فهرست مطالب

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دوم شماره 1 (بهار 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/11/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • بررسی اثر اصلاح ایزوسیاناتی الیاف چوب بر روی خواص فیزیکی-مکانیکی و نمودار گشتاور سنجی کامپوزیت چوب-پلی اتیلن
    فرشته ارجمند، محمد برمر، مهدی باریکانی صفحات 1-12
    کامپوزیت های چوب-پلاستیک دارای کاربرد های زیادی در صنایع خودرو، ساختمان و مبلمان می باشند. اما اغلب پلیمر ها بخصوص ترموپلاستیک ها موادی غیر قطبی بوده و با الیاف قطبی چوب ناسازگارند. این پدیده منجر به چسبندگی ضعیف در فصل مشترک الیاف و ماتریس می گردد. هدف از این تحقیق، بهبود چسبندگی میان الیاف و ماتریس، از طریق اصلاح شیمیایی سطح الیاف می باشد. بدین منظور، از تولوئن دی ایزو سیانات جهت فعال سازی سطح الیاف استفاده شد و در مرحله بعد جهت تشکیل یک ساختار هسته-پوسته مانند، الیاف فعال شده، با ستیل الکل وارد واکنش گردید. جهت بررسی اثر اصلاح، کامپوزیت هایی حاوی 30% وزنی الیاف، در سه نوع اصلاح نشده و اصلاح شده با 10% و 20% وزنی عوامل اصلاح تهیه شد. خواص کششی(مدول، استحکام، تنش تسلیم و ازدیاد طول تا تسلیم)، جذب آب و نمودار گشتاور سنجی به صورت تابعی از درصد اصلاح بررسی گردید و بهبود فصل مشترک کامپوزیت ها نیز به وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی دنبال شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد اصلاح مقدار مدول، استحکام و تنش تسلیم افزایش یافته و جذب آب کاهش می یابد ولی بر ازدیاد طول تا تسلیم تاثیر چندانی ندارد. تصاویر نیز بیان گر بهبود فصل مشترک کامپوزیت ها می باشد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، چوب، تولوئن دی ایزو سیانات، ستیل الکل، خواص کششی، پلی اتیلن
  • شکل بهینه سازه های اسکلتی به کمک روش تدریجی سرد شدن فلزات
    علی قدوسیان، مجتبی شیخی صفحات 13-21
    در سازه های مهندسی کاربردی، حداکثر ممان خمشی در آنها همیشه یکی از مهمترین پارامترها در ارزیابی تغییر شکل (سختی) و مقادیر تنش (استحکام) بوده است. یکی از زمینه های مورد علاقه محققین، توسعه یک روش جهت مینیمم کردن حداکثر ممان خمشی و رسیدن به یک طرح بهینه می باشد. به همین دلیل، در این مقاله از الگوریتم بهینه سازی تدریجی سرد شدن فلزات برای مینیمم کردن حداکثر ممان خمشی جهت رسیدن به شکل بهینه سازه استفاده شده است. روش تدریجی سرد شدن فلزات، روشی هیوریستیک و قدرتمند بوده و می توان به کمک آن به حل مسائل پیچیده با انجام محاسبات ساده رسید. در این مقاله ابتدا مقدار ممان خمشی حداکثر در سازه با استفاده از روش ماتریسی محاسبه شده و سپس الگوریتم بهینه سازی تدریجی سرد شدن فلزات برای مینیمم کردن آن در کل سازه به کار می-رود. برای نشان دادن چگونگی عملکرد و کارایی این روش در حل مسائل برای رسیدن به حداقل ممان خمشی حداکثر چند مثال ارائه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با بهینه سازی شکل سازه به کمک روش ارائه شده می توان مقدار ممان خمشی حداکثر در سازه را به طور قابل توجهی نسبت به کارهای گذشته کاهش داد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی شکل، سازه های اسکلتی، مینیمم کردن ممان خمشی، الگوریتم تدریجی سرد شدن فلزات
  • مطالعه آزمایشگاهی تاثیر آرایش ترک ها در رفتار شکست نمونه های شبه سنگی تحت بارگذاری فشاری تک محوری
    حسین میرزایی نصیرآباد، رضا خالوکاکایی، محمود شریعتی، سید محمد اسماعیل جلالی صفحات 23-34
