فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال بیست و چهارم شماره 1 (دی 1402)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و چهارم شماره 1 (دی 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سهیل نخودچی*، شهریار علی کرمی صفحات 1-9

    در این مقاله با انجام عملیات حرارتی در قطعات با جنس سوپر آلیاژ IN718 که به روش ساخت افزایشی تولید شده اند، هدف بررسی تجربی و تحلیلی رفتار رها سازی تنش می باشد. نمونه های آزمایش از روش ذوب لیزر انتخابی ساخته شده و پس از عملیات حرارتی همگن سازی و انحلالی، با اعمال کرنش اولیه فشاری به میزان 1/1% و 2/1% در دمای 650 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت تحت عملیات رهایش تنش قرار گرفتند. بمنظور بررسی اثر تغییرات کرنش بر میزان رهایش تنش، نمودار حد رهایش تنش که برای کرنش های 1/1% و 2/1% به ترتیب میزان 119/55 و 514/35 مگا پاسکال می باشد نشان می دهد حد رهایش تنش با افزایش کرنش اولیه افزایش می یابد. همچنین با بررسی نمودارهای رهایش تنش در قطعات آزمایش تجربی مشخص شد که میزان و شیب منحنی رهایش در نمونه با درصد کرنش 1/2 بیشتر می باشد. در بخش تحلیلی از معادله ساختاری خزش جهت بررسی رفتار رهایش تنش استفاده شد که با بررسی نمودارهای مقایسه ای ارائه شده، با ثبت میزان خطای 2/17% و 3/85% به ترتیب برای کرنش های 1/1% و 2/1%، نتیجه مقایسه حاکی از تطابق خوب نتایج تحلیلی با نمودارهای تجربی می باشد.

    کلیدواژگان: سوپر آلیاژ (IN718)- ساخت افزایشی- رهاسازی تنش- عملیات حرارتی
  • سید محمد اخوان علوی، رحمت الله قاجار* صفحات 11-20

    در این مقاله به تعیین خواص مکانیکی یک سازه آگزتیک میکروسلولی پرداخته می شود. این سازه مشبک متشکل از سلول های شش ضلعی درون رو است که ابعاد دیواره ی سلول های آن در مقیاس میکرو می باشد. ابتدا با استفاده از تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده (MSGT) و روش انرژی، خواص مکانیکی سازه آگزتیک میکروسلولی به روش تحلیلی استخراج می گردد. سپس جهت صحت سنجی نتایج، ضریب یانگ یک سازه آگزتیک میکروسلولی توسط آزمون کشش تعیین و با نتایج تحلیلی مقایسه می گردد. مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند. برای ساخت سازه آگزتیک میکروسلولی از دستگاه برش لیزر نانوثانیه استفاده می شود. همه آزمون های کشش مطابق استاندارد ISO 6892-1 انجام می گردد. نتایج نشان می دهند که تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده نقش مهمی را در تعیین خواص مکانیکی سازه های مشبک میکروسلولی ایفا می کند، به طوری که در برخی از موارد، نتایج حاصل از این تئوری با تئوری کلاسیک بیش از 100% اختلاف دارند. همچنین مشاهده می شود که با تغییر پارامتر های هندسی میکروسلول، خواص مکانیکی سازه آگزتیک قابل تنظیم است. به عنوان نمونه با کاهش اندازه زاویه دیواره سلول، ضریب یانگ در راستای X 1  افزایش و ضریب یانگ در راستای X 2  و ضریب برشی سازه کاهش می یابند.

    کلیدواژگان: آگزتیک، سازه میکروسلولی، تیر میکرو، تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده
  • محمد مزیدی شرف آبادی*، نهی مجید کرم، رضا کرد صفحات 21-30

    در این مقاله تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده به عنوان عامل بهبود انتقال حرارت در ترانسفورماتورهای توزیع برق به طور تجربی بررسی شده است. برای بهبود خنک کاری ترانسفورماتور، روش جدیدی پیشنهاد شده که شامل افزودن پارافین در داخل ظروف آلومینیومی دربسته به روغن ترانسفورماتور است. بستر آزمون استفاده شده شامل یک ترانسفورماتور برق به همراه روغن ترانسفورماتور، دو گرم کن برقی، تنظیم کننده توان، دوربین حرارتی، دستگاه اندازه گیری استقامت دی الکتریک روغن و حسگرهای دما که در مکان های مختلف قرارگرفته اند، می باشد. نتایج تجربی نشان داد که افزودن 8 کیلوگرم پارافین به روغن ترانسفورماتور، باعث کاهش دمای ترانسفورماتور به ویژه در شرایط آب و هوایی گرم تابستان می شود و دمای میانگین روغن ترانسفورماتور را از 7/46 به 5/42 سانتی گراد کاهش می یابد. در این آزمایش مشخص شد که وقتی دمای روغن به طور ناگهانی و سریع طی یک ساعت افزایش یابد، افزودن پارافین به خوبی نمی تواند باعث دفع حرارت و کاهش دما شود. در انتها تاثیر افزایش مداوم و بالای دما بر عایق روغن بررسی شد. نتایج نشان داد که با به کارگیری پارافین، مقدار ولتاژی که روغن می تواند به عنوان عایق الکتریکی تحمل کند از 8/56 به 61 کیلوولت افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: بررسی تجربی، بستر آزمون، ترانسفورماتور توزیع، مواد تغییر فاز دهنده، پارافین، خنک کاری، عایق روغن
  • محمد یزدانی خامنه، محسن صدر، امیر راستی*، محمدحسین صادقی صفحات 31-40

