فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال سیزدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1402)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال سیزدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • هدی رستمی*، مجید میرزایی صفحات 1-15
    اهمیت بررسی موضوع تحمل آسیب و پژوهش در رفتار پس از تصادف و تلاش در بهبود رفتار سازه و کاهش شتاب های وارده به سرنشینان به کمک جاذب های انرژی، با مشاهده آمار روزافزون تصادفات وسایل نقلیه از جمله خودرو، قطار و هواپیما مشخص می شود. در این پژوهش رفتار جاذب انرژی جدار نازک با مقطع مستطیلی آلومینیومی توسط حل عددی در روش المان محدود و در نرم افزار آباکوس بررسی خواهد شد و برای بهبود پارامترهای جذب انرژی آن، ناپیوستگی هایی بر روی هندسه ایجاد شده که الگوی تاشدگی را منظم کرده است. رویکرد اصلی پژوهش، بهبود رفتار جذب انرژی بدون تغییر اساسی هندسه می باشد. ناپیوستگی ها با اشکال هندسی، اندازه و تعداد متفاوت بر مکان های متفاوتی از مدل گذاشته شده و تا بهترین رفتار جذب انرژی بدست بیاید. پس از ارزیابی و انتخاب ناپیوستگی دایروی میان باقی اشکال هندسی، برای جانمایی مناسب آنها حدس اولیه ای از محل ناپیوستگی ها به کمک پژوهش های مشابه مورد نظر قرار گرفت. سپس از مقادیر ویژه هندسه که از حلگر کمانشی استخراج شده است، برای جانمایی و افزایش تعداد ناپیوستگی ها استفاده شده است.در نهایت با بررسی 43 مدل با تعداد و جانمایی متفاوت ناپیوستگی ها مدلی با بهبود 13 درصدی معیار CFE پیشنهاد شد.
    کلیدواژگان: تحمل آسیب ضربه پذیری، پوسته های جاذب انرژی دارای ناپیوستگی، روش المان محدود، معیار خرابی، تصادف
  • محمدسعید سعیدی، علی جمالی*، بهمن احمدی، نادر نریمان زاده صفحات 17-29

    در این مقاله به مسئله بهینه سازی مقاوم چندهدفه مکانیزم چهارلینکی برای کاربرد تولید مسیر با استفاده از رهیافت نظریه بازی پرداخته میشود. یک رویکرد تصمیم گیری غیرمتمرکز دوسطحی جدید، با استفاده از هم افزایی بهینه سازی مقاوم مبتنی بر قابلیت اطمینان، نظریه بازی استکلبرگ و همکارانه، شبیه سازی مونت کارلو و برنامه ریزی ژنتیکی (GP) پیشنهاد شده و برای مسئله سنتز مکانیزمهای چهارلینکی تولید مسیر اعمال شده است. چهار معیار عملکرد، شامل معیارهای دقت (TE)، مقاوم بودن، قابلیت اطمینان در سطح پیشرو و کیفیت حرکت (TA) در سطح دنباله رو به چهار بازیگر تخصیص داده شده است، به طوری که هرکدام از بازیگران مسئول بهینه سازی یک معیار عملکرد می باشد. حداکثر گشتاور محرک ورودی در قالب یک معیار دینامیکی، به عنوان قید طراحی به مسئله سطح پیشرو داده شده است. از برنامه ریزی ژنتیکی برای ایجاد مجموعه پاسخ منطقی بازیگر پیرو در فرایند بازی استکلبرگ استفاده شده و همچنین مسئله حکمیت نش برای مدل سازی رفتارهای همکارانه در بین بازیگران در سطح پیشرو به کار گرفته شده است. با استفاده از سناریو بازی پیشنهاد شده، مسئله بهینه سازی چهارهدفه مکانیزم چهارلینکی، به یک مسئله بهینه سازی تک هدفه تبدیل می شود. نتایج به دست آمده بهبود قابل توجهی را در قابلیت اطمینان و رفتار مقاوم مکانیزم نشان می دهد، و این در حالی است که برتری معیارهای دقت و کیفیت حرکت مکانیزم نسبت به طراحی در فضای نامعین حفظ شده است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی چند هدفی، نظریه بازی، طراحی مقاوم، برنامه ریزی ژنتیکی، مکانیزم تولید مسیر
  • محمدجواد محمودی*، امیرحسین تقوی گنجی صفحات 31-46