    در اثر بارگذاری، ترک های موجود در محیط سنگی رشد کرده و به هم متصل می شوند و در نهایت منجر به شکست آن می گردند. در این مقاله مکانیسم رشد و اتصال ترک ها در نمونه های شبه سنگی حاوی دو ترک شیب دار و باز تحت بارگذاری فشاری تک محوری به طور آزمایشگاهی مطالعه شده است. نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از ترکیب گچ و آب تهیه شده و ترک ها با قرار دادن صفحات نازک در قالب ایجاد شده اند. یک سری نمونه حاوی دو ترک با طول ثابت 15 میلی متر، شیب ثابت 45 درجه، طول ثابت خط واصل 20 میلی متر و شیب متغیر خط واصل 45، 60، 75، 90، 105 و 120 درجه تهیه و تحت بار فشاری رفتار شکست آنها مطالعه شده است. شیب خط واصل دو ترک در مقدار تنش اتصال و حالت اتصال ترک ها تاثیر بسزایی دارد. به ازای مقادیر مختلف شیب خط واصل، چهار نوع اتصال: برشی، برشی-کششی، کششی-برشی و کششی مشاهده شد. همچنین شیب خط واصل ترک ها با تنش اتصال ارتباط مستقیم دارند.
    کلیدواژگان: مکانیک شکست سنگ، اتصال ترک ها، بار فشاری، مطالعه آزمایشگاهی
  • مطالعه الگوی جریان در محفظه احتراق موتور جت بوسیله شبیه سازی عددی سه بعدی جریان
    عبدالحسین دارمی زاده، محمدرضا انصاری صفحات 35-46
    هدف از انجام این تحقیق شبیه سازی عددی جریان سرد در فضای بیرون و درون محفظه احتراق از خروجی کمپرسور تا ورودی توربین است. در این شبیه سازی فضای دیفیوزر، کانال حلقوی اطراف محفظه احتراق، سوراخ های مختلف محفظه، سویلر در نظر گرفته شد. از مزایای کار حاضر آن است که نیازی به اعمال شرط مرزی در سوراخ ها و استفاده از روابط تجربی نمی باشد و فقط در ورودی دیفیوزر و خروجی محفظه احتراق، شرط مرزی اعمال می گردد. ابتدا جریان در یک محفظه احتراق حلقوی کاربردی شبیه سازی و نتایج مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج تجربی در مورد این محفظه به صورت توزیع ضریب بازیافت فشار استاتیکی در پوسته بیرونی و درونی محفظه و تقسیم جریان در بین سوراخ های ناحیه های مختلف محفظه که از روش نیمه تجربی - عددی استخراج شده اند در دسترس است. مقایسه نتایج عددی حاضر با نتایج تجربی موجود نشانگر تطابق خوب جواب ها می باشد. در ادامه شبیه سازی جریان در یک محفظه احتراق دیگر با لحاظ کردن اجزا جانبی مانند لوله های سوخت رسان و استرات صورت پذیرفت و مشکلات آن بیان شد. روش پیشنهادی شامل در نظر گرفتن کل فضای سیستم محفظه احتراق، در فازهای اولیه طراحی می تواند کمک شایان توجهی در اصلاح طرح محفظه و اصلاح الگوی جریان نماید.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق حلقوی، شبیه سازی عددی، توربین گاز، دیفیوزر
  • بررسی لایه مرزی جریان و حرارت بر روی یک صفحه افقی در حال کشش در محیط متخلخل، با فرض عدم تعادل حرارتی
    محمدحسن کیهانی، اسماعیل شاکری نژاد صفحات 47-55
    در این مطالعه، انتقال حرارت و جریان سیال در یک محیط متخلخل روی یک صفحه در حال کشش افقی، بررسی شده است. در این بررسی از فرض عدم تعادل حرارتی برای معادلات انرژی و از مدل غیر دارسی برای معادله مومنتوم استفاده شده است. مساله در حالت وجود گرمای تولیدی نیز مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. معادلات شامل معادله مومنتوم، معادله انرژی برای فاز سیال و معادله انرژی برای فاز جامد می باشد که با استفاده از روش تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و با روش عددی حل می شوند. دمای صفحه به صورت خطی تغییر می کند و جریان سیال دوبعدی، ویسکوز و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است. نتایج دمای فازهای سیال و جامد، مقادیر شار حرارتی روی صفحه برای فاز سیال و جامد در حالت وجود (و عدم وجود) گرمای داخلی، مقادیر عددی پرانتل بحرانی و اثر پارامتر مکش/دهش بر مساله مورد بررسی قرار گرفته است. استخراج معادلات تشابهی در حالت عدم تعادل حرارتی بین فازها و تحلیل حرارتی مساله از جمله نوآوری های این پژوهش است.
