فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال ششم شماره 3 (پاییز 1395)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال ششم شماره 3 (پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/10/10
  • تعداد عناوین: 25
|
  • حسین امین اسماعیلی، محسن ثقفیان، محمد علی بدری* صفحات 1-16
    جریان تراکم ناپذیر و غیردائم درحرکت سقوط آزاد اجسام استوانه ای بامقاطع دایروی، مربعی و مستطیلی به صورت عددی شبیه سازی شده است. رژیم جریان دراین شبیه سازی آرام درنظرگرفته شده وازروش برهم نهادن شبکه ها استفاده گردیده است . معادلات حاکم برمسئله به دودسته معادلات اندازه حرکت مربوط به سیال ومعادلات دینامیک جسم صلب تقسیم شده اند. نیروهای اعمالی به جسم شامل نیروهای هیدرودینامیکی، نیروی گرانشی وشناوری در نظر گرفته شده اند. معادلات جریان به صورت دوبعدی به روش حجم محدود حل گردیده و شبیه سازی حرکت سقوط آزاد یک جسم استوانه ای با مقاطع مختلف دایره ای، دردوحالت مکان اولیه مرکز کانال وخارج مرکزکانال و نیز مقاطع مربعی و مستطیلی درآرایشهای گوناگون به ارائه نتایج صحت سنجی شده منجرگردیده است. نتایج بدست آمده شامل ضریب درگ برای اعداد مختلف رینولدز در بازه 5/0 تا50، تغییرات سرعت سقوط مرکز استوانه، تغییرات سرعت زاویه ای و میزان انحراف زاویه ای جسم با نتایج تجربی مقایسه شده است. همچنین سقوط آزاد دو استوانه مستطیلی و مربعی مقایسه وتطابق خوبی با مطالعات قبلی احراز شده است.
    کلیدواژگان: سقوط آزاد در یک مجرا، روش برهم نهادن شبکه ها، جسم استوانه ای، شبکه منطبق بر بدنه، جریان رینولدز پایین
  • حسن پاهنگه، محمدحسین ابوالبشری* صفحات 17-32
    در این پژوهش به کمک نرم افزار Ls-Dyna و با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموارشده به شبیه سازی نرم افزاری برخورد پرنده به لبه حمله ی بال یک هواپیما و بهینه سازی آن پرداخته شده است. به منظور بررسی صحت نتایج مدل سازی، ابتدا برخورد پرنده به یک صفحه ی مسطح آلومینیومی شبیه سازی شده و مقادیر کرنش ها و تغییر شکل های ایجادشده در صفحه ی هدف در شبیه سازی نرم افزاری و آزمایش تجربی با هم مقایسه شده است. پس از حصول اطمینان از صحت نتایج، به مدل سازی برخورد پرنده به سازه ی لبه حمله ی بال یک هواپیما پرداخته شده است. در مرحله ی بعد، با در نظر گرفتن مشخصات اجزای سازه ی بال به عنوان متغیرهای طراحی، سعی شده است تا مقادیر جرم سازه و تغییر شکل پوسته ی بال در اثر برخورد پرنده که به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند کمینه شود. برای این کار ابتدا با استفاده از روش سطح پاسخ، رابطه ی بین متغیرهای طراحی و توابع هدف پیش بینی شده و سپس به کمک الگوریتم ژنتیک چندهدفه بر پایه ی جبهه ی پارتو به کمینه سازی جرم و میزان تغییر شکل سازه ی بال در اثر برخورد پرنده پرداخته شده است. در نهایت به ازای مقادیر مختلف جرم در نظر گرفته شده برای سازه، ابعاد اجزای سازه ی بال به گونه ای تعیین شده اند که بال کم ترین آسیب را پس از برخورد متحمل شود.
    کلیدواژگان: برخورد پرنده، سازه ی لبه حمله ی بال، هیدرودینامیک ذرات هموارشده، بهینه سازی چندهدفه
  • مصطفی مهدوی، مجید بنی اسدی*، مصطفی باغانی صفحات 33-42
    بازسازی ساختاری از ساختارهای آماری به علت اهمیت در طراحی مواد یک زمینه ی مورد علاقه زیاد می باشد. یک روش جدید در این مقاله آورده شده است که در این روش از تعداد زیادی المان های حجمی برای بازسازی ساختار کامپوزیت استفاده شده است، که با استفاده از این روش به راحتی میتوان کامپوزیت های نانو لوله ای را با استفاده از روش های آماری بازسازی کرد و نمونه های بازسازی شده به خوبی نمایشگر خواص و ویژگی های کامپوزیت های نانو لوله ای می باشند. در این مقاله از روش مونت کارلو برای بازسازی استفاده شده است. در این مقاله با مشخص کردن و به دست آوردن توابع آماری همبستگی از عکس ها و نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از الگوریتمی که ارائه شده است، نمونه هایی که دارای توابع آماری همبستگی مشابهی با نمونه های آزمایشگاهی می باشند بازسازی شده است. به جای استفاده از عکس های مختلف، اطلاعات مربوط به توزیع نانولوله ها در ماتریس، تمامی اطلاعات توزیع نانولوله ها به صورت مختصات ابتدا و انتهای تکه های سیلندری که در نهایت با به هم پیوستن منجر به تشکیل نانو لوله می شود ذخیره می گردد، که با این کار کامپوزیت بازسازی شده برای استفاده در کارهای آینده مورد استفاده قرار می گیرد و به راحتی می توان در کارهایی که نیاز به شبیه سازی و به دست آوردن خواص کامپوزیت های نانو لوله ای می باشد مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تابع آماری، تابع آماری دو نقطه ای، بازسازی ساختاری، نانولوله کربنی
  • فرهاد میثمی، مجید معاونیان *، عارف افشارفرد، سیدایمان پیش بین صفحات 43-54
    اتصالات فلنجی در تجهیزات مکانیکی و سازه های هوافضایی به طور گسترده بکار می روند. مطالعه و بررسی رفتار استاتیک و دینامیک این اتصالات همواره با اهمیت است. در این پژوهش، به منظور در نظر گرفتن انعطاف پذیراتصال، نخست، اتصال فلنجی با تعدادی فنر معادل شده و سپس روندی تحلیلی برای محاسبه سختی معادل این نوع اتصالات ارائه گردیده است. برای این منظور لبه اتصال به صورت تیر یکسر درگیر مدل شده و تغییر شکل آن تحت بارگذاری های مختلف استخراج شده است. در ادامه با استخراج منحنی غیرخطی تغییر شکل اتصال برحسب بار وارده بر آن، میزان سختی اتصال محاسبه گردیده است. مشاهده گردیده است که فنرهای معادل اتصال تحت بارگذاری های مثبت و منفی رفتار متفاوت داشته و سختی معادل آن ها حالت دوخطی دارد. با طراحی و ساخت نمونه اتصال فلنجی تک پیچ، رفتار این اتصال به صورت آزمایشگاهی ارزیابی شده است. برای این منظور اتصال موردنظر تحت بارگذاری های خمشی و طولی قرار گرفته و رفتار تغییر شکل آن استخراج گردیده است. علاوه بر این مدل اجزاء محدود اتصال ایجاد و سپس نتایج تحلیلی ارائه شده در این پژوهش با نتایج آزمایشگاهی، اجزاء محدود و نتایج عددی پژوهش های پیشین مقایسه شده است. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی ارائه شده، اثر تغییر پارامترهایی نظیر پیش بار پیچ و ضخامت فلنج، روی میزان سختی اتصال مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سختی طولی، سختی خمشی، مدل سازی تحلیلی، بررسی آزمایشگاهی
  • مهدی جاوید، حسن بیگلری* صفحات 55-64
    در مقاله حاضر با استفاده از روش تحلیلی به مطالعه رفتار پایداری ستونهای ترک دار مجهز به وصله های پیزوالکتریک پرداخته می شود. جهت قطبیدگی وصله های پیزوالکتریک به گونه ای انتخاب شده اند که باعث ایجاد نیروی محوری در ستون می شوند. ترک با استفاده از فنر پیچشی مدل شده است که دو قسمت سالم ستون را در محل ترک به هم متصل می سازد. پس از اعمال شرایط مرزی و بین مرزی در محل ترک و نواحی انتهایی وصله های پیزوالکتریک، معادله مشخصه حاکم بر رفتار کمانش ستون های ترک دار استخراج گردیده است. تاثیر پارامترهای موثر بر بار کمانش اول و دوم ستون از قبیل پارامترهای ترک (موقعیت و عمق ترک) و همچنین موقعیت و طول وصله های پیزوالکتریک و ولتاژ اعمالی با استفاده از نمودارهای مناسب مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که وجود ترک باعث کاهش قابل ملاحظه ای در ظرفیت کمانش ستون می شود. میزان این کاهش به موقعیت و عمق ترک بستگی دارد. با تعیین موقعیت و طول مناسب وصله های پیزوالکتریک، می توان باعث بهبود ظرفیت کمانش تیر ترک دار شد. لزوما بهترین موقعیت وصله پیزوالکرتیک متناظر با محل ترک نمی باشد و باید با توجه به شرایط مرزی تیر و محل ترک تعیین شود. نتایج نشان می دهد اثر اعمال ولتاژ مثبت بر ظرفیت کمانش مود دوم و مود اول متفاوت است.