    در این پژوهش، اثر روش بافت دار کردن سطح براده ابزار در بهبود کیفیت سطح در فرایند تراشکاری فولاد 1191/1 با سختی 45 راکول سی (ماشین کاری سخت) مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور، با فرض بافت حفره ای منظم ابزار، پارامترهای قطر، گام و عمق حفره و همچنین فاصله الگو از لبه برش اصلی ابزار در سه سطح، تغییر داده شد. با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی، نه آزمایش (ابزار) طراحی شد و به منظور اطمینان از نتایج بدست آمده، آزمایش ها در حالت خشک و روانکاری شده در دو مرتبه تکرار شدند. نیروهای ماشین کاری در حین انجام آزمایش ها و زبری سطح قطعه نهایی در دو حالت ماشین کاری با روانکار و خشک اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که در تراشکاری با ابزار بافت دار به همراه روانکار، تغییر پارامترهای گام الگوی بافت و فاصله الگو از لبه برش در بازه مورد بررسی، به ترتیب تا 6/57% و 2/39% زبری سطح قطعه کار را افزایش دادند. این درحالی است که افزایش قطر حفره بافت، به واسطه کاهش سطح تماس ابزار با براده تولیدی و روان کاری بهتر موضع برش، توانست تا 7/40% زبری سطح قطعه کار را بهبود بخشد. پارامتر عمق حفره های بافت ابزار نیز تاثیر معنی داری بر بهبود روان کاری و کاهش زبری سطح نهایی نداشت. در حالت تراشکاری خشک، افزایش قطر بافت سطح و کاهش گام الگوی حفره ها، به ترتیب زبری سطح را تا 6/10% و 29% کاهش دادند. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی نیز حاکی از تولید سطحی یکنواخت تر در تراشکاری با ابزار بافت دار بهینه بود.

    کلیدواژگان: بافت ابزار، تراشکاری سخت، روانکاری، سلامت سطح، نیروهای برشی
  • سید مصطفی میرطبایی*، رضا شهرکی شهدآبادی صفحات 41-52

    هیدروژن به عنوان یک منبع جدید انرژی به شمار می رود. یکی از روش های پرکاربرد تولید گاز هیدروژن، الکترولیز آب است. الکترولیز آب توسط الکترولایزر و با عبور جریان الکتریکی از میان مولکول های آب، با استفاده از یک غشا بین سلولی باعث تجزیه مولکول های آب به هیدروژن و اکسیژن می شود. درصورتی که غشا بین سلولی حذف شود، گاز هیدروژن و اکسیژن مخلوط شده و گاز هیدروکسی تولید می شود. این گاز که شامل مولکول های هیدروژن و اکسیژن است به عنوان سوخت کمکی موردتوجه قرار گرفته است. به همین منظور در این پژوهش به طراحی و ساخت الکترولایزر چندسلولی تولیدکننده گاز هیدروکسی بدون غشا با استفاده از ورق استیل 316 پرداخته شده است. برای افزایش رسانایی آب از الکترولیت پتاسیم هیدروکساید استفاده شده و برای تامین انرژی مصرفی موردنیاز الکترولایزر از سلول خورشیدی با توان های مختلف استفاده گردید. سپس با انجام آزمایش های مختلف به کارگیری این فناوری با استفاده از انرژی خورشید مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که هر صفحه الکترولایزر دارای ولتاژ 2 الی 3 ولت است و باید تناسب لازم بین تعداد صفحات الکترولایزر و ولتاژ سلول وجود داشته باشد. تولید به ازای سطح سلول خورشیدی برای سه حالت مورد بررسی به ترتیب 1919، 4542.5 و 6919 لیتر بر مترمربع به دست آمد که نشان دهنده این است که مقادیر بهینه ای متناسب با سطح سلول و مساحت صفحات الکترولایزر وجود دارد که منجر به عبور جریان بهینه ای از دستگاه و عملکرد مناسب تر آن می شود.