    نوار های کامپوزیت فلز پلیمر یونی (آی پی ام سی) عملگرهای بسیار نازکی به شکل یک کامپوزیت ساندویچی با یک پلیمر الکترواکتیو در وسط و دو الکترود فلزی در طرفین آن هستند. در این مقاله، تحلیل چندمقیاسی الکتروشیمی مکانیکی پاسخ زمانی عملگری یک نوار کامپوزیت آی پی ام سی انجام می گیرد. ابتدا پاسخ الکتروشیمیایی حرکت اولیه آی پی ام سی ناشی از نیروی الکترواستاتیکی، نیروی ویسکوز حرکت توده یونی در حلال زمینه پلیمر و نیروی نفوذ ناشی از پتانسیل غلظت توسط یک مدل هیدرولیکی استخراج می شود. روش های حل در حوزه مکان شامل تحلیل عددی اجزای محدود بر اساس فرمول بندی گلرکین، و در حوزه زمان، شامل روش انتگرال گیری اویلر می باشد. سپس، معادله انتقال حلال نوشته شده، و نرخ کرنش ویژه، و نرخ تغییرات لنگر خمشی عملگر آی پی ام سی بدست می آید. با استخراج میزان آبپوشی در لایه مرزی کاتد و آند، پاسخ جابجایی انتهای تیر تعیین می شود. نتایج حاصل از مدل با مطالعات پیشین دردسترس مورد مقایسه و اعتبار سنجی قرار می گیرد. نتایج، تناسب بین پاسخ عملگر آی پی ام سی و تحریک الکتریکی را بطور معقول نشان می دهد، و تایید می کند که مدل ارائه شده پیش بینی پاسخ سریع نوار آی پی ام سی را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: کامپوزیت فلز پلیمر یونی، پاسخ عملگری، مدل الکتروشیمی مکانیکی، روش اجزای محدود
  • میثم نوری نیارکی*، محمدرضا عیسوند زیبائی، جابر میرزایی صفحات 47-58

    در این تحقیق به بررسی شرایط بهینه در تاثیر پارامترهای دما، زمان و درز اتصال در اتصالات لحیم کاری سخت فولاد زنگ نزن 420 با فلز پرکننده پایه نیکل BNi-2 بر روی استحکام برشی نمونه های لب روی لب به روش رویه پاسخ پرداخته شده است. پارامترهای دما، زمان و درز اتصال از طریق طراحی آزمایش به روش باکس بنکن تعیین شدند، بطوریکه ضخامت آلیاژ پایه نیکل BNi-2 در این تحقیق 04/0، 07/0 و 1/0 میلی متر در نظر گرفته شد. بعد از آماده سازی نمونه ها، آنها در دماهای °C 1000، °C 1070، °C 1140 در زمان 10، 30 و 50 دقیقه در کوره خلا قرار گرفتند. آزمون مکانیکی کشش برای تعیین استحکام برشی اتصالات انجام شد. مشاهده شد که افزایش درز اتصال از 04/0 تا 1/0 میلی متر باعث کاهش 14 درصدی استحکام برشی گردید. همچنین افزایش دمای کوره از °C1000 تا °C1140 باعث افزایش 21 درصدی استحکام برشی و افزایش زمان کوره از 10 تا 50 دقیقه باعث افزایش 27 درصدی استحکام برشی شده است. در انتها با بهینه سازی به روش رویه پاسخ مشاهده گردید که اتصالی با درز اتصال 04/0 میلی متر، دمای °C 84/1109 و زمان 58/46 دقیقه دارای بیشترین استحکام برشی به مقدار 429/164 مگاپاسکال می باشد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، لحیم کاری سخت، استحکام برشی، آلیاژ پایه نیکل BNi-2، روش رویه پاسخ
  • محمدمهدی سوری، حسین ساداتی* صفحات 59-73

    روش طراحی یکپارچه سیستم هدایت و کنترل موشک ها، به گونه ای است که تمام قیود زیرسیستم ها در حین طراحی در نظر گرفته می شوند تا دقت و عملکرد کلی سیستم در فاز نهایی افزایش یابد. این امر موجب بهبود کارآیی، صرفه جویی در زمان و هزینه می گردد، و درنتیجه عملکرد سیستم بهبود خواهد یافت. این مقاله به تشریح روند طراحی و شبیه سازی عملکرد کنترل کننده مودلغزشی عصبی می پردازد، که به منظور هدایت موشک در یک مساله دو بعدی کمینه سازی زمان برخورد و فاصله تا هدف ایجاد شده است. در طراحی کنترل کننده ابتدا به منظور ارزیابی کنترل کننده پیشنهادی، یک کنترل کننده PID طراحی می شود، سپس به طراحی کنترل کننده مودلغزشی عصبی با استفاده از شبکه های عصبی پرداخته می شود. باتوجه به شبیه سازی ها می توان نشان داد که استفاده از این کنترل کننده پیشنهادی و به کارگیری مدل هدایت و کنترل یکپارچه، فاصله برخورد نهایی موشک با هدف و زمان برخورد را نسبت به کنترل کننده PID کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: موشک، هدایت، کنترل، مود لغزشی، شبکه های عصبی
  • هادی گلمکانی، یعقوب دادگر اصل*، سید محمدحسین سیدکاشی صفحات 75-87

