فهرست مطالب

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال چهارم شماره 4 (زمستان1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/12/09
  • تعداد عناوین: 16
|
  • علی جودکی، علی اشرفی زاده صفحات 1-12
    مسائل طراحی شکل به طور عام، و مسائل طراحی معکوس به عنوان زیر گروهی از این مسائل، اغلب از طریق روش های بهینه یابی و الگوریتم های تکاملی حل می شوند. در این مقاله از الگوریتم بهینه یابی ژنتیک و الگوریتم بهینه یابی توده ذرات و همچنین دو گونه متفاوت الگوریتم ترکیبی آن دو استفاده شده است. این چهار الگوریتم برای چند مسئله طراحی معکوس به کار رفته اند و نتایج نشان می دهند که ترکیب الگوریتم های ژنتیک و توده ذرات نرخ همگرایی را در روش های طراحی افزایش می دهد. در قسمت مسائل طراحی، هم مسئله جریان داخلی و هم جریان بیرونی انتخاب شده است. علاوه بر آن نقطه مینیمم کلی چند تابع تست بهینه یابی مشهور توسط این الگوریتم ها به دست آمده است. هنگامی که از الگوریتم های ترکیبی استفاده می شود تا 30 درصد افزایش در سرعت همگرایی در میان این مسائل بهینه یابی عددی مشاهده می گردد. همچنین نتایج نشان می دهند که الگوریتم های ترکیبی نسبت به الگوریتم های پایه قادر هستند که به نقطه بهینه نزدیکتر شوند.
    کلیدواژگان: طراحی شکل، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم توده ذرات، الگوریتم ترکیبی
  • محمد مهدی فاتح، عاطفه سکاکی صفحات 13-21
    در این مقاله، طرح نوین کنترل کننده ی آزاد از مدل برای سیستم تعلیق فعال خودرو برای دستیابی به رانندگی مطمئن و راحتی مسافر با حضور اغتشاشات جاده را ارائه می نماید. کنترل کننده ی پیشنهادی در مقایسه با طرح های قبلی، نیازی به کنترل نیرو ندارد و فقط از کنترل موقعیت استفاده می کند. در نتیجه، طرح آن ساده تر و با محاسبات کمتر خواهد بود. کنترل کننده ی مورد نظر برای مدل سیستم تعلیق یک چهارم خودرو با وجود محرک روغنی با مدل غیرخطی طراحی می شود. در روند بدست آوردن کنترل کننده پیشنهادی از کنترل خطی سازی پسخورد و تخمین و جبران عدم قطعیت توسط روش تاخیر زمانی استفاده می شود. بنابراین، کنترل کننده در غلبه بر عوامل غیرخطی و عدم قطعیت مدل موفق است. کنترل کننده از پسخوردهای جابجایی، سرعت و شتاب بدنه ی خودرو استفاده می کند. مدل فضای حالت سیستم تعلیق روغنی بدست می آید و پایداری سیستم کنترل اثبات می شود. شبیه سازی ها عملکرد مطلوب سیستم تعلیق برای همگرایی بدنه به نقطه تعادل با خطای ناچیز را نشان می دهند. مقایسه عملکرد کنترل سیستم تعلیق فعال پیشنهادی با سیستم تعلیق غیرفعال، برتری کنترل کننده پیشنهادی در فراهم آوردن راحتی مسافر و رانندگی مطمئن را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: سیستم تعلیق فعال، محرک روغنی، کنترل آزاد از مدل، کنترل خطی سازی پسخورد، تخمین عدم قطعیت
  • علی اکبر الله دادیان، کورش حسن پور صفحات 23-32
    کاربرد آلیاژ Ti-64 تیتانیوم به سبب خواص منحصر به فرد آن از قبیل سبکی و پایداری در دماهای بالا، در صنایع هوا و فضا گسترش پیدا کرده است. در آلیاژ Ti-64 تیتانیوم، رفتار نامعمول مکانیکی از قبیل ناهمسانگردی پلاستیک و عدم تقارن کشش و فشار در جهت های مختلف مشاهده می شود. در این مقاله با انتخاب سطح تسلیم مناسب، کارسختی همسانگرد و روش عددی نگاشت بازگشتی، مدل الاستیک-پلاستیک به روش اجزای محدود پیاده سازی و با استفاده از نظریه هیل- سوئیف در حالت الاستیک- پلاستیک و تحلیل اجزای محدود تصادفی، پیش بینی نمودار حد شکل دهی در دمای 400 درجه سانتی گراد انجام شده است. در تحلیل اجزای محدود تصادفی، ناهمگونی ماده به صورت میدان تصادفی ضخامت ورق در نظر گرفته شده است. همچنین با بررسی تاثیر اندازه گام در دقت حل، اندازه گام مناسب در پیش بینی نمودار حد شکل دهی به کار رفته است. با انتخاب درصد اطمینان 99% در تحلیل اجزای محدود تصادفی، انحراف معیار مناسب میدان تصادفی در نظر گرفته شده و در پیش بینی نمودار حد شکل دهی به کار برده شده است. تاثیر ناهمسانگردی پلاستیک ورق آلیاژ Ti-64تیتانیوم در نمودار حد شکل دهی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ورق آلیاژ Ti، 64، نمودار حد شکل دهی، معیار تسلیم کازاکا، معیار ناپایداری، شبیه سازی اجزای محدود
  • بهروز رئیسی، مسعود خراتی کوپایی، محمدحسن خوبان صفحات 33-44
    در این تحقیق ابتدا معادلات حرکت برای یک جسم خود گردان زیر آبی در حالت جرم متغیر استخراج شده، معادلات مزبور به معادلات فضای حالت تبدیل گردیده و سپس نحوه انجام شبیه سازی عددی به کمک حل این دسته معادلات تشریح شده است. از ملزومات شبیه سازی، محاسبه نیروها و گشتاورهای هیدرودینامیکی می باشند که این کمیت ها خود توابعی غیر خطی از متغیرهای سیستم هستند. این وابستگی به کمک ضرایب نیرو و گشتاور نشان داده می شود که محاسبه آن ها در این مطالعه به کمک نرم افزار میسیل دت کام انجام می پذیرد. علاوه بر آن اثرات حرکت شتاب دار جسم در سیال نیز با کمک جملات جرم افزوده لحاظ می گردد. برای صحه سنجی نیز نتایج حاصل از شبیه سازی با موارد قابل پیش بینی از لحاظ کیفی و در برخی موارد کمی مقایسه شده اند که مشاهده می گردد برنامه شبیه سازی از صحت مناسبی برخوردار است. مجموعه تعریف شکل سامانه، انجام شبیه سازی، محاسبه ضرایب، رسم منحنی های کمیت های خروجی بر حسب زمان و انیمیشن پرتاب در یک نرم افزار جامع مجتمع شده اند که در نهایت این نرم افزار امکان شبیه سازی حرکت یک جسم خودگردان زیر آبی که مجهز به تعدادی بالک ثابت و یک سری بالک متحرک می باشد را برای کاربر مهیا نموده است.
