فهرست مطالب فرید وکیلی تهامی
-
یکی از مهم ترین مباحث در مبحث پلاستیسیته، محاسبه خواص سخت شوندگی مواد جهت انجام تحلیل های عددی می باشد. علی الخصوص هنگامی که بارگذاری به صورت چرخه ای اعمال می شود و مقدار بارگذاری فراتر از حد الاستیک ماده مربوطه می باشد، در این حالت بررسی خواص سخت شوندگی سینماتیکی به دلیل لحاظ کردن اثر بوشینگر بسیار اهمیت می یابد. از آنجایی که به دست آوردن ضرایب مربوط به خواص سخت شوندگی مواد به روش دستی، علاوه بر دشواری، دارای مشکلات و محدودیت های بسیار از لحاظ احتمال ایجاد خطا میباشد، به همین دلیل ارایه یک کد کامپیوتری، در این زمینه جهت محاسبه این خواص بسیار ارزشمند خواهد بود. در این پژوهش برای اثبات درستی ضرایب سخت شوندگی محاسبه شده، یک مقاله تجربی شامل لوله زانویی شکل تحت فشار داخلی به همراه خمش های چرخه ای و با جنس فولاد ضدزنگ 304LN که کرنش های پیش رونده در آن اتفاق می افتد، پس از محاسبه ضرایب سخت شوندگی مربوط به جنس مربوطه به دو روش دستی و کد نویسی که در تحلیل های عددی به این ضرایب نیاز می باشد، تحت صحت سنجی قرارگرفته است. درنهایت نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه شده که حاکی از قابل قبول بودن کد نوشته شده و دقت بسیار بالای آن است.
کلید واژگان: سخت شوندگی ایزوتروپیکی, سخت شوندگی سینماتیکی, اثر بوشینگر, کرنش های پیش رونده}One of the most important topics in the context of plasticity is obtaining the material hardening properties to be used in performing numerical analysis, especially when the applied load is cyclic and its value is higher than elastic limit. In this case, investigation of the kinematic hardening, which considers bauschinger effect, is very important. Since obtaining hardening coefficients of the materials using analytical methods, not only is difficult but also it usually provides significant error in the results. Hence, a computer code is developed for calculating these coefficients. In this study, to validate the calculated coefficients, the associated parameters are obtained for SS 304LN using both numerical and analytical methods and the results are compared with the experimental data. Then, these coefficients are used to study the ratcheting behavior of a SS 304LN elbow which is subjected to constant internal pressure and cyclic bending moment The results of this case study are also compared with the experimental data provided in the literature and good agreement is obtained.
Keywords: isotropic hardening, kinematic hardening, bauschinger effect, ratcheting} -
هدف اصلی از پژوهش حاضر بررسی وضعیت محتوای پایان نامه های تحصیلات تکمیلی رشته مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز از ابتدای سال 1390 تا پایان سال 1396 از نظر موضوعات، روشهای پژوهش، نرم افزارهای مورد استفاده، جنسیت و مقطع تحصیلی نویسندگان میباشد. یافته های پژوهش نشان داد که موضوعاتی که بیشترین فراوانی را دارند، عبارتند از: در گرایش تحصیلی تبدیل انرژی "ترمودینامیک و نیروگاه"، در گرایش طراحی کاربردی "دینامیک و ارتعاشات"، در گرایش ساخت و تولید "شکل دهی" و نیز در گرایش سیستم محرکه خودرو "ترمودینامیک و انتقال گرمای فرایند تولید توان موتور" میباشد. از نظر نوع روش پژوهش نیز، روش عددی دارای بیشترین و روش تحلیلی کمترین کاربرد را داشته است. از نظر نرم افزارهای مورد استفاده، نرم افزارهای “MATLAB” و “EES” به ترتیب بیشترین کاربرد را داشته اند. از نظر ترکیب جنسیتی نویسندگان پایان نامه ها، 91 درصد را مردان و 9 درصد را زنان تشکیل میدهند. از نظر مقطع تحصیلی نیز، 91 درصد پایان نامه ها توسط دانشجویان کارشناسی ارشد و 9 درصد آن توسط دانشجویان دکترا نگاشته شده اند.کلید واژگان: تحلیل محتوا, موضوعات, روشهای پژوهش, نرم افزارها, پایان نامه ها, مهندسی مکانیک, دانشگاه تبریز}The main objective of this research is to investigate the status of content the theses of graduate studies in mechanical engineering at the University of Tabriz from the beginning of 1390 to the end of 1396 in terms of subject matters, research methods, applied softwares, gender and the academic degree of the authors. The findings of the research showed that the most frequent topics are: "thermodynamics and power plant" in the field of energy conversion, "Dynamics and Vibrations" in the field of applied design, "forming" in the field of manufacturing and produce and also "thermodynamics and heat transfer of the engine power generation process " in the field of vehicle powertrain system. In terms of the research methods, the numerical method has the highest application and the analytical method has the lowest application. In terms of used software's, "MATLAB" and "EES" software's were the most used respectively. In terms of the gender composition of the authors of the theses, 91 percent are men and 9 percent are women. In terms of the academic degree, 91 percent of the theses are written by master of science students and 9 percent by doctoral students.Keywords: Content Analysis, Subjects, Research Methods, Software', Theses, Mechanical Engineering}
-
در این پژوهش تاثیر استفاده از خواص حرارتی متغیر و همچنین ثابت نسبت به تغییرات دما، در دقت شبیه سازی عددی جوشکاری لیزری آلیاژ تیتانیوم Ti60، مورد مطالعه قرار گرفته است. یک مدل المان محدود از قطعه ورق آلیاژ Ti60 به ضخامت سه میلی متر ساخته شده و با استفاده از منبع حرارتی سه بعدی متحرک، تحت تاثیر پرتو لیزر قرار گرفته است. به منظور تایید صحت مدل سازی المان محدود، نتایج حاصل با نتایج داده های آزمایشگاهی مقایسه شده و همچنین تاثیر تعداد المان های مدل اجزای محدود نیز بر روی نتایج، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل سازی اجزای محدود نشان دادند که انجماد از ناحیه زیرین قطعه ورق شروع می شود و به طرف بالای ورق و در راستای درز جوش، پیشروی می کند. همچنین، در حالت استفاده از خواص چگالی، ظرفیت حرارتی و ضریب هدایت متغیر با درجه حرارت، بهترین نتایج به دست می آید. استفاده از چگالی ثابت موجب کاهش کمی در مقادیر حداکثر درجه حرارت و ابعاد حوضچه جوش و استفاده از ظرفیت حرارتی ثابت موجب افزایش این مقادیر می شود ولی این تغییرات در حدی هستند (زیر 2%)، که می توان از چگالی و ظرفیت حرارتی ثابت در مدل سازی کل فرآیند جوشکاری لیزری، استفاده کرد. ولی استفاده از ضریب هدایت حرارتی ثابت خطای زیادی در مقادیر حداکثر درجه حرارت (حدود دو برابر در مقدار این پارامتر) و ابعاد حوضچه مذاب ایجاد می کند و نمی توان مقدار این پارامتر را در شبیه سازی جوشکاری لیزری، ثابت فرض کرد.کلید واژگان: جوشکاری لیزری, اجزای محدود, حوضچه مذاب, آلیاژ تیتانیوم Ti60}This study investigates the effect of using temperature-dependent and constant thermophysical properties on the precision of numerical simulation in the laser welding of titanium Ti60 alloy. A finite element model is made for 3 mm thick Ti60 alloy sheet piece and is affected by the laser beam using a three-dimensional moving heat source. For verification of the finite element model, the numerical results are compared with the results of experimental data. Also, the influence of the number of elements on the results is investigated. The results of the finite element modelling showed that the solidification starts from the bottom of the melt pool and progresses to the top of the sheet and along the weld seam. Also, the best results are obtained with all the thermophysical properties of density, thermal capacity and conductivity were temperature-dependent. The use of constant density reduces the maximum values of the temperature and dimensions of the weld pool, and the use of constant heat capacity increases these values. Still, these changes are such that (less than 2%), constant density and thermal capacity can be used to model the whole laser welding process. However, the use of constant thermal conductivity causes a large error in the maximum values of the temperature (about twice the value of this parameter), and the dimensions of the melt pool, and this parameter cannot be assumed constant in the simulation of laser welding.Keywords: Laser Welding, Finite Elements Method, Melt Pool, Ti60 Titanium Alloy}
