوش، علی قاسمی * صفحات 45-54
    کوادروتور یکی از رایج ترین مدل های پرنده بدون سرنشین با چهار ملخ محرک است که ساختار مکانیکی ساده، سبک و کوچکی دارد و در عین حال از قابلیت مانوردهی بالایی برخوردار است. با این حال، دینامیک غیرخطی و زیر تحریک این پرنده بدون سرنشین چهار ملخه نیازمند کنترل کننده های پیشرفته تری برای غلبه بر اغتشاش های خارجی، حفظ تعادل و ردیابی دقیق مسیر پرواز است. به ویژه زیر سیستم دینامیکی زیرتحریک کوادروتور نیازمند پاسخی سریع، بدون بالازدگی و با کمترین خطای حالت دائم است. در این مقاله، با بهره گیری از سیستم های فازی و مرتبه کسری، کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی فازی مرتبه کسری برای هدایت سیستم کوادروتور به منظور بهبود سرعت پاسخ گویی، دقت ردیابی و مقاومت سیستم کنترل نسبت به کنترل کننده سنتی تناسبی-انتگرالی-مشتقی طراحی شده است. ساختار کنترل کننده زیرسیستم دینامیکی زیرتحریک کوادروتور براساس تئوری کنترل حلقه داخلی-بیرونی طراحی شده که در آن از تحلیل سینماتیک معکوس صریح و تحلیلی سیستم برای ارتباط حلقه های داخلی و بیرونی استفاده شده است. همچنین، در مدل دینامیکی کوادروتور، دینامیک موتورها و اشباع محرکه ها لحاظ شده و تاثیر آن بر عملکرد کنترل کننده ها بررسی شده است. برای ارزیابی عملکرد ردیابی کنترل کننده ها یک مسیر به شکل مانور هوایی هشت طراحی شده و عملکرد کنترل کننده ها در غیاب و در حضور اغتشاش باد سنجیده شده است. دقت کنترل کننده ها در ردیابی مسیر حرکت براساس شاخص های بیشترین قدر مطلق خطا و انتگرال قدر مطلق خطا مطالعه و مقایسه شده است که نشان می دهد کنترل کننده پیشنهادی PID فازی مرتبه کسری به خوبی توانسته عملکرد سیستم را بهبود ببخشد.
    کلیدواژگان: کوادروتور، ردیابی مسیر، کنترل تناسبی-انتگرالی-مشتقی، سیستم های فازی، محاسبات مرتبه کسری
  • ایرج جلیلی، حسین یوسفیان، محمد صدیقی*، مهدی کساییان صفحات 55-60
    یکی از فرایند های شکل دهی برای ساخت مخروط فلزی بدون درز، فرایند شکل دهی چرخشی است. این فرایند به صورت گرم یا سرد، با یا بدون مندرل انجام می گیرد. در این مقاله سعی شده است امکان انجام فرایند گرم بدون مندرل برای تبدیل لوله به مخروط برای آلومینیوم 6061 بررسی شود و با استفاده از روش های حل تحلیلی رابطه ای به منظور تخمین نیروی مماسی و توان لازم برای انجام فرآیند بدست آید. از دو روش کار ایده آل و روش حد بالا (کران بالا) برای تخمین نیرو مماسی و توان مورد نیاز استفاده شده است و در نهایت روابطی یکسان برای نیرو مماسی و توان فرایند شکل دهی چرخشی حاصل گردید. این روابط می تواند به عنوان حدسی اولیه برای طراحی ماشین مورد نیاز استفاده شود. همچنین با استفاده از روابط هندسی و قانون حجم ثابت مقدار ضخامت نهایی و طول اولیه لوله محاسبه گردید. مقادیر حاصله از حل تحلیلی ضخامت نهایی و طول اولیه لوله با مقادیر آزمایش تجربی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است که خطایی کمتر از0. 5 درصد برای ضخامت نهایی و 5. 5 درصد برای پیش بینی طول اولیه لوله به دست آمده است. ضخامت نهایی در حالت تبدیل لوله به مخروط رابطه کسینوسی با زاویه مخروط دارد، لذا نسبت به تبدیل ورق به مخروط، ضخامت نهایی بیشتری را نتیجه می دهد.
    کلیدواژگان: شکل دهی چرخشی لوله، روش کار ایده آل، روش حد بالایی، مخروط فلزی، حل تحلیلی
  • فرزانه اسعدی، مرتضی عیوضی، منصور شیروانی*، سید حسن هاشم آبادی صفحات 61-70
    در این مقاله جداسازی ذرات پودر سیاه از جریان هوا با استفاده از یک جداساز چندکاناله مارپیچی به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده است و با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی، راندمان و افت فشار دستگاه در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرارگرفته است. ذرات پودر سیاه از نمونه پودرهای ایستگاه تقویت فشار ساوه تهیه شده است که میانگین اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاویر SEM ، μm 0. 327 مشخص گردید. شبیه سازی CFD جداساز چندکاناله مارپیچی برای جریان هوا پودرسیاه با نرم افزار فلوئنت انجام شده است. برای شبیه سازی اغتشاشات، از مدل اغتشاشی RNG k-ε که هم از لحاظ دقت و هم از لحاظ سرعت مناسب است، استفاده شده است. اختلاف بین نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی برای بازده و پارامتر افت فشار به ترتیب 16 درصد و 7. 15 درصد مشخص گردید. برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی، سیستم در دبی های حجمی ورودی و کسرهای جرمی جامد ورودی مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان داد که این سیستم برای جداسازی ذرات پودر سیاه مذکور، راندمانی بالای 80 درصد دارد و با افزایش دبی حجمی ورودی به میزان 40 درصد، راندمان جداسازی دستگاه به میزان 10 درصد افزایش می یابد. در صورتی که با افزایش 5 برابری کسر جرمی مواد جامد راندمان تنها 3 درصد افزایش دارد. همچنین، با افزایش دبی حجمی هوای ورودی از 80 به 140 متر مکعب بر ساعت، افت فشار جداساز حدود 50 درصد افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: پودر سیاه، جداساز کانالهای مارپیچی، راندمان جداسازی، افت فشار
  • پوریا نعیمی امینی، بهنام معتکف ایمانی * صفحات 71-80
    یکی از مهمترین محدودیتهای بهره وری در تولید، ارتعاشات ماشینکاری است. این ارتعاشات منجر به افزایش هزینه های ماشینکاری، کاهش دقت قطعات و کاهش عمر ابزار برشی می گردد. موثرترین راه حل برای افزایش پایداری فرآیند برش و حذف ارتعاشات ، افزایش صلبیت دینامیکی سازه می باشد. شیوه های مختلفی برای افزایش صلبیت دینامیکی سازه ها با استفاده از روش های کنترل ارتعاشات غیرفعال و فعال ارائه شده است. اگرچه روش های غیرفعال کنترل ارتعاشات همیشه پایدار هستند ولی دارای عملکرد محدودی می باشند. روش های فعال کنترل ارتعاشات این قابلیت را دارا می باشند که ارتعاشات را به نحو مطلوبی در شرایط مختلف میرا کنند. هدف این پژوهش افزایش صلبیت دینامیکی یک ابزار داخل تراش در مقیاس صنعتی با استفاده از میرایی فعال می باشد. فرآیند برش عمدتا در معرض تغییرات پارامترها و اغتشاشات ناشناخته خارجی است، بنابراین طراحی یک سیستم کنترل ارتعاش فعال برای فرآیند برش یک مشکل چالش برانگیز است. در این پژوهش روش کنترلی بر اساس مفهوم مشاهده گر حالت گسترش یافته برای غلبه بر این عدم قطعیتها ارائه شده است. این استراتژی در سیستم کنترل ارتعاشات ابزار داخل تراش بکار گرفته شده است. همچنین الگوریتم پسخور مستقیم سرعت نیز در کنترل حلقه بسته ارتعاشات پیاده سازی شده است. نتایج آزمون های کنترل ضربه نشان می دهد که الگوریتم های کنترلی در کاهش ارتعاشات و افزایش صلبیت دینامیکی سازه دارای عملکرد خوبی می باشند. نتایج آزمون ضربه ولتاژی نیز نشان می دهد کنترلر ADRC نسبت به کنترلر پسخور مستقیم سرعت از تلاش کنترلی کمتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: ابزار داخل تراش، میرایی فعال، کنترل ارتعاشات، روش ADRC
  • پرویز قاسمی، امید رحمانی * صفحات 81-91
    آسیب در برابر ضربه، یکی از مهم ترین انواع آسیب ها در سازه های هوایی است که می تواند به دلایل مختلفی به وجود آید. از آن جمله می توان به ضربه های سرعت پایین مانند سقوط ابزار حین تعمیر و نگه داری اشاره نمود. با ترکیب آلیاژهای آلومینیوم با کامپوزیت ها سازه هایی به دست می آیند که ضمن داشتن وزن سبک تر، نسبت به آلیاژ یک پارچه آلومینیوم، مقاومت در برابر آتش و خواص خستگی بهتری دارند. این سازه ها که چندلایه های فلز – الیاف نامیده می شوند، به عنوان جایگزین مناسب برای آلومینیوم یک پارچه در سازه های هوافضا مطرح شده اند. در این پژوهش مقاومت در برابر ضربه سرعت پایین شارپی در چندلایه فلز – الیاف شیشه (گلار) ، که توسط نانولوله های کربنی با درصدهای مختلف 0. 1، 0. 2، 0. 3 و 0. 5 تقویت شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، از روش آندایز برای آماده سازی سطح آلومینیوم استفاده شده است. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که با اضافه کردن نانولوله های کربنی چنددیواره به گلارها، جذب انرژی ضربه شارپی افزایش می یابد. بررسی ها نشان داد که بیشترین تقویت به ازای 0. 3 درصد نانولوله کربنی و به میزان 14. 36 درصد اتفاق می افتد. همچنین مقادیر مختلف نانولوله کربنی سبب ایجاد مدهای شکست متفاوت در سازه می-شود.