    کلیدواژگان: ستون ترک دار، وصله پیزوالکتریک، ظرفیت کمانش اول و دوم، تئوری اویلر، برنولی
  • وحید سرافرازی، محمدرضا طلایی* صفحات 65-78
    یکی از مسائل مرتبط با طراحی آیرودینامیکی قطارپرسرعت مسئله جریان هوای ایجاد شده در اطراف قطار می باشد. این خصوصیت علاوه بر اینکه موجب اتلاف قابل توجهی در انرژی و سوخت می شود، باعث ایجاد اثرات متعددی نیز در حول قطار می گردد . یکی از این اثرات آیرودینامیکی که اهمیت اساسی برای ایمنی مسافران و کارگران در اطراف خط دارد پدیده فشار هوا ناشی از سرعت قطار است که الزامات ایمنی مورد نیاز خود را ایجاب می کند. وقتی قطار سرعت بالا از کنار یک مانع (انسان) عبور می کند، نیروهای آیرودینامیکی به صورت ناگهانی به آن وارد می شود. بدین منظور این موضوع باید در ایجاد حریم مجاز برای افراد موردتوجه قرار گیرد. در این شبیه سازی عددی از نرم افزار محاسبات سیالاتی فلوئنت استفاده شده و معادله جریان آشفته با روش و شرایط مرزی قطار بصورت مش متحرک مدل شده است و ناحیه مورد بررسی دارای ابعادی تا سی برابر مقیاس ارتفاع قطار می باشد . هدف از این تحقیق بررسی اثر پدیده فشار هوای ایجاد شده در اطراف قطار پرسرعت با سرعت سیر حدود 300 کیلومتر بر ساعت به کمک شبیه سازی در دو حالت عادی و با ترمز آیرودینامیک و بررسی اثرات سرعت باد ناشی از عبور قطار برای جلوگیری از به خطر افتادن ایمنی انسان ها و یافتن حریم مجاز برای کارگران کنار خط و مسافرین است. به عنوان خروجی، فاصله حریم مجاز ایستادن فرد در کنار ریل در عبور قطار با سرعت 300 کیلومتر بر ساعت در حدود 1.6 متر و در حالت ترمزگیری آیرودینامیکی 3.5 متر تعیین گردید
    کلیدواژگان: آیرودینامیک قطار، نیروی پسا، مش متحرک، پدیده فشار هوا، حریم مجاز کنار خط
  • ابوالفضل رسولی زاده شورکی، اصغر دشتی رحمت آبادی*، مهدی زارع مهرجردی، رضا رشیدی میبدی صفحات 79-96
    تحلیل عملکرد یاتاقان های ژورنال غیرمدور با توجه به کاربرد گسترده آنها در صنعت از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. تنش های برشی و نیروهای اصطکاکی روانکار زمینه تغییر شرایط دمایی را فراهم می آورند. عواملی نظیر افزایش سرعت محور، کاهش فضای لقی و کوچکی ضرایب انتقال حرارت روانکار، محور و پوسته یاتاقان زمینه تشدید تغییرات دمایی روانکار را موجب می گردند. در پژوهش حاضر تاثیر سرعت محور، ضخامت پوسته، طول یاتاقان و مشخصه های سیال میکروپلار بر تغییرات دمایی و توزیع فشار فیلم روانکار، بار قابل حمل و زاویه وضعی یاتاقان بررسی می شوند. عملکرد یاتاقان با بکارگیری توزیع فشار حرارتی حاصل از حل معادله رینولدز با لحاظ شرایط دمایی و لزجت نهایی روانکار قابل محاسبه می باشند. مقایسه عملکرد یاتاقان های سه لب با لحاظ اثرات دمایی و بدون آن از تضعیف فشار ایجاد شده در روانکار و کاهش بار قابل حمل یاتاقان با افزایش دما، بویژه در سرعت های دورانی بالای روتور حکایت دارد. همچنین نتایج، افزایش اثرات دمایی بر عملکرد یاتاقان های مورد ارزیابی با افزایش خاصیت میکروپلاریته سیال روانکار را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: یاتاقان ژورنال سه لب، عملکرد ترموهیدرودینامیکی، روانکار میکروپلار، روش درونیابی مشتق تعمیم یافته
  • محمدحسن پاچناری، علی مظفری، محمد شرعیات* صفحات 97-108
    در مقاله کنونی، رفتار دینامیکی ورق کامپوزیتی چندلایه با میرایی سازه ای ویسکوالاستیک در برابر ضربه کم سرعت ناشی از برخورد یک جسم کروی، مورد بررسی قرار گرفته است. قانون تماس هرتز ابتدا جهت در نظر گرفتن اثر سختی لایه های زیرین بر سختی ناحیه تماس، تصحیح و سپس به فرم غیرخطی بکار گرفته شده است. مدل انتگرال سلسله مراتبی ولترا برای توصیف رفتار ویسکوالاستیک مواد به کار رفته و برای مدلسازی دقیق تر رفتار ورق، از تئوری لایه ای و روابط کرنش-جابجایی غیرخطی استفاده شده است. برای یافتن پاسخ معادلات دیفرانسیلی-انتگرالی حاکم، از ترکیب روش های اجزای محدود، انتگرال گیری ذوزنقه ای برای انتگرال های ولترا و شیوه انتگرال گیری عددی زمانی نیومارک بهره گرفته شده است. در بخش نتایج، اثر پارامترهای گوناگون رفتار ویسکوالاستیک مواد و نیز سرعت ضربه زن بر تاریخچه های زمانی نیروی ضربه، میزان فروروی و خیز ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که به دلیل ماهیت میراسازی ساختاری مواد ویسکوالاستیک، سختی ورق و در نتیجه، نیروی ضربه، افزایش یافته ولی خیز دینامیکی بیشینه پدید آمده در ورق و میزان فروروی، کاهش می یابند. همچنین، در حالت کلی، افزایش نیروی تماس بیانگر افزایش میزان فروروی نمی باشد.
    کلیدواژگان: ضربه کم سرعت، ورق کامپوزیت ویسکوالاستیک، قانون تماس هرتز، اجزای محدود، تئوری لایه ای
  • مهدی عسکری شاهی، شهرام هادیان جزی* صفحات 109-118
    محققین بسیاری در علم حرکت شناسی انسان به دنبال بررسی نقش و عملکرد سیستم اعصاب مرکزی در طراحی حرکت های مختلف انسان بوده اند. برای این منظور پژوهشگران مدل های مختلفی مختلفی ارائه داده اند. یکی از این مدل ها که طی سال های اخیر توسعه داده شده است یک مدل سلسله مراتبی و مدولار است که به منظور بررسی نقش سیستم اعصاب مرکزی در طراحی حرکت برخاستن از صندلی طراحی شده است. این مدل در برابر شرایطی نظیر ارتفاع صندلی توانسته به شکل مناسبی رفتار سیستم مرکزی اعصاب را شبیه سازی کند. به همین دلیل نویسندگان این مقاله در تحقیقات خود به بررسی توانایی های این مدل در برخورد با شرط محیطی موقعیت کف پا پرداخته اند. به این منظور ابتدا در آزمایشگاه، حرکت برخاستن از صندلی با موقعیت های مختلف کف پا ثبت و سپس حرکات ثبت شده با نتایج حاصل از طراحی مسیر انجام شده توسط مدل مقایسه شده است. به این منظور حرکت برخاستن از صندلی به ازای 5 موقعیت قرارگیری مختلف کف پا ثبت شد که 3 حرکت برای آموزش آلگوریتم و 2 حرکت برای ارزیابی آن استفاده شد. نتایج نشان داد بیشترین مقدار خطای مفصل مچ، زانو و ران به ترتیب 122/0، 069/0 و 092/0 رادیان است. که بر اساس آنچه در مطالعات دیگر پیشنهاد شده، حداکثر خطای مجاز 17/0 رادیان، در محدوده قابل قبول قرار دارد. نتایج بدست آمده نشان می دهد مدل مورد نظر توانایی مناسبی در طراحی حرکت برخاستن از صندلی دارد.
