فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال ششم شماره 2 (تابستان 1395)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال ششم شماره 2 (تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/25
  • تعداد عناوین: 25
|
  • سعید قائدی، مصطفی غیور، حشمت الله محمد خانلو صفحات 1-16
    در ماشین آلات دوار، انتخاب تکیه گاه های مناسب همواره از اهمیت بالایی برخوردار بوده است. رایج ترین تکیه گاه ها، یاتاقان های غلتشی و لغزشی می باشند که تماس بین روتور و یاتاقان می تواند منجر به نیروهای غیر خطی و تغییر رفتار دینامیکی سیستم شود. از طرفی با جایگزینی یاتاقان های مغناطیسی امکان حذف تماس وجود دارد ولی عوامل غیر خطی جدیدی در اثر نیروهای مغناطیسی ظاهر می شوند که نیازمند تجزیه وتحلیل هستند. در این مقاله، رفتار غیر خطی سیستم در حضور یاتاقان های مغناطیسی فعال (AMB) بررسی شده است. سیستم دارای یک دیسک صلب نابالانس بوده و به صورت انعطاف پذیرو با هشت درجه آزادی (چهار درجه برای دیسک و دو درجه برای هر یاتاقان) مدل و نیروهای ژیروسکوپی ناشی از انعطاف پذیری روتور نیز در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم به صورت غیر خطی و کوپله استخراج و با روش رانگ _ کوتای مرتبه چهار حل شده اند. تحلیل با سه نوع یاتاقان مغناطیسی و سه سختی متفاوت انجام شده است. برای شناسایی رفتارهای غیر-خطی سیستم از تکنیک های شناسایی، مانند تاریخچه زمانی، منحنی های صفحه فاز، نمودارهای طیف توان، مقاطع پوانکاره، نمودارهای دوشاخه ای شدن (انشعاب) و ماکزیمم نمای لیاپانوف استفاده می گردد. نتایج بیانگر وقوع حرکت های پریودیک، زیر هارمونیک، شبه پریودیک و آشوبناک در پاسخ سیستم بوده و با افزایش سختی یاتاقان مغناطیسی، محدوده های وقوع آشوب دچار تغییر می شود.
    کلیدواژگان: روتور انعطاف پذیر_ یاتاقان مغناطیسی، آشوب، ماکزیمم نمای لیاپانوف
  • عبدالمجید خوشنود، ایوب شیبانی، جعفر روشنی یان، هومان مرادی صفحات 17-27
    یکی از مهمترین چالش های موجود در طراحی کنترلر وسایل پرنده تغییر شدید پارامترها به دلیل شرایط مختلف پروازی، تغییر در ضرایب آیرودینامیکی و خواص جرمی در هنگام پرواز می باشد. مشکل کنترل این وسایل بعلت طول بلند و بدنه نازک افزایش یافته و نیروهای اغتشاشی و نیروهای تولید شده توسط حرکت سطوح کنترلی باعث بروز خواص آیروالاستیک در این وسایل میگردد. اثر رفتار الاستیک بصورت ارتعاشات و ایجاد خطا در سنسورهای اندازه گیری وسیله پرنده ظاهر می شود و به دلیل اثرات متقابل هر یک از اجزا بر یکدیگر، آثار نامطلوبی بر سیستم کنترلی خواهد گذاشت. در این مقاله، با اعمال شرایط پروازی مختلف، عملکرد کنترل تطبیقی L1 بر روی یک ماهواره بر انعطاف پذیرمورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد کنترلر تطبیقی L1 با تضمین پایداری و مقاوم بودن سیستم اثرات نامطلوب مودهای ارتعاش خمشی را در مدت زمان قابل قبول کنترل خواهد نمود و با وجود عدم قطعیت های دینامیکی از قبیل شکست های سازه ای ناخواسته، اغتشاشات و نامعینی های متغیر با زمان و تاخیر زمانی در عملگرها، عملکرد بسیار مطلوبی خواهد داشت.
    کلیدواژگان: کنترل تطبیقی L1، سامانه فضایی انعطاف پذیر_ کنترل ارتعاشات، انعطافپذیری
  • احمد محمودزاده حسینی، محمد جعفری صفحات 29-40
    در این مقاله سعی می شود تا به کمک نتایج حل تحلیلی حاصل از روش متغیر مختلط، مقادیر بهینه ی پارامترهای موثر بر توزیع تنش اطراف گشودگی های چندضلعی واقع در صفحات همسانگرد محاسبه شود. برای تعیین پارامترهای بهینه از الگوریتم اجتماع ذرات استفاده شده است. حل تحلیلی مذکور بسط روش متغیر مختلط موسخلیشیولی است. به منظور استفاده از روش مذکور در تحلیل تنش صفحات همسانگرد نامحدود حاوی گشودگی های مختلف، به وسیله ی نگاشت همنوا، ناحیه ی خارج گشودگی غیردایروی به محدوده ی خارج گشودگی دایره ای به شعاع واحد تبدیل می شود. پارامترهای موثر بر توزیع تنش صفحات حاوی گشودگی که به عنوان متغیرهای طراحی درنظرگرفته می شوند؛ شامل هندسه ی گشودگی، زاویه ی چرخش گشودگی و شعاع انحنای گوشه ی گشودگی می باشند. با انتخاب مناسب پارامترهای فوق می توان به مقدار تنش کمتری در اطراف گشودگی دست یافت که این امر باعث افزایش قابلیت تحمل بار سازه می شود. تابع هزینه در این مساله مقدار بیشترین تنش ایجاد شده در اطراف گشودگی است که با روش حل تحلیلی قابل محاسبه است. نتایج نشان می دهند که با انتخاب شکل مناسب گشودگی و انتخاب پارامترهای بهینه ی آن می توان ضریب تمرکز تنش صفحات دارای گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد و حتی در مواردی به ضریب تمرکز تنشی کمتر از تمرکز تنش ناشی از گشودگی دایره ای دست یافت.
    کلیدواژگان: الگوریتم اجتماع ذرات، بار برشی، صفحات همسانگرد، گشودگی چندضلعی
  • محمدرضا سلطانپور، پوریا اوطادالعجم صفحات 41-59
    در این مقاله ، کنترل کننده مد لغزشی انتگرالی فازی تطبیقی برای کنترل ردگیری موقعیت ربات متحرک چرخ دار با حضور دینامیک موتور و عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری موجود در معادلات دینامیکی ربات متحرک، طراحی می شود. در کنترل کننده پیشنهادی، بر اساس کنترل سینماتیکی روش پسگام، مقادیر سطح لغزش کنترل کننده دینامیکی مد لغزشی انتگرالی به صورت نوینی تعریف می گردد. در ادامه برای غلبه بر پدیده نامطلوب لرزش ورودی کنترل ، با استفاده از منطق فازی، یک تقریبگر فازی تک ورودی تک خروجی به گونه ای طراحی می شود که پدیده لرزش ورودی کنترل را حذف نماید. سپس برای کاهش خطای تقریب و جلوگیری از ازدیاد بار محاسباتی سیستم فازی، تقریبگر فازی تطبیقی ارائه می گردد تا کران عدم قطعیت های ساختاری و غیرساختاری موجود در دینامیکهای ربات متحرک و محرکها را تقریب نماید. اثبات ریاضی نشان می دهد که کنترل سینماتیکی سیستم حلقه بسته همراه با کنترل دینامیکی مدلغزشی انتگرالی فازی تطبیقی، در حضور تمامی عدم قطعیت ها، دارای پایداری مجانبی سراسری است. برای نمایش عملکرد کنترل کننده پیشنهادی، مطالعه ی موردی بر روی ربات متحرک چرخ دار و در حضور سرو موتورهای DC انجام می پذیرد. نتایج شبیه سازی، عملکرد مطلوب کنترل کننده ی پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری، لرزش ورودی کنترل، کنترل سینماتیکی حلقه بسته
  • منوچهر محمدحسینی میرزایی، بهزاد سلطانی صفحات 61-67
    در این مطالعه روش های متداول آزمون شیار در شکل دهی نموی با رویکرد تحلیل نیروهای وارد شده به کلگی ماشینCNC، به کمک شبیه سازی اجزای محدود بررسی شده است. در ابتدا تحلیل اجزای محدود به کمک نرم افزار آباکوس مطابق با پژوهشی عملی، انجام و اعتبارسنجی شد. در تحلیل، ابزار و ورق گیر اجسامی صلب و ورق، انعطاف پذیرفرض گردیدند. سپس استفاده از ورق گیر جانبی به کمک مقید کردن لبه های جانبی ورق مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که استفاده از ورق گیر جانبی سبب افزایش نیرو می گردد هرچند تعداد رفت و برگشت ابزار به نصف کاهش می یابد و با یکبار رفت و برگشت ابزار آزمون شیار کامل می گردد. همچنین به کمک روش باردهی شیب دار، برای جلوگیری از رخداد قله های نیرویی آسیب زا به دستگاه، می توان این آزمون را با هزینه کمتر انجام داد. مثلا برای ورق AA 7075-O با طول شکل دهی mm80 بین دو گام متفاوت mm25/0 با دوبار رفت و برگشت و mm50/0 با یکبار رفت و برگشت، وضعیت باردهی با شیب کمتر همراه با دوبار رفت و برگشت، نیروی عمودی قله بیشینه کمتر می باشد و برای ماشین CNC با ظرفیت نیرویی کمتر بسیار مناسب تر می باشد.