    کلیدواژگان: جرم متغیر، معادلات حرکت، شبیه سازی حرکت، ضرایب هیدرودینامیکی، میسیل دت کام
  • کورش نصرالله زاده، احسان نوحی صفحات 45-64
    محصورسازی ستون های بتنی با صفحات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای مسلح شده با الیاف، موسوم به ورقه های FRP، از جمله شیوه های نوین در بهسازی سازه ها محسوب می گردد. بررسی عملکرد ستون های بتنی با مقطع دایره ای محصورشده با FRP، در سال های اخیر به طور وسیعی انجام شده اما مقطع مربعی کمتر مطالعه گردیده است. در این تحقیق، مقاومت فشاری نمونه های بتنی مربعی محصورشده با FRP، با استفاده از منطق فازی مدل خواهد شد. به منظور ساخت مدل فازی، نتایج آزمایشگاهی شامل 182 نمونه از مقالات انتشار یافته استخراج گردیده است. همچنین روابط صریح مدل فازی پیشنهادی که مقاومت فشاری ستون بتنی مربعی محصورشده با FRP را به صورت تابعی از عرض و شعاع گردی گوشه مقطع، مقاومت مشخصه بتن، کل ضخامت دورپیچ FRP، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته FRP بیان می کند، ارائه شده است. دقت نتایج به دست آمده از مدل فازی پیشنهادی در مقابل داده های آزمایشگاهی بسیار رضایت بخش می باشد. علاوه براین از مقایسه مدل فازی پیشنهادی با تعدادی از مدل های موجود که توسط محققان مختلف ارائه شده اند، مشاهده می شود که مدل فازی دقت بهتری نسبت به سایر مدل های موجود دارد.
    کلیدواژگان: ستون بتنی، مقطع مربعی، محصورشدگی، ورقه های FRP، مقاومت فشاری، منطق فازی
  • سعید مجیدی، مهرداد پورسینا، فرهاد حاجی ابوطالبی صفحات 65-73
    در فرآیند آهنگری، هندسه قالب پیش فرم، نقش مهمی در کیفیت قطعه آهنگری شده و کاهش هزینه تولید دارد. پرنشدن کامل قالب، چروکیدگی، خواص متالورژیکی غیریکنواخت و ایجاد پلیسه زیاد و نامناسب، مهم ترین معایب در فرآیند آهنگری می باشند که با طراحی مناسب قالب پیش فرم می توانند از بین رفته یا کاهش یابند. در این تحقیق، بهینه سازی شکل قالب پیش فرم در فرآیند آهنگری دو مرحله ای مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور، کدهای شبیه سازی فرآیند آهنگری به زبان پایتون در نرم افزار ABAQUS اجرا گردیده و برای بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک با شیوه نخبه گرا که در نرم افزار MATLAB توسعه داده شده، استفاده می گردد. برای صحت سنجی روش فوق دو مثال حل می شود. در مثال اول، آهنگری سرد یک سیلندر توخالی آلومینیومی در یک مرحله، باعث ایجاد پدیده چروکیدگی در سطح داخلی آن می شود. جهت حذف پدیده چروکیدگی، آهنگری در دو مرحله انجام گردیده و شکل قالب پیش فرم در مرحله اول به گونه ای تعیین می شود که عیب چروکیدگی برطرف گردد. در مثال دوم، با تغییر شکل قالب پیش فرم، پلیسه ایجاد شده در تولید دنده متحرک سه و چهار خودرو پژو از مقدار %9/13 به %5/3 کاهش می یابد. برای اعتبارسنجی نتایج بهینه سازی، دنده مذکور در شرکت آهنگری خودرو با قالب پیش فرم بهینه آهنگری شد و صحت نتایج تایید گردید.