    کلیدواژگان: لایه مرزی، محیط متخلخل، عدم تعادل حرارتی، صفحه افقی در حال کشش
  • بررسی تجربی استفاده از لوله های حرارتی نوسانی در مقیاس بزرگ بر عملکرد حرارتی آبگرمکن خورشیدی صفحه تخت
    هادی کارگر شریف آباد، محمد بهشاد شفیعی*، محمد طیبی رهنی، مجید عباسپور صفحات 57-66

    در این تحقیق، بررسی عملکرد آبگرمکن خورشیدی صفحه تخت با لوله حرارتی نوسانی حلقه بسته در شرایط اقلیمی تهران- ایران به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم مورد نظر از سه قسمت اصلی کلکتور تخت، لوله حرارتی نوسانی و مخزن تشکیل شده که قسمت اواپراتور لوله حرارتی نوسانی در کلکتور و قسمت کندانسور آن جهت گرمایش آب در مخزن قرار داده شده است. جهت بررسی اثر طول اواپراتور و راندمان سیستم، سه آبگرمکن با لوله حرارتی نوسانی ساخته شده که همگی به جزء در طول ناحیه اواپراتور با هم مشابه می باشند. در آزمایش های انجام گرفته علاوه بر اثر طول اواپراتور، نسبت پرشدگی، زاویه شیب و دبی نیز برای هر کدام از آبگرمکن ها به طور همزمان بررسی شده است. نتایج نشان می دهد علیرغم اثر منفی زیاد بودن طول اواپراتور در کاربردهای معمولی، در آبگرمکن های خورشیدی با افزایش طول اواپراتور لوله حرارتی، دمای آب خروجی افزایش می یابد و تغییر موثری در عملکرد آن بوجود نمی آید. همچنین با بررسی نسبت شارژ در هر سه سیستم مشخص شد که مستقل از طول اواپراتور، درنسبت شارژ %30 هر سه سیستم بهترین عملکرد را دارند. با توجه به وابستگی همزمان عملکرد لوله حرارتی نوسانی و مقدار تابش خورشید دریافت شده به زاویه، با تغییر زاویه قرارگیری کلکتور نسبت به افق از 0 تا 60 درجه، مقدار زاویه بهینه برای کلکتورهای خورشیدی با لوله حرارتی نوسانی نیز بدست آمد.

    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی صفحه تخت، لوله حرارتی نوسانی، نسبت پرشدگی، راندمان
  • مطالعه عددی پارامترهای جریان نیوتنی در کانال با انبساط تدریجی
    محمحد محسن شاه مردان، محمود نوروزی، امین شهبانی ظهیری صفحات 67-82
    هدف مطالعه حاضر بررسی مشخصات گردابه های ایجاد شده در مجاور دیواره های کانال واگرای تدریجی در حالت دو بعدی و با نسبت انبساط 1:3 می باشد. در این تحقیق، جریان آرام سیال نیوتنی در داخل کانال، برای چهار زاویه 30، 45، 60 و 90 درجه مورد بررسی قرار گرفته است. گسسته سازی معادلات حاکم با استفاده از روش احجام محدود صورت گرفته و برای کوپل پارامترهای سرعت و فشار از الگوریتم پیزو بر روی شبکه جابجا شده استفاده شده است. در تمام تحقیقات پیشین طول گردابه ها برای حالت انبساط ناگهانی (زاویه 90 درجه) مورد بررسی قرار گرفته است. از نوآوری تحقیق حاضر این است که برای هر گردابه مشخصات طول، بیشترین ارتفاع و طول بیشترین ارتفاع، نقطه شروع و خاتمه گردابه از ابتدای بخش انبساطی به ازای زوایای 30، 45 و 60 درجه در محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به صورت منظم و طبقه بندی شده در جداول پیوست گزارش شده است. همچنین در هر زاویه خطوط جریان و کانتورهای سرعت در محدوده اعداد رینولدز مختلف مورد بررسی قرار گرفته و ترسیم شده است.