    کلیدواژگان: علم کنترل حرکت، ساختار سلسله مراتبی و مدولار، برخاستن از صندلی، موقعیت کف پاها
  • جعفر صفری چایکندی، محمد طاهای ابدی* صفحات 119-136
    در این مقاله عیوب جدایش بین لایه ای در مواد مرکب با تحلیل پاسخ گذرای حرارتی ایجادشده در روش آزمایش غیرمخرب ترموگرافی نوری متناوب شناسایی می شود. این تحلیل برای ورق ماده مرکب چند لایه دارای عیوب با ابعاد و عمق مختلف استفاده می شود که تحت اثر بار حرارتی متناوب از یک سطح آن است. انتشار امواج حرارتی در ضخامت ورق ناشی از حرارتی دهی یک سطح در نواحی سالم و معیوب شبیه سازی می شود و اختلاف دامنه و فاز امواج حرارتی در نواحی سالم و معیوب تعیین می شود. اختلاف فاز امواج برگشتی از داخل نمونه حساسیت بیشتری به وجود عیب در مقایسه با اختلاف دامنه امواج حرارتی دارند. نتایج تحلیل نشان داد اختلاف فاز بین نواحی سالم و معیوب با افزایش فرکانس تحریک حرارتی تا حد معینی افزایش می یابد و از این شبیه سازی فرکانس بهینه برای شناسایی عیوب تعیین می شود. همچنین نتایج تحلیل نشان می دهد مقدار لگاریتمی اختلاف فاز نسبت به عمق عیب به صورت خطی تغییر می کند. بنابراین از اختلاف فاز امواج می توان برای تعیین عمق عیوب استفاده نمود. نتایج این شبیه سازی برای تعیین بهینه متغیرهای انجام آزمایش ترموگرافی به منظور شناسایی دقیق محل عیوب جدایش بین لایه ای قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: ترموگرافی نوری متناوب، جدایش بین لایه ای، مواد مرکب، تحلیل حرارتی گذرا
  • کوروش خورشیدی *، علی بخششی، حسین قدیریان صفحات 137-147
    در این مقاله‏ تاثیرات محیط حرارتی بر ارتعاشات آزاد ورق مستطیلی از جنس مواد تابعی مدرج دو بعدی مستقر بر بستر دو پارامتری (بستر پسترناک) مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل مسئله و محاسبه مقادیر فرکانس سازه از روش ریلی ریتز بر مبنای روش حداقل انرژی کل، استفاده شده است. جهت تقریب جابجایی های ورق با فرض تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم از توابع آزمون هارمونیک مثلثاتی استفاده شده است که شرایط مرزی هندسی تکیه گاه ساده و تکیه گاه کاملا گیردار ورق را ارضاء می نمایند. به منظور بررسی دقت روش بکاررفته نتایج بدست آمده در این پژوهش با مراجع مقایسه شده است. مقایسه های مذکور نشان می دهند که انطباق خوبی میان نتایج حاصل از مطالعه حاضر با نتایج حل دقیق موجود در منابع وجود دارد. در انتها تاثیر تاثیر پارامترهای ضرایب توانی، نسبت حجمی، نسبت ضخامت به طول ورق، نسبت طول به عرض ورق، پارامتر سفتی بستر، دما و شرایط مرزی بر روی فرکانس های طبیعی سازه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: محیط حرارتی، ورق مستطیلی، بستر پسترناک، مواد تابعی مدرج دو بعدی
  • حمیدرضا رضایی آشتیانی* صفحات 149-162
    در این مطالعه، به بررسی اثرات پارامتر های مختلف فرآیند نورد داغ و پیش بینی نیرو و گشتاور نورد با استفاده از مدل های شبکه عصبی مصنوعی و المان محدود سه بعدی پرداخته شده است. برای این منظور داده های به دست آمده از شبیه سازی المان محدود سه بعدی برای آموزش و ارزیابی شبکه، وارد شبکه عصبی می شوند و پس از آموزش و ارزیابی، شبکه قادر خواهد بود که نیرو و گشتاور نورد را پیش بینی کند. نتایج پیش بینی شده از شبیه سازی المان محدود برای اعتبار سنجی با نتایج تجربی مقایسه شده است که نتایج به دست آمده از تطابق خوبی برخوردار بوده است. به این ترتیب برای ایجاد مدل شبیه سازی المان محدود و مدل شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب از دو نرم افزار آباکوس و متلب استفاده شده است. الگوریتم و تابع آموزش به کار رفته در این مدل به ترتیب الگوریتم پس انتشار خطا و لونبرگ- مارکورت بوده است. در اینجا پارامترهای مختلف و مهم فرآیند نورد داغ شامل دمای اولیه ورق، ضریب انتقال حرارت بین ورق و غلتک های کاری، کاهش ضخامت ورق، ضخامت اولیه ورق و سرعت نورد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از شبکه عصبی مصنوعی حاکی از آن می باشد که می توان با تغییر پارامتر های مختلف فرآیند نورد داغ، مقادیر نیرو و گشتاور را در کمترین زمان ممکن با دقت بالا پیش بینی نمود.
    کلیدواژگان: نورد داغ، نیروی نورد، گشتاور نورد، روش المان محدود، شبکه عصبی مصنوعی
  • هادی محمدی هویه*، علیرضا نداف اسکویی، مصطفی سیاح بادخور صفحات 163-174
    در این مقاله با استفاده از مدل برگر به بررسی تاریخچه تنش ها و کرنش های خزشی کره جدارضخیم نانوکامپوزیتی ساخته شده از پلی ایمید تقویت شده با نانو ذرات دی اکسید سیلیکون پرداخته شده است. بارگذاری کره، شامل میدان های یکنواخت حرارتی و مغناطیسی به همراه فشار هیدرواستاتیک داخلی می باشد. با استفاده از روابط الاستیسیته، معادله ساختاری حاکم بر مسئله به دست می آید. حل این معادله با در نظر گرفتن شرایط مرزی مکانیکی، در لحظه صفر منجر به یافتن تنش ها وکرنش های ترموالاستیک می گردد. این تنش ها در مرحله ابتدایی حل خزش مسئله مورد استفاده قرار می گیرند. با مشتق گیری زمانی از معادله حاکم بر مسئله و استفاده از مدل ساختاری برگر و ارتباط بین این مدل و روابط پرانتل-روس، معادله دیفرانسیل جدید حاکم بر مسئله در حالت خزشی حاصل می شود. حل این معادله با استفاده از روش عددی نرخ تنش، تاریخچه تنش ها وکرنش های خزشی را فراهم می نماید. نتایج این پژوهش نشان می دهند که بیشترین مقدار تنش موثر و کرنش های خزشی در جداره داخلی کره اتفاق می افتد. همچنین مرحله اول خزش که تا حدود 1000 ثانیه به طول می انجامد با بیشترین سرعت تغییرات تنش ها و کرنش ها همراه بوده و بعد از این مرحله تنش ها و کرنش ها وارد مرحله پایدار شده و با سرعت تقریبا یکنواختی تغییر می نمایند.
    کلیدواژگان: کره نانو کامپوزیتی، خزش اولیه، مدل برگر، تاریخچه تنش ها وکرنش ها
  • پوریا اکبرزاده، خلیل فرهنگدوست* صفحات 175-183
    امروزه استفاده از اتصالات چسبی در سازه ها به دلیل مزایای متعددشان افزایش یافته است. در کاربردهای سازه ای، با توجه به عمر کاری، خستگی به عنوان مهمترین شکل بارگذاری در نظر گرفته می شود. در این مقاله، آزمایش های تجربی به منظور بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی دولبه، تشکیل شده از 16 لایه الیاف شیشه نوع E و رزین اپوکسی حاوی ذرات TiO2 به عنوان چسب، تحت بارگذاری سیکلی انجام شده است و سپس روشی برای پیش بینی عمر خستگی این اتصالات بر اساس سفتی اولیه ارائه شده است. پراکندگی نتایج نشان می دهد که عمر نهایی خستگی تا حد زیادی به سفتی اولیه آنها بستگی دارد. به این منظور یک رابطه نمایی برای تخمین اولیه عمر نهایی اتصالات بر حسب سفتی اولیه ارائه شده است. علاوه بر سفتی اولیه، میزان افت سفتی در اتصالات تحت بارگذاری خستگی نیز بر روی کارکرد نهایی آنها تاثیرگذار است و لذا می توان بر این اساس تخمین اولیه عمر خستگی را که بر اساس سفتی اولیه تعیین شده است اصلاح نمود. همچنین یک شاخص خرابی با استفاده از مقدار کاهش سفتی برای کنترل فرآیند خرابی خستگی در حین بارگذاری معرفی شده است.
