فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 153 (بهمن و اسفند 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حسن صیادی*، حمیدرضا حمرانی سالمی صفحات 3-16

    با توجه به اهمیت روزافزون انتشارات آلاینده در حمل و نقل دریایی و ضرورت کاهش مصرف سوخت کشتی ها، تلاش هایی به عمل آمده است تا این مسیله مورد توجه قرار گیرد. به تازگی، تیغه بدنه که به عنوان یک دستگاه ذخیره انرژی در ناحیه پاشنه کشتی نصب شده و مقاومت را کاهش می دهد، معرفی شده است. به علاوه، مطالعاتی بر روی استفاده از برآمدگی در لبه حمله هیدروفویل   (توبرکل) نیز از موضوعات درحال بررسی است. هدف از این مطالعه ارزیابی تاثیر تیغه بدنه با و بدون توبرکل بر ضریب مقاومت کل و ضرایب پروانه در شرایط خودرانش است، همچنین تاثیر آنها بر مصرف انرژی کشتی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که برای کشتی ای که دارای تیغه بدنه با لبه حمله صاف است، ضریب مقاومت کل 77/1%، ضریب تراست 853/2% و ضریب گشتاور 14/1% نسبت به کشتی بدون تیغه بدنه کاهش یافته است. علاوه بر این، برای کشتی ای که دارای تیغه بدنه با توبرکل های لبه حمله است، این ضرایب به ترتیب 85/1%، 488/3% و 94/1% کاهش یافته اند. علاوه بر این، مصرف انرژی در کشتی دارای تیغه بدنه با توبرکل‏ های لبه حمله نسبت به کشتی دارای تیغه بدنه معمولی 789/% کاهش یافته است.

  • محمد علیزاده، محمدرضا عصاری، میلاد ستاره *، حسن بصیرت تبریزی صفحات 17-26

    در این پژوهش از ماده متخلخل پشم بر روی پله های یک آب شیرین خورشیدی پله ای استفاده شده و اثر ضخامت ماده متخلخل پشم بر روی بازده انرژی و اگزرژی، میزان تولید آب شیرین و دماهای فضای داخل و پله های آب شیرین کن به صورت تجربی مطالعه می شود. آزمایش ها با ماده متخلخل با ضخامت 4، 6، 8 و 12 میلیمتر و بدون ماده متخلخل انجام شده اند. نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان می دهد که میزان تشعشع بر تولید آب شیرین تاثیر گذار بوده و ماده متخلخل پشم بر روی پله های آب شیرین کن، علاوه بر تاثیر گذاری بر دماهای فضای داخلی آب شیرین کن و پله ها، تولید آب شیرین و بازده بالاتری نسبت به آب شیرین کن بدون ماده متخلخل دارد. به عنوان مثال، تولید آب شیرین و بازده آب شیرین کن با محیط متخلخل پشم با ضخامت 12 میلی متر نسبت به آب شیرین کن بدون محیط متخلخل به ترتیب 35/0 لیتر و 08/7 درصد بیشتر می باشد.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن پلکانی، ماده متخلخل پشم، ضخامت، انرژی، اگزرژی
  • سارا اناری، عباس رهی * صفحات 27-34

    حل تحلیلی، عددی و تجربی محورهای دوار در مراحل طراحی، ساخت و عملیات، به منظور جلوگیری از وقوع پدیده تشدید از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. در این پژوهش، تحلیل عددی و تجربی یک سیستم روتور با استفاده از مدل هشت درجه آزادی جفکات مورد مطالعه قرار می گیرد. استخراج معادلات حاکم بر سیستم با در نظر گرفتن اثرات ژیروسکوپی و جرم یاتاقان ها، با استفاده از روش لاگرانژ انجام می شود. بدین منظور، پس از معرفی یک مدل برای سیستم، عبارت های انرژی کرنشی، جنبشی و اتلافی با توجه به شرایط مرزی بدست می آیند. سپس با جایگذاری پارامترهای سیستم، فرکانس های طبیعی و نمودار کمپبل به منظور پیش بینی سرعت های بحرانی استخراج می شود. اعتبار سنجی مدل ارایه شده به وسیله مقایسه با نتایج حل المان محدود (انسیس)، و نتایج تجربی صورت گرفته است. پس از آن، تاثیر پارامتر موقعیت قرارگیری دیسک نسبت به یاتاقان اول بر فرکانس های طبیعی سیستم بررسی شده است. در انتها نمودار پاسخ فرکانسی سیستم تحت نابالانسی جرمی در فواصل مختلف نابالانسی ارایه شده و تاثیر پارامتر موقعیت قرارگیری دیسک بر روی آن بررسی می شود. نتایج نشان می دهد تغییرات فاصله نابالانسی و موقعیت قرارگیری دیسک، فرکانس و قله تشدید سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد.