    روش های شکل دهی ورق های دولایه به دلیل داشتن خواص دوگانه و کاربرد زیاد آن ها در صنایع مختلف توسعه یافته اند. در این مقاله به بررسی عددی و تجربی عیب شمشیری شدن در فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر ورق های دولایه مس-آلومینیوم پرداخته شده است. بررسی عددی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس و آزمایش های تجربی با استفاده از دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر تک ایستگاهه انجام شده است. پس از صحت سنجی مدل عددی با استفاده از آزمایش های تجربی، اثر برخی عوامل تاثیرگذار بر عیب شمشیری شدن در این فرایند شامل زاویه شکل دهی، ضخامت ورق، اندازه طول بال ورق و جانمایی لایه های ورق با استفاده از طراحی آزمایش به روش عاملی کامل و شبیه سازی اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفت. نتایج با استفاده از روش تحلیل واریانس مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفتند. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که با افزایش زاویه شکل دهی و اندازه طول بال ورق، میزان عیب شمشیری شدن افزایش و با افزایش ضخامت ورق کاهش، می یابد. همچنین جانمایی لایه ها نیز در میزان وقوع عیب شمشیری شدن موثر است. نتایج نشان داد عیب شمشیری شدن در جنس لایه Al-Cu با افزایش اندازه طول بال از 18 به 25 میلی متر به ترتیب از152/2 به 646/2 میلی متر افزایش پیدا نمود.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، عیب شمشیری شدن، ورق دولایه، شبیه سازی عددی
  • احسان پورحسن، محمد ضامن*، مصطفی کاهانی صفحات 89-102
    پساب صنعتی، یکی از منابع مهم آلودگی در فعالیت های صنعتی و از جمله نیروگاه های برق می باشد. با کنترل اصولی پساب های صنعتی، علاوه بر جلوگیری از اثرات سوء آن، در مصرف منابع محدود آبی نیز صرفه جویی می گردد. با توجه به مصرف بالای انرژی سیستم های مختلف نمک زدایی برای تولید آب شیرین و همچنین تلفات حرارتی موجود در نیروگاه ها، می توان بخش عمده ای از پساب تولید شده در نیروگاه ها را به منظور استفاده مجدد در فرایندهایی که نیاز به آب دارند، شیرین سازی نمود. در این مطالعه شبیه سازی یک واحد نمک زدایی تبخیری چنداثره (MED) برای یک نیروگاه بخار در نرم افزار ترموفلو صورت می پذیرد که انرژی حرارتی مورد نیاز آن از بلودان بویلر نیروگاه تامین می گردد. آنالیز حساسیت بر روی پارامترهای اساسی در شبیه سازی، به منظور انتخاب بهینه ترین مقادیر صورت گرفته است. در سناریو منتخب ارائه شده، با توجه به وجود 870 مترمکعب در روز پساب واحدهای مختلف نیروگاه بخار ایرانشهر، یک آب شیرین کن MED با 12 مرحله با قابلیت تولید 290 مترمکعب در روز آب شیرین پیشنهاد گردیده است. دبی بخار مصرفی 1/1 تن بر ساعت است که حدود یک هفتم بلودان بویلر نیروگاه می باشد، است. نرخ بهره خروجی سیستم پیشنهادی در واحد شبیه سازی شده برابر 2/10 و نسبت بازیابی در آن 33 % می باشد. هزینه سرمایه گذاری سیستم پیشنهادی برابر 3290 دلار به ازای تولید هر متر مکعب آب شیرین در روز می باشد.
    کلیدواژگان: نمک زدایی پساب، آب شیرین کن MED، نرم افزار ترموفلو، نیروگاه بخار
  • محمدمهدی بالاخلی، محمود مهرگان*، سید مجید هاشمیان صفحات 103-119

    در این مقاله یک سیستم تولید همزمان گرمایش، سرمایش و توان بر پایه محرک هیبریدی موتور احتراق داخلی و خارجی با منبع تغذیه زیست توده شامل یک راکتور گازی سازی با عامل گازساز هوا و از نوع جریان مخالف بررسی شده است و گاز سنتز حاصل در یک موتور احتراق داخلی گازسوز استفاده می شود. سیستم پیشنهادی با یک سیستم تولید همزمان مشابه با منبع تغذیه گاز طبیعی مقایسه شده و از دیدگاه های انرژی و اقتصادی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد سیستم پیشنهادی که از گاز سنتز به عنوان سوخت ورودی بهره می برد، در مقایسه با سوخت گاز طبیعی، دارای برتری قابل توجهی از دیدگاه انرژی و اقتصادی خواهد بود، به طوری که بررسی پارامتر مربوط به درصد کاهش مصرف انرژی اولیه نشان می دهد در صورت استفاده از گاز سنتز به عنوان سوخت در محرک موتور احتراق داخلی در مقایسه با گاز طبیعی سبب صرفه جویی 40.55% در مصرف انرژی ورودی خواهد شد. سیستم پیشنهادی با سوخت گاز سنتز از دیدگاه اقتصادی و درصد کاهش هزینه مصرف سوخت نیز دارای برتری محسوسی می باشد به طوری که نتایج نشان از صرفه جویی 83.98% در هزینه های ناشی از مصرف سوخت را نشان می دهد. نتایج همچنین نشان می دهد قیمت تمام شده تولید برق در سیستم پیشنهادی با منبع تغذیه زیست توده و گاز سنتز در دورهای مختلف موتور احتراق داخلی در مقایسه با هزینه مربوط به هزینه تولید برق با سوخت گاز طبیعی کمتر و به صرفه تر خواهد بود.

