فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال چهارم شماره 3 (پاییز 1393)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال چهارم شماره 3 (پاییز 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/07/15
  • تعداد عناوین: 15
|
  • مریم داعی، ولی الله جانقربانی صفحات 1-9
    بسیاری از مسائل مکانیک سازه ها را می توان با استفاده از روش های بهینه یابی بصورت موثر مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. در تحلیل سازه ها از مدل ریاضی یک سازه ایده آل سازی شده استفاده می شود که متشکل از مجموعه ای از معادلات ریاضی می باشد. روابط و فرمول بندی های این معادلات عمدتا حاوی متغیرها و ماتریس هایی با ابعاد متنوع می باشد. تحلیل بهینه، بر تشکیل بهترین ماتریس برای حل مساله استوار است، زیرا گزینش ماتریس های سازه ای و روش های محاسبه آنها برای یک مدل سازه ای، منحصر بفرد و یکتا نیست. در این مقاله، الگوریتمی برای تشکیل بردارهای پایه پوچی بهینه برای مدل اجزا محدود چهار وجهی پیشنهاد شده است. در مدلسازی مساله بهینه یابی ویژگی های هندسی مدل اجزا محدود چهار وجهی با گراف مرزی شبیه سازی شده است و برای برقراری شرط استقلال بردارها، برای هر سیستم یک مولد در نظر گرفته شده است. ترتیب انتخاب مولدها به عنوان یک تور برای الگوریتم سیستم کلونی مورچگان تعریف شده است و بدین ترتیب با استفاده از الگوریتم فراابتکاری سیستم کلونی مورچگان، جواب بهینه محاسبه شده است. شکل بهینه بردارهای پایه پوچی، منجر به تشکیل ماتریس نرمی بهینه شده و هدف تحلیل موثر سازه به روش نرمی را تامین می نماید. یکی از ویژگی های اصلی روش تحلیل بهینه نرمی آن است که محاسبات را به دو بخش کم و بیش مستقل تقسیم می کند. اهمیت این جداسازی هنگام حل یک سری از مسائل که دارای طرح ثابت ولی مصالح با ویژگی های گوناگون هستند، مانند مسائل طراحی مجدد آشکار می شود.
    کلیدواژگان: روش نرمی، بردارهای پایه پوچی، مدل اجزا محدود چهار وجهی، الگوریتم کلونی مورچگان
  • محمد مهدی فاتح، احسان حسینی صفحات 11-21
    در این مقاله طرح نوینی برای کنترل سیستم تعلیق فعال خودرو با بهره گیری از مفهوم امپدانس مکانیکی ارائه شده است. رفتار دینامیکی سیستم تعلیق در برابر ناهمواری های جاده کنترل می شود. سیستم تعلیق فعال با مدل یک-چهارم خودرو و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی محرک هیدرولیکی طراحی شده است. طرح کنترل پیشنهادی از دو حلقه کنترلی تشکیل می شود که حلقه بیرونی به کنترل تطبیقی امپدانس و حلقه درونی به کنترل نیرو با روش تناسبی-انتگرالی می پردازد. این تحقیق به بررسی پایداری سیستم می پردازد و درستی روش کنترل با تحلیل پایداری و نتایج شبیه سازی تایید می گردد. کنترل تطبیقی بر عدم قطعیت پارامتری سیستم تعلیق غلبه می نماید. این روش کنترلی در هنگام عبور خودرو از دست انداز، راحتی مطلوب برای سرنشین فراهم می نماید و بعد از عبور، رانندگی مطمئن را نیز مهیا می سازد. روش پیشنهادی با سیستم تعلیق غیرفعال مقایسه خواهد شد. نتایج شبیه سازی برتری سیستم تعلیق فعال را نسبت به سیستم تعلیق غیرفعال در موارد رانندگی مطمئن و راحتی سرنشین نشان می دهد.
