فهرست مطالب

Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering - Volume:8 Issue: 4, 2016

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:8 Issue: 4, 2016

  • تاریخ انتشار: 1395/01/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهرنوش دمیرچلی* صفحات 221-237
    در این مقاله دینامیک غیر خطی میکروسکوپ نیروی اتمی مستطیلی با مدل تیر تیموشنکو با در نظر گرفتن اثر پارامترهای هندسی مانند طول، عرض، ضخامت تیرک، ارتفاع نوک تیرک و زاویه قرارگیری تیرک نسبت به نمونه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مبین آن هستند که فرکانس تشدید، دامنه ارتعاش و فاز پاسخ بسیار حساس به تغییرات پارامترهای هندسی هستند. سپس به منظور بهبود رفتار سیستم و بهینه سازی آن تحلیل حساسیت پارامترهای هندسی سیستم بر روی فرکانس تشدید و دامنه ارتعاش تغییر مکان عمودی مربوط به مود اول به روش سوبول انجام شده است. از آنجا که وضوح تصاویر گرفته شده از نمونه ها و تقریب خواص رابطه مستقیمی با حساسیت فرکانسی میکروسکوپ نیروی اتمی دارند، نتایج این مقاله می توانند راهنمای خوبی جهت انتخاب بهترین تیرک به منظور رسیدن به بهترین وضوح تصویر برای نمونه های نرم بیولوژیکی در محیط مایع باشند. همچنین یکی از روش های بالا بردن سرعت عکسبرداری در محیط مایع استفاده از تیرکهای کوتاه است و برای مدل سازی تیرکهای کوتاه، مدل تیر تیموشنکو از مدلهای دیگر مانند تیر اویلر برنولی بسیار دقیق تر به نظر می رسد زیرا در مدل تیر تیموشنکو اثر تغییر شکل برشی و اینرسی چرخشی در نظر گرفته می شود و در این مقاله از این مدل برای رسیدن به نتایجی دقیق تر استفاده شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل حساسیت، پارامترهای هندسی تیرک، مدل تیر تیموشنکو، محیط مایع، روش سوبول و مود ضربه ای
  • شهاب صفاری، محمد هاشمیان* صفحات 239-250
    این مقاله به بررسی رفتار پایداری دینامیکی نانوتیر ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت بار دینامیکی وگرادیان حرارتی می پردازد. نانوتیر در محیط پاسترناک بوده و برای مدل سازی آن از تئوری تیر تیموشنکو استفاده شده است. خواص مواد از قبیل مدول یانگ، نسبت پواسون، چگالی، تنش پسماندسطح، مدول برشی ومدول سطح به صورت تابع توانی در نظر گرفته شده اند. همچنین در این روش اثرات سطح بر روی حجم نیز در نظر گرفته شده است. با استفاده از اصل همیلتون وتئوری ارینگن معادلات حرکت برای نانوتیر باتکیه گاه ساده استخراج شده است. سپس باربحرانی وفرکانس طبیعی تعیین گردیده ودر نهایت نواحی ناپایداری دینامیکی رسم شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش پارامترهای اثر مقیاس کوچک، تنش پسماند سطح، نسبت طول به ضخامت و باراستاتیکی، ناحیه ناپایداری دینامیکی به سمت فرکانس تحریک کمتر باعرض کمتر حرکت می نماید. در حالی که با افزایش ثابت محیط، فرکانس تحریک افزایش می یابد. همچنین تغییرات ناحیه ناپایداری دینامیکی در دوحالت دما بالا ودما پایین موردبررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: پایداری دینامیکی، موادمدرج تابعی، تیموشنکو، نانوتیر، اثرسطح
  • مجتبی رضایی*، احمد محمودی، ابوذر اسحقی اسکویی، رضا حسینی ثانی صفحات 251-260