    کلیدواژگان: ضربه شارپی، چندلایه فلز - الیاف، گلار، نانولوله کربنی، آلومینیوم 2024-T3
  • سید محمدابراهیم علینقی مداح، سید جمال حسینی پور *، محمد بخشی جویباری صفحات 92-100
    آلیاژهای آلومینیوم به دلیل ویژگی نسبت استحکام به چگالی بالا در صنایع مختلف کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. این آلیاژها در دمای محیط قابلیت شکل پذیری مناسبی ندارند و لذا در دماهای بالا شکل دهی آنها انجام می شود. از روش های شکل دهی گرم که برای آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود می توان به کشش عمیق گرم و شکل دهی داغ با گاز اشاره نمود. این دو روش هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در این پژوهش یک فرآیند شکل دهی ترکیبی شامل کشش عمیق گرم و شکل دهی داغ با گاز1 مورد استفاده قرار گرفته است. در این فرآیند در مرحله اول با استفاده از کشش عمیق گرم پیش فرم ایجاد شده و در مرحله دوم به کمک شکل دهی داغ با گاز قطعه نهایی تولید می شود. هدف از این پژوهش ،بهینه سازی سطوح پارامترهای اصلی فرآیند برای شکل دهی قطعات مکعبی از جنس ورق آلیاژ آلومینیوم 5083 می باشد. این پارامترها شامل دما و نیروی ورقگیر در مرحله کشش عمیق و دما و فشار گاز اعمالی در مرحله شکل دهی با گاز می باشند. بهترین سطوح پارامترهای فرآیند، با استفاده از روش طراحی آزمایشات تاگوچی انتخاب گردید. نتایج نشان می دهد که در دمای 350 درجه سانتی گراد و نیروی ورقگیر 1000 نیوتن برای کشش عمیق و همچنین دمای 485 درجه سانتی گراد و فشار 0. 6 مگاپاسکال برای مرحله شکل دهی با گاز می توان به کمترین میزان نازک شدگی در قطعه دست پیدا کرد. در این شرایط حداکثر نازک شدگی 22 درصد بدست آمده است.
    کلیدواژگان: کشش عمیق گرم، شکل دهی داغ با گاز، آلومینیوم 5083، بهینه سازی، طراحی آزمایشات تاگوچی
  • بنفشه نادری، محمد مهدی هیهات* صفحات 111-121
    جریان حول استوانه در زمینه های مختلف مهندسی نمود دارد. در این مقاله جریان آرام، دو بعدی، تراکم ناپذیر و لزج نانوسیال آب- اکسید مس حول استوانه مدور تحت نوسان زاویه ایی در شرایط ناپایا در اعداد رینولدز 100، 150 و 200 به طور عددی به ازای دامنه های نوسان θ_A=π⁄4, π⁄2 ، نسبت فرکانس های مختلف نوسانF=0. 5, 1, 2 و کسرهای حجمی نانوذرات در محدوده 0≤φ≤0. 03 شبیه سازی شده است. معادلات حاکم شامل پیوستگی، مومنتم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود در یک شبکه بندی ترکیبی به طور عددی حل شده اند. ضریب هدایت حرارتی و ویسکوزیته دینامیکی موثر نانوسیال به کمک مدل تجربی کورچیونه تخمین زده شده است. اثرات کسر حجمی نانوذرات و پارامترهای نوسان بر ضریب انتقال حرارت متوسط بررسی شد و مشاهده شد که در محدوده قفل شدگی گردابه ها، مقدار ضریب انتقال حرارت به طور قابل ملاحظه ایی افزایش می یابد. هدف اصلی مقاله، تعیین ارجحیت دو مکانیزم افزایشی انتقال حرارت شامل افزودن نانوذرات به سیال پایه و اعمال نوسان بر استوانه است. ارزیابی این دو مکانیزم حاکی از اینست که استفاده از نانوسیال در مقایسه با اعمال نوسان زاویه ایی به استوانه، سبب افزایش بیشتر نرخ انتقال حرارت می شود. نتایج نشان می دهد که مقدار افزایش ضریب انتقال حرارت در اثر اعمال نوسان زاویه ایی در θ_A=π⁄4 و F=1 نسبت به استوانه ساکن در جریان سیال آب بین 4. 25 تا 15. 83 درصد، مقدار افزایش ضریب انتقال حرارت در اثر افزودن نانوذرات اکسید مس در φ=0. 03 به سیال پایه در استوانه ساکن، بین 20. 49 تا 31. 26 درصد و مقدار افزایش ضریب انتقال حرارت در اثر ترکیب دو مکانیسم بین 70. 76 تا 113. 56 درصد است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، استوانه با نوسان زاویه ایی، افزایش انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت متوسط
  • حسنی شکری، محمدحسن کیهانی، محمود نوروزی * صفحات 122-132
    در این مطالعه به بررسی ناپایداری انگشتی در جابجایی سیال نیوتنی توسط سیال ویسکوالاستیک به کمک روش طیفی و تبدیلات هارتلی در محیط ناهمگن پرداخته شده است. از مدل وایت- متزنر به عنوان معادله ساختاری استفاده شده است. این مدل به خوبی قادر به ارائه رفتار باریک شوندگی و الاستیک سیال ویسکوالاستیک می باشد. ناهمگنی محیط به دو صورت مختلف در نظر گرفته شده است. در حالت اول نفوذپذیری در مقطع عرضی به صورت نمایی کاهش می یابد. این حالت، ناهمگنی کاهشی نامیده شده است. در حالت دوم نفوذپذیری محیط ابتدا روند افزایشی خواهد داشت و در میانه مقطع عرضی به حداکثر مقدار خود می رسد و سپس کاهش می یابد. این نوع ناهمگنی، ناهمگنی سهموی نامیده شده است. نتایج شامل کانتورهای غلظت، منحنی های طول اختلاط و بازده جاروبی خواهد بود. می توان ملاحظه نمود که در حالت اول درجه ناهمگنی تاثیر چندانی روی ساختار انگشتی ها نخواهد داشت. با این حال افزایش این پارامتر موجب کاهش طول اختلاط و افزایش بازده جاروبی خواهد شد. در حالیکه با تغییر درجه ناهمگنی در حالت دوم، ساختار انگشتی ها به شدت تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. همچنین در این حالت افزایش درجه ناهمگنی، افزایش طول اختلاط و کاهش بازده جاروبی را به دنبال دارد. همچنین در هر دو حالت، خاصیت باریک شوندگی سیال ویسکوالاستیک موجب ناپایدارتر شدن جریان خواهد شد. هرچند به نظر می رسد این تاثیر در محیط با ناهمگنی سهموی کمتر است.