    کلیدواژگان: شکل دهی نموی، آزمون شیار، شبیه سازی اجزای محدود، نیروی شکل دهی
  • سعید فروزنده، علیرضا آریایی صفحات 69-86
    در این مقاله، ارتعاشات سیستمی از تیرهای تیموشنکوی موازی که توسط اتصالاتی انعطاف پذیر به هم متصل شده اند و جرمی متحرک از روی یک و یا تعدادی از تیرها عبور میکند، مورد بررسی قرار میگیرد. تعداد تیرها و اتصالات میانی دلخواه است و بار عبوری از نوع جرم متحرک با سرعت یا شتاب ثابت در نظر گرفته می شود که در آن کلیه ترمهای نیرویی بین تیر و جرم متحرک همچون کوریولیس، گریز از مرکز، اینرسی و شتاب جرم مورد بررسی قرار میگیرد. در حل مساله از تغییر متغیر خاصی جهت جدا کردن معادلات دیفرانسیل کوپل استفاده می شود. به روش ماتریس انتقال مقادیر و توابع ویژه سیستم به دست می آیند و به روش توابع کمکی معادلات دیفرانسیل کوپل مرتبه دوم در تحلیل پاسخ نیرویی از هم جدا میشوند. جابجایی و ممان خمشی سیستم تحت عبور جرم بررسی میشود. همچنین جابجایی سیستم در دو حالت عبور جرم و نیرو با یکدیگر مقایسه، و تاثیر هر یک از ترمهای نیرویی به طور مجزا مشخص میشود. با در نظر گرفتن نیروی گرانشی به تنهایی و ساده سازی روابط، معادلات در حالت عبور نیروی متحرک به دست می آید. مشاهده می شود که با افزایش جرم، سرعت و شتاب، اختلاف پاسخ بین دو حالت عبور جرم و نیرو افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تیرهای تیموشنکوی موازی، جرم متحرک، اتصالات انعطاف پذیرمیانی، روش ماتریس انتقال، روش توابع کمکی
  • حسین قربانی منقاری، محمود فرزین، علی سادات، عبدالحمید گرجی صفحات 87-96
    شکل دهی لوله به روش هیدروفرمینگ در سالهای اخیر توسعه ی بسیار زیادی داشته است. یکی از مسائل مهم در شکل دهی به روش هیدروفرمینگ پیش بینی و جلوگیری از عیوب احتمالی از جمله چروکیدگی و پارگی می باشد. این عیوب مستقیما به فشار اولیه، فشار نهایی و همچنین تغذیه محوری در طول فرآیند بستگی دارد. لذا انتخاب یک مسیر اعمال فشار مناسب و متناسب با تغذیه محوری دارای اهمیت بالایی می باشد. در این مقاله یک قالب جدید برای تولید قطعات دو پله ای جعبه ای شکل از جنس مس با استفاده از تستهای آزمایشگاهی و شبیه سازی اجزای محدود ارائه شده است. از جمله مزایای این قالب نسبت به قالب های متداول هیدروفرمینگ، داشتن چهار بوش متحرک در درون قالب برای ایجاد پله های پر شده کامل می باشد. حرکت بوش های متحرک باعث می شود که قطعه کار در هنگام تغذیه با حرکت همزمان بوش ها حرکت کند که باعث از بین رفتن اصطکاک بین قالب و قطعه کار در محل قرار گیری بوش ها می شود. همچنین فاصله حرکتی بین قطعه کار و قالب صفر می شود و در نهایت قطعه کار تولید شده دارای گوشه های کناری پر شده و کامل می باشد. از دیگر مزایای این قالب، داشتن فشار شکل دهی پایین، ساختار ساده قالب و کاهش هزینه ماشین کاری نسبت به قالب های متداول هیدروفرمینگ لوله می باشد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، لوله های جعبه ای شکل، شبیه سازی اجزای محدود، چروکیدگی
  • عباس لقمان، مهرداد اعظمی، حسین تورنگ صفحات 97-108
    در این تحقیق تحلیل غیر خطی الکترومگنتوترمومکانیک دیسک دوار ساخته شده از ماده پیزوالکتریک پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی چندجداره مورد بررسی قرارگرفته است. مدول الاستیسیته این ماده وابسته به دما و تنش جاری می باشد زیرا این ماده رفتار ویسکوالاستیک داشته و مدول الاستیسیته آن از مدول الاستیسیته ماکسول در رابطه ویسکوالاستیک برگر محاسبه می شود. دیسک تحت میدان دما و میدان مغناطیسی یکنواخت با تقارن محوری قرار داشته و تحت نیروی گریز از مرکز ناشی چرخش حول محور خود قرار دارد.از حل همزمان رابطه های تنش-کرنش در حالت تنش صفحه ای، کرنش-جابجایی،معادله تعادل، معادله شارژ الکترواستاتیک و رابطه ماکسول با توجه به تغییرات مدول الاستیسیته با تنش و دما، یک معادله دیفرانسیل غیرهمگن مرتبه دو با ضرایب متغیر حاصل می شود. با استفاده از یک روش عددی به همراه یک روش نیمه تحلیلی جهت حل این معادله دیفرانسیل، توابع تغییرات مدول الاستیسیته، جابجایی، تنش ها،کرنش ها و میدان الکتریکی محاسبه می شوند. جابجایی با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی و میدان مغناطیسی کاهش می یابد و تغییر شکل دیسک با اعمال میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی مناسب می تواند کنترل شود. به خاطر رفتار پیزوالکتریک ماده پلیمری دیسک یک توزیع میدان الکتریکی در دیسک ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: الکترومگنتوترمومکانیکال، نانوکامپوزیت، ماده ویسکوالاستیک، رفتار غیرخطی
  • صلاح الدین میکائیلی، بشیر بهجت صفحات 109-120
    در این مقاله روش بدون المان گلرکین، برای تحلیل رفتار استاتیکی سه بعدی ورق های هدفمند ضخیم ارائه شده است. ضریب پواسون ثابت فرض شده و مدول یانگ در راستای ضخامت ورق، توسط یک تابع نمایی در نظر گرفته شده است. تابع شکل نیز با استفاده از تقریب حداقل مربعات متحرک سه بعدی محاسبه شده است. ازآنجایی که تقریب حداقل مربعات متحرک فاقد خاصیت دلتای کرونکر است، بنابراین فرم ضعیف گلرکین مقید به کار گرفته شده است. برای اعمال شرایط مرزی هندسی، از روش ضریب لاگرانژ استفاده شده است. اثرات توابع وزن، تراکم گره ها و اندازه ی بی بعد دامنه پشتیبان بررسی شده و مقدار مطلوب برای اندازه بی بعد دامنه پشتیبان محاسبه شده است. همچنین یک تابع وزن مثلثاتی جدید معرفی شده است. اثرات شاخص ماده هدفمند، ضخامت بی بعد و شرایط مرزی بر روی تنش و خیز ورق بررسی شده است. چندین مثال برای ورق هدفمند ضخیم تحت بار استاتیکی ارائه شده و جهت تایید صحت نتایج به دست آمده، نتایج حاضر با نتایج ارائه شده در مراجع دیگر مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می دهد که نرخ همگرایی روش ارائه شده بالاتر از روش المان محدود است.
    کلیدواژگان: تحلیل خمش، روش بدون المان گلرکین، ورق هدفمند ضخیم، حداقل مربعات متحرک سه بعدی
  • ایرج رجبی، سید محمدرضا خلیلی، محمد شرعیات صفحات 121-137
    در این پژوهش، از یک مدل اجزاء محدود بر مبنای یک مدل ترکیبی برای مدلسازی اثرات کوپل ورق های کامپوزیتی و ساندویچی حاوی لایه های پیزوالکتریک استفاده شده است. در این مدل ترکیبی مولفه های مکانیکی با استفاده از تئوری عمومی-محلی پیشنهادی که در آن شرایط سطوح آزاد و پیوستگی جابجایی بین لایه برآورده می شود و مولفه های الکتریکی به کمک تئوری لایه ای خطی مدلسازی شده است. در این تئوری میدان جابجایی عمومی خطی و میدان جابجایی محلی به صورت تکه ای خطی است. تنش های عرضی برشی با استفاده از انتگرال گیری معادلات تعادل الاستیسیته محاسبه شده است . بنابراین شرایط پیوستگی تنش برشی بین لایه ها و صفر بودن تنش برشی بر روی سطوح خارجی لایه ها برقرار خواهد شد و نیازی به ضریب تصحیح برش نمی باشد.
