فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 8 (آبان 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 8 (آبان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/27
  • تعداد عناوین: 40
|
  • محرم حبیب نژاد کورایم *، سعید رفیعی نکو، نعیم یوسفی لادمخی صفحات 1-12
    در طراحی کنترل، اطلاعات کامل بازخورد اغلب ضروری است. در بازوهای مکانیکی با مفاصل انعطاف پذیر، اندازه گیری تغییرات زوایای بازوها میسر است ولی اندازه گیری تغییرات عملگرها به سادگی قابل اندازه گیری نیست. از طرفی اندازه گیری متغیرهای حالت همواره دارای نویز سیگنالی است و فضای کاری بازوهای مکانیکی مخلوطی از اغتشاشات هست. بنابراین وجود یک رویت گر و تخمین گر غیرخطی مطلوب، جهت بهبود عملکرد سیستم دینامیکی موردنظر، امری ضروری است. روش معادله ریکاتی وابسته به حالت یکی از بهترین روش های کنترل بهینه غیرخطی می باشد. سیستماتیک بودن این روش، فرمول بندی و انجام محاسبات را ساده کرده و کنترل طیف وسیعی از سیستم های دینامیک غیرخطی )به شرط پایدار پذیر بودن( را در بر می گیرد که از مزایای این روش محسوب می شود. در اکثر روش های کنترل غیرخطی از تکنیک های خطی سازی مدل استفاده می شود اما در این روش فضای حالت مستقیم به صورت غیرخطی مورد استفاده قرار می گیرد که یکی از علل دقت و انعطاف پذیری در طراحی نسبت به سایر روش ها می باشد. هدف این مقاله، طراحی کنترل کننده و تخمین گر مبتنی بر روش معادله ریکاتی وابسته به حالت است که باوجود اغتشاشات، نویز سیستم های اندازه گیری و محدودیت های سیستم (عملگر و حس گرها)، تا حد امکان متغیرهای خروجی سیستم به مقدار طراحی (مطلوب) نزدیک شده و رفتار سیستم به رفتار حقیقی ربات نزدیک تر می شود. در این پژوهش ابتدا فرمولاسیون کنترل کننده و رویت گر بیان گردیده است، سپس این روند برای بازوی سه درجه آزادی با مفاصل انعطاف پذیرطراحی و شبیه سازی شده است. در ادامه فرایند طراحی به صورت تجربی برای ربات آزمایشگاهی اسکات پیاده سازی شده و نتایج صحه گذاری به دست آمده است.
    کلیدواژگان: معادله ریکاتی وابسته به حالت، کنترل کننده، رویت گر و تخمین گر، مفاصل انعطاف پذیر_ نویز و اغتشاش
  • مهدی ظهور*، سید مسعود سید امیرخانی صفحات 13-20
    در این مقاله به بررسی تاثیر هندسه سطح مقطع قطعه کار در جوشکاری اصطکاکی دورانی برای آلیاژ آلومینیوم 7075-T6 پرداخته شده است. جوشکاری از نوع اصطکاکی دورانی پیوسته بوده و قطعات موردبررسی دارای طول 75 میلی متر، و قطر 25 میلی متر بوده اند. جوشکاری اصطکاکی دورانی این آلیاژ تحت تغییر متغیرهای سرعت چرخشی (N) و زمان اصطکاکی (t1) در دو سطح و با ثابت نگه داشتن فشار اصطکاکی (P1)، فشار آهنگری (P2) و زمان آهنگری (t2) انجام گرفت. سرعت های چرخشی مورد انتخاب مقادیر 2000 دور بر دقیقه و 2500 دور بر دقیقه بوده و هندسه قطعات موردبررسی در سه شکل متفاوت در پیشانی قطعه کار و به صورت استوانه ای در نظر قرارگرفته است. نتایج حاصل از آزمایش ها و نتایج شبیه سازی حرارتی- مکانیکی با استفاده از روش المان محدود در ناحیه جوش مقایسه گردید. برای تایید روش آنالیز و صحت نتایج شبیه سازی فرایند جوشکاری اصطکاکی، مقایسه ای بین نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی انجام شد و همسانی خوبی را نشان داد. نظر به این که نتایج تجربی متنوع، زمان بر و پرهزینه است، لذا تصمیم گرفته شد تا به کمک یک روش دیگر مثل شبیه سازی به کمک المان محدود، نتایج بیشتری ارائه گردد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد تغییر در هندسه سطح مقطع قطعه کار در استحکام کششی، طول قطعات و پلیسه تشکیل شده در ناحیه جوش یک عامل موثر بوده و با تغییر هندسه سطح مقطع قطعه کار، می توان خواص ناحیه جوش را بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: (جوشکاری اصطکاکی، سرعت دورانی، دما، المان محدود)
  • محمد مهدی خیری خواه*، علیرضا خدایاری، مریم تاتلاری صفحات 21-28
    امروزه، آلیاژهای حافظه دار به علت توان بالا، حجم کم و سازگاری با بدن انسان، به صورت گسترده در ساخت عملگرها در اندام پروتزی و تجهیزات پزشکی استفاده می-شوند. در این مقاله کنترل فازی یک نمونه واقعی انگشت مصنوعی با استفاده از خواص عملگر های آلیاژ حافظه دار ارائه می شود. بدین منظور ابتدا مدل دینامیکی یک انگشت رباتیک سه درجه آزادی با مفاصل چرخشی که از سیم آلیاژ حافظه دار به عنوان زردپی به منظور جمع شدن هر بند انگشت و یک فنر پیچشی به منظور بازگرداندن هر بند به محل اولیه استفاده می کند، ارائه می شود. پس از شبیه سازی مدل دینامیکی انگشت در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، با استفاده از نتایج شبیه سازی و انتخاب بهینه ی پارامترها و ویژگی های سیستم، نمونه ی واقعی انگشت به همراه مدارات کنترلی لازم ساخته شده و مورد آزمایش قرار می گیرد. در انتها به طراحی و پیاده سازی سیستم کنترل فازی برای انگشت پرداخته می شود. تنظیم گین های کنترلر به گونه ای صورت پذیرفته که ولتاژ ورودی به این عملگرها دارای حداقل میزان ماکزیمم پرش و خروجی سیستم دارای حداقل زمان رسیدن به پایداری باشند. نتایج حاصل از آزمایش های عملی، عملکرد مناسب کنترلر فازی طراحی شده در دستیابی به موقعیت هر یک از بندهای انگشت به عنوان خروجی، با خطای کم و دقت بالا را نشان می دهد. همچنین نتایج آزمایشات عملی، اعتبار، دقت بالا و صحت مدل شبیه سازی شده را تایید می نماید.
    کلیدواژگان: انگشت مصنوعی، آلیاژ حافظه دار، شبیه سازی، ساخت نمونه، کنترل فازی
  • بهروز مشهدی*، محمد امین وصال صفحات 29-36
    در این مقاله به بررسی الگوریتم شناسایی موانع پیرامون خودرو هوشمند و چگونگی هدایت آن روی جاده پرداخته می شود. برای این منظور جاده در طول و عرض به تعدادی سلول تقسیم بندی می شود. فرض بر این است که نقاط اشغال شده سلولها توسط وسایل خاصی مشخص می شود و یک ماتریس متناظر خانه های پر و خالی جاده تولید می-شود. در این ماتریس، سلول های پر با عدد یک و سلول های خالی با عدد صفر نشان داده شده اند. در مرحله ی بعد با تحلیل ماتریس به دست آمده در نرم افزار متلب خودرو هدایت می شود. در این تحلیل ابتدا موقعیت خودرو و موانع مشخص می شود. سپس با توجه به شرایط جاده و موقعیت موانع، دستورات لازم برای هدایت خودرو تعیین می شود. در صورت نیاز به تغییر خط، با توجه به انحنای جاده و فاصله ی خودرو تا مانع، مسیر مناسب برای حرکت خودرو انتخاب می شود. در این مقاله برای اولین بار در راه هدایت خودرو هوشمند، جاده به عنوان یک ماتریس صفر و یک در نظر گرفته شده است. در این روش ماتریس جاده با گذشت زمان به روز رسانی می شود و امکان تحلیل نوع حرکت خودرو از میان موانع را فراهم می سازد. همچنین الگوریتم استفاده شده در حل مساله بسیار ساده می باشد.
    کلیدواژگان: الگوریتم، تقسیم بندی سلولی، ماتریس جاده، تغییر خط
  • محسن اصغری، سید مهدی رضاعی، محمد زارعی نژاد* صفحات 37-46
    عملگرهای پیزوالکتریک میکرونی علیرغم داشتن خواص فوق العاده از قبیل رزولوشن بالا، پاسخ سریع، بازه فرکانسی کاری گسترده، سختی بالا، حجم کم و ساختار مکانیکی ساده، دارای رفتار غیر خطی هستند که دستیابی به دقت مورد نیاز را با چالش مواجه میسازد. وجود هیسترزیس میان ولتاژ اعمالی و موقعیت عملگر، مهمترین رفتار غیر خطی است که در صورت عدم جبران، منجر به بروز خطای قابل ملاحظه ای در موقعیت دهی میگردد. در این مقاله از یک کنترلر مقاوم مود لغزشی در ترکیب با روئیتگر اغتشاش نامعلوم برای کنترل موقعیت میکرونی استفاده شده است. علاوه بر این از یک مدار خودحسگری فعال نیز برای تخمین موقعیت عملگر در کنترلر حلقه بسته استفاده شده است. روش خودحسگری مورد استفاده بر مبنای رابطه خطی بین بار الکتریکی صفحات الکترودها و موقعیت عملگر است. مهمترین مزایای روش پیشنهادی عبارتند از: عدم نیاز به حسگر موقعیت خارجی، عدم استفاده از اپراتوری برای مدلسازی هیسترزیس (و عکس آن) و دقت بالاتر و عملکرد بهتر نسبت به کنترلرهای متداول سنتی مثل تناسبی- انتگرالی. نتایج تجربی به دست آمده دقت بالای روش پیشنهادی در موقعیت دهی میکرونی را تایید میکند.
    کلیدواژگان: عملگر پیزوالکتریک، هیسترزیس، خودحسگری، کنترلر مود لغزشی، روئیتگر اغتشاش نامعلوم
  • محمدحسن کیهانی، حسنی شکری، محمود نوروزی* صفحات 47-54
    در این مطالعه، ناپایداری انگشتی لزج در جابجایی مخلوط شدنی سیال نیوتنی بوسیله سیال ویسکوالاستیک، مورد بررسی قرار گرفته است. مدلسازی سیال ویسکوالاستیک توسط معادله ساختاری کریمینال- اریکسن- فیلیبی صورت گرفته است. سادگی و وابستگی توابع رئولوژیک به نرخ برش از مزایای این معادله ساختاری محسوب می شود. همچنین برای نمایش این وابستگی از مدل کاریو- یاسودا استفاده شده است. در شبیه سازی غیرخطی، با کمک روش طیفی و تبدیلات هارتلی به بررسی تاثیر توابع رئولوژیک سیال ویسکوالاستیک جابجا کننده بر روی این ناپایداری پرداخته شده است. نتایج ارائه شده شامل کانتورهای غلظت، منحنی های میانگین غلظت عرضی، طول اختلاط و بازده جاروبی خواهد بود. نتایج نشان می دهد با تغییر پارامترها در جهت افزایش ویسکوزیته سیال ویسکوالاستیک جابجا کننده، از شدت ناپایداری کاسته شده و شاهد افزایش بازده جاروبی و کاهش طول اختلاط خواهیم بود. همچنین تغییر پارامترها در جهت افزایش ضریب اختلاف تنش نرمال اول در این نوع سیال، در آغاز بازده جاروبی را افزایش داده و سپس با پیشروی زمانی انگشتی ها، کاهش می دهد. این در حالیست که این عامل تاثیر چندانی بر روی طول اختلاط دو سیال نخواهد گذاشت. علاوه بر این، در ناپایداری انگشتی ویسکوالاستیک همانند انگشتی های لزج، مکانیزم های مختلف غیرخطی تعامل انگشتی ها همچون اثر انتشار، بهم پیوستگی و شکافتگی نوک انگشتی ها در کانتورهای غلظت قابل مشاهده است.
    کلیدواژگان: ناپایداری انگشتی، سیال ویسکوالاستیک، معادله ساختاری کریمینال، اریکسن، فلیبی
  • جواد زحمتی، حسین امیرآبادی* صفحات 55-64
    سطوح با فرم آزاد، به شکل وسیعی در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. این سطوح، سطوحی پیچیده بدون تقارن محوری می باشند به همین دلیل بازرسی چنین سطوحی به وسیله ماشین های اندازه گیری مختصات مجهز به حسگر (پراب) تماسی، نیازمند استراتژی نمونه برداری مناسبی می باشد. استراتژی نمونه برداری یکی از عوامل اصلی ایجاد خطا روی هندسه جایگزین می باشد. در ماشین های اندازه گیری مختصات استراتژی نمونه برداری تعداد نقاط نمونه (اندازه نمونه) و موقعیت (نحوه توزیع) این نقاط را روی سطح تعیین می کند. بنابراین، نقاط نمونه باید توسط استراتژی های متناسب با سطح و با در نظر گرفتن ویژگی های سطح، روی سطح توزیع شوند. اغلب استخراج چنین اطلاعاتی (تعداد و نحوه توزیع نقاط نمونه روی سطح) به دلیل ماهیت پیچیده سطوح با فرم آزاد، با مشکلاتی روبرو می باشد. در کار حاضر برای اولین بار یک استراتژی نمونه برداری تطبیق پذیر با استفاده از الگوریتم بهینه ساز توده ذرات جهت نمونه برداری از سطوح با فرم آزاد، پیشنهاد شده است. استراتژی پیشنهادی با دو استراتژی رایج نمونه برداری از سطح، مقایسه و انحراف بین هندسه جایگزین و مدل CAD، استخراج شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد در روش پیشنهادی انحراف بین هندسه جایگزین و مدل CAD، دو تا سه برابر (بسته به تعداد نقاط نمونه) کمتر از روش های مرسوم می باشد، بنابراین اثر بخشی بالای روش پیشنهادی را نسبت به سایر روش ها، نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بازرسی، سطوح با فرم آزاد، استراتژی های نمونه برداری، بهینه سازی، ماشین اندازه گیری مختصات
  • حسین محمدی رکن آبادی، محمد جواد محمودی* صفحات 65-74
    هدف این مقاله بررسی آسیب پیشرونده در یک لایه کامپوزیتی زمینه فلزی با استفاده از کوپل روش میکرومکانیکی و دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می باشد. روش میکرومکانیکی، روش بر پایه المان حجمی نماینده معروف به روش سلول واحد ساده شده می باشد که قابلیت بررسی پیشرونده بودن آسیب و رفتار پلاستیک در المان حجمی نماینده را دارد. آسیب مورد بررسی به صورت ایزوتروپ و غیرایزوتروپ بر اساس دیدگاه مکانیک آسیب پیوسته می باشد. کامپوزیت مورد بررسی کامپوزیت کربن/آلومینیم می باشد. رفتار زمینه به صورت ایزوتروپ و الاستوپلاستیک و رفتار الیاف به صورت ایزوتروپ عرضی و الاستیک و آرایش الیاف درون زمینه به صورت منظم می باشد. مدل رفتار الاستوپلاستیک زمینه به صورت رفتار دوخطی و روش حل، روش تقریب متوالی می باشد. با توجه به مطالعات پیشین در دسترس، کامپوزیت سیلیکون کارباید/تیتانیوم جهت اعتبارسنجی و مقایسه با داده های تجربی مورد توجه قرار می گیرد. اثر درصد حجمی الیاف در روند پیشروی آسیب مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که با افزایش بارگذاری طولی و عرضی، متغیر آسیب در جهات الیاف وعمود بر الیاف رشد کرده و مدول یانگ طولی و عرضی موثر کامپوزیت کاهش می یابد. همچنین نتایج تایید می کنند که در بارگذاری طولی و درنظرگیری آسیب غیرایزوتروپ، پیشروی آسیب در جهت الیاف بیشتر از رشد آن در جهت عمود برالیاف می باشد، در حالیکه تحت بارگذاری عرضی رشد آسیب در جهات عمود بر الیاف سریع تر است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی، مکانیک آسیب پیوسته، میکرومکانیک، آسیب غیرایزوتروپ
  • فرامرز طلعتی کلاسر*، محمد تقیلو صفحات 75-86
    استفاده از مواد تغییر فاز دهنده به منظور افزایش ظرفیت ذخیره/آزاد سازی انرژی، موضوع مورد مطالعه بسیاری از تحقیقات نوین در زمینه مدیریت عرضه انرژی است. مطالعه چنین سیستم هایی مستقیما با مسئله تغییر فاز جامد-مایع در ارتباط است، به طوریکه محاسبه توزیع دما، موقعیت جبهه تغییر فاز و کسر ماده جامد یا مایع شده به موضوع اساسی در این مسائل تبدیل می شود. بررسی فرآیند انجماد و ذوب با در نظر گرفتن پدیده انتقال گرمای جابجایی آزاد در فاز مایع، هدف اصلی مقاله حاضر است. بدین منظور یک مخزن مستطیلی پرده دار حاوی ماده تغییر فاز دهنده، در نظر گرفته شده است. وجود پره به منظور افزایش آهنگ انتقال گرما در نظر گرفته شده است. غوطه ور شدن فاز جامد داخل فاز مایع لزوم در نظر گرفتن شرط مرزی شناوری را روی مرز فاز جامد سبب می شود. از این رو فرآیند ذوب با در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی و حرکت فاز جامد داخل فاز مایع مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد نیز مطالعه شده است. با این تفاوت که در فرآیند انجماد نیازی به اعمال شرط مرزی شناوری وجود ندارد. روش عددی مورد استفاده روش بولتزمن شبکه ای بوده و نتایج بر اساس اعداد بی بعد گزارش شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد قابل صرف نظر است، در حالی که در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی تغییر چشم گیری در مدت زمان مورد نیاز برای ذوب کامل ماده تغییر فاز دهنده ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: تغییر فاز جامد، مایع، جابجایی طبیعی، ماده تغییر فاز دهنده، روش بولتزمن شبکه ای
  • مرتضی حافظی پور، علی اصغر جعفری*، سیدعلی اکبر موسویان صفحات 87-98
    صفحات خورشیدی یکی از منابع تامین تمام یا بخشی از انرژی مصرفی ربات های چرخ دار هستند. توان کم سلول های خورشیدی باعث می شود تا این ربات ها نیاز به صفحات بزرگی برای تامین انرژی داشته باشند. این امر سبب می شود تا در صورت حرکت ربات بر مسیر ناهموار، ارتعاشاتی در صفحات مزبور ایجاد شود که ممکن است موجب آسیب به سیستم گردد. در این پژوهش، روشی برای برنامه ریزی حرکت ربات در مسیر ناهموار ارائه می گردد که منجر به پایدارسازی دامنه ارتعاشات در محدوده مجاز می شود. در این روش از افزودن سیستم کنترلی جدید جهت کاهش ارتعاشات خودداری شده است و این کار صرفا با تعیین سرعت ربات در طول مسیر حرکتش میسر گردیده است. برای انجام این امر، ابتدا مدل دینامیکی ورق متصل به جسم متحرک بر اساس روش کین استخراج می شود. با استفاده از نتایج این مدل سازی، عوامل ایجاد ارتعاشات تعیین می گردد. در مرحله بعد چگونگی تغییرات این عوامل در طول مسیر حرکت ربات با استفاده از روابط سینماتیکی تعیین می گردد. با مشخص شدن نحوه تغییرات عوامل ایجاد ارتعاش، برنامه ریزی حرکتی به گونه ای صورت می گیرد که با حداقل کاهش در سرعت ربات امکان پایدارسازی ارتعاشات در محدوده مجاز فراهم گردد. روش پیشنهادی برای یک ربات شش چرخ با ساختار حرکتی مفصل بندی شده که دارای دو صفحه خورشیدی جهت تامین انرژی است، شبیه سازی گردیده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از روش پیشنهادی برای برنامه ریزی حرکتی ربات منجر به محدود ساختن دامنه ارتعاشات در مقادیر مجاز می شود، در حالیکه کاهش قابل ملاحظه ای در سرعت متوسط حرکت ربات ایجاد نمی کند.