    کلیدواژگان: سیستم تعلیق فعال، محرک هیدرولیکی، کنترل تطبیقی، کنترل امپدانس، عدم قطعیت
  • علی قربانپور آرانی، محمد عبدالهیان، رضا کلاهچی صفحات 23-33
    در این مقاله کمانش عرضی یک نانوتیر پیزوالکتریک واقع در محیط الاستیک با استفاده از تئوری تیر ردی مورد بررسی قرار گرفته است. نانوتیر در راستای ضخامت قطبی شده و تحت یک ولتاژ خارجی و اختلاف دما قرار دارد. برای مدل کردن بستر الاستیک از مدل پاسترناک و برای بررسی اثرات مقیاس کوچک از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی استفاده شده است. ابتدا به بررسی روابط کرنش-تغییر مکان پرداخته شده، سپس با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون معادلات تعادل بدست آمده اند. برای حل این دستگاه معادلات و بدست آوردن بار کمانش بحرانی از روش تحلیلی استفاده شده است. در نهایت اثرات تغییرات دما، مود های کمانش، ولتاژ اعمال شده، پارامترهای مقیاس کوچک و محیط الاستیک بر نسبت بار کمانش بحرانی، نسبت دمای بحرانی و نسبت ولتاژ بحرانی نشان داده شده است. هم چنین مقایسه ای میان دو تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی و تنش کوپل اصلاح شده صورت گرفته است. نتایج نشان می دهند با افزایش ولتاژ اعمال شده، نسبت بار کمانش بحرانی نیز افزایش و نسبت دمای بحرانی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: نانوتیر پیزوالکتریک، تئوری تیر ردی، تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی، محیط پاسترناک
  • موسی محمودی صاحبی، طه تیموری، هژیر کوزانی، سید شاکر هاشمی صفحات 35-43
    خرابی پیشرونده پدیده ای است که در آن، قسمت اعظمی از یک سازه در اثر خرابی کوچک از بین می رود. در سالهای اخیر، روش های مختلفی در تحقیقات و آیین نامه های طراحی برای بررسی این پدیده ارائه شده است. یکی از این روش ها، روش مسیر بار جایگزین است. در این روش برای ارزیابی رفتار سازه ها، علاوه بر تحلیل های استاتیکی خطی و استاتیکی غیرخطی، تحلیل دینامیکی غیرخطی نیز پیشنهاد می گردد. در تحلیل دینامیکی غیرخطی، بار ناشی از حذف ستون در مدت زمان محدود به صورت دینامیکی (تاریخچه زمانی) به سازه اعمال می شود و پاسخ سازه در برابر آن ارزیابی می گردد. از آنجایی که مدت زمان حذف ستون در تحلیل دینامیکی غیرخطی تاثیر زیادی بر پاسخ سازه ها دارد، هدف این مقاله، بررسی تاثیر مدت زمان حذف ستون بر پاسخ سازه ها در برابر خرابی پیشرونده است. برای این منظور، چند ساختمان متداول انتخاب شد و پاسخ آنها در برابر مدت زمان حذف ستون بررسی و بحرانی ترین حالت آنها مشخص شد. نتایج نشان می دهد، تاثیر مدت زمان حذف ستون بر پاسخ سازه ها بسیار شدید است. از آنجایی که در آیین نامه های طراحی، مدت زمان حذف ستون به زمان تناوب قائم سازه ربط داده می شود، در این مقاله یک روش ساده برای تعیین زمان تناوب قائم سازه پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: خرابی پیشرونده، پدافند غیرعامل، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، قاب های خمشی، زمان تناوب
  • رضا مقصودی، رامین امینی، ناصر ظریف مقدم باصفت صفحات 45-55
    بررسی شکست سد همواره مورد توجه بسیاری از محقیقن بوده است. که به صورت دیدگاه لاگرانژی و دیدگاه اویلری مدل شده است. در این مقاله برای مدل سازی جریان شکست سد با توجه به دیدگاه لاگرانژی، از روش ایزوژئومتریک استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان، معادلات بقای جرم و بقای ممنتوم می باشند که به شکل لاگرانژی با استفاده از روش تصحیح فشار حل شده اند. برای گسسته سازی مکانی از روش حداقل مربعات استفاده می شود. با استفاده از روش ایزوژئومتریک دستگاه معادلات دارای ابعاد بسیار کمتر نسبت به دیگر روش ها (روش اجزای محدود و روش بدون شبکه) می باشد. همچنین ماتریس سختی متقارن و دارای مقادیر مثبت می باشد. توابع نربز به عنوان توابع شکل استفاده می شود. پروفیل سطح آزاد، بردار سرعت و مقادیر فشار بدست آمده از روش ایزژئومتریک در زمان های مختلف با روش بدون شبکه مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده ی توانایی روش پیشنهادی برای حل مسائل سیال متحرک با حرکت شرایط مرزی می-باشد.
    کلیدواژگان: شکست سد، دیدگاه لاگرانژی، روش ایزوژئومتریک، حداقل مربعات، توابع نربز
  • ارائه یک رابطه تحلیلی برای تعیین فرکانس و شکل مود اصلی تیر پله ای دو سر مفصل مستقر بر بستر الاستیک
    سید محمد مهدی نجفی زاده، حسام نایبی، حمید محسنی منفرد صفحات 57-64
    در تیرهای پله ای، برای یافتن فرکانس طبیعی، تیر را در محل پله به دو قسمت تقسیم کرده و با استفاده از شرایط تکیه گاهی و سازگاری بین دو قسمت به حل مساله مقدار ویژه حاصل می پردازند. این روش حل، به یک الگوریتم حل عددی برای تعیین فرکانس نیاز دارد و نمی تواند اثر پارامترهای مختلف را بطور صریح بر فرکانس نشان دهد. در مقاله حاضر، به شکل مود اصلی تیر دو سر مفصل یک چند جمله ای اضافه شده است و تابع حاصل به عنوان شکل مود تیر پله دار درنظر گرفته شده است. سپس با استفاده از شرایط تکیه گاهی و سازگاری در محل پله، ضرایب مجهول چندجمله ای تعیین شده و با استفاده از روش رایلی، یک رابطه تحلیلی برای فرکانس اصلی استخراج شده است که تاثیر پارامترهای مختلف را به طور صریح نشان می دهد. دقت رابطه به دست آمده از طریق مقایسه با حل تحلیلی دقیق ارتعاشات تیر پله ای دو سرمفصل مستقر بر بستر الاستیک برای مقادیر مختلف محل و نسبت پله به اثبات رسیده است. رابطه تحلیلی استخراج شده در این مقاله، یک رابطه ساده و دقیق برای تعیین فرکانس اصلی ارتعاشات تیر پله ای دو سر مفصل مستقر بر بستر الاستیک می باشد.