    دقت تئوری معرفی شده با مقایسه نتایج آن و نتایج تئوری الاستیسیته سه بعدی، تئوری عمومی-محلی مرتبه بالا و تئوری لایه ای مرتبه بالا ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که تئوری پیشنهادی برای تحلیل خمش ورق کامپوزیتی و ساندویچی حاوی لایه های پیزوالکتریک تحت بارگذاری مکانیکی و الکتریکی مناسب است.
    کلیدواژگان: تحلیل خمش، ورق ساندویچی، پیزوالکتریک، تئوری عمومی، محلی
  • حسین لکزیان، رامین حقیقی خوشخو صفحات 139-154
    کوپلینگ های دیافراگمی نوع ویژه ای از کوپلینگ های انعطاف پذیرتجهیزات دوار هستند که به منظور کاهش بارهای منتقل شده به تجهیزات و تنشهای ایجاد شده در دیافراگم ها ناشی از نامیزانی، بجای یک دیافراگم ضخیم، بصورت چند دیافراگم نازک طراحی می شوند. با توجه به تعدد بارهای وارده به این کوپلینگ ها و نیاز به تحلیل های متنوع همچون استاتیکی، دینامیکی، مودال، حرارتی، خزش و خستگی و ترکیب آنها با یکدیگر، و همچنین نیاز به سطح پایین تنش در عین انعطاف پذیربودن آنها، فرآیند طراحی آنها پیچیده، زمانبر و بصورت تکراری انجام می گیرد. بسیاری از این آنالیزها تنها با ابزار المان محدود قابل حل است. در عین حال چنانچه بتوان حل تحلیلی برای برخی از آنها ارائه داد، ضمن کاهش زمان فرآیند طراحی، بهینه سازی بسیار ساده تر و سریعتر خواهد بود. در این تحقیق ضمن یافتن حل تحلیلی دقیق برای محاسبه تغییر شکل و تنش در دیافراگم ها تحت نامیزانی محوری و زاویه ای، روابط دقیقی برای محاسبه سفتی محوری و زاویه ای کوپلینگ های چند دیافراگمی ارائه می گردد. در پایان با مقایسه حل تحلیلی و حل المان محدود، صحت حل تحلیلی نشان داده شده و بحرانی ترین نقطه دیافراگم ها از لحاظ سطح تنش که در طراحی خستگی بایستی مبنای طراحی قرار گیرد، نیز تعیین می گردد.
    کلیدواژگان: کوپلینگ چند دیافراگمی، حل تحلیلی، نامیزانی، ورق گرد سوراخدار
  • حسین قدیریان، محمدرضا قضاوی، کوروش خورشیدی صفحات 155-166
    ورق های مرکب در بسیاری از کاربردها مانند صنایع دریایی و صنایع هسته ای، تحت شرایطی قرار می گیرند که دما و رطوبت محیط باعث ایجاد کرنش در ورق می شود؛ به طوری که این کرنش ها روی رفتار ارتعاشی ورق تاثیر گذار هستند. به همین دلیل در این مقاله رفتار ارتعاشی ورق های مرکب چند لایه متقارن تحت اثر کرنش های رطوبتی و دمایی مورد بررسی قرار می گیرد. برای تحلیل، ابتدا معادلات حرکت ورق مرکب با استفاده از تئوری کلاسیک ورق (تئوری ورق نازک) و با روش نیوتن استخراج شده اند که از تاثیر اینرسی دورانی و تنشهای برشی در راستای ضخامت صرفنظر شده است و در ادامه با استفاده از روش انرژی، مسئله مقدار ویژه به دست می آید. مسئله مقدار ویژه با استفاده از روش ریتز مثلثاتی مورد ارزیابی قرار گرفته و فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ورق محاسبه می شوند. برای اعتبارسنجی روش حل، نتایج به دست آمده در این مقاله در چند حالت مختلف با نتایج سایر مقالات مقایسه می شوند. در نهایت اثر پارامترهای مختلف شامل شرایط مرزی، مقادیر گرادیان دما و درصد رطوبت، ابعاد هندسی ورق و زاویه الیاف روی ویژگی های مودال ورق بررسی شده و نتایج در قالب چند نمودار ارائه می شوند.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، ریتز مثلثاتی، ورق مرکب لایه ای، کرنش رطوبتی و حرارتی
  • پرویز کحال، سید یوسف احمدی بروغنی، حامد دیلمی عضدی صفحات 167-179
    در این پژوهش از راهکار بهینه سازی چند هدفه، برای طراحی موثر پارامترهای هندسی و نیروی ورقگیر قالب در شکل دهی ورق استفاده شده است. در بسیاری از مقاله ها، برای دستیابی به پارامترهای بهینه فرآیند شکل دهی ورق، مسئله چند هدفه به یک مسئله تک هدفه تبدیل شده و سپس از آنالیز اجزا محدود و تکنیک بهینه سازی استفاده شده است. در این پژوهش هدف کمینه کردن توابع ناسازگار گسیختگی و چروکیدگی به صورت همزمان بوده است. برای پیدا کردن رابطه بین متغیر ها و توابع هدف از مدل سطح پاسخ و طراحی واریانس بهینه استفاده شده است. همچنین منحنی حد شکل دهی برای تعریف توابع هدف به کار گرفته شده است. برای شبیه سازی فرآیند از آنالیز اجزا محدود استفاده شده است. روش ارائه شده روی یک قطعه بدنه خودرو (گل سپر وانت نیسان) بررسی و به صورت عملی تایید شده است. این روش، یک راه حل موثر برای طراحی پارامترهای بهینه و دستیابی به کیفیت محصول بهتر بدون آزمون و خطا مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی چند هدفه، شکل دهی ورق، مدل سطح پاسخ، الگوریتم ژنتیک، منحنی حد شکل دهی
  • سجاد آذرخش، عباس رهی، علی قمریان صفحات 181-196
    سازه های جدارنازک به طور گسترده به عنوان جاذب انرژی در صنایع اتومبیل و هوافضایی استفاده می شوند. این مقاله رفتار لهیدگی و پاسخ انرژی جذب شده لوله های استوانه ای برنجی را با استفاده از آزمایش و مدل اجزاء محدود غیرخطی بررسی می کند. در مطالعه ی آزمایشگاهی نمونه های استوانه ای برنجی به روش اکستروژن ساخته شده و بین دو صفحه ی صلب تحت اثر بارگذاری شبه استاتیک قرار گرفته و سپس نحوه ی فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده اند. مدلی برای شبیه سازی فرآیند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییرشکل بزرگ در این شبیه سازی در نظرگرفته شده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می دهد مدل ارائه شده روش مناسبی برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه جایی و میزان انرژی جذب شده ارائه می کند. تکنیک شبیه سازی عددی صحه گذاری شده برای انجام مطالعه پارامتری لوله های استوانه ای برنجی مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه اثر پارامترهای مهم مانند عیوب هندسی (گرادیان ضخامت، تغییرشکل موجی)، شرایط مرزی، زاویه ی نیم راس، زاویه ی برخورد، تقویت کننده های چند سلولی ستونی و سرعت برخورد بررسی می شود. نتایج این مطالعه، به وضوح مزیت استفاده از لوله های استوانه ای برنجی را به عنوان جاذب بیان می کند.
    کلیدواژگان: لوله های استوانه ای، لهیدگی، انرژی جذب شده، روش اجزای محدود
  • علی فرخی پور، مسعود برومند، محمدجعفر کرمانی صفحات 197-212
    توربین های گازی از اهمیت بالایی در صنعت برخوردار هستند و کاربردهای فراوانی دارند. تاکنون به رغم تعدادی از تحقیقات تجربی گزارش شده، تعداد کمی مطالعه عددی پیرامون تاثیر زبری بر عملکرد توربین ارائه شده است. این مقاله یک تحقیق عددی پیرامون کاهش عملکرد و میزان افت در یک مرحله از توربین جریان محوری ناشی از زبر شدن پره هاست. محاسبات عددی با استفاده از کدنویسی در نرم افزار C++ انجام شده است و از روش عددی رو برای حل معادلات حاکم در مختصات عمومی استفاده شده است. برای شبیه سازی جریان مغشوش از مدل بالدوین–لومکس و جهت شبیه سازی زبری از مدل سبسی–چانگ استفاده شده است. برای پی بردن به اثرات زبری در یک مرحله توربین، چندین ارتفاع زبری معادل با ذرات شن و ماسه در رژیم زبری گذرا و کاملا زبر روی پره های استاتور و روتور با ترکیب های مختلف شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که راندمان مرحله با افزایش ارتفاع زبری کاهش می یابد. همچنین افزایش بیشتر زبری سطح در استاتور و روتور باعث افزایش زاویه انحراف جریان و در نتیجه کاهش ضریب کار خواهد شد. در ضمن با اعمال زبری، ضریب افت هم در پره های استاتور و هم در پره های روتور افزایش می یابد، مخصوصا روی سطوح مکش این افت مشهودتر است.