    با توجه به شرایط جغرافیایی و اقلیمی بعضی از مناطق کوهستانی که اغلب پوشیده از برف و یخ می باشند راه های مواسلاتی به مناطق روستایی و بویژه پایگاه های مرزی نا مناسب بوده و رفت وآمد و وسایط نقلیه و نیز حمل ونقل تجهیزات و نفرات به سختی انجام می پذیرد. جهت حل این مشکل و کمک به تسهیل رفت و آمد، می توان پدهایی طراحی نمود که بر روی بستر این مسیرها قرارگرفته و بعنوان نوعی جاده پوششی مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله نوعی پروفیل آلومینیومی فرم داده شده بصورت دهانه های ناودانی شکل جهت استفاده بعنوان پد قابل حمل جهت پوشش جاده، طراحی و تحلیل شده و بارهای وارده از طرف یک خودرو تویوتا هایلوکس با بار حدود 3 تن شبه سازی می شود. حداکثر تنش های اعمالی بر اساس پارامترهای هندسی پد از قبیل دهانه کانال، فاصله دهانه و زوایای فرم دهی مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ماده قابل حمل، پروفیل آلومینیومی، دهانه کانال، زاویه پد
  • جواد اشکبوس اصفهانی*، شاهرخ شجاعیان صفحات 261-274
    از جمله کاربردهای فیبر نوری که در اواخر قرن بیستم بعنوان یک فناوری روشنایی متداول شده کاربرد آن در سیستم های روشنایی می باشد. در این مقاله، در راستای همین کاربرد، کاهش انرژی مصرفی بکمک انتقال نور خورشید از بام ساختمان تا یک محل مورد نظر با رعایت استانداردهای مربوطه بررسی شده و طرحی اجرایی برای آن پیاده سازی شده است. اهداف اصلی مقاله عبارتند از:1- صرفه جویی در مصرف انرژی
    2- انطباق روشنایی محیط با نیازهای روحی و روانی انسان و محیط زیست
    3- بستر سازی جهت تولید انبوه و ایجاد زمینه های درآمدی آتی برای دانشگاه
    در مقاله حاضر علاوه بر نحوه ی متمرکز کردن نور برای ایجاد چگالی بیشتر، تحقیقاتی هم در مورد نحوه انتقال نور توسط فیبر نوری انجام شد و از آنجا که در این مورد مدل ریاضی لازم هنوز تدوین نشده از آزمایش های عملی و تحلیل آماری نتایج در این تحقیق استفاده گردید. با استفاده از چندین عدسی و چند مدل فیبر نوری و یک دستگاه کنترل موقعیت (که بطور خاص برای این مقاله ساخته شده بود)، آزمایشهای متعددی انجام شد و مقادیر شدت روشنایی حاصله توسط لوکس متر اندازه گیری گردید و پس از آن نتایج توسط نرم افزار آماری 17 SPSS V. تحلیل گردید. در انتها براساس نتایج اخیر بهترین نوع عدسی و فیبر به همراه روش سرراستی برای طراحی روشنایی یک اتاق نوعی با این روش ارائه گردید.
    کلیدواژگان: بهینه سازی مصرف انرژی، انتقال نور، فیبر نوری
  • میثم رستمی، مجتبی حسنلو*، مصطفی سیاوشی صفحات 275-293
    قابلیت جذب انرژی سازه های جدار نازک با مقاطع مختلف همواره مورد توجه محققان بوده است. این سازه ها بعنوان جاذب های انرژی در صنایع مختلف از جمله اتومبیل سازی و هوافضا مورد استفاده وسیعی قرار می گیرند و سبب حفاظت از سرنشینان و محوله ها در حین برخورد می شوند. در این مقاله رفتار مکانیکی سازه های جدار نازک از جنس آلومینیوم با فوم پرکننده پلی یورتان و بدون فوم تحت بارگذاری محوری ضربه ای بررسی شده است. سازه ها از نوع خیلی نازک می باشند بطوریکه برای نمونه استوانه ای رابطه (D/t) ≈ 550 برقرار است. تحلیل اجزا محدود و شبیه سازی توسط نرم افزار LS-DYNA انجام شده است. سازه های جدار نازک دارای مقاطع دایروی، شش ضلعی و چهار ضلعی با طول، ضخامت و اندازه محیط مقطع یکسان می باشند. نتایج حاصل از پژوهش بیانگر آن است که سازه با مقطع دایروی از مقاطع چهار گوش و شش گوش انرژی بیشتری جذب می نماید در حالیکه تغییر طول کمتری را تجربه می کند. بعلاوه می توان اثرات تمرکز تنش را در کنج های مقاطع مربع و شش ضلعی بر روی جداره سازه ها مشاهده کرد. همچنین سازه با مقطع دایروی به صورت متقارن تر تحت بارگذاری دینامیکی فشرده می گردد درحالیکه سازه های جدار نازک با مقاطع شش و چهار ضلعی تمایل به کمانش دارند. در پایان نیز معماری از یک شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده است تا با کمک آن و بهره گیری از داده های LS-DYNA بتوان رفتار جذب انرژی و نیروی این سازه ها را در قالب مدلی در شبکه عصبی بیان نمود. نتایج مدل پیشنهادی در مقایسه با نتایج تحلیلی نرم افزار LS-DYNA دقت قابل قبولی داشتند.
