فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/04/31
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مقاله پژوهشی
  • سیروان فرهادی* صفحات 3-15
    در سیستم های دوار با پایه ی کشسان، نامیزانی سیستم باعث ارتعاشات پایه می شود. این ارتعاشات نیز موجب اعمال یک گشتاور نوسانی به روتور و نوسانی شدن سرعت دوران می شود. بنابراین یک سازوکار انعکاسی شکل می گیرد که می تواند رفتاری غیرخطی با طیف متفاوتی
    از پاسخ ها را به نمایش بگذارد. در مجاورت بسامد طبیعی، ارتعاشات بزرگ پایه موجب افزایش چشمگیر توان مصرفی می شود و از افزایش سرعت روتور جلوگیری می کند. در این حالت ممکن است سیستم توان کافی برای گذر از تشدید را نداشته و دچار قفل شدگی تشدید شود. در این نوشتار پیشنهاد شده است به منظور ایجاد اغتشاش در شکل گیری سازوکار قفل شدگی، یک نامیزانی آزاد به سیستم اضافه شود. برای بررسی کارایی این روش، معادلات دینامیکی سیستم استخراج شده و به روش هارمونیک بالانس و روش عددی حل شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد با افزودن یک نامیزانی آزاد، می توان محدوده ی قفل شدگی و امکان گذر از آن را بهبود داد.
    کلیدواژگان: نامیزانی دوار، قفل شدگی تشدید، دیسک الحاقی نامیزان
  • محمد مجدم*، علی حاجیلوی بنیسی صفحات 17-28
    محفظه یکی از اجزای اصلی کمپرسور جریان شعاعی است و نقش آن جمع آوری و تحویل جریان به تجهیزات پس از کمپرسور است. طراحی محفظه، بر نسبت فشار، بازده و محدوده ی عملکرد پایدار کمپرسور تاثیر مستقیم و قابل توجهی دارد. محفظه می تواند باعث ایجاد ناهمگونی فشار در اجزای بالادست خود شود که منجر به ایجاد یک نیروی خالص بر محور پروانه می شود. در پژوهش حاضر، براساس شناسایی اصول طراحی و پارامترهای موثر بر عملکرد محفظه، یک روش طراحی بهینه ارائه می شود. سپس با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی، مقادیر بهینه ی پارامترها که منجر به افزایش نسبت فشار سکون، افرایش بازیابی فشار استاتیک، کاهش افت فشار سکون و نیز کاهش نیروی خالص شعاعی در محفظه می شوند، شناسایی خواهد شد. مدل های مختلف در نقطه ی طراحی و نقاط خارج طرح ارزیابی و طرح بهینه با اضافه کردن ملاحظات مربوط به زبانه و مخروط خروجی ساخته می شود و روی بستر آزمون نصب و نتایج عملکردی آن استخراج خواهد شد. نتایج نشان می دهد، در نقطه ی طراحی حدود 40 درصد تغییر در مساحت خروجی، منجر به 14 درصد تغییر در ضریب بازیابی فشار، و 18 درصد تغییر در افت فشار می شود؛ در حالی که نیروی محوری را تا دو برابر تغییر می دهد. نتایج آزمون کمپرسور با محفظه ی جدید که در
    اعتبارسنجی نتایج عددی کاربرد دارد، نشان می دهد که در سرعت دورانی 70 هزار دوربردقیقه، 2٫5 درصد نسبت فشار و 1٫9 درصد بازده آیزنتروپیک کمپرسور افزایش یافته است که بهبود حائز اهمیتی است.
    کلیدواژگان: کمپرسور جریان شعاعی، محفظه، نسبت فشار، بازده آیزنتروپیک، گردابه ی آزاد، فشار غیریکنواخت پیرامونی
  • سیما ضیایی* صفحات 29-36
    خواص منحصر به فرد الکتریکی و مکانیکی نانوسازه های کربنی آنها را در زمره موادی قرار داده که کاربردهای متنوعی دارند، و این مهم مطالعه ی رفتار مکانیکی آنها را حائز اهمیت گردانده است. در این پژوهش با استفاده از نظریه ی آیفانتیس و تنش کوپل بهبود یافته بهبودیافته به پیش بینی رفتار ارتعاشی نانوصفحات گرافن با شرایط مرزی ساده پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که نظریه ی آیفانتیس را می توان به عنوان نظریه یی با یک مقیاس طول برای این مهم استفاده کرد در حالی که نظریه ی تنش کوپل شاید چندان مناسب نباشد. همچنین دیده می شود که پارامتر مقیاس طول نه تنها تابعی از کایرالیتی و سایز نانوصفحات مربعی است بلکه با تغییر نظریه ی غیرکلاسیک نیز تغییر می کند. شایان ذکر است که نظریه های گرادیان الاستیسیته مقیاس شده ضرورتا در تقریب بسامدهای مرتبه بالاتر باهم تطابق ندارند هرچند که اختلاف آنها با افزایش طول ورق مربعی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد صفحات گرافن، کایرالیتی، نظریه ی آیفانتیس، نظریه ی تنش کوپل بهبودیافته
  • جواد امیریان*، مهدی شیرانی صفحات 37-47