-
نشریه مهندسی مکانیک مدرس، سال بیستم شماره 10 (مهر 1399)، صص 2483 -2494
یکی از مهم ترین و فعال ترین بافت های بدن در زندگی روزانه دیسک های بین مهره ای هستد که نه تنها نیروهای وارده بر ستون مهره را تحمل می کنند بلکه با فراهم آوردن انعطاف پذیری لازم، امکان انجام حرکت های مختلف را به شخص می دهند. بافت دیسک بین مهره ای به عنوان یکی از عوامل اصلی تحمل کننده نیروهای وارده به بدن در معرض آسیب های احتمالی بیشتری قرار دارد؛ در نتیجه با توجه به پیشرفت های روزافزون علوم زیست پزشکی در زمینه ترمیم یا جایگزینی بافت های آسیب دیده، بررسی رفتار مکانیکی و میزان آسیب های وارده به آن از اهمیت ویژه ای در میان دانشمندان و متخصصان برخوردار است. بدین منظور آزمایش های تجربی مختلفی صورت می گیرد اما در این میان، اطمینان هر چه بیشتر از فراهم آوردن شرایطی مشابه شرایط واقعی بافت در داخل بدن به منظور شبیه سازی دقیق تر رفتار آن در طول آزمایش، امری ضروری به نظر می رسد. از این رو هدف پژوهش حاضر، توسعه تحلیلی معادلات ساختاری خزشی براساس بررسی تجربی اثر دما در رفتار خزشی دیسک بین مهره ای بوده است. برای این منظور از آزمایش تجربی خزش فشاری بر روی بافت دیسک بین مهره ای بز بهره گرفته شده است و مقادیر تجربی ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده نیز از برازش منحنی های تجربی حاصل با معادله ساختاری تیوری دوفازی در خزش تعیین شده اند. تحلیل های آماری نتایج تجربی به دست آمده از معناداربودن تاثیرگذاری عامل دما در مقادیر هر دو ثابت ماده و نیز رفتار خزشی بافت دیسک بین مهره ای حکایت دارند به گونه ای که با افزایش دمای نمونه ها، مقدار نفوذپذیری افزایش و مدول تجمعی کاهش می یابد (و برعکس).یکی از مهم ترین و فعال ترین بافت های بدن در زندگی روزانه دیسک های بین مهره ای هستد که نه تنها نیروهای وارده بر ستون مهره را تحمل می کنند بلکه با فراهم آوردن انعطاف پذیری لازم، امکان انجام حرکت های مختلف را به شخص می دهند. بافت دیسک بین مهره ای به عنوان یکی از عوامل اصلی تحمل کننده نیروهای وارده به بدن در معرض آسیب های احتمالی بیشتری قرار دارد؛ در نتیجه با توجه به پیشرفت های روزافزون علوم زیست پزشکی در زمینه ترمیم یا جایگزینی بافت های آسیب دیده، بررسی رفتار مکانیکی و میزان آسیب های وارده به آن از اهمیت ویژه ای در میان دانشمندان و متخصصان برخوردار است. بدین منظور آزمایش های تجربی مختلفی صورت می گیرد اما در این میان، اطمینان هر چه بیشتر از فراهم آوردن شرایطی مشابه شرایط واقعی بافت در داخل بدن به منظور شبیه سازی دقیق تر رفتار آن در طول آزمایش، امری ضروری به نظر می رسد. از این رو هدف پژوهش حاضر، توسعه تحلیلی معادلات ساختاری خزشی براساس بررسی تجربی اثر دما در رفتار خزشی دیسک بین مهره ای بوده است. برای این منظور از آزمایش تجربی خزش فشاری بر روی بافت دیسک بین مهره ای بز بهره گرفته شده است و مقادیر تجربی ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده نیز از برازش منحنی های تجربی حاصل با معادله ساختاری تیوری دوفازی در خزش تعیین شده اند. تحلیل های آماری نتایج تجربی به دست آمده از معناداربودن تاثیرگذاری عامل دما در مقادیر هر دو ثابت ماده و نیز رفتار خزشی بافت دیسک بین مهره ای حکایت دارند به گونه ای که با افزایش دمای نمونه ها، مقدار نفوذپذیری افزایش و مدول تجمعی کاهش می یابد (و برعکس).
کلید واژگان: دیسک بین مهره ای, آزمایش تجربی خزش, نفوذپذیری, مدول تجمعی, دما}One of the most important and active body tissues during daily life is the intervertebral disc that not only sustains the applied loads to the spine but also it provides the required flexibility for doing different activities. This tissue as an important factor to carry applied loads to the body is always subjected to possible damages. Hence, due to the improvements in medical sciences in treatment or replacing these damaged tissues, investigating the mechanical behavior of the intervertebral disc and assessing the damage level is a major concern for the researchers. For this purpose, different tests should be carried out but to simulate the behavior of the disc more accurately, it is necessary to ensure that the test conditions are as close as possible to the real ones in the body. Hence, the aim of this research is to develop a set of creep constitutive equations that are based on the experimental investigation of the effect of temperature on the creep behavior of the intervertebral disc. To do this, compressive creep tests were carried out on the goat intervertebral disc tissue and the permeability and aggregate modulus were obtained based on fitting the biphasic constitutive equations with the experimental data. Statistical analyses of the experimental data reveal the significant effect of the temperature on the values of both material parameters and the creep behavior of the intervertebral disc, so that with increasing temperature permeability increases and aggregate modulus decreases or vice versa.
Keywords: Intervertebral Disc, Experimental Creep Test, Permeability, Aggregate Modulus, Temperature} -
در این پژوهش استحکام اتصال کامپوزیت سوپر آلیاژ پایه نیکل Hastelloy X و فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L که با استفاده از جوشکاری لیزری تولید شده، مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، دو قطعه ورق ناهمجنس به ضخامت یک میلی متر، به صورت لب به لب و در فیکسچر ورق قرار گرفته و با استفاده از پرتو لیزر Nd-YAG پالسی مورد جوشکاری قرار گرفته اند. برای انجام جوشکاری از مقادیر مختلف برای توان جوشکاری، عرض پالس پرتو لیزر و سرعت جوشکاری استفاده شده و مقادیر پارامترهای فرکانس پرتو، دبی گاز محافظ و قطر پرتو بر روی سطح قطعه، ثابت نگه داشته شده اند. پس از جوشکاری، نمونه های استاندارد آزمایش استحکام از قطعات ورق بریده شده و تحت آزمایش های کشش در دمای بالا و خزش با بار ثابت قرار گرفته اند. نتایج آزمایش های کشش و خزش نشان می دهد که با انتخاب صحیح پارامترهای جوشکاری لیزری می توان اتصال مناسبی میان آلیاژهای Hastelloy X و AISI 304L به دست آورد، به گونه ای که در برخی از نمونه ها استحکام اتصال بیش از استحکام آلیاژ پایه ضعیف تر (AISI 304L) بوده و شکست در نواحی دورتر از اتصال اتفاق افتاده است. همچنین ساختار اتصال با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی بررسی شده است. داده های حاصل از این میکروسکوپ ها نشان داده است که با بهینه سازی پارامترهای توان پرتو، سرعت جوشکاری و عرض پالس پرتو، اتصال تقریبا بدون ایراد قابل دستیابی است.