    کلیدواژگان: پیش بینی عمر، بارگذاری خستگی، اتصال چسبی، سفتی اولیه، افت سفتی
  • سجاد محمدی، مجید غیاثی، محمد عطایی*، اسحاق پورزمانی صفحات 185-194
    معادن روباز به دلیل نرخ تولید بالا و استفاده از دستگاه های بزرگ مقیاس دارای ریسک اقتصادی و عملیاتی بسیار بالایی هستند. ازاین رو حصول اطمینان از آماده به کار بودن ماشین آلات عملیاتی در آن ها حائز اهمیت است. در این معادن حفاری به منظور عملیات انفجاری، اولین مرحله از فرآیند تولید ماده معدنی به حساب می آید و آماده به کار بودن دستگاه های مربوطه، دارای تاثیر مستقیم بر تمامی عملیات بعدی و درنتیجه اقتصاد حاصل از کل عملیات است. امروزه با گسترش کاربرد قابلیت اطمینان در حوزه های مختلف مهندسی، می توان شرایط عملیاتی و در دسترس بودن ماشین آلات را از این نظر مورد ارزیابی و تحلیل قرار داد. یکی از روش های قدرتمند در این حوزه روش مارکوف است که بر اساس نظریه فرآیندهای تصادفی بنا نهاده شده است. در این پژوهش قابلیت اطمینان دستگاه های حفاری دورانی معدن شماره 1 گل گهر سیرجان با استفاده از این روش ارزیابی و تحلیل شده است. برای این منظور با بررسی داده های از کارافتادگی این دستگاه ها در مدت 5 سال و مدل سازی شرایط مختلف در دسترس بودن آن ها، قابلیت اطمینان محاسبه شده است. بر این اساس با احتمال 42/95% معادل با 347 روز کاری از 363 روز کل، حداقل 2 دستگاه برای عملیات حفاری آماده به کار و در دسترس هستند.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، دستگاه حفاری دورانی، فرآیند تصادفی، زنجیره مارکوف، معدن سنگ آهن گل گهر سیرجان
  • آرمین روشن، محمد جواد مغربی* صفحات 195-212
    توربین های بادی داریوس و ساونیوس که از جمله توربین های بادی محور عمودی محسوب می شوند، به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد، موردتوجه محققان قرارگرفته اند. توربین داریوس باوجود بازده بالاتر نسبت به ساونیوس، با مشکل اساسی راه اندازی خودکار روبرو است. هدف از مطالعه حاضر، ترکیب توربین داریوس با ساونیوس، جهت دست یابی به مدلی با گشتاور راه اندازی و محدوده عملکرد مناسب، است. ابتدا یک مدل شامل سه پره داریوس از نوع مستقیم و دو پره ساونیوس، شبیه سازی می گردد و به منظور بهبود عملکرد، زاویه ی کمان پره های ساونیوس و صلبیت پره های داریوس تغییر می یابند. با دستیابی به زاویه ی کمان و صلبیت بهینه و ترکیب آن ها، قابلیت مدل ترکیبی اولیه بهبود داده می شود. شبیه سازی به صورت دو بعدی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی انجام پذیرفته و برای چرخش توربین از شبکه بندی متحرک، استفاده شده است. مطابق با نتایج، ترکیب توربین داریوس با ساونیوس تاثیر مطلوبی بر راه اندازی خودکار و یکنواخت کردن منحنی عملکرد توربین دارد. همچنین مشاهده گردید که صلبیت 0/75 برای ایرفویل و زاویه 150 درجه برای کمان پره ی ساونیوس، حالت های بهینه شده از نظر بیشینه ضریب توان، گشتاور راه اندازی و محدوده عملکرد می باشند که با بهره گیری هم زمان، مدل ترکیبی با حداکثر عملکرد به-دست می آید.
    کلیدواژگان: توربین ترکیبی داریوس - ساونیوس، راه اندازی خودکار، ضریب توان، دینامیک سیالات محاسباتی
  • پیمان مقصودی *، پدرام حنفی زاده صفحات 213-226
    در این مقاله رکوپراتور یک میکروتوربین200 kW با در نظر گرفتن ارزش فعلی خالص به عنوان تابع هدف، با الگوریتم های ژنتیک و اجتماع ذرات بهینه سازی شده است. مبدل حرارتی صفحه پره دار با پره نواری و آرایش جریان های عمود و مخالف برای بهینه سازی انتخاب شده است. گام پره، ارتفاع پره، طول نوار، طول مسیر جریان رکوپراتور، ارتفاع و عرض رکوپراتور به عنوان شش پارامتر طراحی در نظر گرفته شده اند. برای بررسی اثر هر یک از متغیرهای طراحی بر تابع هدف، آنالیز حساسیت انجام شده است. نتایج بدست آمده از الگوریتم های ژنتیک و اجتماع ذرات با یکدیگر مقایسه شده اند. مقایسه ها نشان می دهد که الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات از نظر حجم محاسبات و مقدار بهینه بدست آمده عملکرد بهتری دارد. با توجه به اینکه تابع هدف انتخاب شده در این مسئله تابعی از کارایی و هزینه کل رکوپراتور می باشد، نتایج بدست آمده از این تحقیق با نتایج بهینه سازی ترمو-اقتصادی مقایسه شده اند. مقایسه های صورت گرفته بر مبنای معیارهای ارزش فعلی خالص و بازده سیکل می باشند و بهتر بودن نتایج کار حاضر را از نظر فنی و اقتصادی نشان می دهند. نتایج نشان می دهند که ارزش فعلی خالص و بازده سیکل در کار حاضر حداکثر تا %11.54 و %11.69 افزایش یافته اند.
    کلیدواژگان: رکوپراتور، ارزش فعلی هزینه ها، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی اجتماع ذرات
  • حمید مختاری*، امیر امیر محمودی بنهنگی، رامین حقیقی خوشخو صفحات 227-237
    افزایش افت فشار به دلیل استفاده از لوله های خان دار و از طرفی افزایش ضریب انتقال حرارت در جریان دو فازی و همچنین در طول جوشش (ناحیه تک فاز) باعث شد که در این مقاله با الگوریتم تکاملی ژنتیک، به بهینه سازی پارامترهای لوله خان دار، با هدف افزایش ضریب انتقال حرارت در طول ناحیه تک فاز و هدف دوم کاهش افت فشار در کل سیرکولاسیون طبیعی درام، پرداخته شود. انتخاب تابع هدف اول با توجه به آنالیز افت فشار در هر قسمت از چرخه درام و نیز به دلیل تغییرات شدیدی که نسبت به تغییر پارامترهای لوله خان دار از خود نشان می دهد صورت پذیرفته است. بهینه سازی طی دو سناریو بر اساس تعداد لوله های ثابت (سناریو اول) و فلاکس جرمی ثابت (سناریو دوم) انجام شد. نتایج نشان دادند که طراحی در حالت تعداد لوله های ثابت که بر اساس عدم تغییر طول و عرض بویلر نیروگاه شازند اراک تعریف شده است منجر به کاهش ارتفاع بویلر از 60 متر در حالت فعلی، به 23/27 متر شد. در نهایت نقش پارامترهای لوله خان دار و فلاکس جرمی در این سناریو نسبت به سناریو اول در کاهش افت فشار کاملا مشخص و منجر به تعیین ارزش پارامترهای لوله خان دار گردید.
    کلیدواژگان: افت فشار، بهینه سازی، سیرکولاسیون طبیعی، جریان دو فازی، لوله های خان دار
  • نیکی رضازاده* صفحات 239-247
    در مقاله حاضر جهت تغییر الگوی جریان روی استوانه، میدان جریان تشکیل شده حول استوانه کنترل شده است. روش های کنترل جریان به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم می شوند. در کار حاضر از روش ترکیبی جهت کنترل استفاده می شود یعنی صفحه جداکننده در منطقه دنباله به عنوان روش غیر فعال همراه با محرک الکتروهیدرودینامیکی (روش فعال) به طور همزمان به کار گرفته شده‍‍ اند. برای شبیه سازی جریان معادلات ناویراستوکس برای میدان سیال و معادلات پایستاری بار الکتریکی و پواسون برای میدان الکتریکی به صورت عددی با روش حجم محدود حل شده اند. طول صفحه جداکننده برابر قطر استوانه و مانند آن متصل به زمین است . الکترود سیمی و سطح استوانه برای تحریک الکتروهیدرودینامیکی استفاده گردید. محاسبات برای اعداد رینولدز پایین 40Re= و اختلاف پتانسیل 20،10 kV انجام شده است. نتایج نشان میدهد وجود صفحه جداکننده در عدد رینولدر پایین منطقه دنباله را پایدار نمی کند و گردابه های پشت استوانه شروع به حرکت می کنند.