    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان سرمایش گرمایش و توان، انرژی تجدیدپذیر، زیست توده، راکتورگازی ساز
  • احمدرضا رحمتی*، عباس ملایی صفحات 121-137

    افزایش نرخ انتقال حرارت در صنایع مختلف به جهت بهبود کارایی تجهیزات، جلوگیری از آسیب به قطعات و کاهش هزینه، از بحث های ضروری در صنعت است. از جمله راه حل های افزایش انتقال حرارت، استفاده از چاه های حرارتی فعال می باشد. در این پژوهش از یک چاه حرارتی فعال با سیال فلز مایع گالینستن استفاده شده و گسسته سازی معادلات ناویراستوکس به روش حجم محدود مرتبه دوم بالادست انجام شده است. اثر اعمال میدان مغناطیسی در جهت Y (عمود بر محور جریان) به چاه حرارتی، سبب به وجودآمدن نیرویی در خلاف جهت حرکت جریان به نام نیروی لورنتز شده که توزیع سرعت M شکل را باعث شده است. باتوجه به شرط مرزی شار ثابت، افزایش سرعت جریان در مجاورت دیواره ها سبب کاهش دمای سطوح و بهبود انتقال حرارت شده است. نتایج نشان دادند اثر اعمال میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت در دو راستای Y و X با عدد هارتمن 517، عدد ناسلت را به ترتیب 38 و 13 درصد نسبت به عدد هارتمن صفر بهبود بخشیده است. اثر اعمال میدان مغناطیسی در جهت Y به چاه حرارتی با عدد هارتمن 517، 38 درصد، عدد هارتمن 258، 22 درصد و عدد هارتمن 129، 13 درصد انتقال حرارت را بهبود داده است.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابه جایی اجباری، میدان مغناطیسی، فلز مایع، چاه حرارتی، میکروکانال
  • حسام جزیرئیان، فرزاد جعفر کاظمی*، حمیدرضا ربیعی فر صفحات 139-152

    با توجه به اهمیت فزآینده اندازه گیری دبی در صنایع، بخصوص در پتروشیمیها و آب و فاضلاب و نیاز آنها به کاهش فضای نصب و بالا بردن دقت، بهبود فلومترهای موجود و تولید انواع جدید ضروری است. فلومتر مخروطی در دو دهه گذشته با ویژگی هایی نظیر کاهش طول اولیه مورد نیاز و افت فشار پایین تر نسبت به سایر انواع و قابلیت به کارگیری در جریانهای دوفازی مورد توجه ویژه پژوهشگران قرار گرفته است. همچنین تحقیقات متعددی جهت بهبود هندسه فلومتر صورت پذیرفته است. ولی یکی از مواردی که کمتر به آن پرداخته شده نحوه اتصال پایه فلومتر به بدنه (دماغه فلومتر) میاشد. از این رو در این پژوهش اقدام به آزمایش تجربی و حل عددی یک نمونه جدید که دارای دماغه پیوسته میباشد، و مقایسه آن با حالات استاندارد شامل نقطه ای، منحنی و زانویی شده است. با استفاده از نتایج حاصله از آزمایشات روابطی جهت تخمین افت فشار بین دو حسگر فلومتر و فشار از دست رفته ارائه گردید. محاسبات نشان داد خطای نسبی محاسبه افت فشار در محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی (104×8/88 تا 104×9/80) در حدود 0/73- % می باشد. نتایج شبیه سازی عددی نشان داد حالت پیوسته با داشتن بیشترین میزان آشفتگی (حدود 5/3% بیشتر از مقدار کمینه) سبب افزایش نوسانات در مقدار نشان داده شده توسط فشار سنج قرار گرفته در پایین دست جریان و خطا در محاسبه میزان ضریب تخلیه میشود. همچنین تغییر شکل دماغه فلومتر فقط سبب تغییراتی جزئی در اندازه گردابه ها شده است.