    کلیدواژگان: سیال نیوتنی، طول گردابه، ارتفاع گردابه، بخش انبساطی، زاویه انبساطی
  • بررسی تجربی اثرات پروفیل سرعت جریان هوا بر سیم ها و کابل های خطوط انتقال نیرو و نگهدارنده ها
    محمد اسحقی گرجی، عبدالامیر بک خوشنویس، احسان قلی پور اسرمی، محسن وحیدی صفحات 83-97
    در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر نیروی باد در شرایط طوفانی بر کابل ها و سیم های استاندارد که به عنوان هدایت کننده های الکتریکی در خطوط انتقال برق و یا تجهیزات نگهدارنده آنتن های رادیویی شناخته می شوند، پرداخته شده است. برای این کار از چهار نوع کابل 20 و 63 کیلوولت، سیم نگهدارنده دکل ها و کابل روکش دار استفاده شده است که هرکدام دارای قطرها و زبری های متفاوتی هستند. آزمایشات در تونل باد و اندازه گیری ها با استفاده از جریان سنج سیم داغ صورت گرفته است. سرعت مورد استفاده در این تحقیق 17m/s و 24m/s می باشد که مربوط به سرعت بادهای شدید و طوفان هاست. هدف از این تحقیق در واقع بررسی سرعت متوسط، پارامترکاهش سرعت(W0)، مقدار نصف دهانه دنباله سرعت(b1/2)، ضریب پسا و عدد استروهال کابل ها در شرایط طوفانی است. افزایش اغتشاشات و مومنتوم جریان سبب می شود که جریان جدا شده از سطح مدل دوباره به مدل بچسبد. با توجه به نتایج تقریبا در همه مدل ها بجز کابل روکش دار، ضریب پسا در سرعت 24 متر بر ثانیه کمتر از سرعت 17 متر بر ثانیه می باشد. به نظر می رسد کابل 20 کیلوولت از بقیه مدل ها مناسبتر است و می توان از الگوی کلاف آن در سرعت های مذکور بهره برد.
    کلیدواژگان: نیروی باد، کابل های خطوط انتقال برق، تونل باد، جریان سنج سیم داغ، مشخصات آیرودینامیکی جریان حول کابل ها
|
  • Investigating the effect of isocyanate modification of wood fiber on the physical-mechanical properties and torque rheometry of wood- polyethylene composite
    Pages 1-12
    Wood plastic composites are ideal in many applications such as furniture، components and automotive industry. However، most polymers especially thermoplastics are non-polar (hydrophobic) substances which are not compatible with polar (hydrophilic) wood fibers. This results in a poor adhesion between polymers and wood fiber. The aim of this study is to improve the adhesion properties by chemically modifying the wood fiber surface to enhance its miscibility within the plastic matrix. This was achieved by using toluene diisocyanate (TDI) linker to couple the wood fiber with either cetyl alcohol to form core-shell like structures. To investigate the effect of modification، composites containing 30% wt of wood was prepared. The effect of modification in three levels (0%، 10% and 20%) was studied on physical-mechanical properties of WPC such as: tensile properties and water absorption. Torque rheometry diagram and Scanning electron microscopy (SEM) were studied. The data showed an increase in the modulus، strength، yield stress and a decrease in the water absorption with increase of wood fiber modification while there is no considerable change in the elongation-at-yield. SEM spectra showed that the modification improve the interfacial adhesion between two phases in WPC.