کلید واژگان: کامپوزیت Hastelloy X - AISI 304L, جوشکاری لیزری, کشش دما بالا, خزش, میکروسکوپ الکترونی روبشی}This study investigates the strength of Hastelloy X nickel-based superalloy and AISI 304L austenitic stainless steel composite joint produced by laser welding. Two pieces of 1mm thick dissimilar plates are butt jointed together on a sheet fixture and welded using a pulsed Nd-YAG laser beam. In the welding process, different values are used for welding power, laser beam pulse width and welding speed. Values for the beam frequency, shielding gas flow rate and beam diameter are kept constant on the surface of the work piece. After welding, suitable specimens were cut from sheet components and subjected to high-temperature tensile tests and constant load creep. The results of tensile and creep tests show that by choosing the right laser welding parameters, a proper bonding between Hastelloy X and AISI 304L alloys can be achieved. In some samples, the joints strength is higher than the corresponding value of base alloy strength (AISI 304L), and the failure occurred in the base alloy region. Optical and scanning electron microscopes have also been used to examine the structure of the joint. The data from these microscopes shows that joints almost free of defects can be achieved by optimizing the beam power, welding speed and pulse width.
Keywords: AISI 304L – Hastelloy X composite_Laser welding_High-temperature tensile_Creep_Scan electron microscope} -
دیسک های بین مهره ای از مهم ترین بافت های موجود در بدن بوده و انعطاف پذیری لازم را به ستون فقرات به هنگام فعالیت های روزمره می دهند. با توجه به ساختار لایه ای بخش انیولس فایبرسس که بخش مرکزی نوکلیس پالپسس را احاطه می کند این احتمال وجود دارد که این بخش از دیسک در برابر بارهای اعمالی، رفتاری ناهمسانگرد از خود نشان دهد. از این رو در پژوهش حاضر به منظور بررسی اثر ناهمسانگردی نمونه های این بافت در سه جهت محوری، شعاعی و پیرامونی، تحت آزمایش تجربی واهلش از نوع فشاری در شرایط فشار محدودشده قرار گرفتند. به منظور تعیین مقادیر تجربی برای ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده، منحنی های حاصل از آزمایش های تجربی در هر سه جهت با معادله اساسی تئوری دوفازی در واهلش برازش شدند. نتایج به دست آمده برای هر دو ویژگی نفوذپذیری و مدول تجمعی در سه جهت، به یکدیگر نزدیک بود که از رفتار همسانگرد بافت انیولس فایبرسس در بارگذاری فشاری حکایت دارد.
کلید واژگان: دیسک بین مهره ای, آزمایش فشار محدودشده, اثر ناهمسانگردی, نفوذپذیری, مدول تجمعی, معادلات اساسی}The intervertebral discs are of the most important body tissues that provides the required flexibility for the spine during daily activities. Due to the lamellar structure of the Annulus Fibrosus, that surrounds the central part of Nucleus Pulposus, it may show anisotropic behavior in carrying the applied loads. Therefore, this aspect was investigated using the experimental data that were obtained by confined compression relaxation tests on samples in three different directions: Axial, radial and circumferential. To obtain the experimental values of the permeability and aggregate modulus as material parameters, test data in three directions were fit to the constitutive equations that were based on the biphasic relaxation model. The results for the permeability and aggregate modulus in three directions show that the material parameters are almost independent of direction and therefore, it is concluded that AF can be treated as an isotropic material under the compressive loads.
Keywords: Intervertebral Disc, Confined Compression Test, Anisotropic Effect, Permeability, Aggregate Modulus, Constitutive Equations} -
فرآیند تداخل و اعمال نیروی پیش بار دو روش موثر برای بهبود عمر خستگی اتصالات می باشند و بصورت گسترده در صنایع مختلف به ویژه هوا-فضا و صنایع خودروسازی برای افزایش عمر خستگی اتصالات مورد استفاده قرار می گیرند. بیشتر مطالعات انجام گرفته شده قبلی تاثیر فرآیند تداخل و نیروی فشاری پیچ و مهره بر روی عمر خستگی نمونه ها را بصورت جداگانه بررسی کرده اند. در این پژوهش، اثر ترکیبی تداخل و نیروی پیش بار بر روی رفتار خستگی نمونه ها بررسی شده است. از طرفی تاکنون تحقیقاتی که در رابطه با فرآیند تداخل همراه با نیروی فشاری پیچ و مهره انجام گرفته شده در دمای محیط بررسی شده است و اثر تغییرات دما که به عنوان عاملی که نمی توان از آن صرف نظر کرد، مورد بررسی قرار نگرفته است. برای این منظور، دو چرخه دمایی °C60 و °C120 انتخاب شده و عمر خستگی نمونه ها در این دو حالت مورد بررسی قرار گرفته است. تست های خستگی بر روی آلیاژ آلومینیم 7075-T6 انجام شده است و نمودار تنش-عمر برای نمونه ها بدست آمده است.کلید واژگان: تداخل, پیش بار, عمر خستگی, چرخه دمایی}The process of interference fit and bolt clamping force are two effective techniques for improving the fatigue life of the joints and are used in various industries, especially in aerospace and automotive .Most of the previous studies have investigated separate effects of the interference fit and bolt clamping force on the fatigue life of the specimens. In the present research fatigue behavior of interference fitted specimens combined with bolt clamping force has been investigated yet. On the other hand, the pervious researches on the interference fit and bolt clamping force have been studied at laboratory temperature and the effect of temperature changes has not been investigated. To investigate the effect of temperature on the fatigue life of specimens, two different temperatures (i.e. 60°C and 120°C), aside from room temperature, were selected and fatigue life of specimens are studid at these tempratures. The fatigue tests were performed on the specimens of Al-alloy 7075-T6 alloy to obtain S-N dataKeywords: Interference fit, Bolt clamping force, Fatigue life, Thermal cycle}
-
طراحی خطوط لوله در صنایع مختلف ازجمله: صنایع پتروشیمی، نیروگاه های اتمی و سایر صنایعی که خطوط لوله، تحت فشار نسبتا زیادی قرار دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ به ویژه هنگامی که این خطوط لوله، تحت بارهای خارجی به صورت سیکلی، همچون هنگام وقوع پدیده زلزله، قرار گیرند. در این حالت بررسی تغییر شکل های پیش رونده از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ خصوصا خطوط لوله ای که تحت تاثیر محیط اطراف یا سیالی که حامل آن است دچار واکنش های شیمیایی و درنهایت دچار خوردگی شوند. در این مقاله کرنش های پیش رونده در نواحی خوردگی نمونه زانویی شکل به صورت عددی توسط کد کامپیوتری آباکوس موردبررسی قرار گرفته شده است. خوردگی ها با اشکال هندسی کروی و مکعبی شکل و با دو عمق یک و دو میلیمتری، در محل های حساس از لوله زانویی شکل، مانند محل های تقارن در نواحی قوس داخلی، میانی و خارجی اعمال شده است. درنهایت نتایج حاکی از تاثیر مخرب خوردگی و افزایش این تاثیر مخرب با افزایش عمق خوردگی و وابسته بودن آن به شکل هندسی خوردگی های اعمال شده است، به طوری که در محل های خوردگی با شکل هندسی مکعبی شکل نسبت به نوع کروی شکل کرنش های پیشرونده رشد بیشتری داشتند. همچنین رشد کرنش های پیش رونده در جهت محیطی بسیار بیشتر از جهت محوری، در تمام نواحی نمونه مربوطه به دست آمد.کلید واژگان: لوله زانویی شکل, کرنش های پیش رونده, ممان های خمشی دوره ای, فولاد ضدزنگ 304LN, ضرایب سخت شوندگی}In most industries, such as Petrochemical and Nuclear power plants design of pipelines which operate under high pressure is important. Especially when the pipelines are subjected to external cyclic loads for example during earthquakes. The situation becomes more severe when chemical reactions cause corrosion in pipe walls. In this case, ratcheting effect due to the cyclic mechanical load is magnified due to the corroded region and it becomes a major concern. In this paper the ratcheting behavior of corroded elbows have been investigated using finite element based software ABAQUS and numerical solution method. Two forms of corrosion: spherical and cubic geometric shapes are used with two depths of one and two millimeters on the sensitive areas such as symmetry axes in the intrados, crown and extrados of the elbow Finally results suggests the corrupting influence of corrosion in term of ratcheting and consequently increase this corrupting influence with increase depth of corroded and also its reliance to the geometry of applied corrosion. So the ratcheting on corroded place with cubic shapes is larger than spherical shapes. The results show that the ratcheting in the circumferential direction is too large compared with the axial direction.Keywords: Pipe elbow, Ratcheting, Cycling bending moment, SS 304LN, Hardening coefficient}