    کلیدواژگان: بررسی تجربی، دینامیک سیالات محاسباتی، مدلسازی آشفتگی، قلومترهای اختلاف فشاری، فلومتر مخروطی
  • مهدی نوروزی*، محمود پسندیده فرد صفحات 153-167
    در پژوهش حاضر، به منظور شبیه سازی جریان همراه با کاویتاسیون جزئی حول پرتابه های مختلف (سرتخت، سرکروی و سرمخروطی با زاویه مخروط 45درجه) به روش المان مرزی، یک کد سه بعدی تدوین شده است. بدین منظور، پس از تولید هندسه با استفاده از المان های چهارضلعی با چهار نقطه کنترل، با بهره گیری از بیان انتگرالی تئوری گرین، اجزای پتانسیلی چشمه و دوگان روی هر المان توزیع و به کمک یک الگوریتم تکراری، شبیه سازی انجام و با نتایج تجربی و عددی دیگر اعتبارسنجی شده است. با وجود هزینه محاسباتی پایین این روش، نتایج از دقت قابل قبول و سرعت همگرایی بالایی برخوردار است. ارائه روابط کلی برای مشخصات هندسی کاویتی ایجاد شده حول پرتابه ها (در محدود اعداد کاویتاسیون بین 075/0 تا 5/0) از جمله نتایج این پژوهش می باشد. بررسی نتایج حاکیست که این روش قابلیت مناسبی در پیش بینی خواص جریان کاویتاسیون در زوایای حمله غیرصفر (تا زاویه حمله 8 درجه) دارد که البته با افزایش زاویه حمله و فاصله از فرض پتانسیلی بودن جریان، نتایج هندسه کاویتی حداکثر %15 و ضرایب آیرودینامیکی حداکثر %12 با دیگر تحلیل های عددی اختلاف دارد. با توجه به سرعت همگرایی بالا و دقت قابل قبول، این روش برای طراحی اولیه و بهینه سازی پرتابه های زیرسطحی همراه با کاویتاسیون قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: کاویتاسیون جزئی، روش المان مرزی، پیشانی سرتخت، پیشانی سرکروی، پیشانی سرمخروطی
  • محسن دزفولی، امین حقیقی* صفحات 169-184

    ارتعاش القاشده توسط جریان از عوامل موثر تخریب مکانیکی سازه هایی است که در معرض جریان سیال قرار دارند. در این مطالعه با روش گردابه تصادفی-المان مرزی، جریان آرام (رینولدز200) دوبعدی، حول چهار سیلندر استوانه ای یک و دو درجه آزادی در چیدمان مستطیلی، شبیه سازی و ضرایب نیروهای هیدرودینامیکی، خطوط جریان و جابجایی سیلندرها رسم شده است. میدان چرخشی به تعدادی گردابه عددی منفصل و تغییرات آن در هر گام زمانی، با تعقیب گردابه ها در دیدگاه لاگرانژی، تحت اثر دو مکانیزم جابجایی و نفوذ، همچنین ارضای شرط مرزی سرعت صفر روی جدار هندسه، با خلق گردابه ی صفحه ای صورت می گیرد. سیلندر متحرک با سیستم جرم، فنر و دمپر مدل سازی شده است. نتایج نشان داد تغییرات متوسط ضریب پسای سیلندر یک و دو درجه آزادی نسبت به سیلندر ساکن به ترتیب 0/84 و 0/97 برابر می باشد. دامنه ی ارتعاش سیلندرهای عقبی از سیلندرهای جلویی کمتر بود. دامنه ی عرضی نوسان، سه برابر دامنه طولی مشاهده شد. بیشینه دامنه ی عرضی ارتعاش سیلندرهای یک درجه آزادی 1/51 برابر سیلندرهای دو درجه آزادی بدست آمد. مقایسه حل جریان حول تک سیلندر با بکارگیری روش المان مرزی (و عدم احتیاج به نگاشت همدیس یا درنظر گرفتن تصاویر گردابه ها) با نرم افزار انسیس فلوئنت % 25 کاهش زمانی و % 2/3 افزایش دقت محاسبات را نشان داد.

    کلیدواژگان: ارتعاش القاشده توسط جریان، گردابه تصادفی، المان مرزی، چهار سیلندر استوانه ای، جریان آرام
|
  • Hoda Rostami *, Majid Mirzaei Pages 1-15
    The importance of research in crashworthiness and the post-accident behavior and efforts to improve the behavior of the structure and reduce the accelerations to the occupants with the help of energy absorbers is determined by observing the increasing statistics of vehicle accidents, including cars, trains, and airplanes. In this research, the energy-absorbing behavior of a thin wall with an aluminum rectangular section will be investigated by numerical solution in finite element method and in Abaqus software, and to improve its energy absorption parameters, discontinuities were created on the geometry, which regularized the folding pattern. The primary research approach is to improve the energy absorption behavior without fundamentally changing the geometry. Discontinuities with different geometrical shapes, sizes, and numbers are placed in different places in the model to obtain the best energy absorption behavior. After evaluating and choosing the circular discontinuity among the other geometric shapes, for their proper placement, an initial guess of the location of the discontinuities was considered with the help of similar research. Then, the eigenvalues of the geometry extracted from the buckling solver have been used to place and increase the number of discontinuities.Finally, by examining 43 models with different numbers and placement of discontinuities, a model with a 13% improvement in the CFE criterion was proposed.
    Keywords: Crashworthiness, Discontinuities energy absorbent shells, Finite element, Damage criteria, Crash
  • Mohammad S. Saeedi, Ali Jamali *, Bahman Ahmadi, Nader Nariman-Zadeh Pages 17-29