    کلیدواژگان: توربین گازی، استاتور، روتور، زبری سطح، روش عددی رو
  • سینا افخمی، محمود پسندیده فرد، مهدی نوروزی صفحات 213-226
    یکی از مهمترین مسائل هیدرودینامیک کاربردی بررسی هیدروفویل متحرک در نزدیکی سطح آزاد است. در این مقاله به شبیه سازی جریان حول هیدروفویل در نزدیکی سطح آزاد به روش المان مرزی پرداخته شده است. برای شبیه سازی با استفاده از روش المان مرزی، از یک روش تکرار مبتنی بر تئوری گرین استفاده شده است. برای این منظور مسئله به دو قسمت هیدروفویل و سطح آزاد تقسیم شده و اثرات هریک بر دیگری محاسبه می شود و پتانسیل اختلالی روی سطح آزاد و هیدروفویل بدست می آید. سپس به کمک یک الگوریتم تکرار مقادیر پتانسیل ها در هر مرحله اصلاح می شوند تا جواب ها به مقادیر واقعی همگرا شوند. سپس به وسیله این پتانسیل ها توزیع فشار روی هیدروفویل همچنین منحنی موج روی سطح آزاد بدست می آید. پس از اعتبارسنجی این روش به بررسی عوامل مختلف روی عملکرد هیدروفویل از قبیل ضخامت و انحنای هیدروفویل، عدد فرود، زاویه حمله و ارتفاع از سطح آزاد و همچنین سهم نیرو های برا و پسای حاصل از امواج پرداخته شده است. مشاهده می شود که نتایج روش المان مرزی با وجود فرض سیال ایده آل، با تقریب خوبی، عملکرد جریان را پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: تئوری گرین، اثر سطح آزاد، روش المان مرزی، هیدروفویل دوبعدی
  • فرزاد بازدیدی طهرانی، نعیم اکرامی جولندان، محمد صداقت نژاد، سید ایمان واصفی صفحات 227-244
    هدف از انجام مطالعه حاضر، تحلیل انتقال گرمای جابجایی مختلط نانو سیال آب و اکسید مس در داخل کانال قائم مربعی، تحت شار حرارتی ثابت می باشد. جریان سیال داخل کانال، آرام، پایا و سه بعدی در نظر گرفته شده است. از دیدگاه دو فاز اویلر- لاگرانژ برای تحلیل رفتار نانو سیال استفاده شده است. معادلات حاکم بر مسئله توسط روش حجم کنترل بر پایه روش المان محدود (CVFEM) گسسته سازی شده اند. تاثیر پارامترهایی مانند غلظت ذرات نانو، عدد رینولدز و عدد گراشف بر روی ضریب انتقال گرمای جابجایی مختلط، عدد ناسلت، پروفیل سرعت و دما، ضریب اصطکاک و نحوه پخش ذرات مورد تحلیل قرار گرفته است. به دلیل اهمیت دو نیروی براونی و ترموفورتیک، تاثیر این نیروها بر ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش غلظت ذرات نانو، موجب بیشتر شدن ضریب انتقال گرمای نانو سیال شده، ولی تاثیر قابل توجهی بر روی ضریب اصطکاک ندارد. به عنوان مثال برای غلظت 2 درصد ذرات نانو، افزایش 25 درصدی در ضریب انتقال گرما مشاهده می-شود. از سویی دیگر، افزایش عدد گراشف باعث کم شدن بهبود انتقال گرمای نانو سیال نسبت به سیال خالص می شود.
    کلیدواژگان: نانو سیال، انتقال گرما، جابجایی مختلط، مدل اویلر، لاگرانژ، حجم کنترل بر پایه المان محدود
  • محسن به نیا، مهدی نیلی احمدآبادی، محسن ثقفیان صفحات 245-257
    در این پژوهش، فن گریز از مرکز یک توربین سرمایشی بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در یک نقطه ی عملکردی با نتایج تجربی موجود مقایسه می شود. مشخصات عملکردی فن بصورت تجربی عبارتند از: سرعت دورانی و پارامترهای جریان در ورودی و خروجی فن. در این توربین سرمایشی، از فن برای خنک کردن هوای ورودی توربین سرمایشی استفاده می شود. هدف از این پژوهش، بدست آوردن منحنی عملکرد فن و تحلیل جریان سه بعدی داخل فن می باشد. مدل کردن روتور و پوسته فن به ترتیب با استفاده از نرم افزار تولید پره و کتیا، ایجاد شبکه ی مناسب روی دامنه ی روتور و پوسته فن به ترتیب با استفاده از نرم افزار توربوگرید و انسیس مش، و در نهایت حل عددی جریان سه-بعدی داخل فن با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می شود. در این نرم افزار، معادلات جریان تراکم پذیر بر اساس روش فشار مبنا، با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی حل می شود. برای اطمینان از نتایج عددی، استقلال شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه می شود. مقایسه نشان می دهد که نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی دارند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی سه بعدی، فن گریز از مرکز، منحنی عملکرد، توربین سرمایشی، مقایسه با نتایج تجربی
  • امید مطهری فرد، سعید شکراللهی، حسین گل پرور صفحات 259-269
    امروزه توسعه هواپیماهای بدون سرنشین با مشخصه های عملکردی خاص، از جمله پهپادهای با قابلیت پرواز در ارتفاع زیاد و مداومت پروازی طولانی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.در این مقاله، تحلیل آیروالاستیک غیرخطی یک بال دارای نسبت منظری بالا همراه با مخزن متصل به نوک بال مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل، مدل سازه با مدل آیرودینامیک درحالت پایا کوپل و مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون و معادلات لاگرانژ برای سه حالت «حرکت خمشی خارج صفحه»،«حرکت خمشی داخل صفحه» و «حرکت پیچشی» بدست آمده است. در ابتدا به بررسی تحلیل پایداری آیروالاستیک با استفاده از روش k پرداخته شده و سپس با در نظر گرفتن ترم های غیرخطی در معادلات با استفاده از روش رونگه کوتای مرتبه چهارم به بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی و همچنین بررسی پدیده هایی نظیر نوسانات سیکل حدی، چند شاخگی پرداخته شده است. ترم های غیرخطی از نوع سازه و مخزن بوده و جریان آیرودینامیک در حالت خطی بررسی شده است. برای حل معادلات روش گلرکین مورد استفاده قرار گرفته و معادلات در حوزه زمان استخراج شده اند. مقایسه نتایج به دست آمده، حاکی از دقت قابل قبول مدل سازی و تحلیل انجام گرفته در این پژوهش می باشد.
    کلیدواژگان: فلاتر، نوسانات سیکل حدی، آیروالاستیک خطی، آیروالاستیک غیرخطی
  • مهدی یادگاری، سید آرش سید شمس طالقانی صفحات 271-284
    در این مقاله به مدل سازی عددی کنترل جریان بر روی یک ایرفویل NACA0012 به کمک سطح متخلخل در شرایط گذر صوتی پرداخته می-شود. حل جریان به صورت آشفته و در شرایط جریان پایا می باشد. بر اساس نتایج، استفاده از سطح متخلخل باعث می شود که اثر شوک نرمال قوی تشکیل شده روی سطح ایرفویل تضعیف شده و ضریب پسا حدود 21 درصد کاهش یابد. این روش همچنین باعث تعویق جدایش جریان می شود. البته تاوان این از بین رفتن اثرات تداخل شوک و لایه مرزی، کاهش ضریب برآ می باشد. در این مقاله به بررس تاثیر این روش کنترلی بر ضریب برآ و پسا به طریقه مدل سازی هندسی سطح متخلخل پرداخته می شود. کارایی این روش کنترلی به عوامل مختلفی از جمله پارامترهای هندسی بستگی دارد. بدین منظور در این مطالعه پارامتری به صورت دو بعدی به بررسی عمق محفظه، محل قرارگیری محفظه، طول محفظه، تعداد حفره سطح متخلخل و شکل هندسی محفظه پرداخته می شود. در نهایت نتایج مطالعه پارامتری پدیده نشان دهنده بهینه ترین عمق با 7/0 ضخامت ایرفویل، بهینه ترین حالت در قرارگیری محفظه در حالت سه چهارم محفظه در بالادست شوک، طول بهینه محفظه به اندازه 2/0 طول وتر ایرفویل می باشد. بررسی شکل هندسی محفظه های مختلف نشان می دهد که بهینه ترین شکل هندسی محفظه به شکل رمپ می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، کنترل شوک، تداخل شوک و لایه مرزی، مطالعه پارامتری
  • مرتضی طاهری، ابوالفضل فورگی نژاد، مهدی شیوا، سید محمد امام، امیرهوشنگ حدادی صفحات 285-294
    آزمایش های غیرمخرب قادر به شناسایی عیوب و بررسی خواص قطعه مورد آزمایش بدون ایجاد تغییر در قطعه، می باشند. در پژوهش حاضر از روش بازرسی غیرمخرب امواج فراصوتی برای بررسی فرمول بندی لاستیک استفاده گردید. در این روش زمان بین ارسال و بازتاب امواج صوتی با بسامد بالا اندازه گیری و با کمک آن سرعت انتشار امواج محاسبه می شود. با تغییر درصد عناصر تشکیل دهنده لاستیک خواص فیزیکی و مکانیکی آن تغییر نموده و در نتیجه آن سرعت انتشار امواج صوتی در لاستیک تغییر خواهد نمود. به منظور بررسی فرمول بندی لاستیک ابتدا 12 نمونه با فرمول بندی های متفاوت تهیه گردید و برای هرکدام از نمونه ها سرعت انتشار امواج صوتی طولی اندازه گیری گردید. از رگرسیون چندگانه خطی برای ایجاد مدل ریاضی بین درصد عناصر بکار رفته در فرمول بندی لاستیک و سرعت انتشار امواج طولی استفاده گردید. به منظور صحت سنجی نمونه دیگری با فرمول بندی جدید ساخته شد و سرعت انتشار امواج صوتی طولی در آن اندازه گیری گردید. بررسی نتایج حاصل از آزمایش و نتایج بدست آمده از مدل رگرسیون نشان از خطای کم در پیش بینی نتایج توسط مدل پیشنهادی داشت لذا از امواج فراصوتی به منظور بررسی فرمول بندی لاستیک می توان استفاده نمود و خطوط تولید لاستیک می توانند از این آزمون غیر مخرب به شکل برخط، برای کنترل کیفیت لاستیک استفاده نمایند.