    Keywords: composites, wood fiber, toluene diisocyanate, cetyl alcohol, properties, polyethylene
  • Optimal Shape Design of Frame Structure by using Simulated Annealing
    Pages 13-21
    In frame structures، the maximum bending moment in a given flexural structure always has an importance in estimating both the structural stiffness and strength performance. It is of particular interest to designers to develop an appropriate procedure to minimize the maximum moment through an optimal design of the structure. For this purpose، this paper presents a heuristic optimization algorithm، called the simulated annealing، for minimization of the maximum bending moment by virtue of the structural shape optimization. Simulated annealing is a novel meta-heuristic optimization algorithm، is powerful، efficient and is very simple to solve the combinatorial shape optimization problems. In this paper،at first maximum bending moment in frame structure by using finite element method is investigated and then simulated annealing algorithm is applied to minimize the maximal bending moment. Numerical examples are provided to demonstrate the applicability and capability of the present method. The results indicate the effectiveness of the proposed algorithm and its ability to find optimal shape of structure for minimizing the maximum bending moment problem.
    Keywords: Shape Optimization, Frame structures, Minimization of Maximum Bending Moment, Simulated Annealing Algorithm
  • Experimental investigation of cracks pattern effect on the failure of rock-like materials under uniaxial compression loading
    Hossein Mirzaeinasirabad Pages 23-34
    Under various loads، pre-existing cracks (flaws) in rock propagate and leads to crack coalescence and failure. In this paper، crack propagation and coalescence mechanism in rock-like materials (gypsum specimens)، containing two inclined and open flaws (pre-existing cracks) under uniaxial compressive loads are experimentally investigated. The cubic specimens are prepared from the mixture of gypsum and water and the flaws are created by inserting steel shims into modeling material in the mould template. A set of specimens containing two inclined flaws with the fix length of 15 mm، inclination of 45 degree and connection line of 20 mm with various bridge angle of 45، 60، 75، 90، 105 and 120 degrees are subjected to compressive loads and the mechanical behavior of them are monitored. The bridge angle has important role and controls the propagation and coalescence pattern. For different bridge angles، four coalescence modes including shear، shear-tension، tension - shear and tension mode were observed. With the increase of bridge angle، the corresponding coalescence stress increases.
    Keywords: Rock fracture mechanics, Crack coalescence, Compressive load, Experimental investigation
  • Study of cold flow pattern in a jet engine combustion chamber using three dimensional flow simulation
    Pages 35-46
    In this paper، we develop a numerical solution of flow for an annular gas turbine combustor. Three dimensional flow fields are considered for whole space from the compressor outlet up to turbine inlet including the inside and outside of the combustion chamber. Previous work has examined different parts of the combustor separately، using boundary conditions obtained from one-dimensional correlations. These correlations obtained with simplifications that often generate error. In this paper، the application of whole space of the combustor implies that no boundary conditions for the air inlet holes to the combustor were required. Comparison of the present numerical solution results with the experimental results indicates consistency between this study and the rest of the existent literature. We then examine the whole coupled system of an applied annular combustion chamber، simulated altogether and simultaneously. A 60 degree section of the annular combustion chamber was selected; including diffuser، swirls، liner، fuel pipes، strut and side channels and the quality of flow field was analyzed.
    Keywords: Gas turbine, Annular combustions chamber, diffuser, Numerical analysis of flow
  • Hydrodynamic and Thermal Boundary Layers of a Fluid over a Stretching Flat Plate in a Porous Medium using Thermal Non-Equilibrium Model: Similarity Solution
    M. H. Keyhani Pages 47-55
    Heat transfer and fluid flow in a porous medium over a stretching flat surface with internal heat generation and suction/injection have been investigated using a two-temperature model of heat transfer. On assuming non Darcy flow، similarity solutions are obtained for the governing steady laminar boundary layer equations. The surface is maintained at a non uniform temperature. The coupled momentum and energy equations for both fluid and solid phases are obtained and then transformed to the similarity format. The system of governing equations along with the related boundary conditions have been solved using the classical fourth-order Runge–Kutta method allied with the shooting technique. The resulting velocity and temperature distributions are shown for different values of parameters entering into the problem. Also، the values of the local surface heat flux for both solid and fluid phases and critical values of the Prandtl number are reported as a function of the permeability parameter.