    کلیدواژگان: تیر پله ای، حل تحلیلی، روش رایلی، بستر الاستیک
  • رضا جعفری، محسن ثقفیان صفحات 65-81
    در مطالعه ی حاضر، جریان سیال و انتقال حرارت اطراف استوانه ی دوار درون کانال، با استفاده از روش عددی برهم نهی شبکه ها مورد مطالعه قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی برای جریان آرام حل شده اند. شبیه سازی های عددی برای اعداد رینولدز در بازه 100 تا 500، سرعت های دورانی بدون بعد 0، 1 و 2 و نسبت انسدادهای 0.1، 0.3 و 0.5 و اعداد پرانتل 0.7 و 7 انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزایش نسبت انسداد، گذار جریان از حالت پایا به ناپایا را به تاخیر می اندازد. دوران استوانه موجب کاهش ضریب درگ و انتقال حرارت می شود، درمقابل افزایش نسبت انسداد موجب افزایش ضریب درگ و انتقال حرارت می شود. در جریان ناپایای عبوری از روی استوانه محبوس درون کانال، الگوی ریزش گردابه ها متفاوت با الگویی است که در جریان آزاد عبوری از روی استوانه مشاهده می شود و گردابه ها در پشت استوانه به صورت ضربدری حرکت می کنند.
    کلیدواژگان: استوانه دوار، کانال، برهم نهی شبکه ها، ریزش گردابه، عدد نوسلت
  • محمدرضا نقش، فرهاد حاجی ابوطالبی، مهرداد پورسینا صفحات 83-91
    ورق های جوش خورده به هم، ورق هایی هستند که از یک جنس با دو ضخامت متفاوت یا از دو جنس مختلف تشکیل شده و با فرآیند جوشکاری به یکدیگر متصل می گردند. با توجه به کاربرد فراوان این ورق ها، پیش بینی حد شکل پذیری آن ها بسیار مهم می باشد. در این تحقیق ابتدا، آزمایش کشش بر روی نمونه استا ندارد فولادی به ضخامت های 8/0، 2/1 میلیمتر و نمونه جوش خورده به هم انجام شده و نمودار نیرو- جابجایی برای نمونه استاندارد تعیین می گردد. سپس با انجام آزمایش اریکسن، نمودار حد شکل دهی ورق جوش خورده به هم حاصل می شود. با استفاده از نمودار فوق و معیار آسیب نرم، فرآیندهای کشش استاندارد، آزمایش اریکسن و کشش عمیق در کد آباکوس صریح شبیه سازی گردیده و رشد آسیب، شروع ترک و شکست در هر یک از فرآیندها پیش بینی می شود. در پایان، نتایج عددی شبیه سازی ها با نتایج تجربی مقایسه گردیده و اعتبارسنجی می شوند.
    کلیدواژگان: ورق های جوش خورده به هم، مکانیک آسیب، آزمایش اریکسن، فولاد St12
  • سید مهدی علوی نیا، محمد علی صدر نیا، محمد جواد خسروجردی، محمد مهدی فاتح صفحات 93-108
    در این مقاله روشی نوین برای تعیین دقیق نقطه کار و نقطه سرج کمپرسور از طریق طراحی سیستم کنترل تحمل پذیر عیب حسگر ها معرفی می گردد. از روش افزونگی تحلیلی و ابزار شبکه های عصبی دینامیکی مقاوم مبتنی بر ایده مد لغزشی، برای تشخیص عیب در حسگرهای کمپرسور با فرض وجود عدم قطعیت پارامتری درکمپرسور و نویز درحسگرها استفاده می گردد. ضعف اساسی در کاربرد شبکه های عصبی دینامیکی، فقدان روشی قانونمند برای تعیین ماتریس پایدار هورویتز است که این ضعف با استفاده از روش شناسایی مبتنی بر زیر فضا جبران می شود. از مدل مور-گریتزر شبیه سازی شده کمپرسور، داده های لازم برای تولید مانده در روش افزونگی تحلیلی استخراج می شود و سپس در بلوک ارزیابی مانده، الگوریتم ویژه ای برای تعیین مشخصات عیب ارایه می گردد. برای طراحی سیستم کنترل تحمل پذیر عیب از ایده حسگر مجازی بهره گرفته می شود. با استفاده از نتایج شبیه سازی، مزایای عملکرد سیستم پیشنهادی تشخیص عیب در تعیین دقیق نقطه سرج کمپرسور نشان داده می شود.