    کلیدواژگان: روتور، مدل جفکات، فرکانس های طبیعی، نمودار کمپبل، نابالانسی جرمی
  • امین سوسن آبادی فراهانی، مهدی مدبری فر *، معین طاهری، محمدرضا شیخ الاسلامی صفحات 35-48

    امروزه به علت نیاز روزافزون صنایع مختلف نظامی، هوافضا، خودروسازی و... به مواد با نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت خوب در مقابل سایش و خستگی و... استفاده از مواد کامپوزیتی، به خصوص کامپوزیت های پایه فلزی به صورت چشمگیری افزایش یافته است. ماشین کاری جهت نیل به دقت ابعادی بالا جزء جدایی ناپذیر فرآیند تولید محصولات ساخته شده با کامپوزیت های پایه فلزی می باشد. به دلیل وجود ماده تقویت کننده همچون کاربید سیلیسیوم و... ماشین کاری این دسته از مواد همواره با چالش های فراوانی ازجمله سایش ابزار، افزایش نیروهای ماشین کاری، کاهش کیفیت سطح و... روبه رو می گردد. لذا مطالعه پارامترهای موثر بر ماشین کاری کامپوزیت های زمینه فلزی امری ضروری و اجتناب ناپذیر می باشد. مطالعات زیادی در این حوزه توسط پژوهشگران مختلف صورت پذیرفته است. در این مقاله تلاش شده است با بررسی مهم ترین مقالات منتشر شده در این حوزه، اطلاعات جامع و درعین حال خلاصه وار از عوامل تاثیرگذار در فرآیندهای سنتی ماشین کاری از قبیل تراش کاری، فرزکاری و... یا فرآیندهای غیر سنتی ماشین کاری همچون تخلیه الکتریکی، ماشین کاری الکتروشیمیایی و... در اختیار خوانندگان قرار گیرد. همچنین نحوه عملکرد انواع ابزار مختلف در هنگام ماشین کاری کامپوزیت های زمینه فلزی بررسی شد. در پایان به خلاء های موجود و موضوعات جدید و قابل مطالعه برای محققان اشاره شد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت های زمینه فلزی، ماشین کاری، زبری سطح، عمر ابزار، تراش کاری
  • حامد بازوندی*، هومن فراش زاده صفحات 49-61

    استفاده از مدل های تجربی و شبه تجربی برای مدل کردن خواص نانوکامپوزیت ها به منظور پیش بینی خواص مکانیکی و شکست آن ها می تواند به کاهش هزینه و زمان و طراحی بهینه آن ها منجر شود. </strong>در این پژوهش به منظور مدل کردن خواص مکانیکی و رفتار شکست نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی در درصدهای حجمی 5/0 درصد، 75/0 درصد و 1 درصد از مدل الیاف ناپیوسته (کوتاه) استفاده شده است. مدل الیاف ناپیوسته در پژوهش های پیشین برای مدل کردن خواص کامپوزیت ها با الیاف تقویت کننده ناپیوسته در مقیاس ماکرو مورد استفاده قرار گرفته است که با توجه به هندسه استوانه ای شکل نانولوله ها، از این روش در کار حاضر استفاده شده است، همچنین با استفاده از این مدل و نیز مدل توزیع تصادفی نانولوله ها در ماتریس اپوکسی شبیه سازی اجزای محدود خواص مکانیکی و رفتار شکست در مقیاس نانو و مزو با بهره گیری از برنامه نویسی زبان پایتون انجام گرفته است.