    کلیدواژگان: الکترولایزر چندسلولی، گاز هیدروکسی، سلول خورشیدی، شدت مصرف انرژی، چگالی سطحی
  • علی رضا بهرامی، سعید اصیل قره باغی* صفحات 53-63

    در تحقیق حاضر روشی بهبود یافته برای کاهش نویز از سری زمانی حاصل از یک سیستم آشوبناک ارائه شده است. اساس این روش بر مبنای روش کاهش نویز ارائه شده توسط شریبر و گرسبرگر می باشد که دارای عملکردی مناسب و پیچیدگی کمتر نسبت به سایر روش های کاهش نویز از اطلاعات آشوبناک است. در اینجا از یک مدل کلی که به کمک شبکه عصبی ایجاد شده است به منظور مدل پیش بینی سری زمانی آشوبناک استفاده گردیده است. بر خلاف روش اصلی، استفاده از یک مدل پیش بینی کلی با نتایج بهتر در مقایسه با مدل های محلی و همچنین بهره گرفتن از روش بازسازی تحلیل طیف منفرد سبب ارائه روشی با دقت بالاتر شده است که در عین حال از مزایای منحصر به فرد روش اصلی نیز برخوردار می باشد. این روش بهبود یافته به سری زمانی حاصل از حالت آشوبناک معادلات لورنز که با نویز گاوسی آغشته شده، اعمال گردیده است. پس از اعمال روش کاهش نویز بهبود یافته، نتایج نهایی، کاهش حدود 33 درصدی مقدار خطای مطلق میانگین را در مقایسه با روش اولیه نشان می دهند. همچنین خطای محاسبه بعد همبستگی پس از اعمال روش بهبود یافته به 2 درصد کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: کاهش نویز، سری زمانی آشوبناک، تحلیل طیف منفرد، شبکه عصبی، مدل کلی
|
  • Soheil Nakhodchi*, Shahryar Alikarami Pages 1-9

    In this paper, by performing heat treatment on IN718 superalloy specimens that are manufactured by additive manufacturing method, the purpose is to investigate the experimental and analytical behavior of stress relaxation. The 3D printed specimens were made by the selective laser melting (SLM) method and after homogenization and solution heat treatment; they were subjected to stress relaxation at the temperature of 650 °C with an initial strain of 1.1% and 2.1% for 8 hours. Due to investigate the effect of strain changes on the stress relaxation, the stress relaxation limit diagram, which is 119.55 and 514.35 MPa for strains of 1.1% and 2.1%, respectively, shows that the stress relaxation limit increases with the increase of the initial strain. Furthermore, by examining the stress relaxation behavior in the experimental specimens, it was found that the amount and slope of the relaxation curve is higher in the specimen with a strain of 2.1%. In the analytical study, the creep constitute equations were also used to investigate the stress relaxation behavior, which by checking the presented comparative curves, by recording the error amount of 2.17% and 3.85% for the strains of 1.1% and 2.1%, respectively, the result of the comparison indicates a good agreement between the analytical results and the experimental curves.

    Keywords: Inconel 718 Superalloy, Additive Manufacturing, Stress Relaxation, Heat Treatments
  • Seyed Mohammad Akhavan Alavi, Rahmatollah Ghajar* Pages 11-20

    In this article, the determination of the mechanical properties of a micro-cellular auxetic structure is investigated. This lattice structure consists of hexagonal cells, whose cell-wall dimensions are on a micro-scale. First, using modified strain gradient theory (MSGT) and energy method, the mechanical properties of the micro-cellular auxetic structure are analytically obtained. Then for validation, Young's modulus of a micro-cellular auxetic structure is derived by tensile test and compared with theoretical results. The comparison of analytical and experimental results shows good agreement. A nanosecond laser cutting machine is used to fabricate the microcellular auxetic structure, and the ISO 6892-1 standard is used to perform tensile tests. The results show that the modified strain gradient theory plays an important role in determining the mechanical properties of micro-cellular auxetic structures. In some cases, the results of this theory are more than 100% different from the classical theory. In addition, it can be seen that by changing the dimensional parameters of the micro-cells, the mechanical properties of the auxetic structure can be tunable. For example, by reducing the magnitude of the angle of the cell wall, Young's modulus in the X 1  direction increases, and Young's modulus in the X 2  direction and the shear modulus of the structure decrease

    Keywords: Auxetic, Micro-Cellular Structure, Micro Beam, MSGT
  • Mohammad Mazidi Sharfabadi*, Nuha Majeed Karam, Reza Kurd Pages 21-30

    In this article, the effect of using phase change materials to improve heat transfer in power distribution transformers has been investigated experimentally. To enhance the cooling of the transformer, a new method has been proposed, which involves adding paraffin inside aluminium containers that are sealed to the transformer oil. The test setup includes an electric transformer filled with transformer oil, two electrical heaters, a power regulator, a thermal camera, oil insulation measuring device, and temperature sensors placed at various locations. The experimental results demonstrated that the addition of phase change materials to the electronic transformer oil led to a decrease in the temperature of the transformer, particularly in summer weather conditions. Additionally, the mean temperature of the transformer oil was reduced from 46.7 to 42.5 degrees Celsius by adding 8 kg of paraffin. However, it was observed that when the temperature increases suddenly and rapidly within an hour, these materials are ineffective in dissipating the heat and reducing the temperature of the transformers. Additionally, the research examines the impact of continuous and high-temperature increases on the oil electrical insulation. The results revealed that using phase change materials increased the voltage that the oil could withstand as an electrical insulator from 56.8 kV to 61 kV.