    کلیدواژگان: سازه جدارنازک، فوم پلی یورتان، جذب انرژی، رفتار مکانیکی، شبکه عصبی، LS- DYNA
  • مصطفی مستان آبادی، علی علی جانی *، ابوالفضل درویزه، فاطمه متقیان صفحات 295-309
    در این مقاله ناپیوستگی در تیرها با استفاده از یک فنر پیچشی مدلسازی می شود که شدت این ناپیوستگی توسط میزان سفتی فنر تنظیم می گردد. با دو تحلیل فرم قوی و ضعیف به ترتیب معادله دیفرانسیل حاکم اصلاح شده و ماتریس سفتی سازه بهبود یافته برای تیرهای ناپیوسته استخراج می شوند. در فرم قوی، با در نظرگرفتن تئوری تیر اویلر-برنولی و تیموشنکو و با استفاده از دو روش تحلیل متفاوت، تاثیر تغییر شکل برشی در تیرهای دارای ناپیوستگی ارائه شده است. در این فرم، سفتی خمشی تیر ناپیوسته به کمک تابع دلتای دیراک اصلاح می شود. در فرم ضعیف، ماتریس سفتی کاهش یافته از درون معادله انرژی کرنشی استخراج که این معادله نیز به کمک سه معادله پیوستگی، سینماتیک و ساختاری ساخته می شود. فرض خطی بودن هندسه و ماده به ترتیب برای تشکیل معادلات سینماتیک و ساختاری در نظر گرفته شده است. در این فرم، شرایط پیوستگی دو بخش گسسته شده ی تیر اویلر-برنولی را به یکدیگر مربوط می کند که در آن یک تابع شکل هرمیتی بهبود یافته برای درونیابی میدان جابجایی بکار گرفته می شود. یک مثال کاربردی، مقایسه و صحت سنجی جواب های دو فرم قوی و ضعیف و همچنین رفتار استاتیکی تیر ناپیوسته را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ناپیوستگی، تیر، فرم های قوی و ضعیف، تئوری های اویلر، برنولی و تیموشنکو
|
  • M. Damircheli* Pages 221-237
    In this paper, the non-linear dynamic response of rectangular atomic force microscopy in tapping mode is considered. The effect of cantilever’s geometrical parameters (e.g., cantilever length, width, thickness, tip length and the angle between the cantilever and the sample's surface in liquid environment has been studied by taking into account the interaction forces. Results indicate that the resonant frequency, amplitude and phase are very sensitive to changes of geometrical parameters. In order to improve and optimize the system's behavior, the sensitive analysis (SA) of geometrical parameters on the first resonant frequency and amplitude of cantilever's vertical displacement has been conducted using Sobol's method. Results show that the influence of each geometrical variable on frequency response of the system can play a crucial role in designing the optimum cantilever in liquid medium for soft and sensitive biological samples. Also, one way to speed up the imaging process is to use short cantilevers. For short beams, the Timoshenko model seems to be more accurate compared to other models such as the Euler-Bernoulli. By using the Timoshenko beam model, the effects of rotational inertia and shear deformation are taken into consideration. In this paper, this model has been used to obtain more accurate results.
    Keywords: Sensitive analysis, Geometrical parameters, Timoshenko beam, Liquid environment, Sobol method
  • S. Saffari, M. Hashemian* Pages 239-250
    Based on the nonlocal Timoshenko beam theory, the dynamic stability of functionally gradded (FG) nanoeams under axial load is studied in thermal environment, with considering surface effect. It is used power law distribution for FGM and the surface stress effects are considered based on Gurtin-Murdoch continuum theory. Using Von Karman geometric nonlinearity, governing equations are derived based on Hamilton’s principle. The developed nonlocal models have the capability to interpret small scale effects. Winkler and Pasternak types elastic foundation are employed to represent the interaction of the nano FG beam and the surrounding elastic medium. A parametric study is conducted to investigate the influences of the static load factor, temperature change, nonlocal elastic parameter, slenderness ratio, surface effect and springs constant of the elastic medium on the dynamic stability characteristics of the FG beam, with simply-supported boundary conditions. It is found that the difference between instability regions predicted by local and nonlocal beam theories is significant for nanobeams with lower aspect ratios. Moreover, it is observed that in contrast to high temperature environments, at low temperatures, increasing the temperature change moves the origins of the instability regions to higher excitation frequencies and leads to further stability of the system at lower excitation frequencies, considering surface stress effect shifts the FG beam to higher frequency zone.