    کلیدواژگان: مدل الیاف ناپیوسته، رفتار شکست، نانوکامپوزیت پلیمری، نانولوله های کربنی، روش اجزای محدود
  • محمدرضا سجادی *، عطا عمادیان صفحات 62-76

    این مقاله با هدف بررسی پایداری و تخمین ضرایب آیرودینامیکی هواپیما بر مبنای داده های پرواز آزمایشی تهیه شده است. روش حداقل مربعات پیشنهادی برای تخمین این ضرایب با استفاده از داده های واحد اندازه گیری اینرسی (IMU) و سامانه موقعیت یاب جهانی (GPS) مورد استفاده قرار گرفته است. این پژوهش برای نخستین بار تخمین این ضرایب را بر روی یک هواپیمای بال بالا و در مانورهای پروازی مختلف اعم از: بلند شدن، نشستن، انواع گردش ها و با بهره گیری از داده های پاسخ زمانی و فرکانسی مبتنی بر داده های پرواز حقیقی اجرا کرده است. در این مقاله تطابق مسیر پروازی ضبط شده هواپیما با مسیر پروازی رسم شده از خروجی نرم افزار MATLAB ارزیابی شده است و خروجی مدل تطابق مسیر پروازی را تایید کرده است. همچنین، برای بهبود تخمین ضرایب آیرودینامیکی، تغییری در روش حداقل مربعات با استفاده از ورودی های گذشته برای تخمین یک مقدار اعمال شده است. روش توضیح داده شده در این مقاله در 5 آزمایش با استفاده از داده های پروازی واقعی از هواپیما ارزیابی شده است. در نهایت، حداکثر خطای تخمین ایجاد شده توسط روش بهبود یافته 7/6 % است که مربوط به ضریب ممان پیچشی بوده است.

    کلیدواژگان: تخمین ضرایب آیرودینامیکی، روش حداقل مربعات، شناسایی سیستم، بررسی میدانی، هواپیما بال بالا
|
  • Hassan Sayyaadi*, Hamidreza Hamrani Salemi Pages 3-16

    Given the growing importance of emissions in maritime transportation and the need to reduce ship fuel consumption, efforts have been made to address this concern. Recently, the hull vane, serving as an energy storage device, has been introduced to the ship's stern area, reducing resistance. Additionally, recent studies have explored the use of tubercles on hydrofoils. This study aims to assess the impact of hull vane, with and without tubercles, on total resistance and propeller coefficients in self-propulsion conditions, as well as their effect on vessel power consumption. Results show that for a vessel with a smooth leading-edge hull vane, the total resistance coefficient decreased by 1.77%, propeller thrust coefficient by 2.853%, and torque coefficient by 1.14% compared to a vessel without a hull vane. Furthermore, for a vessel with a leading-edge tubercles hull vane, these coefficients decreased by 1.85%, 3.488%, and 1.94% respectively. Additionally, power consumption decreased by 0.789% compared to a vessel with a regular hull vane.

    Keywords: Emission Reduction, Hull Vane, Tubercles, Self-Propulsion
  • Mohammad Alizadeh, MohammadReza Assari, Milad Setareh*, Hassan Basirat Tabrizi Pages 17-26

    In the present study, the wool porous material is used to cover the steps of a stepped solar still and the effect of wool porous material thickness on the energy and exergy efficiencies, distilled water production rate and the temperatures of internal zone and steps are studied experimentally. Experiments are carried out for porous material thicknesses of 4, 6, 8 and 12 mm and without it. Results indicate that solar irradiation affects the amount of distilled water, and the porous material besides affecting the internal temperature of the solar still, causes to produce higher distilled water and higher efficiency than the solar still without the porous material. For example, the amount of distilled water and energy effeciency of solar still with 12 mm-thick of porous material are 0.35 litre and 7.8% higher than the system without porous material.