    شکست خستگی معمولا در فاق موجود در سطح ماده ٓجایی که به علت تمرکز تنش، مقدار تنش افزایش یافته استٓ رخ می دهد. نظریه های مختلفی برای پیش بینی شکست خستگی نمونه های فلزی فاق دار ارائه شده است. این نوشتار به ارزیابی نظریه های مختلف پیش بینی شکست خستگی نمونه های فاق دار فولادی براساس قابلیت پیش بینی آنها می پردازد. آزمایش های تجربی کششی ساده و خستگی از نوع خمش چرخان روی نمونه های استوانه یی ساده و فاق دار فولاد 45C K انجام شده و مشخصات مکانیکی و هم چنین نمودار تنشٓ عمر نمونه ی ساده و نمونه های فاق دار به دست آمده اند. نظریه های بیشینه تنش، نیوبر، پترسون، تغییرات تنش، فاصله ی بحرانی و ضعیف ترین اتصال برای پیش بینی ضریب کاهش استحکام خستگی نمونه های فاق دار فولاد 45C K استفاده شده اند و نتایج این نظریه ها با نتایج آزمایش مقایسه شده است. مقایسه ی نتایج نظری و آزمایشگاهی نشان داده که نظریه ی ضعیف ترین اتصال نسبت به نظریه های کلاسیک از دقت بهتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: فاق، عمر خستگی، شکست خستگی، فولاد CK45
  • اسماعیل بلالی، سیدعلی صدوق ونینی، ناصر کردانی*، قدرت الله اسکافی صفحات 49-54
    در این نوشتار الیاف شیشه تقویت شده با سیال سخت شونده ی برشی، و سخت شونده ی برشی به همراه نانوذرات خاک رس تحت آزمون شبه استاتیکی بررسی شده است. یکی از مزیت های سیال ضخیم شونده ی برشی غلظت بالای آن است. برای تهیه ی سیال سخت شونده ی پلی اتیلن گلیکول به صورت سیال پایه و نانوذرات سیلیکا به آرامی به سیال اضافه می شود. آزمون شبه استاتیکی برای هرسه حالت پارچه شیشه خشک سیال سخت شونده ی برشی و پارچه شیشهٓ سیال سخت شونده ی برشیٓ نانوذرات خاک رس روی سطح مشخص انجام شده است. آزمون شبه استاتیکی برای هر سه حالت پارچه های آغشته نشده، پارچه های آغشته شده به سیال سخت شونده ی برشی، و پارچه های آغشته شده به سیال سخت شونده ی برشی به همراه نانو ذرات خاک رس انجام شد. نتایج مطالعات به وضوح نشان گر افزایش قابل توجه مقاومت نفوذی پارچه های شیشه یی آغشته شده به سیال سخت شونده ی برشی به همراه نانو ذرات خاک رس است.
    کلیدواژگان: سیال سخت شونده ی برشی، رئولوژی، الیاف شیشه، نانوذرات سیلیکا، نانوذرات خاک رس
  • مینو عالمی*، رویا پشم فروش صفحات 55-61
    درباره ی اثربخشی روش های نوین یادگیری بلندمدت لغات انگلیسی تاکنون بررسی چندانی صورت نگرفته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی مقایسه یی آموزش 330 لغت در فهرست لغات آکادمیک C o x h e a d )2000(، با استفاده از رایانه، تلفن همراه و فرهنگ لغت در حوزه ی یادگیری بلندمدت زبان آموزان در ایران، انجام شده است. در این راستا پس از برگزاری آزمون تعیین سطح آکسفورد به عنوان آزمون مهارت، 264 زبان آموز در رشته های علوم پایه و فنی و مهندسی انتخاب و به سه گروه آزمایشی و یک گروه کنترل تقسیم شدند. طبق نتایج این مطالعه، زبان آموزانی که به طور آنلاین و از طریق رایانه آموزش دیده بودند توانایی بیشتری در به خاطرسپردن لغات در درازمدت از خود نشان دادند. نتایج این تحقیق روش های نوین آموزشی با استفاده از رایانه در یادگیری بلندمدت لغات انگلیسی را توصیه می کند.
    کلیدواژگان: یادگیری با استفاده از رایانه، یادگیری با استفاده از تلفن همراه، یادگیری با استفاده از فرهنگ لغت، یادگیری لغات انگلیسی
  • مهدی هاشمی، محسن اصغری* صفحات 63-71
    در این نوشتار خصوصیات رفتار ارتعاشی میکروروتورهای نامیزان ساخته شده از مواد هدفمند تابعی براساس نظریه ی غیرکلاسیک تنش کوپلی به طور تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. این نظریه قادر به پوشش اثرات ناشی از کوچکی ابعاد هندسی سازه ها و قطعات است. ابتدا معادلات کوپل حاکم بر نوسانات عرضی مجموعه میکروروتور استخراج شده و با به کاربردن روش گلرکین و در نظر گرفتن دو مود اول خمشی، عباراتی برای دو بسامد اول طبیعی در هریک از حالات لنگ زنی هم جهت و خلاف جهت با دوران شفت ارائه شده است. به علاوه، رابطه یی برای دامنه ی ارتعاشات پایدار مجموعه نامیزان استخراج شده است. اثرات خصوصیات مادی غیرکلاسیک بر بسامدهای طبیعی و دامنه ی ارتعاشات با استفاده از این نتایج تحلیلی قابل بررسی است. نتایجی عددی نیز در مثال های خاصی ارائه شده است تا تاثیرات قابل توجه خصوصیات مادی غیرکلاسیک به صورت عددی مشخص شود.