    کلیدواژگان: ربات چرخ دار، صفحات خورشیدی انعطاف پذیر_ کاهش ارتعاشات، روش دینامیکی کین
  • محمود شریعتی *، حمید ذبیحی فرزقی، سعید حدیدی مود صفحات 99-108
    ارزیابی انباشتگی کرنش های ایجاد شده ناشی از رخدادهای غیرخطی مانند خزش، پلاستیسته یا پدیده رچتینگ از اهمیت فراوانی برخوردار می باشد، زیرا موجب افزایش خسارتهای خزشی-خستگی مواد می گردد. عواملی مانند نوع بارگذاری، معادلات حاکم یا ابعاد نواحی الاستیک اطراف رخداد غیرخطی، در انباشتگی کرنش غیرالاستیک ایجاد شده تاثیرگذار می باشد. در برخی از سازه های مکانیکی که رفتار الاستیک دارند، ممکن است رخدادهای غیر خطی و به طور موضعی وجود داشته باشد. در چنین شرایطی، مناطق الاستیک که استحکام بیشتری دارند، ممکن است طی مکانیزم های بارگذاری به مناطقی که رخداد غیرخطی دارند و استحکام کمتری نیز دارند، نیرو اعمال کنند. بنابراین در مناطقی که رخداد غیرخطی دارند، انباشتگی کرنش موضعی رخ می دهد. چنین رفتاری را معمولا به کمک پدیده پیامد الاستیک توصیف می کنند که به عنوان یک دستورالعمل مهم در کدهای ارزیابی سازه های مکانیکی مطرح شده است. در این پژوهش تاثیر پدیده پیامد الاستیک در انباشتگی کرنش های غیرخطی موضعی ناشی از رفتار الاستیک-پلاستیک و پدیده خزش، طی فرایند رها سازی تنش، بررسی می گردد. به این منظور ضریب شاخص پیامد الاستیک به عنوان معیاری برای توصیف تاثیر مناطق الاستیک بر مناطق غیرالاستیک موضعی و برای برخی سازه های مکانیکی و مطابق دستورالعمل های ارائه شده در کد R5، تعریف می گردد. در ادامه تاثیر این ضریب در عملکرد مکانیکی این سازه ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بیانگر این موضوع می باشد که انباشتگی کرنش ایجاد شده ناشی از توزیع مجدد کرنش بین نواحی الاستیک و غیرالاستیک، به ناحیه الاستیک اطراف رخداد غیرخطی بستگی دارد که خود به کمک پدیده پیامد الاستیک توصیف می گردد.
    کلیدواژگان: پدیده پیامد الاستیک، انباشتگی کرنش، بارگذاری های تنش، کنترل و کرنش، کنترل، سفتی، خزش
  • سجاد قنبری، محمد سفید*، رحیم شمس الدینی صفحات 109-119
    در این پژوهش، اختلاط دو سیال تراکم ناپذیر مخلوط شونده با چگالی و لزجت متفاوت، در یک میکرو کانال دو بعدی مجهز به همزن (پره) نوسان کننده، در فرکانس های تحریک کننده مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. با وجود اینکه اکثر مطالعات صورت گرفته در زمینه اختلاط، به بررسی عملکرد یک مخلوط کننده، با هدف اختلاط دو سیال کاملا یکسان پرداخته اند می توان گفت که اختلاط دو سیال زمانی مفهوم پیدا می کند که دو سیال مخلوط شونده دارای نایکنواختی از قبیل دما، غلظت و یا خواص متفاوت نسبت به هم باشند. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر تفاوت در خواص دو سیال حل شونده، بر عملکرد مخلوط کننده و میزان اختلاط است. شبیه سازی در عدد رینولدز 50 و عدد اشمیت 10، در محدوده ی عدد استروهال بین 0.1 تا 1 با روش حجم محدود مبتنی بر المان، توسط کد تجاری CFX صورت گرفته است. عملکرد مخلوط کننده در سه حالت مختلف مورد بررسی قرار گرفت: اختلاط دو سیال یکسان، اختلاط دو سیال با چگالی متفاوت و اختلاط دو سیال با لزجت متفاوت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که یکسان نبودن خواص دو سیال، منجر به تغییر عملکرد مخلوط کننده می گردد، و در هر یک از حالات بررسی شده مخلوط کننده عملکرد متفاوتی دارد. در حالتی که لزجت و چگالی دو سیال متفاوت باشد علاوه بر اینکه سیال ها تمایل کمتری به مخلوط شدن نشان می دهند، مشاهده می شود عدد استروهال تاثیر کمتری بر تغییر شاخص اختلاط دارد بیشینه ی تغییرات شاخص اختلاط در حالت چگالی و لزجت متفاوت به ترتیب 54.01 و 51.15 درصد می باشد در صورتی که این مقدار برای دو سیال یکسان به 577.94 درصد می رسد.
    کلیدواژگان: اختلاط، مخلوط کننده، میکروکانال، چگالی، لزجت
  • منیژه ذاکری *، جواد فرجی صفحات 120-130
    در این مقاله رفتار دینامیکی نانوذره بر روی سطح زبر در حین راندن بر پایه میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، با استفاده از مدل تماس چند نقطه ای مدل سازی و شبیه سازی شد. ابتدا یک مدل تماس چند نقطه ای برای دو سطح با هندسه زبری متفاوت شامل پروفیل زبری شش وجهی و چهاروجهی، از ترکیب مدل تماس تک نقطه ای رامپ با مدل های تماسی JKR و شوارتز استخراج گردید و معادلات مربوط به سطح تماس واقعی و نیروی چسبندگی برای تماس چند نقطه ای سطوح زبر ارائه شد. سپس رفتار دینامیکی نانو/میکرو ذره کروی در راندن روی سطح زبر، با استفاده از مدل تماس چند نقطه ای جدید، مدل سازی شد. بعلاوه، شبیه سازی دینامیکی نانو/میکرو ذراتی با شعاع های50، 400 و 500 نانومتر در جابجایی بر روی سطوح زبر مختلف، با فرض تماس چند نقطه ای، تک نقطه ای، و سطح صاف اجرا و تحلیل شد. نتایج شبیه سازی ها نشان دادند که استفاده از مدل تماس چند نقطه ای خصوصا در شعاع های زبری کوچک، تاثیر عمده ای در تعیین نیروی بحرانی حرکت دارد. بعلاوه، فرض سطح صاف و یا تماس تک-نقطه ای منجر به ایجاد خطای قابل توجهی در تخمین نیروی بحرانی می شود. نشان داده شد که پروفیل زبری سطح و توزیع زبری عوامل بسیار موثری در تعیین تعداد نقاط تماسی بوده و موجب تغییر مقدار نیروی بحرانی پیش بینی شده می شوند. در کل، نیروی بحرانی به دست آمده از مدل تماس چند نقطه ای در مقایسه با مقادیر به دست آمده از مدل های سطح صاف و تماس تک نقطه ای، به ترتیب کاهش و افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: مدل سازی دینامیکی، راندن نانو، میکرو ذره، سطح زبر، تماس چند، نقطه ای
  • محمدرضا شبگرد*، فرزام عرب زاده تبریز، احد قلی پور صفحات 131-138
    ماشین کاری با جریان ساینده(AFM) یک فرآیند نسبتا جدید با نرخ براده برداری کم برای پلیسه گیری، برداشت لایه های سفید و پرداختکاری قطعات صنعتی با شکل پیچیده در میان فرآیندهای غیر سنتی می باشد که عمل پرداختکاری در آن، از طریق جریان یک ترکیب ویسکو الاستیک حامل ذرات ساینده تحت فشار پیستون بر روی سطح مورد نظر صورت می گیرد. در این پژوهش فرآیند ماشینکاری جریان ساینده در پرداخت کاری فولاد ابزار گرم کار H13 مورد بررسی قرار گرفته و با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی حول قطعه کار سعی در افزایش نرخ براده برداری و صافی سطح شده است و تاثیر شدت میدان مغناطیسی، مش ذرات ساینده و سختی قطعه کار بعنوان پارامترهای ورودی فرآیند بر روی خروجی های فرایند شامل زبری سطح و نرخ براده برداری مطالعه شده است. همچنین مدل رگرسیونی نرخ براده برداری و زبری سطح توسعه داده شده و آنالیز واریانس آنها نیز انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که افزایش مش ذرات ساینده سبب کاهش زبری سطح و نرخ براده برداری می گردد، از طرفی افزایش شدت میدان مغناطیسی موجب زیاد شدن نرخ برداشت ماده و بهبود صافی سطح می گردد. همچنین با افزایش سختی قطعه کار نرخ براده برداری شده کاهش یافته و در شرایط یکسان پرداخت، صافی سطح بدست آمده نیز بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: جریان ساینده، جریان ساینده مغناطیسی، زبری سطح، نرخ براده برداری، فولاد H13
  • سارا مقدس زاده بزاز، وحید بهلوری، سید حمید جلالی نایینی* صفحات 139-148
    در این مقاله، عملکرد سیستم کنترل وضعیت تک محوره یک ماهواره صلب با مدولاتور پهنا و فرکانس پالس و عملگر تراستر از نوع دو وضعیتی (روشن یا خاموش) با استفاده از کنترلگر تناسبی- انتگرالگیر- مشتقگیر ((PID اصلاح شده، در شرایط اغتشاش خارجی پله بهبود یافته است. بدین منظور از کنترلگر PID مبتنی بر روش مشاهده گر استفاده شده است. عملگر تراستر با یک تابع تبدیل مرتبه دوم به همراه ثابت زمانی خالص مدل شده و فرکانس بروز رسانی خروجی مدولاتور، به عنوان ورودی عملگر تراستر دو وضعیتی، به مقدار 40 هرتز محدود شده است. در این مطالعه، معیارهای دقت نشانه روی، میزان فراجهش پاسخ زاویه ای، مصرف سوخت و تعداد دفعات روشن شدن عملگر تراستر به ازای اغتشاش خارجی پله (با مقادیر مختلف)، مد نظر است. پارامترهای کنترلگر PID اصلاح شده بر مبنای مشاهده گر، با استفاده از روش جستجوی پارامتری تنظیم شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که میزان مصرف سوخت و زمان نشست پاسخ در روش کنترلگر مبتنی بر مشاهده گر نسبت به کنترلگر PID، در حالی که فراجهش پاسخ نیز حذف شده است، کاهش قابل ملاحظه ای داشته است. نهایتا قوام کنترلگر مبتنی بر مشاهده گر در مواجهه با عدم قطعیت در ممان اینرسی و عدم قطعیت در سطح نیروی تراست بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کنترل وضعیت ماهواره، مدولاتور پهنا و فرکانس پالس، کنترلگر PID اصلاح شده، روش مشاهده گر
  • فرزین داودی، حسن حسن زاده، سید علیرضا ذوالفقاری*، مهدی معرفت صفحات 149-158
    تفاوت های فیزیولوژیکی افراد از قبیل وزن، قد، جنسیت، سن و متابولیک پایه می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای بر تنظیم حرارتی بدن افراد داشته باشد. بنابراین استفاده از مدل-های حرارتی بدن که برای جمعیت های گسترده انسانی توسعه یافته است، برای اشخاص لزوما به جواب دقیقی نمی انجامد. از آنجایی که در مدل های استاندارد آسایش حرارتی، پارامترهای فردی لحاظ نشده و همچنین مدل های فردی و موضعی موجود دارای ساختاری بسیار پیچیده هستند، نیاز به مدلی فردی با ساختاری ساده و دقیق بیشتر از همیشه احساس می شود. در این تحقیق، تلاش شده است از طریق خصوصیات فردی قابل اندازه گیری و در دسترس، عوامل تاثیرگذار بر تنظیم حرارتی بدن و وابسته به فرد از جمله: درصد چربی بدن، ضخامت چربی زیر پوست، مساحت کل بدن، ظرفیت گرمایی ویژه بدن، مقاومت حرارت کل بدن و... مدلسازی شده و در ساختار الگوریتم مدل سه نقطه ای اعمال گردد تا این مدل به مدلی فردی برای پیش بینی شرایط حرارتی افراد توسعه پیدا کند. مدل آسایش حرارتی سه نقطه ای، مدلی اصلاح شده از مدل استاندارد گایج می باشد که به جای مدلسازی لباس بر روی تمام سطح بدن، با رویکردی ساده شرایط حرارتی بخش های پوشیده و لخت بدن در آن به صورت مجزا مورد ارزیابی قرار می گیرد. این مدل با نتایج تحلیلی و تجربی مورد اعتبار سنجی قرار گرفت و تطابق مناسبی میان نتایج مشاهده شد. در نهایت، نتایج نشان می دهد که میانگین خطا در پیش بینی دمای پوست برای فرد از 1.2 درجه سلسیوس در مدل سه نقطه ای به 0.4 درجه سلسیوس برای مدل فردی جدید تقلیل می یابد
    کلیدواژگان: مدل آسایش حرارتی فردی، تنظیم حرارتی بدن، خصوصیات حرارتی فردی، احساس حرارتی افراد
  • نعمت الله فولادی*، علیرضا محمدی، هادی رضایی صفحات 159-168
    در تحقیق حاضر الگوریتم طراحی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت از نوع گلوگاه ثانویه برای تست زمینی موتورهای مورد استفاده در ارتفاعات جوی بالاتر از Km 100 ارائه شده است. در این الگوریتم پارامترهای هندسی دیفیوزر به دو دسته اصلی و فرعی دسته بندی می شوند. پارامترهای اصلی از روش موج ضربه ای قائم با اعمال ضریب تصحیح محاسبه شده و پارامترهای فرعی از نتایج تجربی گزارش شده از مراجع مختلف تعیین می گردد. نهایتا جهت تایید طراحی و نهایی سازی ضریب تصحیح از شبیه-سازی عددی جریان استفاده می شود. در تحلیل جریان از معادلات تراکم پذیر ناویر-استوکس به فرم تقارن محوری به همراه مدل توربولانسی Kω-SST استفاده شده است. روش تحلیل عددی حاضر، یک روش ترکیبی متشکل از حل فشار-مبنای ناپایا جهت سرعت بخشیدن به همگرایی حل عددی و چگالی-مبنای پایا جهت افزایش دقت تحلیل عددی می باشد. در این تحقیق، اعتبارسنجی روش تحلیل عددی با استناد به یک مرجع تجربی معتبر انجام شده است. در ادامه، شبیه سازی عددی دیفیوزر طراحی شده برای تست زمینی موتور مورد نظر با فشارهای احتراق مختلف انجام شده است. نتایج تحلیل عددی در قالب تشریح برخی از کمیت های میدان جریان، مانند عدد ماخ و فشار استاتیک مورد تشریح قرار گرفته و عملکرد دیفیوزر طراحی شده مورد تایید قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سکوی شبیه ساز ارتفاع، دیفیوزر گلوگاه ثانویه، شبیه سازی عددی جریان
  • محمدرضا شبگرد*، بهنام خسروزاده صفحات 169-176
    یکی از فرآیندهای ماشینکاری معمول و پرکاربرد برای ماشینکاری فلزات و آلیاژهای سخت که با روش های ماشینکاری سنتی قابلیت ماشینکاری پایینی دارند، ماشینکاری تخلیه الکتریکی است. با توجه به ماهیت ترموالکتریکی این فرآیند، تغییرات خواص متالورژیکی و مکانیکی سطح ماشینکاری شده و ایجاد تنشهای پسماند در قطعات اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با فرآیند تخلیه الکتریکی به کمک ارتعاشات فراصوتی ابزار انجام شده است و تاثیر ارتعاشات فراصوتی ابزار بر بازده ماشینکاری و سلامت سطح تولیده شده از جمله میکروترکهای ایجاد شده، تنشهای پسماند و سختی سطح ارزیابی شده است. سطح نمونه های ماشینکاری شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی عکسبرداری شده تا اندازه و توزیع میکروترکهای سطحی مطالعه گردد؛ تنشهای پسماند ناشی از فرآیند در امتداد عمق سطوح ماشینکاری شده، با روش نانوایندنتیشن ارزیابی شده و سختی سطوح ماشینکاری شده با استفاده از دستگاه میکروسختی سنج اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد اعمال ارتعاشات فراصوتی بازده فرآیند ماشینکاری را افزایش داده (میانگین افزایش %90 در نرخ براده برداری)، باعث کاهش مقدار و اندازه میکروترکهای سطح شده، توزیع تنشهای پسماند را تغییر داده و سطح آن را (تقریبا %17) کاهش داده است؛ افزایش سختی سطح در ماشینکاری تخلیه الکتریکی با ارتعاشات فراصوتی تقریبا %13 بیشتر از فرآیند سنتی تخلیه الکتریکی است.