    کلیدواژگان: باد یونی، نیروی پسا، محرک الکتروهیدرودینامیک، صفحه جداکننده
  • مهتاب امین زاده، علی صفوی نژاد، سید علیرضا ذوالفقاری* صفحات 249-260
    در تحقیق حاضر، اثر جانمایی دریچه خروجی هوا بر ایجاد شرایط حرارتی مطلوب و یکنواخت و انتشار گونه دی اکسیدکربن تولیدی توسط تابشگرهای دمابالا در یک محیط صنعتی نمونه در حضور میدان جریان غیریکنواخت، مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، یک فضای دو بعدی دارای یک دریچه ورود و یک دریچه خروج هوا در نظر گرفته شده است. دو جانمایی دریچه خروجی هوا نزدیک کف و نزدیک سقف و همچنین، دو حالت چیدمان متفاوت (یک تابشگر و دو تابشگر متقارن) مدنظر قرار گرفت. برای شرایط مذکور معادلات پیوستگی، بقای تکانه خطی، معادله انرژی، معادله انتقال تابش و معادله غلظت گونه به کمک حلگر عددی اپن فوم حل شده است. همچنین، میزان مصرف انرژی در تحقیق حاضر مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که جانمایی دریچه خروجی هوا نزدیک سقف در کاهش غلظت دی اکسیدکربن نقش بسزایی دارد. همچنین استفاده از دو تابشگر توزیع دما را یکنواخت تر می کند. نتایج حاکی از آن است که میزان مصرف انرژی در حضور دو تابشگر برای جانمایی دریچه خروجی هوا نزدیک کف 3 درصد و در حالت جانمایی دریچه خروجی هوا نزدیک سقف 15 درصد در مقایسه با استفاده از یک تابشگر افزایش پیدا می کند
    کلیدواژگان: تابشگر دمابالا، محیط صنعتی، توزیع آلاینده
  • زهره ایمانی نژاد، سید علیرضا ذوالفقاری*، مهدی معرفت، هادی پاسدار شهری صفحات 261-270
    در سالهای اخیر، سیستم گرمایش قرنیزی به دلیل توزیع یکنواخت حرارت و پایین بودن دمای آب تغذیه، مورد توجه بسیاری از مهندسان تهویه مطبوع قرار گرفته است. با این وجود، عدم استفاده از تجهیزات وزشی در ساختمانهای دارای سیستم ‘گرمایشی مذکور، می تواند موجب کاهش کیفیت هوای داخل شود. بر این اساس، هدف اصلی تحقیق حاضر ارزیابی میزان تاثیرگذاری جانمایی دریچه تامین هوای تازه بر کیفیت هوای داخل و شرایط آسایش حرارتی ساکنان در یک ساختمان با سیستم گرمایشی قرنیزی در فصل زمستان می باشد. برای این منظور، شاخص های احساس حرارتی افراد و کیفیت هوای داخل برای یک اتاق نمونه استاندارد در شرایط اقلیمی با دمای طرح خارج زمستانه صفر درجه سلسیوس به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جانمایی صحیح دریچه تامین هوای تازه، تاثیر قابل توجهی بر دمای هوا، شرایط آسایش حرارتی افراد و کیفیت هوای داخل دارد. به طوری که با تغییر محل دریچه سقفی تامین هوا از نزدیکی دیوار خارجی به سمت مرکز اتاق، می توان متوسط دمای هوا در فضای نمونه را تا اندازه 1/1 درجه سلسیوس (از 4/21 به 5/22 درجه سلسیوس) افزایش داد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که انتخاب محل مناسب برای دریچه تامین هوای تازه می تواند شاخص بهبود کیفیت هوای داخل را از حدود 44/0 به حدود 67/0 افزایش دهد.
    کلیدواژگان: سیستم گرمایش قرنیزی، دریچه ورودی هوا، کیفیت هوای داخل، آسایش حرارتی
  • جاماسب پیرکندی *، مهدی هاشم آبادی صفحات 271-280
    در کار حاضر، یک دودکش خورشیدی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد تحلیل و طراحی قرار گرفته است و ابعاد بهینه دودکش تعیین شده است. سطح مقطع دودکش خورشیدی به صورت مستطیلی در نظر گرفته شده است و مدل سازی به صورت سه بعدی انجام شده است. دودکش در ابعاد مختلف و با مقاطع هندسی گوناگون مدل شده است و اثر هندسه دودکش روی جریان هوای داخل و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق علاوه بر اثر هندسه دودکش، اثر تغییر شار حرارتی دریافتی از محیط، فشار مثبت در دهانه ورودی و دمای هوای ورودی بر دبی هوای خروجی از دودکش مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دهنده وجود عرض بهینه به منظور بیشینه سازی دبی هوا در دودکش است. بررسی نتایج نشان می دهد که در شارهای حرارتی مختلف (100 تا 1300 وات) و با افزایش عرض، دبی در واحد طول دودکش افزایش می یابد اما این روند تنها تا عرض 2/0 متر ادامه پیدا می کند. پس از این نقطه با افزایش عرض، دبی کاهش پیدا می کند. علت این پدیده ایجاد و گسترش جریان برگشتی می باشد. افزایش سطح دهانه ورودی، افزایش فشار در دهانه ورودی و افزایش ارتفاع دودکش علاوه بر افزایش دبی و بهبود عملکرد، باعث افزایش عرض بهینه می شود.
    کلیدواژگان: دودکش خورشیدی، تهویه طبیعی، دینامیک سیالات محاسباتی، هندسه بهینه
  • حسن فروزانی*، بهادر سرانجام، رضا کمالی، علی عبداللهی فر صفحات 281-298
    در این مقاله، برخورد زمانمند الاستوپلاستیک پرتابه پرسرعت با سطح آب به صورت عددی با استفاده از روش اختیاری لاگرانژین-اویلرین شبیه سازی شده است. پرتابه یک جامد الاستوپلاستیک در نظر گرفته شده و شبکه آن به صورت لاگرانژین ایجاد شده است. آب نیز یک سیال تراکم پذیر فرض شده و شبکه آن با روش اویلرین تولید شده است. در این تحقیق شبیه سازی در سه گام انجام شده است؛ تحلیل تنش استاتیکی، دینامیکی و همچنین تحلیل برخورد پرتابه با درجات آزادی کامل با سطح آب به روش اختیاری لاگرانژین –اویلرین. اثرات تراکم پذیری سیال و کاویتاسیون در آنالیز آخر لحاظ شده است. به منظور صحه گذاری نتایج، انتشار موج تنش ایجاد شده در پرتابه ناشی از برخورد با آب، با نتایج تحلیلی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که بیشترین خطا در مقایسه با نتایج تحلیلی حدود 5% است. همچنین مقدار بیشینه تنش و مکان/مسیر شکست در پرتابه با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. تطابق خوب بین مقادیر پیش بینی شده و آزمایشگاهی/تحلیلی نشان دهنده دقت این الگوریتم عددی است. برخورد پرتابه با سطح آب با زوایای مختلف نیز شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که محدوده ایمن زاویه پرتاب برای پرتابه حاضر °5/0± می باشد.
    کلیدواژگان: روش اختیاری لاگرانژین، اویلرین، برخورد، الاستوپلاستیک، پرتابه پر سرعت
  • علیرضا آلبویه* صفحات 299-303
    این مقاله به بررسی عددی خواص مکانیکی پلی پروپیلن تقویت شده با یک درصد وزنی از نانوذرات مزوپروس سیلیکا، هیدروکسی آپاتیت، ترکیب مزوپروس سیلیکا و هیدروکسی آپاتیت می پردازد. شبیه سازی عددی بر مبنای روش ماکرومکانیک ( روش محیط پیوسته) و برای توابع مختلف چگالی انرژی کرنشی شامل: مارلو، اگدن و وان دروالس، با استفاده از نرم افزار تجاری آباکوس انجام شده است. برای این منظور رفتار هایپرالاستیک نانوکامپوزیت های متخلخل پلیمری شامل: نانوکامپوزیت های مزوپروس سیلیکا/ پلی پروپیلن، هیدروکسی آپاتیت/ پلی پروپیلن و نانو هیبرید مزوپروس سیلیکا- هیدروکسی آپاتیت/ پلی پروپیلن تحت بارگذاری های کشش تک محوری، خمش سه نقطه ای و ضربه سرعت پایین بررسی شده است. به منظور تصدیق نتایج عددی، مقادیر بدست آمده از شبیه سازی خواص مکانیکی، با نتایج آزمون های عملی مشابه، مقایسه شده اند. نتایج شبیه سازی انجام شده تطابق بسیار خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد و مدل مارلو نزدیکترین پاسخ را نسبت به داده های آزمایشگاهی دارد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، نانوکامپوزیت پلیمری، خواص مکانیکی، آزمایش کشش تک محوری، مواد هایپرالاستیک
  • نصرالله علوی، طاهر ارمغانی*، احسان ایزد پناه صفحات 311-321
    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال آب-آلومینا در محفظه L شکل بافلدار بصورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم به روش حجم محدود و با بکارگیری الگوریتم سیمپل حل شده است.دیواره های عمودی سمت چپ و پایینی محفظه گرم و دیواره میانی افقی و بافل سرد و سایر دیوارها عایق است. اثر پارمترهای مختلف مانند عدد رایلی، کسر حجمی ذرات، نسبت ابعاد محفظه و طول بافل بر میزان انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند حضور بافل بر افزایش میزان انتقال حرارت تاثیرگذار است. با افزایش عدد رایلی، کسر حجمی و نسبت ابعادی میزان انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین با افزایش نسبت ابعادی، نانوسیال تاثیر بیشتری بر افزایش عدد ناسلت دارد. همچنین تاثیرات کسر حجمی نانوسیال بر روی انتقال حرارت بحث و بررسی شده است. نتایج نشان دادند با افزایش کسر حجمی نانوسیال انتقال حرارت جابجایی آزاد در نسبتهای ابعادی مورد مطالعه افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: نانوسیال آب، آلومینا، جابجایی آزاد، بافل، محفظه L شکل
|
  • H. Amin Esmaeili, M. Saghafian, M.A. Badri * Pages 1-16
    An incompressible and unsteady flow problem in free falling of cylindrical particles was investigated in the intermediate Reynolds Number. Shape of the body that is used in an initial value problem in a vertical channel for the free falling was considered circular, square and rectangular cylinders. Fluid flow was computed by the Navier-Stokes equations for moderate Reynolds numbers. The particles were moved by effect of hydrodynamic, gravity and buoyancy forces. The governing equations for particle included second Newton law and torque were exerted over the particle. The particle-fluid interaction may treat by introducing a fully two dimensional overset grid Scheme. Overset grid Scheme may allow each component of a flow to be treated accurately and efficiently. The amounts of drag coefficients, free falling velocity, angular velocity and deviation for free falling cylinders were obtained for different Reynolds numbers (0.5≤Re50) and then were compared with experimental results. Free falling of two rectangular and square cylinders in different situations were also treated and the results compared with available data in fair agreement.