    کلیدواژگان: ناپایداری انگشتی، سیال ویسکوالاستیک، مدل وایت- متزنر، محیط ناهمگن
  • سید محمد میری، حمیدرضا جشنانی * صفحات 133-141
    با توجه به کاربرد وسیع ورق ها، مخصوصا ورق های دایروی در صنعت و همچنین بهره گیری گسترده از تکنولوژی نانو جهت پشت سر گذاشتن مرزها و محدودیت های هریک از شاخه های علوم فنی و مهندسی، به ویژه علم مکانیک، علم مواد و...، اهمیت مبحث ارتعاشات (و کمانش) ناشی از اختلاف دما و یا بارهای حرارتی، در این مقاله، توسعه داده شده و تدوین روابط مربوط به ارتعاشات نانو ورق های دایروی گرافنی تک لایه، در محیط حرارتی مورد مطالعه، بحث و بررسی قرار گرفته است. روابط تاثیرات اختلاف دما بر روی ارتعاشات آزاد ورق گرافنی دایروی تک لایه با در نظر گرفتن یک تخلخل که به صورت دایروی فرض شده و می تواند اندازه و محل دلخواه داشته باشد، از طریق بهره گیری از تئوری غیر موضعی (غیرمتمرکز یا غیر محلی) ارینگن، پرداخته شده است. جهت حل معادلات به صورت تحلیلی، روش جداسازی متغیرها، ترکیب تئوری انتقالی توابع بسل، بکار گرفته شده است. نتایج حاصل از اعمال تغییراتی در انواع پارامترهای هندسی و فیزیکی و شرایط تکیه گاهی و مرزی مختلف بر روی فرکانس طبیعی ورق تک لایه گرافنی دایروی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در مواردی هم پدیده کمانش حرارتی نیز مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: ورق گرافنی، الاستیسیته غیر محلی، اثرات حرارتی، تئوری انتقالی ترکیبی، تخلخل ناهمرکز
  • جلال ترابی، رضا انصاری خلخالی * صفحات 142-150
    مشاهدات تجربی نشان داده اند که رفتار مکانیکی مواد در مقیاس میکرو و نانو به واسطه تاثیر مشخصه های ابعادی، وابسته به اندازه می باشد. از آنجا که تئوری های کلاسیک مکانیک محیط پیوسته امکان در نظر گرفتن اثرات وابسته به اندازه را ندارند، استفاده از تئوری های غیر کلاسیک به منظور تحلیل رفتارهای مکانیکی میکرو و نانو سازه ها مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، فرمول بندی المان محدود به منظور بررسی خمش میکرو ورق های مربعی با سوراخ دایروی تحت بار گسترده یکنواخت بر اساس تئوری الاستیسیته سه بعدی گرادیان کرنش ارائه می شود. بدین منظور المان شش وجهی هشت گرهی پیوسته مرتبه یک معرفی می شود که در آن علاوه بر مقادیر مولفه های میدان جابجایی، مشتقات مراتب بالاتر آنها نیز به عنوان مقادیر گره ای در نظر گرفته شده اند. در ابتدا روابط حاکم بر اساس تئوری گرادیان کرنش و مدل الاستیسیته سه بعدی ارائه شده و سپس با توجه به المان معرفی شده، فرمول بندی المان محدود بیان می گردد. لازم به ذکر است با در نظر گرفتن مقدیر خاص برای ضرایب تئوری گرادیان کرنش، می توان نتایج مربوط به تئوری های گرادیان کرنش اصلاح شده و تنش کوپل اصلاح شده را به دست آورد. به منظور نشان دادن کارایی المان معرفی شده، در ابتدا همگرایی و دقت نتایج مورد بررسی قرار گرفته و سپس تاثیر پارامترهای هندسی بر تحلیل خمش میکرو ورق سوراخ دار مورد ارزیابی قرار می-گیرد.
    کلیدواژگان: المان محدود، خمش، میکرو ورق سوراخ دار، گرادیان کرنش، الاستیسیته سه بعدی
  • ایوب خداپرست، علی جبار رشیدی*، بهرام کریمی صفحات 151-162
    در این مقاله کنترل کننده ی پیش بین مقید با استفاده از توابع لاگر برای کنترل سمت و عمق یک شناور زیرسطحی هوشمند در حضور اغتشاشات طراحی شده است. شناور زیرسطحی هوشمند به دلیل دینامیک غیرخطی کوپل شده، نامعینی های پارامتری و اغتشاشات خارجی ناشی از محیط زیر آب دارای پیچیدگی زیادی است. علاوه بر این شناور زیرسطحی در نظرگرفته شده در این مقاله، دارای قیود موجود بر روی عملگرها می باشد که این محدودیت ها بر پیچیدگی کنترل آن افزوده است. در این تحقیق ابتدا دینامیک غیرخطی شناور زیرسطحی هوشمند مدل سازی می شود و در ادامه طراحی کنترل کننده پیش بین مقید انجام می شود. در طراحی کنترل کننده ی پیش بین مقید از توابع متعامد لاگر به منظور بهینه سازی و کاهش بار محاسباتی در بازه زمانی استفاده شده است. از مزایای کنترل کننده ی طراحی شده می توان به برخط و بهینه بودن، دقت بالا، قابلیت پیاده سازی، برخورد هدف مند با قیود و همچنین دارا بودن خواص مقاوم در برابر اغتشاشات اشاره کرد. به منظور نشان دادن کارایی روش، کنترل کننده ی پیشنهادی بر روی شناور زیرسطحی مورد نظر شبیه سازی شده و مقایسه ای بین زمان محاسبات کنترل کننده با استفاده از توابع لاگر و بدون استفاده از آن صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی، کارایی و موثر بودن کنترل کننده ارائه شده را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شناور زیرسطحی هوشمند، کنترل کننده پیش بین، کاهش زمان محاسبات، توابع لاگر
  • محمد امین قاسمی، سید رضا فلاحتگر * صفحات 163-172
    استفاده از پوشش ها در صنایع مختلفی، به منظور بهبود خواص سطحی مواد مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مودهای خرابی متداول در این ساختارها، جدایش پوشش از بستر از ریشه ترک های کانالی شکل می باشد. در این مقاله، روش المان گسسته به منظور شبیه سازی فرآیند ایجاد و گسترش خرابی در اثر اختلاف ضرایب انبساط حرارتی بین پوشش و بستر، از ریشه یک ترک کانالی شکل، مورد استفاده قرار گرفت. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک، به طوری که سفتی بستر بیشتر از پوشش و ضریب انبساط حرارتی پوشش به مراتب بیشتر از بستر است، در نظر گرفته شد. همچنین خواص فصل مشترک به صورت میانگین هندسی از خواص بین پوشش و بستر می باشد. بارگذاری نیز به صورت کاهش دما به کل مجموعه اعمال شد. اثر پارامترهایی نظیر اختلاف ضرایب الاستیک بین پوشش و بستر و همچنین ضخامت پوشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش اختلاف سفتی بین پوشش و بستر و همچنین کاهش ضخامت پوشش، اختلاف دمای مورد نیاز برای ایجاد جدایش اولیه در فصل مشترک، افزایش پیدا کرد. از دیگر نتایجی که می توان به آن اشاره کرد، تغییر در الگوی گسترش خرابی اولیه ایجاد شده، به ازای تغییر در اختلاف سفتی بین پوشش و بستر بود به طوری که، در پوشش هایی که سفتی به مراتب کم تری نسبت به بستر دارند، گسترش آسیب در داخل پوشش اتفاق افتاد اما برای پوشش های که اختلاف سفتی آن ها با بستر کم تر است، گسترش آسیب تنها در فصل مشترک ادامه پیدا کرد.