    کلیدواژگان: EDM، ارتعاشات فراصوتی، سلامت سطح، تیتانیوم، تنش پسماند
  • عباس ابراهیمی *، محمود سکندری صفحات 177-184
    در این پژوهش، تغییرات دینامیکی توان خروجی توربین باد محور افقی سه پره ای مگاواتی مرجع در شرایط تغییر ناگهانی اندازه ی سرعت باد و در زوایای یاو مختلف بررسی شده است. پاسخ زمانی شامل پیچش الاستیک نوک پره و توان تولیدی روتور در این شرایط ناپایا با حالت جریان پایای باد مقایسه شده است. سه پروفیل برای تغییر ناگهانی سرعت باد مابین 10 تا 12 متر بر ثانیه و همچنین توربین در شرایط زاویه ی یاو صفر، 10 و 20 درجه درنظرگرفته شده است. با استفاده از روش ناپایای المان پره-مومنتوم و فرض نظریه تیر اویلر-برنولی برای پره، پیچش الاستیک پره ی توربین محاسبه شده است. از الگوی آیرودینامیکی دنباله ی دینامیکی برای شبیه سازی تاخیر زمانی رسیدن نتایج به شرایط پایا پس از تغییر ناگهانی سرعت باد و برای به دست آوردن ضرایب آیرودینامیکی پس از واماندگی نیز از الگوی واماندگی دینامیکی اونرا استفاده شده است. برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی، نتایج حالت پایا با داده های منحنی عملکرد توربین مگاواتی مرجع NREL تا قبل از سرعت نامی و در حالت دینامیکی با توربین مرجع Tjaereborg مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد تغییرات ناگهانی سرعت باد باعث نوسانات شدید در پیچش الاستیک پره شده و توان خروجی توربین را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین افزایش گرادیان سرعت باد منجربه افزایش تاخیر زمانی رسیدن پاسخ روتور به شرایط پایای جدید می شود. وجود زاویه ی یاو توربین نیز منجربه کاهش توان روتور و بارهای آیرودینامیکی متناوب می شود. از این نتایج و روش پیشنهادی می توان برای طراحی کنترلر مناسب توربین در شرایط ناپایای مشابه فوق استفاده کرد.
    کلیدواژگان: المان پره، مومنتوم، آیرودینامیک ناپایا، واماندگی دینامیکی، آیروالاستیسیته، توربین باد
  • سعید محمودخانی*، حسن حدادپور صفحات 185-195
    در این مطالعه، ارتعاشات غیرخطی ورق ساندویچی با لایه میانی ویسکوالاستیک، تحت اثر بار عرضی اتفاقی با پهنای باند وسیع مورد بررسی قرار گرفته است. به طور ویژه، اثر تشدید داخلی ناشی از نزدیکی فرکانس های طبیعی مودهای نامتقارن ورق با طول و عرض نزدیک به هم، در پاسخ مورد توجه قرار گرفته و امکان بروز پاسخ دو مودی و پدیده هایی همانند آشکار-نهانی اتفاقی مورد بررسی قرارگرفته است. مدلسازی لایه میانی ورق، برپایه فرض بزرگی نسبی کرنش و برش های عرضی بوده که منجر به حضور عبارات غیرخطی مادی و هندسی در معادلات حاکم شده است. برای رابطه ساختاری غیرخطی ماده ویسکوالاستیک لایه میانی نیز از مدلی تک انتگرالی استفاده شده است. برای میدان جابجایی درنظرگرفته شده برای لایه میانی نیز، تغییرات در راستای ضخامت، به شکل خطی برای مولفه های درون صفحه ای و به شکل تابع درجه دو برای مولفه برون-صفحه ای درنظرگرفته شده است. به علاوه، لایه های بیرونی به دلیل ضخامت کمتر، با استفاده از تئوری کیرشهف به همراه فرضیات ون کارمن مدلسازی شده اند. حل مسئله در گام اول به کمک روش گالرکین در کنار روش اغتشاشی انجام شده که منجر به تشکیل معادلات گسسته غیرخطی زمانی با عبارات انتگرالی شده است. این معادلات، با استفاده از روش بستن ممان گوسی و غیرگوسی حل شده، و امکان بروز انشعاب در پاسخ پایا با روش تعقیب مسیر شبه کمانی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از شبیه سازی عددی مونت کارلو برای ارزیابی حل تحلیلی و همچنین بررسی پاسخ زمانی ورق استفاده شده است. نتایج عددی در نهایت، برای تعیین پاسخ دومودی و تعیین کمترین بار لازم برای وقوع اندرکنش بین مودها ارائه شده است.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی، تداخل غیرخطی، ارتعاشات اتفاقی، روش بستن ممان غیرگوسی، کرنشها و دورانهای متوسط
  • محمد قره بیگلو، میر شهاب الدین ایزدخواه، حمید عرفان نیا *، علی اکبر انتظامی صفحات 196-206
    در این مطالعه به بررسی جامع نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/اکسید گرافن پرداخته شده و اثرات تقویتی ذرات اکسید گرافن بر روی خواص مکانیکی و حرارتی پلیمر غیر قطبی پلی پروپیلن بررسی شده است. برای بهبود خواص پلی پروپیلن با استفاده از نانوذرات اکسید گرافن با دو چالش اساسی مواجه هستیم. اول، عدم توزیع مناسب نانوذره درون شبکه پلی پروپیلن. دوم، عدم چسبندگی مناسب بین نانوذره و زنجیره های پلیمری. در این کار ابتدا اکسید گرافن با استفاده از روش اصلاح شده هامر از گرافیت خام سنتز و سپس به منظور توزیع بهتر و همچنین افزایش چسبندگی بین اکسید گرافن و پلی پروپیلن گروه های 12 کربنی آلکیل طی یک واکنش ساده جانشینی هسته دوستی دومولکولی بر روی سطح اکسید گرافن نشانده می شود. اثبات وجود گروه های آلکیلی بر روی سطح اکسید گرافن با استفاده از نتایج طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR) بررسی شد. جهت جلوگیری از کلوخه شدن اکسید گرافن آلکیل دارشده (AGO) در شبکه پلی پروپیلن، از روش اختلاط محلولی برای تهیه نانو کامپوزیت های PP/AGOبا درصد جرمی 0.1، 0.3 و 0.5% AGO استفاده شده است. عدم کلوخگی ذرات با استفاده از عکس برداری SEM به تایید رسیده است. استحکام مکانیکی نانو کامپوزیت های تهیه شده با بررسی رفتار تنش-کرنش آن ها موردبررسی قرار گرفت و مشخص شد با افزودن 0.1، 0.3 و 0.5% از AGO به شبکه پلی پروپیلن مدول یانگ پلیمر به ترتیب 20، 30 و 34% افزایش پیدا می کند. پایداری حرارتی نیز با استفاده از آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) مورد بررسی قرار گرفت و دمای افت جرم 10% برای نانوکامپوزیت با 0.1، 0.3 و 0.5% AGO به ترتیب 2، 8 و 12 درجه سلسیوس افزایش نسبت به پلی پروپیلن خالص نشان داد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، پلی پروپیلن، اکسید گرافن، خواص مکانیکی
  • حسین محمدی رکن آبادی، محمد جواد محمودی* صفحات 207-217
    هدف اصلی این تحقیق، مدل سازی اثر گوشه آزاد در چندلایه های کامپوزیتی متعامد و زاویه دار گرافیت/اپوکسی، با استفاده از روش حل المان محدود و بر اساس مدل سراسری-موضعی می باشد. در این مدل، ناحیه سراسری با استفاده از تئوری مرتبه اول برشی و ناحیه موضعی، در مجاورت گوشه آزاد، با استفاده از تئوری لایروایز ردی، مدل می شوند. استفاده از این روش امکان تحلیل چندلایه های ضخیم زاویه دار و متعامد را به وجود می آورد. چندلایه های متعامد و زاویه دار به ترتیب تحت بار حرارتی و کشش یکنواخت قرار گرفته و اثرات تنش های بین لایه ای لبه آزاد و گوشه آزاد مورد بررسی قرار می گیرد. اعتبار سنجی نتایج حاضر توسط نتایج در دسترس در تحقیقات پیشین صورت می گیرد که نشان دهنده تطابق خوبی است. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهند هنگامی که چندلایه متعامد تحت بار حرارتی قرار می گیرد توزیع تنش های بین لایه ای در هر دو جهت طول و عرض چندلایه یکنواخت است. در صورتیکه برای بار کششی تک جهته تنش های بین لایه ای در دو راستای چندلایه دارای توزیع متفاوت می باشد. همچنین نتایج نشان می دهند که در چندلایه های زاویه دار تحت کشش یکنواخت با افزایش زاویه الیاف، اثر گوشه آزاد افزایش می یابد و بیشترین تنش های بین لایه ای در لایه-های 30 درجه در مجاورت لبه های آزاد رخ می دهند. بعلاوه نتایج ثابت می کنند در لایه های با زاویه ی الیاف کمتر از 30 درجه، اثرات لبه آزاد و گوشه آزاد، تقریبا مشابه است. مطالعه پارامتری بر روی ضخامت و چیدمان لایه های چندلایه نشان می دهد که هر دو پارامتر بر روی تنش های بین لایه ای در گوشه ی آزاد تاثیر بسزایی دارند.
    کلیدواژگان: اثر گوشه آزاد، چندلایه های زاویه دار، مدل سراسری، موضعی، تنش های بین لایه ای
  • مهران منصور دهقان، مسعود ابراهیمی کچویی*، اویس نگارش صفحات 218-228
    زیرسیستم کنترل دمای ماهواره، وظیفه ی حفظ دمای زیر سیستم های دیگر در محدوده ی مجاز را بر عهده دارد. هدف از این مقاله، بهینه سازی طراحی زیرسیستم کنترل دمای ماهواره های کوچک است. بدین منظور در ابتدا نرم افزار تحلیل حرارتی ماهواره تدوین و صحه گذاری شده است. این نرم افزار پس از دریافت اطلاعات مدار و ماهواره، موقعیت ماهواره را شبیه سازی کرده و شارهای حرارتی ورودی و خروجی را محاسبه می کند. سپس دمای هر یک از وجوه ماهواره در دو حالت سرد و گرم محاسبه شده و در نهایت بیشینه و کمینه دمای ماهواره استخراج می گردد. در این پژوهش از ترکیب سه روش کنترل دمای مرسوم برای ماهواره های کوچک استفاده شده است. ضخامت عایق( تعداد لایه ها) ، ضخامت پوشش رادیاتور و توان گرم کن به عنوان متغیرهای طراحی، و دمای مجاز وجوه ( حداکثر و حداقل دما) به عنوان قیود طراحی در نظر گرفته شده اند. تابع هدف یا معیار بهینگی تابعی وزن دار از جرم، هزینه و توان مصرفی سامانه کنترل حرارت است که می تواند شاخصی از هزینه آن باشد. روش برنامه ریزی درجه دوم متوالی به عنوان روشی توانمند در بهینه سازی غیرخطی جهت بهینه سازی به کار رفته است. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که معیار بهینگی در طرح بهینه نسبت به طرح اولیه بهبود قابل ملاحظه ای دارد. سرعت بالا، دقت مناسب و قابلیت تعمیم این نرم افزار به طراحی زیرسیستم کنترل دمای طیف وسیعی از ماهوار ه ها از برتری های این تحقیق است. لذا می توان از این نرم افزار به عنوان یک ماژول در طراحی بهینه چند موضوعی ماهواره استفاده کرد.
    کلیدواژگان: کنترل دما، ماهواره، بهینه سازی طراحی
  • صالح جمعه زاده خضربیگی، امیر جلالی* صفحات 229-238
    در این مطالعه به بررسی تحلیلی دینامیک حالت پایدار یک رشته طناب خطی، همگن و نامیرا پرداخته شده است که یک سیستم فنر و دمپر خطی موضعی به آن متصل گردیده است. همچنین هر دو انتهای طناب به طور همزمان و یکسان با حرکت نوسانی، تحریک شده است. میرایی موضعی منجر به پیچیدگی مود در طناب شده که این امر باعث ظهور فاصله فرکانسی بین ماکزیمم دامنه ی نقاط مختلف طناب و تغییرات فاز گردیده است که نشان دهنده ی محدوده ی شکل گیری پیچیدگی مود در طناب است. در این تحقیق نشان داده شده است که ترکیب های مختلفی از سفتی فنر و میرایی موضعی وجود دارد که در آنها پیچیدگی مود به بیشترین حد خود می رسد. از همه مهم تر اینکه این ترکیب در هر فرکانس تحریک بی بعد مشخص، منحصر به فرد می باشد. در این ترکیب ها میرایی محدوده ی مشخصی دارد، اما با بزرگ تر شدن فرکانس مقدار سفتی فنر افزایش می یابد. در این حالت تمام مودهای نرمال ارتعاشات طناب از بین رفته و در عوض حرکت موج در طناب رخ می دهد. نتیجه با اهمیت دیگر اینکه میرایی که منجر به بیشترین فاصله فرکانسی می شود، الزاما با میرایی که به ازای آن بیشترین پیچیدگی مود و یا همان حرکت امواج رخ می دهد، برابر نیست.