    Keywords: free falling in duct, Overset grid, cylindrical body, Body fitted grid, Low Reynolds flow
  • H. Pahange, M.H. Abolbashari * Pages 17-32
    A bird strike incident is one of the most dangerous threats to flight safety. In this study, Smoothed Particles Hydrodynamics (SPH) method has been used for simulating the bird strike to an airplane wing leading edge structure using Ls-Dyna software. In order to verify the model, first, experiment of bird strike to a flat Aluminum plate has been simulated and strains and deformations on target plate have been compared with experimental results. Simulation outputs are in good agreement with experimental results. Then bird impact on an airplane wing leading edge structure has been investigated. At the next stage, considering dimensions of wing internal structural components like ribs, skin and spar as design variables, it has been tried to minimize structural mass and wing skin deformation simultaneously. To do this, relations between design variables and cost functions have been predicted by Response Surface Method (RSM), then Pareto based multi objective genetic algorithm has been used to minimize structural mass and wing skin deformation due to the bird strike. Finally dimensions of wing internal structural components are determined in such a way that wing’s damage after the collision with a bird becomes minimal.
    Keywords: Bird Strike, Wing Leading Edge Structure, Smooth Particle Hydrodynamics, Multi, Objective Optimization
  • M. Mahdavi, M. Baniassadi *, M. Baghani Pages 33-42
    Microstructure reconstruction from statistical microstructure descriptors is a strong field of interest for researchers worldwide, due to its importance in material design. A new methodology is presented in this paper to reconstruct microstructure with a large number of representative volume elements. The proposed methodology provides a stable input for a deterministic method which can be used to simulate performance and effective properties. The Monte Carlo technique is used as the basis of the reconstruction methodology in this work. In this paper statistical correlation functions are extracted from the images of the experimental samples. The proposed algorithm reconstructs new samples which has similar statistical correlation functions in comparison to the experimental samples. The information of the geometric distribution of the nanotubes of the composites is stored in a database of the node locations of the unit cylinder segments and the corresponding waviness, Instead of using a discrete image matrix. These node locations are attractive results which can be utilized in the simulation software in order to obtain the properties of the studied composite. In this way, robust microstructures with a large number of representative volume elements were reconstructed for the future evaluation.
    Keywords: Statistical Correlation, Two, Point Function, Microstructure Reconstruction, Carbon Nanotube
  • F. Meisami, M. Moavenian *, A. Afsharfard, S.I. Pishbin Pages 43-54
    The flange joints are widely used in mechanical and aerospace structures. Hence, the static and dynamic behaviors of these joints are very important to be investigated. In the present study, a flange joint is described using linear and torsional springs. The equivalent stiffness of these springs are theoretically obtained. In doing so, the edge of flange is modeled as a cantilever beam and its deformation under various loading is calculated. Then the nonlinear deformed curvature due to the enforced loading is obtained. Having the curvature, the joint stiffness is calculated separately for axial and lateral loadings. It has been observed that the equivalent linear and torsional springs have bilinear stiffness due to different behaviors in positive and negative loadings. An experimental setup consisting a single bolt flange joint specimen has been designed to investigate the load-deflection behavior. The specimen puts into different loading configurations to obtain moment-rotation and force-deflection curves. A finite element model has been developed and result of the presented analytical model are compared with the experimental, FEM and previous numerical results. Finally, using the presented model, effect of changing the practical parameters of flange, like the bolt preload and flange thickness is investigated.
    Keywords: Flange joint, Longitudinal stiffness, Bending stiffness, Theoretical modeling, Experimental Investigation
  • M. Javid, H. Biglari * Pages 55-64
    In this paper, instability behavior of cracked column equipped with piezoelectric patch is investigated, analytically. Polarization orientation is in such a way that axial force is induced in column. Crack is modeled as a torsional spring that connects two intact portion of column. After considering boundary conditions and continuity at the crack position and edges of piezoelectric patch positions, governing equations of buckling behavior of cracked column are obtained. Effects of effective parameters on the first and second buckling capacity of cracked column such as cracked parameters (position and depth), position, length and voltage of piezoelectric patch is investigated using suitable sketches. The results show that crack decreases buckling capacity, prominently. This decrease depends on position and depth of crack. Using appropriate position and length of piezoelectric patch, buckling capacity of cracked column is improved. The appropriate position of piezoelectric patch is not analogues to the crack position, necessarily and may be determined according to the column boundary conditions and crack position. The results show that positive voltage has opposite effects on the first and second buckling capacity of column.
  • V. Sarafrazi, M. Talaee * Pages 65-78
    One of the important subjects in aerodynamic design of high speed train is the slipstream or air flow around the train. This issue not only waste a significant amount of energy and fuel but also reduce the overall efficiency of the train. Due to irregularity the turbulence air flow around the high speed trains aerodynamic drag, noise and vibration are the most phenomenon that concern in this area. The slipstream is one of these aerodynamics features that directily related to the safety of passengers and workers near the line. When high speed train passes near to a standing human body, the produced presuer wave forces on the body surface and may lead to fall.In this numerical simulation we used dynamic mesh method and turbulence equation k-e in computational fluid dynamic software (Fluent). The aim of this study is to investigate the effects of air pressure around the train of moving with 300 km/hr velocity. The pressure waves are calculated in both modes of regular passage and passing with operation of aerodynamic brake. The resules are determined as the safty distance of the passenger from the line due to the different speed
    Keywords: Aerodynamic train, Drag force, dynamic mesh, slipstream
  • A. Rasoolizadeh Shooroki, A. Dashti Rahmatabadi *, Mahdi Zare Mehrjardi, Reza Rashidi Meybodi Pages 79-96
    Due to wide range of engineering application of noncircular journal bearings in industry, their performance analysis is important. Shear stresses and friction forces in lubricant film cause variation of temperature condition in the bearing. Parameters such as increasing in rotational speed of shaft, decreasing in clearance space of bearing and low coefficient of heat transfer of lubricant, shaft and bearing cause the intensity changes in lubricant film temperature conditions. In the present work, the effects of design parameters such as speed of shaft, thickness of bearing shell, bearing length and micropolar lubricant characteristics on changes of temperature, lubricant film pressure distribution, load carrying capacity and attitude angle of bearing are investigated. By comparing the performance of noncircular three lobe bearings with and without considering temperature effects, it is found that pressure of lubricant film as well as load carrying capacity of bearing system decrease with increasing temperature, especially at high rotational speed of rotor. Also, the results show that with increasing micropolarity properties of lubricant, the effect of temperature on performance of mentioned bearings can be increased.
    Keywords: Three lobe journal bearing, Thermo, hydrodynamic performance, Micropolar lubricant, Generalized Differential Quadrature method
  • M.H. Pachenari, A. Mozaffari, M. Shariyat * Pages 97-108
    In the present paper, dynamic behavior of a multilayer composite plate with viscoelastic structural damping is investigated against a low-velocity impact by a spherical indenter. Hertz contact law is refined to include effect of the lower layers on the stiffness of the contact region and used in a non-linear form. Voltra hierarchical integral is employed for modeling the viscoelastic material and the layerwise theory and non-linear strain-displacement relations are used to model the plate more accurately. To solve the governing integro-differential equations, a combination of the finite element method, trapezoidal integration method for the Volterra integrals, and the Newmark numerical time integration method is used. In the results section, effects of the various viscoelasticity parameters and the indenter velocity on the time histories of the contact force, indentation, and lateral deflection of the plate are investigated. Results show that due to the damping nature of the viscoelastic materials, the plate rigidity and contact force increase whereas the maximum lateral deflection and the indentation decrease. Furthermore, higher contact forces do not necessarily indicates higher indentations.