    کلیدواژگان: ساختارهای شامل پوشش و بستر، روش المان گسسته، جدایش، ایجاد و گسترش خرابی
  • پوریا امیدوار *، مهران خیرخواهان، خسرو حسینی صفحات 173-182
    مطالعه تغییرات شکل سطح بستر رسوبی ناشی از حرکت جریان آب و ردیابی حرکت ذرات رسوب به علت ماهیت پیچیده خود یکی از مسائل مورد علاقه محققین در علم مکانیک سیالات می باشد. در دهه اخیر، مدل سازی جریان سیال به کمک روش های لاگرانژی از جمله روش هیدرودینامیک ذرات هموار بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه جهت انجام مدل سازی از توسعه کد متن باز اسفیزیکس دوبعدی بهره گرفته می شود و برای مدل سازی رفتار فاز رسوبات از مدل ویسکوپلاستیک μ (I) استفاده می شود که این مدل بر اساس ویژگی های دانه ها از جمله اینرسی و ضریب اصطکاک به دست آمده است. در ابتدا، برای بررسی عملکرد مدل ویسکوپلاستیک به کار گرفته شده در کد برای مساله تک فاز، از مدل آزمایشگاهی فروپاشی ستون دانه ای استفاده می شود که در آن میانگین گیری هارمونیک میان ویسکوزیته ذرات به کار می رود. مقایسه نتایج در این مرحله با مدل آزمایشگاهی بیان گر عملکرد مناسب مدل ویسکوپلاستیک می باشد. در ادامه، با توسعه کد به جریان دو فاز نیوتنی-غیرنیوتنی و اعمال ویسکوزیته هارمونیک برای تعامل ذرات دانه ای و استفاده از معادله اون برای تعامل دو فاز مختلف ، مساله شکست سد بر روی بستر متحرک مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاکی از آن است که مدل به کار گرفته شده در این تحقیق دقت قابل قبولی در مقایسه با مدل آزمایشگاهی دارد و می تواند برای شبیه سازی سیستم های دوفازی آب- رسوب به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار، مدل رئولوژیکی? (I)، معادله اون، شکست سد با بستر متحرک
  • احسان بختیاری، کبری قرئلی *، سید فرشید چینی صفحات 183-192
    در این پژوهش به بررسی دو بعدی ایرفویل SD7037 در حرکت دینامیکی ودرحضور شرط مرزی لغزشی بصورت عددی پرداخته شده است. حرکت دینامیکی ایرفویل، حرکتی هارمونیک بوده است؛ بطوریکه فرکانس نوسانات ودامنه ی آن ها به حدی بوده که ایرفویل متحمل پدیده ی استال دینامیکی شده است. استال دینامیکی هنگامی ایجاد می شود که حرکت غیریکنواخت ایرفویل، سبب ایجاد گردابه های استال دینامیکی شود. این گردابه ها که گردابه ی لبه ی جلویی وگردابه ی لبه ی پشتی هستند، بارهای آیرودینامیکی را بشدت افزایش می دهند. تحلیل این پدیده هنگامی چالش برانگیز است که شرط مرزی لغزشی بر دیواره ایرفویل حاکم باشد. این شرط مرزی خاص، عموما مشخصه ی سطوح فوق آبگریز است. سطوح فوق آبگریز می توانند بطور بالقوه از یخ زدگی پره جلوگیری کنند. مشخصه ی بارز این سطوح، وجود سرعت لغزشی بر دیواره است. سرعت لغزشی قطعا در تحلیل آیرودینامیک مساله تاثیر دارد که هدف اصلی این مقاله است. برای نیل به این هدف، ایرفویل دوبعدی در عدد رینولدز Re≈4×?10?^4 با ابزار دینامیک سیالات محاسباتی وبا استفاده از مدل توربولانسی Transition-SST تحلیل شده است. نتایج حاکی از آن بودند که نه تنها شرط مرزی لغزشی بر بارهای آیرودینامیکی اثر قابل توجه داشته است، بلکه رژیم های استال دینامیکی را نیز دستخوش تغییر کرده است. بطوریکه در طول های لغزشی بالاتر 100 میکرومتر، مقدار بیشینه ی ضریب برآ را به میزان 16% کاهش داده است.
    کلیدواژگان: پره ی توربین بادی، استال دینامیکی، شرط مرزی لغزشی، فوق آبگریزی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • شهاب یوسفی زاده دیبازر، غلامرضا صالحی*، سیدمحمدحسین شریفی، مجید اسحق نیموری صفحات 193-201
    مدیریت گرمای اتلافی در صنایع سنگین بهره وری در این حوزه را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. سیکل رنکین آلی به عنوان یک تکنولوژی مناسب جهت بازیافت حرارت اتلافی و تولید الکتریسیته برای منابع گرمایی با دماهای متوسط و پایین معرفی شده است. عملکرد سیکل رنکین آلی همانند سیکل رنکین معمولی می باشد با این تفاوت که از سیال ارگانیک با دمای جوش کم جهت بازیابی از منابع دارای دمای پایین تر استفاده می شود. در این مقاله سیکل پایه رنکین آلی (BORC) و دو سیکل رنکین آلی با زیرکش (DRORC, SRORC) ، برای 5 سیال مختلف مورد تحلیل انرژی و اکسرژی قرار گرفته و در ادامه تحلیل ترمواکونومیکی و بهینه سازی سیکل های اشاره شده توسط الگوریتم ژنتیک برای منبع گرمایی با شرایط ثابت انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد از بین سیال های موجود، R113بهترین عملکرد را دارا می باشد. مقدار فشار و دمای بهینه ورودی توربین، در مقایسه با حالتی که تنها بازده اکسرژی در نظر گرفته می شود کاهش می یابد. با تغییر سیکل ساده به سیکل دارای یک زیرکش در حدود12. 5% و از سیکل ساده به سیکل دارای دو زیرکش حدود 18. 75% تغییر در مقدار هزینه مخصوص تولید توان مشاهده می شود. با افزایش درجه فوق گرم ورودی توربین نیز مقدار هزینه مخصوص تولید توان افزایش و بازده اکسرژی سیستم کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: سیکل رنکین آلی، حرارت اتلافی، اکسرژی، ترمواکونومیک، الگوریتم ژنتیک
  • کاوه عباسی *، علی صیامی، بابک خدابنده لو، مسعود آسایش صفحات 202-208
    مدل اجزا محدود دقیق یک ابزار کارآمد در تحلیل های ارتعاشی است. در استفاده از مدلهای اجزا محدود دینامیک سازه توجه به این نکته ضروری است که مدل باید بتواند به صورت دقیق مقادیر دلخواه مانند فرکانس های طبیعی را پیش بینی کند. برخلاف تحلیل های استاتیکی بیش تخمین نمودن مقادیر و استفاده از ضرایب اطمینان در مقادیر پیش بینی شده، در دینامیک سازه، محلی از اعراب نخواهد داشت؛ بدین معنا که در تحلیل های ارتعاشی می بایست مقدار دقیق مشخصه های سازه، مانند فرکانس طبیعی، استخراج گردد. با توجه به این مطلب، بنا کردن مدل قابل اطمینان در دینامیک سازه همواره محل بسیاری از پژوهش ها تحلیل های ارتعاشی بوده است. در پژوهش حاضر تلاش می گردد تا با استفاده از نتایج تجربی، مدل اجزا محدود قابل اطمینانی برای یک ردیف از یک نمونه از توربین رولزرویس، استخراج گردد. در این مسیر خواص جنس دیسک و اتصال بین دیسک و پره با استفاده از نتایج تجربی اصلاح و به روزرسانی شده است. همچنین تلاش شده است تا روشی جدید پیشنهاد شود تا اتصال دیسک و پره مدلسازی و به روزرسانی شود. در نهایت مدل اجزا محدود اصلاح شده را می توان جهت تحلیلهای بعدی سازه، مانند استخراج دیاگرام کمپل آن به کار برد.
    کلیدواژگان: مدلسازی اجزا محدود، به روز رسانی مدل، توربین گاز، آنالیز مودال، اتصال دیسک و پره
  • قاسم حیدری نژاد *، رقیه واشقانی فراهانی صفحات 209-220
    موضوع ایمنی در مقابل آتش در تونل ها امری بسیار حیاتی است چراکه بسته بودن محیط تونل عواقب ناشی از تصادفات و سوانح را به طور چشمگیری افزایش می دهد. بنابراین لازم است که هنگام بروز آتش سوزی با انجام اقدامات مناسب توسعه آتش سوزی و گسترش دود در تونل کنترل گردد. سیستم تهویه به منظور کنترل دود و سیستم اطفاء برای جلوگیری از رشد و توسعه آتش در تونل استفاده می شود. در این تحقیق با استفاده از کد متن باز شبیه ساز دینامیک آتش (FDS) ، آتش سوزی داخل تونل همراه با عملکرد سیستم های تهویه و اطفاء شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش نرخ جریان آب باعث افزایش ظرفیت خنک سازی سیستم اطفاء می شود، همچنین با افزایش نرخ جریان آب از 320 به 1280 لیتر بر دقیقه تضعیف شار تشعشعی رسیده به پایین دست آتش از 40% به بیش از 75% افزایش می یابد. با فعال سازی سیستم اطفاء با قطر میانگین 100 و 1000 میکرومتر، اختلاف دما با محیط به ترتیب حدود 70% و 34% کاهش می یابد. در مورد ناحیه پایین دست با کاهش اندازه قطر قطره از 1000 تا 100 میکرومتر تضعیف تشعشعی از 58% تا 93% افزایش می یابد. جریان هوا منجر به انتقال قطرات به پایین دست آتش می شود و افزایش نرخ جریان هوا باعث کاهش تضعیف تشعشعی این سیستم در مورد ناحیه بالادست آتش می گردد. موقعیت آبپاش های فعال شده نسبت به منبع آتش نیز بر توانایی خنک سازی و تضعیف تشعشعی سیستم اثر می گذارد. سیستم اطفاء با کاهش دمای دود، سیستم تهویه را قادر می سازد تا با سرعتی کمتر از سرعت تهویه بحرانی از تشکیل لایه برگشتی دود جلوگیری کند.