    کلیدواژگان: دینامیک حالت پایدار، پیچیدگی مود، فاصله فرکانسی، موج درحال حرکت
  • علی اصغر عطایی*، مهدی علیزاده صفحات 239-248
    یکی از ویژگی های مهم تیرهای قوسی کم عمق تحت بارگذاری جانبی، پدیده فروجهش می باشد که طی آن سازه دچار یک تغییر هندسی ناگهانی بسوی ساختار تعادلی جدیدی می شود. با استفاده از مواد مدرج تابعی در تیرهای قوسی، می توان سازه هایی با مشخصات پایداری مطلوب تری برای شرایط خاص ایجاد کرد. در این تحقیق یک بررسی جامع بصورت تحلیلی بر رفتار دینامیکی تیرهای قوسی کم عمق با مواد مدرج تابعی صورت گرفته است. یک تیر قوسی کم عمق با شکل اولیه سینوسی و دارای تکیه گاه های لولایی فرض شده که تحت تاثیر یک نیروی ضربه ای قرار گرفته است و تغییرات مواد مدرج تابعی آن بصورت تابع توانی در راستای ضخامت می باشد. روابط غیر خطی حاکم بر تیر قوسی کم عمق با فرض تیر اویلر برنولی استخراج شده و معادله حرکت آن بفرم یک معادله دیفرانسیلی– انتگرالی غیرخطی بیان شده و با درنظر گرفتن یک پاسخ فوریه به حل معادله حرکت پرداخته شده است. رویکرد اتخاذ شده در تحلیل ناپایداری دینامیکی، استفاده از انرژی کل سیستم و صفحه فازی می باشد. با در نظر گرفتن پارامترهای موثر بر نحوه توزیع ناهمگنی، اثر هریک از آنها بر ناحیه پایدار در مقابل فروجهش دینامیکی و همینطور میزان نیروی ضربه ای اعمالی بر روی تیر قوسی جهت بروز پدیده فروجهش بدست آمده است.
    کلیدواژگان: پایداری دینامیکی، مواد مدرج تابعی توانی، فروجهش دینامیکی، تیرهای قوسی کم عمق
  • عیسی احمدی*، ندا عطایی صفحات 249-260
    در این مقاله مدل میکرومکانیکی جهت بررسی رفتار خزشی و وابسته به زمان در مواد مرکب الیافی ارائه شده است. برای مدل سازی و استخراج رفتار کامپوزیت با استفاده از مدل میکرومکانیکی از مفهوم المان نماینده حجمی استفاده شده است. با استفاده از روابط ساختاری مربوط به خزش در بارگذاری چند محوره، مدل المان محدود برای مدل سازی خزش چند محوره استخراج شده است. سپس روابط حاکم بر المان نماینده با در نظر گرفتن ترم های مربوط به خزش با استفاده از روش المان محدود گسسته سازی شده و ماتریس های سفتی و نیرو متناسب با آن در مدل المان محدود استخراج شده است. با توجه به اینکه در بارگذاری های عمودی محوری و جانبی کامپوزیت الیافی، ماهیت میدان جابجایی المان نماینده بصورت کرنش صفحه ای توسعه یافته قابل مدل سازی است، لذا گسسته سازی معادلات برای حالت کرنش صفحه ای توسعه یافته ارائه شده است. شرایط مرزی المان نماینده متناسب با بارگذاری در مسئله خزش اعمال شده است و از روش صریح اویلر برای حل معادلات در حوزه زمان استفاده شده است. مدل میکرومکانیکی ارائه شده برای بررسی توزیع تنش در زمینه و الیاف و بررسی خزش مرحله پایدار کامپوزیت الیافی زمینه فلزی استفاده شده است و نقش خزش در تغییر توزیع تنش بر حسب زمان بررسی شده است. سپس رفتار خزشی کامپوزیت در دیدگاه ماکرومکانیکی با استفاده از مدل میکرومکانیکی ارائه شده بر مبنای المان نماینده استخراج شده است وخواص ماکرومکانیکی کامپوزیت برای بارگذاری های جانبی و محوری برای نسبت های حجمی متفاوت بدست آمده است.
    کلیدواژگان: مدل سازی میکرومکانیکی، خواص خزش، خزش مرحله پایدار، کامپوزیت الیافی، روش المان محدود، المان حجمی نماینده
  • حمیدرضا حیدری*، بهنام منجزی صفحات 261-268
    منابع اصلی ارتعاش در سیستم های روتور دینامیک، جرم های نابالانس و خطاهای ساخت یاتاقان های به کار رفته در سیستم روتور می باشند. روشی که امروزه برای کاهش و کنترل ارتعاشات روتورها در صنعت به کار رفته، استفاده از جاذب های مغناطیسی می باشد که با استفاده از نیروی مغناطیسی محاسبه شده، موقعیت روتور را کنترل کرده و ارتعاشات آن را کاهش می دهد. در این تحقیق جاذب مغناطیسی با اعمال نیروی سیستم جاذب دینامیکی و ایجاد دو فرکانس طبیعی جدید، سیستم را از حالت تشدید خارج می کند. همچنین به منظور کاهش بیشتر دامنه ارتعاشات، دو نوع مختلف جاذب دینامیکی طراحی شده است که هر کدام در یک محدوده خاص فرکانس دوران روتور، توسط جاذب مغناطیسی بررسی می شوند. در سیستم کنترل کننده جاذب مغناطیسی نیروی پیوسته ای که از طرف جرم جاذب به سیستم اصلی وارد می شود، به صورت نیرویی ناپیوسته در 16 سطح بازسازی شده است و مشاهده شده که در این حالت دامنه ارتعاشات در نواحی فرکانس های طبیعی سیستم، به میزان 13% نسبت به حالت شبیه سازی سیستم جاذب دینامیکی با نیروی پیوسته، کاهش یافته است. در این تحقیق دو نسبت جرمی متفاوت برای هر یک از دو سیستم جاذب در نظر گرفته شده است و مشاهده شده که در حالت اجرای جاذب های دینامیکی با نسبت جرمی بالاتر، دامنه ارتعاشات روتور و ماکزیمم دامنه نیروی سیستم جاذب دینامیکی کمتر می باشد که این موضوع منجر به افزایش دقت عملکرد سیستم جاذب مغناطیسی در بازسازی نیروی سیستم جاذب دینامیکی شده و همچنین کاهش مصرف انرژی الکتریکی سیستم کنترل کننده را به دنبال خواهد داشت.
    کلیدواژگان: روتور، کنترل ارتعاشات، جاذب مغناطیسی، جاذب دینامیکی، نیروی ناپیوسته
  • حسین خراسانی زاده *، مجتبی سپهرنیا صفحات 269-280
    در مطالعاتی که تاکنون در رابطه با چاه گرمایی میکروکانالی انجام شده اند اثر آرایش های مختلف ورود و خروج جریان بر عملکرد چاه گرمایی متخلخل برای هیچ هندسه ای بررسی نشده است. در این تحقیق اثر استفاده از چهار آرایش مختلف ورودی و خروجی بر خنک کاری یک تراشه الکترونیکی با استفاده از چاه گرمایی میکروکانالی ذوزنقه ای شکل، شامل میکروکانال هایی ذوزنقه ای و متخلخل با ضریب تخلخل 0.88، به صورت سه بعدی و عددی بررسی شده است. بدین منظور جابجایی اجباری و آرام آب در میکروکانال ها و هدایت در قسمت های جامد چاه با اعمال شار حرارتی ثابت 150 کیلووات بر متر مربع به کف چاه گرمایی به روش حجم محدود و با استفاده از کد تجاری انسیس-سی اف اکس شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که آرایش های A و B، که در آن ها ورودی و خروجی در راستای جریان عبوری از میکروکانال ها است، در مقایسه با آرایش های C و D، که در آن ها ورودی و خروجی در جنبین قرار دارند، از نظر انتقال حرارت دارای عملکرد بهتر، مقاومت حرارتی پایین تر و توزیع دمای یکنواخت تر در قسمت کف چاه گرمایی هستند. بطور کلی استفاده از محیط متخلخل در کاهش دمای کف چاه گرمایی موثر است و در این خصوص آرایش D عملکرد بهتری دارد. در مجموع با در نظر گرفتن توام اثر مثبت استفاده از محیط متخلخل در افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی و اثر منفی آن در افزایش قدرت مورد نیاز پمپاژ آرایش A بهترین عملکرد را دارد.
    کلیدواژگان: خنک کاری، چاه گرمایی میکروکانالی متخلخل، آرایش های مختلف ورود و خروج، میکروکانال ذوزنقه ای
  • سید بهزاد گل پرور، میلاد محمدزاده کوثری، حمید نیازمند* صفحات 281-292
    میزان بالای اتلاف حرارت در موتورهای دیزلی که با آب خنک می شوند، محققان را بر آن داشته تا با بکارگیری این حرارت های اتلافی به عنوان انرژی ورودی سیستم سرمایشی خودروهای سنگین راندمان موتورها را افزایش دهند. سیستم های تبرید جذب سطحی با توجه به مزایایی که دارند گزینه مناسبی برای این مقصود هستند. حرارت های اتلافی موتور به دو بخش عمده اتلاف حرارت در گازهای اگزوز و حرارت هدر رفته آب خنک کن موتور در رادیاتور تقسیم می شود و بکارگیری هر کدام از این دو به عنوان انرژی ورودی سیستم تبرید جذب سطحی تجهیزات و جفت جاذب و جذب شونده خاص خود را می طلبد. در این مقاله با استفاده از یک مدلسازی جامع هر دو سیستم تبرید جذب سطحی آب رادیاتوری با جفت کاری سیلیکاژل-آب و اگزوزی با جفت کاری زئولیت-آب شبیه سازی شده است. دو سیستم در یک مبدل بستر جاذب یکسان و در شرایط محیطی مشابه مورد مقایسه قرار گرفته و بر مبنای آن سیستمی که عملکرد مناسب تری دارد تعیین می گردد. شبیه سازی ها نشان داد که سیستم تبرید جذب سطحی با انرژی ورودی گازهای اگزوز توانایی بالاتری در تولید سرمایش دارد. همچنین عملکرد هر دو سیستم در شرایط محیطی متغیر نیز مورد بررسی قرار گرفت که بررسی ها نشان داد با افزایش دمای محیط عملکرد هر دو سیستم تبرید جذب سطحی به صورت تقریبا خطی افت پیدا می کند که این افت در سیستم تبرید آب رادیاتوری شدیدتر از سیستم اگزوزی است.
    کلیدواژگان: تبرید جذب سطحی، بازیابی حرارت های اتلافی، انتقال جرم و حرارت، مدلسازی عددی
  • اصغر زاجکانی*، حمید حاج براتی صفحات 293-302
    یک عامل نامطلوب که بر روی شکل نهایی و دقت ابعادی قطعات فلزی تولید شده در فرآیند شکل دهی سرد تاثیر می گذارد پدیده برگشت فنری است. یک روش تحلیلی برای پیش بینی برگشت فنری خمش U شکل فولاد دوفازی DP780 ارائه شده است. این مدل تحلیلی بر اساس معیار تسلیم هیل 48 و شرایط کرنش صفحه ای است. در این مدل، تاثیر تاریخچه شکل دهی، نازک شوندگی ورق و تغییر مکان تار خنثی بر روی برگشت فنری فرآیند خمش U شکل در نظر گرفته شده است. از مدل سخت شوندگی جنبشی غیرخطی ناهمسانگرد برای بررسی تاثیر تغییر شکل های پیچیده که شامل کشش، خمش و خمش معکوس است استفاده شده است. این مدل قادر به بررسی رفتار سخت شوندگی پیچیده ماده شامل اثر بوشینگر، رفتار گذرا و نرم شوندگی ماندگار را دارد. تاثیر نیروی نگه دارنده ورق، ضریب اصطکاک، ضخامت ورق، ناهمسانگردی ماده و پارامترهای سخت شوندگی بر روی برگشت فنری ورق بررسی شده است. مشاهده می شود که مدل تحلیلی ارائه شده در این مقاله دارای دقت مطلوبی در مقایسه با حل روش اجزای محدود است و نتایج به دست آمده به مقادیر آزمایشگاهی نزدیک می باشند. نتایج نشان می دهد که نیروی نگه دارنده ورق، ضریب اصطکاک، ضخامت ورق و ناهمسانگردی ماده تاثیر قابل ملاحظه ای بر پیش بینی برگشت فنری دارند. از آنجایی که در طول فرآیند شکل دهی، ورق بارگذاری معکوس را تجربه می کند، پارامترهای سخت شوندگی ماده تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پیش بینی برگشت فنری دارند. مشاهده می شود که اثر بوشینگر در مقایسه با رفتار گذرا و نرم شوندگی ماندگار تاثیر بیشتری بر پیش بینی برگشت فنری دارند.
    کلیدواژگان: برگشت فنری، اثر بوشینگر، فولاد دو فازی، فرآیند خمش U شکل، سخت شوندگی ناهمسانگرد
  • محمدصالح صدوقی، سیامک اسماعیل زاده خادم *، سعید باب صفحات 303-314
    در این مقاله به بررسی رفتار دینامیکی یک سیستم دوار ایستا شامل روتور، بلبرینگ و دیسک در دورهای مختلف به دو روش المان محدود و مدلسازی غیر خطی پرداخته شده است. وجود مشخصه های غیر خطی در این نوع سیستمها باعث می شود که مدلسازی و تحلیل های خطی از دقت کافی برخوردار نباشد، لذا در این مقاله به استخراج و حل معادلات دینامیکی غیرخطی سیستم مورد نظر پرداخته شده است. به منظور استخراج معادلات از روش همیلتون استفاده شده و برای کاهش تعداد معادلات، تبدیل مختصات مختلط بکار گرفته می شود. پس از حل معادلات، جهت بررسی خواص ارتعاشی سیستم، نمودارهای پاسخ زمانی، مدار دینامیکی، پاسخ فرکانسی و شکل مود ارتعاشات روتور ترسیم می شود.به منظور صحت سنجی نتایج تحلیلی، از روش المان محدود در نرم افزار انسیس استفاده شده است.مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی غیر خطی با نتایج حاصل از حل المان محدود انطباق خوبی در فرکانس های رزونانس سیستم در سه مود اول مشاهده می شود که نشان از دقت کافی در مدلسازی غیر خطی دارد. از مدلسازی غیر خطی می توان به این نتیجه رسید که نرخکاهشبرایتمامیمودها منفی است کهنشانهپایداریکلیهمودهااست همچنین بیشینه دامنه ارتعاشات در یاتاقان و روتور، به ترتیب در مود سوم و دوم رخ می دهد. اختلاف فاز نابالانسی 90 درجه در دو دیسک، باعث تحریک هر سه مودفرکانسی سیستم می شود در حالی که به ازای اختلاف فاز 0 و 180 درجه به ترتیب فقط مود های فرد (اول و سوم) و زوج (دوم) تحریک می شوند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات سیستم دوار، مدلسازی غیر خطی، المان محدود، اختلاف فاز نابالانسی
  • محمدرضا انصاری *، مصطفی زینالعابدینی صفحات 315-325
    تا کنون مدل سازی های زیادی بر روی جریان اسلاگ انجام شده است، اما در اغلب آنها از مدل جریان آرام که تقریبا فرض غیر فیزیکی است، برای حل جریان اسلاگ استفاده شده است. در معدود بررسی های انجام شده با مدلهای جریان مغشوش نیز، به میزان نوع تناسب مدل اغتشاشی انتخابی و رژیم جریان اسلاگ اشاره ای نشده است. رژیم اسلاگ یک جریان برشی است، که در قسمتهایی از آن، جریان دچار چرخش و کرنش زیاد می شود.
    در این تحقیق ابتدا وجه تمایز مدل های اغتشاشی، فرضیات اولیه جهت استخراج مدل، مزایا، معایب و سایر مشخصات مهم مدل های اغتشاشی رایج بررسی شده و سپس میزان تطابق آن ها با جریان اسلاگ تحلیل شده است. در مرحله بعد پس از انجام شبیه سازی های گوناگون با استفاده از نرم افزار FLUENT و مقایسه نتایج مدلهای مختلف با یکدیگر و همچنین مقایسه آنها با نتایج آزمایشگاهی، بهترین و سازگارترین مدل اغتشاشی با رژیم جریان اسلاگ، معرفی شده است. در همین رابطه مدل اغتشاشی RNG k-ε به عنوان سازگارترین مدل اغتشاشی، که میتواند برای مدلسازی اغتشاشات در جریان اسلاگ در کنار همه مدل های جریان دوفازی به کار برده شود تعیین گردید. در انتها مشخصات مختلف جریان اسلاگ مانند توزیع فشار در زمان وقوع اسلاگ، سرعت مخلوط اسلاگ، زمان و مکان وقوع اسلاگ با مدل اغتشاشی RNG محاسبه و ارائه گردید.