    کلیدواژگان: فرایند آهنگری، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، روش اجزای محدود
  • سید هادی قادری صفحات 75-85
    در این مقاله، یک مدل مکانیک مولکولی ساختاری (MSM) اصلاح شده و تعمیم یافته برای تحلیل نانولوله های کربنی (CNT) پیش روی نهاده شده است. در این روش برهم کنش بین اتم های CNT با استفاده از یک المان تیر معادل با مقطع عمومی مدل سازی می شود. برای تعیین جهت های محلی تیر یک روش قاعده مند ارایه شده است. بر خلاف مدل MSM اولیه، در روش ارایه شده اثر خمش زاویه ی پیوند و وارونگی به صورت مستقل از هم در نظر گرفته شده اند. برای کشش و خمش پیوند، رفتار غیر خطی منطبق بر پتانسیل مورس اصلاح شده و برای پیچش و وارونگی رفتار خطی در نظر گرفته شد. مدل ارایه شده، وابستگی مدول های الاستیک CNT به اندازه و دست سانی را پیش بینی می کند. به ویژه، با افزایش قطر لوله، نسبت پواسون نانولوله کاهش یافته و به مقدار 2/0 میل می کند. به علاوه، رفتار غیر خطی نانولوله های زیگزاک و آرمچیر تحت اثر بار کششی تا نقطه ی شکست مورد مطالعه قرار گرفت. با مدل ارایه شده، می توان شکست پیش رونده ی پیوندها و خرابی CNT با عیب های اولیه ی استون-ویلز و تهی جای را مورد بررسی قرار داد. خواص الاستیک و رفتار کششی پیش بینی شده برای نانولوله ها تطابق بسیار نزدیکی با نتایج گزارش شده از شبیه سازی دینامیک مولکولی دارد.
    کلیدواژگان: نانولوله ی کربنی، مکانیک مولکولی ساختاری، خواص مکانیکی، عیب، شکست
  • محمد جعفری، عباس روحانی صفحات 87-99
    توزیع تنش اطراف گشودگی در صفحات حاوی گشودگی تحت بار کششی، متاثر از پارامترهای بسیاری است. متغیرهای طراحی از قبیل زاویه چرخش گشودگی(RA)، زاویه الیاف(FA)، زاویه بار(LA)، نرمینگی(w) و کشیدگی گشودگی(c) بر توزیع تنش تاثیرگذار هستند. در این تحقیق، تاثیر متقابل پارامترهای فوق بر مقدار تنش بی بعد اطراف گشودگی بررسی شده و سپس با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک(GA)، مقادیر بهینه پارامترهای فوق برای یک صفحه ارتوتروپیک حاوی گشودگی معرفی می شود. الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مدل توزیع تنش را بر اساس تابع شایستگی به دست آمده از تئوری لخنیتسکی بهینه سازی می کند. بعد از بررسی اثرات متقابل پارامترهای موثر بر توزیع تنش اطراف گشودگی، پارامترهای بهینه براساس دستیابی به کمترین تنش ممکن تعیین می شوند. نتایج نشان داد که نوع ماده عامل مهم و تاثیرگذاری بر مقدار تنش کمینه است و توزیع تنش اطراف گشودگی وابسته به پارامترهای مختلفی است که با انتخاب صحیح این پارامترها دستیابی به کمترین مقدار تنش ممکن می شود.
    کلیدواژگان: صفحات غیرهمسانگرد، الگوریتم ژنتیک، گشودگی شبه مربعی، حل تحلیلی
  • شهرام هادیان جزی، احسان قدمیاری صفحات 101-112
    در این تحقیق سعی بر آن است تا با پردازش داده های حاصل از اندازه گیری گشتاورهای خمشی و پیچشی پره پروانه بالگرد در حین افزایش سرعت دورانی پروانه، نمودار نحوه تغییر فرکانس های طبیعی پروانه بر حسب سرعت دورانی آن به دست آید. این گشتاورها به کمک مجموعه هایی متشکل از چند کرنش سنج اندازه گیری شده اند. با توجه به ماهیت ناپایای سیگنال های حاصل از اندازه گیری، تبدیل زمان کوتاه فوریه به عنوان روشی مناسب جهت پردازش و تحلیل زمان- فرکانسی این سیگنال ها انتخاب شده است. سیگنال های گشتاور تحت تحلیل زمان- فرکانسی قرار گرفته و نحوه تغییر محتوای فرکانسی آنها با زمان به دست می آید. آنگاه به کمک سیگنال اندازه گیری شده برای سرعت دورانی پروانه، نمودار نحوه تغییر محتوای فرکانسی سیگنال های گشتاور با سرعت دورانی حاصل می شود. با تشخیص بیشینه های نسبی این نمودار می توان فرکانس های تشدید را که در واقع فرکانس های طبیعی پروانه هستند به دست آورد.
    برای پروانه مورد تست، فرکانس های طبیعی با استفاده از روش محاسباتی هولتزر- میکل استاد نیز به دست آمده و از نتایج آن جهت تشخیص انتساب بعضی از فرکانس های طبیعی به مود های مربوطه استفاده شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشی، پروانه بالگرد، تبدیل زمان کوتاه فوریه، گشتاورهای سازه ای، نمودار کمپل
  • محمد شیشه ساز، شاپور مرادی، سعید یعقوبی صفحات 113-126
    در این تحقیق، توزیع تنش گذرای ایجاد شده در اثر شکسته شدن الیاف در اتصال چسبی بررسی شده است. تنش گذرا، پاسخ دینامیکی سیستم در اثر ایجاد ناپیوستگی در الیاف، از لحظه گسسته شدن تا لحظه رسیدن به حالت تعادل می باشد. به منظور بررسی این رفتار، معادلات حاکم بر حرکت الیاف در اتصال چسبی با ابعاد محدود در حضور گسستگی استخراج شده و تاثیر تعداد الیاف شکسته شده و جابه جایی محل گسستگی در راستای الیاف و عمود بر آن، بر توزیع تنش گذرای سازه مرکب بررسی شده است. برای استخراج معادلات جابه جایی الیاف، از مدل شیرلگ و برای حل معادلات، از روش تفاضل محدود صریح استفاده شده است. در ادامه، تاثیر تغییر جنس الیاف و ضخامت لایه چسبی بر توزیع تنش نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد الیاف گسسته شده و جابه جایی محل گسستگی به سمت لبه ها، ضریب تمرکز تنش در سازه مرکب افزایش می یابد. مضافا، میزان تنش برشی ایجاد شده در ماتریس و چسب با افزایش مدول الاستیسیته الیاف کاهش می یابد، به گونه ای که ماکزیمم تنش برشی در اتصال با الیاف از جنس شیشه () و گرافیت ()، به ترتیب برای ماتریس 861/0 و 463/0 و برای چسب 192/3 و 409/2 مگا پاسکال می باشد.