    کلیدواژگان: سیستم کنترل تحمل پذیر عیب، حسگر مجازی، سرج کمپرسور، مدل مور، گریتزر، شبکه های عصبی دینامیکی مقاوم
  • زهرا شریعتی، ابراهیم افشاری صفحات 109-121
    در پیل های سوختی غشا پلیمری بیش از نیمی از انرژی شیمیایی هیدروژن، در طی تولید الکتریسیته به گرما تبدیل می گردد. در صورت دفع نامناسب این گرما، عملکرد و پایداری پیل آسیب میبیند. در این مقاله، چندین طرح مختلف کانال های موازی برای میدان جریان خنک کاری در پیل غشا پلیمری پیشنهاد شده و انتقال حرارت در صفحات خنک کاری با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. عملکرد طرح های پیشنهادی بر اساس معیارهای دمای ماکزیمم سطح، دمای میانگین سطح، یکنواختی دما و افت فشار ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهند که مدل دارای کانال های موجی شکل، کمترین شاخص یکنواختی دما، کمترین دمای ماکزیمم سطح و کمترین دمای میانگین سطح را دارد، لذا از نظر عملکرد خنک کاری، بهترین مدل در بین مدلهای مطالعه شده در این مقاله است؛ اما از طرفی افت فشار بیشتری ایجاد می کند. مدل دارای کانالهای مستقیم با سطح مقطع ذوزنقه ای، شاخص های دمایی کمی ضعیفتری نسبت به مدل دارای کانالهای موجی دارد؛ اما افت فشار بسیار کمتری ایجاد میکند. از این رو این دو مدل نسبت به بقیه مدلها برای خنک کاری بسیار مناسبتر بوده؛ اما در انتخاب یک مدل از بین این دو مدل باید مصالحه ای بین شاخص های دمایی و افت فشار مینیمم انجام پذیرد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، کانال های موازی، میدان جریان خنک کاری، یکنواختی توزیع دما، افت فشار
  • ابراهیم افشاری، جاماسب پیرکندی صفحات 123-136
    به منظور، توزیع یکنواخت گازهای واکنشگر، کاهش وزن، صرفه جویی در هزینه ماشینکاری کانال های جریان و عملکرد بهتر پیل سوختی غشا پلیمری، در این مقاله از فوم فلزی به عنوان توزیع کننده گازها استفاده می شود. با توسعه یک مدل سه بعدی، معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم، اجزا، شارژ و انرژی به همراه روابط الکتروشیمیایی در نواحی مختلف پیل با یک مدل تک ناحیه ای و به روش عددی حل شده اند و عملکرد پیل با فوم فلزی با پیل های متداول مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهند که در پیل با فوم فلزی، انتقال گازهای واکنشگر به لایه های کاتالیست و میزان چگالی جریان بیشتر و توزیع گازها و چگالی جریان در دانسیته جریان های بالا، بسیار یکنواخت تر است. در دانسیته جریان های پایین و متوسط، عملکرد پیل با فوم فلزی و کانال معمولی تقریبا مشابه یکدیگر است؛ اما در دانسیته جریان های بالا، عملکرد پیل با فوم فلزی به دلیل انتقال بالاتر اجزا و از بین رفتن افت های انتقال جرم ناشی از شانه های کانال بهتر است. به دلیل ضریب نفوذپذیری بالای فوم فلزی، افت فشار این پیل ها در مقایسه با پیل های متداول اندکی بیشتر است و این مساله، نگرانی ناشی از افزایش مصرف توان پیل در سیستم های جانبی پیل را بر طرف کرده و استفاده از فوم های فلزی را بسیار توجیه پذیر می سازد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، فوم فلزی، کانال جریان، نفوذپذیری، دینامیک سیالات مجاسباتی
  • محمد کلته، میلاد رضوی نوری، محمدرضا عاکف صفحات 137-146
    با توجه به نیاز روز افزون به منابع انرژی ارزان قیمت و نامحدود، انرژی های تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از منابع اصلی انرژی های تجدید پذیر انرژی خورشیدی می باشد. در این مقاله با استفاده از انرژی خورشیدی، عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی شیب دار و معمولی در اقلیم های مختلف ایران مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور مدل ریاضی مناسب برای تابش خورشید، کلکتور خورشیدی و دودکش در نظر گرفته شده است. برای تحلیل بهتر، سه نوع کلکتور افقی، شیب دار 30 درجه و 60 درجه در نظر گرفته شده و تابش دریافت شده و توان الکتریکی تولید شده با هم مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که کلکتور های افقی در تابستان توان بیشتری تولید می کنند در حالی که هرچه شیب کلکتور بیشتر شود در زمستان توان بیشتری تولید می شود. همچنین، کلکتورهایی با زاویه 30 درجه بیشترین تابش خورشید را دریافت می کنند در حالی که کلکتورهایی با زاویه 60 درجه بیشترین توان الکتریکی را تولید می کنند. در نهایت از میان شهرهای بررسی شده، شهر یزد بهترین عملکرد را داشته است.