    کلیدواژگان: اسلاگ، اغتشاشات، گردابه، شبیهسازی، مدل دو فازی حجم سیال
  • مقاله پژوهشی کامل
  • مصطفی اسلامی، عقیل یوسفی کما *، مجید خدیو صفحات 326-334
    هدف از این مقاله، بهبود مدل پاندول معکوس، برای طراحی مسیر بلادرنگ ربات های دوپا است. در این راستا، یک مدل بر اساس پاندول معکوس سه جرمه پیشنهاد می شود و دقت تخمین این مدل با مدل پاندول معکوس سه جرمه و تک جرمه مقایسه می شود. مدل پیشنهادی، با اضافه کردن تقریبی از لنگر پای معلق به مدل پاندول معکوس سه جرمه، تخمین رفتار دینامیکی ربات را بهبود می بخشد. برای نشان دادن کارایی مدل پیشنهادی، مسیر مرکز جرم ربات با استفاده از سه مدل، بر اساس نقطه گشتاور صفر طراحی شده، بدست می-آید. سپس، با استفاده از سینماتیک معکوس، مسیرهای فضای کاری به فضای مفصلی نگاشت داده می شوند. در نهایت، با استفاده از مسیرهای به دست آمده در فضای مفصلی، موقعیت دقیق نقطه گشتاور صفر محاسبه شده و مقادیر بدست آمده از سه مدل با هم مقایسه می شود. نتایج بدست آمده از شبیه سازی حرکت ربات، نشان از بهبود تخمین دینامیک ربات با استفاده از مدل پیشنهادی نسبت به مدل های تک جرمه و سه جرمه، به خصوص در سرعت های بالا، دارد. مدل ارائه شده، براساس ویژگی های ربات سورنا 3 بوده که این ربات در مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته(CAST) دانشگاه تهران طراحی و ساخته شده است.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، طراحی مسیر بلادرنگ، مدل پاندول معکوس سه جرمه
  • یادداشت پژوهشی
  • بهروز سپهری*، حجت محمدی اصفهانی، فرامرز فیروزی صفحات 335-342
    رفتار مکانیکی غضروف مفصلی تحت تاثیر عوامل متنوعی قرار دارد. توزیع ناهمگن پروتئوگلیکان ها و فیبرهای کلاژن در جهت ضخامت غضروف مفصلی منجر به شکل گیری بافتی با خواص متغیر در جهت عمق می شود. این خواص مستقیما در مقادیر تنش و تغیر شکل ایجاد شده در غضروف تاثیر دارد. در تحقیقات گذشته از خواص متفاوت و هندسه پیچیده اجزای مفصلی صرف نظر گردیده، لذا هدف از این تحقیق ایجاد یک مدل نزدیک به آناتومی از غضروف مفصلی زانو جهت شبیه سازی رفتار آن تحت بار دینامیکی درفاز گام گذاری از سیکل حرکت بود. مدل المان محدود سه بعدی ایجاد شده شامل غضروف ران، غضروف درشت نی و مینیسک های میانی و جانبی بود و در آن برای بافت های غضروفی، مدل غیرخطی پروویسکوالاستیک همسانگرد و برای مینیسک ها رفتار الاستیک خطی همسانگرد صفحه ای تعریف شد. همچنین غضروف ها به صورت اشباع از سیال درنظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مقدار تنش اصلی در لایه فوقانی دارای بیشترین مقدار بوده و در جهت عمق کاهش می یابد که این امر دلیل بروز آرتروز را در لایه های بیرونی توجیه می کند. همچنین نشان داده شد که تغیرات ضریب نفوذ هیدرولیکی در غضروف مفصلی به عنوان تابعی از کرنش در بارگذاری دینامیکی ناچیز است. نتایج این پژوهش با مطالعات آزمایشگاهی توافق خوبی نشان داد
    کلیدواژگان: غضروف مفصلی، مدلسازی اجزاء محدود، بارگذاری دینامیکی، خواص مکانیکی
  • مقاله پژوهشی کامل
  • زهرا طالب پور، حمید نیازمند* صفحات 343-354
    اثرات متقابل بین ساختارهای گردابه ای و ذرات یا قطرات کروی از موضوعات کاربردی در جریان های دو فازی می باشد. این تعامل ها به ویژه در زمانی که همراه با چرخش قطره باشند، موجب تغییرات عمده ای در میدان جریان می شوند. همچنین مشاهده شده است که نرخ انتقال حرارت قطره در طی زمانی که هسته ورتکس ها در نزدیکی آن قرار دارند، به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار می گیرد. در این مقاله، انتقال حرارت گذرای یک قطره کروی چرخشی در تعامل با یک جفت ورتکس در جریان لزج و تراکم ناپذیر با استفاده از حل عددی معادلات ناویر- استوکس و انرژی در محدوده 100≥20≤Re و سرعت چرخشی بی بعد 0≤Ω≤1با کد محاسباتی که به زبان فرترن توسط نویسندگان توسعه یافته، مطالعه شده است. به منظور اطمینان از صحت محاسبات، نتایج با داده های عددی گزارش شده در مقالات مقایسه و هماهنگی خوبی بین نتایج مشاهده گردید. سپس اثر جهت گردش دو ورتکس در تعامل با قطره دارای چرخش بر نرخ انتقال حرارت آن بررسی شد. همچنین توزیع ضریب انتقال حرارت در سطح قطره با چرخش جداگانه حول سه محور متفاوت در دو حالت تعامل و عدم تعامل با ورتکس ها بررسی و نتایج مربوط به تغییرات ضریب انتقال حرارت ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که چرخش قطره تا مقادیر Ω≤0.5، اثرات قابل چشم پوشی بر نرخ انتقال حرارت قطره در دو حالت حضور و عدم حضور ورتکس ها در میدان جریان دارد؛ اما، با افزایش پیچش قطره، اثرات قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت مشاهده شده که با توجه به جهت گردش ورتکس ها، مقادیر متفاوتی بدست آمده است.
    کلیدواژگان: تعامل ورتکس، قطره، جریان تراکم ناپذیر، ضریب انتقال حرارت، قطره، ورتکس
  • اسعد علیزاده، عبدالرحمان دادوند *، مهدی بخشان صفحات 355-364
    در این مقاله، حرکت یک غشاء ارتجاعی و نیز اندرکنش هیدرودینامیکی چند غشاء در یک میکروکانال با توسعه یک کد کامپیوتری به زبان C شبیه سازی می گردد. برای حل میدان جریان سیال از روش شبکه بولتزمن و برای شبیه سازی اندرکنش سیال- جامد از روش مرز غوطه ور استفاده می شود. غشاها به صورت مرزهای انعطاف پذیرغوطه ور در جریان سیال در نظر گرفته می شوند. ابتدا یک غشاء با سفتی بالا به شکل مقعرالطرفین در نظر گرفته می شود. این غشاء به دلیل سفت بودن، از خود حرکت غلت خوردن نشان می دهد و جابجایی عرضی آن با نوسان همراه خواهد بود. سپس، اثرات موقعیت اولیه یک غشاء به شکل دایره بر تغییر شکل، سرعت و جابه جایی عرضی آن مورد بررسی قرار می گیرد. دیده شد که با نزدیک شدن موقعیت اولیه غشاء به مرکز میکروکانال، جابجایی عرضی و مولفه قائم سرعت آن کاهش یافته و مولفه افقی سرعت آن افزایش می یابد. در انتها، حرکت همزمان چند غشاء در یک میکروکانال و برهمکنش آنها با یکدیگر و با جریان تحلیل می گردد. غشاها با هم برخورد نداشته و بنابراین مکانیزم برخورد مدل نشده است. مشاهده شد که غشای بالادست جریان، بیشترین تغییر شکل را دارد و نیروی بیشتری از طرف سیال به آن وارد می شود. همچنین، حضور همزمان چند غشاء باعث کندتر شدن سرعت جریان خواهد شد. نتایج عددی حاضر تطابق خوبی با نتایج معتبر عددی موجود دارد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، روش مرز غوطه ور، چند غشاء ارتجاعی، اندرکنش، میکروکانال
  • عرفان میرشکاری، افشین قنبرزاده*، کوروش حیدری شیرازی صفحات 365-374
    در کار حاضر، تاثیر پارامترهای ساختاری ربات موازی شش درجه آزادی هگزا بر شاخص های عملکردی سینماتیکی و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته و ساختار ربات با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبور عسل چندهدفه، بهینه می شود. پس از تشریح ساختار و تعیین پارامترهای هندسی سازنده ربات، روابط مربوط به سینماتیک معکوس آن استخراج شده و ماتریس ژاکوبین که ارتباط دهنده میان مولفه های بردار سرعت مجری نهایی و بردار سرعت های زاویه ای مفصلی است، به دست می آید. از طریق محاسبه مجموع انرژی جنبشی اجزا ربات به صورت ضریبی از بردار سرعت دورانی مفاصل عمل کننده، ماتریس اینرسی استخراج می شود. معکوس عدد وضعیت سینماتیکی محلی و سراسری بر پایه ماتریس ژاکوبین بی بعد به عنوان اندیس اندازه گیری مهارت سینماتیکی ربات منظور می گردد. با تعیین ماتریس جرم به عنوان ارتباط دهنده مولفه های بردار شتاب مجری نهایی و بردار گشتاوری مفاصل عمل کننده، شاخص برآورد مهارت دینامیکی محلی و سراسری ربات ارائه می شود. با در نظر گرفتن شاخص های عملکردی سینماتیکی و دینامیکی در فضای کاری مکعبی به عنوان توابع هدف، ساختار ربات هگزا با استفاده از الگوریتم زنبور عسل چند هدفه، بهینه می گردد. بدین منظور، قیدهای هندسی مناسب شامل محدودیت حرکتی مفاصل یونیورسال و کروی، و قیدهایی به منظور دوری از موقعیت های تکین در نظر گرفته می شوند. نمودار پارتو مربوط به بهینه سازی چند هدفه که نشان دهنده پاسخ های نامغلوب می باشد، ارائه شده است. همچنین نمودارهای تاثیر تغییر پارمترهای ساختاری ربات هگزا بر مقادیر شاخص های عملکردی سینماتیکی و دینامیکی بهینه ترسیم شده و در نهایت توزیع شاخص های عملکردی در فضای کاری مورد نظر نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: ربات موازی هگزا، مهارت سینماتیکی، مهارت دینامیکی، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم زنبور عسل
  • بهزاد مهرافروز، امیر شاملو *، کیخسرو فیروزبخش صفحات 375-383
    اکتین فراوان ترین پروتئین درون یاخته ای و یکی از سه جز اصلی چارچوب یاخته است که در مقابل بارهای کششی از یاخته محافظت می کند. بدین منظور، با توجه به دقت و اعتبار روش های مبتنی بر رفتار اتمی مانند دینامیک مولکولی، در این مقاله با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی به بررسی رفتار مکانیکی پروتئین اکتین پرداخته شده است. اکتین در داخل یاخته به دو صورت تکپار ATP و ADP وجود دارد. در همین راستا در این پژوهش رفتار مکانیکی هر دو فرم تکپار اکتین مطالعه شده است. با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی هدایت شده، تکپار اکتین تحت بارگذاری کششی قرار گرفته و تاثیر ضریب ثابت فنر مجازی دینامیک مولکولی هدایت شده بر رفتار مکانیکی اکتین بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها حاکی از است که با افزایش ضریب ثابت فنر مجازی دینامیک مولکولی هدایت شده، سختی معادل تکپار اکتین افزایش یافته در حالت اکتین ADP به 215.16 pN/Å و برای حالت ATP به 228.24 pN/Å همگرا می شود. همچنین نشان داده شد که تکپار اکتین ATP در بارگذاری کششی، رفتار سخت تری نسبت به تکپار ADP نشان می دهد. به منظور مطالعه دقیق تر رفتار تکپار ATP و ADP، تعداد پیوندهای هیدروژنی و انرژی غیر پیوندی میان این مولکول نوکلئوتیدی و پروتئین اکتین مطالعه شده است. صحه گذاری نتایج پژوهش بر مبنای مقایسه طول پایسته محاسبه شده و مطالعات گذشتگان، صورت گرفته است. طول پایسته محاسبه شده برای اکتین برابر 15.61 آنگستروم است که خطای قابل قبول 2.38 درصدی با مقادیر گزارش شده در مطالعات گذشتگان دارد.
    کلیدواژگان: اکتین، رفتار مکانیکی، شبیه سازی دینامیک مولکولی هدایت شده، نانو مکانیک
  • مهدی مشرف دهکردی* صفحات 384-394
    در کار حاضر، معادله فشار متناظر با جریان سیال تراکم ناپذیر در محیط های متخلخل به شدت ناهمگون با استفاده از روش حجم محدود چند مقیاسی چند درجه تفکیکی به صورت عددی حل شده است. به منظور تمرکز بر اثرات ساختار میدان تراوایی مطلق روی عملکرد و دقت روش چند مقیاسی، جریان به صورت تک فاز مدلسازی شده و از اثرات گرانش و تغییرات خواص سیال با فشار صرف نظر شده است. نتایج روش چند مقیاسی چند درجه تفکیکی از نظر دقت با نتایج روش حجم محدود استاندارد برای چند میدان تراوایی به شدت ناهمگون مقایسه شده اند. این میدان های تراوایی مطلق از لایه های مختلف دهمین مسئله مقایسه ای انجمن مهندسی نفت استخراج شده اند. برای میدان های تراوایی مطلق ناهمگونی که در آن ها تغییرات تراوایی به صورت تدریجی صورت می گیرد، نشان داده شده است که روش حجم محدود چند مقیاسی چند درجه تفکیکی نتایج قابل قبولی را تولید می کند. این در حالی است که نتایج عددی و همچنین تحلیل های ریاضی نشان می دهند که برای میدان های تراوایی مطلق با ساختار کانالی، در حالت کلی ممکن است که در میدان فشار روش چند مقیاسی نوسانات غیر فیزیکی به وجود آید. در اینگونه موارد، مقادیر انتقال پذیری درشت مقیاس ممکن است به گونه ای محاسبه شوند که ماتریس ضرایب دستگاه فشار درشت مقیاس در روش چند مقیاسی شرط های کافی برای یکنوا و همچنین مقید بودن جواب دستگاه معادله خطی (یعنی شرط -Mماتریس بودن) را از دست بدهد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، روش حجم محدود چند مقیاسی چند درجه تفکیکی، انتقال پذیری درشت مقیاس، میدان فشار غیر یکنوا
  • علی ربانی، محمد جواد ناطق*، داوود کریمی صفحات 395-400
    دستگاه هگزاپاد با دارا بودن ساختاری موازی از شش درجه آزادی برخوردار است. این دستگاه بر خلاف ماشین ابزارهای سنتی چالاکی بالایی دارد. با توجه به این شش درجه آزادی از آن می توان برای ماشینکاری سطوح با شکل آزاد استفاده نمود. سطوح با شکل آزاد از جمله سطوح پرکاربرد در صنعت امروز می باشند. از این سطوح در صنایع خودرو سازی، هوا فضا و قالب سازی به وفور استفاده می گردد. با توجه به این کاربرد روز افزون، ماشین کاری این سطوح نیز بسیار مورد توجه پژوهشگران واقع شده است. در ماشین-ابزارهای فرز پنج محوره در این زمینه کارهای فراوانی صورت پذیرفته است. در این مقاله ماشینکاری سطوح با شکل آزاد با استفاده از دستگاه هگزاپاد مورد بررسی قرار گرفته است و بحث اصلی آن تایید امکان پذیری استفاده از دستگاه هگزاپاد به عنوان میز ماشین ابزار و ماشینکاری به کمک آن است. ابتدا نحوه میانیابی این سطوح با توجه به ساختار موازی دستگاه آورده شده است. در ادامه استخراج اطلاعات سطوح با شکل آزاد به کمک فرمول بندی نربز توضیح داده شده است. سپس ماشینکاری سطوح نربز با دستگاه هگزاپاد بررسی شد. در نهایت هم دو قطعه با شکل آزاد در نرم افزار کتیا طراحی شدند و سپس ماشین کاری گردیدند.