    کلیدواژگان: آزمون غیرمخرب، امواج فراصوتی، فرمول بندی لاستیک، مدل رگرسیون
  • رضا ناظم نژاد، کامران کمالی، شاهرخ حسینی هاشمی صفحات 295-310
    در این پژوهش، اثرات شرایط مرزی مختلف بر ارتعاشات آزاد نانوریبون های دو لایه برای حالتی که هر دو نوع اثرات کششی- فشاری و برشی پیوندهای واندروالسی بصورت همزمان در نظر گرفته شده باشند، بررسی شده است. به منظور مدل سازی نانوریبون دو لایه، از تئوری تیرهای ساندویچی استفاده شده است. در مراجع موجود تنها یکی از دو اثر کششی- فشاری و یا برشی پیوندهای واندروالسی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش پیوندهای واندروالسی که نقش هسته مدل ساندیچی را ایفا می کنند، به گونه ای مدل سازی می شوند که تحمل هر دو نوع نیروی کششی- فشاری و برشی را داشته باشند. با استفاده از اصل همیلتون معادلات حاکم و شرایط مرزی استخراج می شوند. فرکانس های طبیعی و شکل مودهای نانوریبون دولایه به روش حل عددی مربعات دیفرانسیلی هارمونیک استخراج می گردند. به منظور صحت سنجی، نتایج بدست آمده با گزارش های موجود در مقالات در شرایطی که یکی از دو اثر حذف شده باشد مقایسه شده است و مطابقت خوب بدست آمده حاکی از دقت و صحت فرمولاسیون و روش حل عددی می باشد. تاثیرات تغییر شرایط مرزی و تغییر راستای برش بین لایه ای بر روی شکل مودها و ترتیب و اندازه فرکانس های طبیعی مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نانوریبون دولایه، اثر کششی، فشاری، اثر برشی، ارتعاشات آزاد، شرایط مرزی
  • غلامرضا احمدی شیخ شبانی، داود طغرایی، احمدرضا عظیمیان، امیدعلی اکبری صفحات 311-328
    در این مقاله، بازتوانی نیروگاه شهید منتظری اصفهان به روش گرمایش آب تغذیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کار، سه طرح جداگانه پیشنهاد شده است که به ترتیب مبدل های فشار ضعیف، مبدل های فشار قوی و هر دو گروه مبدل ها با مبدل جدید جایگزین می شوند. از بازده های انرژی و اگزرژی، به عنوان توابع هدف استفاده شده است. برای انجام شبیه سازی از نرم افزار Cycle-Tempo استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، در طرح جایگزینی کلیه گرمکن های آب تغذیه با دو مبدل بازیاب، بیشترین بازده اگزرژی حاصل می شود. در این حالت، توربین گاز مدل Westinghause-401 بهترین گزینه است که بازده های خالص انرژی و اگزرژی و توان تولیدی سیکل به ترتیب، 8/12، 1/13 و42 درصد افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: نیروگاه شهید منتظری، بازتوانی گرمایش آب تغذیه، تحلیل ترمودینامیکی، بازده اگزرژی، cycle، tempo
  • محمدرضا نخعی، پوریا قربانیان فرد، محسن کهرم، محمدباقر آیانی صفحات 329-339
    در مطالعه ی حاضر شکل پره ی نوع جدیدی از توربین بادی محور قائم به نام توربین هانتر که ساختار متفاوتی در مقایسه با سایر توربین های پسایی دارد، بررسی و بهینه سازی شده است. هدف مطالعه حاضر، طراحی پره با بیشترین ضریب پسا به منظور افزایش ضریب توان توربین می باشد. در این مطالعه 4 پره تخت مربعی، دایروی، نیم دایروی و ترکیبی به منظور تعیین شکل پره مناسب، به روش آزمایشگاهی و عددی در حالت استاتیکی بررسی شده است. حل عددی با فرض جریان تراکم ناپذیر دو بعدی ناپایا و سه بعدی پایا انجام شده است. برای شبیه سازی جریان معادلات ناویر استوکس با استفاده از الگوی آشفتگی دو معادله ای انتقال تنش برشی کی-امگا حل شده است. این مدل، جریان کنار دیواره را با استفاده از حل مستقیم معادلات ناویراستوکس شبیه سازی می نماید. در روش آزمایشگاهی، نیروی پسای وارد بر پره اندازه گیری شده و با استفاده از مساحت پره، ضریب پسا محاسبه شده است. نتایج آزمایشگاهی و عددی با دقت نسبتا خوبی بر هم منطبق است. همچنین با مقایسه ضریب پسا پره های مختلف، مشاهده می شود که پره مربعی نسبت به سایر پره ها با ضریب پسا برابر 18/1، بیشترین ضریب پسا را دارد.
    کلیدواژگان: توربین بادی هانتر، انرژی های تجدید پذیر، دینامیک سیالات محاسباتی، تونل باد
  • عظیم سعیدی، سیروس آقانجفی صفحات 341-349
    در این مقاله اثر میدان مغناطیسی غیریکنواخت بر توزیع دما و توزیع سرعت درون لایه مرزی برای جریان عبوری از روی صفحه ای افقی و متحرک با استفاده از حل تشابهی بررسی شده است. میدان مغناطیسی بصورت غیریکنواخت و متغیر در نظر گرفته شده و فرض شده است که سیال توسط دیواره و با سرعتی متغیر مکیده می شود. سرعت جریان سیال در خارج از لایه مرزی هم متغیر و تابعی از x در نظر گرفته شده است. برای تحلیل این مساله، معادلات دیفرانسیل جزیی حاصل با استفاده از پارامتر تشابهی و بدنبال آن حل تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و سپس با استفاده از روش شوتینگ و روش رانجه-کوتای مرتبه چهارم حل شده اند. در انتها نحوه تغییرات توزیع دما و سرعت با تغییر پارامترهای بی بعد تعریف شده، ارائه شده است. نشان داده شده است که با افزایش پارامتر میدان مغناطیسی، سرعت درون لایه مرزی کاهش و دما افزایش یافته است چرا که ذرات سیال درون لایه مرزی یونیزه شده اند.
    کلیدواژگان: آنالیز تشابهی، پارامتر مکش، تزریق، پروفیل دما، سرعت جریان آزاد متغیر، میدان مغناطیسی غیریکنواخت
|
  • Saeed Ghaedi, M. Ghayour, Heshmatallah Mohammad Khanlo Pages 1-16
    Choosing the appropriate end supports has been great importance in rotating machinery. The mechanical bearings (ball and journal) are more popular types of supports that used in rotating systems. However, the rub-impact between the rotor and bearing is main disadvantage of these types of bearings. Whereby, the active magnetic bearings have been developed recently that removes the rub-impact, but induces new nonlinear factors that affect the dynamical behavior of system. An unbalanced disk is mounted on the shaft. The rotor is modeled as three masses and 8 D.O.F. The governing equations are extracted in form of nonlinear coupled ordinary differential equations. The influence of magnetic bearing stiffness on the chaotic behavior of a flexible rotor supported by active magnetic bearings is investigated. The bifurcation diagrams, phase planes, power spectra, Poincare map and maximum lyapanov exponents are used to analyze the response under different operational conditions. The numerical results shows a rich variety of nonlinear behavior including periodic, sub-periodic, quasi-periodic and chaotic vibration due to active magnetic bearing stiffness. Also the results reveals the significant changes in the chaotic regions in 8 D.O.F model.