    کلیدواژگان: دودکش خورشیدی، ایران، تابش دریافت شده، توان الکتریکی تولید شده، کلکتور شیب دار
  • روش شبکه بولتزمن حرارتی مرتبه دوم در انتقال حرارت جابه جایی آزاد در محفظه های غیرمربعی
    محسن نظری، محمدحسن کیهانی، حسنی شکری صفحات 147-158
    در این مقاله، انتقال حرارت جابه جایی آزاد دوبعدی در محفظه های غیرمربعی بسته، به شکل های مثلث، ذوزنقه، ربع دایره و نیم دایره با استفاده از روش بولتزمن شبکه ای مرتبه دوم حرارتی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در تمام شبیه سازی ها سیال عامل هوا، با عدد پرانتل 71/0 در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد هنگامی که الگوی جریان دو سلولی است شاهد یک نقطه اکسترمم در روند تغییرات عدد ناسلت محلی در محل جدایش دو سلول چرخشی هستیم. در الگوی جریان تک سلولی، بسته به چگونگی شرایط مرزی، روند تغییرات عدد ناسلت محلی تغییر خواهد کرد و در برخی از حالات شاهد نقاط کمینه برای عدد ناسلت محلی هستیم. نتایج بدست آمده از روش بولتزمن شبکه ای، با نتایج و داده های موجود، مقایسه و اعتبارسنجی شده است و نتایج نشان می دهند که روش بولتزمن شبکه ای حرارتی مرتبه دوم به خوبی قادر به شبیه سازی جریان و انتقال حرارت در محفظه هایی با دیواره مایل و منحنی است. بررسی انتقال حرارت جابه جایی آزاد در چنین هندسه های و به ویژه با روش بولتزمن شبکه ای مرتبه دوم برای اولین بار در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است و کاربرد فراوانی در خنک کاری تجهیزات الکترونیکی دارد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابه جایی آزاد، محفظه غیر مربعی، روش بولتزمن شبکه ای، عدد ناسلت موضعی
  • میلاد حسن نیا دون، علی عباس نژاد، علی معظمی گودرزی صفحات 159-169
    تولید همزمان برق و آب گرم از انرژی خورشید موضوع پژوهش مورد مطالعه در این مقاله می باشد. در طرح ارائه شده از مدول های ترموالکتریک در مسیر انتقال گرما از سطح جاذب گرمای خورشید به انباره آب استفاده شده است. همچنین برای متمرکز نمودن نور خورشید و رسیدن به دمای قابل توجیه برای تولید برق به وسیله ی ترموالکتریک، از لنزهای فرزنل استفاده می شود. لنز فرزنل بکار برده شده از نوع متمرکز کننده نقطه ای بوده که ابعاد آن 30×30سانتی متر مربع می باشد. برای استفاده بهینه از ظرفیت تولید برق مدول ترموالکتریک، پیشنهاد شده است که از آرایه ای از لنزهای فرزنل استفاده شود که به واسطه جریانی از روغن (به عنوان سیال حامل) گرما را به مدول ترموالکتریک منتقل می کند. بر اساس طرح ارائه شده، می توان با استفاده از 6 عدد لنز فرزنل، توان الکتریکی در حدود 6 وات از یک مدول ترموالکتریک از نوع «TEP1-12656-0.6» بدست آورد. در این حالت توان تولید آب گرم در حدود 186 وات می باشد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که میزان ماکزیمم توان الکتریکی ترموالکتریک 08/1 وات تحت شدت تابش 98/705 وات بر مترمربع است و در این حالت راندمان گرمایی سیستم در حدود 85/51 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: لنز فرزنل، مولد ترموالکتریک، آبگرمکن خورشیدی، تولید همزمان برق و حرارت
  • ایمان زحمتکش صفحات 171-184
    این مقاله به تحلیل تولید آنتروپی نانوسیالات در همرفت طبیعی در محفظه های متخلخل مستطیل شکل می پردازد. هدف، تعیین شرایط بهینه از نظر قوانین اول و دوم ترمودینامیک می باشد. برای این منظور، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی نانوسیال به شیوه عددی حل می شوند. سپس، نرخ تولید آنتروپی محاسبه شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. محاسبات برای نانوذرات مس، اکسیدآلومینیم و اکسیدتیتانیوم در سیال پایه آب انجام شده و نتایج با هم مقایسه می شوند. علاوه بر این، تاثیر کسرحجمی نانوذرات، عدد رایلی، نسبت منظری محفظه، تبادل تابش و اثرات غیردارسی بر انتقال گرما و تولید آنتروپی در محفظه بررسی می شود. کنکاش در نتایج ارائه شده نشان می دهد که حضور تبادل تابش و اثرات غیردارسی نقش مهمی در انتقال گرما و تولید آنتروپی در محفظه دارند. در میان نانوسیالات مطالعه شده، بیشترین انتقال گرما و تولید آنتروپی در نانوسیال آب-مس رخ می دهد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، تولید آنتروپی، همرفت طبیعی، محیط متخلخل
|
  • Maryam Daei, Vali Allah Janghorbani Ghaheh Pages 1-9
    Most of structural mechanics problems can be solved efficiently by applying the optimization methods. In the structural analysis، a mathematical model is created from idealized structure، which consists of a set of equations with many variables and different matrices. Since the forms of these matrices are not unique، the optimal solution seeks for the most efficient format of the matrices. In this paper، an algorithm is developed for formation of optimal null bases in tetrahedron finite element models. In the proposed optimization model، the interface graph is defined to transfer the topological property of a tetrahedron element into the connectivity of a graph، and a generator is considered for each basis in order to satisfy the independency of statical bases vectors. Each sequence of generators is defined as a tour for an ant travel in ant colony optimization algorithm; therefore an efficient algorithm based on the ant colony system is presented. The optimal null bases result in highly sparse flexibility matrices and efficient force method. One significant feature of the optimal force method analysis is that the calculation is divided in to two independent part. The importance of this feature appears when solving a series of problems with fixed geometry but variable mechanical characteristics of members، such as redesign problems.