    کلیدواژگان: هگزاپاد، ماشین کاری، سطوح با شکل آزاد، سیستم CNC، فرمول بندی نربز
|
  • Moharam Habibnejad Korayem*, Saeed Rafee Nako, Naim Yousefi Lademakhi Pages 1-12
    Full feedback data is mostly essential in control design. The measurement of the variation of flexible joint robot (FJR) actuators is not easy as the measurement of the changes of FJR links’ angles. The measurement of the states is also affected by noise, and the disturbance in the workspace of the robot is not ignorable. Hence a state observer or a nonlinear estimator is necessary to improve the performance of the dynamic system. The state-dependent Riccati equation (SDRE) is one of the most promising nonlinear optimal control methods for estimating variables of systems. Systematic procedure, simple structure, and incorporating wide range of systems (under observability condition) are some advantages of SDRE method. The majority of nonlinear techniques linearize the model, but the SDRE directly uses the nonlinear state space; it is one of the reasons for its precision and flexibility in design with respect to other methods. The goal of this work is to merge the SDRE controller and estimator simultaneously to reduce the state error of the system in presence of external disturbance and measurement noise. So, first, the controller and the observer formulation has been stated. Then, the procedure has been applied to design and to simulate a 3 DOF robot arm with flexible joints. Next, the process has been tested experimentally using Scout robot and the simulation results have been verified. Finally, the proposed method of this paper has been compared with the optimal sliding mode.
    Keywords: State, Dependent Riccati equation, Controller, Observer, Estimator, Flexible Joint Manipulator, Noise, Disturbance
  • Mehdi Zohoor*, Seyed Masoud Seyed Amirkhani Pages 13-20
    In this paper, the effect of different workpiece geometries on the properties of welded Al-7075-T6 parts in rotational friction welding process has been investigated by using experimental and finite element approaches. Welding process is continuous drive friction welding. In this research, the samples diameter were selected equal to 25 mm and the samples length were selected equal to 75 mm. The process variables such as friction time (t1), forging time (t2), friction pressure (P1) and forging pressure (P2) where assumed to be constant, whereas, rotational speeds were variable and selected equal to 2000 rpm and 2500 rpm. Three cylindrical parts with different cross sectional geometries were adopted as three samples. Finally, to verify the accuracy of numerical analysis, the experimental and thermo-mechanical simulation results were compared and found a good agreement between them. Since, an experimental test is a time consuming and a costly process activity, it was decided to get more results by using an alternative method such as finite element simulation technique. Results of this study showed that changing in front geometric of workpiece is an effective factor for tensile strength, length of workpiece and generated flash in welded area and by changing this factor, properties of welded area can be improved.
    Keywords: Friction Welding, Rotational Speed, Temperature, Element Method
  • Mohammad Mahdi Kheirikhah*, Alireza Khodayari, Maryam Tatlari Pages 21-28
    Shape Memory Alloy (SMA) wires are currently employed in robotics as actuators of prosthetic limbs and medical equipment due to advantages such as reducing the size in the application, high power-to-weight ratio and elimination of complex transmission systems. In this paper, a fuzzy control system has been designed and implemented for an artificial finger using the SMA actuators. This robotic finger has been designed and modeled with three revolute joints and three SMA wires as the tendon in order to adduction each phalange of the finger and torsional springs to restore them to their original positions. The dynamic model of the finger has been simulated in MATLAB/Simulation. Based on the simulation results, optimal choice of parameters and system features has been obtained and a prototype of finger has been built and tested. Gains of the controllers are set so that the current applied to SMA wires has minimum overshoot and the output of the system has minimal time to achieve stability. The comparison between the simulation results and the actual measured data show that the simulated model is accurate.
    Keywords: Shape memory alloy, artificial finger, Simulation, Fuzzy controller, prototyped sample
  • Behrooz Mashhadi *, Mohammad Amin Vesal Pages 29-36
    In this paper, the algorithm to detect obstacles surrounding an autonomous vehicle and the method to navigate this vehicle on the road are studied. For this purpose, the road is divided into cells in lateral and longitudinal directions. The assumption is that some special tools specify the cells positions and then full and empty-cell corresponding matrix is generated. In this matrix, full cells are displayed with digit 1 and empty cells are displayed with digit 0. In the next step, by analyzing the matrix in Matlab, the vehicle is navigated. In this analysis, firstly the position of the vehicle and the obstacles are identified. Then, based on the road conditions and the obstacles positions, required orders to move the vehicle are determined. If a lane change is needed, according to the road’s curvature and the distance between the vehicle and the obstacle, appropriate path for the vehicle will be chosen. In this paper, for the first time in autonomous vehicle navigations, the road is considered as a 1 and 0 matrix. In this method, the road matrix gets updated with time and provides the possibility of analyzing the vehicle’s movement. Also, the algorithm used to solve the problem is very simple.
    Keywords: Algorithms, Cell Decomposition, Road Matrix, Lane Change
  • Mohsen Asghari, Seyed Mehdi Rezaei, Mohammad Zareinejad* Pages 37-46
    Piezoelectric actuators (PA) are widely used in electromechanical system thank to interesting properties such as: high resolution, fast response, wide bandwidth, mechanical simplicity, high stiffness. Despite these unique desirable properties, they suffer from nonlinear behaviors which adversely affect the positioning accuracy. Among them, hysteresis between applied voltage , actuator position is the most important nonlinearity which can lead to significant error if not compensated. In this study, a sliding mode controller associated with an unknown input observer, which uses the position feedback provided by a selfsensing circuit, is suggested to use in micro positioning applications. The selfsensing technique is based on the linear relation between position , charge, which is measured by an active charge measurement circuit. The advantages of proposed scheme could be summarized as follows. It is a sensorless method which does not need an external position sensor. It does not need any operators to model hysteresis or its inverse. It has improved performance in comparison to traditional controllers like proportional integral (PI) controller. Obtained experimental results demonstrate the effectiveness of proposed method to use in micro-positioning applications.
    Keywords: Piezo actuators, Hysteresis, Selfsensing, Micropositioning, Sliding mode control, Unknown input observer
  • Mohammad Hassan Kayhani, Hosna Shokri, Mahmood Norouzi * Pages 47-54
    In this study, the viscous fingering instability in miscible displacement of Newtonian fluid by Viscoelastic fluid is investigated. The Criminale–Eriksen–Filbey (CEF) model has been used as the constitutive equation. Simplicity and dependence of rheological functions to shear rate are the advantages of this model. Also, the Carreau-Yasuda model was used to show this dependency. In nonlinear simulation, using spectral method based on Hartly transforms, the effect of rheological functions of displacing viscoelastic fluid on this instability has been studied. The results are included concentration contours, transversely averaged concentration profiles, mixing length and sweep efficiency. The results show that, by changing the parameters in order to increases of viscosity of displacing viscoelastic fluid, flow becomes more stable. In other word, sweep efficiency is increased and mixing length is decreased. Also, at first, the sweep efficiency increases with changing the parameters in order to increase the first normal stress difference in this type of fluid and then decreases with evolution of fingering. However, this factor will have little effect on mixing length. In addition, as well as viscous fingering, several nonlinear finger interactions such as Spreading, coalescence and tip splitting were observed in simulation of viscoelastic fingering instability.
    Keywords: Fingering instability, Viscoelastic fluid, Criminale–Eriksen–Filbey constitutive equation
  • Javad Zahmati, Hossein Amirabadi* Pages 55-64
    Free-form surfaces are widely used in engineering applications. These surfaces are complex and without rotational symmetry, and for this reason they are inspected using the coordinate measuring machines equipped with contact sensor require a suitable sampling strategy. Sampling algorithms are one of the most important factors of error creation in the accuracy of substitute geometry. In coordinate measuring machines, the sampling strategy involves the estimation of the number of sample points (sample size) and identification of their positions (how distribution) on the surface. Thus sample points should be distributed on the surface using sampling strategies that are appropriate for the surface. Often it is difficult to establish such pieces of information (number and the way of distributing the points on the surface) owing to the complex nature of free-form surfaces. In the present work for first time, new adaptive sampling strategy by particle swarm optimization algorithm (PSO) for sampling from free-form surface is proposed. The proposed strategy was compared with two conventional strategies and the deviation between substitute geometry and CAD model is extracted. The simulation results showed that in the proposed method the deviation between substitute geometry and CAD model is less than conventional methods by 2 to 3 times (depending on the number of points). Therefore high efficiency of the proposed method over other methods is concluded.
    Keywords: Inspection, Free, form Surfaces, Sampling Strategies, Optimization, Coordinate Measuring Machine
  • Hosein Mohammad Roknabadi, Mohammad Javad Mahmoodi* Pages 65-74
    The aim of this paper is investigation of progressive damage in a metal matrix composite lamina using coupling of micromechanical method and continuum damage mechanics viewpoint. The micromechanical method is a representative volume element based method known simplified unit cell method which possesses the capability of investigating of progressive damage and plastic behavior in the representative volume elements. The studied damage is isotropic and anisotropic based on continuum damage mechanics viewpoint. Under investigation composite system is Carbon/Aluminum composite. The matrix behavior is considered as isotropic and elastoplastic and the fiber behavior is transversely isotropic and elastic. The fiber arrangement within the matrix is regular. The matrix elastoplastic behavior model is included as bi-linear behavior and solution method is successive approximation method. According to available previous studies, Siliconcarbide/Titinium composite system is noticed for validation and comparison with experimental data. Also the effect of fiber volume fraction on the damage progression routine is studied. The results show that by increasing the longitudinal and transverse loadings, the damage variable grows in the fiber direction and perpendicular to the fiber direction and the axial and transverse Young's modulus decrease subsequently. Also the results prove that in longitudinal loading, considering anisotropic damage, damage progression in the fiber direction is more than its growth in perpendicular to the fiber direction. Whereas, under transverse loading, damage growth in perpendicular to the fiber direction is faster.
    Keywords: Matrix metal composite, Continuum damage mechanics, Micromechanics, Anisotropic damage
  • Faramarz Talati *, Mohammad Taghilou Pages 75-86
    The use of phase-change material to enhance the capacity of energy storage/release is the subject of many new researches on management of the energy supply. Study of these systems is directly related to the solid-liquid phase-change problem, in which the evaluation of temperature distribution, position of phase-change front and liquid or solid fraction becomes a basic problem. Study of freezing and melting process with regard to natural convection in the liquid phase is the main purpose of the present paper. For this purpose, a rectangular finned container of phase-change material is intended. Fins are used to enhance the heat transfer rate. This fact necessitates the use of immersed boundary condition on the solid phase. Hence, the melting process considering the both effects of natural convection and movement of solid phase is studied. The freezing process is also studied taking into accounts the natural convection with no need to impose the immersed boundary condition. Lattice Boltzmann method is used as a numerical method and results are reported based on the dimensionless parameters. Based on the results, the effects of natural convection is negligible during freezing process, while imposing the effects of natural convection provides a significant change in the required time for complete melting of the phase change material.
    Keywords: Solid, liquid phase, change, Natural convection, Phase change material, Lattice Boltzmann Method
  • Morteza Hafezipour, Ali Asghar Jafari *, Seyed Ali Akbar Moosavian Pages 87-98
    A solar-powered robot is a mobile robot powered completely or significantly by direct solar energy. The sun's energy is converted into electric energy by solar panels mounted on the robot. These solar panels are required to be light, because of the important demands for low-energy consumption. As a result of the flexibility of elements of the panels, undesirable low-frequency vibration may occur when the robot moves on a rough terrain. In this paper, a new method for stabilization of solar panels vibration base on trajectory planning for articulated mobile robot is presented. The dynamics of solar panels attached to the robot is derived using Kane’s method. The attitude and configuration of a rover as a function of the terrain on which it moves is determined using inverse kinematics of the robot. The attitude and configuration of a rover is required to approximate the domain of vibration by derived dynamics equations. Base on this approximation, a trajectory planning algorithm is presented that can reduce vibration without significant decrease in the velocity of the robot. The proposed method is simulated for a six-wheeled mobile robot with rocker-bogie structure The obtained results show that the algorithm stable the domain of vibration in allowable area and do not decrease the velocity of the robot significantly.
    Keywords: Wheeled Mobile Robot, Flexible Solar Panel, Reducing Vibration, Kane Methode
  • Mahmoud Shariati *, Hamid Zabihi Ferezqi, Saeid Hadidi Moud Pages 99-108
    The Assessment of strain accumulation due to nonlinear events like creep, plasticity or ratcheting phenomenon has gained importance, since it causes an increase in creep and fatigue damage of materials. Some factors like the magnitude of loading, constitutive equations or the elastic regions around the nonlinear events have effect on the rate of strain accumulation. The elastic follow-up can explain the mechanism of strain accumulation. This phenomenon may occur when a mechanical structure with elastic manner is connected to non-linear events and they are subjected to a displacement load. In these cases, the high rigidity portion of elastic region of mechanical structure may enhance the force to the regions with low rigidity. So in the local non-linear portion, the strain is accumulated. This phenomenon is proposed as an important instruction in mechanical assessment codes. In this study, the effects of Elastic Follow-up phenomenon on strain accumulation due to elastic-plastic and local creep are investigated. So the Elastic Follow-up parameter is defined by the methods which are described in high temperature assessment procedures (R5). The results revealed that the strain accumulation depends on the elastic region in structures which is described by the Elastic Follow-up phenomenon.
    Keywords: Elastic Follow, up, Strain Accumulation, Load Control Loading, Displacement Control Loading, Stiffness, creep
  • Sajad Ghanbari, Mohammad Sefid*, Rahim Shamsoddini Pages 109-119
    In this present study, the mixing of two incompressible miscible fluids with different density and viscosity has been investigated in a two-dimensional microchannel equipped with an oscillating stirrer in different excitation frequency. Although most studies in the field of fluid mixing, have been studied the mixer performance when the two fluids were absolutely identical, but the mixing make sense when two fluids has been non-uniformity such as different temperature, concentration or properties. The aim of this study is to evaluating the effect of various properties of the fluids in mixer performance and mixing value. Simulation has been performed in Re=100 and Sc=10, between 0.1 to 1 strouhal number by using element based finite volume method by means of commercial code CFX. Mixer performance has been evaluated in three different modes: mixing of two identical fluids, mixing of two fluids with different density and mixing of two fluids with different viscosity. The results show that, mixing of the fluids with different properties leads to change in mixer performance, and has unique performance in each case. In comparison with similar properties fluids, mixing of fluids with different viscosity and density show lesser inclined in mixing. It has been shown that variation of strouhal number has lesser effect on mixing index changes. The ratio of maximum mixing index changes to base mixing index in the case of different density and viscosity is 54.01 and 51.15 percent, respectively, while the value is 577.94 percent for the mixing of similar fluids.
    Keywords: Mixing, Mixer, Microchannel, Density, Viscosity
  • Manizhe Zakeri *, Javad Faraji Pages 120-130
    In this paper, dynamic behavior of a nano particle on a rough surface in pushing based on the atomic force microscopy (AFM) was modeled and simulated by using the multipoint contact model. First, a multipoint contact model was extracted for two different roughness profiles of rough surfaces including the hexagonal and tetrahedral by combination of the Rumpf singular point contact model with JKR and Schwarz contact models, and the equations of the real contact area and adhesion force were proposed for multipoint contact of rough surfaces. Then, the dynamic behavior of particles in pushing on the rough substrate was modeled by using the new multipoint contact model. Additionally, simulation of the particles dynamics with radii of 50, 400 and 500 nm in moving on the different rough substrates was performed and analyzed, by assuming multipoint, singular point contacts, and flat surface contacts. Results showed that the multipoint contact model, especially in small radiuses of roughness has an essential impact on determining of the critical force. Moreover, assumptions of the flatness or the singular point contact leads to a considerable error to estimate the critical force. Results showed profiles of rough surface and roughness distribution are very important factors in determination the numbers of the contact points, and change the estimated amount of the critical force. In general, the obtained critical force based on the new multipoint contact model in comparison with the ones based on the flat surface and the singular point contact models, was decreased and increased, respectively.