    کلیدواژگان: میکروروتور، مواد هدفمند تابعی، نظریه ی تنش کوپلی، ارتعاشات آزاد و اجباری، نامیزانی
  • رضا مولف شهری، جواد جهان پور صفحات 73-82
    در این نوشتار عملکرد ارتعاشی یک میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت مورد بررسی قرار می گیرد. میراگر پیشنهادی با اعمال تغییرات مناسب در ساختار یک میراگر خطی به گونه یی است که دارای ضریب میرایی متغیری وابسته به جابه جایی و سرعت پیستون است. همچنین تاثیر تغییرات اندازه حرکت سیال در روزنه ی پیستون بر عملکرد ارتعاشی سیستم با مطالعات پیشین مقایسه شده است. پروفیل های جابه جایی، سرعت، نیروی میرایی و نیروی منتقل شده به پایه ی سیستم برای یک سیستم جرمٓ فنر مجهز به میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت به دست آمده است. نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده در مطالعات قبلی برای سیستم مجهز به میراگر خطی و همچنین میراگر غیرخطی فقط وابسته به مکان مقایسه شده است. پاسخ های شبیه سازی موید عملکرد بسیار بهتر میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت در کاهش ارتعاشات سیستم در مقایسه با سایر میراگرهای معرفی شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ارتعاشات اجباری، ارتعاشات تشدید، میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت، قانون بقای اندازه حرکت
  • حمید بخشایش*، علی سررشته داری، هوشنگ فکری صفحات 83-91
    یافتن الگوی صحیح جریان سیال در پمپ های دیافراگمی، توزیع نیروی حاصل از فشار اعمالی از سوی سیال بر دیافراگم و همچنین یافتن شرایط مناسب عملکرد برای طراحی به دور از حالت های ناپایداری چون کاویتاسیون، یکی از اهداف این مطالعه است. هدف این تحقیق یافتن روشی مناسب برای شبیه سازی عملکرد این نوع از پمپ ها در مقابل روش های پیچیده تحلیلی و هزینه بر آزمایشگاهی است. یک نمونه پمپ دیافراگمی متداول در ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری مورد بررسی قرار گرفته، بر اساس اطلاعات فنی استخراج شده از این پمپ، مدلی برای شبیه سازی آن با نرم افزار انسیس سی اف ایکس پیشنهاد شده است. نرخ جریان سیال مرکاپتان با توجه به اطلاعات فنی پمپ در ایستگاه دریافت و نتایج مدل سازی با آن مقایسه شده است. برخی از نتایجی که در این مقاله به آن اشاره شده است عبارتند از میدان های سرعت و فشار برای سیال ورودی و خروجی، نرخ جریان سیال برحسب جابه جایی دیافراگم، حجم سیال ورودی و خروجی برحسب زمان و همچنین نرخ جریان سیال خروجی برحسب فرکانس حرکتی دیافراگم که نتایج موجود در بیشترین حالت دارای خطایی کمتر از 10 درصد می باشند.
    کلیدواژگان: پمپ دیافراگمی، برهمکنش سازه و سیال، نرم افزار A N S Y S C F X
  • فواد فرحانی بغلانی*، عباس ابراهیمی چمگردانی، ایوب نیکروان شلمانی صفحات 93-99
    حل عددی معادلات دیفرانسیل با استفاده از بسترهای C P U و G P U مبتنی بر پیاده سازی نرم افزاری است. در سال های اخیر، راهکار جدیدی مبتنی بر پیاده سازی سخت افزاری معادلات با استفاده از بستر F P G A، به دلیل افزایش سرعت حل و کاهش توان مصرفی، مورد توجه جدی قرار گرفته است. در این پژوهش با حل چند مسئله ی نوعی، شامل سیستم جرم و فنر و معادله ی موج، روش پیاده سازی سخت افزاری برای حل معادلات دیفرانسیل بر روی F P G A، مزایا و چالش های این پیاده سازی و روش های حل آن ارائه شده است. نتایج سرعت پردازش برای حل سیستم تک جرم و فنر نشان می دهد که سرعت C P U تقریبا برابر F P G A است ولی برای سیستم 6 جرم و فنر سرعت F P G A 8 برابر C P U است. همچنین نتایج سرعت پردازش حل معادله ی موج نشان دهنده ی افزایش 3٫6 برابری سرعت F P G A نسبت به C P U است. این نتایج نشان گر افزایش کارایی F P G A با افزایش تعداد المان های محاسباتی است.
    کلیدواژگان: محاسبات قابل بازپیکربندی، افزایش سرعت حل، معادلات دیفرانسیل عادی و پاره یی
  • مروری
  • امیررضا شاهانی*، سیروان محمدی صفحات 101-120
    طراحی خستگی اجزاء بالگرد کاری سخت و چالش برانگیز است. هدف از ارزیابی خستگی بالگرد نشان دادن این نکته است که در طول عمر کاری بالگرد، انتظار واماندگی فاجعه آفرین ناشی از خستگی کاملا از بین رفته و نیز وقوع ترک خوردگی غیرفاجعه آمیز به حد کافی در سطح پایینی باقی می ماند، طوری که استفاده ی اقتصادی از سازه بالگرد حاصل شود. روش طراحی خستگی که اغلب توسط جامعه ی بالگردسازی اعمال شده، براساس فلسفه ی «عمر مطمئن» بوده است. در سال های بعد، به علت کارآمد نبودن روش عمر مطمئن لزوم استفاده از روش های دیگر تحلیل عمر خستگی ٓمانند روش تحمل نقص و روش تحمل آسیبٓ بیشتر احساس شد. در این مقاله ضمن مرور روش های مختلف طراحی خستگی بالگرد، مزایا و معایب هر روش ارائه می شود. در پایان جنبه های دیگر طراحی خستگی بالگرد مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: خستگی بالگرد، عمر خستگی، طراحی خستگی بالگرد، روش های خستگی بالگرد
  • یادداشت فنی
  • مهدی کریمی*، امین دادستان صفحات 121-127
    در این پژوهش یک سیستم کنترل فازی چندگانه به منظور برنامه ریزی حرکت یک ربات افزوده در یک محیط دوبعدی با حضور موانع طراحی شده است. سیستم کنترل به گونه یی است که مستقل از تعداد درجات آزادی سیستم است. با افزودن هر تعداد عضو به بازو تغییری در کنترل گرهای فازی، توابع عضویت و تعداد سیگنال های ورودی و خروجی به وجود نمی آید. در طراحی کنترل گرهای فازی چند رفتار مختلف در مواجهه با خطرات و همچنین نزدیک شدن به هدف با هم آمیخته شده است. با استفاده از این روش ربات افزوده با سه و شش درجه آزادی همزمان با رسیدن به هدف از برخورد با مانع اجتناب می کند. استفاده از منطق فازی و تدوین قوانین ساده با استفاده از چند کنترل گر فازی مختلف و ترکیب خروجی آن ها امکان گسترش رفتار بازوی مکانیکی را تسهیل کرده و قابلیت گسترش و بهینه سازی رفتارها را نیز محفوظ داشته است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی حرکت، ربات افزوده، کنترل فازی، محیط نامعین
  • مهدی کریمی، بهداد احرار یزدی *، بهنام احرار یزدی صفحات 129-136
