فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و پنجم شماره 4 (پیاپی 73، زمستان 1402)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و پنجم شماره 4 (پیاپی 73، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدامین ترابی زاده*، ستار مالکی صفحات 6-26

    در این مقاله به بررسی رفتار لوله های کامپوزیتی ساخته شده از الیاف شیشه در برابر بارهای ضربه ناشی از سقوط وزنه در محدوده دمایی 15- تا 100 درجه سانتی گراد پرداخته شده است. بدین منظور لوله های کامپوزیتی با سه نوع رزین اپوکسی، ونیل استر و پلی استر ساخته و در سطوح انرژی ضربه و شرایط دمایی مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است. بیشینه نیروی برخورد، زمان برخورد و مقدار انرژی جذب شده لوله برای حالات مختلف طراحی آزمایش با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بیانگر عملکرد بهتر لوله با رزین اپوکسی در جذب انرژی ضربه نسبت به دو نوع دیگر است. همچنین با افزایش دمای محیط، ظرفیت حمل بار لوله کاهش، زمان برخورد ضربه زننده و میزان جذب انرژی ضربه افزایش پیدا می کند.

    کلیدواژگان: لوله کامپوزیتی، ضربه کم سرعت، دمای کارکرد، بررسی آزمایشگاهی، روش رشته پیچی
  • مصطفی بیات کمیجانی، میراعلم مهدی* صفحات 27-50
    کاویتاسیون یک پدیده پیچیده در علم مکانیک سیالات است. وقوع این پدیده به فاکتورهای مهم و البته متفاوتی بستگی دارد. تحقیق فعلی، فرسایش ناشی از فروریزش حباب ها با استفاده از دیدگاه اویلری- لاگرانژی در یک ونتوری را مورد بررسی قرار داده است. جریان سیال کاویتاسیون درون ونتوری به کمک نرم افزار فلوینت با دیدگاه اویلری و با توسعه یک کد عددی در نرم افزار متلب، رفتار حباب به صورت لاگرانژی شبیه سازی شده است. از معادله کلر- میکسیس برای شبیه سازی تغییرات شعاع حباب و با لحاظ کردن نیروهای مختلف وارد بر حباب و استفاده از قانون دوم نیوتون، معادله حرکت حباب استخراج شده است. از مدل اوچیای برای ارزیابی قدرت ضربات فشاری ناشی از فروریزش حباب ها روی سطح دیواره ونتوری استفاده شده و میزان فرسایش در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج وابستگی شدت فرسایش به شعاع اولیه حباب ها، نوع سیال و محل رها سازی حباب ها درون جریان را نشان می دهد. نتایج حاصل از بررسی نشان داد شعاع های حباب تا 25 میکرون اثر فرسایشی بیشتری نسبت به دیگر شعاع حباب ها دارند اما وقتی شعاع حباب ها از این مقدار بیشتر می شود، حباب ها در زمان ورود به جریان سیال دچار فروریزش شده و نتایج داده ها رشد شعاع حباب در ادامه مسیر جریان را نشان نمی دهد.
