فهرست مطالب

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال هشتم شماره 4 (زمستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/10/01
  • تعداد عناوین: 21
|
  • علی عطار، محمد طهماسبی پور*، محمد دهقان صفحات 1-9
    دستیابی به جابه جایی خارج از صفحه بالاتر در میکروتیرها موجب افزایش حساسیت و دقت میکرو سنسورها و افزایش دامنه جابه جایی و کارآیی میکرومحرک های مبتنی بر این میکروتیرها می شود. در این مقاله، جابه جایی خارج از صفحه یک میکروتیر پیزوالکتریک با سطح مقطع T شکل به روش المان محدود مدلسازی شده است. به منظور افزایش جابه جایی خارج از صفحه این میکروتیر، تاثیر پارامترهای هندسی بر جابه جایی خارج از صفحه میکروتیر مذکور به روش تاگوچی بررسی شده است. سطح بهینه متغیرهای هندسی میکروتیر برای دستیابی به بیشترین جابه جایی خارج از صفحه میکروتیر، با تحلیل ضرایب سیگنال به نویز و ترتیب اهمیت تاثیر متغیرهای هندسی بر جابه جایی خارج از صفحه با تحلیل واریانس تعیین شده است. در بین مشخصات هندسی تحلیل شده، طول میکرو کانتیلور (L) بیشترین تاثیر را بر روی میزان جابه جایی خارج از صفحه دارد. با افزایش طول میکرو کانتیلور جابه جایی خارج از صفحه آن بیشتر می شود. پس از طول، عمق جان تیر (h)، بیشترین تاثیر را بر جابه جایی نوک میکرو کانتیلور دارد. هر چه اندازه عمق جان تیر کمتر باشد، میزان جابه جایی میکرو کانتیلور بیشتر است. با استفاده از سطوح بهینه متغیرهای هندسی، مقدار جابه جایی خارج از صفحه 3/296 میکرومتر بدست آمد که حدود 3/2 برابر نتیجه آخرین تحقیق انجام شده در این زمینه است.
    کلیدواژگان: میکروکانتیلور، پیزوالکتریک، جابه جایی خارج از صفحه، تحلیل المان محدود
  • پوریا تورنجی پور، سید امیر خسروی فرد*، رامین وطن خواه صفحات 11-25
    رفتار دینامیکی سیستم های پیوسته مانند تیر ها و ورق ها تحت بارگذاری نیروی متحرک از جمله موضوعات مهم در مهندسی می باشد. در این تحقیق، از یک روش بدون المان جهت تحلیل پاسخ دینامیکی ورق های ضخیم تحت اثر نیروی متمرکز متحرک استفاده شده است. میدان جابجایی بر اساس تئوری تغییر فرم برشی مرتبه سه در نظر گرفته شده است. در این روش عددی، متغیر های میدان تنها با استفاده از گره-هایی که به طور هدفمند در دامنه مساله توزیع شده اند میان یابی می شود. به دلیل این که هیچ وابستگی بین گره ها نمی باشد، این امکان وجود دارد که در نواحی که نیرو وارد می شود تراکم گره ها بالا برده شود. از دیگر ویژ گی های روش ارائه شده، استفاده از توابع شکل نقطه ای شعاعی است که در برگیرنده ی خاصیت تابع دلتای کرونکر می باشد و شرایط مرزی اساسی را به راحتی ارضا می کند. همچنین به دلیل این که در این مسئله با چگالی بالای گره ها در مناطق اعمال نیرو مواجه هستیم، جهت دستیابی به دقت بالا و در عین حال سرعت مناسب، از روش انتگرال گیری تفکیک پس زمینه استفاده می کنیم. در این مقاله از شیوه ای جدید در چینش نقاط به صورت تطبیقی با حرکت نیروی متحرک استفاده شده است که دقت و سرعت حل را بالا خواهد برد. جهت اعتبار سنجی این روش در نهایت به مقایسه نتایج آن با روش های تحلیلی خواهیم پرداخت.
    کلیدواژگان: بازچیدمان گرهی تطبیقی، روش بدون المان، نیروی متحرک، ورق ضخیم، روش انتگرال گیری تفکیک پس زمینه
  • میلاد سلیمانی، مسعود طهانی*، پدرام زمانی صفحات 27-38
    ناحیه ی غنی از رزین یکی از عیوب رایج حین فرایند ساخت کامپوزیت های ساندویچی در روش تزریق رزین به کمک خلا است. در این مقاله، شبیه سازی عددی گسترش ترک در نمونه های کامپوزیت ساندویچی از پره ی توربین بادی با استفاده از معیار بسته شدن مجازی ترک و روش اجزای محدود توسعه یافته انجام می شود. با در نظر گرفتن سه اندازه ی مختلف برای ناحیه ی غنی از رزین، اثر ابعاد این ناحیه بر رفتار رشد ترک و واماندگی کامپوزیت ساندویچی بررسی می شود. نتایج حل عددی نشان دادند که ترک از زیر غلتک بارگذاری و در ناحیه ی زیر پوسته واقع در فوم شروع شده، تا مرکز هسته ی فومی رشد کرده و در نهایت با کاهش زاویه، به سمت ناحیه ی شیب دار در نمونه گسترش یافته و به سطح تماس هسته و پوسته می رسد. با استخراج مقادیر فاکتور شدت تنش مشاهده شد که در شروع رشد ترک، مود دوم و در ادامه رشد ترک مود اول به عنوان مودهای غالب شکست هستند. همچنین نتیجه گرفته شد که اضافه شدن ناحیه غنی از رزین با اندازه های کم و متوسط به نمونه های کامپوزیت ساندویچی، باعث ایجاد تاخیر در روند خرابی می شوند و در صورت زیاد بودن این ناحیه، فرآیند گسترش خرابی را شتاب می بخشد و نهایتا منجر به فروپاشی سریع تر سازه می شود. در نهایت آزمون خمش چهار نقطه ای روی نمونه های کامپوزیت ساندویچی انجام شده و تطابق خوبی بین نتایج حل عددی و تجربی رشد ترک و نمودار بار-جابجایی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: رشد ترک، پره توربین بادی، روش اجزای محدود توسعه یافته، معیار بسته شدن مجازی ترک، خمش چهار نقطه ای
  • محمد جواد اکبری، سید روح الله کاظمی* صفحات 39-51
    یکی از مشکلاتی که در تحلیل ترک با روش های مرسوم وجود دارد، وجود شرایط خاص حاکم بر نوک ترک است. در سال های اخیر روشی بر مبنای مکانیک غیرمحلی به نام تئوری پری داینامیک مطرح شده که روند تحلیل چنین سازه هایی را بهبود داده است. در این تئوری، نقاطی از جسم که جابجایی یا مشتقات جابجایی در آن ها ناپیوسته باشد، از سایر نقاط مادی متمایز نمی شود. در این مقاله به بررسی رشد ترک در یک تیر با ترک اولیه، تحت بار ضربه ای پرداخته شده است. مدل رشد ترک با استفاده از تئوری پری داینامیک مدل سازی شده و نتایج حاصل با دیگر مطالعات، اعتبارسنجی شده است. همچنین از دو مدل تعریف ترک و دو شکل کروی و تخت برای پرتابه استفاده شده و تاثیر برخی از پارامترهای پری داینامیک بر نتایج به دست آمده مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج حاصل نشان دهنده ی قابلیت تئوری پری داینامیک برای مدل سازی رشد ترک در مسایل مورد بررسی می باشد.