    کلیدواژگان: مواد مرکب، الیاف، ماتریس، تنش گذرا، ضریب تمرکز تنش
  • محمد اسماعیل گلمکانی، علیرضا یوسفیان ثقی صفحات 127-142
    در این مقاله تحلیل غیر خطی خمش متقارن محوری صفحات ساندویچی دایره ای شکل با پوسته های همگن و هسته تابعی تحت بار مکانیکی- حرارتی بررسی شده است. معادلات حاکم بر اساس تئوری برشی مرتبه اول و روابط غیر خطی کرنش ون کارمن می باشند و دستگاه معادلات تعادل غیر خطی به دست آمده توسط ترکیب روش عددی رهایی پویا و تفاضل محدود تحلیل گردیده اند. همچنین خواص مواد در دو حالت وابسته به دما و مستقل از دما بررسی شده است. به منظور بررسی صحت و دقت تحقیق، نتایج به دست آمده با روش المان محدود مقایسه شده است. در نهایت به مطالعه اثر پارامترهایی همچون نسبت ضخامت هسته به پوسته، شرایط مرزی، دما و تغییر در خواص مواد تابعی بر روی خمش غیر خطی پرداخته می شود. همچنین در برخی از موارد به منظور بررسی اختلاف بین پاسخ های خطی و غیر خطی، نتایج هر دو تحلیل ارائه می گردد. برخی از نتایج حاکی از این است که تغییرات نسبت ضخامت هسته به پوسته در صفحه حلقوی، تاثیر بیشتری بر روی نتایج نسبت به صفحه دایره ای تو پر دارد.
    کلیدواژگان: صفحات ساندویچی تابعی، روش رهایی پویا، بار مکانیکی، حرارتی
  • زهرا زینلی، امین رمضانی، سجاد ازگلی صفحات 143-156
    این مقاله به بررسی یک ساختار جدید برای رویتگر اغتشاش ارتباطی در سیستم کارکرد از دور می پردازد. در سیستم های دارای تاخیر ناشناخته، حفظ پایداری سیستم با استفاده از رویتگر اغتشاش امکان پذیر می باشد. از آنجا که این روش به مدل تاخیر زمانی نیازی ندارد، می تواند برای سیستم های کارکرد از دور که دارای کانال ارتباطی با تاخیر زمانی متغیر با زمان هستند، به کار گرفته شود. بنابراین، در این مقاله ابتدا به بررسی جبران تاخیر زمانی متغیر با زمان به وسیله رویتگر مرسوم اغتشاش پرداخته شده و شرایط طراحی رویتگر اغتشاش با استفاده از دینامیک اغتشاش شبکه شرح داده می شود. از طرفی خطای مدلسازی و اغتشاش خارجی باعث ایجاد خطای حالت ماندگار خواهد شد. از اینرو، در این مقاله با بررسی تاثیر اغتشاش خارجی و عدم قطعیت در مدلسازی بر روی مشخصه های حالت ماندگار، ساختار مرسوم رویتگر اغتشاش اصلاح شده و ساختار دیگری برای رویتگر اغتشاش در سیستم کارکرد از دور پیشنهاد شده است که با به کارگیری سیگنال گشتاور تاخیر یافته ربات فرمانبر به جای سیگنال موقعیت تاخیر یافته آن به عنوان یکی از ورودی های رویتگر اغتشاش، خطای حالت ماندگار حذف می شود. همچنین کارآمد بودن روش پیشنهادی از طریق شبیه سازی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: سیستم کارکرد از دور، تاخیر زمانی، اغتشاش شبکه، رویتگر اغتشاش ارتباطی
  • امین امیری دلویی، محسن نظری*، محمدحسن کیهانی صفحات 157-174

    در مطالعه حاضر، روش ترکیبی مرز غوطه ور-شبکه بولتزمن به منظور شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی نامحدود از روی یک سیلندر دایره ای استفاده گردیده است. جهت ایجاد ارتباط بین گره های لاگرانژی روی مرز جسم غوطه ور و گره های اویلری واقع در میدان سیال، برای اولین بار از طرح اعمال نیروی مستقیم بر پایه الگوریتم میانیابی شارپ بهره گرفته شده است. اعمال نیروی ناشی از وجود مرز غوطه ور بر روی گره های واقع در دامنه سیال غیرنیوتنی با استفاده از روش شبکه بولتزمن و با در نظر گرفتن الگوریتم اعمال نیروی چند مرحله ای صورت گرفته تا یکنواختی بهتر توزیع نیرو در بازه زمانی اعمال آن حاصل شود. تاثیر پارامترهای عددی روی دقت روش پیشنهادی به طور کامل بررسی گردیده است. رژیم های مختلف جریان شامل جریان های پایا و ناپایا در اعداد رینولدز و شاخص های مدل سیال غیرنیوتنی توانی مختلف بررسی شده اند. نتایج به دست آمده چنین نشان می دهد که خواص رئولوژیکی سیالات غیرنیوتنی در حضور جسم جامد به خوبی توسط روش مرز غوطه ور – شبکه بولتزمن با طرح واسط سازه-سیال شارپ با دقت بالا قابل پیش بینی است. از این الگوریتم در آینده می توان برای مدلسازی حرکت اجسام غوطه ور در سیالات غیرنیوتنی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: روش مرز غوطه ور، شبکه بولتزمن، الگوریتم واسط شارپ، سیال غیرنیوتنی، سیلندر
  • الناز شایان، عبدالرحمان دادوند، ایرج میرزایی صفحات 175-189