    کلیدواژگان: کاویتاسیون، فرسایش، ونتوری، رویکرد اویلری-لاگرانژی
  • نوید بیژه، حامد شهبازی*، مهدی مرتضوی بک صفحات 51-80
    در آزمون سامانه های اجسام پرنده، از سخت افزار در حلقه و فعال سازی سنسورهای زاویه ای به کمک میز شبیه ساز سه درجه آزادی با مکانیزم گیمبالی استفاده می شود. با توسعه استفاده از سنسورهای سبک و ارزان قیمت، نیاز به طراحی میز شبیه ساز سه درجه آزادی ارزان قیمت و با وزن کم مشهود است. در این پژوهش به طراحی و بهینه سازی یک میز شبیه ساز ارزان قیمت، در عین حال دقیق و کاربردی با قابلیت آزمون جستجوگر گیمبال پرداخته می شود. پس از استخراج معادلات میز و جستجوگر، با توجه به ایجاد نامعینی بالا در اثر تغییرات بارگذاری، به طراحی و شبیه سازی میز و همچنین بهینه سازی طراحی آن با حذف و بهبود عناصر تشکیل دهنده پرداخته شده است، به گونه ای این ابزار در بهینه ترین و ارزان ترین حالت قابلیت کارایی مناسب را دارا باشد. در طرح حاضر، میزان حداکثر بارگذاری شبیه ساز کاهش پیدا کرده و به جای استفاده از اسلیپ رینگ از یاتاقان غلتشی معمولی استفاده گردید تا علاوه بر قیمت پایین تر نویز ناشی از اسلیپ رینگ حذف شود. موتورها از نوع AC به DC تغییر کرده و فضای کاری و دید جستجوگر نیز در حین طراحی لحاظ شد. علاوه بر این نوع ارتباطات به بیسیم و روش تامین انرژی به استفاده از باطری تغییر یافت. برای تحلیل تنش، انحراف و همچنین تعیین گشتاور موتورها، مدل سازی شبیه ساز در نرم افزار آدامز صورت گرفته و نقشه نهایی توسط نرم افزار کتیا طراحی و مونتاژ شد. حاصل کار طراحی یک شبیه ساز سه درجه آزادی ارزان قیمت، دقیق و چند منظوره و با ابعاد کوچک است.
    کلیدواژگان: میز شبیه ساز سه درجه آزادی، جستجوگر گیمبال، کنترل، هوافضا
  • مجتبی مومن، مرتضی ملاجعفری، سلمان ابراهیمی نژاد* صفحات 81-99
    در این پژوهش، یک مدل برداشت کننده انرژی تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک با دو سطح مقطع نمایی در عرض و ضخامت به همراه وزنه موجود در نوک آن، تحت تحریک دورانی تایر برای کاربرد در سیستم نظارت بر فشار باد تایر یا TPMS پیشنهاد شده است. معادلات حاکم بر برداشت انرژی توسط  تیر یکسرگیردار دارای مقطع نمایی در شرایط تحریک دورانی تایر برای اولین بار استخراج شد. پژوهش های کمی وجود دارد که هر دو ضخامت و عرض تیر را متغیر در نظر گرفته و هیچ تحقیق نظری بر روی این مدل، تحت تحریک دورانی تایر انجام نشده است. نتایج این پژوهش نشان داد، امکان برداشت انرژی با استفاده از تیر با مقطع نمایی در عرض و ضخامت که می تواند با وزن کمتر و توان الکتریکی بیشتر طراحی شود میسر می گردد. در پژوهش های آتی می توان به کمک معادلات استخراج شده، از بهینه سازی با اهداف افزایش توان الکتریکی و کاهش وزن برای یافتن بهترین مقادیر برای ابعاد هندسی مدل استفاده شود.
    کلیدواژگان: تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک، برداشت انرژی، سیستم نظارت بر فشار باد لاستیک (TPMS)، سطح مقطع نمایی، تحریک دورانی، فرکانس رزونانس خودتنظیم
  • علیرضا نامی نژاد، محمود مهرگان* صفحات 100-134
    در این مقاله توسعه مفهوم کاهش اثرات زیست محیطی پساب سیستم اسمز معکوس جهت افزایش ارتباط بین آب، انرژی و محیط زیست در یک مزرعه خورشیدی بکار گرفته شده است. از طرفی، با استفاده از سیکل ارگانیک رانکین به بررسی پیکربندی نوین بر اساس آنالیز انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی پرداخته شده است. همچنین، بهینه سازی بر اساس پیکربندی مناسب، انتخاب سیال عامل مناسب، کاهش اثرات زیست محیطی پساب و تعیین پارامترهای طراحی مزرعه ی خورشیدی با الگوریتم ژنتیک صورت گرفته است. نتایج نشان دهنده کاهش 12 درصدی اثرات زیست محیطی پساب خروجی و افزایش 5/7 درصدی راندمان اگزرژی می باشد.