    This article addresses the bi-level multi-objective optimization problems raised in reliability-based robust design optimization of mechanism synthesis through establishing a state-of-the-art game theoretic scenario. A novel bi-level decentralized decision-making approach is proposed using the synergy of reliability-based robust design optimization (RBRDO), Stackelberg/cooperative game theory, Monte Carlo simulation (MCS) and genetic programming (GP). The application of the proposed approach is elaborated in a case-study of multi-objective robust synthesis of high-speed path generating four-bar. The four performance criteria, namely, accuracy (), robustness ( and ), reliability () at upper level and quality of motion () at lower level are assigned to four players so that each of whom is in charge of one objective criterion being optimized. The peak input driving torque as the dynamic constraint is associated with the upper-level problem. The genetic programming (GP) metamodel is used to capture the Stackelberg protocol between two levels i.e., constructing the follower’s rational reaction set (RRS) and the Nash arbitration scheme is hired to model the cooperative behaviors in upper level. By this way, the four-objective optimization problem of four-bar linkage is reduced into a single-objective robust design problem. The obtained results show a considerable enhancement in reliability and robust behavior of mechanism, whilst the deterministic criteria of accuracy and quality of motion is preserved.

    Keywords: Multi-objective optimization, Game Theory, robust design, Genetic Programming, Path-genetating four-bar
  • MohammadJavad Mahmoodi *, AmirHossein Taghavi-Ganji Pages 31-46

    Ionic Polymer-Metal Composite (IPMC) strips are very thin actuators in the form of a sandwich composite with an electroactive polymer in the core and two metal electrodes on its sides. In this paper, a multi-scale electrochemical-mechanical analysis of actuation time response of an IPMC composite strip is performed. First, the electrochemical response of IPMC primary motion stemming from electrostatic force, viscous force of ionic cluster motion in the polymer matrix solvent, and diffusive force caused by the concentration potential are obtained by a hydraulic model. The solution methods in the space domain include finite element numerical analysis based on Glerkin's formulation, and Euler's integration method in the time domain. Then, the solvent transport equation is written, and the rate of eigen strain and bending moment of the IPMC actuator is obtained. By extracting the amount of cluster concentration in the boundary layer of cathode and anode, the displacement response of the end of the beam is determined. The results of the model are validated with previous available studies. The results show a reasonable fit between the response of the IPMC actuator and the electrical excitation, and confirm that the presented model provides the prediction of the fast response of IPMC strip.

    Keywords: Ionic polymer-metal composite, Actuation response, Electrochemical-mechanical model, Finite Element Method
  • Meysam Nouri Niyaraki *, MohammadReza Isvandzibaei, Jaber Mirzaei Pages 47-58

    In this research, the parameters of brazing temperature, time, and joint seam have been optimized in brazing joints of 420 stainless steel with BNi-2 filler metal on the shear strength of lap joint samples using response surface methodology. The parameters of brazing temperature, time, and joint seam were determined by the design of the experiment using the Benken box method. The thickness of BNi-2 filler metal was considered to be 0.04, 0.07, and 0.1 mm in this research. After preparing the samples, they were placed in a vacuum furnace at temperatures of 1000°C, 1070°C, and 1140°C for 10, 30, and 50 minutes. The mechanical tensile test was performed to determine the shear strength. It was observed that increasing the joint seam from 0.04 to 0.1 mm caused a 14% decrease in shear strength. Also, increasing the brazing temperature from 1000°C to 1140°C has increased the shear strength by 21%, and increasing the brazing time from 10 to 50 minutes has increased the shear strength by 27%. In the end, it was optimized that the maximum shear strength is 164.429 MPa in the joint seam of 0.04 mm, the temperature is 1109.84 °C and the time is 46.58 minutes.