    Keywords: Flexible Rotor, Magnetic Bearing, Chaos, Maximum Lyapanov Exponents
  • A. M. Khoshnood, A. Sheibani, J. Roshanian, H. Moradi, Maryamnegari Pages 17-27
    One of the main challenges in the design of the flexible flying vehicle controller is large parametric variation in flight. Problems to control the vehicles arise due to long and slender body and disturbance forces and forces generated by moving control surfaces causing the properties aeroelastic in these vehicles. The effect of flying vehicle's elastic behavior appears as vibration and error creation in measurement sensors and due to the interaction of each components on the other, it will have undesired effects on control system. In this paper, taking into account the different conditions of flight, L1 adaptive control performance has been studied. The results show that L1 adaptive controller with guaranteed stability and robustness can satisfactory be controlled undesirable effects of low-frequency modes of structural in a short time and in the presence of dynamic uncertainties, such as unexpected structural failures, time-varying disturbances and uncertainties and time delay in actuators the designed controller have very desirable performance.
    Keywords: L1 adaptive control, Flexible space vehicle, Vibration control, Flexibility
  • S.A. Mahmodzade Hoseyni, M. Jafari Pages 29-40
    In this paper the optimal values of effective parameters on the stress distribution around polygonal cutouts in isotropic plates are calculated. To achieve this goal, the complex variable method and PSO algorithm have been used. The expansion of the Muskhelishvili’s method are used to analyze the stress distribution in infinite isotropic plates containing various cutouts. By using conformal mapping, the area outside the non-circular cutout is mapped to the area outside of unit circle. The effective parameters on stress distribution around the cutout as design variables include: cutout shape, cutout orientatin and bluntness. The proper selection of these parameters leads to achieve minimum stress around the cutout and result in the load-bearing capacity of structures increases. The goal function in this problem is the maximum stress created around the cutout calculated by the analytical solution method. The results presented in this study shows that by choosing the appropriate shape of cutout and the optimal effective parameters, stress concentration factor can be significantly reduced and lowest stress concentration factor rather than the value of stress concentration corresponding to circular hole can be achieved.
    Keywords: Particle swarm algorithm, Shear load, Isotropic plate, Polygonal cutout
  • M.R. Soltanpour, P. Otadolajam Pages 41-59
    In this paper, adaptive fuzzy integral sliding mode controller for controlling the position of the mobile robot on wheels in presence of motor’s dynamic, structural and un-structural uncertainties, existing in equations of mobile robot is designed. In the proposed controller, based on kinematic controlling of the back stepping method, the sliding surface dynamic controller the value of integral sliding mode controller is defined by a new method. Furthermore, to overcome undesired chattering phenomena in control input by using the fuzzy logic, a SISO fuzzy approximator is designed in a way to eliminate the chattering phenomena. Then to reduce the tracking error and to prevent, increasing of fuzzy system computational load, the adaptive fuzzy approximator will be presented, to approximate structural and un-structural uncertainties’ bound. Mathematical proof shows that the closed-loop system of kinematic control with adaptive fuzzy integral sliding mode control in the presence of all the uncertainties has global asymptotical stability. To show the performance of proposed controller, a case study of the wheel mobile robot in presence of DC servo motors is performed. Simulation’s results show the desired performance of the proposed controller.
    Keywords: Wheeled Mobile Robot, Structural, Un, structural Uncertainties, Chattering, Closed Loop Kinematic Control
  • M. Mohammad Hosseini Mirzaei, B. Soltani Pages 61-67
    In this study, conventional methods of the groove test on an incremental forming process by finite element method have been investigated in order to analyze the forces imposed by the spindle of CNC machine. Initially, the finite element method analysis using ABAQUS software was validated by empirical research in the published paper. In this analysis, tool and clamping are supposed rigid body and the sheet is deformable body. When using the side fixture for constraining of side edge of sheet was investigated, it was found that the use of the side fixture increase force between 2 to 2.5 times. However the number of tool sweeps would be halved and groove test would be completed with 1 tool sweep. Also by smoothly graded loading for prevention of traumatic force peaks to the machine, this test can be done at a lower cost. For example, for AA7075-0 sheet with 80mm forming path between two different steps 0.25 with 2 sweeps and 0.5mm with 1 sweep, using lower slope and 2 tool sweeps, the maximum vertical force peaks decrease and process is very proper for low load capacity CNC machine.
    Keywords: Incremental forming, Groove test, Finite element simulation, Forming force
  • S. Foroozande, A.R. Ariaei Pages 69-86
    In this article, the vibration analysis of parallel Timoshenko beams connected by flexible connections is studied in which a moving mass passes from one or a number of the beams. In this system, the number of beams and flexible connections is arbitrary. The moving mass is considered to travel with a constant velocity or acceleration. All forces between the beam and the moving mass are considered such as gravity, coriolis, centrifugal, inertia and mass acceleration. The method involves a change of variables and modal analysis to decouple and to solve the governing differential equations, respectively. The eigenvalues and eigenfunctions of the system are obtained adopting transfer matrix method, andthe method of auxiliary functions is applied to separate the coupled second order differential equations. The displacements and the bending moments of the system subjected to the moving mass will be examined. The moving force formulation can be achieved by considering only the gravitational force. The system response by considering the moving mass is obtained and compared with the moving force problem and the effects of the inertia, coriolis, centrifugal and mass acceleration, is investigated, separately.
    Keywords: Parallel Timoshenko Beams, Moving Mass, Intermediate Flexible Connections, Transfer Matrix Method, Auxiliary Functions Method
  • H. Ghorbani Menghari, M. Farzin, A. Sadat, A. Gorji Pages 87-96
    Recently, tube hydroforming had been developed in many industry. Prediction and prevention of possible defects such as wrinkling and failure are the major issues when it comes to hydroforming technique. These flaws are directly dependent on the initial and ultimate pressures and axial feed in this method. Thus, selecting an appropriate pressure path in a proper correlation with axial feed is crucial. In this paper, a new die capable of producing two-step box shaped pure copper specimens is presented by experimental test and finite element simulation. Compared with conventional hydroforming dies, it consists of four moving bushes to produce completely filled steps. Moving bushes can be considered as one of the advantages of the new die. When feeding, the movement of the specimen is accompanied by the movements of the bushes which results in elimination of friction. Also, sliding between the die and the specimen decreases to zero, so the produced specimen has filled and complete corners. Besides low forming pressure, simple die structure and cheaper machining costs as compared with conventional hydroforming dies can be considered as other advantages of the proposed die.
    Keywords: Tube hydroforming, Box shape tubes, Finite element simulation, Wrinkling
  • A. Loghman, M. Azami, H. Tourang Pages 97-108
    Nonlinear electro-magneto-thermo-mechanical analysis of a rotating disk made of piezoelectric polymeric material reinforced with multiwalled carbon nanotubes has been considered in this study. This material has viscoelastic behavior andthe elasticity modulusis calculated from Maxwell elasticity modulus inBurger’s viscoelastic model whichtime, stress and temperature dependent.The disk has been placed in an axisymetric distributed temperature and magnetic field and is subjected to an axial centrifugal body force. A non-homogeneous differential equation with variable coefficients is derived using stress-strain relation for plane-stress condition, strain-displacement relation, the equilibrium equation, charge equation of electrostatics and the Maxwell’s equation due to variation of the elasticity modulus with respect to stress and temperature.A numerical method in conjuction with a semi analytical solution has been developed to obtainelasticity modulus, displacement, stresses, strains and electric potentialdistributions.Applying magnetic field and electric potential reduced displacement and the deformation of thedisk can becontrolled by applying a suitableelectric potential and magnetic field. An electric potential distribution due to piezoelectric property of the polymeric material will be distributed throughout the disk.
    Keywords: Electro, magneto, thermo, mechanical, nonocomposite, Viscoelastic material, Nonlinear behavior
  • S. Mikaeeli, Ba. Behjat Pages 109-120
    In this paper, the Element-Free Galerkin (EFG) method is employed to obtain three dimensional static behavior of thick functionally graded plates. The Poisson’s ratio is taken to be constant and the Young’s modulus is considered to be graded through the thickness of plate by an exponential function. The shape function is calculated using the 3D moving least squares (MLS) approximation. Because the MLS approximation lacks the Kronecker delta function property, therefore the constrained Galerkin weak-form is used. The Lagrange multiplier method is employed to enforce the essential boundary condition. Effects of weight functions, nodal density and the dimensionless size of the support domain are investigated and favorable value for the dimensionless size of the support domain is calculated. Also a new trigonometric weight function is introduced. Effects of functionally grading index, dimensionless thickness and boundary conditions on the stress and deformation of the plate are investigated. Several examples are presented for thick functionally graded plates under static load. Also in order to verify the obtained results, they are compared with the results of other data reported in the literature. Numerical results indicate that the rate of convergence of the proposed method is higher than that of finite element method especially for stress calculation.