    نوشتار حاضر به مدل سازی ترمودینامیکی یک نیروگاه توربین گازی با توان تولیدی M W 30 و (k g/s) 14 بخار اشباع در فشار b a r 20 پرداخته است. این سیستم معروف به مسئله C G A M است. در مسئله ی C G A M تابع هدف شامل مجموع هزینه ی سرمایه گذاری و همچنین هزینه ی سوخت مصرفی است. در این نوشتار بهینه سازی با کمینه سازی تابع هدف و نیز به کارگیری الگوریتم ژنتیک و الگوریتم اجتماع ذرات به کمک نرم افزار متلب انجام می شود و در نهایت عملکرد این دو الگوریتم با یکدیگر مقایسه می شود. نتایج حاصل از مقایسه ی تعداد توابع ارزیابی شده (N F E) این دو الگوریتم نشان می دهد که سرعت همگرایی الگوریتم اجتماع ذرات در یافتن کمترین تابع هزینه نسبت به الگوریتم ژنتیک بالاتر است. همچنین در حل مسئله ی C G A M الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات به لحاظ پیاده سازی، انعطاف پذیری، و سهولت برنامه نویسی به مراتب از الگوریتم ژنتیک تواناتر است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، C G A M، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات
  • مصطفی باغانی*، مجید بنی اسدی صفحات 137-145
    پلیمرهای حافظه دار دسته یی از مواد هوشمندند که نسبت به تحریک حرارتی عکس العمل نشان می دهند. این مواد پس از تغییر شکل، طی یک سری چرخه های ترمودینامیکی، شکل اولیه ی خود را بازیابی می کنند. استحکام کم این مواد کاربردهای آن را محدود می کند. یکی از راه های رفع این محدودیت، طراحی نانوکامپوزیت هایی بر پایه ی پلیمر حافظه دار است. در این مطالعه اثرات ناشی از افزودن نانوصفحات گرافن بر عملکرد این مواد بررسی می شود. در این راستا، از یک مدل ویسکوالاستیک برای توصیف رفتار ماده استفاده می شود. برای مدل سازی نانوکامپوزیت و بررسی اثرات درصد حجمی و نسبت منظری نانوذرات از روش اجزاء محدود استفاده شده است. بدین منظور، دو چرخه ترمودینامیکی طراحی شده و نتایج در نمودارهای تنشٓ کرنشٓ دما ارائه می شود. با افزایش درصد حجمی و نسبت منظری نانوذرات، مقدار تنش و مقدار تنش بازیابی شده افزایش می یابد. با افزودن تا 3\٪ نانوذره و اعمال کرنش تا 20\٪ اختلالی نیز بر روی عملکرد نانوکامپوزیت ایجاد نمی کند.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پایه پلیمر حافظه دار، مدل ویسکوالاستیک، روش اجزاء محدود، نانوصفحات گرافن
|
  • S. Farhadi * Pages 3-15
    Vibration problems in rotating machines can be extremely frustrating and may lead to great damages, reduced reliability, and unpleasant side-effects. Unbalanced rotating masses are a main source of machine vibrations. In an unbalanced rotating system with elastic supports, mass center displacements induce an oscillatory force into the support and cause base vibrations. On the other hand, base vibrations introduce an oscillatory torque to the rotor and cause velocity oscillations. In this way, a reciprocal action forms a complex set of nonlinear equations which depend on actuating torque, giving a wide range of harmonic, periodic and chaotic solutions. Close to the system natural frequency, base's high amplitude vibrations result in considerable power waste and prevent rotor acceleration. In such a case, system may suffer power shortage and remain in resonance. This phenomenon is named resonant capture.In this article, it is proposed to interrupt capture mechanism by adding a free unbalanced mass to the system. It is predicted that system base vibrations force the added mass to rotate or vibrate, and the reacting forces will affect the base motions. This may delay the capture mechanism and provide enough time for the system to accelerate and escape the capture region.To evaluate the efficiency of the proposed method, an unbalanced rotating system with elastic supports is considered. The nonlinear governing equations of motion are derived and using harmonic balance method, capture region is defined. Numerical results are provided to assess the validity of obtained solutions. Then a free rotating unbalanced disk is added to the system. Using harmonic balance method and numerical solutions, effect of the added free unbalanced disk on the capture range is discussed. Numerical results are provided for different unbalanced added discs and different initial conditions. Obtained results show that the added unbalanced mass can improve the system capability to narrow the capture region and escape it.
    Keywords: U?n?b?a?l?a?n?c?e?d r?o?t?o?r, r?e?s?o?n?a?n?t c?a?p?t?u?r?e, a?d?d?e?d u?n?b?a?l?a?n?c?e?d d?i?s?k
  • M. MOJADDAM*, A. HAJILOUY BENISI Pages 17-28
    Volute is one of the main components in radial flow compressors where the working fluid is collected and delivered to the compressor downstream pipelines. Volute design has direct and strong effects on the compressor performance and its stable operating range. This component causes distorted pressure fields in upstream flow passages which can lead to mechanical forces on the impeller. In the current research, based on the fundamental concepts of volute design, a new approach for volute design is considered and the effective parameters on volute performance are recognized. Using computational fluid dynamic (CFD) tools, the optimum values of effective parameters which lead to an increase in volute pressure ratio and static pressure recovery coefficient as well as decreasing the total pressure loss coefficient and the net radial force are explored.Considering the exit cone and the tongue area geometry design criteria, the models are numerically evaluated at the design point and off-design conditions to select the optimum model for fabrication and testing. The new volute is installed at a compressor test rig and the compressor characteristic curves are obtained. At the design point, area variation by 40% results in 14% variation in static pressure recovery factor and 18% variation in total pressure loss coefficient, however, it leads to increase the net radial force on impeller up to 100%. Experimental results, which are used for numerical model verification, show that the compressor pressure ratio and the isentropic efficiency are increased by 2.5% and 1.9% at 70,000rpm respectively.