-
جوشکاری آرگون یا جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود تنگستن یکی از مهمترین روش های جوشکاری در صنعت می باشد. با توجه به اهمیت کنترل پارامترهای این فرآیند جهت جلوگیری از بروز عیوب در حین جوشکاری، در این مقاله شدت جریان، دمای پیش گرم و سرعت پیشروی به عنوان پارامترهای ورودی آزمایشات انتخاب و سپس با استفاده از روش آنالیز گری مقادیر خروجی استحکام کششی، سختی و تغییر شکل زاویه ای قطعات جوشکاری شده ناشی از تنشهای حرارتی بهینه سازی می شوند. با محاسبه نسبت، ضریب و درجه گری توسط روابط مورد استفاده، نمودار گری برای هر سطح رسم می شود. در نهایت بر اساس نمودار گری میزان تاثیر پارامترهای ورودی بر روی جوشکاری آرگون به صورت درصدی محاسبه و مقادیر بهینه عددی برای آنها و پارامترهای خروجی تعیین و سپس میزان تاثیر ورودی ها بر روی خروجی ها بدست آمد . آزمایشات عملی انجام شده بر اساس مقادیر بهینه ارائه شده در مقاله برای پارامترهای ورودی و خروجی صحت نتایج آنالیز گری را تایید می نماید.کلید واژگان: بهینه سازی, آنالیز گری, جوشکاری آرگون, فولاد AISI304}Argon or Gas-Tungsten Arc welding (GTAW) is known as an important method of joining metals in industrial applications. Due to the importance of the controlling welding-parameters to prevent any defect formation during the process; in this research, weld-current, pre-heating temperature and electrode-traveling speed are adopted as the input welding-parameters. Then, using the Grey Analysis Method, the effect of the aforementioned welding-parameters on the ultimate-strength, hardness and angular distortions of the welded joints are obtained and optimized. Grey-diagrams are plotted by calculating the Grey-ratio, Grey coefficient and Grey-degree. Finally, based on these diagrams, the effect of the welding-input variables is established in percent and the optimum values are obtained with the effect of input parameters on the output values. Experimental tests are carried out based on the optimum values for the input and output parameters to verify the results of the Grey analyses.Keywords: Optimization, Grey-analysis, GTAW, Steel AISI304}
-
در این تحقیق، رفتار خزشی اتصالات چسب تقویت شده توسط 5/0 درصد وزنی نانو ذرات اکسید کاهش یافته گرافن در دماهای 25 و 55 درجه سلسیوس مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، نمونه های حجمی چسب و همچنین اتصالات تک لبه چسبی تحت آزمایشات خزش تک محوره قرار گرفته و تغییر طول نمونه ها به همراه زمان شکست ثبت گردیده است. علاوه بر این از روش المان محدود به منظور مدلسازی رفتار خزشی اتصالات چسبی استفاده شده است. در این تحقیق از یک مدل ساختاری خزش با قابلیت مدلسازی رفتار ویسکوالاستیک غیر خطی چسب بهره برده شده است. نتایج آزمایشات نشان می دهند، کاربرد ذرات اکسید گرافن سبب بهبود رفتار خزشی می گردد. به طوری که نمونه های تقویت شده تغییر فرم خزشی کمتر و بهبود عمر تا 30 درصد را نشان می دهند. نهایتا مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل عددی نشان می دهد که مدل ساختاری خزشی بکار رفته می تواند با دقت بالا رفتار خزشی اتصالات چسب را پیش بینی نماید.کلید واژگان: اتصال چسبی, اکسید کاهش یافته گرافن, خزش}In this research, effects of introducing 0.5wt% reduced graphene oxide (RGO) reinforcement on the creep behavior of the adhesivelybonded joints are investigated at 25oC,55oC. To this aim, uni-axial creep tests are conducted,creep deformations of the bulkspecimens produced via the neat adhesive,adhesive-RGO composite are recorded. Also, creep tests are performed to obtaincreep behavior of the single lap joints. Furthermore, results of the bulk specimen tests are used in a finite element based numericalanalysis to simulate the creep behavior of the joints. Results show that, a significant decrease in the creep deformations along with aremarkable increase of 30% in the creep life time occurs in the reinforced joints. Finally, comparing the numerical results andexperimental data shows that the numerical analysis accurately simulates the creep behavior of the joints.Keywords: Adhesive joints, Reduced Graphene Oxide, Creep}
-
امروزه یکی از مقوله های مهم در علوم مهندسی، بهینه سازی طرح های جدید به منظور رقابت در عرصه ی بازار صنعتی می باشد. در صنایع هوافضا، وزن و عمر قطعات از معیارهای بسیار مهم طراحی می باشند. به عنوان مثال، مسئله بهینه سازی وزن گیربکس اصلی هلیکوپترها، توام با عملکرد و عمر خستگی قابل قبول آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، پارامترهای طراحی گیربکس اصلی هلیکوپتر آگوستا، با استفاده از سه روش مختلف بهینه سازی الگوریتم ژنتیکی (GA) ، اجتماع ذرات (PSO) و جستجوی گرانشی (GSA) تعیین شده اند. تابع هدف مسئله، جرم چرخدنده ها با قیود مختلف مبتنی بر محدودیت های هندسی می باشد. ضرایب اطمینان خستگی نیز مطابق روابط آگما (AGMA) در نظر گرفته شده اند. متغیرهای طراحی موجود شامل عرض چرخدنده ها به عنوان پارامتری پیوسته و مدول عمودی آنها به عنوان پارامتری گسسته می باشند. هرچند مقایسه ی نتایج بهینه سازی، حاکی از موفقیت هر سه روش در کمینه سازی حدود 23 تا 27 درصدی وزن گیربکس نسبت به طرح صنعتی موجود هستند اما الگوریتم جستجوی گرانشی نه تنها بهترین جواب بهینه از نظر وزن را به دست می دهد، بلکه بیشترین سرعت همگرایی را نیز داشته است.کلید واژگان: بهینه سازی وزن, خستگی, گیربکس هلیکوپتر, الگوریتم ژنتیکی, الگوریتم اجتماع ذرات, الگوریتم جستجوی گرانشی}Nowadays, one of the most important challenges in engineering sciences is optimization of the existing designs due to the competitive industrial market. In aviation industry, weight and life of components are important criterions in their design. As an example, optimizaing the weight of main gearbox of helicopters with acceptable performance and fatigue life are major concerns. In this paper, design parameters of Agusta helicopter main gearbox has been determined by three different optimization methods Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Algorithm (PSO) and the Gravitational Search Algorithm (GSA). The objective function is the weight of the gears with appropraiate constrains which are based on geometrical limitations. Alsosafety factors according to the AGMA standards are considered. The design parameters are gear width as a continuous variable and normal module as a discrete parameter. Comparison of the results show that all three optimization methods are able to minimize the weight of the gearbox in the range of 23 to 27% comparing with the existing one; but, GSA not only gives the best optimized solution it also has the highest convergence rate.Keywords: Weight Optimization, Fatigue, Helicopter Gearbox, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization Algorithm, Gravitational Search Algorithm}
-