    کلیدواژگان: تونل، آتش سوزی، سیستم تهویه، سیستم اطفاء، نرم افزار FDS
  • احمد امین زاده، امیر صفری، علی پرویزی * صفحات 221-228
    به علت توسعه استفاده از ورق های ترکیبی در صنعت حمل ونقل، درک رفتار شکل پذیری آن ها برای تولید محصولاتی باکیفیت بالا در فرآیندهای شکل دهی به ویژه کشش عمیق، اهمیت بالایی پیداکرده است. با توجه به استحکام متفاوت مواد پایه و وجود منطقه جوش، شکل پذیری ورق های ترکیبی غالبا کمتر از فلزات پایه است. مقایسه جابه جایی خط جوش و عمق کشش ورق های ترکیبی تولید شده با دو روش جوشکاری لیزر و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، از جمله اهداف این پژوهش می باشد. به علت ایجاد منطقه محدودتر متاثر از حرارت و سوراخ کلیدی مناسب، جوشکاری لیزر نسبت به سایر روش های جوشکاری برای تولید این ورق ها در اولویت است. پارامترهای فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به دلیل تاثیر زیاد بر تغییرات پیچیده ناحیه پلاستیک و متاثر شدن الگوی سیلان ماده و توزیع دما در ورق های ترکیبی، بسیار با اهمیت می باشند. در این مقاله، با طراحی آزمایش های تجربی، تاثیر نیروی ورق گیر و سرعت خطی جوشکاری بر عمق کشش و جابه جایی خط جوش ورق های ترکیبی بررسی شده است. همچنین سختی ناحیه جوش حاصل از این فرآیندها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت خطی جوشکاری لیزر، میزان عمق کشش و جابه جایی خط جوش افزایش یافته است. با افزایش سرعت خطی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نیز میزان جابجایی خط جوش و عمق کشش افزایش یافته است. همچنین سختی ناحیه جوش لیزر بیشتر از سختی ناحیه مربوط به جوش اصطکاکی می باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزر، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ورق های ترکیبی، جابه جایی خط جوش
  • حامد صادقی، مجید علی طاولی، ابوالفضل درویزه * صفحات 229-240
    در مقاله حاضر، مدلی معادل با ابعاد متفاوت و همچنین با ابعاد و ماده متفاوت در مقایسه با جسم اصلی برای سازه های حساس به نرخ کرنش تحت ضربه نرخ بالا با استفاده از روش بدیع تشابه محدود ارائه شده است. روش تشابه محدود این امکان را فراهم می سازد که آزمایش روی مدل انجام گیرد. در این روش با استفاده از اصول موضوعی (قانون بقای جرم، قانون بقای مومنتوم، قانون بقای انرژی و قانون بقای آنتروپی) که همواره برای هر سیستمی صادق است، مشخصات مدل تعیین می شود و تعمیم نتایج مدل به جسم اصلی امکان پذیر می گردد. روابط برای هر دو مورد اسکیلینگ ابعادی و اسکیلینگ همزمان ابعادی/ماده ای سازه های حساس به نرخ کرنش ارائه گردیده است. به منظور بررسی کارآیی روابط ارائه شده، نتایج عددی برای ورق های دایروی تحت ضربه تعیین شده اند. لازم به ذکر است که نتایج عددی با استفاده از نرم افزار المان محدود ال اس-داینا به دست آورده شده اند که در طی آن، اثرات نرخ کرنش با استفاده از روابط ساختاری کوپر-سیموندز و جانسون-کوک در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که ورق اسکیل شده با ابعاد ده برابر کوچکتر و همچنین ساخته شده از ماده متفاوت نسبت به ورق اصلی، پاسخ های ورق اصلی را با دقت بسیار مطلوبی پیش بینی می نماید.
    کلیدواژگان: اسکیلینگ، تشابه محدود، نرخ کرنش، ضربه، ورق
  • رامین امینی*، محمد اکبری ماکویی، سید مجتبی موسوی نژاد صفحات 241-249
    در این مطالعه در ابتدا به بیان و معرفی کامل روش بدون شبکه محلی پترو-گلرکین بر پایه تابع شعاعی پرداخته می شود. در این راستا با استخراج معادلات جریان سیال در کانال شیبدار با جریان یکنواخت سعی شده است با استفاده از مبانی ریاضی روش بدون شبکه، معادله ی لاپلاس جریان رابطه‏سازی شود. عدم نیاز به هیچگونه شبکه ی پیش ضمینه، تطابق مناسب با شرایط مرزی و دقت بالا از ویژگی های این روش می باشد. در ادامه به منظور صحت سنجی، یک مثال عددی که دارای پاسخ تحلیلی می باشد، به کمک این روش حل و با پاسخ های دقیق مقایسه گردیده است. نتایج نشان می‏دهد روش باقی مانده وزنی به عنوان یک روش کارآمد و دقیق برای دست‏یابی به پاسخ های تقریبی معادله های دیفرانسیل در روش های بدون شبکه بندی مورد توجه قرار می گیرد. در نهایت در مساله ی جریان در کانال، با استفاده از تابع شکل شعاعی که در محیط متلب پیاده شده است، مقدار سرعت بین گره ها در کانال شیب دار با جریان یکنواخت تقریب زده می شود. مثالی عددی با استفاده از این روش مورد بررسی قرار گرفته، با نتایج حاصل از روش ایزوژئومتریک و روش تحلیلی مقایسه شده و به تعیین کانتورهای سرعت پرداخته شده است. نتایج در سطح مطلوب با نتایج ناشی از حل تحلیل منطبق است. نتایج حاصل نشان-دهنده ی دقت بالای روش بدون شبکه محلی پترو-گلرکین بر پایه تابع شعاعی در مدلسازی مساله جریان آب داخل کانال شیب دار است.
    کلیدواژگان: کانال شیبدار، روش بدون شبکه محلی پترو-گلرکین، مدلسازی جریان سیال، تابع پایه شعاعی
|
  • Alireza Fathi *, Pouya Dehestani Kolagar, Hamid Reza Mohammadi Daniali Pages 1-8
    The aim of this paper is simulation of shaped charge process using Eulerian analysis. To this end, the finite element analysis was used to simulate the process of shaped charge. In this simulation, whole of the model has been considered from Eulerian elements. Verification of finite element method has been confirmed by comparing simulation with experimental tests and Birkhoff model. Comparison of penetration depth in finite element analysis with experimental samples has shown that the results are in good agreement with each other. Also comparing parameters such as liner collapse velocity, velocity distribution in jet length and jets profile has indicated that the simulation results are close to Birkhoff model. It should be noted that ABAQUS finite element software is used in this simulation to analyze the process of shaped charge.
    Keywords: Shaped charge, Finite element simulation, Liner collapse, Jet formation, Jet penetration
  • Amir Heidari * Pages 9-18
    In this contribution, behavior of gas phase distribution in a two phase gas-liquid stirred vessel with Rushton turbine was studied by computational fluid dynamic (CFD) technique at different operational conditions. Multiphase flow regime in the in the two phase gas-liquid vessel was modeled by Eulerian-Eulerian multiphase flow approach. Due to complex hydrodynamics and turbulent flow in the agitated vessel, RNG k-ε was used to simulate turbulence flow behavior. With study of operational conditions by means of Aeration and impeller Reynolds dimensionless numbers, distribution of gas phase volume fraction was studied in the vessel. The results showed minimum hold up of the gas phase exists between vessel bottom up to impeller and maximum gas phase hold up is formed in the impeller zone. Also, it was observed due to the formation of larger vortex areas with increase in impeller Reynolds number the mixing quality in the vessel improves. Furthermore, it was shown that increase in Aeration and impeller Reynolds numbers enhances gas phase holdup in the vessel. Study of impeller Power number showed that with increase in Aeration number the amount of mixing power is reduced at constant Reynolds number. Also, it was observed that increase in Reynolds number enhances power consumption at constant Aeration number.
    Keywords: Two phase stirred vessel, Mixing, CFD simulation, Rushton impeller, gas phase distribution
  • Seyed Amir Hosseini Moghaddam, Masoud Iranmanesh *, Ebrahim Jahanshahi Javaran, Abed Zadehgol Pages 19-29
    In this research work, using the recently introduced entropic constant speed kinetic model and employing the Pseudo-Potential model of Shan and Chen (SC), two phase flow of incompressible and immiscible fluids through porous media is studied. Applications of the entropic kinetic models in simulating multi-phase and multi-component flows have been thoroughly investigated, during the past decade. Lack of an entropy function, in a kinetics based model, implies that the existence of a unique equilibrium state, under all flow conditions and for all positions and times, cannot be guaranteed by the model. Hence, simulation of two multi-phase flows with high density ratios, using the conventional kinetic models (which do not satisfy the second law of thermodynamics) may not yield proper results, due to numerical instabilities. In this research, performing numerical simulations, the accuracy and stability of the recently introduced constant speed kinetic model and the conventional lattice Boltzmann models have been compared with each other. The present simulations include the verification of the Laplace Law and the contact angles and two phase flow through simple channels. In addition to the above, two phase flow in porous media has been simulated and the relative permeability vs wettability has been reported. The obtained results are in excellent agreement with previous results reported by others researchers.