    Keywords: Radial flow compressor, volute, tongue area, static pressure recovery, isentropic efficiency, free vortex, non-uniform circumferential pressure
  • S. ZIAEE * Pages 29-36
    The unique electrical and mechanical properties of carbon nano-structures make them desired materials with a wide range of applicability. Hence, the study of their mechanical behavior is an important topic which has attracted a great deal of attention. Graphene, a two-dimensional carbon nano-structures with an one-atom thickness, exhibits so wonderful electrical, mechanical, thermal and optical properties which make it suitable to use in micro-/nano-electromechanical system such as nano-scale electromechanical resonators, vibrational behavior of which affects their functionality.The importance of incorporating the size effect on continuum mechanics to simulate the mechanical behavior of nano-structures is well-known. To this end, different higher-order continuum mechanics that contain additional material constants have been developed. However, the recognition of an efficient non-classical theory with respect to nano-materials is a challenging process. Modified couple stress theory, Eringen's nonlocal elasticity, and Aifantis's theory are some of non-classical theories used because of existence one material length scale. Although Eringen's nonlocal elasticity is the popular theory to simulate mechanical behavior of carbon nano-structures, its microstructure-dependent constitutive model does not allow the construction of the energy functional. Hence, this article is aimed at investigating the utilization of modified couple stress theory and Aifantis's theory to estimate natural frequencies of simply-supported single-layered graphene sheets. For this purpose, it is tried to estimate material length scale of theories by point-by-point matching between available first natural frequency of graphene sheets determined by molecular dynamic method and the obtained data. According to the results, modified couple stress theory cannot be used unless one substitutes square of length scale parameter with a minus value in stain energy equation or adds the gradient velocity to the kinetic energy equation by a new material length scale. The former leads to a non-positive definite strain energy function, and the later makes a gradient elasticity theory with two material length scales. Aifantis's theory is more applicable than modified couple stress theory in this situation. It is also seen that the higher order natural frequencies, estimated by different gradient elasticity theories and, material length scale of which is fixed by using molecular dynamic data, are different, although this difference decreases with an increase in side-length of square nano-plate. It can be concluded that chirality, side-length of nano-plate, and the used gradient elasticity theory affect the material length scales, as well.
    Keywords: F?r?e?e v?i?b?r?a?t?i?o?n o?f g?r?a?p?h?e?n?e s?h?e?e?t, c?h?i?r?a?l?i?t?y, a?i?f?a?n?t?i?s's t?h?e?o?r?y, c?o?u?p?l?e s?t?r?e?s?s t?h?e?o?r?y
  • J. AMIRIAN*, M. SHIRANI Pages 37-47
    Typically, fatigue failure of a component happens at a notch where the stress level rises because of the stress concentration effect. Notch is usually defined as a geometric discontinuity. Notch may be introduced either by design or by the manufacturing process. A hole in a component is an example of a design notch. Material and fabrication defects, such as weld defects, inclusions, casting defects, or machining marks, are notches which are introduced due to the manufacturing process. A variety of methods are available to predict fatigue failure of notched specimens. The purpose of the present investigation is to rank such methods according to their predictive capability. Tensile tests were conducted on CK45 steel specimens and mechanical properties and stress-strain curve were obtained. Rotating bending fatigue tests were performed at room temperature on smooth and notched cylindrical specimens, and S-N curves were obtained. To better investigate the notch-size effect on fatigue life of the cylindrical specimens, two different notch geometries were used. Based on the obtained experimental S-N curve for smooth specimens, fatigue strength reduction factor or fatigue life for notched specimens were predicted by Neuber, Peterson, maximum stress, critical distance (Point method, Line method, Area method) and weakest-link (Area method, Volume method) theories and comparison of experimental results were considered. The predictions by maximum stress and stress gradient methods were conservative, which is some consolation to engineering designers; nevertheless, the errors were high. Neuber, Peterson and critical distance methods are based on stress gradient in notch root radius and predictions by these methods were not accurate. Also, Peterson, Neuber and Stress gradient methods are not consistent with finite element results. The predicted fatigue strength reduction factors by weakest-link methods were the closest to the experimental results. Finally, the weakest-link theory is recommended in terms of predictive capability, availability of the required materials data, and the compatibility with FEA stresses to predict fatigue strength factor among the studied methods in this research.
    Keywords: Notch, fatigue life, fatigue failure, CK45 steel
  • E. BALALI, A. SADOUGH VANINI, N. KORDANI *, GH. ESKAFI Pages 49-54
    Fluids can be divided into several classifications in terms of their viscosity behavior with relation to shear rate. One of these classes is the Newtonian u{fb02}uids, which exhibit a constant viscosity with the increase of shear rate. The main feature of Shear Thickening Fluid )STF( exhibits an increased viscosity with the increase of shear rate. The shear thickening phenomenon occurs in most of the concentrated colloidal suspensions containing hard solid particles in fluid. The behavior of continuous phase has a significant impact on the properties of the STF. Due to the appearance of OH bonds on the surface of silica particles and also the appearance of this type of bond in the polyethylene glycol, the formation of hydrogen bonds. In this paper, glass fiber reinforced shear thickening fluid and shear thickening fluid with clay nanoparticles under quasi-static tests is investigated. A shear thickening fluid was prepared successfully and rheological behavior was was investigated. One of the disadvantages of shear thickening fluid (STF) is high concentration. To prepare shear thickening fluid polyethylene glycol as a base fluid and the silica nanoparticles is added slowly to the fluid. After to create shear thickening fluid clay nano particles are added to the fluid. Glass fabrics were soaked in STF/ethanol (1:3) solution to prepare STF-glass fabric composite and STF- nanoclay-glass composite. For better immersion of fibers, at first STF is diluted in ethanol, and then the fibers are left there in for a specified period in order to impregnate all fibers with the fluid. The composite's sensitivity to the impact will be reduced through ethanol combining with the fluid and its elimination. After this stage, to eliminate the ethanol in the sample, it is heated at a temperature range of $60-{70^0}C$. Quasi-static resistant tests were carried out on three modes the neat glass fabrics and STF- glass fabric and STF-nanoclay glass fabrics composites. The current study clearly displays a significant enhancement in penetration resistance of glass fabric impregnated with STF-nanoclay.