    کلیدواژگان: پریداینامیک، ضربه، ترک، تیر
  • بهنام کریمی فرزقی*، رضا نادری صفحات 53-66
    مسایل مربوط به انفجار می تواند در محیط های متفاوتی از جمله خاک مورد بررسی قرار گیرد. با توجه به کمتر شناخته بودن ماهیت انواع خاک ها و گستردگی معادلات حالت، این پدیده نیازمند بررسی دقیق می باشد. به دلیل مشکلات مدلسازی های آزمایشگاهی انفجار، از مدلسازی های عددی برای تحلیل این پدیده استفاده می شود. در بین روش های عددی، روش های با شبکه بندی مانند اجزای محدود با توجه به خصوصیات انفجار مانند سرعت بسیار بالا و تغییر شکل های شدید، در برخی مواقع باعث ایجاد خطاهای عددی شده و به همین دلیل استفاده از روش های عددی بدون شبکه برای مدلسازی این پدیده مناسب تر می باشد. همچنین با توجه به اینکه چاله های انفجاری خاک مساله مهمی بوده و بیشتر مطالعات صورت گرفته در این زمینه به صورت تجربی و آزمایشگاهی می باشد، در این مقاله سعی شده است به بررسی چاله های انفجاری از نظر قطر و ارتفاع چاله ایجاد شده در اثر مقادیر مختلف ماده منفجره پرداخته شود. مدل سازی با استفاده از روش بدون شبکه ذرات هموارساز SPH و توسط زبان برنامه نویسی فرترن انجام شده و علاوه بر چاله های انفجاری، فشار ناشی از انفجار در خاک و تغییرات سطح خاک در اثر انفجار نیز موردمطالعه قرارگرفته است. برای اعتبار سنجی مدل، از نتایج یک بررسی آزمایشگاهی کمک گرفته شده که نتایج قابل قبولی ارائه می نماید. در پایان نیز چاله های انفجاری در یک خاک دو لایه مورد مطالعه قرار گرفته است. برنامه نوشته شده می تواند برای مدلسازی های انفجار در خاک و چاله های انفجاری مورداستفاده قرارگیرد.
    کلیدواژگان: انفجاردر خاک، چاله انفجار، مدل سازی عددی، SPH، برنامه نویسی فرترن
  • حسام مکوندی، شاپور مرادی*، داود پور ویس، کورش حیدری شیرازی صفحات 67-83
    در این پژوهش ارتعاشات آزاد ورق کمانه شده ترکدار به کمک روش المان کوادراتور دیفرانسیلی بررسی شده است. به این منظور ترک با استفاده از فنر خطی بدون جرم و به صورت باز مدل شده است. معادلات حاکم بر مسئله ارتعاشات ورق کمانش یافته به کمک تئوری میندلین و با در نظر گرفتن اثر نقص هندسی اولیه بدست آمده اند. پاسخ به صورت مجموع دو قسمت استاتیکی و دینامیکی در نظرگرفته شده است. دستگاه معادلات دیفرانسیل غیرخطی حاصل به کمک روش المان کوادراتور دیفرانسیلی گسسته شده و سپس دستگاه معادلات جبری غیرخطی بدست آمده به کمک روش طول کمان حل میگردد. پس از آن با فرض دامنه کوچک ارتعاشات ورق حول حالت کمانش یافته آن، معادلات ارتعاشات خطی شده و با جایگذاری مقادیر حاصل از حل استاتیکی در معادلات ارتعاشات خطی و با استفاده از روش المان کوادراتور دیفرانسیلی، دستگاه معادلات دینامیکی به یک مسئله مقدار ویژه غیراستاندارد تبدیل میگردد. در ادامه، فرکانسهای طبیعی و شکل مودهای ورق کمانش یافته ترکدار با حل مسئله مقدار ویژه بدست میآید. مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از آزمایشهای عملی و روش اجزا محدود نشانگر دقت و صحت نتایج حاصل میباشد. علاوه بر این، چند مسئله ورق ترکدار کمانه شده به کمک روش پیشنهادی حل شده و اثر برخی پارامترها بررسی میگردد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، پس ازکمانش، ترک، روش المان کوادراتور دیفرانسیلی
  • وحید عابدینی*، میلاد آقایی عطار، پرهام تمیمی صفحات 85-96
    یکی از روش های اتصال انواع آلیاژهای آلومینیوم عملیات حرارتی پذیر، روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است. امروزه شکل دهی ورق های حاصل از این روش مورد توجه قرار گرفته است. به منظور ایجاد شکل های پیچیده با عمق زیاد که با روش سنتی امکان پذیر نیست، از روش شکل دهی تدریجی استفاده می شود. روش شکل دهی تدریجی تک نقطه ای روشی انعطاف پذیربرای تولید کم و ساخت مدل اولیه می باشد. در این مقاله به مطالعه تجربی فرآیند شکل دهی تدریجی بر روی ورق آلومینیوم 6061 حاصل از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شده است. در گام اول، اثر سرعت دورانی و سرعت پیشروی ابزار بر خواص مکانیکی ناحیه جوش در آلیاژ آلومینیوم 6061 بررسی و پارامترهای مطلوب استخراج شد. در گام بعدی، اثر روانکار، سرعت دورانی، سرعت پیشروی و مسیر ابزار بر میزان کاهش ضخامت (نازک شدگی) ،زبری و عمق شکست درفرآیند شکل دهی تدریجی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد روانکار و مسیر ابزار، میزان عمق شکل دهی را تا 6/1 برابر افزایش می دهد. همچنین با استفاده از این دو پارامتر اثرات کاهش ضخامت و کیفیت سطح نیز بهیود می یابد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی، شکل پذیری، فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، کاهش ضخامت، کیفیت سطح
  • عباس رهی*، آرزو فلاح صفحات 97-109
    برای جلوگیری از پدیده فلاتر، پره ها در یک ردیف از توربین یکسان ساخته نمی شوند و در عمل با هم از نظر جرم و سفتی اندکی تفاوت دارند. این تفاوت های اندک را ناموزونی نامند. در این پژوهش به بررسی اثر ناموزونی روی پاسخ ارتعاشی پره های یک ردیف از توربین که با دو سیم مستهلک کننده به هم متصل شده اند، پرداخته می شود. ابتدا سیستم به صورت جرم، فنر و دمپر مدلسازی شده و سپس معادلات حاکم بر سیستم استخراج می شود. در ادامه پاسخ ارتعاشی سیستم ناموزون با پاسخ ارتعاشی سیستم موزون در حالت های مختلف اتصال پره ها به یکدیگر مقایسه می شوند. همچنین پاسخ ارتعاشی سیستم ناموزون در حالت اتصال همه پره ها به هم نیز بررسی می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که تغییر اندکی در مقدار سفتی سیستم موزون، باعث می شود که دامنه ارتعاش برخی از پره های سیستم در بعضی از آرایش های اتصال پره ها به یکدیگر تغییر قابل ملاحظه ای داشته باشند. به طور مثال مشاهده می شود که وجود ناموزونی تا حدود 0.5 درصد، در حالت اتصال هشت پره ای به یکدیگر در یک ردیف از پره های توربین، سبب می شود بیشینه دامنه پاسخ ارتعاشی سیستم، حدود 11 درصد افزایش یابد.