    در سال های اخیر روش شبکه بولتزمن به عنوان یک روش دینامیک سیالات محاسباتی جایگزین و امیدبخش برای شبیه سازی جریان های پیچیده درآمده است. روش شبکه بولتزمن استاندارد علیرغم موفقیت آمیز بودنش در بسیاری از کاربردهای عملی به یکنواختی شبکه در فضای فیزیکی محدود می شود. این مهمترین عیب روش شبکه بولتزمن استاندارد برای کاربرد در مسایل جریان با هندسه پیچیده است. در حال حاضر چندین روش برای حل مشکل روش شبکه بولتزمن استاندارد وجود دارد. یکی از این روش ها، روش شبکه بولتزمن بر مبنای بسط سری تیلور و حداقل مربعات (TLLBM) است. این روش بر مبنای روش شبکه بولتزمن استاندارد با معرفی بسط سری تیلور و روش حداقل مربعات استوار است. در روش مذکور، معادله نهایی یک معادله صریح است و هیچ محدودیتی روی ساختار و مدل شبکه ندارد. در کار حاضر، روش TLLBM با مدل شبکه D2Q9 برای شبیه سازی جریان خارجی لزج، تراکم ناپذیر و پایای دو بعدی با استفاده از شبکه های غیر یکنواخت بکار برده شده است. دو مطالعه مورد بررسی می گردد: الف) جریان حول استوانه دایروی با شبکه غیر یکنواخت O، ب) جریان حول ایرفویل NACA0012 در زاویه های حمله مختلف با شبکه غیر یکنواخت و متعامد C. مشاهده شد که این روش نتایج بسیار دقیقی به دست می دهد.
    کلیدواژگان: روش لاتیس بولتزمن بدون شبکه، استوانه دایروی، ایرفویل NACA0012، تراکم ناپذیر
  • علیرضا پورموید، محمد صادق ولی پور، رضا رحمتی، رحمت رحمانی صفحات 191-205
    در پژوهش حاضر، جریان و انتقال حرارت اطراف یک سیلندر استوانه ای که اطراف آن توسط یک نوار متخلخل پوشیده شده، به صورت عددی و با استفاده از مدل غیر دارسی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش برای مدل سازی انتقال ممنتوم در محیط متخلخل از مدل دارسی-برینکمان-فرچهایمر که یکی از کامل ترین مدل های ارائه شده می باشد، بهره گرفته شده است. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به همراه شرایط مرزی پس از بی بعد سازی با استفاده از پارامترهای بدون بعد، به روش حجم محدود و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت عددی حل شده اند. به علاوه، اثر میدان مغناطیسی در اطراف سیلندر در حالاتی که سیال رسانای جریان الکتریسیته باشد نیز بر روی مشخصه های جریان و انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده برای محدوده وسیعی از اعداد بدون بعد حاکم از جمله عدد دارسی، عدد رینولدز و عدد استوارت نمایش داده شده اند. در پایان نیز دو فرمول پیشنهادی برای عدد ناسلت میانگین اطراف سیلندر بر حسب عدد دارسی و عدد رینولدز ارائه شده است که اثرات میدان مغناطیسی و هدایت حرارتی ناحیه متخلخل در این دو فرمول لحاظ شده است.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، محیط متخلخل، استوانه با مقطع دایره، روش عددی، مدل دارسی، برینکمان، فرچهایمر، عدد استوارت
  • امیر پارساصدر، احمد احمدی، علیرضا کرامت، بابک لشکرآرا صفحات 207-221
    در سیستم های بزرگ یک پمپ قادر به تامین هد مورد نیاز نمی باشد لذا پمپ ها را به صورت سری به یکدیگر متصل می کنند تا هد مورد نیاز تامین گردد. حال اگر پمپ های گروه سری به صورت ناگهانی متوقف شوند، ضربه قوچ رخ می رهد که به صورت موج های فشاری مثبت و منفی ظاهر می شود. این موج ها باعث بوجود آمدن تنش های بسیار زیادی در اجزای سیستم می شود. هدف از این تحقیق ارایه ی عملکرد بهتر سیستم پمپاژ سری در حالت ماندگار و بررسی جریان غیرماندگار ناشی از حالت های مختلف توقف ناگهانی پمپ های سری یک سیستم و عملکرد گروه پمپ های سری در حالت غیرماندگار می باشد. برای بررسی جریان غیرماندگار در این حالت باید معادلات خطوط مشخصه حاصل از هیدرولیک جریان، روابط حاکم بر پمپ ها و نحوه ی اتصال آنها را با یکدیگر ترکیب و به صورت همزمان حل نمود. این مهم با استفاده از مدل عددی در نرم افزار متلب مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل شده، زمانی که پمپ ها مشابه باشند کارایی سیستم در حالت ماندگار افزایش می یابد. در صورت توقف گام به گام پمپ ها نسبت به حالت توقف ناگهانی کل پمپ های ایستگاه پمپاژ، فشار های کمتری (مثبت و منفی) به سیستم وارد می شود. در حالت گام به گام توقف هر یک از پمپ ها تاثیر متفاوتی به سیستم وارد می کند که بر اساس نتایج حاصله بحث و بررسی شده است.