    Keywords: Bending analysis, Element free Galerkin method, Thick functionally graded plate, Three, dimensional moving least square approximation
  • I. Rajabi, S. M. R. Khalili, M. Shariyat Pages 121-137
    In the present study, A finite element method based on the mixed theory is developed for the coupled-field analysis of sandwich and laminated plates containing piezoelectric layers. The concept of mixed theory is that the mechanical component is modeled by the global–local theory which satisfies the free surface conditions and the geometric continuity conditions at interfaces, whereas the electric field is modeled with layerwise theory. In the present theory, The global displacement components are assumed to be linear and the local components are considered to be piecewise linear. The transverse shear stresses are derived based on the three-dimensional theory of elasticity instead of the constitutive equations.
    Accuracy of the present approach has been verified by comparing the present results with those of the three-dimensional theory of elasticity , the higher-order global–local and layerwise shear deformation theory available in the literature. The numerical examples analysis show that the present theory is suitable in predicting coupled behaviors of sandwich and laminated plates containing piezoelectric layers under mechanical and electric loadings.
    Keywords: Bending analysis, Sandwich plate, Piezoelectric, global, local theory
  • H. Lexian, R.H. Khoshkhoo Pages 139-154
    Multiple diaphragm couplings are a special type of flexible couplings of rotary equipments. These couplings are designed in multiple thin diaphragms instead of thick one to reduce the loads transmitted to the equipments and stresses induced to the diaphragms in misalignment. Because of need for different analyzes, such as static and dynamic analysis, modal, thermal, creep, fatigue and combination of these, and low stresses and flexibility, the design process of diaphragm coupling are complex, time consuming and usually performed iteratively. In many of these analyzes, the finite element solution is practically the only solution method. However, if we give analytical solutions for some of the analysis, the design process will be simpler and finding the optimum design is much faster. In this paper the exact analytical solutions for calculation of deformations and stresses in the diaphragms under axial and angular misalignment are presented and close-form solutions for axial and angular stiffness are obtained. In the end we confirm accurate analytical solutions by comparing the finite element results and determine the most critical point in the fatigue design of diaphragms.
    Keywords: multiple diaphragm coupling, analytical solution, misalignment, annular plate
  • H. Ghadirian, M. R. Ghazavi, K. Khorshidi Pages 155-166
    In many applications such as marine and nuclear industries, laminated composite plates are subjected to the hygrothermal environment which developed expansion strain in the plate; in such that the expansion strain influence on vibrational behavior of the plate. So in this paper vibration of symmetric laminated composite plates under strain due to moisture and temperature are studied. For analysis, first using the classical theory of plate (thin plate theory) and Newton’s method which the influence of the rotary inertia and shear stresses in the thickness direction are ignored. equations of motion of plate are extracted and then using the energy method, eigenvalue problem is achieved. Then the eigenvalue problem is solved using trigonometric Ritz method and frequencies and mode shapes of plate are calculated. For validation of solving method, the results are compared with results that are presented in some papers by others. Finally the effect of different parameters such as boundary conditions, thermal gradient and percent of moisture, geometrical dimensions of plate and fiber orientation on modal behavior of plate are investigated and the results are presented in some tables and graphs.
    Keywords: Free vibration, Trigonometric Ritz method, Laminated composite plate, hygrothermal strains
  • P. Kahhal, Seyed Y. Ahmadi Brooghani, H. D. Azodi Pages 167-179
    Present study describes the approach of applying Multi-Objective optimization method to optimizing of sheet metal forming Die. In many studies, Finite element analysis and optimization technique have been integrated to solve the optimal process parameters of sheet metal forming by transforming multi-objective problem into a single-objective problem. This paper aims to minimize the objective functions of fracture and wrinkle simultaneously. Design variables are blank-holding force and draw-bead geometry. Response surface model has been used for design of experiment and finding relationships between variables and objective functions. In designing of experiments v-optimal design has been used which minimizes the average prediction error variance, to obtain accurate predictions. Forming Limit Curve has been used to define the objective functions. Finite element analysis applied for simulating the forming process. Proposed approach has been investigated on a drawing part and experimentally verified. The optimal design showed a good agreement with experimental species. It has been observed that proposed approach provides an effective solution to design of process parameters without a the ‘trial and error’ procedure.
    Keywords: Multi, objective optimization, Sheet metal forming, Response surface model, Genetic algorithm
  • S. Azarakhsh, A. Rahi, A. Ghamarian Pages 181-196
    Thin-walled structures have been extensively usedas energy absorbers in automobile and aerospace industries.This paper treats the collapse behaviour and energy absorption response of brass cylindrical tubes subjected to axial loading, using experiment and non-linear finite element models. In experimental approach, brass cylindrical samples were made by the process of extrusion. These samples are compressed between two rigid platens under quasi-static loading conditions and the collapse mechanism, the variations of crushing load and absorbed energy are determined. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the collapse process considering the non-linear responses due to material behaviour, contact and large deformation. The comparison of numerical and experimental results showed that the present model provides an appropriate procedure to determine the collapse mechanism, crushing load and the amount of energy absorption. Numerical simulation techniques validated are used to carry out a parametric study of brass cylindrical tubes. In the following, influence of important parameters such as geometry imperfection (wall thickness gradient and wave formation), boundary condition, semi-apical angle, multi-cell columns reinforace and velocity impact was investigated. The results of this paper highlight the advantages of using brasscylindrical tubes as energy absorber.
    Keywords: Cylindrical tubes, Collapse, Energy absorption, Finite element method
  • A. Farokhipour, M. Boromand, M. J. Kermani Pages 197-212
    Today, gas turbines are considered as one of the most important equipment in energy industry and with a lot of applications in other industries. So far, very few CFD studies on the effect of roughness on turbine performance have been performed. This paper presents numerical study of roughness which affects performance of a single stage axial flow turbine. Numerical calculations have been performed using an in-house developed software in the C environment employing Roe scheme to solve governing equations in generalized coordinates. In order to simulate the turbulent flow the Baldwin-Lomax model and for simulating the roughness the Cebeci-Chang model is used. To realize the roughness effects in a turbine stage, several roughness heights in transitionally rough and fully rough flow regimes on the stator and rotor blades have been simulated. Results show that the efficiency is reduced with increasing roughness height. Also, with increasing the surface roughness of the stator and rotor, deviation angle will increase and thus the work coefficient will reduce. Moreover, the loss coefficient in both stator and rotor blades is increased especially, suction surfaces are faced with more losses.
    Keywords: Gas Turbine, Stator, Rotor, Surface Roughness, Roe Scheme
  • S. Afkhami, M. Pasandideh, Fard, M. Norozi Pages 213-226
    One of the most important issues of applied Hydrodynamics is Analysis of Moving hydrofoil near the free surface. In this paper attention is being paid to the analysis of hydrofoil near the free surface. For this simulation, an iterative method based on Green’s theorem is employed, and the problem is divided to hydrofoil and free surface and the effects on each other is calculated, and then perturbation potential on hydrofoil and free surface are acquired. Next, the values of these potentials are modified with an iterative algorithm until the results converge to real values. Then by having these potentials, Pressure distribution on hydrofoil surface and curve wave on free surface are obtained. Having validated this method, various factors on the hydrofoil performance such as thickness, camber, angle of attack, the Froud number, distance from the free surface, and distance from depth are surveyed. It can be observed that the results of boundary element method with good approximation predict the flow performance. However, the existence of an ideal fluid is assumed.
    Keywords: Green's Theorem, Surface Effect, Boundary Elements Method, Two Dimension Hydrofoil
  • F. Bazdidi Tehrani, N. Ekrami Jolandan, M. Sedaghatnejad, Seyed I. Vasefi Pages 227-244
    In this article, laminar mixed convection heat transfer of CuO-water nanofluid flow has been investigated in a vertical square duct. Constant Wall heat flux condition is considered for the walls. Governing equations are solved three dimensionally in steady state. Two phase Euler-Lagrange approach is employed to simulate nanoparticles behavior. Governin equations was discretized using control volume based finite element method (CVFEM). Effect of different parameters such as nanoparticles concentration, Reynlods number and Grashof number on heat transfer coefficient, nusselt number, velocity and temperature profiles, friction factor and particles diffusion is presented and discussed. Due to the importance of Brownian and Thermoforetic forces in nano scale analysis, effect of these forces on heat transfer rate, analyzed by Euler-Lagrange approach, is presented. Results show increasing nanoparticles concentration improves convective heat transfer coefficient, while has no significant effect on friction factor. As an example for φ=2%, enhancement of heat transfer coefficient exceed to 25%. Moreover increasing Grashof number decreases heat transfer improvement and increases skin friction on the walls.