    Keywords: Multiphase flow, Entropic kinetic model, Shan-Chen method, Porous media, Relative permeability coefficient
  • Vahid Momeni, Mahdi Sojoodi *, Vahid Johari Majd Pages 30-36
    The main purpose of this paper is to the distributed formation tracking for fractional order multi agent systems with the leader-follower approach. First, it discusses the Lyapunov candidate function used to check the stability of the controlled system. The introduced candidate function is based on the properties of the matrix representing the desired system graph of the system. In this phase, the Lyapunov direct method is used to determine the stability of fractional order systems. Then, using sliding mode control, a decentralized controller design for tracking in fractional multi agent systems is presented in which it introduces and verifies the introduced control inputs. In the model, the input system is also considered as a disturbance type, and the control efficiency designed in turbulence mode is shown. In this section, it is shown that the controller introduced in the previous section has a desirable efficiency due to the sliding mode control. In the second section, the stability of the system, such as the first section, is investigated. at the end of this paper, several simulation examples are developed for controlling the performance of the controller.
    Keywords: Formation tracking, Multi agent systems, Distributed control, Sliding mode control, Fractional order systems
  • Sepideh Esapour, Abolfazl Ranjbar N., Seyed Jalil Sadati Rostami * Pages 37-44
    In this paper, an adaptive wavelet neural network tracking controller is studied for solving control and stability problem of a class of uncertain nonlinear systems. The considered systems in this paper are of the discrete-time form in pure-feedback structure and include the backlash and external disturbance. The backlash nonlinearity input appears non-symmetric in the systems. These systems are more general than those in the previous work. There are major difficulties for stabilizing such systems and in order to overcome the difficulties, by using prediction function of future states, the systems are transformed into an n-step-ahead predictor. The wavelet neural networks are used to approximate the unknown functions and unknown backlash in the transformed systems and the adaption laws are to update neural weights and to compensate for the unknown parameter of backlash. Based on the Lyapunov theory, it is shown that the proposed controller guarantees that all the signals in the closed-loop system are bounded and the tracking error converges to a small neighborhood of zero. The simulation of a Single-link robot arm system is provided to verify the effectiveness of the control approach in the paper. Finally, in order to validate, the results of the proposed method are compared with the results of PID and sliding mode controller.
    Keywords: Adaptive Tracking control, Wavelet Neural Network, Backlash Nonlinear input, Nonlinear Discrete-time systems, Single Link Robot
  • Farhad Parivash, Ali Ghasemi * Pages 45-54
    Quadrotor is one the most popular models of unmanned aerial vehicles with four actuated propellers which has a simple, light weight, small mechanical structure and high maneuverability. However, its nonlinear under-actuated dynamics needs more advanced controllers for rejection of external disturbances, balancing and precise trajectory tracking. In particular, the under-actuated subsystem of the quadrotor's dynamics needs a fast response without overshoot and steady state error. In this paper, fuzzy fractional-order proportional-integral derivative (FOFPID) controller is designed for quadrotor control system using fuzzy and fractional order systems to improve response speed, tracking accuracy and system robustness respect to the conventional PID controller. Controller architecture of the under-actuated subsystem of the quadrotor's dynamics is designed based on the inner-outer loop control theory which is employed explicit and analytical inverse kinematic of system to connect the inner and outer loops. Also, dynamics of the motors and actuators saturation are considered in the quadrotor’s dynamics model and their effects are studied on the controllers' performance. In order to evaluate tracking performance of controllers, trajectory of an eight aerial maneuver is designed and controllers’ performance is assessed in the absence and presence of wind disturbance. Trajectory tracking accuracy of the controllers is studied according to the maximum absolute error and integral of absolute error criterions and is compared that shows the proposed FOFPID controller has successfully improved performance of the quadrotor system.
    Keywords: Quadrotor, Trajectory Tracking, PID Control, Fuzzy Systems, Fractional Calculus
  • Iraj Jalili, Hossein Yousefian, M. Sedighi *, Mehdi Kasaeian Pages 55-60
    The tube spinning process is one of the forming processes to fabricate conical seamless tubes. This process is done warm or cold, with or without mandrel. In this article, the possibility of forming of an Al-6061 conical tube by hot die-less spinning process has been investigated. An estimation of tangential force and required power can be obtained by analytical methods. So, the ideal work and upper bound methods have been utilized to derive equations for calculation of tangential force and required power of forming. An identical result was acquired for the two methods. The proposed equations can be used in design stage of the process. Furthermore, final thickness and initial length of the tube have been calculated by using of geometrical relations and constant volume law. The proposed formulation has been compared by experimental results. The final thickness and initial length of the tube are in good agreement with experimental results. An error of 0.5% and 5.5% were observed for final thickness and initial length, respectively. The obtained equation for the final thickness is a cosine function of the conical angle. Hence, it predicts higher final thickness in comparison with the sheet spinning process.
    Keywords: Tube spinning, Ideal work method, upper bound method, metallic cone, analytical solution
  • F. Asaadi, M. Eyvazi, M. Shirvani *, S.H. Hashemabadi Pages 61-70
    In this paper, the separation black powder from air flow experimentally have been studied by spiral-channels dust separator and the efficiency and pressure drop of spiral-channels dust separator has been investigated by CFD simulations in different operating conditions. Powder particles have been tested from a sample of powders of Saveh Strengthening Station, whose average particle size has been determined by DLS and SEM images processing, 0.327 micrometers. CFD simulation of spiral-channels dust separator has been done with FLUENT software. The RNG k-ε turbulent model as an optimal turbulence model has been used. The difference between the experimental and the simulation results was revealed around 16% and 7.15% for efficiency and pressure drop parameters respectively. To illustrating the effect of operating condition, the various flow rate and solids mass fraction were investigated and results showed that maximum efficiency is the highest input volumetric flow rate. Also, the results showed that this system has the efficiency of more than 80% for separating Black Powder particles and with increasing 40% of the volumetric flow rate, the separation efficiency increased up to 10%. If, by increasing the mass fraction of solids by 5 times, the efficiency increased only by 3%. The pressure drop of the separator increased up to about 50% with increasing the volumetric flow rate from 80 to 140 m3/hr.
    Keywords: Black powder, Multi-channel spiral separator, Separation efficiency, Pressure drop
  • Pooria Naeemi Amini, Behnam Moetakef, Imani * Pages 71-80
    One of the most important constraints on manufacturing productivity is the machining vibrations. This vibrations may cause increase in machining costs, lower accuracy of products and decrease tool life. The effective solution for increasing cutting process stability and vibration suppression is to improve structural dynamic stiffness. There has been presented different techniques for enhancing dynamic stiffness of structures using passive and active vibration control methods. Although passive vibration control methods are always stable, they exhibit limited performance. In active control methods, vibrations can be effectively damped over a various conditions. The aim of this research is to enhance the dynamic stiffness of an industrial boring bar by using active damping. Cutting process mainly exposed to parameter perturbations and unknown external disturbances, therefore, designing an active vibration control system for cutting process is a challenging problem. In this research an extended state observer based control strategy was proposed that can overcome these uncertainties. The proposed strategy was implemented into an active vibration control system for a boring bar. Moreover, the direct velocity feedback is successfully implemented in the vibration control loop. The results of impact tests indicate that the control algorithms have a great performance in suppressing vibrations and increasing the structural dynamic stiffness. Voltage impact results show that ADRC controller spends less control effort than direct velocity feedback controller.
    Keywords: Boring bar, active damping, vibration control, ADRC method
  • Parviz Ghasemi, Omid Rahmani * Pages 81-91
    Impact damage is one of the most important failure types for aircraft structures, which can come from variety of reasons. Such impacts can realistically be predictable for the duration of the life of the aerospace structure and can cause internal damage that is often challenging to identify and can produce rigorous drops in the strength and stability of the structure. By combination of monolithic Aluminum alloys with composites, structures will be achieved that has weight lighter than monolithic aluminum alloys and better fire and fatigue resistance. These structures, that called fiber metal laminates, are developed as a suitable alternative to monolithic aluminum in aerospace structures. In this research, impact resistance of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) /glass aluminum reinforced laminates (GLAREs) is investigated at variety concentrations of 0.1, 0.2, 0.3 and 0.5 wt% of MWNTs. Here, anodizing method is used for preparation of aluminum surface. The results showed that by adding MWNTs to GLAREs, energy dissipation is increased in charpy impact test. Investigation showed maximum energy dissipation at 14.36% in 0.3 wt% of CNTs. Also different fracture modes observed for different concentration of carbon nanotubes.