مواد هدفمند کامپوزیت هایی غیر همگن هستند که معمولا از ترکیب فلز و سرامیک تولید می شوند ودارای خواص منحصر به فرداز جملهمقاومت بالا در مقابل تنش های حرارتی و مکانیکی، عدم لایه لایه شدن و تمرکز تنش پایین می باشند. در این تحقیق، رفتار حرارتی-مکانیکی مخزن کروی ساخته شده از ماده هدفمند بررسی شده است که سطوح داخلی و خارجی آن به ترتیب آلومینا و آلومینیم می باشند و توزیع مواد از قانون توانی در راستای شعاعی تبعیت می کند. جداره داخلی مخزن تحت بار حرارتی متناوب و فشار ثابت می باشد و به دلیل برتری روش دوهامل در بررسی مسائل با شرایط مرزی متناوب زمانمند، از ترکیب این روش و گسسته سازی در حل مساله استفاده شده است. نتایج حاصل با نتایج عددی بر مبنای روش اجزاء محدود مقایسه شده که تطبیق خوبی مشاهده شده است. تغییرات تنش ترمومکانیکی در مخزن مورد بررسی قرارگرفته و اثر فرکانس تغییرات دمای سیال داخل مخزن بر دامنه تنش ها و کرنش ها در جداره آن بررسی شده است. بر اساس نتایج، به ازای محدوده فرکانس خاصی از بار حرارتی، مقادیر دامنه تنش افزایش قابل ملاحظه ای دارند که می باید در طراحی مد نظر قرارگیرد. در فرکانس های بالاتر از این محدوده بحرانی، دامنه تنش ها و کرنش ها به صفر میل می کند. علاوه بر آن نشان داده شده است که فرکانس بحرانی مخزن با افزایش ضخامت جداره کاهش می یابد.کلید واژگان: مخزن کروی, ماده هدفمند, روش دوهامل, بار حرارتی سیکلی}Functionally Graded (FG) materials are inhomogeneous composites, usually made from a mixture of metals and ceramics, providing the specific benefits of both the constituents. These materials have some unique properties such as high strength under thermomechanical stresses, lack of stress concentration and delamination. Present study is concerned with determining the alternating temperature, stress and strain fields in an FG hollow sphere subjected to cyclic thermal loading and internal pressure. The inner surface of the sphere is considered to be made of alumina grading with power law up to the outer surface made from aluminum. Duhamel's principle is utilized to calculate the temperature field in the sphere since it is appropriate in analyzing the behavior of structures with alternating boundary conditions. By considering a quasi-static condition, the governing differential equation is solved by using discretization method. The results are compared with those obtained using finite element method and good agreement is observed. The effect of frequency of the thermal load on the amplitude of the stresses is also investigated. The results show that, there is a critical range of the frequency in which the amplitude of stresses become maximum and beyond this range, the stress and strain domain vanish. It has been shown that by increasing the thickness of the sphere, the critical frequency decreases significantly.Keywords: Spherical Vessel, Functionally Graded Material, Duhamel's Principle, Cyclic Thermal Loading}
-
در این تحقیق رفتار هیدرودینامیکی شیر غلافی 1800-2000 که شیر کنترل سد تالوار می باشد، با روش تجربی و عددی بررسی شده است. ابتدا مدل های 10:1و 15:1 از شیر تهیه و آزمایشات لازم بر روی آن ها انجام و سپس براساس معیارهای طراحی و به کمک نرم افزار های کامپیوتری،مدل های شیر نمونه و واقعی تهیه و رفتار هیدرودینامیکی آن ها با روش دینامیک سیالات محاسباتی، پیش بینی می شود. سپس، تحلیل عددی با استفاده از مدل شیر واقعی انجام و رفتار هیدرودینامیکی آن به همان روش و رفتار هیدرومکانیکی آن بر اساس حل اجزای محدودمورد بررسی قرار گرفته و عوامل معادل مثل توزیع تنش در اجزا اصلی شیر، ضریب اطمینان آن ها، میدان سرعت و فشار در بدنه آن در بار آبی بالادست ثابت و در میزان بازشدگی های مختلف بررسی و همچنین پاسخ گذرای ارتعاشی شیر به دست آمده اند. مقایسه نتایج حاصل با داده های تجربی، صحت آن ها را نشان می دهد. نتایج نشان می دهند که تنش در قطعات شیر از حد مجاز بالا نبوده و هیچ قطعه ای به حد تسلیم نمی رسد. تنش بیشینه به دست آمده از تحلیل ارتعاشی از طریق تحلیل مودال با تنش تسلیم قطعات اصلی مقایسه شده و ضریب اطمینان 5/2 به دست آمده است. علاوه بر آن نتایج نشان می دهند که در میدان عمل شیر، دبی های عبوری مورد نظر 5/23 متر مکعب بر ثانیه (در سطح آب سد 55 متر از محور شیر و 100 درصد بازشدگی) و 7/12 متر مکعب بر ثانیه (در سطح آب سد 15 متر از محورشیر و 100 درصد بازشدگی) تخلیه می شوند. در نهایت، روند طراحی برای شیر های مشابه نیز تدوین شده که می تواند در تولیدات آتی به کار رود.کلید واژگان: آزمایش تجربی, پارامتر های عملکرد, توزیع تنش و کرنش, حل عددی, شیر غلافی}In this paper, hydrodynamic behavior of 1800-2000 sleeve valve, which is the main control valve of Talvar dam, has been studied using experimental tests and numerical solutions. Firstly, 10:1 and 15:1 models of the valve have been produced to carry out necessary tests. Then, using computer software, hydraulic models of the valve have been developed and their hydrodynamic behavior has been investigated using Computational Fluid Dynamic (CFD). Then, a numerical model of the valve has been developed based on Finite Element (FE) method and the hydro-mechanic behavior of the valve has been analyzed. Major parameters such as stress distribution in the main components of the valve and their safety factor, distribution of the velocity and pressure for different upstream head and discharge rates together with the valves dynamic response have been obtained. Comparing the results of the numerical analysis with the experimental data shows that analytical results have good agreement with experimental data. Results also show that stress level in the hydrostatic solution is lower than the yield limit. Also, the maximum stress level obtained from the dynamic response of the valve is compared with the yield stress of the major parts and a safety factor of 2.5 has been obtained. In addition, the results show that in practice, the nominal discharge of 23.5 m3/s (at water level of 55 meters from the valve axis with 100% opening) and 12.7 m3/s (at water level of 15 meters from the valve axis with 100% opening) can be achieved. In general, a methodology is developed to design the same large size valves which can be implemented in future products.Keywords: Experiment, Operating parameters, Stress-strain distribution, Numerical solution, Sleeve valve}
-
در مقاله حاضر تحلیل حرارتی- مکانیکی یک استوانه دوار هدفمند مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نخست معادلات دیفرانسیل حاکم بر توزیع دما و جابه جایی برای یک استوانه هدفمند با فرض وجود شرایط کرنش صفحه ای و تقارن محوری گسترش یافته اند؛ سپس با درنظرگرفتن توزیع نمایی برای خواص فیزیکی، با استفاده از روش تحلیلی ابتدا معادله دیفرانسیل حاکم بر توزیع دما حل شده و در مرحله بعد، با استفاده از توزیع دمای به دست آمده و معادله دیفرانسیل جابه جایی، رفتار مکانیکی استوانه تعیین شده است. سپس با استفاده از نتایج حاصله، نحوه توزیع بهینه مواد در شرایط کاری یکسان ولی با تغییر سرعت دورانی و یا تغییر فشار داخلی حاصل می گردد. در نهایت، نتایج برای حالت های مختلف ارائه شده و نحوه توزیع مواد بهینه برای داشتن بیشترین ضریب اطمینان با استفاده از منحنی های نتایج به دست آمده، تعیین شده اند.کلید واژگان: تحتحلیل حرارتی- مکانیکی, حل تحلیلی, استوانه دوار, ماده هدفمند, توزیع بهینه مواد}In this paper thermo-mechanical analysis for a rotating thick cylinder made of FGM is carried out. For this purpose, governing differential equations of the temperature and displacement distribution for the FGM cylinder have been developed assuming plane strain and axial symmetry. Then, by considering an exponential function form for the material property distribution of the FGM along the cylinder thickness; and, using analytical solution method, the governing differential equations for temperature distribution have been solved. Based on the calculated temperature distribution and governing differential equations for displacement the mechanical behavior of the cylinder has been investigated. Finally, according to the stress distributions for different rotating speed and internal pressure, the safety factors have been obtained and the optimum material distribution is determined.Keywords: Thermo-mechanical Analysis, Analytical Solution, Rotating Cylinder, Functionally Graded Material (FGM), Optimum Material Distribution}