    Keywords: nanofluid, heat transfer, mixed convection, Euler, Lagrange approach, CVFEM
  • M. Behnia, M. Nili, Ahmadabadi, M. Saghafian Pages 245-257
    In this study, the centrifugal fan of a cooling turbine is numerically investigated and is then compared with the experimental results at a performance point. The experimental performance characteristics of the fan are as: rotational speed and flow parameters at the inlet and outlet of the fan. In this cooling turbine, the fan is used for cooling of the turbine inlet air flow. The aims of this study are obtaining the fan performance characteristics curve and 3D numerical simulation inside the fan. Rotor and case modeling is respectively conducted using Blade Gen and Catia software, the grid generation of the rotor domain and fan casing is respectively accomplished by Turbo Grid and Ansys Mesh software and finally, 3D numerical solution of flow inside the fan is done by CFX software. In the CFX software, compressible flow equations are solved using pressure based method with SST turbulence modeling. To verify the numerical results, grid independency is investigated. Finally, the numerical results are compared with the experimental results that shows a good agreement.
    Keywords: 3D Numerical Simulation, Centrifugal Fan, Charateristic Curve, Cooling Turbine, Experiment
  • O. Motaharifard, S. Shokrollahi, H. Golparvar Pages 259-269
    Today, the development of unmanned aircrafts with specific performance characteristics, Including UAVs which capable to fly at high altitude and long endurance is very regarded. In this paper, we have analyzed a nonlinear aeroelastic wing with a high aspect ratio as well as a store (tank) which attached to the wing. Also, the aerodynamic model and structural model have been coupled in steady states. The equations of motion have obtained from Hamilton's principle and the Lagrange equations have acquired from three modes of “bending outside the plate", "bending inside the plate" and” torsion". First of all, we have examined the aeroelastic stability analysis “k” approach. Then, by considering the non-linear terms in equations by using fourth order Rung -Kutta approach, we have studied the results of the simulation and noticed to some phenomena like limit cycle oscillations and bifurcation. The Nonlinear terms are structure and store types and aerodynamics flow have been studied in the linear modes. For solving the equations we have used Galerkin method. Also, the equations have governed in the domain time. By Comparing the results, acceptable accuracy of our modeling and undertaken analysis has observed.
    Keywords: Flutter, limit cycle oscillation, linear Aeroelastic, Nonlinear Aeroelastic
  • M. Yadegari, A. Shams Taleghani Pages 271-284
    This paper studies numerically the problem of flow control on NACA0012 airfoil with porous surface in transonic flow. The flow is assumed turbulent and stationary. Results show that the normal shock intensity on airfoil surface is weak and consequently, the drag coefficient decrease 21 percent. This passive method also postpones the separation point. The penalty of this inappropriate effects reduction is lift reduction. The effects of this flow control method on lift and drag coefficients are investigated in this paper via geometric modeling of the porous surface. The efficiency of this method depends on various factors like as geometric parameters. For this purpose, we investigate the effects of cavity depth, cavity location, cavity length, number of porous surface holes and cavity shape in this parametric study. Finally the results of the parametric study show the optimum of cavity depth is 0.7 of the airfoil thickness, the optimum location of cavity is then 75% of the cavity length is located in upper side of shock wave, and the optimum length of cavity is 0.2 of chord. Study of geometric shapes of different cavities shows that optimum shape of cavity is ramp.
    Keywords: Flow control, shock control, shock, boundary layer interaction, parametric study
  • M. Taheri, A. Foorginejad, M. Shiva, S.M. Emam, A. Haddadi Pages 285-294
    Non-destructive tests can identify and investigate the defects and properties of the test piece without changing the physical and mechanical properties of the sample. In this study, the non-destructive inspection method of ultrasonic waves was used to investigate the rubber formulation. In this method, the time between the transmission and the reflection of ultrasonic waves is measured and using this time propagation velocity is calculated. As components percent of the rubber are changed the physical and mechanical properties of rubber are altered and as a result, the velocity of ultrasonic propagation is changed. To investigate the rubber formulation at first 12 samples with different formulations were prepared and for each of the samples the propagation velocity of the longitudinal sound waves was measured. In order to establish the mathematical model between used elements percent in the rubber formulation and longitudinal wave velocity the multiple linear regression was used. To evaluate the accuracy another sample with a new formulation was developed and longitudinal wave velocity was measured. The comparison between the results of the test and those of the regression model showed a low error in the predicted result by the proposed model; therefor, the ultrasonic waves can be used to investigate the rubber formulation and the rubber production lines can use this non-destructive test to control tire quality online.
    Keywords: Non, destructive Test, Ultrasonic, Rubber Formulation, Regression Model
  • R. Nazemnezhad, K. Kamali, S. Hosseini, Hashemi Pages 295-310
    In this study, effects of various boundary conditions on the free vibration of double layer graphene nanoribbons (DLGNRs) are investigated by considering both of tensile-compressive and shear effects of van der Waals (vdWs) interactions. Sandwich beam theory is used to model the DLGNRs. In the references, only one of tensile-compressive or shear effects of vdWs interactions have been considered. Based on sandwich beams theory, vdWs interactions are equivalent to the sandwich core and are modeled in a way that they can withstand the tensile-compressive and shear forces simultaneously. Hamilton’s principle is employed to extract governing equations of motion and boundary conditions. Harmonic differential quadrature method is utilized to investigate natural frequencies and related mode shapes of DLGNRs. In order to verify, results are compared to other literatures in a condition that one of the vdWs effects to be neglected. The effect of boundary condition and interlayer shear direction on the mode shape, sequence and value of DLGNRs natural frequencies are investigated.
    Keywords: Bilayer nanoribbon, Tensile, compressive effect, Shear effect, Free vibration, Boundary condition
  • G. Ahmadi Sheykh Shabani, D. Toghraie, A. R. Azimian, O. A. Akbari Pages 311-328
    This study investigates the feed water heating repowering of Isfahan Montazeri Steam Power Plant is. To do this, three designs have been suggested; low pressure heat exchangers, high pressure heat exchangers and both of heat exchangers respectively are replaced by the new heat recovery heat exchangers. Energy and exergy efficiencies are used as goal functions. Cycle-tempo software is used to simulate. As it shown in results, in the method of replacing all heat exchangers with two heat recovery heat exchangers, the maximum exergy efficienciy is reached. In this case, The gas turbine westinghause-401 is the best choice that energy and egergy grass efficiencies and power production of the cycle increase 12.8, 13.1 and 42 percents, respectively.
    This study investigates the feed water heating repowering of Isfahan Montazeri Steam Power Plant is. To do this, three designs have been suggested; low pressure heat exchangers, high pressure heat exchangers and both of heat exchangers respectively are replaced by the new heat recovery heat exchangers. Energy and exergy efficiencies are used as goal functions. Cycle-tempo software is used to simulate. As it shown in results, in the method of replacing all heat exchangers with two heat recovery heat exchangers, the maximum exergy efficienciy is reached. In this case, The gas turbine westinghause-401 is the best choice that energy and egergy grass efficiencies and power production of the cycle increase 12.8, 13.1 and 42 percents, respectively.
    Keywords: mohammad montazeri power plant, feed water heating repowering, Thermodynamic Analysis, exergy efficiency, cycle, tempo
  • M. Nakhaee, P. Ghorbanianfard, M. Kahrom, M. Ayani Pages 329-339
    In the present study, the blade shape of a new kind of VAWT that has a different structure in comparison with other drag-based wind turbines, hunter turbine, is investigated and then optimized. The purpose of this study is designing a blade with the greatest drag coefficient in order to increase the power coefficient of the turbine. In this study 4 kinds of flat blades, including squared, circular, semi-circular and compound flat plates, have been investigated in static state experimentally and numerically. The numerically simulation has been carried out by assuming the in compressible, unsteady two-dimensional and steady three-dimensional flow. Flow simulation has been accomplished by discretizing and solving the Navier-Stokes equations with shear-stress transport (SST) k-ω turbulence model. This model simulates the near-wall flow by directly solving Navier-Stokes equations. In experimental method, the drag force is measured by a load-cell and the drag coefficient has been calculated by using the blade area. The results show a great agreement between the experimental and numerical data. It is concluded that the squared blade has the greatest drag coefficient among the considered cases, which is 1.18.
    Keywords: Hunter wind turbine, Renewable energy, Computational fluid dynamics (CFD), Wind tunnel
  • A. Saeedi, C. Aghanajafi Pages 341-349
    In this paper, the effect of non-uniform magnetic field on temperature and velocity profile for a boundary layer flow over a moving and horizontal flat plate by using of a self-similar method is studied. A variable and non-uniform magnetic field is considered and it is assumed that there is suction by the wall with a variable velocity.It is assumed that The velocity out of boundary layer is varying with x. For solving, governing partial differential equations by help of similarity parameter and similarity solution were changed into ordinary differential equations and then by using of shooting method and forth-order range-Kutta method, all equations are solved. At the end, the effect of dimensionless parameters on the velocity and temperature profiles, are given. It is revealed that by increasing the magnetic field parameter, the velocity inside the boundary layer decreases and the temperature increased since the fluid particles in the boundary layer are ionized.
    Keywords: Similarity Analysis, Suction, Injection Parameter, Temperature profile, Variable Free, stream Velocity, Non, uniform Magnetic Field