    Keywords: Charpy Impact, Fiber Metal Laminate, GLARE, Carbon Nanotube, AL 2024-T3
  • Seyed Mohammad Ebrahim Alinaghi, Maddah, Seyed Jamal Hosseinipour *, Mohammad Bakhshi, Jooybari Pages 92-100
    Aluminum alloys have become widespread in the various industries due to the characteristic of high strength-to-density ratio. These alloys do not have a suitable formability at ambient temperature so they formed at high temperatures. The main hot forming methods used for aluminum alloys include deep drawing and gas forming. Both of these methods have their own advantages and disadvantages. In this study, a combined process involving deep drawing and gas forming has been used. In this process, the first step is to create a pre-formed deep drawing and in the second stage, the final piece is produced by gas forming process. The purpose of this study is to optimize the levels of the main process parameters for the shaping of cubic parts of aluminum sheet 5083 sheet. These parameters include the temperature and blank-holder force of deep drawing stage and the temperature and gas pressure at the gas forming stage. The best levels of process parameters were selected using the Taguchi experimental design method. The results show that the temperature at 350 ° C and the blank-holder force of 1000 N for deep drawing, as well as the temperature of 485 ° C and the gas pressure of 0.6 MPa for the gas forming stage, can be achieved with the least degree of thinning in the specimen. The maximum thinning achieved is 22%.
    Keywords: Warm deep drawing, Hot metal gas forming, Aluminum alloy 5083, Optimization, Taguchi method
  • Banafshe Naderi, Mohamadmehdi Heyhat * Pages 111-121
    Fluid flow over a cylinder is appeared in differenet engineering fields. In this article, laminar, two-dimensional, incompressible and viscous CuO-water nanofluid flow around a circular cylinder with angular oscillation in unsteady regime at Reynolds numbers of 100, 150 and 200 in amplitudes of θ_A=π⁄4,π⁄2 and different oscillation frequency ratios of F=0.5, 1, 2 and volume fractions of nanoparticles in the range of 0≤φ≤0.03 is simulated numerically. Governing equations include continuity, momentum and energy equations have been solved numerically for a combined grid via finite volume method. Effective thermal conductivity and dynamic viscosity of nanofluid were estimated by Corcione empirical model. The effects of volume fraction of nanoparticles and oscillation parameters on the average heat transfer coefficient were investigated and concluded that at vortex Lock-on region, the amount of heat transfer coefficient increased significantly. The main target of this article is to determine the preference of two mechanisms of heat transfer enhancement include adding nanoparticles to the base fluid and applying oscillation to the cylinder surface. Evaluation of this two mechanisms indicates that using nanofluid in compared with applying rotational oscillation to the cylinder, leads to more heat transfer enhancement rate. Results show that heat transfer coefficient enhancement due to rotational oscillation of the cylinder at θ_A=π⁄4 and F=1 compared with the stationary cylinder in water flow is between 4.25 and 15.83%. Moreover, the amount of heat transfer enhancement of nanofluid at φ=0.03 compared with the base fluid in stationary cylinder is between 20.49 and 31.26%.
    Keywords: Nanofluid, Angular Oscillating Cylinder, Heat Transfer Enhancement, Average Heat Transfer Coefficient
  • Hosna Shokri, Mohammad Hasan Kayhani, Mahmood Norouzi * Pages 122-132
    In this study, the fingering instability in displacement of Newtonian fluid by viscoelastic fluid through heterogeneous media is investigated using spectral method and Hartley transforms. The White- Metzner model has been used as the constitutive equation. This model can be presented the shear- thinning and elastic behaviors of viscoelastic fluid very well. The heterogeneity of the media is considered in two different types. In the first case, the permeability of medium exponentially decreases in the transversely section. This case is named decreasing heterogeneity. In the second case, the permeability of the medium will initially be increasing and it reaches to its maximum at the middle of the cross-section and then decreases. This type of heterogeneity is called parabolic heterogeneity. The results are included concentration contours, mixing length and sweep efficiency. It can be seen that in the first case, the degree of heterogeneity has little effect on the structure of fingers. However, increasing in this parameter leads to decrease in mixing length and increase in sweep efficiency. But, in the latter case, with the change in the degree of heterogeneity, the finger structure will be strongly affected. In addition, in this case, increasing the degree of heterogeneity will increase the mixing length and reduce the sweep efficiency. Also, in both cases, the flow becomes more unstable by the shear thinning property of viscoelastic fluid. Although it seems this effect is less in medium with parabolic heterogeneity.
    Keywords: Fingering instability, Viscoelastic fluid, White- Metzner model, heterogeneous media
  • Seyyed Mohammad Miri, Hamid Reza Jashnani * Pages 133-141
    Considering broad applications of sheets, specially circular sheets in the industry and the widespread use of nanotechnology to pass from limitations of each branches of science, particularly mechanics of materials and also importance of vibration (or buckling) due to temperature changes or thermal loads, in this thesis, development of relative relations of circular single layer nanographene sheets’ vibrations due to temperature changes, were studied. Nonlocal thin plate theory of Eringen is employed to investigate effects of thermal environment on the behavior of circular single-layer graphene sheet freely vibration containing a circular perforation of arbitrary size and location. In order to analytically solve the equation of motion, the separation of variables method in conjunction with the translational addition theorem for Bessel functions is used. The results of changing various geometric and physical parameters and different kinds of restrains and boundary conditions on the natural frequency of a single layer circular graphene sheet were examined and discussed. In some cases, thermal buckling phenomenon was observed.
    Keywords: Graphene sheet, nonlocal elasticity, thermal effects, translational addition theorem, eccentric perforation
  • Jalal Torabi, Reza Ansari * Pages 142-150
    Experimental studies indicates that the mechanical behavior of materials at micro and nano scales are size-dependent. Since the classical continuum mechanics theories cannot capture the size effect, employment of different non-classical theories has received a considerable attention among researchers. In this study, the finite element formulation is presented to investigate the bending of square microplates with circular hole subjected to uniform pressure based on the three-dimensional strain gradient elasticity theory. For this account, the 8-node C^1 continuous hexahedral element is introduced in which, in addition to the values of displacement components, some related higher-order mix derivatives are further considered as nodal values. The governing equations are derived based on the strain gradient theory and three-dimensional elasticity model and the finite element formulation is presented using the introduced element. Note that by considering some specified values for coefficients of strain gradient theory, the numerical results can be obtained for modified strain gradient theory and modified couple stress theory. To demonstrate the efficiency of the proposed finite element, the convergence and accuracy of the results are firstly checked and then the impacts of geometrical parameters on the bending of microplates with circular hole are studied.
    Keywords: Finite element, Bending, Microplate with circular hole, strain gradient, three-dimensional elasticity
  • Ayoub Khodaparast, Ali Jabar Rashidi *, Bahram Karimi Pages 151-162
    In this paper, a constrained predictive controller is designed using Laguerre functions to control the depth and steering of an autonomous underwater vehicle considering underwater disturbances. Due to under-actuated nonlinear coupled dynamics, parameters uncertainty, external underwater disturbances autonomous underwater vehicles are complicated. Moreover, the underwater autonomous vehicle investigated in this study includes constraints on actuators leading a more complex problem. In this study, first, the nonlinear dynamics of the autonomous underwater vehicle utilized for the controller design has been modeled. Then, Laguerre orthogonal functions were used in the constrained predictive controller design for reducing computational time and accelerating optimization process. Optimized, online, high precision, implementation capability, consider constraints purposefully and robust properties against disturbances can be mentioned as the most important advantages of designed controller. In addition, predictive control method is robust against disturbances. To monitor the methods’ performance, the autonomous underwater vehicle was modeled and then a comparison between the controller's calculation time with and without the Laguerre functions was also represented. At the end, the simulation results obtained from this controller, using Laguerre functions, showed the efficiency and effectiveness of the proposed solution.
    Keywords: Autonomous Underwater Vehicle, Predictive Controller, Reduce Computational Time, Laguerre Functions
  • Mohammad Amin Ghasemi, Seyedreza Falahatgar * Pages 163-172
    Coatings are used in various industries in order to improve the surface properties of materials. Delamination of coatings from their substrate, at the root of channel cracks, is one of the common failure modes in these structures. In this paper, discrete element method is used in order to simulate the initiation and propagation of damages, caused by the mismatch between the thermal expansion coefficients of coating and substrate. Coating and substrate are considered to be brittle elastic in which, substrate is stiffer than the coating, but the thermal expansion coefficient of coating is considered to be much greater than substrate. The interface properties are also considered to be the geometric average between the coating and substrate. Temperature reduction is applied to the whole structure as loading. The effect of elastic mismatch and coating thickness was investigated. The results showed that, by increasing the elastic mismatch and decreasing the coating thickness, the temperature reduction, need to delamination initiation at the interface, increased. Also, changing in the damage propagation pattern was happened by changing in the elastic mismatch. In coatings with high elastic mismatch, damage propagation was happened inside them but by increasing the stiffness, damage propagation happened at the interface.