    کلیدواژگان: دیسک پره دار، ناموزونی، سیم مستهلک کننده، فرکانس طبیعی، پاسخ ارتعاشی، Bladed disk، Mistuning، Lacing wire، Natural frequency، Vibration response
  • ایرج رجبی*، محمد ملاعلی پور صفحات 111-127
    در این مطالعه یک حل تحلیلی مبتنی بر روش سری توانی جهت تحلیل ورقها ی مستطیلی هدفمند توسعه داده شده است. برای اولین بار یک دستگاه شامل پنج معادله دیفرانسیل پاره ای در حالت کلی توسط روش سری توانی حل گردیده است. اکثر روش های تحلیلی ارائه شده برای تحلیل ورق های مستطیلی، برای ورق ها تحت شرایط مرزی و بارگذاری مشخص می توانند بکار گرفته شوند. با استفاده از روش تحلیلی توسعه داده شده در این مقاله، ورق ها تحت شرایط مرزی مختلف، بارگذاری های عرضی و مماسی متنوع و ورق های مستقر بر بستر الاستیک دو پارامتری غیریکنواخت می توانند تحلیل شوند. در گام اول یک آنالیز حساسیت در رابطه با تعداد جملات حل سری بعنوان معیار همگرایی پاسخ ها انجام شده است. سپس نتایج بدست آمده با نتایج ارائه شده توسط دیگر محققین مقایسه شده است. در پایان اثر پارامترهای مختلف بصورت شکل های سه بعدی بررسی شده اند. این مطالعه نشان می دهد که روش توسعه داده شده از دقت بسیار مناسبی برخوردار بوده و می تواند برای تحلیل ورق های متنوعی بکار گرفته شود. همچنین مشاهده می گردد که نتایج می تواند بصورت تابعی از پارامترهای مختلف بدست آید. بنابراین حل تحلیلی ارائه شده می تواند به سادگی برای تحلیل اثرات پارامترهای مختلف بکار گرفته شود.
    کلیدواژگان: ورق هدفمند، نیروهای غیریکنواخت، نیروی مماسی، حل تحلیلی، تکیه گاه الاستیک
  • مسعود زاهدی نیا، روح الله حسینی*، حسین خدارحمی، مجتبی ضیاء شمامی صفحات 129-142
    تحقیقات در زمینه تاثیر انفجار بر سازه های هیبریدی و کامپوزیتی در حال گسترش می باشد و سازه های جدید باید بتوانند در برابر بارهای انفجاری و موج ناشی از انفجار مقاوم باشند. در این مقاله با استفاده از ساخت کامپوزیت شیشه/اپوکسی به روش دستی، صفحات چندلایه کامپوزیت-فلز بهینه شده که بهترین مقاومت در برابر بار انفجار را دارند، ساخته شدند و سپس با استفاده از تست های استاندارد کشش برای کامپوزیت ها، خواص مکانیکی بدست آمد. تست انفجار در آزمایشگاه ضربه و انفجار توسط دستگاه شاک تیوب انجام شد. در انتها نتایج حاصل از تست تجربی و شبیه سازی اجزاء محدود مورد مقایسه قرار گرفتند و ملاحظه گردید که تطابق خوبی بین نتایج برقرار می باشد. نتایج آزمایش ها مشخص کرد که این صفحات در بارگذاری کمتر از 10 گرم ماده منفجره C4 (معادل فشار MPa 28) درون شاک تیوب حتی دچار لایه لایه شدن هم نمی شوند و در باگذاری های بالاتر از آن دچار تورق می گردند و در بارگذاری 20 گرم به مرز پارگی می رسند. در تمامی آزمایش ها می-توان دید که صفحه آلومینیوم پشت بدلیل انعکاس موج فشاری که به موج کششی تبدیل می شود از پنل جدا گردیده و دچار تغییر شکل پلاستیک شده است و باعث می شود که کامپوزیت کمتر دچار شکست شود.
    کلیدواژگان: چندلایه کامپوزیت-فلز، انفجار، تغییر شکل صفحات، شاک تیوب
  • احسان براتی*، محمدعلی وزیری، محمدحسن یزدانی صفحات 143-152
    در این مقاله تحلیل خستگی و محاسبه عمر خستگی براکت درب خروج اضطراری یک هواپیما انجام شده است. چگونگی انتخاب نقاط بحرانی سازه درب بر اساس نتایج تحلیل تنش استاتیکی و معیارهای انتخاب نقاط بحرانی سازه تبیین شده است. بر این اساس چهار قطعه بحرانی تشخیص داده شد که یکی از این نقاط بحرانی، براکت درب است. سپس طیف تنش براکت با توجه به پروفیل های پروازی هواپیما و بارهای اعمالی به درب استخراج گردیده و با توجه به طیف تنش استخراج شده و با استفاده از روش شمارش سیکل جریان باران، عمر خستگی آن محاسبه شده است. جهت انجام فرایند فوق، دو کد برنامه نویسی در نرم افزار متلب نوشته شده است که یکی طیف تنش براکت را در یک بلوک پروازی استخراج نموده است و دیگری طیف تنش را به روش جریان باران شمارش نموده است. نتایج این تحلیل نشان داد که براکت درب در عمر پروازی هواپیما ایمن است. در نهایت تست خستگی براکت درب انجام شد و تطابق خوبی بین نتایج تجربی و نتایج عددی مشاهده گردید
    کلیدواژگان: براکت درب، تحلیل خستگی، طیف تنش، قطعه های بحرانی، ماموریت پروازی
  • مهران جعفری باغجقاز، رضا اسلامی فارسانی*، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 153-164
    در این پژوهش، خواص فشاری چند لایه های الیاف-فلز شامل ورق آلومینیوم 3T-2024 به همراه کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با هیبرید الیاف جوت و الیاف شیشه بررسی شد. به منظور بهبود چسبندگی ورق های آلومینیوم با الیاف، این ورق ها توسط روش حکاکی شیمیایی اصلاح سطح شدند. همچنین به منظور بهبود خواص مکانیکی و رفتار چسبندگی الیاف جوت، اصلاح سطحی به روش بازی انجام و توسط طیف سنجی مادون قرمز تایید شد. نمونه ها براساس هشت حالت چینش متفاوت الیاف جوت-شیشه به صورت لایه گذاری دستی ساخته شدند. آزمون فشار لبه ای روی نمونه ها انجام شده و حداکثر بار اعمالی، حداکثر استحکام فشاری، انرژی جذب شده هنگام شکست و انرژی جذب شده ویژه محاسبه شدند. سه حالت شکست شامل تورق و جدایش یکی از رویه ها از الیاف، تخریب ستونی همراه با تورق رویه ها در جهات مخالف و حالت کمانش اویلری در نمونه ها مشاهده شد. با مقایسه حالات شکست و نتایج آزمون فشار لبه ای، پی برده شد که حالت شکست کمانش اویلری مطلوب ترین حالت شکست می باشد. همچنین بررسی نمودارهای نیرو-جابه جایی و حالات شکست نمونه ها نشان داد که نمونه هیبریدی با ترتیب چینش الیاف شیشه-جوت-شیشه-جوت-شیشه بیشترین استحکام فشاری (MPa 1/102) و انرژی جذب شده ویژه (kJ/kg 6/1123) را دارا بوده و شکست آن (حالت کمانش اویلری) به صورت چند مرحله ای و کنترل شده می باشد.
    کلیدواژگان: چند لایه های الیاف-فلز، الیاف جوت، اصلاح سطحی، آزمون فشار لبه ای
  • علی ابراهیمی ممقانی، هدی سرپرست* صفحات 165-177
    در این مقاله به بررسی رفتار ارتعاشی یک تیر دوسرگیردار متصل به یک جاذب غیرخطی ارتعاشاتی که تحت بار نوسانی با دامنه های تحریک مختلف قرار دارد، پرداخته شده است. این سیستم درواقع یک مدل ساده و محلی از سازه های دریایی تحت تحریک سیال خارجی را ارائه می-دهد. برای مدل سازی تیر از تئوری اویلر-برنولی و برای مدل سازی جاذب (چاه غیرخطی انرژی)، از فنر غیرخطی و میراگر خطی استفاده شده است. پاسخ سیستم به دو روش تحلیلی (روش متوسط گیری مختلط شونده) و عددی (روش رانگ-کوتای مرتبه چهارم)، به دست آمده است و بر این‏ اساس محدوده مناسب پارامترهای سیستم و جاذب، برای کاهش بهینه ارتعاشات استخراج شده است. علاوه بر این اثرات میرایی سیستم، تاثیر مودهای بالاتر، محدوده های رخداد پاسخ شبه تناوبی و شرایط رخداد ناپایداری در پاسخ حالت ماندگار سیستم بررسی شده است. نتایج نشان دادند که آستانه های نیرویی برای پدیده هایی نظیر ناحیه منفصل فرکانسی و محدوده های انشعابات و پرش در سیستم با تغییر محل نصب جاذب به شدت تغییر خواهد کرد.