    Keywords: Low, velocity impact, Viscoelastic composite plate, Hertz contact law, Finite element, Layerwise theory
  • M. Askarishahi, Sh. Hadian Jazi * Pages 109-118
    Many researchers in the science of human behavior explore the role and function of the central nervous system (CNS) in planning and controlling of human movements. To this end, researchers have presented several different models. In present research a computer simulation of CNS's performance in designing the Sit-to-Stand transfer, which has been recently presented, is developed. This motion simulator is a modular and hierarchical movement planner (MHMP), based on decomposition hypothesis. In this paper the effect of foot position, as an environmental condition, is explored. The performance of the MHMP is evaluated with experimental captured motion. To this end, sit to stand motion is captured for five different foot position. Among these five motions, three motions are used to train the MHMP and the remaining motions are used for evaluating its performance. Results show that the maximum error of ankle, knee and hip angles are 0.122, 0.069 and 0.092 (radian) respectively. The maximum allowed error, suggested in researches, is 0.17(radian). The results show that the MHMP has a good performance in planning the motion phases under this condition.
    Keywords: Motor Control, Modular, hierarchical structure, Sit, to, Stand transfer, Foot position
  • J. Safari Chaykandi, M. Abadi * Pages 119-136
    The delamination defects in the laminated composite structures are detected using the transient response analysis in the lock-in thermography test. The analysis procedure is implemented for the laminated composite plate subjected to harmonic heat flux in the top surface of the plate, in which the delamination defects with different sizes are located in different depths. The thermal wave propagation due to heat loading is simulated in the plate thickness along the healthy and defective regions and the amplitude and phase differences are determine in such regions. The phase difference of reflected waves is more sensitive to the defects than the amplitude of the waves. The results show that the phase difference between reflected waves from healthy and defective regions increases up to specific frequency value and the optimum frequency is determined using the present simulation. The results also show that the logarithmic phase difference depends linearly on the depth of delamination and such dependency can be used to determine the defect depth. The simulation results of lock-in thermography test are used to determine the optimum parameters required to detect the delamination in the laminated composite materials.
    Keywords: Lock, in Thermography, Delamination, Composite Materials, Transient Thermal Analysis
  • K. Khorshidi *, A. Bakhsheshy, H. Ghadirian Pages 137-147
    This paper is the study of the effects of thermal environment on vibration analysis of a two-dimensional functionally graded rectangular plate on Pasternak elastic foundation. The natural frequencies of the plate are calculated by using the Rayleigh–Ritz method based on minimizing the total energy of the plate.analysis procedure is. The transverse displacement of the plate based on the third-order shear deformation plate theory(TSDT) is approximated by a set of admissible trial functions which is required to satisfy the clamped (CL) and simply supported geometric boundary conditions. For verifying the accuracy of this method, results are compared with those reported in the literature. As we seeit is shown a good conformance is derived from the obtained results and the exact solution. In the numerical results, the effects of volume fraction coefficients, thickness ratios ,aspect ratios of the FG plates, foundation stiffness parameters, temperature and boundary conditions on the natural frequencies are examined and discussed in detail.
    Keywords: Thermal environment, Rectangular Plate, Pasternak elastic foundation, two, dimensional Functionally Graded Material
  • H. Rezaei Ashtiani * Pages 149-162
    This paper introduces an artificial neural network (ANN) application to a hot strip mill to improve the model’s prediction ability for rolling force and rolling torque, as a function of various process parameters. To obtain a data basis for training and validation of the neural network, numerous three dimensional finite element simulations were carried out for different sets of process variables. Experimental data were compared with the finite element predictions to verify the model accuracy. Thus the ABAQUS and MATLAB soft wares are used to simulate the finite element method and an artificial neural network, respectively. The back-propagation algorithm and Levenberg–Marquardt Training function were used in the artificial neural network. The input variables are selected to be, initial temperature of the strip, interface heat-transfer coefficient between strip and work roll, percentage of thickness reduction, initial thickness and rolling speed. The resulted ANN model is feasible for on-line control and rolling schedule optimization and can be easily and rapidly predicted the roll force and roll torque.
    Keywords: Hot rolling, Roll force, Roll torque, Finite element method, Artificial neural network
  • H. Mohammadi Hooyeh *, A. Naddaf Oskouei, M. Sayah Badkhor Pages 163-174
    In this study, stresses and strains history of nanocomposite thick walled sphere wich is made of Polyimide reinforced by SiO2 nanoparticles are investigated using the viscoelastic Bergurs model. Loading of sphere includes the thermal and magnetic uniform field under hydrostatic inner pressure. Constitutive model of the problem based on elasticity relationship is obtained. Solving this equation with respect to mechanical boundary conditions leads to stresses and strains at zero time so called thermo-elastic solution in which these stresses are used at beginning creep problem procedure. With differentiating of constitutive differential equation with respect of time and using relationship between Bergurs model and Prandtl–Reuss relations drives a new constitutive equation for creep. History of stresses and strains are provided by solving this equation using numerical strain rate method. Results show that maximum effective stress and creep strains occurs at inner surface. Also the primary creep stage occurs up to 1000 second with quick change of stresses and strains. After this stage the value of stresses and strains change with uniform speed.
    Keywords: Nanocomposite sphere, primary creep, Bergurs model, history of stresses, strains
  • P. Akbarzadeh, Kh. Farhangdoost * Pages 175-183
    Use of adhesively bonded joints in structures has been increased in recent years because of their advantages. In structural applications, fatigue is generally considered to be the most important form of loading in respect to long-term service life. In this paper, experimental tests have been performed in order to examine the fatigue damage process of double lap adhesive joints, composed of E-glass laminates and epoxy adhesive with TiO2 particles, under fatigue loading and then a method was proposed for fatigue life prediction based on initial stiffness. The scatter in results shows that the fatigue life is mostly dependent on initial stiffness. According to this, an exponential equation based on the initial stiffness has been proposed to have an initial estimation of fatigue life of the adhesive joints. In addition to the initial stiffness, stiffness degradation of the joints under fatigue loading influences on their final performance and therefore the initial estimation of fatigue life based on the initial stiffness could be modified. Also to have an online control of the fatigue damage process during the fatigue loading, a damage index using stiffness degradation was introduced.
    Keywords: Life Prediction, Fatigue Loading, Adhesive Joint, Initial Stiffness, Stiffness Degradation
  • S. Mohammadi, M. Ghiasi, M. Ataei *, E. Pourzamani Pages 185-194
    Open pit mines have very high economic and operational risk because of high rate of production and using large scale instruments. So, it is necessary to guarantee the availability of the operational equipment. First stage of mining in these mines is drilling for blasting operation and the availability of related machines has direct effect on all subsequent operations and consequently on overall economy of the operation. Today, operation conditions and machines availability can be assessed and analyzed due to development of reliability methods in different engineering fields. Markov method is one of the potent methods in this context which is based on stochastic process theory. In this study, reliability of rotary drilling machines in Golgohar Mine No. 1, Sirjan, is analyzed using this method. In this way, reliability is calculated by investigating failure dad of these machines during 5 years and modeling different conditions of their availability. So, at least 2 machines will be ready and available for drilling operation with the probability of 95.42% corresponding to 347 days out of total 363 working days.
    Keywords: Reliability, Rotary Drilling Machine, Stochastic Process, Markov Chain, Golgohar Iron Ore Mine
  • A. Roshan, M. J. Maghrebi * Pages 195-212
    Vertical axis wind turbine, divided into Darrieus and Savonius, have been considered by many scientists owing to simplicity of design and operation independent of wind direction. Although Darrieus turbine has higher efficiency than Savonius, it faces to essential problem of self-starting. The aim of the present study is the combination of Darrieus and Savonius turbine in order to reach to a model with high starting torque and proper performance range. First, a model involving 3 straight-bladed Darrieus with 2 Savonius blades is simulated. For improving the performance, Savonius blade arc angle and airfoil solidity are changed. By optimizing the arc angle and solidity, the initial hybrid model performance is improved. Two-dimensional simulation using computational fluid dynamics is conducted using moving mesh for rotating part. According to results, the combination of Darrieus and Savonius turbine has favorable impact on self starting and makes performance curve smooth. It was also observed that solidity of 0.75 for Darrieus and angle of 150° for savonius blade arc are the optimized mode for maximum power coefficient, starting torque and performance range. In other words, The hybrid model with maximum performance is achieved by using these values at the same time.
    Keywords: hybrid Darrieus, Savonius turbine, self starting, power coefficient, computational fluid dynamics
  • P. Maghsoudi *, P. Hanafizadeh Pages 213-226
    In this paper, genetic and particle swarm algorithms were applied to optimize a recuperator in a 200 kW microturbine, with the net present value (NPV) considered as the objective function. Examined for the optimization purposes is a plate-fin heat exchanger of offset strip fin configuration as well as counter- and cross-flow arrangements. Fin pitch, fin height, fin offset length, recuperator flow length, recuperator width, and recuperator height were considered as the six design parameters investigated. A sensitivity analysis is performed in order to investigate the effect of design parameters on the objective function. Comparing the results of genetic algorithm(GA) to those of particle swarm algorithm indicated that, the particle swarm optimization(PSO) approach had succeeded to achieve better results from computations’ volume and optimum value perspectives. As the used objective function in this research was a function of total cost and efficiency of the recuperator, the results of the present research were compared to thermo-economic optimization results. Being based on NPV and cycle efficiency criteria, the comparisons indicated superiority of the results of the present study, when viewed from technical and economic perspectives. Results show that in the present study NPV and cycle efficiency have increased up to 11.54% and 11.69%.