    کلیدواژگان: گروه پمپ سری، جریان ماندگار و غیر ماندگار، توقف ناگهانی، ضربه قوچ، خطوط مشخصه
|
  • Ali Joodaki, Ali Ashrafizadeh Pages 1-12
    Shape design problems، in general، and inverse design problems، in particular، are often solved via optimization techniques. Evolutionary algorithms provide robust and efficient solution methods for such problems. This paper focuses on the application of genetic algorithms (GA)، particle swarm optimization (PSO)، and two hybrid variants of GA and PSO. Performance of these optimization methods in the solution of inverse design problems is examined and it is shown that hybridization of GA and PSO can be used to improve the convergence rate of the iterative design procedure. Global Minimums of a number of well known optimization test functions are found by the proposed hybrid algorithms and the solutions of both internal and external flow inverse design problems are discussed. Up to 30% speed up is observed in the numerical test cases when the hybrid methods are employed and it is also shown that hybrid methods can get closer to the optimum solution as compared to either GA or PSO.
    Keywords: Shape design, Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization, Hybrid algorithm
  • Mohammad Mehdi Fateh, A. Sakaki Pages 13-21
    This paper presents a novel model-free control for an active suspension system to achieve vehicle riding and passenger comfort in the presence of road disturbances. Compared with the previous designs، the proposed design does not employ the force control and uses only the position control. As a result، its design is simpler and less computational. The controller is designed for a quarter car active suspension system driven by hydraulic actuator with a nonlinear model. To obtain the proposed controller، the feedback linearization control and estimation of uncertainty and then compensation by time-delay approach are used. Therefore، it can overcome nonlinearity and uncertainty associated with model. It uses feedbacks of displacement، speed and acceleration of sprung mass. A state space model for the hydraulic suspension system is derived and the system stability is proven. Simulation results show the desired performance of the suspension system to achieve the convergence of body to the equilibrium point with an ignorable error. Comparing performance of the active suspension system with the passive suspension system shows the efficiency and superiority of the proposed controller in providing the passenger comfort and ride handling.
    Keywords: Active Suspension System, Hydraulic Actuator, Model, Free Control, Feedback Linearization Control, Uncertainty Estimation
  • A.A. Alahdadian, K. Hasanpour Pages 23-32
    The use of Ti-64 titanium alloy has been expanded in the aerospace industry because of its unique properties such as lightness and stability at high temperatures. Unusual mechanical behaviors such as plastic anisotropy and asymmetry of tension and pressure of Ti-64 Titanium alloy is observed in different directions. In this paper، by choosing the appropriate yield criterion، isotropic work hardening and return mapping numerical method، elastic-plastic model is implemented using finite element analysis in Abaqus software and prediction of forming limit diagram at 400C° is done using Hill-Swift elastic-plastic theory and random finite element analysis. Material inhomogeneities are considered as random plate thickness field in the stochastic finite element analysis. Considering the effect of step size on accuracy of solution، appropriate step size is applied to prediction of forming limit diagram. Selecting 99% safety percentage in stocastic finite element analysis، the appropriate variance of the random field is considered and is used in predicting forming limit diagram. Also، effects of plastic anisotropy of Ti-64 titanium alloy sheet have been studied in forming limit diagram.
    Keywords: Ti, 64 Alloy Sheet, Forming Limit Diagram, Cazacu Yield Criterion, Instability Criterion, Finite Element Simulation
  • Behrooz Raeisy, Masoud Kharati-Koopaee, M. H. Khooban Pages 33-44
    In this research، the general form of the governing equations that could be accounted as an essential prerequisite for simulation of a body is derived for an underwater varying mass body. In this study، the appropriate form of the aforementioned equations in the state space is presented and the procedure of motion simulation is illustrated. The hydrodynamic forces and moments، which could be viewed as the main inputs for simulation process، are generally nonlinear functions of system variables and are calculated with their respective coefficients. These coefficients، in turn، are associated with different system variables (such as control variables) and are calculated utilizing the MISSILE DATCOM code. Comparison of results associated to the current work and those of existing simple cases quantifies the accuracy of simulation procedure. The definition of body shape، simulation process، post processing and animating the body trajectory are all carried out in a general prepared software which is capable of simulating arbitrary underwater bodies consist of fixed wings and moving flaps.
    Keywords: variable mass, equation of motion, simulation of motion, hydrodynamic coefficient, Missile DatCOM
  • Kourosh Nasrollahzadeh, Ehsan Nouhi Pages 45-64
    The behavior and modeling of circular concrete sections confined by Fiber Reinforced Polymer (FRP) wraps have been recently studied extensively while non-circular sections have received much less attention. This study focuses on FRP-confined specimens with square sections under axial loading. A fuzzy logic based model is developed to predict the compressive strength of the FRP-confined square sections. The explicit formation of the proposed fuzzy model for the compressive strength of FRP-confined concrete is presented as a function of the section width، corner radius، compressive strength of unconfined concrete، thickness of FRP sheets، tensile strength and elastic modulus of FRP materials. The results indicated that the accuracy of the proposed fuzzy model is quite satisfactory as compared to a large database containing experimental results of 182 specimens assembled from the open literature. Moreover، the proposed fuzzy model is compared with the existing nine models developed by various researchers and is found to be more accurate.
    Keywords: Concrete column, square section, confinement, FRP sheet, fuzzy logic
  • S. Majidi, M. Poursina, F. Haji Aboutalebi Pages 65-73
    In a forging process، a preform dies shape plays an important role in the improving the quality of forging parts and decreasing the cost of production. Some important defects in the forging process are die filling، folding، nonhomogeneous Metallurgical properties and large amount of flash. A proper preform die can reduce or eliminate these defects. In the present research، shape optimizing of preform dies in the two-stage forging process is investigated. A code is developed in ABAQUS commercial software in order to simulate the forging process. The optimization method is based on Genetic Algorithm (GA) supported by an elitist strategy which is developed by authors. To verify the proposed method، two examples have been studied. In the first example، folding defect will occur in the inner surface of a hollow cylinder if forging is done in a single-stage. In order to eliminate folding defect، forging process is done in two stages and the preform die shape is determined by optimization. In the second example the amount of flash is reduced from 13. 9% to 3. 5% in forging of a sliding cluster gear3rd and 4th of Peugeot 405 vehicles. For validation of optimization results the gear has forged in Ahangari Company by optimum preform die shape.