    کلیدواژگان: تیر دوسرگیردار، جاذب غیرفعال، ارتعاشات غیرخطی، انشعابات، پرش
  • کوروش خورشیدی*، محسن قاسمی، ابوالفضل فلاح صفحات 179-196
    هدف این مقاله مطالعه کمانش میکرو صفحه های مستطیلی تابعی مدرج توانی است. جهت به دست آوردن بار بحرانی کمانش بی بعد میکرو صفحه تابعی مدرج از تئوری تنش کوپل اصلاح شده بر اساس تئوری تغییر شکل برشی نمایی استفاده شده است. در تئوری تغییر شکل برشی نمایی از توابع نمایی در راستای ضخامت، جهت در نظر گرفتن تاثیر اینرسی دورانی و تغییرشکل برشی عرضی استفاده شده است. برای به دست آوردن بار بحرانی کمانش تمام شرایط مرزی، معادلات حرکت سیستم با به کارگیری روش ریلی ریتز بر اساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده به دست آمده است که این تئوری شامل یک پارامتر مقیاس طول می باشد. دما در صفحه ی ورق ثابت فرض شده است و فقط در راستای ضخامت تغییر می کند. خواص مواد وابسته به دما فرض شده است و به طور پیوسته در راستای ضخامت بر اساس قانون پراکندگی قدرت در عبارات حجم شکست عناصر تشکیل دهنده تغییر می کند. در نهایت، تاثیر پارامتر های گوناگون از قبیل: اندیس توانی، نسبت طول به عرض (a/b)، نسبت طول به ضخامت (a/h) و پارامتر مقیاس طول بر بار بحرانی کمانش بی بعد میکرو ورق تابعی مدرج مستطیلی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: ریلی ریتز، کمانش، میکرو صفحه تابعی مدرج، اندیس توانی، تئوری های تغییر شکل برشی نمایی
  • فرزاد بازدیدی تهرانی*، احمد کلاهدوز، محمد حاتمی صفحات 197-210
    جت مصنوعی ابزار جدیدی برای کاربردهای متنوع صنعتی به شمار می آید که به دلیل اندازه ی کوچک و نیاز نداشتن به منبع سیال خارجی مورد توجه محققان قرار گرفته است. پژوهش حاضر در راستای فهم بهتر از رفتار و مکانیزم جریان جت مصنوعی و برهم کنش آن با محیط خارجی به تحلیل میدان جریان جت مصنوعی در حضور جریان عرضی همراه با مدل سازی محرک نوسانی و هم چنین ارزیابی مدل های آشفتگی رینولدز بالا از طریق شبیه سازی عددی پرداخته است. برای این منظور از سه مدل آشفتگی "Realizable k-ε (RKE)" ، "RNG k-ε (RNG)" و "Standard k-ε (SKE)" استفاده شده است. نتایج نشان گر آن است که مدل آشفتگی "RNG k-ε" برخلاف دو مدل دیگر، قادر به پیش بینی ساختار گردابه ی تولید شده در میدان جریان می باشد. هم چنین مقایسه ی سرعت لحظه ای بی بعد شده در خروجی اوریفیس نشان داد که برخلاف مدل استاندارد، مدل های RNG و RKE در نیم سیکل مکش توانستند نقاط ماکزیمم و مینیمم نسبی را با تقریب خوبی پیش بینی کنند.
    کلیدواژگان: جت مصنوعی، محیط ساکن، جریان عرضی، مدل آشفتگی
  • مرتضی محمدی، سید حسین مظلومی*، سید مسعود حسنی، مرتضی خوشوقت علی آبادی صفحات 211-228
    افزایش انتقال حرارت همزمان با کاهش افت فشار، کاهش اندازه و حجم، موضوعی است که طی چهار دهه مورد بررسی قرار گرفته است. میکروکانال ها می توانند جریان آرام را به گونه ای در کانال ها تثبیت نمایند که ضرایب انتقال حرارت بالایی حاصل گردد. در این پژوهش از دو هندسه کلی ( مستقیم و Vشکل ) با چهار حالت متفاوت انقطاع (پیوسته، پیوسته-منقطع، منقطع خطی، منقطع غیرخطی) استفاده شده است . سیال کاری آب می باشد. اثرات هندسه ها و انقطاع پین ها در رینولدزهای مختلف (100-900) بر روی افزایش انتقال حرارت میکروکانال بررسی شد. پارامترهای مهم از قبیل عدد ناسلت، افت فشار، ضریب انتقال حرارت و ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی ارزیابی شد. شبیه سازی توسط نرم افزار فلوئنت17 انجام شد. نتایج نشان می دهند میکروکانال های منقطع سبب افزایش ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت در مقایسه با هندسه های مستقیم شده است. همچنین توزیع دمای یکنواخت تری دارند و مانع از ایجاد نقاط داغ در میکروکانال می شوند. میکروکانال های دارای پین V شکل بدلیل ایجاد اغتشاش در بالک سیال و تولید جریان های چرخشی نتایج بهتری را گزارش می دهند. از میان حالت های مختلف، حالت منقطع غیرخطی برای هر دو هندسه کلی دارای بالاترین ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی می باشد، که تقریبا 5/1 برابر حالت پایه است. سپس با تغییر سیال کاری با نانوسیال آب/Al2O3، اثرات آن مورد یررسی قرار گرفت. نانوسیال باعث افزایش ضریب عملکرد هیدرولیکی-حرارتی تا 83/1 برابر برای هندسه مستقیم منقطع غیرخطی و 77/1 برابر برای هندسه Vشکل منقطع غیرخطی نسبت به حالت پایه گردید. همچنین افزایش غلظت نانوذرات سبب بهبود عملکرد هیدرولیکی-حرارتی شد.