    Keywords: Optimization, Brazing, Shear strength, BNi-2, response surface methodology
  • MohamadMahdi Soori, Seyed Josein Soori * Pages 59-73

    The integrated design method for a missile guidance and control system is such that all the limitations of the subsystems are taken into account during the design in a bid to increase the accuracy and overall performance of the system in the final phase. This will improve efficiency, save time and implementation cost, and as a result, system performance will improve. This article describes the process of designing and simulating the performance of the neural sliding model controller, which was created to guide the missile in a two-dimensional engagement in minimizing the collision time and the miss distance to the target. In the design of the controller, a PID is first considered to evaluate the proposed controller, followed by the design of the neural sliding model controller discussed using neural networks. According to the simulations, it can be shown that the use of this proposed controller and the application of the integrated guidance and control model will reduce the final miss distance and the collision time compared to the PID controller.

    Keywords: missile, guidance, control, sliding mode, neural networks
  • Hadi Golmakani, Yaghoob Dadgar Asl *, S.M. Hossein Seyedkashi Pages 75-87

    Double-layer sheet forming methods are developed in various industries due to their dual properties and wide application. In this paper, the numerical and experimental investigation of the bowing defect in the flexible roll forming process of double-layer sheets have been discussed. Numerical analysis has been conducted using Abaqus finite element software and experimental tests using a single-station flexible roll forming machine. After validation of the numerical model, the effects of significant parameters on the bowing defect in the flexible roll forming process, including the forming angle, sheet thickness, sheet wing length, and the displacement of sheet layers have been investigated using full factorial design of experiments method and finite element simulations. The results were analyzed using the Analysis of Variance statistical method. The results showed that with increase of the forming angle and wing length, the amount of bowing defect increases while it decreases with the increase of the thickness of the sheet. Also, the arrangement of layers is also effective in the occurrence of the bowing defect. The results showed that the bowing defect in the Al-Cu layer material increased from 2.152 to 2.646 mm with the increase of the wing length from 18 to 25 mm.

    Keywords: Flexible Roll Forming, Bowing Defect, Double Layer Sheet, Numerical Simulation
  • Ehsan Pourhassan, Mohammad Zamen *, Mostafa Kahani Pages 89-102
    Industrial effluents is one of the important sources of pollution in industrial activities, including power plants. With the basic control of industrial effluents, in addition to preventing its harmful effects, the consumption of limited water resources is also saved. Due to the high energy consumption of different desalination systems to produce fresh water, as well as the heat losses in power plants, a major part of the effluents can be desalinated for reuse in processes that require water. In this study, the simulation of a multi-effect distillation (MED) unit for a steam power plant is done by Thermoflow software. The required thermal energy of the unit is supplied from the boiler blowdown stream. Sensitivity analysis has been done on the basic parameters in the simulation to select the optimal values. In the premier scenario, considering the eavailability of 870 m3/day of effeluent from various units of IRANSHAHR steam power plant, a MED desalination plant with 12 effects with the ability to produce 290 m3/day of fresh water is proposed. The steam consumption rate is 1.1 ton/hr, which is about one seventh of the power plant's boiler capacity. The gain of ratio of the proposed system is equal to 10.2 and the recovery ratio is 33%. The investment cost of the proposed system is 3290 $ per cubic meter of fresh water per day.
    Keywords: Effluents Desalination, Multi Effect Distillation(MED), Thermo Flow Software, Steam power plant
  • MohammadMahdi Balakheli, Mahmood Mehregan *, Seyed Majid Hashemian Pages 103-119

    In this paper, a combined cooling, heating and power system based on hybrid drive of internal sand external combustion engines with biomass power source with a gasification reactor with air gasification agent and of the counter flow type is discussed and the synthesis gas obtained from this equipment is used in a gas-burning internal combustion engine. This proposed system has been compared with a similar cogeneration system with a natural gas power source, and energy and economic perspectives have been used for the system. The results show that the proposed system that uses synthesis gas as input fuel will have a significant advantage from energy and economic viewpoints compared to the case where natural gas is used as the main fuel, where the parameter related to the percentage reduction of primary energy consumption shows that if synthesis gas is used as a fuel in the drive of the internal combustion engine, compared to natural gas, it will save 40.55% in input energy consumption. The proposed system with synthetic gas fuel has a significant advantage from the economic point of view and the percentage of fuel consumption reduction, so that the results show a savings of 83.98% in fuel consumption costs. The results also show that the total price of electricity production in the proposed system with biomass and synthesis gas power source in different rotational speeds of the internal combustion engine will be lower and more economical compared to the cost of electricity production with natural gas fuel.

    Keywords: Combined cooling heating, power system, Renewable energy, Biomass, gasification
  • AhmadReza Rahmati *, Abbas Molaei Pages 121-137

    Increasing the heat transfer rate in various industries in order to improve the efficiency of equipment, prevent damage to parts and reduce costs is one of the essential discussions in the industry. One of the solutions to increase heat transfer is the use of active heat sink. In this research, an active heat sink with Galinsten liquid metal fluid was used and the discretization of Navier-stokes equations was done using the second order upstream finite volume method. The effect of applying the magnetic field in the Y direction (perpendicular to the flow axis) to the heat sink has caused the creation of a force against the flow direction called the Lorentz force, which has caused the M-shaped velocity distribution. According to the constant flux boundary condition, increasing the flow velocity in the vicinity of the walls has caused the surface temperature to decrease and the heat transfer to improve. The results showed that the effect of applying a uniform external magnetic field in both Y and X directions with a Hartmann number of 517 improved the Nusselt number by 38% and 13%, respectively, compared to a Hartmann number of zero. The effect of applying a magnetic field in the Y direction to the heat well with a Hartmann number of 517, 38%, Hartmann number of 258, 22% and Hartmann number of 129, 13% has improved the heat transfer.