    Keywords: Recuperator, Net Present Value, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization
  • H. Mokhtari *, A. Mahmoodi, R. Haghighi Khoshkhoo Pages 227-237
    Increase in pressure drop due to the use of rifled tubes and also increase the heat transfer coefficient in two-phase flow and during boiling length (single-phase region) caused that using evolutionary genetic algorithm to optimize the parameters of rifled tubes, with the goal of increasing the heat transfer coefficient over the single-phase region and reduce the pressure drop in natural circulation system of drum should be dicussed in this paper. Choice of objective function was done with respect to the analysis of the pressure drop in each part of the drum circle and its large changes relative to the change of rifled tubes parameters. The optimization was done using two scenarios based on constant number of tubes (scenario I) and constant mass flux (scenario II). The results showed that the design in case of constant number of tubes which is defined base on no changes in length and width of the Shazand Arak power plant boiler, led to reduce the height of boiler from 60m to 27.23m. Finally, the role of rifled tubes parameters and mass flux in this scenario relative to first scenario in reduce of pressure drop was led to set values of the rifled tubes parameters.
    Keywords: Pressure drop, Optimization, Natural circulation, Two, phase flow, Rifled tubes
  • Niki Rezazadeh* Pages 239-247
    In present paper, the fluid flow around the cylinder has been controlled to change the pattern flow. Flow control methods are classified into two types,that were called active and passive methods.In this work, the compound method is applied, the splitter plate in the wake zone as passive method and EHD actuators as active method have been applied simultaneously. For simulation of fluid flow, Navier Stoks equations for fluid flow and conversation of electric charge and Poisson equations for electric field are calculated numerically by finite volume approach. The length of the splitter plate is equal the diameter of the cylinder and it is connected to the ground as well as the cylinder surface. ¡The wire electrodes and the cylinder are used as EHD actuators. Calculations are done for the low Re number, Re=40 and the applied voltage V=10,20 kV. The results show that the presence of the splitter plate at low Re number does not stabilize the wake zone and the vortexes behind the cylinder start to move.
    Keywords: Ion Wind, Drag Force, ElectroHydroDynamic Actuator, Splitter Plate
  • M. Aminzadeh, A. Safavinejad, A.R. Zolfaghari * Pages 249-260
    In the present study, the effect of outlet opening location on providing appropriate and uniform thermal conditions and distribution of carbon dioxide species which is produced by high temperature radiant heaters under nonuniform flow field in an industrial environment have been investigated. For this reason, two dimentional environment with one inlet and one outlet opening have been considered. Two locations of air outlet opening near the floor and near the ceiling and also, two different types of radiant heaters’ arrangement have been considered as: single radiant heater, couple radiant heaters. For the mentioned conditions, continuity equation, momentum equations, energy equation, radiative transfer equation and species concentration equation have been solved by OpenFoam numerical solver. Also energy consumption have been evaluated in the present study. The results show that location of air outlet opening near the ceiling effects significantly on decreasing carbon dioxide concentration. As well as, usage of couple radiant heaters makes temperature distribution more uniform. The results indicate that energy consumption increases in presence of couple radiant heaters for outlet opening which is near the floor 3 percent and near the ceiling 15 percent in comparison with single radiant heater.
    Keywords: High temperature radiant heaters, Industrial environment, Distribution of the contaminant
  • Z. Imani Nejad, A. R. Zolfaghari *, M. Maerefat, H. Pasdar Shahri Pages 261-270
    In the recent years, the baseboard heating system has attracted the attention of many HVAC engineers due to its uniform temperature distribution and low feed water temperature. Despite this, lack of ventilation equipments in the buildings with the mentioned heating system, can cause to decrease the indoor air quality. Therefore, the main goal of this study is to evaluate the effects of fresh air supply diffuser layout on the indoor air quality and occupants’ thermal comfort conditions in a baseboard heated building in winter. For this reason, the thermal sensation and indoor air quality indices have been numerically investigated in a standard case room and under the climatic conditions of 0C as winter outdoor design temperature. The results show that the location of air supply diffuser has a significant influence on air temperature, thermal comfort conditions and indoor air quality. So that, changing the location of ceiling air diffuser from near the exterior wall to the center, can cause the average of air temperature to increase about 1.1C (from 21.4 to 22.5C). Moreover, the results indicate that selecting the proper location for fresh air supply diffuser can lead to increase in the indoor air quality improvement index from 0.44 to 0.67.
    Keywords: Baseboard heating system, air inlet diffuser, indoor air quality, thermal comfort
  • J. Pirkandi *, M. Hashemabadi Pages 271-280
    In the current study, a solar shimney is analyzed and designed using computational fluid dynamics (CFD). The optimal dimensions of the chimney is determined. The chimney has a rectangular cross section and it is modeled in three-dimenstional space. The chimney has been modeled in various dimensions and with various geometric sections and impact of chimney geometries have been investigated on internal air flow and its performance. In addition to the geometry of the chimney effect, impact of change heat flux received from environment, entrance positive pressure and inlet air temperature were studied on outlet air mass flow rate from the chimney. The results indicated that there is optimum width in order to maximize air flow rate in the chimney. Optimum width is increased with Increase in inlet cross section, entrance pressure and chimney height in addition to increased air mass flow rate and performance improvement. The results of this plan can be used for appropriate design of a solar chimney and finally making it.
    Keywords: Solar Chimney, Natural Ventilation, Computational Fluid Mechanics, Optimized Geometry
  • H. Forouzani *, B. Saranjam, R. Kamali, A. Abdollahi Far Pages 281-298
    In this paper, elasto-plastic time dependent impact of high-speed projectile on water surface is simulated numerically using Arbitrary Lagrangian- Eulerian (ALE) method. The projectile is considered as elasto-plastic solid and its mesh is generated by Lagrangian approach. The water is also assumed as compressible fluid so its mesh is produced by Eulerian method. Three steps simulation are performed in this research; static, dynamic stress analysis and also impact analysis of full degrees of freedom (DOF) projectile on water surface using ALE method. The effects of fluid compressibility and cavitation are considered in last analysis. In order to validate results, the stress wave propagation produced in the projectile due to water impact is compared with exact ones. The results show that the maximum error compare with exact ones is 5%. Also the magnitude of maximum stress and location/path of fracture in the projectile are compared with experimental data. The good agreement between the predicted and analytical/experimental values shows the accuracy of this numerical algorithm. The impact of projectile on water surface is simulated with different angles. The results show that the safe zone of impact angle for present projectile is ±0.5°.
    Keywords: Arbitrary Lagrangian, Eulerian (ALE) method, Impact, Elasto, plastic, High speed projectile
  • A.R. Albooyeh * Pages 299-303
    This paper presents the numerical study on the mechanical properties of polypropylene (PP) reinforced with 1 wt.% (weight percentage) mesoporous silica (MCM-41), Hydroxy Apatite (HA) and the composite of MCM-41 and HA (MCM41-HA or MH) nanoparticles. Numerical simulation according to macromechanical method (continuum method) was performed for different form of Strain Energy Density Function containing: Marlow, Ogden and Van der Waals using the commercial software ABAQUS/CAE. In this research the hyperelastic behavior of porous polymeric nanocomposits containing: mesoporous silica/ polypropylene (PMCM), hydroxyapatite/polypropylene (PHA) nanocomposites and mesoporous silica- hydroxyapatite /polypropylene (PMH) nanohybrid in the uniaxial tensile test, three point bending test and Izod impact test were studied. In order to verify the numerical results, values obtained from the simulation of mechanical properties were compared With similar functional tests. The performed simulation results are in good accordance with the experimental data and the Marlow model has the best agreement with results of experiment.
    Keywords: Numerical simulation, Polymeric Nanocomposite, Mechanical Properties, Uniaxial tensile test, Hyperelastic Materials
  • N. Alavi, T. Armaghani *, E. Izadpanah Pages 311-321
    In this article, free convection heat transfer nanofluids water-alumina in enclosure L-shaped BAFFLED has been investigated. Vertical walls left at warm temperatures and constant horizontal intermediate walls Th and Tc is constant cold temperature. Other walls are well insulated. Baffles at 〖 T〗_c and puts them in a container lot of impact on flow behavior. And could disrupt the current order. The governing equations finite volume method and the SIMPLE algorithm simultaneously solved. The results show: AR increased heat transfer is also increased. By increasing the aspect ratio, nanofluids have a greater impact on increasing the heat transfer. During the baffle increases the heat transfer is increased. To increase as the baffle, nanofluids have less impact on the cooling chamber. The effect of Righly Number and nanofluid volume fraction are also investigated and discussed. the results show: for all AR the natural heat transfer increases when nanofluid volume fraction is increased.
    Keywords: Water, Alumina nanofluid, Natural convection, Baffle, L, Shaped cavity