    کلیدواژگان: چاه حرارتی، میکروکانال، افت فشار، عدد ناسلت، نانوسیال
  • محمدحسین طالبی، ولی کلانتر*، محمدرضا نظری، هادی کارگر شریف آباد صفحات 229-238
    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیالهای مس و اکسید آهن بصورت جداگانه بررسی و سپس در شرایط مشابه تاثیر استفاده از نانوسیال هیبریدی مس/اکسیدآهن در رژیم آرام تحت شرایط شار حرارتی ثابت در جداره بصورت تجربی بررسی شده است. آزمایشها در سه کسر حجمی 1، 2 و 4 درصد حجمی و سه عدد رینولدز 600 ، 1200 و 1800 انجام و عدد ناسلت محلی اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد برای نانوسیال در حالت ساده و هیبریدی، با افزایش درصد حجمی نانوذرات و عدد رینولدز جریان، عدد ناسلت محلی افزایش می یابد. بررسی عدد ناسلت محلی برای نانوسیالهای مس، اکسیدآهن و ترکیب آنها نشان می دهد در حالت نانوسیال هیبریدی میزان افزایش عدد ناسلت محلی بیشتر از حالت نانوسیال ساده است. در حالت نانوسیال مس/آب بیشترین افزایش انتقال حرات جابجایی نسبت به آب خالص 8/7 درصد و در حالت نانوسیال هیبریدی 9/11 درصد می باشد. همچنین درصد حجمی نانوسیال هیبریدی در میزان افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی تاثیر زیادی دارد. در حالت استفاده از نانوسیال هیبریدی، در 2 درصد حجمی افزایش بیشتری نسبت به نانوسیال ساده مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی، نانوسیال، نانوسیال هیبریدی، درصدحجمی
  • نوروز محمد نوری، ستاره سخاوت*، سعید فسحت، شهاب بیانی آهنگر صفحات 239-248
    دراین مقاله اثر زبری بر کاهش نیروی اصطکاک هیدرودینامیکی سطوح ابرآبگریز بطور تجربی بررسی شده است. به این منظور، میکروکانالی طراحی و ساخته شد و سپس سطوح آن با روش های مختلف آبگریز شدند و مقدار کاهش افت فشار در جریان آرام روی آنها مورد بررسی قرارگرفت. جنس سطوح کانال ،آلومینیوم درنظر گرفته شد و 4 روش مختلف برای آزمایشات انتخاب گردید.با توجه به نتایج بدست آمده، در حالی که سطوح ابر آبگریز با زبری سلسله ایی منجر به کاهش قابل ملاحظه ا ی در اصطکاک سطحی (حدود 20%)گردید، سطح آبگریز صاف و بدون زبری کاهش قابل توجهی در نیروی مماسی نشان نداد. علاوه بر این برای مطالعه اثر روش آماده سازی ، فرآیند جوشش نیز به آماده سازی سطح اضافه شد. نتایج نشان داد که فرآیند جوشش، به عنوان بخشی از آماده سازی سطوح ابر آبگریز، ،با ایجاد زبری روی زیرلایه ها باعث افزایش دوام لایه های آبگریز و افزایش میزان کاهش نیروی نیروی پسا (تا 45%)می شود. سطوحی که با اضافه شدن فرایند جوشش آماده شدند پایداری بیشتری در برابر جریان از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: سطوح ابر آبگریز، میکرو کانال، کاهش درگ، زمان پایداری
  • مهران پارسایی، علی اکبر دهقان، محمد سفید*، آزاده جعفری، احسان ایزدپناه صفحات 249-260
    هدف از این مقاله توسعه یک الگوریتم جداسازی مرتبه بالا جهت شبیه سازی جریان چندلایه حلقه- هسته دو سیال با ویسکوزیته های مختلف درون کانال دوبعدی است. برای این شبیه سازی، معادلات جریان سیال تراکم ناپذیر (ناویر- استوکس) و معادله غلظت (کسر حجمی) حل شده اند. جریان دوفاز بر اساس تکنیک حجم سیال و با استفاده از درونیابی هارمونیک مدل شده است. معادلات به لحاظ مکانی به روش المان طیفی گسسته سازی شده اند و برای انتگرال گیری زمانی نیز از روش آدامز- بشفورث استفاده شده است. طرح تصحیح سرعت به عنوان یک الگوریتم مرتبه بالا برای جداکردن متغیرها در اینجا توسعه داده شده است. برای اعتبار سنجی، نتایج عددی با حل تحلیلی جریان توسعه یافته مقایسه شده اند. این مقایسه شامل بررسی توزیع سرعت و گرادیان فشار است. همچنین درجه دقت روش عددی به لحاظ مکانی و زمانی مورد ارزیابی قرار گرفته است. شکل جریان حلقه- هسته به ازای تغییر پارامترهای گوناگون بررسی شده و با نتایج آزمایشگاهی و عددی مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد که ضخامت ورودی هسته و عدد رینولدز دو پارامتر مهم در تعیین الگوی جریان حلقه- هسته می باشند.
    کلیدواژگان: جریان چندلایه حلقه- هسته، روش المان طیفی، جریان درون کانال، شبیه سازی عددی
  • سیدعلی خادم، علی جلالی*، مطهره نجف پور صفحات 261-271
    هدف اصلی این مقاله مطالعه مشخصه جریان نویز در یک شیر زاویه ای فشار بالا و یافتن راه حل هایی برای کنترل نویز، مبتنی بر تحلیل های دینامیک سیالاتی می باشد. مدل سازی های عددی می توانند روشی موثر و کارگشا در زمینه محاسبات جریان سیال قرار گیرند. از آن جمله مدل ویلیامز و هاوکینگز روش مناسبی برای به دست آوردن سیگنال های صوتی، کاربردی است. تجزیه و تحلیل ها درباره نویز نشان می دهد که قفسه سوراخ دار می تواند به طور موثری به کاهش نویز کمک کند. همچنین مشخص است که فشار ورودی سیال تاثیر بسیاری بر سطح فشار صوت دارد. فشار ورودی بالاتر باعث افزایش سطح فشار صوت در فرکانس بالا خواهد شد. وقتی حداکثر ماخ به 1 نزدیک باشد، سطح فشار صوت در فرکانس پایین بسیار بالا می رود. لذا بدین ترتیب با استفاده از شبیه سازی عددی جریان توسط نرم افزار انسیس فلوئنت تغییرات شدت آشفتگی جریان و همچنین تغییرات فرکانس در نویزهای مختلف بررسی شده است. برای این شبیه سازی از مدل سازی یک شیر زاویه ای 2 اینچی با سیال بخار آب استفاده شده که در دو قفسه ساده و سوراخ دار مورد تحلیل قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: شیرهای زاویه ای، شبیه سازی، تحلیل صوت
  • علیرضا شهریاری، نبی جهانتیغ* صفحات 273-286
    در این مقاله، تاثیر زبری های یکنواخت سینوسی بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالها در محفظه بسته به روش شبکه بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. دیواره های جانبی چپ و راست محفظه دارای زیری های یکنواخت سینوسی بوده و به ترتیب در دماهای گرم و سرد قرار گرفته اند. تقریب بوزینسک که برای تغییرات جزئی چگالی استفاده شده است، باعث تاثیرپذیری میدان های هیدرودینامیکی و حرارتی از همدیگر می گردد. ویسکوزیته و هدایت حرارتی موثر نانوسیال با مدل KKL محاسبه شده است که تاثیر حرکت براونی ذرات را لحاظ می کند. برای توابع توزیع سرعت و دما، مدل شبکه D2Q9 بکار رفته و از یک کد به زبان فرترن استفاده شده است. اثر تغییر پارامترهایی نظیر عدد رایلی، محل قرارگیری زبری ها، تعداد زبری ها، دامنه بی بعد زبری ها و کسر حجمی ها مختلف از نانوسیال آب-اکسید آلومینیم بر روی میدان های جریان و دما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که افزایش عدد رایلی و افزایش کسر حجمی، انتقال حرارت را افزایش می دهند اما افزایش تعداد و دامنه بی بعد زبری ها سینوسی یکنواخت عدد ناسلت میانگین را کاهش می دهند. نرخ افزایش و کاهش عدد ناسلت میانگین نیز تابع محل قرارگیری زبری ها سینوسی است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، زبری سینوسی یکنواخت، جابجایی طبیعی، روش شبکه بولتزمن، حرکت براونی
|
  • A. Attar, M. Tahmasebipour *, M. Dehghan Pages 1-9
    Achieving to the higher out-of-plane displacement for a piezoelectric microcantilever enhances sensitivity and accuracy of the related microsensors and causes increase in displacement and performance of the related microactuators. In this paper, out-of-plane displacement of a piezoelectric microcantilever with T-Shaped cross section has been modeled using finite element method. With the aim of increase in out-of-plane displacement of this microcantilever, effect of the geometrical parameters on the out-of-plane displacement of the microcantilever has been investigated using the Taguchi method. Optimum levels of the piezoelectric microcantilever geometrical parameters to achieve the maximum out-of-plane displacement were obtained using analysis of the signal to noise ratios and order of the effect importance of geometrical parameters on the out-of-plane displacement was specified using analysis of variance (ANOVA). Among the studied parameters, length of the microcantilever (L) has the most influence on the out-of-plane displacement. The higher the length of the microcantilever,the more the out-of-plane displacement. Then, beam web depth (h) has the most effect on the out-of-plane displacement of the microcantilever. The less the web depth, the more the out-of-plane displacement of the microcantilever. Using optimum levels of the geometrical parameters, out-of-plane displacement of 296.3 µm was obtained that is about 2.3 times of the result of the latest research conducted in this field.