    Keywords: Coating, substrate structure, discrete element method, delamination at the interface, damage initiation, propagation
  • Pourya Omidvar *, Mehran Kheirkhahan, Khosrow Hosseini Pages 173-182
    The investigations of changes in bed surface of sediment due to the fluid flow and tracing sediment motion are complex and attractive for the researchers. In the recent decade, modeling of fluid flow using the Lagrangian methods, e.g. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), is of interest. In this study, the open-source two dimensional SPHyiscs code is used to model the two phase Newtonian and non-Newtonian flows using the μ(I) visco-plastic model, which is obtained according to particle properties including inertia and friction coefficient. First, and in order to study the visco-plastic model, the one phase code is extended to non-Newtonian and the SPH results are compared with the experimental model of the collapsing granular column, where a harmonic interpolation is used for the viscosity of particles. In this stage, the comparison of the SPH model with the experimental data shows a good agreement. Then, the numerical method is utilized for the simulation of Newtonian dam-break fluid flow over a movable bed. The proposed model treat sediments as a non-Newtonian fluid using μ(I) model, by implementing the harmonic interpolation for the viscosity coupled with the Owen’s relation at the interface. Results show that the proposed model has a capability for simulating two-phase water sediment systems.
    Keywords: Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method, ?(I) rheological model, Owen?s equation, dam break problem with movable bed
  • Ehsan Bakhtiari, Kobra Gharali *, Seyed Farshid Chini Pages 183-192
    Dynamic motion of a 2D SD7037 airfoil is investigated numerically in presence of a slip boundary condition. The dynamic motion of the airfoil is a harmonic oscillation, where the frequency and the amplitude of oscillations were adequate to airfoil to undergoing dynamic stall phenomenon. Dynamic stall occurred when the dynamic motion of the airfoil causes dynamic stall vortices, resulting in leading edge and trailing edge vortices which lead to rising the aerodynamic loads significantly. Analyzing the phenomena is challenging especially when a slip boundary condition exists near the airfoil wall. This particular condition is the general property of super-hydrophobic surfaces. These surfaces could potentially prevent the blade from icing. The main characteristic of these coatings is the appearance of a slip velocity on the wall. The slip velocity can affect the airfoil aerodynamics which is the main purpose of this paper. In this regard, a 2D airfoil with the Reynolds number of Re≈4×〖10〗^4 is analyzed using computational fluids dynamics (CFD). The Transition-SST model is applied. The results showed that not only the slip condition affects the aerodynamic loadings, but also the dynamic stall regimes changed considerably. So that for slip lengths higher than 100 micrometers, the maximum magnitude of the lift coefficient damped by 16%.
    Keywords: wind turbine blade, dynamic stall, slip boundary condition, super-hydrophobicity, CFD
  • Shahab Yousefizadeh Dibazar, Gholamreza Salehi *, Seyed Mohammad Hesein Sharifi, Majid Eshagh Nimvari Pages 193-201
    The waste heat management in heavy industry significantly increase productivity in this sector. Organic Rankine cycles (ORCs) are appropriate technology for the conversion of low quality thermal energy to electrical power. The Organic Rankine Cycle(ORC) applies the principle of the steam Rankine cycle, but uses organic working fluids with low boiling points can be used to recover heat from lower temperature heat sources. In this study the performances of three different organic Rankine cycles (ORCs) systems including the basic ORC (BORC) system, the single-stage regenerative ORC (SRORC) system and the double-stage regenerative ORC (DRORC) system using five different working fluids under the same waste heat condition are optimized by thermo-economic method using genetic algorithm. The results indicate that the R113 has the best performance between fluids. The optimized turbine inlet temperature and pressure in comparison with when exergy efficiency uses only, decreases. By changing basic Rankine cycle to the single-stage regenerative and the double-stage regenerative cycles, 12.5% and 18.75% change in specific power cost occurs respectively. Also results indicate that, as superheat degree in turbine inlet increases, the specific power cost increase and the exergy efficiency of system decreases.
    Keywords: Organic Rankine Cycle, Waste Heat, Exergy, Thermo-economic, Genetic algorithm
  • Kaveh Abbasi *, Ali Siami, Babak Khodabandeloo, Masood Asayesh Pages 202-208
    The precise finite element model is an efficient tool for vibrational analysis. It should be mentioned that, in structural dynamic analysis finite element models of system should be able to accurately predict system characteristics such as natural frequencies. Contrary to static analysis, in structural dynamic analysis, it is not possible to overestimate system characteristics or apply safety factor for predicted characteristics; that means that the exact values of system characteristics such as natural frequencies, should be derived in structural dynamic. According to this, constructing a reliable model in the structure dynamic always has great degree of importance in vibrational analysis. In this study, it has been tried to extract a reliable finite element model for a row of a sample turbine of RollsRoyce brand using empirical results. So, the material properties of the disk and the connection between the disk and the blade are corrected and updated using experimental modal analysis results. Also, it has been tried to propose new method to model and update the disk and blade joint. Finally, reliable finite element model could be used for more analysis such as derivation of Campbell diagrams of system.
    Keywords: Finite Element Modeling, Model updating, Gas Turbine, Modal Analysis, Disc, blade joint
  • Ghassem Heidarinejad *, Roghaye Vasheghani Farahani Pages 209-220
  • Ahmad Amin Zadeh, Amir Safari, Ali Parvizi * Pages 221-228
    Due to higher demands for tailor welded blanks (TWBs) applications in transportation industry, it is worthy to understand their forming characteristics in manufacturing processes, especially the deep drawing, in order to produce products with higher qualities. Due to differences between the base materials strength as well as existence of the welding zone, the formability of TWBs is frequently less than the base metals. Comparison of weld line movement and drawing depth in TWBs designed and produced by laser welding and friction stir welding are the aims of this study. Because of creation of limited heat affected zone area and suitable keyhole, laser welding is more appropriate for TWBs production comparing to the other welding processes. The parameters of the friction stir welding process are very important due to having high influence on complicated plastic zone variation, material flow pattern and temperature distribution in TWBs sheets. In this paper, having designed the experiments, the effect of blank holder force and linear welding velocity on drawing depth and weld line displacement of TWBs have been investigated. Moreover, the harnesses of the weld zone in both processes have been examined. Results show that by increasing the linear velocity of laser welding, the amount of weld line displacement and drawing depth will be increased. Furthermore, the higher linear velocity of friction stir welding will result into the higher weld line displacement and drawing depth. Likewise, the harnesses of the laser welding zone are higher than those ones for friction stir welding zone.
    Keywords: Laser Welding, Friction Stir Welding, Tailor Welded Blanks (TWBs), Weld Line Movement
  • Hamed Sadeghi, Majid Ali Tavoli, Abolfazl Darvizeh * Pages 229-240
    At present paper, an equivalent model with different dimensions and also with different dimensions and material in comparison with main body for strain rate sensitive structures subjected to high rate loading is presented by using the novel finite similitude method. The finite similitude method provides performing a test on the model instead of the original sample. This method is used to obtain the properties of model and to reverse the obtained results for model to main body by using the principles of nature (the law of conservation of mass, the law of conservation of momentum, the law of conservation of energy and the law of conservation of entropy) which is always true for any system. The relationships for both pure dimensional and simultaneously dimensional/material scaling of strain rate sensitive structures are presented. To evaluate the efficiency of the proposed relationships, the numerical results are obtained for impacted circular plates. It should be mentioned that the numerical results are obtained by using the finite element software LS-Dyna in which the strain rate effects are considered into account by using the Cowper-Symonds and Johnson-Cook constitutive equations. The results indicate that the scaled plate to one tenth of its original dimensions and also made of different material in comparison with original plate predicts the response characteristics of the original plate with a very good accuracy.
    Keywords: Scaling, Finite Similitude, Strain Rate, Impact, Plate
  • Ramin Amini *, Mohammad Akbarmakoui, Seyed Mojtaba Mosavi Nezhad Pages 241-249
    In this study first the meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method by Radial Basis Function (RBF) has been explained entirely. In this way the governing channel flow expression that is based on the Laplace equation is expanded. In MLPG method, the problem domain is represented by a set of arbitrarily distributed nodes and Quadrature radial basis function is used for field function approximation and local integration is used to calculate the integrals. In the following, MLPG method is verified by exact solution in a numerical example. The Results show that MLPG method presented high accuracy and capability for solving the governing equation of the problem. Finally the velocity field is approximated in middle of nodes by RBF (MatLab code was adopted) in the uniform flow in a sloped channel problem. The MLPG results are compared with the isogeometric analysis (IA) method in the tutorial numerical example of Fluid flow modeling in channel, the velocity contours is detected, and their accuracy is demonstrated by means of several examples. The results showed good conformity compared to available analytical solution. The obtain results explain that Application of meshless method in Fluid flow modeling in channel show the applicability and efficiency of the meshless local Petrov-Galerkin method by Radial Basis Function method.
    Keywords: Sloped Channel, Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) Methods, Fluid Flow Modeling, Radial Basis Function