    Keywords: Force Method Analysis, Null Bases Vectors, Tetrahedron Finite Element Model, Ant Colony Algorithm
  • Mohammad Mehdi Fateh, Ehsan Hoseini Pages 11-21
    A novel control approach for an active suspension system of a vehicle is presented by using the concept of mechanical impedance. The dynamical behavior of the suspension system is controlled subject to road disturbances. The active suspension system is designed for a one–quarter model of vehicle with considering the effects of nonlinearity of the hydraulic actuator. The control design consists of two control loops; the outer loop is an impedance adaptive control while the inner loop is a proportional-integral force control. This research presents the stability analysis and verifies the control method by the stability analysis and simulation results. Adaptive control can overcome the parametric uncertainty. This control approach provides the passenger comfort when passing a bump and ensures both the passenger comfort and vehicle handling after passing the bump. The proposed approach is compared with the passive suspension system. Simulation results show the superiority of active suspension system over the passive suspension system in terms of the vehicle handling and passenger comfort.
    Keywords: Active suspension system, Hydrulic actuator, Adaptive control, Impedance control, Uncertainty
  • Ali Ghorbanpour Arani, Mohammad Abdollahian, Reza Kolahchi Pages 23-33
    Electro-thermo-mechanical transverse buckling of an embedded piezoelectric nanobeam (PNB) is investigated in this article based on Reddy beam theory (RBT). Surrounded elastic medium is simulated by the Pasternak foundation. The small scale effects are taken into account using strain gradient theory (SGT). In order to control the vibration characteristics، the PNB is subjected to an applied voltage in the thickness direction and a uniform temperature change. The governing equations are derived based on the energy method and Hamilton''s principle which are then solved by an analytical method to obtain the critical buckling load. The effects of temperature change، external electric voltage، the material length scale parameters and elastic medium on the buckling load ratio of the PNB are studied in detail. Moreover، a comparison between modified couple stress theory and strain gradient theory is carried out. The presented results indicate that increasing the external applied voltage increases the buckling load ratio of the piezoelectric nanobeam.
    Keywords: Piezoelectric nano beam, Reddy beam theory, strain gradient elasticity theory, Pasternak medium
  • Mussa Mahmoudi Pages 35-43
    Progressive Collapse is a phenomenon in which a large part of a structure is destroyed by a small damage. In recent years، many codes and researches have investigated the behavior of structures against progressive collapse and proposed methods to evaluates the structural responses. One of the methods for estimation of structural response is alternative load path method using linear static، nonlinear static and nonlinear dynamic analysis. Nonlinear dynamic analysis is used to achieve more accurate responses. Since that، duration removed columns in the nonlinear dynamic analysis has a significant impact on the structural response، the purpose of this paper is to evaluate the effect of structural response due to duration removed columns. For this purpose، some ordinary buildings was selected and their reponses was evaluated against column elimination''s time and critical conditions was determined. Since that، in design codes، column elimination''s time، depends on the vertical period of the bays above the removed column، a proposed method is presented for determination this time.