    Keywords: Dynamic stability, Surface stress effects, Nanobeams, Functionally graded materials
  • M. Rezaye*, A. Mahmoudi, A. Ehsaghi Oskoei, R. Husseini Sane Pages 251-260
    Due to geographic and climatic conditions in mountainous northwest area, Roads in these areas are often covered with snow, ice and mud. Hence Transportation of equipment and soldiers encounter hardship and difficulties in rural area and specially outposts. To solve these problems, it is needed to fabricate portable roadway or traction mats. These high strength mats cover surface of roads and are compatible with mentioned conditions. In this Research an Aluminum alloy profile used as a portable pad and loads was analyzed and simulated for a Toyota Hilux with 3 ton weight. In order to selection optimal geometry, relation between stress and geometric parameters such as dimension, profile channel length and forming angle of pad was investigated.Results showed that the optimal profile angel, thickness and channel length is 90°, 4 mm and 3 mm respectively.
    Keywords: Portable roadway, Aluminum profile, Profile channel, Pad angel
  • J. Ashkboos Esfahani*, S. Shojaeian Pages 261-274
    One of the recently considered applications of fiber optic, in their usage in building lighting systems. In this research, in order to reduce energy consumption, by transmission of sun light from the roof to the desired place (i.e. an office), the required standard luminance is produced. The main aims of this research are :1. Reduction of energy consumption.
    2. Making the place compatible with the human favorable mental conditions and environment.
    3. Preparing the basics of mass production of the system and economical benefits for the university
    In this research besides concentrating the sun light to magnify its density, some investigations are made for light transmission by fiber optics, because, no mathematical model was found for this per pose, practical tests are made in addition to statistical analysis.
    Using different lenses and fiber optics and a position control system (which specially designed for this research), many experiences were made and iluminances were measured by a lux meter. After that by SPSS V.17 software, the results were analyzed. Finally the best Lenz and fiber were selected and a straight forward method was presented for designing a typical office in such manner .
    Keywords: Energy Consumption, Management, Light Transmission, Fiber Optic
  • M. Rostami, M. Hasanlou*, M. Siavashi Pages 275-293
    Energy absorption capability of thin-walled structures with various cross sections has been considered by researchers up to now. These structures as energy absorbers are used widely in different industries such as automotive and aerospace and protect passengers and goods against impact. In this paper, mechanical behavior of thin-walled aluminum tubes with and without polyurethane foam filler subjected to axial impact has been investigated. The tubes are very thin so that (D/t) ≈ 550 governs for cylindrical specimen. Structure behavior was analyzed through finite element analysis by LS-DYNA. Circular, hexagonal, and square cross sections with the same length, thickness, and circumference of sections were studied. The results show that circular cross section has the highest energy absorption while experiences the lowest change in length compared to hexagonal and square cross sections. Besides, the effects of stress concentration in hexagonal and square sections can be observed on the corners of walls. Also under the dynamic loading circular structure was crushed more symmetric, while hexagonal and square structures tended to the buckling. Also an Artificial Neural Network is introduced to predict load & energy Absorption behavior. The Neural Network's data obtained from LS-DYNA. The introduced model could present acceptable results in comparison with analysis of LS-DYNA.
    Keywords: Thin Walled Structures, Polyurethane Foam, Energy Absorption, Mechanical Behavior, Neural Network, LS, DYNA
  • M. Mastan Abadi, A. Alijani*, A. Darvizeh, F. Mottaghian Pages 295-309
    In this paper, a discontinuity in beams whose intensity is adjusted by the spring stiffness factor is modeled using a torsional spring. Adapting two analyses in strong and weak forms for discontinuous beams, the improved governing differential equations and the modified stiffness matrix are derived respectively. In the strong form, two different solution methods have been presented to make an analogy between the formulation of the Euler-Bernoulli and Timoshenko theories that indicates the influence of the shear deformation in discontinuous beams. The flexural stiffness of discontinuous beams is corrected by using the Dirac’s delta function. In the weak form, the reduced stiffness matrix is derived from the strain energy equation established by the continuity, kinematics and constitutive equations. The linearity assumption of the geometry and material is considered to construct the kinematics and constitutive equations respectively. The continuity conditions mathematically connect two divided parts of the Euler-Bernoulli beam for which an improved Hermitian shape function is employed to interpolate displacement field. An application shows the comparison and validation of the results of the strong and weak forms, and also the static behavior of discontinuous beams.
    Keywords: Discontinuity, Beam, Strong, Weak Forms, Euler, Bernoulli, Timoshenko Theories