    Keywords: Microcantilever, Piezoelectric, Out of plane displacement, Finite Element Analysis
  • P. Tooranjipour, A. Khosravifard *, R. Vatankhah Pages 11-25
    Dynamic behavior of continuous systems, such as beams and plates under the application of moving concentrated loads, is an important issue in engineering. In this study, a meshfree method is presented for the analysis of the dynamic response of thick plates under the influence of concentrated moving loads. The displacement field is based on the third-order shear deformation theory. In this numerical method, the field variables are interpolated only by using nodes distributed purposively in the computational domain. Since there is no conectivity between the nodes, it is possible to add nodes in the areas of application of the force. Another feature of the proposed method is the use of the radial point interpolation method (RPIM) shape functions which possess the Kronecker delta function property and therefore satisfies the essential boundary conditions easily. Also, due to the high density of nodal points in the vicinity of the point of application of the load, the background decomposition method (BDM) is used in order to achieve a high accuracy with appropriate speed. In this paper, nodes are re-arranged in the path of the moving load adaptively which leads to high accuracy and speed of the final solution. To validate the proposed method, the obtained results are compared with the analytical solutions.
    Keywords: Adaptive re-arrangement of nodes, Meshfree method, Moving load, Thick plates, Background decomposition method
  • M. Soleymani, M. Tahani *, P. Zamani Pages 27-38
    Resin pocket area is a common defect in manufactruring of sandwich composite using vacuum infusion process (VIP). In this paper, a numerical study is performed on crack growth behavior and failure modes of a sandwich composite wind turbine blade by means of extended finite element method (XFEM) and considering virtual crack closure technique (VCCT). The effect of resin pocket area on crack growth is investigated by considering different sizes for this area. Results of numerical analysis have shown that crack growth in the specimen initiates in foam core under loading nose and propagates through the middle of foam core and decreases its angle and grows towards the tapered area until it reaches to the core-face interface. Calculation of stress intensity factors (SIFs) has shown that first and second fracture modes are dominant modes in crack initiation and propagation steps, respectively. It is also observed that small and average sizes of resin pocket area in sandwich composite specimens delays the damage propagation and large resin pocket area accelerates damage progress. Finally, numerical and experimental results of crack growth path and load-displacement behavior of four-point bending test have shown a good accordance.
    Keywords: Crack Growth, Wind Turbine Blade, Extended Finite Element Method, Virtual Crack Closure Technique, Four Point Bending
  • M. J. Akbari, Sayyed R. Kazemi * Pages 39-51
    One of the main problems in the classical methods for analyzing crack is a discontinuity in materials and specific conditions at the crack tip. Peridynamic theory , which has been introduced in recent years, could be used to improve the analysis of cracked structures. In this theory, the points of a body whose displacement or displacement derivatives are discontinuous are not distinguished from other material points. In this paper, using the bond-based peridynamic theory, the crack growth in a beam with initial crack under the impact load has been investigated. The governing equation is developed and solved using Peridynamic theory and the results are validated using other investigations. Two models for the initial crack definition and two projectile shapes have been considered and in addition the effect of some peridynamic parameters on the results has been studied. The results demonstrate the ability of the peridynamic theory to model the crack growth in the studied problems.
    Keywords: Peridynamic, Impact, Crack, Beam
  • B. Karimi Ferezghi *, R. Naderi Pages 53-66
    Explosion problems can be examined in different environments. Due to the lesser-known nature of soil types and extent of the equations of state,explosion problems need careful analysis.Because of difficulties in laboratory explosion modeling, numerical models use to analyze this phenomenon Using the SPH methodology avoids the disadvantages of traditional numerical methods in treating large diformations in the extremely transient explosion process. Since explosion crater in the soil is an important problem and most of the studies are experimental, In this article it is tried to investigate the craters diameter and height caused by the different amounts of explosives. The model is programmed with Fortran language and smooth particle hydrodynamics,SPH, the craters, pressure caused by the explosion in the soil and the soil surface changes are also studied. To validate the model, the results of a laboratory study were used and it is shown that they are consistent with the numerical results of this study.Finally,craters in a two layer soil is studied.This program can be used for modeling of soil explosion and craters.
    Keywords: soil Explosion, craters, Numerical Modeling, SPH, Fortran Programming
  • H. Makvandi, Sh. Moradi *, D. Poorveis, K. Heidari Shirazi Pages 67-83
    Vibration of postbuckled cracked plate has been investigated using the differential quadrature element method. The crack modeled as an open crack using a no-mass linear spring. The governing equations of vibration of a buckled cracked plate are derived using the Mindlin theory and considering the effect of initial imperfection. The answer consist of static and dynamic parts. First, differential equations are discretized using the differential quadrature element method and then the resulting nonlinear algebraic equations are solved using the arc-length strategy. Then, assuming small amplitude vibrations of the plate about its buckled state and exploiting the static solution in the linearized vibration equations, the dynamic equations are converted to a non-standard eigenvalue problem. Finally, natural frequencies and mode shapes of the buckled cracked plate are obtained solving the eigenvalue problem. The accuracy of the proposed approach is verified using the results obtained by an experimental setup and those obtained by the finite element method. Moreover, several case studies of buckled cracked plates have been solved and effects of selected parameters have been studied.
    Keywords: Vibration, Postbuckling, Crack, Differential Quadrature Element Method
  • V. Abedini *, M. Aghaee Attar, P. Tamimi Pages 85-96
    Friction stir welding (FSW) process is a method for joining the aluminum alloys. Nowadays, it is considered to form the blanks fabricated by this method. Single point incremental forming (SPIF) is used to manufacture complex shapes with high depth which is not possible with traditional methods. SPIF is a flexible method for low production or manufacturing a prototype model. In this paper, experiments are performed on the blanks fabricated by FSW process to study the effect of the SPIF parameters. The first step conducted to investigate the influence of rotational speed and feed rate of friction stir welding process on mechanical properties of AA 6061-T6. The output of this step is the appropriate samples for next step. In the next step, the effect of the lubrication, rotational speed, feed rate and tool trajectory has been studied on thickness reduction (thinning), surface roughness and formability. The results show the lubricant and tool trajectory increase the depth of formation up to 1.6 times. Also, these two parameters improve the effects of thickness reduction and surface quality.
    Keywords: Friction stir welding, Formability, Single point incremental forming, Surface roughness, thickness reduction
  • A. Rahi *, A. Fallah Pages 97-109
    In order to avoid flutter phenomena in blades of a turbine stage, the blades have not been made equal and they have some differences in their masses and stiffness. These small differences are called mistuning. In this study, the effect of the mistuning on vibration response of blades connecting with two lacing wires is studied. First, the system has modeled by mass-spring-damper and then the governing equations are derived. After that, the vibration response of the mistuned system is compared with the vibration response of the tuned system in the different type of blades numbers connection. The vibration response of the mistuned system is also investigated when all of the blades are connected. The results show that a small change in the stiffness of the tuned system causes the vibration amplitude of some of the blades of the system to change considerably in some of the blades connection arrangements. For example, it can be seen that the mistuning up to about 0.5 percent, in the case of connecting eight blades to each other in a row of turbine blades, increases about 11 percent the amplitude of vibration response of the system.