    Keywords: Dynamic modeling, pushing nano, micro particles, rough surface, multi, point contact
  • Mohammad Reza Shabgard*, Farzam Arabzadeh Tabriz, Ahad Gholipoor Pages 131-138
    Abrasive flow machining (AFM) is a relatively new process with low material removal ratio for deburring, removing recast layers and finishing industrial components with complex shapes among non-conventional machining processes. In this process, the finishing is handled by flowing of the composition of viscoelastic and abrasive particles on workpiece surface, under the pressure of piston. In this research, the abrasive flow machining process of H13 tool steel with applied an external magnetic field around the workpiece for improve the material removal ratio and surface roughness has been investigated and the effect of magnetic field intensity, abrasive particles mesh and the hardness of workpiece as the input parameters on the process outputs including surface roughness and material removal ratio was studied. Also the regression model of MRR and surface roughness was developed and variance analysis was performed. Results of experiments indicated that increase in abrasive-particles mesh leads to decrease surface roughness and material remove ratio and increase in magnetic field intensity causes to increase material removal ratio and decrease surface roughness. Also the material removal ratio is decreased with increasing of workpiece hardness and on the same condition; better surface finish was achieved in the case of harder workpiece.
    Keywords: Abrasive flow, magnetic abrasive flow, Surface roughness, material removal, H13 steel
  • Sara Moghadaszadeh Bazaz, Vahid Bohlouri, Seyed Hamid Jalali Naini* Pages 139-148
    In this paper, the performance of a single-axis attitude control with pulse-width pulse-frequency (PWPF) modulation is enhanced using a modified proportional-integral-derivative (PID) controller for a rigid satellite with on-off thruster actuators. For this purpose, the well-known observer-based PID approach is utilized. The on-off thruster actuator is modeled with a constant delay followed by a second-order binomial transfer function. The modulator update frequency is limited to 40 Hz as an input to the on-off thruster actuators. In this study, the design criteria of pointing accuracy, overshoot of the attitude response, fuel consumption, and the number of thruster firings are considered for a step external disturbance (with different values). The parameters of the observer-based PID controller are tuned using parametric search method. Simulation results show that the fuel consumption and settling time of the observer-based approach are considerably decreased with respect to those of PID controller with PWPF modulator. Moreover, the overshoot of the observer-based approach is omitted. Finally, the robustness of the observer-based modified PID controller is investigated in presence of uncertainties in satellite moment of inertia and thrust level of on-off actuators.
    Keywords: Satellite Attitude Control, Pulse, Width Pulse, Frequency Modulator, Modified PID Controller, Observer, based Approach
  • Farzin Davoodi, Seyed Alireza Zolfaghari *, Mehdi Marefat Pages 149-158
    Differences in the persons’ individual parameters such as age, gender, weight, height and basal metabolic rate have a significant effect on the human body thermoregulation. Therefore, using the human thermal models that developed on the basis of large humanity population cannot lead to accurate results for specific individuals. Because, the individual parameters have not been considered in standard thermal comfort models and also available individual and local models are so complicated in applications; nowadays, the necessity of developing a simple and accurate individualized model is felt. In this study, some physiological parameters such as: body fat percentage, subcutaneous fat layer thickness, body heat capacity coefficient and tissue conductive resistances have been modeled from readily-available external measurement of individuals and these parameters are incorporated into three node-model algorithm structure to predict individual variations in thermal response between individuals. Three-node thermal comfort model is based on Gagge’s standard model that has been accurately estimated thermal sensation of the bare and clothed parts of the body. The model has been verified against the analytical and experimental results where a good agreement was found. In conclusion, the results indicate that the mean error in prediction of skin temperature is decreased from 1.2℃ for three-node model to 0.4℃ for the new individual model.
    Keywords: Individual Thermal comfort model, Human body thermoregulation, Thermal individual characteristic, Individual thermal sensation
  • Nematollah Fouladi *, Alireza Mohamadi, Hadi Rezaei Pages 159-168
    In this paper, the design algorithm of a second throat exhaust diffuser applicable in altitude tests of large expansion ratio nozzles is presented. In this algorithm, the geometric parameters of the exhaust diffuser are classified into primary and secondary parts. The primary geometric parameters are calculated from normal shock theory incorporating with a correction coefficient. However, the secondary parameters are selected from the previously reported experimental results. Numerical simulation tool is utilized to satisfy the design candidates and to finalize the correction factor. Axis-symmetric compressible Navier–Stokes equations incorporated with two equation Kω-SST turbulence model are solved to extract the supersonic exhaust diffuser flow features. As a first stage of numerical analysis, we use an unsteady pressure-based solver to accelerate the solution procedure. At the second stage, we use steady density-based solver to enhance the accuracy of our solutions. The current numerical method is properly validated by experimental reported results in the literature. Finally, we focused on simulation results of a designed diffuser and described the flow futures at different boundary conditions. The simulation results are confirmed that the designed diffuser is suitable for proposed altitude test.
    Keywords: Altitude test facility, second throat exhaust diffuser, computational fluid dynamics
  • Mohammad Reza Shabgard*, Behnam Khosrozadeh Pages 169-176
    Electrical discharge machining is one of the usual and widely used machining processes for machining hard metals and alloys which has low machinability by traditional machining methods. Due to the thermoelectric nature of this process, changes in metallurgical and mechanical properties of machined surface and development of residual stresses in components are inevitable. In this research machining of Ti-6Al-4V titanium alloy is conducted by ultrasonic assisted electrical discharge machining process and the effects of ultrasonic vibration of tool on the machining efficiency, surface integrity such as surface micro-cracks, residual stress and surface hardness has been evaluated. Machined surface were imaged by scanning electron microscopy imaging to study the size and distribution of surface micro-cracks. Residual stresses along the depth of the machined surface, evaluated using Nano indentation technique and hardness of discharged surface is measured using a micro hardness measuring instrument. The results show that applying ultrasonic vibration increases electrical discharge machining process efficiency (about 90%), reduces the amount and size of surface micro-cracks, changes residual stress distribution and decreases the amount of it (average 17%); Increases of surface hardness caused by ultrasonic assisted electrical discharge machining process is 13% more than the traditional electrical discharge machining process.
    Keywords: EDM, ultrasonic vibration, surface integrity, titanium, residual stress
  • Abbas Ebrahimi *, Mahmood Sekandari Pages 177-184
    Wind turbines are subject to various unsteady aerodynamic effects. This includes the wind gust and the change of wind direction. In this work, the aeroelastic behavior of a reference horizontal axis wind turbine has been investigated under different wind gusts and yaw conditions. Unsteady blade element momentum (UBEM) theory and Euler-Bernoulli beam assumption were used to rotor power estimations. To take into account the time delay in aerodynamic loads due to a sudden change in inflow conditions, a dynamic wake model was implemented. The ONERA dynamic stall model was coupled into the BEM theory to improve the aerodynamic loads prediction in the unsteady inflow and yaw conditions. To verify this method, the results in the case of steady-state are compared with the NREL 5 MW wind turbine and in the unsteady case are compared with the Tjaereborg test turbine. The results indicate that sudden change in wind speed causes sharp fluctuations in terms of elastic torsion of the blade and other parameters such as rotor power. Increasing in wind gradient can leads to increasing time delay to a new equilibrium. The increase in yaw angle can be contributed to the rotor power and the periodic loads reduction. The method presented here may facilitate improvements in the controller design for wind turbines.
    Keywords: Blade element momentum, Unsteady aerodynamics, Stall dynamic, Aeroelasticity, Wind turbine
  • Saeed Mahmoudkhani *, Hassan Haddadpour Pages 185-195
    The nonlinear vibration of sandwich viscoelastic plates under wide-band random excitation is investigated. The main attention is put on the influence of the one-to-one internal resonance, arisen from the close natural frequencies of the asymmetric modes of a near-square plate, on the response. The multi-modal response and the on-off intermittency phenomenon are especially considered. The mathematical modeling of the mid-layer is based on the moderate transverse shear strains and rotations, which have led to both geometrical and material nonlinearities. For the nonlinear constitutive equation of the mid layer, a single integral viscoelastic model is used. The displacement field in the thickness direction is also assumed to be linear for the in-plane components and quadratic for the out-of-plane components. Moreover, the Kirchhoff theory with the von-Karman nonlinearities are used for the outer layers. The solution is initiated by applying the perturbation method along with the Galerkin’s method to obtain integro-differential ordinary equations in time. These equations are then, solved using the Gaussian and non-Gaussian closure methods and the results are used to investigate the occurrence of the bifurcation with the aid of the Pseudo-arclength continuation method. Numerical results are presented for the multi-modal response and the minimum excitation intensity required for the nonlinear interaction between asymmetric modes.
    Keywords: Sandwich plate, Nonlinear interaction, random vibration, Non, Gaussian moment closure, Moderate rotations, strains
  • Mohammad Gharebiglou, Mir Shahabeddin Izadkhah, Hamid Erfan, Niya*, Ali Akbar Entezami Pages 196-206
    The aim of present work is the investigation of polypropylene/graphene oxide nanocamposies. In this work, the reinforcing effects of the graphene oxide nanoparticles on the mechanical and thermal properties of the nonpolar polypropylene are examined. There is two main challenges to improve the properties of polypropylene by graphene oxide nanoparticles. First, the nanoparticles have not suitable dispersion in polymer matrix. Furthermore, there is not sufficient adhesion between nanoparticle and polymer chains. In this study, the graphene oxide (GO) surface is modified by a linear alkyl chain via a bimolecular nucleophilic substitution reaction between the oxygen groups of GO and reactants to promote the homogeneous dispersion of GO in the organic solvent and increasing the interfacial adhesion between the graphene oxide and polymer matrix. The presence of the alkyl groups on the surface of graphene oxide nanoparticles is characterized by FT-IR. To prevent the AGO aggregation in the polypropylene, the solution-blending method is used to prepare the nanocomposites with 0.1, 0.3, 0.5 wt% AGO. The SEM images confirmed the appropriate dispersion of the graphene oxide in the composites. The stress-strain analysis, dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA), and thermal gravimetric analysis (TGA) are performed to investigate the mechanical and thermal properties of nanocomposites. The results demonstrated that the Young’s modulus of the polymer are improved by 20, 30 and 34% with adding 0.1, 0.3 and 0.5% AGO, respectively. Also the 10% mass loss temperature for 0.1, 0.3 and 0.5% AGO nanocomposites compared to neat polypropylene increased by 2, 8, 12 C0, respectively.
    Keywords: Nanocomposite, Polypropylene, Graphene oxide, Mechanical Properties
  • Hossein Mohammadi Roknabadi, Mohammadjavad Mahmoodi* Pages 207-217
    The main purpose of this paper is modeling of the free corner effect of cross-ply and angle-ply graphite/epoxy composite laminates using finite element method based on global-local method. The global area is modeled by first order shear deformation theory and the local area, in the free corner vicinity, is modeled by the Reddy's layer-wise theory. Using this method provides the possibility of analysis of thick angle-ply and cross-ply laminates. The cross-ply and angle-ply laminates are subjected to uniform thermal and extension loading, respectively and the effects of the free edge and free corner interlaminar stresses are investigated. The presented results verification is performed via available results in the previous studies which show good agreement. The present study results show that when the cross-ply laminate is subjected to thermal loading, the interlaminar stresses distribution is uniform in both length and width of the laminate. However, for the uni-axial extension loading, the interlaminar stresses possess different distribution in the two directions of the laminate. Also, results demonstrate that in angle-ply laminates under extension loading, the free corner effect increases by increasing fiber angle and the maximum interlaminar stresses occur in 30 degree plies in the free corner vicinity. Moreover, results prove that the effects of the free edge and the free corner are almost similar in layers with fiber angle less than 30 degrees. Parametric study on the thickness and stacking of the laminate layers display that both parameters have a significant influence on the interlamianar stresses at the free corner.
    Keywords: Free corner effect, Angle, ply laminates, Global, local model, Interlaminar stresses
  • Mehran Mansour Dehghan, Masoud Ebrahimi *, Oveis Negaresh Pages 218-228
    Satellite Thermal Control subsystem has the responsibility of maintaining the temperature of different parts and other subsystems in an allowable range. The purpose of this paper is to optimally design the satellite thermal control subsystem. In order to achieve this goal, at first a software for thermal analysis of satellite was developed and validated. Receiving orbital data and Satellite’s properties, the software simulates the position of the satellite in any desired orbit and calculates input and output thermal flux. Meanwhile, the software calculates the temperature of each sides of satellite in cold case and hot case. At the end, it computs the minimum and maximum temperature of the satellite. Combination of three commonly used thermal control methods for small satellite was used. Insulation thickness, thickness of radiator’s cover, and the power of radiator are considered as design parameter and allowable temperature of surfaces (minimum and maximum allowable temperature) are considered as design constraints. A weighted function of mass, cost, and power consumption of thermal control system are chosen as objective function that can be an indicator of the cost. Sequential Quadratic Programming as a powerful method in nonlinear optimization was used to optimize thermal control properties.The results demonstrated that the objective function improved dramatically comparing to initial design. High speed, appropriate precision, and extensibility of this software to thermal control design of vast majority of small satellites, makes this research superior. Therefore, this software could be cooperated as the thermal control design module in multidisciplinary design optimization of satellites.
    Keywords: Thermal Control, Satellite, Design Optimization
  • Saleh Jomezade Khazarbeygi, Amir Jalali * Pages 229-238
    In this study the steady-state dynamic of a linear, homogeneous, un-damped string, coupled with a locally connected spring-dashpot system is analytically investigated. Both ends of the string are assumed to be excited with identical and synchronous harmonic motion. It is shown that the damper introduces mode complexity and leads to frequency shift between the peak amplitudes in different locations of the string. Also it causes phase variations which indicates mode complexity domain. In this study, it is shown that there are different combinations of spring and damper constants in which the mode complexity attains its maximum level. Surprisingly, the combination is unique in each given excitation frequency ratio. In this situation, the damping constant is bounded in a specified range but, the spring constant is increased as the excitation frequency ratio is increased. In such case, all vibration normal modes of the string are completely destroyed and, in turn, traveling waves are formed. Also it is shown that the damping constant which leads to the maximum frequency shift, is not necessarily equal to the one that introduces the maximum mode complexity.
    Keywords: Steady, state dynamic, Mode complexity, Frequency shift, Traveling wave
  • Ali Asghar Atai *, Mahdi Alizadeh Pages 239-248
    One of the remarkable concerns in Shallow arches’ behavior under lateral loading is snap through, a phenomenon which can make the structure collapse or displace to another stable configuration. Introducing functionally graded materials in recent years led to some interesting results, for instance, using functionally graded materials in shallow arches can give structures with favorable stability properties. In this work, we investigate dynamic stability of the pined-pined functionally graded sinusoidal shallow arch under impulsive loading. Material properties vary through the thickness by power law function. Nonlinear governing equations are derived using Euler-Bernoulli beam assumption and equations of motion are expressed by a nonlinear differential-integral equation. The solution utilizes a Fourier form of response. The procedure to analyze dynamic stability followed here uses total energy of the system and Lyapunov function in the phase space. We find the stable region against dynamical snap through under material properties’ variation through the thickness of shallow arch. We also proceed to find the sufficient critical load in order to make the dynamical snap through occur. The results are analyzed in detail and illustrated in some diagrams.
    Keywords: Shallow arch, Dynamic stability, Snap through, Functionally graded material, Power law
  • Isa Ahmadi *, Neda Ataee Pages 249-260
    A micro-mechanical model based on the representative volume element (RVE) is presented to study the time-dependent and creep behavior of fibrous composite material. To this aim a finite element model is presented for analysis of creep behavior of material in multi-axial creep are presented. The generalized plane strain condition is employed to model the behavior of the RVE in axial and transverse normal loading. The governing equations of the problem in the RVE are discretized using the presented finite element method and the stiffness and force matrixes are presented. Appropriate boundary conditions are implied to the RVE in order to consider the transverse and axial loading conditions including creep behavior. The Euler explicit method is employed to solve the discretized equations in the time domain. The distribution of micro-stresses and the effect of creep in re-distribution of the stresses are studied. The steady state creep behavior of composite in macro-mechanical scale is investigated by analysis of the micromechanical behavior of the RVE. The macro-mechanical creep behavior of metal matrix composite in axial and transverse loading are predicted from the presented micromechanical model.
    Keywords: Micromechanical Modeling, Creep properties, Steady state creep, Finite element method, Representative Volume Element (RVE)
  • Hamidreza Heidari *, Behnam Monjezi Pages 261-268
    Unbalance mass and imperfect bearings are the main sources of vibration in rotor dynamics systems. One way to decline and control of a rotor vibration is the use of magnetic absorbers. The magnetic absorber is used to control the position of the rotor and reduce its vibration. In this study, by applying the dynamic absorber system force and creating two new natural frequencies, the magnetic absorber brings the system out of the resonance. Moreover, in order to decrease the vibration amplitude, two different types of dynamics absorbers are designed in which they are checked by the magnetic absorber in a specific range of rotational frequency. In magnetic absorber controller system, the continuous force which is applied to the main system by mass absorber is restored in sixteen levels discontinuously. It is seen that the vibration amplitude is reduced 13% in the area of natural frequency in comparison to the magnetic absorber with discontinuous force. In this paper, two different mass ratios are considered for each one of the two absorber systems. It is observed that in the case of dynamic absorbers with higher mass ratio, rotor vibration amplitude and the maximum force amplitude of the dynamic absorber system decrease. This issue can increase the accuracy of magnetic absorber system in the renewal of the dynamic absorber system force and reduce consumption electrical energy of the control system as well.