    Keywords: Progressive Collapse, Passive Defense, Non, linear Time History Analysis, Moment Resisting Frames, Structural Period
  • Reza Maghsoodi, Ramin Amini, Naser Z. Moghaddam Pages 45-55
    Dam break time history have always been the intrest of many researchers. This phenomena can be modeled by Eulerian or Lagrangian approach which each of them have their benefits and disadvantages. In this paper isogeometric method is utilized for modeling flow in dam break analysis by Lagrangian approach. Mass and momentum conservation laws are governing equations of flow which are solved by pressure correction in Lagrangian approach. Least square method is used for discretization of space. Matrix size is notably smaller in isogeometric method in comparison with other methods (finite elements and meshless methods). Also stiffness matrix is symmetric and positive definitive. NURBS (Non - Uniform Rational B - Spline) functions are used as shape functions. Free surface profile and pressure values of isogeometric method in different times are compared with a meshless method. The results indicate the ability of the proposed method in solution of moving fluid with moving boundaries.
    Keywords: Dam break, Lagrangian approach, Isogeometric analysis, Least Squares method, NURBS (Non, uniform Rational B, Splines)
  • Presenting an analytical relation to determine frequency and mode shape of stepped hinged beam resting on elastic foundation
    Mohammadmahdi Najafizadeh, H. Nayeb, H. Nayebi Pages 57-64
    In stepped beams for finding natural frequency، the beam is divided into two segments in step location and using boundary conditions and continuity conditions between two segments eigenvalue problem has been computed. This procedure needs the numerical solution to determine frequency and cannot show the affects of various parameters on the frequency explicitly. In this paper، a polynomial function added to fundamental mode shape of hinged-hinged beam and obtained function considered as fundamental mode shape of stepped beam. then، the unknown coefficients of polynomial are determined by using the boundary conditions and continuity conditions in step location، and an analytical expression has been derived for fundamental frequency by using Rayleigh method which shows effects of different parameters in explicit form. the accuracy of derived formulation is confirmed by comparing with exact analytical solution of stepped hinged beam on elastic foundation for different values of step location and ratio. The derived analytical relation in this paper is a simple and accurate relation for determining the fundamental frequency of stepped hinged beam on elastic foundation.
    Keywords: Stepped Beam, Analytic Approach, Rayleigh Method, Elastic Foundation
  • Reza Jafari, Mohsen Saghafian Pages 65-81
    In the present study، fluid flow around and heat transfer from a rotating circular cylinder confined in a channel are studied numerically using overset grid method. The governing equations consist of continuity، momentum and energy equations are solved for laminar flow. Numerical simulations are performed for Reynolds numbers varying from 100 to 500، non dimensional rotational velocities of 0، 1 and 2، blockage ratios of 0. 1، 0. 3 and 0. 5 and prandtl numbers of 0. 7 and 7. The results show that the transition from steady flow to unsteady flow is delayed as blockage ratio increases. Drag coefficient and heat transfer are reduced by rotation of the cylinder، In contrast as blockage ratio increases، Drag coefficient and heat transfer increases. In unsteady flow past a circular cylinder confined in a channel، the pattern of shed vortices is different from that observed in free stream flow past a circular cylinder and the vortices behind the cylinder moves criss-cross.
    Keywords: Rotating cylinder, Channel, Overset grids, Vortex shedding, Nusselt number
  • Pages 83-91
    Tailor welded blanks are the blanks made of one material with two different thicknesses or two various materials which are joined together by welding process. Due to the wide application of these blanks، prediction of their formability limit is very important. In this investigation، first tensile test is carried out on the steel standard specimen with thicknesses of 0. 8 and 1. 2 millimeter، and tailor welded blank specimen and force-displacement diagram is determined for the standard specimen. Then، forming limit diagram of the tailor welded blank is achieved from performing the Erichsen''s test. Using the above diagram and ductile damage criterion، the standard tensile test، Erichsen''s test، and deep drawing processes are simulated in the ABAQUS/Explicit code and damage evolution، crack onset، and fracture in each processes are predicted. Finally، the numerical simulation results are compared and validated with the practical results.
    Keywords: Tailor Welded Blanks, Damage Mechanics, Erichsen's Test, St12 Steel
  • Pages 93-108
    In this paper، a novel technique is presented for determining of operating and surge point in compressor via sensor fault tolerant control. The analytical redundancy method and the dynamic neural network (DNN) based on robust identification scheme is presented to determine of compressor surge point accurately، even in the presence of uncertainty in the compressor and noise in the sensor. Generally، the main drawback of DNN method is the lack of systematic law for selecting of initial Hurwitz matrix. Therefore، in this paper the subspace identification method is proposed for selecting this matrix. The required data is obtained from compressor Moore-Greitzer simulated model. In the residual evaluation block، a specified algorithm is proposed for obtaining fault properties. Virtual sensor idea is utilized for fault tolerant control system. A number of simulation results are carried out to demonstrate and illustrate the advantages، capabilities، and performance of our proposed fault toleant control scheme.