-
هدف اصلی این پژوهش استفاده از الگوریتم رقابت استعماری برای تعیین حالت بهینه پوسته استوانه ای هدفمند دارای لایه پیزوالکتریک می باشد. پارامترهای طراحی این بهینه سازی شامل ضخامت و درصد حجمی مواد درنظر گرفته شده اند. پوسته مورد بحث دربردارنده سیال داخلی بوده و در عین حال تحت بار متحرک شعاعی خارجی قرار دارد. به منظور فرمول بندی مسئله، معادلات حاصل از تئوری مرتبه اول برشی و ماکسول ترکیب شده تا روابط حاکم استخراج و با حل آن ها با استفاده از روش تحلیلی-عددی مقادیر جابه جایی های دینامیکی تعیین شوند. در ادامه با استفاده از روابط کرنش-جابه جایی و تنش-کرنش، توزیع تنش دینامیکی در پوسته به دست آمده است. تحلیل دینامیکی به علت وجود بار متحرک ضروری است چراکه پاسخ دینامیکی و ناپایا در مقایسه با مقادیر استاتیک قابل توجه اند. به منظور اعتبارسنجی تحلیل دینامیکی، از نتایج تجربی و تحلیلی موجود در ادبیات فن استفاده شده است. یک برنامه ی کامپیوتری تدوین شده است که روش تحلیل دینامیکی را با الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری مرتبط ساخته تا مقادیر بهینه ی طراحی را ارائه کند. مزیت عمده ی روش پیشنهادی، استفاده از نقاط کنترلی در راستای ضخامت پوسته به جای توابع پیش فرض برای درصد حجمی مواد که محدودیت هایی را از نظر بهینه سازی اعمال می کنند می باشد. در بین این نقاط، درصد حجمی مواد با استفاده از روش میان یابی با توابع هرمیت پیش بینی شده است. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری انجام گرفته است. نتایج بهینه سازی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد و مزیت این روش انعطاف پذیری و همگرایی آسان تر آن در تعیین ساختار بهینه است.کلید واژگان: الگوریتم رقابت استعماری, پوسته استوانه ای, ماده هدفمند, بار متحرک, روش نقاط کنترلی}The main objective of this research is to employ Imperialist Competitive Algorithm (ICA) to determine the optimum condition for an FG cylindrical shell with outer piezoelectric layer. Design parameters in this problem are thickness and volume fraction of the material. The shell is subjected to outer radial moving load and internal pressurized fluid. To formulate the problem, First Order Shear Deformation theory and Maxwells equation have been combined to develop governing equations and by solving these equations using analytical-numerical methods, the dynamic deformation has been obtained. Then, by adopting displacement-strain and stress-strain relationships, distribution of the dynamic stresses within the shell has been calculated. Due to the moving of the external load, the use of dynamic analysis is necessary so that the dynamic and transient response is significant comparing with the static one. To validate the dynamic analysis, the results are compared with those provided in the literature based on other solution methods or experimental measurements. Finally, a computer code has been developed to link the dynamic solution method with the optimization algorithm based on ICA to obtain the optimum values of the design parameters. The major advantage of this method is using control points along the thickness to define volume fraction rather than using predefined functions which usually impose unnecessary restriction. The volume fraction between these control points is obtained by Hermite interpolation method. The results show the efficiency of the method and its major strength which is the flexibility and higher convergence rate to determine the optimum configuration.Keywords: Imperialist Competitive Algorithm, Cylindrical Shell, Functionally Graded Materials, Moving Load, Control Point Method}
-
در این مقاله از داده های تجربی به منظور توسعه یک رابطه تحلیلی- تجربی برای منبع حرارتی دو بیضوی جهت مدل کردن فرآیند جوشکاری در اتصال جوش Tشکل از ورق های فولاد کربنی AISI 1020 و زنگ نزن AISI 304 استفاده شده است. از این مدل در برنامه کامپوتری مبتنی بر روش المان محدود برای شبیه سازی سه بعدی جوش دو ورق استفاده شده و میدان دمایی در محل جوش بدست آمده است. نتایج تجربی بصورت درجه حرارت نقاط مشخص که در حین جوشکاری توسط سیستم داده پردازی کامپیوتری که بدین منظور طراحی و ساخته شده است، ذخیره می گردند. همچنین ضخامت لایه های جوش با ارزیابی ساختار کریستالی و سختی آنها تعیین و با نتایج مدل عددی مقایسه شده اند. با مقایسه داده های تجربی و نتایج حاصل از حل عددی، ضریب مدل عددی به کمک روش «به روز رسانی» تعیین شده است. اثر جنس ورق و شرایط جوشکاری نیز مورد بررسی قرار گرفته تا از عمومیت مدل اطمینان حاصل شود. این مدل می تواند جهت تعیین کیفیت جوش و ضخامت لایه تحت تاثیر حرارت و همچنین در بررسی احتمال فوران یا ترک گرم در حین جوشکاری مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده ی مدل این است که تعداد ضرایب آن تنها به یک ضریب کاهش یافته و سایر ضرایب به پارامترهای فیزیکی و یا هندسی قطعات جوش مربوط می شوند. نتایج عددی حاصل از این مدل، نشان می دهند که اصلی ترین عوامل موثر در توزیع درجه حرارت اطراف جوش، ضریب هدایت حرارتی ورق ها، ضخامت، مقدار گرمای ورودی و سرعت جوشکاری می باشند.کلید واژگان: جوش, مدل منبع حرارتی دو بیضوی, به روز رسانی, نتایج تجربی, حل عددی}In this paper, experimental data have been used to develop a semi empirical relationship for double-ellipsoidal heat source to model the welding process of a T-shape fillet weld of carbon steel AISI 1020 and stainless steel 304. This model is used in a finite element based computer code to simulate the three dimensional welding process and obtain the temperature profile around the weldment. Experimental data in the form of temperature for certain points have been recorded during the welding process using a computerized data processing system which has been designed for this purpose. Also, the thickness of the weldment layers has been compared by observing their hardness and crystallography. By comparing experimental data with numerical result, the coefficient of the model has been determined using model updating process. The effects of material properties and welding parameters have been studied to insure the generality of the model. This model can be used to evaluate the quality of the welding and thickness of the heat affected zone as well as the risks during the welding process such as burn-through and hot cracking. The main advantage of this model is that the number of coefficients is reduced to only one parameter and the rest have been related to the physical and geometrical characteristics of the weld. Results of the numerical simulation obtained using this model show that the major factors which affect the temperature distribution around the weldment are material conductivity, plate thickness, input heating and welding speed.Keywords: Welding, Double, Ellipsoidal Heat Source (DEHS), Model updating, Experimental results, Numerical solution}
-