    کلیدواژگان: آنالیز 4E، آب شیرین کن، اسمز معکوس، اثرات محیط زیست، بهینه سازی
  • شایان آدینه، مجید ساده دل*، مجید محمدی مقدم صفحات 135-154
    این پژوهش با استفاده از کنترل امپدانس یک ربات شش درجه آزادی برای کودکان معلول انگیزه ای ایجاد می کند تا در خلال تمرین های خسته کننده فیزیوتراپی به رسم اشکال هندسی در فضای کاری ربات بپردازند. این روش کنترلی به آنها کمک می کند تا در انجام حرکت های مورد نظر به میزان نیاز از ربات کمک بگیرند و همزمان، میزان کمک ربات با بهبود شرایط جسمی شان کاهش پیدا کند. پس از تحلیلی جامع بر سینماتیک این ربات که سه درجه ابتدایی آن دارای عملگر فعال و بقیه بصورت غیرفعال امکان حرکت دارند، به منظور ارزیابی عملکرد کنترلر، سناریوهای مختلفی آزمایش و نتایج بدست آمده با دیگر سیستم های رباتیکی مقایسه شده است. مسیرهای مطلوب با خطای میانگین یک سانتیمتر در فضا رسم شده اند.
    کلیدواژگان: توان بخشی رباتیکی، ربات نقاش، ربات سری، کنترل امپدانس
|
  • MohammadAmin Torabizadeh *, Sattar Maleki Pages 6-26

    In this paper, the behavior of composite tubes made of glass fibers under low velocity impact loads due to falling weight in the temperature range of -15  to 100  is investigated. For this purpose, composite tubes with glass fibers and three types of epoxy resins, vinyl ester and polyester are produced and tested in different impact energy levels and temperature conditions. Maximum impact force, impact time and absorbed energy are compared with each other for different situations. The results indicate that the epoxy resin tubes has a better performance in impact energy absorption than the other two types of resin used. As operating temperature increases, load carrying capacity of the tubes decreases, while the duration of impact time and amount of energy absorption increase.

    Keywords: Composite pipe, Low velocity impact, Operating temperature, Experimental study, Filament winding method
  • Mostafa Bayat Komijani, Miralam Mahdi * Pages 27-50
    Cavitation is a complex phenomenon in fluid mechanics. The occurrence of this phenomenon depends on the important factors and the different factors. The present study examined the erosion caused by collapse bubbles using the Eulerian - Lagrangian approach in a venturi. Cavitation flow in a venturi can be simulated with ANSYS - FLUENT software and with the development of a numerical code in MATLAB software, Lagrangian bubble behavior is simulated. Using the Keller - Miksis equation to simulate the variation of bubble radius and by considering different forces entering the bubble and using Newton’s second law, the bubble motion equation is extracted. From the Ochiai model to evaluate the compressive strength of bubbles caused by bubble collapse on a venturi can be used and the erosion rate is studied in different conditions. The results show the erosion intensity dependent on the initial radius of bubbles, fluid type and the formation of bubbles in the flow. in this case, by increasing the initial radius of bubbles, we witnessed an increase in wear strength to 100 micron of radius, but when the radius of bubbles exceeds this value, the bubbles will be affected when the radius of bubbles is increased, and the results of the data show that the bubble radius increases in the continuation of the flow path. Although the evidence showed that the number of blows was higher, the power reduction was evident.