    Keywords: Fault Tolerant Control, Fault Diagnosis, Compressor Surge, Moore, Grietzer Model, Robust Dynamic Neural Network
  • Zahra Shariati, Ebrahim Afshari Pages 109-121
    In polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) more than half of the chemical energy of hydrogen is converted into heat during electricity generation. This heat، If not exhausted properly، impairs the performance and durability of cell. In this paper، several different parallel channel designs are proposed for cooling flow field in PEMFC، and heat transfer in cooling plates is simulated through computational fluid dynamics. The performance of suggested designs are assessed in terms of maximum surface temperature، average surface temperature، temperature uniformity and the pressure drop characteristics. The results indicate that the model with wavy channels، has the least temperature uniformity index، the least maximum surface temperature and the least average surface temperature; therefore in terms of cooling performance، is the best model among the models investigatedin this article; while this proposed model incurs more pressure drop. The model with straight channels with trapezoidal cross section area، has weaker temperature characteristics than the model with wavy channels; while this model incurs less pressure drop. These two models are more suitable for cooling than available models; but for choosing one model between them، a compromise must be made between temperature characteristics and minimum pressure drop.
    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cell, Parallel channels, Cooling flow field, Temperature distribution uniformity, Pressure drop
  • Ebrahim Afshari, Jamasb Pirkandi Pages 123-136
    In this paper، metal foams as flow field are used in structures to effectively distribute the gaseous reactants for the electrochemical reactions، reduce weight، save the cost of machining of flow-field channels and enhance performance in the PEM fuel cells. A 3D model is considered and a set of equations consist of continuity، momentum، species and charge together with electrochemical kinetics in the form of single domain is developed and solved numerically. The comparison is made between the PEM unit cell with metal foam and parallel channel as flow-field gas distributor. The results show that after using metal foam flow field designs، the reactant gases transfer and current density increases and gases and current density distribution improves. The performance of the cell with metal foam are similar to cell with paralle channels for low and intermediate current densities; however by increasing current density، the cell with metal foam has better performances، due to omit of ribs effects. Furthermore، metal foam high permeability and foam structure help distributing the reactant gases evenly while keeping pressure loss and therefore parasitic power loss. low.
    Keywords: PEM Fuel Cell, Metal Foam, Gas Channel, Permeability, CFD
  • Mohammad Kalteh Pages 137-146
    According to the ever-increasing need for low-cost and unlimited energy sources، renewable energies have been taken into consideration. Solar energy is one of the main sources of renewable energies. In this article، with the use of solar energy، conventional and sloped solar chimney power plant performance in different climates of Iran has been examined. To do this، the appropriate mathematical models for the radiation of the Sun، solar collector and chimney are used. For a better analysis، three types of horizontal collectors and 30 ° and 60 ° sloped ones are considered and their received radiation and electric power outputs are compared together. The results show that the horizontal collectors produce more power in the summer، while in the winter، power output increases with an increase in collector slope. Also، 300 sloped collectors get the most Sun''s radiation، while 60° sloped ones produce maximum electrical power. Finely، among the considered cities، Yazd has the best performance.
    Keywords: Solar chimney, Iran, Received radiation, generated Electrical power, Sloped Collector
  • Pages 159-169
    The aim of this paper is to investigate cogeneration of electricity and hot water. In the presented design، thermoelectric module has been devised in the path of heat transfer from solar heat absorber surface to a water reserve. Besides، Fresnel lens is employed to concentrate sunlight as well as to reach justified temperature by the means of thermoelectric modules. The Fresnel lens belongs to a class of point focus lenses، which its dimension is 30*30 cm2. In order to optimal use of the thermoelectric capacity، it is proposed to devise an array of Fresnel lenses which can transfer heat to the thermoelectric module via mineral oil. The results show that approximately 186W thermal power and 6W electric power can be obtained by use of a thermoelectric module (type TEP1-12656-0. 6) and 6 Fresnel lenses. Results indicate that the maximum thermoelectric power generation is 1. 08W under radiation intensity of 705. 98 W/m2. Moreover، thermal efficiency of system is about 51. 85%.
    Keywords: Fresnel lens, thermoelectric generator, solar water heater, Cogeneration
  • Iman Zahmatkesh Pages 171-184
    Entropy generation of nanofluids during natural convection in rectangular porous enclosures is analyzed in this paper. The objective is to find optimum circumstances from the standpoints of the First Law and the Second Law of thermodynamics. For this purpose، the mass، momentum، and energy conservation equations are solved numerically. Thereafter، the generation of entropy is calculated and discussed. Computations are undertaken for Cu، Al2O3، and TiO2 nanoparticles in a base fluid of water and the corresponding results are compared. Moreover، the influences of volume fraction of the nanoparticles، Rayleigh number، enclosure aspect ratio، radiation exchange، and non-Darcy effects on heat transfer and entropy generation in the porous enclosure are analyzed. Inspection of the presented results demonstrates that radiation exchange and non-Darcy effects possess prominent consequences on heat transfer and entropy generation inside the enclosure. Among the current nanofluids، the highest heat transfer and entropy generation appears in the Cu-water nanofluid.
    Keywords: Nanofluid, Entropy generation, Natural convection, Porous medium