    Keywords: Stepped Solar Still, Wool Porous Material, Thickness, Energy, Exergy
  • Sara Anari, Abbas Rahi* Pages 27-34

    Analytical, numerical, and experimental solution of the rotating system in the stages of design, construction, and operation is important in order to prevent resonance phenomenon. In this research, the numerical and experimental analysis of a rotor is studied using Jeffcatt’s 8 DOF model. The equations of motion by considering the gyroscopic effects and the mass of the bearings are formulated using the Lagrange method. After introducing a model of the system, the terms of potential, kinetic, and dissipation energy are obtained according to the boundary conditions. Then, by placing the system parameters, the natural frequencies of the system and the Campbell diagram have been obtained in order to predict the critical speeds. Validation of the presented model has been done by comparing with the results of Finite Element Solution (ANSYS) and approximate solution, and also percentage error of the first critical frequency compared to the experimental value is 15%. Then, the effect of changing the position of the disk from the first bearing on the natural frequencies of the system is studied. In the end, the system's frequency response is presented at the different unbalanced distances and the position of the disk. Observations show that changes in unbalanced distance and position of the disk can affect the frequency and resonance peak of the system.

    Keywords: Rotor, Jeffcott model, Natural frequencies, Campbell diagram, Massimbalance
  • Amin Sousanabadi Farahani, Mehdi Modabbarifar*, Moein Taheri, MohammadReza Sheykholeslami Borghani Pages 35-48

    Nowadays, due to the increasing need of various military, aerospace, automotive, etc. industries for materials with high strength-to-weight ratio, good resistance to wear and fatigue, etc. the use of composite materials, especially metal-based composites, has increased significantly. Machining to achieve high dimensional accuracy is an integral part of the production process of products made with metal-based composites. Due to the presence of reinforcing materials such as silicon carbide, etc. the machining of this category of materials always faces many challenges, including tool wear, increased machining forces, decreased surface quality, etc. Therefore, it is to study the parameters affecting the machining of metal composites. Many studies have been done in this field by different researchers. In this article, by reviewing the most important articles published in this field, comprehensive and at the same time summary information on the influencing factors in conventional machining processes such as turning, milling, etc. or non- conventional machining processes such as electrical discharge, electrochemical machining, etc. has been tried to be available to the readers. Also, the performance of different types of tools during the machining of metal composites was investigated. In the end, the existing gaps and new and studyable topics for researchers were pointed out.

    Keywords: Metal matrix composite, Machining, Surface roughness, Tool Life, Lathing
  • Hamed Bazvandi*, Hooman Farashzade Pages 49-61

    The use of empirical and semi-empirical models to model the properties of nano composites to predict mechanical properties and failure leads to cost and time reduction and optimal design. In this study, discontinuous (short) fiber models were used to model the mechanical properties and fracture behavior of carbon nanotube reinforced polymer nanocomposites with volume fractions of 0.5%, 0.75%, and 1%. In previous studies, the discontinuous fiber model was used to determine the macro scale properties of composites reinforced with discontinuous fibers. In this study, a model that considers the geometric similarity between short fibers and nanotubes was used. Using this model and the model of random distribution of nanotubes in the epoxy matrix, simulations were performed using the Python programming language and the mechanical properties and fracture behavior were investigated at the Nano and mesoscales.

    Keywords: Discontinuous fiber model, Fracture behavior, Polymeric nanocomposite, Carbon nanotube, FEM
  • MohammadReza Sajjadi*, Ata Emadian Pages 62-76

    This article aims to investigate the stability and estimate the aerodynamic coefficients of an aircraft based on experimental flight data. The least squares method was used to estimate these coefficients by using data from an inertial measurement unit (IMU) and global positioning system (GPS). This research, for the first time, has estimated these coefficients on a high-wing aircraft and during various flight maneuvers, including takeoff, landing and variant turns. It has been conducted utilizing time and frequency response data based on actual flight. In this article, the match between the recorded flight path of the aircraft and the flight path plotted by MATLAB software output was evaluated, and the output of the flight path model confirmed this match. Moreover, to improve the estimation of aerodynamic coefficients, the least squares method was modified using past inputs to estimate a value. The method explained in this article was evaluated in 5 experiments using actual flight data from the aircraft. Finally, the maximum estimation error generated by the modified method is 6.7%, which was related to the pitching moment coefficient.

    Keywords: Estimation of aerodynamic coefficients, Least squares method, SystemIdentification, Field investigation, High Wing aircraft