    Keywords: S?h?e?a?r t?h?i?c?k?e?n?i?n?g f?l?u?i?d, r?h?e?o?l?o?g?i?c?a?l p?r?o?p?e?r?t?y, g?l?a?s?s f?a?b?r?i?c?s, n?a?n?o?s?i?l?i?c?a, n?a?n?o?c?l?a?y
  • M. ALEMI *, R. PASHMFOROOSH Pages 55-61
    With the rapid development of ubiquitous learning, the emerging technologies contribute significantly to English language learning. An increasing number of studies began to discover the effects of computer and mobile language learning on the second language areas and skills. With each language area, the relevant technologies are embedded in the context of English pedagogy to facilitate the efficiency of learning. However, to date, it seems that no research has been conducted to examine the effectiveness of dynamic methods of English vocabulary learning. To shed light on the pre-existed pedagogical values of computer and mobile language learning for the second language vocabulary, the study pursued the purpose of investigating the effectiveness of diverse teaching methods of computer-assisted, mobile-based, and dictionary-use on student's long-term retention of 330 words of Coxhead's (2000) academic word list. To this end, 264 freshman university students were randomly distributed into four groups and received new academic words either on paper or through computer and SMS. After learning the words of each sublist, periodical tests were given from the proposed system for the learned vocabulary to test whether students have learned the new English vocabulary over time. The findings of the current research revealed that the regular distribution of the second language academic words via the flexible proposed learning modes led to better vocabulary retention over time. The findings indicated that the students recognized more vocabulary for the recall test, given one month after the end of the training period. However, the results suggested that those received online instruction via computer-supported learning recalled vocabulary better when compared to their counterparts. The usability and convenience of the flexible proposed technology-enhanced learning modes support an overall positive response from university students. To conclude, technologies in use for English vocabulary learning promote long-term retention of vocabulary. It is, therefore, suggested that teacher education and training in the area of technology in use for second language vocabulary learning requires further research.
    Keywords: M?o?b?i?l?e - l?e?a?r?n?i?n?g_c?o?m?p?u?t?e?r - l?e?a?r?n?i?n?g_d?i?c?t?i?o?n?a?r?y-b?a?s?e?d l?e?a?r?n?i?n?g_e?n?g?l?i?s?h v?o?c?a?b?u?l?a?r?y l?e?a?r?n?i?n?g
  • M. HASHEMI, M. ASGHARI * Pages 63-71
    In this paper, flexural vibration behavior of functionally graded micro-rotors with a mass eccentricity is investigated on the basis of the modified couple stress theory. The modified couple stress theory is a non-classical one which is capable to take into account the small-scale effects on micro-scale elements and structures with just one higher-order or non-classical material property.
    It should be noted that it has been experimentally verified that the classical continuum theory fails to properly simulate the mechanical behavior of small-scale flexible structures. The micro-rotor is composed of a flexible shaft and a disk at its middle. Here, the disk is assumed to have a mass eccentricity, which causes forced vibrations. Additionally, the shaft of the micro-rotor is assumed to be made of a functionally graded (FG) material with varying properties in the radial direction. In derivation of the formulation, both gyroscopic effects and rotary inertia are included. By setting the non-classical material property to zero, the formulation is reduced to the classical continuum formulation. Governing equations of motion of the micro-rotor in lateral motions as well as the general form of boundary conditions are derived with the aid of the Hamilton's principle. These equations are transformed into a partial differential equation utilizing complex functions. Next, based on the Galerkin method with two-mode truncation, analytical expressions for vibration characteristics of the micro-rotor, including first two natural requencies in both forward and backward whirl motions, are obtained for the simply-supported cases. Moreover, the amplitude of the forced vibration of the micro-rotor in steady state condition is determined. The forced vibration is due to the mass eccentricity of the disk. With these analytical results in hand, it is an opportunity to evaluate the effect of non-classical material property on the vibrational characteristics of micro-rotors. These non-classical effects have been numerically investigated in an example provided.
    Keywords: M?i?c?r?o-r?o?t?o?r, f?u?n?c?t?i?o?n?a?l?l?y g?r?a?d?e?d m?a?t?e?r?i?a?l?s, c?o?u?p?l?e s?t?r?e?s?s t?h?e?o?r?y, f?r?e?e a?n?d f?o?r?c?e?d v?i?b?r?a?t?i?o?n, e?c?c?e?n?t?r?i?c?i?t?y
  • R. MOALEF SHAHRI, J. JAHANPOUR Pages 73-82
    In this paper, vibration performance analysis of a nonlinear displacement-velocity-dependent (NDVD) damper is presented. The proposed NDVD damper is constructed using the appropriate changing in the structure of a linear damper which results the damping coefficient of the proposed NDVD damper varies respect to the displacement and the velocity of damper piston. To this end, a solid cone shaped part is assembled in the interior region of the damper cylinder, which causes the fluid moves between the solid cone shaped part and inside the existing orifice on the piston. In fact, the movement of the piston results in changing the size of the gap where the fluid passes and the damping coefficient is consequently varied. In order to obtain more accurate modeling in the vibration analysis, the effect of momentum variation is also applied in the advised NDVD damper. The effect of momentum variation on the motion of a vibratory system equipped with a nonlinear displacement-velocity-dependent (NDVD) damper is elaborated and also compared with the previously published papers. In this paper, the governing equation of a mass-spring system equipped with the NDVD damper as the vibratory system is derived for three cases of free, forced and resonance vibration problems and solved by the numerical fourth-order Runge-Kutta method. The displacement profile, velocity profile, damping force and the force transmitted to the base of the system are evaluated for a mass-spring system equipped with the NDVD damper. In addition, these results for three cases of free, forced and resonance vibration problems are compared with the results obtained from the system equipped with a linear damper as well as the nonlinear displacement-dependent (NDD) damper presented in the previous works. The simulation results confirm that the recommended NDVD damper has much better performance in reducing of vibration in the system compared to the linear and NDD dampers.