واماندگی ناشی از خزش یکی از مهم ترین عواملی است که عمر قطعات مکانیکی را، که در درجه حرارت بالا کار می کنند، تعیین می کند. از قطعات مهمی که در درجه حرارت بالا و تحت تنش های مکانیکی قرار دارند، پره ها ی توربین گازی می باشند. در طرح های جدید، به منظور کاهش درجه حرارت پره ها و جلوگیری از خزش، جریان سیال خنک کن از کانال هایی در این پره ها عبور داده می شود. بنابراین، یکی از عوامل مهم در عملکرد سیستم خنک کاری، ضریب همرفت جریان داخل کانال ها می باشد. در این پژوهش، با مدل سازی کانال های خنک کاری به صورت مبدل هایی با روکش حرارتی محافظ و همراه با خنک کاری فیلمی- همرفتی، تاثیر رطوبت مخصوص سیال خنک کن و زبری کانال خنک کاری در مقدار ضریب همرفت جریان داخل کانال تعیین شده است. بدین منظور یک کد کامپیوتری که توانایی محاسبه ی خواص هوای مرطوب وابسته به دما و رطوبت مخصوص را دارد، تدوین شده است. سپس با تاثیر دادن مقدار زبری کانال در محاسبه ی ضریب همرفت، توزیع دما در طول پره با استفاده از یک مدل تحلیلی به دست آمده است. نتایج نشان می دهد در کانال های زبر، با افزایش جذب گرما توسط سیال خنک کن، دمای پره بخصوص در مقطع بحرانی کاهش می یابد. همچنین با افزایش رطوبت مخصوص سیال خنک کن، دمای خروجی سیال نسبت به حالت خشک کاهش می یابد که نتیجه ی آن کاهش حدود 5/2 درصدی دمای فلز پره در هر بخش می باشد. بطور کلی نشان داده شده است که با افزایش رطوبت سیال خنک کن و زبری کانال در محدوده قابل قبول، می توان عمر خزشی پره را تا 18/3 برابر افزایش داد.کلید واژگان: پره ی توربین, عمر خزشی, زبری, رطوبت مخصوص, خنک کاری}Creep failure is one of the most common mechanisms which determine the life of mechanical components operating at high temperature. Gas turbine blades are among the components which operate at high temperature under mechanical loads. In new designs, cooling flow passes through the inner channels of the blade to decrease blade temperature. One of the main parameters of the cooling system is the coolants heat transfer coefficient. In this paper, the effect of wall roughness of the cooling channels and coolants specific humidity on the cooling heat transfer coefficient has been investigated. The blade body and cooling channels are regarded as a heat exchanger with a thermal barrier coating and convective- film cooling. For this purpose, the physical properties of the coolant have been considered as a function of temperature and humidity. Then, the influence of the channels roughness on the heat transfer coefficient has been investigated and an analytical method has been used to obtain the temperature distribution. The results show that in the rough channels, coolant receives more heat from the blade body and consequently decreases its temperature especially in the critical section. Also, it has been shown that with increasing humidity; the coolant temperature reduces along the blade span comparing with the case of using dry air and consequently, the blade metal temperature reduces with about 2.5 percent. It has been shown that by increasing coolants humidity and roughness of the channels in a reasonable range, blades creep lifetime can be increased by up to 3.18 times.Keywords: Turbine's Blade, Creep Life, Roughness, Specific Humidity, Cooling}
-
بررسی رفتار خزشی اتصالات جوشی لوله های فولادی تحت فشار حامل سیال داغ، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، رفتار خزشی اتصال جوش لب به لب لوله ی فولادی 1.25Cr0.5Mo مورد بررسی قرار گرفته است. محل جوش به سه ناحیه ی ماده ی اصلی (BM)، منطقه ی تحت تاثیر حرارت (HAZ) و ناحیه ی جوش (WM) تقسیم و سپس معادلات اساسی خزشی هر ناحیه به دست آمده است. ضرایب معادلات اساسی برای هر ناحیه با استفاده از نتایج آزمایش های خزش تک محوره و به کمک روش حداقل مربعات تعیین و نتایج با آنچه در مراجع مختلف برای آلیاژهای دیگر ارائه شده است، مقایسه شده اند. آزمایش ها با استفاده از دستگاه تست خزش تک محوره در تنش های 30، 35، 40 و 50 مگاپاسکال و دما های 670، 700، 725، 750 و 800 درجه ی سانتیگراد انجام شده است. نمونه های آزمایشی به صورت مستقیم از فلزهای پایه و جوش به روش ماشینکاری تهیه شده اند. از آنجا که تهیه ی نمونه با ابعاد موردنیاز از HAZ ممکن نمی باشد، روشی برای تعیین ضرایب معادلات اساسی این منطقه پیشنهاد شده است. صحت روش پیشنهادی با مقایسه ی ضرایب معادلات اساسی محاسبه شده به کمک این روش و مقادیر به دست آمده بر اساس نتایج تجربی برای فلز جوش تایید شده است. مشاهدات میکروگرافی و سختی سنجی نشان می دهند که ساختار لایه ها باهم تفاوت داشته و این امر در ضرایب معادلات اساسی و نرخ کرنش خزشی پایدار تاثیر به سزایی دارد. نتایج نشان می دهند که در محدوده ی تنش های موردنظر، نرخ کرنش خزشی پایدار فلز جوش از نرخ کرنش فلز پایه و نیز منطقه ی HAZ بیشتر بوده و نرخ کرنش منطقه ی HAZ در تنش های پایین از فلز پایه بیشتر است.
کلید واژگان: آلیاژ فولاد پایه ی کروم, مولیبدن, رفتار خزشی, بررسی تجربی, ضرایب معادلات اساسی, منطقه ی تحت تاثیر حرارت}Creep behavior of butt-welded joints in pressurized steel pipes operating at high temperature is one of the major concerns in industry. The creep behavior of 1.25Cr0.5Mo weldment has been investigated in this paper. Three different layers: Base Metal (BM), Heat Affected Zone (HAZ) and Weld Metal (WM) have been considered and the creep behavior of each layer has been modeled using constitutive equations. Constitutive parameters have been determined using the results of uniaxial constant load creep tests. A numerical approach based on least square method has been used to calculate optimum values of the constitutive parameters. The results have been compared with those provided in the literature for different alloys and good agreement has been observed. Creep tests have been carried out at 30, 35, 40 and 50 MPa and temperature levels of 670, 700, 725, 750 and 800 °C. Specimens have been machined out from Base and Weld Metal. Since machining specimens with appropriate size from HAZ is impossible, a method is proposed to obtain constitutive parameters for this layer. This method is validated by comparing the constitutive parameters which have been calculated for WM with those obtained using creep tests. Micrographical and microhardness tests show that there are significant differences in the microstructure of the layers. Consequently, the creep behavior of layers is different. The results show that steady state creep strain rate for WM is higher than the rates for BM and HAZ; also at low stress levels, creep strain rate of HAZ is larger than BM.Keywords: Cr, Mo Steel Alloy, Creep Behavior, Experimental Investigation, Constitutive Parameters, Heat Affected Zone} -
در این پژوهش به ارائه ی روشی برای تعیین توزیع بهینه ی درصد حجمی مواد در یک پوسته ی استوانه ای هدفمند با لایه ی پیزوالکتریک خارجی با هدف تنیده کردن سازه پرداخته شده است. بدین منظور، با ترکیب تئوری مرتبه اول برشی و معادله ی ماکسول با اصل همیلتون، معادلات حاکم استخراج شده و با استفاده از روابط کرنش-جابه جایی و تنش-کرنش، توزیع تنش دینامیک در پوسته به دست آمده است. تحلیل دینامیکی به علت وجود بار متحرک ضروری است چراکه جابه جایی ها، کرنش ها و تنش های دینامیک در مقایسه با مقادیر استاتیک قابل توجه اند. اثرات دینامیکی ناشی از حرکت بار در افزایش تنش ها، از طریق حل وابسته به زمان مسئله درنظر گرفته شده است و لذا پاسخ سازه و در نهایت توزیع تنش به صورت تابع زمان به دست آمده اند. در ادامه روشی برای بهینه سازی تدوین شده است که در آن به جای استفاده از توابع پیش فرض برای درصد حجمی مواد که محدودیت هایی از نظر تولید و نیز بررسی رفتار مکانیکی و بهینه سازی آنها اعمال می کنند، از تعدادی نقاط کنترلی در راستای ضخامت پوسته استفاده شده که درصد حجمی مواد در این نقاط به عنوان متغیر معرفی شده اند که در بین آنها با استفاده از روش میان یابی با توابع هرمیت درصد حجمی مواد پیش بینی شده است. برای انجام بهینه سازی، مقدار درصد حجمی مواد در این نقاط و همچنین ضخامت لایه ی هدفمند به عنوان متغیرهای بهینه سازی معرفی شده اند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیکی انجام گرفته است. نتایج بهینه سازی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد. مزیت عمده ی این روش انعطاف پذیری آن در تعیین توزیع درصد حجمی مواد هدفمند در دیواره ی سازه است.