    Keywords: Cavitation, erosion, Venturi, Eulerian-Lagrangian method
  • Navid Bijeh, Hamed Shahbazi *, Mahdi Mortazavi Bak Pages 51-80
    In the test of flying object systems, hardware is used in the loop and activation of angular sensors with the help of a three-degree simulator table with a gimbal mechanism. With the development of the use of light and inexpensive sensors, the need to design a simulator table with three degrees of freedom inexpensive and low weight is evident. In this paper, a cheap, at the same time accurate and practical simulation table with Gimbal seeker test capability is designed and optimized. After extracting equations, according to the high uncertainty due to load changes, the design, simulation and optimization of the collection was done by removing and improving the constituent elements, in this way, this tool has the appropriate performance capability in the most optimal and cheapest case. In the present design, the maximum load of the simulator was reduced and instead of using a slip ring, a conventional roller bearing was used to eliminate the noise caused by the slip ring in addition to the lower price. The motors were changed from AC to DC, and the workspace and visibility of gimbal seeker were taken into account during the design. In addition, type of communication was changed to wireless and the method of power supply was changed to the use of batteries. To analyze the stress, deflection and torque of the motors, simulator in Adams software was modeled and the final design was designed and assembled by CATIA software.
    Keywords: Three degree of freedom simulator table, Gimbaled seeker, Control, Aerospace
  • Mojtaba Momen, Morteza Mollajafari, Salman Ebrahiminejad * Pages 81-99
    In this study, a piezoelectric cantilever beam energy harvester model with two exponential cross-sections in width and thickness, and a tip weight, was proposed for use in a tire pressure monitoring system (TPMS). The governing equations for energy harvesting were derived for the first time for an exponential cross-section beam under rotational tire excitation conditions, based on the Euler-Lagrange method and coupled with electrical relations. There are few studies that consider both the thickness and width of the beam as variables, and no theoretical research has been conducted on this model under rotational excitation of the tire. The results of this study showed that it is possible to harvest energy by using a beam with an exponential cross section in width and thickness that can be designed with less weight and more electrical power. In future research, the derived equations can be used for optimization to increase electrical power and reduce weight to find the optimal values of the model's geometric dimensions.
    Keywords: piezoelectric cantilever beam, Energy harvester, Tire pressure monitoring system, Exponential cross-section, Rotational excitation, Self-tuning resonance frequency
  • Alireza Naminezhad, Mahmood Mehregan * Pages 100-134
    This paper develops the concept of reducing environmental impact for the reverse osmosis (RO) system to increase the relationship between water, energy and environment in a solar farm. This concept is used in a RO system driven by an organic Rankine cycle (ORC) that generates power based on heat absorption from a solar field. In the power generation section, a new ORC and operating fluid configurations based on energy analysis (1E), exergy (2E), economic (3E) and environmental effects (4E) have been investigated in order to production of  fresh water. The basic parameters in the optimization are: the ORC configuration choice, selecting the working fluid of the organic Rankine cycle and determining the design parameters of a solar parabolic farm. These values have been determined according to the optimization of the system by genetic algorithm (GA) method. The results show that 12% reduction in environmental effects and 7.5% increase in the exergy efficiency are among the three-objective optimization effects.
    Keywords: 4E Analyses, Desalination system, Reverse osmosis, Environmental relevance, Optimization
  • Shayan Adineh, Majid Sadedel *, Majid Moghaddam Pages 135-154
    This paper aims to facilitate the process of drawing geometrical shapes for specific therapeutic exercises that have been developed for disabled children by designing a robust controller for a six-degree-of-freedom (DOF) rehabilitation robot. Primarily, an extensive analysis of the robot kinematics has been conducted in which the first three actuators are actively controlled, and the rest can function passively. Subsequently, and for effective patient-robot interaction, impedance control is utilized. This helps the patients to get a predetermined desired level of assistance from the rehabilitation robot for the intended motions. Simultaneously, the level of assistance will also decrease with the course of recovery of the patient. To assess the performance of the controller, different scenarios have been examined and the results are compared with alternative robotic systems of the literature. By calculating the Root Mean Square Errors (RMSE) of the examinations, it is determined that desired geometrical shapes can be drawn with an accuracy of about one centimeter.
    Keywords: Robotic Rehabilitation, Painter Robot, Series Robot, Impedance control