    Keywords: free vibration, forced vibration, resonance vibration, nonlinear displacement-velocity-dependent damper, law of conservation of momentum
  • H. BAKHSHAYESH*, A. SARRESHTEHDARI, H. FEKRI Pages 83-91
    Diaphragm pumps are positive displacement pumps which have many applications in the petrochemical, and gas industries. As an example, Infusion pumps can be mentioned which are highly regarded in the gas industry due to the good resistance against chemical fluids. Since the diaphragm pumps are composed of various mechanical parts, some of which, such as the diaphragm, are in direct contact with the fluid, many different causes of mechanical damage are reported from some consumer companies such as Gas Company for this purpose, finding a model similar to the actual model is very useful. One of these pump's design and manufacturing methods is using commercial codes for simulation rather sophisticated and expensive laboratory methods. Since the fluid in the pump is transmitted by a diaphragm motion, the concept called the fluid structure interaction is defined due to the problems related to simulations of fluid structure interaction, animated network simulation, and geometry of the pumps, limited deal of efforts has been done in the past for numerical analysis of these pumps. Today, with significant progress made in the development of computational systems and commercial codes, a good platform for the simulation of such problems is created. There are several methods for simulating fluid structure interaction problems; one-way method is selected for this simulation due to the small deformation of the diaphragm and flow fields in front of other aspects of the model pump. In order to reduce the size of the pump dimensional model calculations, this pump is simulated using ANSYS CFX commercial code. We have generated a model that could well show some parameters of this type of pump, and so, a more efficient model can be produced by reduced construction costs via future studies. One of the results of the presented method, is introducing one-way fluid structure interaction method as a suitable modeling method. The other results worthy of being mentioned are the study on the velocity and pressure fields, the effects of functional parameters such as engine speed and displacement diaphragm pump on stream, and other outcomes that are fully addressed in a season. In order to validate the model the boundary conditions of a real sample fluid injection pump, odorant in city gas company, is used; that after comparing the amount of output in terms of displacement diaphragm with the information contained in the pump catalog, in the worst case, error rate turns out to be 10%, and an average error is about 5%.
    Keywords: Diaphragm pump, fluid structure interaction, ansys CFX
  • F. FARHANI BAGHLANI *, A. EBRAHIMI CHAMGORDANI, A. NIKRAVAN SHALMANI Pages 93-99
    Nowadays, CPUs and GPUs are used in computations pertaining to numerical solution of differential equations. However, the fixed hardware architecture of CPUs and GPUs makes it difficult to optimally implement many numerical solution algorithms. In recent years, a new method, based on hardware implementation of equations using Field Programmable Gate Array (FPGA), has been given much attention. The unique feature of this approach is the ability to vary the hardware architecture on the basis of the solution algorithm, which results in increased solution speed and a reduction in power consumption. This methodology, in which hardware can vary from one architecture to another for computing purpose is named Reconfigurable Computing (RC). RC can be used to solve a lot of problems such as FEM, FVM with structured or unstructured mesh.In this research, typical problems, such as mass-spring systems and wave equations, have been considered, and hardware implementation on FPGA has been used to solve the resulting differential equations. For modeling these systems, we used the software and hardware which is accessible to us, so we used a domestic FPGA board and MatLab and Xilinx ISE software products. Based on the results, advantages and challenges for hardware implementation of differential equations have been presented. Results for a single element mass-spring system show a comparable solution speed for CPU and FPGA implementation. However, with an increase in the number of elements of the mass-spring system, for example, to 6, the FPGA hardware implementation overtakes CPU and the speed of FPGA becomes almost 8 times that of CPU. Moreover, results of the solution of wave equations show that the speed with FPGA implementation is 3.6 times that of CPU. Therefore, for higher numbers of computational elements, results show the superior process speeds attainable with hardware implementation of equations using FPGA compared to the software mplementation on CPU.
    Keywords: R?e?c?o?n?f?i?g?u?r?a?b?l?e c?o?m?p?u?t?i?n?g, s?o?l?u?t?i?o?n s?p?e?e?d u?p, P?D?E, O?D?E
  • A.R. SHAHANI *, S. MOHAMMADI Pages 101-120
    Fatigue design of helicopter components has proven to be a difficult and challenging task. The purpose of the fatigue evaluation of helicopter components, especially the main rotor blade, is to show that catastrophic failure expectation during its service life due to fatigue is completely gone; in addition, occurrence of Non-catastrophic cracking remains low enough so that the economic use of the helicopter structure can be achieved. The fatigue design methodology, most commonly applied by the helicopter community, was based on the Safe-Life philosophy. In spite of safety and the overall success in helicopter applications, this method does not account for any component strength that deviates from the strength distribution assumption made during the fatigue substantiation process. In recent years, due to low efficiency of Safe-Life method, using other fatigue life analysis methods, such as flaw tolerance, damage tolerance, and fault tolerance, have been felt to be more necessary.The Flaw Tolerant Safe-Life or Enhanced Safe-Life method provides component management requirements based on the assumption of the existence of flaws in the component's critical areas. This approach is adopted only in the helicopter community. Flaw Tolerant method is based on traditional safe-life design methodology that uses special S-N curves obtained from specimens containing some defects (flaws). Damage tolerance requires that the structures retain, after a partial failure, the capability to withstand the limit load. Fault tolerance is a new damage tolerance design method which is based on equivalent initial flaw-sized concept. Since 1989, the Airworthiness Regulation evolved towards the application of Damage Tolerance principles to rotorcraft. This change forced the helicopter industries to review their design methodologies and to face new problems, linked with fracture mechanics applications to their typical structures.In this paper, various approaches to helicopter fatigue design are reviewed, and the advantages and disadvantages of each method are discussed. Then, different methods of helicopter fatigue design are compared. At the end, other aspects of helicopter fatigue design, such as influence of material on helicopter fatigue design, fatigue design of helicopter components against impact loads, and conducting tests in relation to the helicopter fatigue design are all discussed.