    Keywords: Forging, Optimization, Genetic Algorithm, Finite Element Method
  • Seyed Hadi Ghaderi Pages 75-85
    In this paper، a generalized modified molecular structure mechanics (MSM) model for analysis of carbon nanotubes (CNTs) is put forward. In this method، the interactions between carbon atoms of CNT are modeled using an equivalent beam element of general section. A systematic approach is presented to specify the local directions of each of the beam elements. In contrast to the original MSM method، the contributions from bond angle bending and inversion interactions are distinguished in the present model. For deformation modes corresponding to bond stretching and bond angle bend، nonlinear behaviors according to the modified Morse potential are considered، and for torsion and inversion a linear form is adopted. The proposed model suggests a size and chirality dependence of elastic moduli for CNTs. In particular، with increasing the tube diameter، the Poisson’s ratio of the nanotube decreases and approaches a value of 0. 2. Moreover، the nonlinear response of armchair and zigzag CNTs subject to tensile load up to the fracture point is studied. The present model enables capturing the progressive bond breaking and failure of CNTs with Stone-Wales and vacancy defects. The predicted elastic properties and tensile behaviors of nanotubes are found to be very similar to the results reported from the time consuming molecular dynamics simulations.
    Keywords: Carbon nanotube, Molecular structural mechanics (MSM), Mechanical properties, Defect, Fracture
  • Mohhamad Jaffari, A. Rohani Pages 87-99
    Many parameters affect the stress distribution around holes in perforated plates under tensile load. Rotation Angle (RA)، Fiber Angle (FA)، Load Angle (LA)، bluntness (w)، and shaped cut out (c) are design variables which influence the stress distribution. In this paper، the interaction effects of these parameters on the normalized stress are discussed. The optimum design of the perforated orthotropic plate is attempted in the presence of these parameters by Genetic Algorithm (GA) method. Based on the fitness function obtained from Lekhnitskii theory، the optimization model of stress distribution parameters was created using GA. Optimum parameters based to achieve possible minimum stress are predicted. Interaction of parameters affect the stress distribution around hole were investigated. Also، results showed that the type of material is an important factor influencing on minimum stress. The results show that stress distribution depends on the varied parameters and correct selection of these parameters causes the possible minimum stress.
    Keywords: orthotropic plates, Genetic Algorithm, quasi, squared cut out, analytical solution
  • Shahram Hadian Jazi, E. Ghadamyari Pages 101-112
    The main effort of this work is on acquiring the Campbell diagram of a helicopter main rotor by processing the signals measured for the bending and torsional structural moments of its blade. These moments are gathered by some sets of strain gauges while increasing the blade rotational speed. Because of the non-stationary nature of these signals، the Short Time Fourier Transform (STFT) is chosen as the relevant processing method and applied to the moment signals. The result is the moment''s spectral content variation versus time. Combining the measured rotational speed signal with the results of time-frequency transform، moment spectral content variation versus rotational speed is acquired. By determining the local maxima of this diagram، it is possible to determine the resonance frequencies which are in fact the natural frequencies. Natural frequencies of the rotor under the test have been calculated using computational Holtzer-Myklestad method which then used to find the assignment of some of natural frequencies to corresponding natural modes.
    Keywords: Vibration analysis, Helicopter Main rotor, Short time Fourier transform, structural moments, Campbell diagram
  • M. Shishehsaz, Sh Moradi, S. Yaghoubi Pages 113-126
    In this research، the transient stress distribution in an adhesive joint due to fiber breakage has been investigated. Transient stress is a dynamic response of the joint to the fiber discontinuities till their static equilibrium state. To study this behavior، equations governing the motion of fibers in the matrix، due to their breakage، are derived and the effect of number of broken fibers and their location is studied on transient response of the structure. Shear lag model is used to extract fiber displacement. The equilibrium equations are solved using the explicit finite difference method. The effect of fiber material and adhesive thickness is also studied on stress distribution. Results show that for an increase in the number of broken fibers، and for locations of fiber breakage closer to the edges of the joint، the stress concentration in the composite structure increases. Moreover، the shear stress created in the matrix and the adhesive layer is reduced with an increase in fiber elastic modulus، such thatfor glass and graphite fibers (E=74 and 130 GPa respectively)، the maximum shear stresses in the adhesive are 0. 861 and 0. 461 MPa، while in the adherends، they are equal to 3. 192 and 2. 409 MPa respectively.
    Keywords: Composites, Fibers, Matrix, Transient Stress, Stress Concentration
  • Pages 127-142
    In this article، nonlinear axisymmetric bending analysis of sandwich circular plates with homogeneous face sheet and functionally graded core subjected to thermo - mechanical loads is presented. The formulations are based on first-order shear deformation plate theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The nonlinear equilibrium equations are solved using the dynamic relaxation (DR) method combined with the finite difference discretization technique. Material properties are compare to be temperature-dependent and temperature-independent. In order to verify the current work some obtained results are compared with Abaqus finite element method. Finally، The influences of material grading index، boundary conditions،tempresure، core-to-face sheets thickness ratio on the results are studied in detail. Also، in order to investigate the differences between the linear and nonlinear solutions some results are presented based on both linear and nonlinear analysis. Some results indicate that variation of core-to-face sheets thickness ratiohas greater effect on the results of annular geometry compared to circular one.