  • I. Rajabi *, M. Molla, Alipour Pages 111-127
    An analytical solution procedure based on the power series method is developed for analysis of FG rectangular plates. For the first time, a system of five second order coupled partial differential equations is solved as general form by using power-series solution. Most of presented analytical solutions for analysis of the rectangular plates can be applied for plates with specific load and edge conditions. Based on the developed analytical method in the present paper, plates under various boundary conditions, various transverse and shear loads and plates rested on non-uniform two-parameter elastic foundation can be analyzed. Firstly, a sensitivity analysis regarding the number of terms of the series solution is performed as convergence criterion. Then, the obtained results are compared with the presented results by other researchers. Finally, effects of various parameters are examined as 3D figures. This study shows that the developed method has very good accuracy and can be applied for analysis of various plates. Also, it can be seen that results can be obtained as a function of various parameters, so the presented analytical solution can be easilyapplied for analysis of the various parameters
    Keywords: FGM plate, Non-uniform loads, Shear traction, Analytical solution, Elastic foundation
  • M. Zahedinia, R. Hosseini *, H. Khodarahmi, M. Zia Shamami Pages 129-142
    Research in field of explosions effects on hybrid and composite structures is expanding. One of the loads that defense structures needs to withstand and not lose their performance is the explosion wave. In this thesis, using hand layup glass / epoxy composite plate, fiber-metal laminates optimized for the best resistance to explosive load were made. Then, mechanical properties were obtained using standard tensile tests for composites. The explosion test was carried out using a Shock tube machine. Finally, the results of the empirical test were compared with the numerical simulation of these plates by the finite element software. It was found that experimental and numerical results are in good agreement. At the end, the results of the experimental test and finite element simulation were compared and it was observed that a good match between the results was observed. The results of the experiments have shown that these plates do not even in loading less than 10 grams of C4 (equivalent to a pressure of 28 MPa) inside the shuck tube, and they are delaminated and in Loading 20 grams ruptured. In all experiments, it can be seen that the back aluminum plate, due to the reflection of the compressive wave that converts to the tensile wave, is removed from the panel and deforms the plastic And makes the composite less damaged.
    Keywords: Fiber-metal laminates, Explosion, Deformation of Plates, Shock tube
  • E. Barati *, M. A. Vaziri, M. H. Yazdani Pages 143-152
    In this paper, fatigue analysis and life estimation in the bracket of an airplane emergency exit door was investigated. The design and static analysis of door has already been carried out. The critical parts of door structure were selected based on static stress analysis and principal structural elements criteria. The bracket is one of 4 critical parts of door, selected due to those criteria. The stress spectrum on the bracket was obtained from airplane flight profiles and the loads of door existing in the flight envelope. By using the rain flow cycle counting algorithm, the fatigue life of bracket has been calculated. Two codes were developed by using Matlab software. One code was obtained the stress spectrum in a flight block and another code was count the stress cycle based on the rain flow method. The results were shown that bracket was safe at flight envelope. Finally, some fatigue tests has been carried out on the bracket and good agreement was found in the results evaluated numerically and that obtained experimentally.
    Keywords: Door bracket, Fatigue analysis, stress spectrum, critical parts, mission profile
  • M. Jafari, Baghjeghaz, R. Eslami, Farsani *, H. Ebrahimnezhad, Khaljiri Pages 153-164
    In this research, the compression properties of fiber-metal laminates including 2024-T3 aluminum sheet and composite of epoxy reinforced by the hybrid of Jute-glass fibers were investigated. In order to to improve the adhesion of aluminum sheets with reinforcement fibers, chemical etching was used for surface modification of this sheets. Also to improve the mechanical properties and adhesion behavior of jute fibers, alkali surface modification was performed and verified by Fourier transform infrared spectroscopy. Samples with eight different stacking sequence of jute-glass fibers were made by hand-laying up technique. Edgewise compression was performed and the maximum applied loading, compression strength, absorbed energy during failure and specific absorbed energy were calculated. Three failure modes including, buckling and debonding one of the facing metals from the fiber, columnar collapse with facing buckling in opposite directions and Euler buckling mode were observed. According to the comparison of the failure modes and the results of the edgewise compression test, it was found that Euler's buckling mode is the most favorable failure mode. Also, investigating the force-displacement and failure modes of the samples showed that hybrid sample with ordering of glass-jute-glass-jute-glass fibers has the highest compressive strength (102.1 MPa) and specific absorbed energy (1123.6 kJ/kg) and it failure (Euler Bucking mode) is multi-step and controlled.
    Keywords: Fiber-metal laminates, Jute Fibers, Surface Modification, Edgewise Compression Test
  • Ali Ebrahimi Mamaghani, Hoda Sarparast * Pages 165-177
    In this paper, we investigate the vibrational behavior of a double-beam doubly clamped beam subjected to the harmonic external load with different amplitudes using a passive absorber. This system actually provides a simple and localized model of marine structures stimulated by external fluid. For modeling of the beam, the Euler-Bernoulli theory and for modeling of nonlinear energy sink, nonlinear springs and linear dampers have been used. The system response is obtained by two analytical methods (complexification averaging method) and numerical (fourth order Rang-Kuta method) and accordingly, the proper range of system and absorber’s parameters are extracted to optimally reduce vibrations. In addition, the effects of system damping, the effect of higher modes, quasi-periodic response regions and instability conditions on the relative displacement and center of mass of the system response are investigated. The results showed that the load thresholds for the occurrence of various phenomena such as the detached resonance frequency region and the Hapf and saddle node bifurcations, the probability of occurrence of the jump phenomenon in the system and the nonlinear adsorbent efficiency will change with the change of the adsorbent location.
    Keywords: Doubly Clamped Beam, Passive Absorber, Nonlinear Vibration, Bifurcations, Jump
  • K. Khorshidi *, M. Ghasemi, A. Fallah Pages 179-196
    The aim of this paper is to study the buckling analysis of power law functionally graded rectangular microplates. The modified couple stress theory based on the exponential shear deformation theory has been used to obtain the dimensionless critical buckling load of the functionally graded microplate. In exponential shear deformation theory, exponential functions are used in term of thickness coordinate to include the effect of transverse shear deformation and rotary inertia. To obtain the critical buckling loads for all boundary conditions, the equations of motion are obtained using Rayleigh–Ritz method based on the modified couple stress theory that the this theory contains only one material length scale parameter. The temperature is assumed to be constant in the plane of the plate and to vary in the thickness direction. Material properties are assumed to be temperature dependent and vary continuously through the thickness according to a power law distribution in term of the volume fraction of the constituents. Finally, the effect of various parameters such as n Power Law indexes, aspect ratio (a/b), length to thickness ratio and the length scale parameter on the non-dimensional critical buckling load of rectangular FG micro nano-plates are presented.
    Keywords: Rayleigh–Ritz, Buckling, Functionally graded microplate, Power law indexes, Exponential shear deformation plate theory
  • F. Bazdidi, Tehrani *, A. Kolahdooz, M. Hatami Pages 197-210
    Synthetic jet is a novel means for various industrial applications and has received a lot of attention by researchers because of its small size and zero-net mass flux (ZNMF) characteristic. The aim of the present study is to investigate the flow field of the synthetic jet in the presence of the crossflow in order to gain a better understanding of the flow mechanism and also assessing high Reynolds turbulence models. For this purpose, three high Reynolds turbulence models (Realizable k-ε(RKE), RNG k-ε(RNG) and Standard k-ε(SKE)) are applied. The results show that contrary to Standard k-ε and Realizable k-ε turbulence model, RNG k-ε model is capable of capturing the vortical structures generated in the flow field. Furthermore, comparison of the normalized instantaneous velocity magnitude at the orifice exit confirmed that unlike the standard model, RNG and RKE showed a better prediction of relative maximum and minimum peaks in the suction cycle.