    Keywords: Experimental Study, Test Bench, Disturbution Transformer, Phase Change Material, Paraffin, Cooling, Oil Insulation
  • Mohammad Yazdani Khameneh, Mohsen Sadr, Amir Rasti*, Mohammad Hossein Sadeghi Pages 31-40

    The effect of texturing the tool rake surface on the surface quality in hard turning of 1191/1 steel with a surface hardness of 45 HRC was studied in this research. The pattern parameters including, cavity diameter, pitch, and depth, as well as the pattern distance from the main cutting edge were changed in 3 levels, assuming the cutting tool with regular cavity texture. Nine tests were designed using the Taguchi DOE and conducted in dry and lubricated conditions with 2 repeats. Machining forces during the tests and surface roughness of the machined workpieces were measured in machining under lubricated and dry conditions. The results showed that in turning with a textured tool under lubrication, changing the parameters of the texture pitch and the distance from the cutting edge increased the surface roughness of the workpiece by 57.6% and 39.2%, respectively. This is while the increase in the diameter of the tissue cavity, due to the reduction of the contact area in the tool-chips interface and better lubrication near the cutting region, improved the surface roughness up to 40.7%. The cavities depth of also did not have a significant effect on improving lubrication and reducing the roughness of the final surface. In dry turning, increasing the cavities diameter in texture and decreasing the pattern pitch, reduced the surface roughness by 10.6% and 29%, respectively. Examining the SEM images also indicated the production of the workpiece surface with smoothed texture when turning using optimized textured tool.

    Keywords: Tool Texture, Hard Turning, Lubricating, Surface Integrity, Cutting Forces
  • Seyed Mostafa Mirtabaei*, Reza Shahraki Shahdabadi Pages 41-52

    Hydrogen is considered as a new source of energy. One of the most used methods of hydrogen gas production is water electrolysis. Electrolysis of water by an electrolyzer and by passing an electric current through water molecules, using an intercellular membrane causes the breakdown of water molecules into hydrogen and oxygen. If the intercellular membrane is removed, hydrogen gas and oxygen are mixed and hydroxy gas is produced. This gas, which includes hydrogen and oxygen molecules, has been considered as an auxiliary fuel. For this purpose, in this research, the design and construction of a multi-cell electrolyzer producing hydroxy gas without a membrane using 316 steel sheet has been discussed. To increase the conductivity of water, potassium hydroxide electrolyte was used, and solar panels with different powers were used to supply the required energy consumption of the electrolyzer. Then, by conducting various experiments, the application of this technology using solar energy has been investigated. The results of the tests show that each electrolyzer plate has a voltage of 2 to 3 volts and there must be a proper proportion between the number of electrolyzer plates and the voltage of the panels. The production per solar panel surface for the three studied conditions was obtained as 1919, 4542.5 and 6919 liters per square meter, respectively, which indicates that there are optimal values corresponding to the panel surface and the area of the electrolyzer plates, which leads to an optimal current passing. It becomes more appropriate from the device and its performance.

    Keywords: Multi-Cell Electrolyzer, Hydroxy Gas, Solar Panel, Intensity of Energy Consumption, Surface Density
  • Ali Reza Bahrami, Saeed Asil Gharebaghi* Pages 53-63

    An improved method for noise reduction from a time series obtained from a chaotic system is presented. This improved method is based on a noise reduction technique presented by Schreiber and Grassberger that has good performance and less complexity compared to other noise reduction methods from chaotic data. Here a global model created using a neural network has been used as a prediction model for chaotic time series. This global prediction model performs better compared to the local prediction model used in the original method. The improved method also takes advantage of the singular spectrum analysis reconstruction technique. Both of these improvements led to a more accurate noise reduction method while preserving the unique properties of the original. The improved method is applied to a time series obtained from the chaotic state of Lorenz equations that is polluted with Gaussian noise. The final results show a 33 percent reduction in mean absolute error values compared to the original method. Also, the error of calculating the correlation dimension from the data has been reduced to 2 percent after applying the improved method.

    Keywords: Noise Reduction, Chaotic Time Series, Singular Spectrum Analysis, Neural Network, Global Model