    Keywords: Rotor, Vibration Control, Magnetic Absorber, Dynamic Absorber, Discontinuous Force
  • Hossein Khorasanizadeh*, Mojtaba Sepehrnia Pages 269-280
    Effects of different inlet/outlet arrangements on thermal performance of porous microchannel heat sink MCHS of any geometry has not been studied yet. In this investigation, the effects of utilization of four different inlet/outlet arrangements on electronic chip cooling utilizing trapezoidal MCHS with porous microchannels with porosity of 0.88 have been studied numerically. For this purpose, three dimensional simulations of laminar forced convection flow in microchannels and conduction in solid parts of MCHS by applying constant heat flux of 150 kWm-2 at its base plate have been performed utilizing the finite volume method and the commercial Ansys-CFX code. The results show that the A- and B-type arrangements, for wich the inlet and outlet are in direction of flow in the microchannels, have a better heat transfer performance, smaller thermal resistance and provide more uniform temperature distribution in the MCHS base plate. The results indicate that using porous media is effective in reducing the MCHS base plate temperature and in this regard the D-type arrangement has the best performance among the heat sinks studied. Considering both the positive effect of using porous media on increasing the heat transfer coefficient and its negative effect on increasing the required pumping power, the A-type arrangement has the best performance.
    Keywords: Cooling, Porous microchannel heat sink, Inlet, outlet arrangements, Trapezoidal microchannel
  • Seyyed Behzad Golparvar, Milad Mohammadzadeh Kowsari, Hamid Niazmand* Pages 281-292
    Large amount of diesel engine waste heats make researchers design systems that utilize the engine waste heat to provide the cooling demand of the heavy-duty vehicles and improve the engine efficiency. Considerable advantages of adsorption cooling system lead to be nominated for this purpose. Coolant and exhaust gases are the main sources of waste heats of diesel engines and using each of them to drive the adsorption cooling system requires its own equipment and working pair. In this paper, a detailed numerical model has been developed and to examine the performance of the cooling system driven by the coolant waste heat with working pair of silica gel-water and also driven by exhaust waste heat with zeolite13x-water working pair. An identical absorbent bed and ambient conditions have been employed to compare the performance of both systems to identify the more appropriate system. The results show that exhaust driven adsorption cooling system has more capability to meet the vehicle cooling demand. Moreover, the performance of the both adsorption cooling systems were examined under variable ambient condition. Results indicate that increase in ambient temperature leads to almost a linear performance drop in both systems that is more considerable in the coolant- driven adsorption system.
    Keywords: Adsorption cooling system, Waste heat recovery, Heat, mass transfer, Numerical modeling
  • Asghar Zajkani *, Hamid Hajbarati Pages 293-302
    An undesirable factor that affects the dimensional precision and final shape of metallic parts produced in cold forming processes is springback phenomenon. An analytical model is introduced to predict springback in U-shaped bending process of DP780 dual phase steel sheet. This analytical model is based on the Hill48 yield criterion and plane strain condition. In this model, the effect of forming history, sheet thinning and the motion of the neutral surface on the springback of U-shaped bending process is taken into account. The anisotropic nonlinear kinematic hardening model is used to consider the impact of complex deformation, including stretching, bending and reverse bending. This model is able to investigate the complex hardening behavior of material such as Bauschinger effect, transient behavior and permanent softening. The effect of the sheet holder force, the coefficient of friction, thickness, material anisotropy and hardening parameters on the sheet springback is studied. It can be seen that analytical model which presented in this paper has good accuracy in the springback prediction in comparison with FEM method and results are close to experimental data. The results shows that the sheet holder force, the coefficient of friction, thickness and material anisotropy have great influences on the springback prediction. Since during the forming process the material experience reverse loading, the hardening parameters of material has a significant influence on the springback prediction. It can be seen that the Bauschinger effect has more influence on the springback prediction than the permanent softening and transient behavior.
    Keywords: Springback, Bauschinger Effect, Dual, Phase Steel, U, Shaped Bending Process, Anisotropic Hardening
  • Mohammad Saleh Sadooghi, Siamak Esmaeilzadeh Khadem*, Saeed Bab Pages 303-314
    In this paper the dynamic behavior of a rotating system which includes rotor (shaft), ball bearing and disk in stationary condition and different speeds is investigated. There are nonlinear characteristics in these systems which cause the linear modeling is not sufficiently accurate. So, in this paper the nonlinear dynamic equations of the system are derived and solved. To derive the equations of the system, Hamiltonian method is used, and complex coordinate transform is used to reduce the number of equations. After solving the equations, to investigate the vibrational properties of the system, time response diagram, dynamic orbit, frequency response, and mode shape of the rotor is plotted. To validate the analytical results, finite element method by ANSYS (workbench) software is used.There is a good conformity betweenthe analytical results and finite element results in resonance frequencies of the system in the first three modes which indicates the sufficient accuracy in nonlinear modeling. It can be concluded from nonlinear modeling that the decay rate is negative for the all modes which is indicates the stability of the all modes. Also, the maximum vibration amplitude in the bearing and rotor occurs in third and second modes respectively. Unbalance phase difference of 90 degrees in two discs causes the excitation of all three frequency modes, whereas by unbalance phase difference of 0 or 180 degrees in two discs,only the odd modes (first and third) and the even modes (second) is excited respectively.
    Keywords: Vibration of rotating systems, nonlinear modeling, finite element, unbalance phase difference
  • Mohamadreza Ansari *, Mostafa Zeynalabedini Pages 315-325
    Many models have been applied to slug flow using laminar flow condition. The results obtained from these models are not consistent with the physical behavior of slug flow. Furthermore, discussion on the turbulent models is very rare or not related to the such flow regime. The slug regime is a complicated regime with shear flow and high strain in addition to some vorticity at some sections of the flow.
    In the present attempt at first stage, the turbulent models differences, the initial assumptions to drive, privilages and shorcomings have been considered with details. Then, its consistency with the physics of slug flow was analysed with high accuracy. In the second stage, simulations using different turbulent models were conducted. The obtained results were compared to each other and with the experimental results of other investigators. Finally, the most consistent model with the physics of the slug flow was selected. The turbulent model of RNG k-ε showed more reliable in compare to other turbulent models. Thus, it was selected and used to obtain slug flow behavior with higher accuracy. The parameters as pressure distribution during slugging, slug mixture velocity, slug initiation time and position from the duct inlet with RNG model conducted and presented with detailed explanations.
    Keywords: Slug, Turbulence, Vortex, Simulation, VOF
  • Mostafa Eslami, Aghil Yousefi Koma *, Majid Khadiv Pages 326-334
    In this paper, to improve the accuracy of the one-mass and three-mass inverted pendulum models, which have been used for generating real-time walking patterns for biped robots, we propose a novel model based on the three-mass inverted pendulum. The proposed model employs an approximation of moment of inertia of the swing leg to improve the accuracy of the three-mass inverted pendulum in estimating dynamic behavior of the robot. In order to show significance of the proposed model, trajectories for the Center of Mass (CoM) are obtained using the three models, based on a desired ZMP trajectory. The task space trajectories, then, are mapped into the joint space, using inverse kinematics. Having the joint space variables, the actual ZMPs for the three obtained walking patterns are computed and compared. This comparison well shows merit of the proposed model in estimating dynamic behavior of the robot, especially for walking with relatively high speeds. The kinematic and dynamic properties of the models in this paper are based on the humanoid robot SURENA III, which has been designed and fabricated in the Center of Advanced System and Technologies (CAST), university of Tehran.
    Keywords: Humanoid Robot, Real, Time Pattern Walking Generation, Three, Mass Inverted Pendulum Model
  • Behrooz Sepehri *, Hojat Mohammadi Esfahani, Faramarz Firouzi Pages 335-342
    Mechanical behavior of articular cartilage is affected by many factors. Inhomogeneous distribution of proteoglycans and collagen fibers through the thickness causes some depth-wise behavior. Mechanical properties directly affect stress and deformation of the tissue. In previous studies complexities and variation in mechanical properties were ignored. The aim of the present study is to create a model close to real anatomy of articular cartilage in knee joint and to simulate its behavior under dynamic gate in the stance phase. A 3D finite element (FE) model was created. It was constructed considering femur and tibial cartilages as well as medial and lateral meniscus. In the FE model, a nonlinear isotropic viscoelastic material model used for cartilages and a linear anisotropic elastic one was chosen for meniscuses. As well, cartilages assumed saturated . Numerical simulations on the model showed that peak of maximum principal stress occurred in superficial layer. It was decreased through thickness. These expressed why osteoarthritis fall out in the exterior layers such superficial . The present study showed that hydraulic permeability variation in cartilage as a strain-dependent variable was negligible in dynamic loading. Also, results had a good agreement with experimental ones
    Keywords: Articular Cartilage, Finite Element Modeling, Dynamic Loading, mechanical properties
  • Zahra Talebpour, Hamid Niazmand* Pages 343-354
    The interactions between vortical structures and spherical particles or droplets is of practical issues in two-phase flows. The interactions bring major changes in the flow field particularly when coupled with particle rotation. It is observed that the heat transfer rate is significantly influenced during the time that the vortices’ cores are in the vicinity of the particle. In this paper, transient heat transfer of a rotating spherical particle interacting with a pair of vortices in incompressible and viscous flow is studied using numerical solution of the Navier-Stokes and energy equations in the range of 20≥Re≤100 and non-dimensional rotational velocities 0≤Ω≤1, by computational code which has been developed by the authors. In order to ensure the accuracy of the calculation, the results are compared with numerical data reported in the literature and good agreement between results was observed. Then the effect of circulation direction of two vortices interacting with a particle by spin on its heat transfer rate was investigated. Also distribution of heat transfer coefficient at the particle surface with separate rotation around three different axes in two cases of interacting and non-interacting with vortices is given and the results of heat transfer coefficient are presented. The results show that particle rotation for Ω≤0.5, in both presence and absence of vortices in flow field has negligible effects on the particle heat transfer rate; however, with increasing of particle spin significant effects on heat transfer coefficient has been observed that due to the circulation direction of vortices, different amounts are obtained.
    Keywords: Vortex, Droplet Interaction, Incompressible Flow, Heat Transfer Coefficient, Droplet, Vortex
  • Asad Alizadeh, Abdolrahman Dadvand*, Mehadi Bakhshan Pages 355-364
    In this paper, motion of a flexible membrane and hydrodynamic interaction of multiple membranes in a microchannel are simulated by developing a computer code written in C. The membranes are considered as flexible boundaries immersed in the fluid. First a single biconcave shaped membrane with high rigidity is considered. Due to the rigidity of the membrane, it experiences tumbling motion and its vertical displacement becomes oscillatory. Then, the effects of initial position of a circular membrane on its deformation, vertical velocity and displacement are investigated. It was observed that as the initial location of the membrane approaches the channel’s central axis, its vertical displacement and velocity decreased, but its horizontal velocity component increased. Finally, the simultaneous motion of multiple membranes in a microchannel and their interaction with each other and with flow are evaluated. The membranes do not collide and hence the collision mechanism is not modeled. It was found that the upstream membrane experienced greatest deformation and the greatest force was exerted on it by the fluid on it. In addition, simultaneous presence of multiple membranes would result in a reduction in the flow velocity. The current numerical results have good agreement with the available valid numerical ones.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Immersed Boundary method, Multiple flexible membranes, Interaction, Microchannel
  • Erfan Mirshekari, Afshin Ghanbarzadeh*, Kourosh Heidari Shirazi Pages 365-374
    In this study, the effects of geometrical parameters of 6-DOF Hexa parallel robot on kinematic, and dynamic performance indices are investigated and its structure is optimized using the intelligent multi-objective Bees Algorithm. In this way, after describing the structure and specifying the geometrical parameters of the robot, inverse kinematic relations of the robot are obtained. Jacobian matrix that maps velocity from joint space to Cartesian space is developed. Mass matrix is obtained from calculating the total kinetic energy of the manipulator in terms of the actuated joints vector. Inverse of the homogen jacobian based condition number is considered as a index to evaluate the kinematic dexterity. based on mass matrix as relation between acceleration vector of the end effecter and torque vector of actuated joints, dynamic dexterity index is presented. Using the multi-objective Bees Algorithm and considering dynamic and kinematic performance indices in a pre-determined workspace as the objective functions, structure of Hexa parallel robot is optimized. In this way, the proper geometrical constraints such as limitation of universal and spherical joins, and the constraints to singularity avoidance are considered. Pareto front of the multi objective optimization of the robot is drawn. Diagrams of the kinematic and dynamic performance indices variation in the workspace and the effects of geometrical parameters variation on them are presented.
    Keywords: Hexa Parallel Robot, Kinematic Dexterity, Dynamic Dexterity, Multi, objective optimization, Bees Algorithm
  • Behzad Mehrafrooz, Amir Shamloo*, Keikhosrow Firoozbakhsh Pages 375-383
    This paper deals with atomistic modeling of nanomechanical behavior of actin monomer. The major cytoskeletal protein of most cells is actin, which is responsible for the mechanical properties of the cells. Actin also plays critical mechanical roles in many cellular processes which gives structural support to cells and links the interior of the cell with its surroundings. Based on the accuracy of atomistic-based methods such as molecular dynamics simulations, in this paper, we perform a series of steered molecular dynamics simulations on both ATP and ADP single actin monomers to determine their intrinsic molecular strength. The effect of virtual spring of steered molecular dynamics on the mechanical behavior of actin monomer is investigated. The results reveal increasing the virtual spring constant leads to convergence of the stiffness. The stiffness of ADP actin and ATP actin calculated as 215.16 and 228.24 pN/Å, respectively. The results also show higher stiffness and Young’s modulus for ATP G-actin in comparison to ADP G-actin. In order to compare the behavior of ATP and ADP G-actins, the number of hydrogen bonds and nonbonded energies between the nucleotide and the protein is analyzed. The obtained persistent length is 15.61 µm which is in good agreement with the other reported literature values.
    Keywords: Actin, Mechanical Behavior, Steered molecular dynamics, Nanomechanics
  • Mehdi Mosharaf Dehkordi* Pages 384-394
    In the present study, the incompressible flow through highly heterogeneous porous media is modeled by the Multi-resolution Multi-scale Finite Volume (MrMsFV) method. In order to focus on the effects of the absolute permeability structure on the accuracy and performance of the MrMsFV method, the single phase flow is considered and the effects of the gravity and variation of fluid viscosity and density are ignored. The accuracy of the MrMsFV method is examined by comparing its numerical results with those of the standard finite volume method. These permeability fields are extracted from the tenth comparative study problem of the society of petroleum engineering. For the permeability fields in which the permeability varies smoothly, it is shown that the MrMsFV method produces acceptable results. On the other hand, the numerical results along with mathematical analyses show that the MrMsFV method may produce pressure fields with unphysical peaks for channelized permeability fields. In these cases sufficient conditions for the monotonicity and boundedness of the solution are violated. In fact, the coarse scale transmissibilities may be computed in such a way that the coefficient matrix of the coarse scale pressure equation not to be a so-called M-matrix.
    Keywords: Porous media, Multi, resolution Multi, scale Finite Volume (MrMsFV) method, Coarse, scale transmissibility, Monotone pressure field
  • Ali Rabbani, Mohammad Javad Nategh*, Davood Karimi Pages 395-400
    A hexapod machine tool with a parallel structure has six degrees of freedom. This machine has a high dexterity unlike traditional machine tools. The hexapod can be used in machining free form surfaces. Free form surfaces are widely used in today industries. These surfaces are much encountered in auto, aerospace and mold design industries. Therefore machining of these surfaces has attracted the attention of researchers. In this field much research has been done in five axis machine tools. In this paper machining free form surfaces with hexapod machine tool has been investigated. The main topic of this paper is the feasibility of using hexapod as a machine tool table and machining with it. First, the interpolation of free form surfaces for parallel structure machines is explained. Then NURBS curves and surfaces are described and its formulation in matrix form is explained. Then extracting information of free form surfaces with NURBS formulation is explained. Subsequently, some explanation about preparation of machining is given. Finally two free form surfaces designed in Catia and have been machined with the developed hexapod machine tool.
    Keywords: Hexapod, Machining, Free form surfaces, CNC system, NURBS formulation