    Keywords: Synthetic jet, quiescent medium, crossflow, turbulence model
  • M. Mohammadi, S. H. Mazloumi *, S.M. Hassani, M. Khoshvaght, Aliabadi Pages 211-228
    Increasing heat transfer with decreasing pressure drop and reducing size of heat transfer system is of subjects studied over four decades. Generally, microchannels can stabilize the laminar flow in channels so that high heat transfer coefficients can be obtained. In this research, two general geometries (Straight and V-shaped) with four different types of interruption (Integral, Integral-Interrupted, Interrupted-Inline, Interrupted-Staggered) are studied. Water as working fluid is considered. The effects of geometries and pin-fins interruption on performance enhancement of microchannel heat sinks were investigated at various Reynolds number (100-900). Important parameters such as base temperature, Nusselt number, pressure drop, heat transfer coefficient and hydrothermal performance factor were evaluated. The simulations have been carried out using Fluent 17 software. The results show that interrupted microchannels improve the heat transfer coefficient and Nusselt number compared to integral microchannels. They also generate a more uniform temperature distribution without hot spots in the microchannel. Microchannels with a V-shaped pin report better results due to turbulence in the bulk flow and the generation of vortex. Through different configurations, the Interrupted-Staggered configuration for both straight and V-shaped geometries shows the highest hydrothermal performance factor with increase of about 1.5 times in comparison to the Straight-Integral model. Then, by changing the working fluid with water/Al2O3 nanofluid, its effect was studied. Nanoparticles increased the hydrothermal performance factor approximately 1.83 times in the case of Straight, Interrupted-Staggered and about 1.77 times in the case of V-shaped, Interrupted-Staggered. Increasing the concentration of nanoparticles also improved the hydrothermal performance.
    Keywords: Heat sink, Microchannel, Pressure drop, Nusselt number, Nanofluid
  • M. Hossein Talebi, V. Kalantar *, M. R. Nazari, H. Kargarsharifabad Pages 229-238
    In this paper the forced convection of Cu and Fe3O4 and Cu/Fe3O4 hybrid nanofluid in the laminar regime under constant heat flux codition is investigated experimentally. Experiments are carried out in three volume fractions of 1, 2, 4 % and three Re number of 600, 1200 and 1800, and local Nusselt number is measured. The results show that for nanofluid in simple and hybrid mode, with increasing the volume fraction of nanoparticles and Re number, the heat transfer coefficient is increased. results revealed that the heat transfer rate is augmented for both cases of simple and hybrid nanofluids with a rise in the particle volume fractions or the Re number. In addition, the comparison of the experimental data of Cu, Fe3O4 and hybrid nanofluids indicated that the heat transfer enhancement is more remarkable in the case of hybrid nanofluid. In the case of Cu/Water nanofluid, the greatest increase in the heat transfer vs. pure Water is 7.8% and in the hybrid nanofluid 11.9%. Also, the volume fraction of hybrid nanofluids is very effective in increasing the coefficient of heat transfer, so that in a 2% volume state, an increase is observed over other simple nanofluid volumetric fraction.
    Keywords: convective heat transfer, Nanofluid, hybrid nanofluid, particle volume fraction
  • N. M. Nouri, S. Sekhavat *, S. Foshat, Sh. Bayani Ahangar Pages 239-248
    In this paper the effect of roughness on hydrodynamical friction reduction of superhydrophobic surfaces were studied. For this purpose, different non-wettable microchannel with various processing method was fabricated and then the amount of drag reduction in laminar flow was investigated on them. The surfaces were from Aluminum and the four different methods were used to fabricate superhydrophobic surfaces. According to the results, whereas superhydropobic surfaces with hierarchical roughness could lead to a significant skin friction reduction (about 20 %), non-wettable smooth surface did not show a tangible reduction in drag force. Beside this for study the effect of preprocessing method the boiling process was added to the fabrication method. the results indicated that boiling process alongside roughening the substrates as a part of preparation of superhydrophobic surfaces intensified durability of the coated layer and drag reduction (up to 45 %). In addition surfaces which was prepared by adding boiling process were more stable in flow field.
    Keywords: superhydrophobic surfaces, Microchannel, drag reduction, durability
  • M. Parsaei, A. A. Dehghan, M. Sefid *, A. Jafari, E. Izadpanah Pages 249-260
    The aim of this article is to develop a high order splitting scheme for the simulation of multi- layer core- annular flow of two fluids with different viscosities inside the two-dimensional channel. For this simulation, the incompressible fluids flow equations (Navier- Stokes) and concentration (volume fraction) equation are solved. The two-phase flow is modeled by the volume of fluid technique and with harmonic interpolation. The spectral element method is used for the spatial discretization and Adams- Bashforth method is adopted for the time integration. Velocity correction scheme is developed here as a high order splitting scheme for the coupling issue. To validate the numerical results they are compared with the analytic solution of fully developed flow. This comparison includes outflow velocity profile and pressure gradient. Also, the accuracy of numerical method has been investigated spatially and temporally. The form of core- annular flow has been investigated for various parameters and the results have been compared with experimental and other numerical works. Investigations show that the Reynolds number and core inlet thickness are two important parameters on the pattern of core- annular flow.
    Keywords: Multi- Layer Core- Annular Flow, Spectral Element Method, Channel Flow, Numerical Simulation
  • Sayyed A. Khadem, A. Jalali *, M. Najafpoor Pages 261-271
    The main objective of this paper is to study the characteristics of flow-induced noise in high pressure reducing valve (HPRV) and to provide some guidance for noise control. Based on computational fluid dynamics (CFD), numerical method was used to compute flow field. Ffowcs Williams and Hawkings Model was applied to obtain acoustic signals. The unsteady flow field shows that noise sources are located at the bottom of plug for valve without perforated plate, and noise sources are behind the plate for valve with perforated plate. Inlet pressure has great effects on sound pressure level (SPL). The higher inlet pressure will lead to larger SPL at high frequency. When the maximum Mach is close to 1, SPL at low frequency becomes very high. Therefore the advantage Ansys Fluent on Numerical Simulation Method have been used and variations in the intensity of current turbulency and frequency variations in different noise have been studied. For this simulation via an angle globe valve with two inch size has been used with a water vapor that is analyzed in two cage in simple & perforated Cage.
    Keywords: Angle Valve, CFD Simulation, Noise Analysis
  • A.R. Shahriari, N. Jahantigh * Pages 273-286
    In this paper, the effect of uniform sinusoidal roughness elements on natural convection heat transfer of nanofluids within an enclosed cavity is studied by adopting the lattice Boltzmann Model. The uniform sinusoidal roughness elements are presented on the vertical walls, while the Right and left walls are kept at hot and cold constant temperatures, respectively. The variation of density is slight thus; hydrodynamics and thermal fields equations are coupled using the Boussinesq approximation. Effective viscosity and thermal conductivity of nanofluid are obtained using KKL model implementing Brownian motion of nanoparticles. The velocity and temperature distribution are both solved by D2Q9 scheme by using a Fortran code. The study have been carried out for Rayleigh number, location of roughness elements, frequency of roughness elements, dimensionless amplitude of uniform sinusoidal roughness elements and various volume fractions of Al2O3 nanoparticles in the base water fluid. Results show that the heat transfer increases with the increment of Rayleigh number and nanoparticles volume fractions, but Nusselt number decreases by the increment of the frequency of roughness elements and dimensionless amplitude of uniform sinusoidal roughness elements. The rate of increase or decrease of Nusselt number is a function of roughness elements locations.
    Keywords: Nanofluid, Uniform Sinusoidal Roughness, Natural Convection, Lattice Boltzmann Method, Brownian motion