    Keywords: Functionally graded sandwich Plates, DR method, Thermo, mechanical load
  • Zahra Zeinaly, Amin Ramezani, Sajad Ozgoli Pages 143-156
    This paper studies novel structure of communication disturbance observer for teleoperation systems. In time-delayed systems that time delay is unknown and unpredictable، stability of system by using time delay compensation method based on the concept of network disturbance and communication disturbance observer (CDOB)، can be obtained. Since this method works without time-delay model، it can be implemented in teleoperation systems that contain communication channel with time-varying delay. So، in this paper، first، time varying delay compensation by conventional communication disturbance observer is studied and design condition of conventional communication disturbance observer by dynamic property of network disturbance is explained. However، the system model error and disturbance seriously affects the system performance and causes steady-state error. Hence، in this paper، by considering the effects of model uncertainty and disturbance on steady state characteristics، the structure of conventional communication disturbance observer is modified and another structure for it in teleoperation systems has been proposed. By using slave''s delayed torque instead of its delayed position as one of the observer''s input، steady state error is eliminated. Also، simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed structure.
    Keywords: Teleoperation system, Time delay, Network disturbance, Communication disturbance observer
  • A. Amiri Delouei, M. Nazari, M.H. Kayhani Pages 157-174

    In the current study، the non-Newtonian fluid flow over a circularcylinder has been simulated using the Immersed Boundary – lattice Boltzmann method. In order to couple the Lagrarigian nodes on Immersed Boundary and Eulerian nodes in the fluid domain، the direct forcing method based on sharp interface scheme is employed. The split-forcing lattice Boltzmann method is used to apply the effects of boundary force on non-Newtonian power-law fluid which leads to more monotonic force implantation in times interval. The impact of numerical parameters on the accuracy of the introduced method has been investigated in details. The different fluid regimes consist of steady and unsteady flows in different Reynolds numbers and power-law indices has been investigated. The results show that the immersed boundary – lattice Boltzmann method can completely captured the properties of non-Newtonian fluids in presence of Immersed Boundary. In future،this algorithm can be used for modeling of moving bodies in non-Newtonian fluids.

    Keywords: Immersed Boundary – Lattice Boltzmann Method, Sharp Interface Scheme, Non, Newtonian Fluid, Cylinder
  • E. Shayan, A. Dadvand, I. Mirzaee Pages 175-189
    In recent years، the lattice Boltzmann method (LBM) has become an alternative and promising computational fluid dynamics approach for simulation of complex fluid flows. Despite its huge success in many practical applications، the conventional (standard) LBM is restricted to the lattice uniformity in the physical space. This is an important drawback of the standard LBM for the application to flow problems with complex geometry. Currently there are several ways to remove this drawback of standard LBM. One of these methods is the Taylor series expansion and least squares-based LBM (TLLBM). This method is based on the standard LBM with introduction of the Taylor series expansion and the least squares approach. The salient feature of the TLLBM is the fact that the final equation is an explicit form and essentially has no limitation on the mesh structure and lattice model. In the present work، the TLLBM with D2Q9 lattice model is used to simulate 2-D steady incompressible viscous external flow on non-uniform meshes. Two test cases are studied: a) flow past a circular cylinder with a non-uniform O-type mesh; b) flow past a NACA0012 airfoil at different attack angles with orthogonal and non-uniform C-type mesh. It was found that this method can give very accurate results.
    Keywords: Mesh, free lattice Boltzmann method, Circular cylinder, NACA0012 airfoil, Incompressible
  • Alireza Pourmoayed Valipoure, R. Rahmati, R. Rahmani Pages 191-205
    The study of an external magnetic field effects on fluid flow and heat transfer characteristic has direct applications to various physical phenomena. In this paper، flow and heat transfer of an electrically conducting fluid around a cylinder wrapped with a porous ring and under the influence of A constant magnetic field has been studied numerically. The range of Stuart (N)، Reynolds (Re) and Darcy (Da) numbers are 0-5، 1-40، and 10-8-10-1 respectively. The Darcy–Brinkman–Forchheimer model has been used for simulating the flow in porous medium. Governing equations provides the coupling between the flow field and the magnetic field. These equations with the relevant boundary conditions are solved numerically using Finite Volume Method (FVM). The effects of varying Stuart، Reynolds، and Darcy numbers on flow patterns and heat transfer rate are explored. Finally، two overall expressions for the average Nusselt number are proposed in which effects of Magnetic field and Darcy number are considered. It was found that in the presence of a magnetic field، the drag coefficient and the critical radius of insulation increases، while the wake length and Nusselt (Nu) number decreases.
    Keywords: Magnetic field, Porous medium, Circular cylinder, Numerical method, Darcy–Brinkman–
  • Amir Parsasadr, A. Ahmadi, A. Keramat, B. Lashkarara Pages 207-221
    In the large scale pipe systems the use of pump group connected in series is evitable to meet the desired pressure head. If one or more of the pumps shuts down، water hammer event occurs which manifests in pressure and rare faction wave، along the pipeline these waves result in huge stresses on the system. In this regard، this paper aims at investigating the pump stations performance during steady and transient flows، in which the focus is placed on various possibility of pump failure in a system of pumps in series. The mathematical model to carry out this research includes continuity and momentum equations (transformed to two characteristic equations) as well as equations to govern mechanical behavior of pump stations. These governing relations are numerically solved and programmed in a MATLAB code. The results reveal that the use of the same pumps leads to larger efficiency compound to using different pumps. Furthermore، if the pumps shut down one after other، the water hammer pressures remarkably alleviate. The result for this sequential pump station failure are quantitatively presented and discussed.
    Keywords: Series pump station, Steady, transient flow, Pump failure, Water hammer, Method of Characteristics