    Keywords: Forced convection heat transfer, Magnetic Field, liquid metal, Heat sink, Microchannel
  • Hesam Jazirian, Farzad Jafarkazemi *, Hamidreza Rabieefar Pages 139-152

    With increasing importance of flow measurement in industries, especially in petrochemical and water and wastewater, and their need to reduce the installation space and increase the accuracy, it is necessary to improve the existing flowmeters and produce new types. In the last two decades, the V-Cone flowmeter has received the special attention of researchers with features such as reducing the required initial length, lower pressure drop compared to other types, and the ability to be used in two-phase flows. Also, several researches were done to improve the flowmeter geometry. But one of the things that is less discussed is how to connect the flowmeter stand to the body (flowmeter nose). Therefore, in this research, experimental and numerical study of a new case that has a continuous nose, and comparing it with standard types including pointed, curved and elbow, have been done. Using test results, correlations were proposed to estimate the pressure drop between two flowmeter sensors and the pressure loss. Calculations showed that the relative error of pressure drop calculation in the range of Reynolds numbers investigated (5.88 × 104 to 9.80 × 104) is about -0.73%. Numerical simulation showed that the continuous type with the highest level of disturbance (about 3.5% more than the minimum value) causes the increase of fluctuations in the value shown by the pressure gauge located downstream and the error in the calculation of the discharge coefficient. Also, changing the shape of the flowmeter nose caused only minor changes in the size of the vortexes.

    Keywords: Experimental Study, CFD, Turbulence Modeling, Differential pressure flowmeter, V-Cone
  • Mahdi Nouroozi *, Mahmoud Pasandideh-Fard Pages 153-167
    In this paper, three-dimensional code has been developed to simulate the partial cavitating flow around projectiles with various heads (blunt, hemispherical, and conical) using the BEM. For this purpose, after generating the geometry using quadrilateral elements with four control points, using the integral expression of Green's theory, source and dipole have been distributed on elements, and using an iterative algorithm, simulation is done and results are compared with the available experimental data and other numerical results. Despite the low computational cost of this method, the results have a high accuracy and convergence rate. One of the main contributions of this work is to present a correlation between the properties of cavity around projectiles with different heads (in the limit of 0.075≤σ≤0.5). Also, Analysis of the results shows that the method has a suitable ability to predict the properties of cavitation flow at non-zero angles of attack (up to 8° angle of attack) in the shortest time. Of course, by increasing the angle of attack and getting away from the potential assumption, the results are associated with some errors (15% in geometrical characteristics and 12% in aerodynamic coefficients). Due to high convergence rate and acceptable accuracy, this method can be used for initial design and optimization of subsurface projectiles with cavitation.
    Keywords: Partial cavitation, Boundary Element Method, Blunt-head, Hemispherical-head, conical-head
  • Mohsen Dezfouli, Amin Haghighi Poshtiri * Pages 169-184

    Flow-induced vibration is the effective factor in mechanical destruction of structures that are exposed to fluid flow. In this study, random vortex- boundary element methods (RVM-BEM), is used to simulate two-dimensional laminar fluid flow around four one/two-degrees-of-freedom cylindrical cylinders in a rectangular arrangemen. Hydrodynamic force coefficients, streamlines and cylinder displacements were plotted. The vorticity distribution is separated into blob-vortexes and its changes are studied by tracking these vortexes in the Lagrangian approach by considering two mechanisms of convection and diffusion in each time step. Satisfying no-slip boundary condition, vortex sheets were created on boundary. The cylinder vibrations were modeled as a system of mass, spring, and damper. The results showed that for 1 and 2DoF compared to the stationary cylinder, the average drag coefficient changes are 0.84 and 0.97, respectively. The rear cylinders vibrations amplitude were less than in the front cylinders. The y-amplitude was three times larger than x-amplitude. The maximum x-amplitude vibration of 1DoF cylinders was 1.51 times larger than 2DoF ones. Solving flow over 2DoF single cylinder by BEM(no need for homodis mapping or considering the vortexe images) with a similar solution in Ansys-Fluent software, showed 25% reduction in runtime and 2.3% increase in calculations accuracy.

    Keywords: Flow-induced Vibration, Random vortex, boundary element, four cylindrical cylinders, laminar flow