    Keywords: H?e?l?i?c?o?p?t?e?r f?a?t?i?g?u?e, f?a?t?i?g?u?e d?e?s?i?g?n, h?e?l?i?c?o?p?t?e?r f?a?t?i?g?u?e l?i?f?e, h?e?l?i?c?o?p?t?e?r f?a?t?i?g?u?e a?p?p?r?o?a?c?h?e?s
  • M. KARIMI *, A. DADSETAN Pages 121-127
    In this paper, a novel technique is presented for inverse kinematics and motion planning of a redundant manipulator robot in an environment with unknown obstaclesusing a fuzzy controlling is presented. Kinematic redundancy occurs when amanipulator possesses more degrees of freedom than the minimum number requiredfor executing a given task. Redundancy enhances the manipulator dexterity andflexibility which allows the redundant robot to move faster and safer in theenvironment without colliding with obstacles. In order to avoid colliding withobstacles, a high degree of freedom robot was used. Due to high degree of freedom, inverse kinematics of redundant robots is very difficult, thus a general approach to motion planning of a redundant manipulator robot is very practical and valuable. It was inspired that a human arm is capable of avoiding colliding obstacles. Therefore, in this paper, direct control of end effector position of manipulator using a multi- behavior fuzzy controller, inspired by behavior of human arm, makes a practical method to the navigation of redundant manipulator robots. In this method, the control of every link is independent from the degree of freedom of robot; the number of input and output signals are constant. Fuzzy controller system used in this research is a combination of three fuzzy controllers, which deals with a separate behavior of redundant robot. The mainobjective is still to avoid the obstacles and flexion and extension of arm. The final behavior of redundant robot is a combination of these behaviors. For illustration, some simulation results of redundant planar manipulator moving in an unknown environment is presented. Results were prepared by a Simulink model containing fuzzy control subsystems, sensor, actuators, and obstacles. The simulation and experimental results of three and six link planar manipulators in environment with one obstacle and without obstacle show a good and promising performance of the robot.
    Keywords: M?o?t?i?o?n p?l?a?n?n?i?n?g, r?e?d?u?n?d?a?n?t r?o?b?o?t, f?u?z?z?y c?o?n?t?r?o?l, u?n?k?n?o?w?n e?n?v?i?r?o?n?m?e?n?t
  • M. KARIMI, B. AHRAR YAZDI *, B. AHRAR YAZDI Pages 129-136
    In the present study, a comprehensive thermodynamic modeling and optimization of CGAM problem is presented. The CGAM problem refers to a cogeneration plant which delivers 30 MW of electricity and 14kg/s of saturated steam at 20 bar. The installation consists of a gas turbine followed by an air preheater that uses part of the thermal energy of the gases leaving the turbine, and a heat-recovery steam generator in which the required steam is produced. This system is composed of air compressor, combustion chamber (CC), Air Preheater, Gas Turbine (GT), and a Heat Recovery Heat Exchanger. In this paper, at the first stage, each part of the system is modeled using thermodynamic laws; and next, with by applying economic functions, the optimization of this problem is performed. For optimization, objective functions includes the total cost rate of the system product. The environmental conditions are defined as T0 = 298.15K and P0 = 1.013 bar. The fuel for the total plant is natural gas (taken as methane) with a lower heating value (LHV) which is equal to 50000 kJ/kg. And then, solve the problem which is formulated as a set covering problem by Genetic algorithm and PSO algorithm is solved. In the end of this article, we compare these solving approaches (Genetic and PSO algorithms) to know which of them are working efficiently. The design parameters of this cycle are compressor pressure ratio $(r_{AC})$, compressor isentropic efficiency $(eta_{AC})$, GT isentropic efficiency $(eta_{GT})$ , CC inlet temperature $(T_3)$, and turbine inlet temperature $(T_4)$. After reviewing the results of the two algorithms, it is showed that both algorithms which to optimize the results are almost identical. However, the PSO algorithm is simple to implement and more flexible in programmingand convergence rate than compared to the capability of Genetic algorithm is capable. The results show that the PSO algorithm is more efficient than Genetic algorithm in solvinge CGAM problem.
    Keywords: P?S?O a?l?g?o?r?i?t?h?m, g?e?n?e?t?i?c a?l?g?o?r?i?t?h?m, o?p?t?i?m?i?z?a?t?i?o?n, C?G?A?M p?r?o?b?l?e?m
  • M. BAGHANI *, M. BANIASSADI Pages 137-145
    Shape memory polymers are a class of multi-phase smart materials which have the ability to return from a deformed state (temporary or fixed shape) to their original (or permanent) shape, called as shape memory effect, (or recovery) under different thermo mechanical cycles, e.g., fixed strain stress recovery and fixed stress strain recovery. Due to their unique behavior, shape memory polymers have many applications in industry areas. Shape memory polymers have been researched, developed, and utilized in a wide range of applications such as advanced technologies in the aerospace, medical and oil exploration industries. Moreover, shape memory polymers have a promising future for application in sensors, actuators and smart devices. However, applications of shape memory polymers are restricted by their low strength. Different techniques are employed to eliminate such restrictions. Among them, addition of micro and/or nano-particles is a common practice. In this study, a numerical method, based on 3D finite element method, is introduced to investigate the effect of nano-particles on mechanical properties (e.g., the mechanical strength) and performance of shape memory polymer nano-composites. The non-linear behavior of shape memory polymers is described through employing a recently proposed visco-hyper-elastic constitutive model, and the nano-composite is simulated in the framework of the nonlinear finite element method. Effects of different volume fractions and aspect ratios of the nano-particles are investigated, and the results are presented in the form of stress strain temperature diagrams. According to the produced results, increasing the volume fraction and/or aspect ratio increases the generated elastic stress and the recovered stress. In addition, adding up to 3 percent of nano-particle volume fraction and applying strains up to 20 percent would not disrupt the performance of the material, while remarkably enforce the shape memory polymer based nano-composite.
    Keywords: S?h?a?p?e m?e?m?o?r?y p?o?l?y?m?e?r n?a?n?o?c?o?m?p?o?s?i?t?e, v?i?s?c?o?e?l?a?s?t?i?c m?o?d?e?l?i?n?g, f?i?n?i?t?e e?l?e?m?e?n?t m?e?t?h?o?d, g?r?a?p?h?e?n?e n?a?n?o-p?l?a?t