    Keywords: Boundary layer, Porous media, Non, Thermal equilibrium, Stretching surface
  • Experimental Investigation of the Effect of Using Large Scale Pulsating Heat Pipe on the Performance of a Flat Plate Solar Collector
    Mohammad Behshad Pages 57-66

    In this work، the performance of a flat plate solar collector operating in conjunction with a closed-loop pulsating heat pipe (CLPHP) is experimentally investigated. All the experiments are carried out at the Yazd، Iran. The experimental setup consists of a flat plate solar collector، pulsating heat pipe and a tank. The evaporator of the pulsating heat pipe is located inside the flat plate collector. In order to investigate the effect of the evaporator length on the efficiency of the system، three collectors are manufactured، which are different in the lengths of their evaporating section. Moreover، the effects of filling ratio of the pulsating heat pipe، inclination angle and flow rate are investigated for each collector separately. Although the increment in length of the evaporator negatively affects the convectional heat transfer، results do not show remarkable deterioration in the performance of flat plate solar collector. The optimum value for filling ratio of the pulsating heat pipe in all of three devices is measured as 30%، regardless of evaporator length. Finally، varying the inclination angle demonstrated that at angles between 0° and 20° degrees، the heat pipes exhibit unfavorable performance، while for angles between 30° and 50° degrees، the performances are favorable and almost similar. At the angle of 60 degrees، the performance is reduced due to excessive decrease in solar radiation.

    Keywords: Flat Plate Solar Collector, Pulsating Heat Pipe, Filling Ratio, Efficiency
  • Numerical Investigation of Newtonian Flow Characteristics in Canal with Gradual Expansion
    Pages 67-82
    The goal of a present study is to investigate the vortex characteristicsproduced in neighbor wall of canal with gradual expansion in 2D state and expansion ratio is 1:3. In present research theNewtonian fluid flow through canal assume laminar and it is investigated four angles 30، 45، 60 and 90 degree. Discretization of governing equations is performed using finite volume method and for couple of velocity and pressure parameters used the PISO algorithm on a staggered mesh. In all old researches vortexes length investigated for sudden expansion. The main innovation of current study is Investigated and reported regular and classified resultsfor every vortex length، maximum height and length of maximum height، start point and end point for length of vortexes in angles of 30، 45 and 60 degree in the range of Reynolds number in tables. the streamline and contour of velocity for flow through canal is investigated and plotted for various Reynolds number.
    Keywords: Newtonian fluid, Length of vortex, Height of vortex, Expansion section, Expansion angle
  • Experimental Investigation of Air Flow Velocity Profiles Effects on the Wires and Cables of Power Transmission Lines and Supporting Devices
    Mohammad Eshaghi Gorji, Abol Amir Bak Khoshnevis, Ehsan Gholiepour Asrami, Mohsen Vahidi Pages 83-97
    In this paper، experimental study of air force effect in harsh environmental condition on standard cables and wires which are recognized as electrical conductors in electricity transmission lines and/or as supporting devices for radio antennas، has been carried out. For this، four different types of cables including 20 & 63 KV، the wire for posts supporting and covered cable with distinct diameter and roughness corresponding to each one. Experiments have been conducted in wind tunnel and measurements have been performed using hot wire anemometer. The velocities employed in this study are 17 and 24 meters per second representing the one in the severe wind and storm. The aim of the survey is actually consideration of mean velocity، drag coefficient and other cables characteristics in a stormy condition. Increasing turbulence and momentum of flow causes that the separated flow from the model surface stick again to it. According to the results، typically in all models except the covered cable، the drag coefficient below the velocity of is less than 17 m/s. It is conclusively correct to say that 20 KV pattern could be used in the corresponding velocities.
    Keywords: Wind Force, Transmission Lines, Aerodynamic Characteristics of Flow around Cables, Hot Wire Anemometer, Wind Tunnel