کلید واژگان: پوسته ی استوانه ای, مواد هدفمند, بار متحرک, بهینه سازی, روش نقاط کنترلی}In this paper a method has been developed to obtain an optimum material distribution for a cylindrical shell with Functionally Graded (FG) material and additional piezoelectric outer layer. The objective of the optimization is to satisfy full stress loading criterion. For this purpose; firstly, a solution method has been outlined in which, the governing equations are developrd by combining First order Shear Deformation Theory (FSDT) and Maxwell equations, with the use of Hamilton principle. Dynamic analysis is a major concern in this solution method because of the significant dynamic displacements, strains and stresses due to the effect of moving load. Hence, the time dependent transient responses of the structure and stress distribution have been obtained. At the next stage, a methodology has been introduced to obtain the optimum material distribution. In this method, instead of using pre-assumed material distribution functions which impose limitations to the manufacturing of the shell and also to the optimization solution, control points with Hermite functions are used. The thickness of the shell and volume fraction of the FG material at these points have been regarded as optimization variables. The optimization method is based on the genetic algorithm and to reduce the solution time, calculations are carried out using parallel processing in four cores. The results show that the developed method is capable of analyzing the FG structures and provide optimum solution. The major advantage of this method is its flexibility in providing volume fraction distribution of the material.Keywords: Cylindrical Shell, Functionally Graded Materials, Moving Load, Optimization, Control Point Method} -
در این مقاله رفتار ترموالاستیک یک دیسک دوار هدفمند با ضخامت متغیر با استفاده از روش های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، نخست با گسترش معادله ی دیفرانسیل انتقال حرارت، توزیع دما در دیسک به دست آمده سپس با درنظر گرفتن توزیع دما و با گسترش معادله ی دیفرانسیل جابه جایی، رفتار ترموالاستیک دیسک بررسی شده است. در گسترش این معادلات خواص فیزیکی به صورت تابعی توانی از شعاع فرض شده اند. معادلات دیفرانسیل ترمومکانیکی به دست آمده با روش های تحلیلی، شبه تحلیلی و روش کوادراتور دیفرانسیلی حل شده و همچنین پاسخ های به دست آمده با نتایج حاصل از روش تحلیل المان محدود مقایسه شده اند. مقایسه ی این چهار روش از آن جهت صورت گرفته است که حل تحلیلی معادلات مذکور در تمامی حالات بعید به نظر می رسد و از این رو تعیین روشی مناسب با دقت کافی و زمان حل مناسب به خصوص برای انجام اهدافی همچون بهینه سازی اهمیت ویژه ای دارد. نتایج حاصل نشان از مناسب تر بودن روش حل شبه تحلیلی برای تحلیل ترموالاستیک دیسک های دوار دارد.
کلید واژگان: تحلیل ترموالاستیک, حل تحلیلی, حل شبه تحلیلی, کوادراتور دیفرانسیلی, المان محدود}In this paper the thermoelastic behavior of a functionally graded (FG) rotating disc with variable thickness is investigated with different methods. For this purpose, the temperature gradient along the disc radius is obtained by solving the governing heat transfer differential equation. Using this temperature gradient, Navier differential equation is developed. All the thermo mechanical properties of the material are obtained using the power law function of radius. The solution of governing differential equations is obtained using differentMethodsanalytical, semi-analytical and Differential Quadrature Method (DQM). Also, the results are compared with those obtained using finite element analysis. Considering that, the closed-form solution of these equations seems unlikely, determining the appropriate solution method with the sufficient accuracy and acceptable solution time is important especially for optimization purposes. The results indicate that the semi-analytical method is more appropriate in terms of accuracy and solution time comparing with other methods.Keywords: Thermoelastic Analysis, Analytical Solution, Semi, analytical Solution, Differential Quadrature, Finite Element} -
در این تحقیق، رفتار هیدرواستاتیکی و هیدرو دینامیکی شیر پروانه ای قطر بزرگ و توزیع تنش و تغییر مکان در حالت کاملا بسته و همچنین گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر دیسک تحت شرایط مختلف و همچنین در زاویه های مختلف دیسک شیر بررسی شده است. به این منظور از روش کوپلینگ حل سیالاتی (CFD) و حل جامداتی(FEM) استفاده شده است. به منظور صحه گذاری حل عددی، تغییر مکان نقاط بحرانی دیسک شیر اندازه گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده است. همچنین، گشتاورهیدرودینامیکی مدل کوچکتر شیر به صورت تجربی تعیین و با نتایج عددی مقایسه شده که تطبیق خوبی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که بیشترین تنش به محور شیر در حالت کاملا بسته شیر وارد می شود و گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر دیسک شیر در زاویه های نزدیک به حالت کاملا باز به ماکزیمم مقدار خود می رسد. علاوه بر این، تاثیر عوامل مختلف از جمله خروج از مرکز دیسک، جهت جریان و شکل دیسک شیر بر گشتاور هیدرودینامیکی بر روی مدل واقعی بررسی شده است. به این ترتیب الگوی مناسبی برای تحلیل عددی شیر های پروانه ای قطر بزرگ تدوین شده که در طراحی تمامی شیر های مشابه، می تواند مورد استفاده سازندگان قرار گیرد.
کلید واژگان: شیر پروانه ای قطر بزرگ, رفتار هیدرو استاتیک, گشتاور هیدرو دینامیک, روش حل کوپلینگ سیال و جامد}In this paper, c. For this purpose, stress distribution and deformation of the major parts of the valve; and also, the hydrodynamic torque, which is applied to the valve-disk, have been calculated at different opening angles of the disk. To carry out the numerical analysis, coupled Computational Fluid Dynamics (CFD) and Finite Element based solid mechanics solution methods have been used. To validate the numerical results, the displacements of some critical points on the valve-disk have been measured and the results are compared with those obtained using numerical solution. Also, the hydrodynamic torque of a model valve has been measured using an experimental rig and the data are compared with the numerical results. Both comparisons show good agreement and approve the accuracy of the numerical solution method. The results show that maximum stress occurs at the valve shaft when it is fully closed; and, hydrodynamic torque exerted on the disk becomes maximum when the valve is at almost fully open angle. The effect of different parameters such as disk-off set, flow direction and shape of the valve-disk on the hydrodynamic torque of the valve has been investigated. In this process, a modeling method to study the hydro dynamic behaviour of large size butterfly valves has been developed which can be implemented in other case studies by the manufacturers.Keywords: Large size butterfly valves, Hydrodynamic behaviour, Hydrodynamic torque, Coupled Computational Fluid Dynamics} -
امروزه بهینه سازی یکی از موضوعات مهم در علوم مهندسی و صنعت بوده و برای رقابت در عرصه ی طراحی و تولید، استفاده از این روش در طراحی تمامی قطعات مکانیکی امری حیاتی است. از این رو می بایست به دنبال طرحی بهینه بود که در عین سادگی، امکان تولید داشته باشد. در صنایع هوافضا دو مسئله ی وزن و عمر قطعات بسیار حائز اهمیت هستند و از آنجایی که گیربکس یکی از مهم ترین بخش ها در سیستم پیشرانه ی هلیکوپتر می باشد مسئله ی بهینه سازی وزن و اطمینان از استحکام خستگی آن از اهمیت دوچندان برخوردار می شود. طرح های موجود بیشتر برمبنای یکی از این اهداف ارائه شده اند اما در واقع طرحی بهینه خواهد بود که هدف های مختلف را دربر گیرد. از این رو در این مقاله، مقادیر مناسب پارامترهای طراحی شامل مدول عمودی و عرض چرخدنده های گیربکس اصلی هلیکوپتر سیکورسکی ASH-3D با استفاده از بهینه سازی چندهدفه ی گسسته-پیوسته ی ترکیبی در جهت طراحی بهینه ی گیربکس از نظر کاهش وزن، افزایش ضریب اطمینان کمینه و کاهش اختلاف ضرایب اطمینان بیشینه و کمینه ی مجموعه ی چرخدنده ها تعیین شده و در نهایت نیز نتایج با طرح تولیدشده توسط سیکورسکی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده در بهینه سازی تک هدفه حاکی از کاهش 24/27 درصدی جرم چرخدنده های طرح بهینه در مقایسه با گیربکس صنعتی به کاررفته در هلیکوپتر سیکورسکی ASH-3D می باشند. نتایج بهینه سازی های دوهدفه و سه هدفه نیز به صورت جبهه ی پارتو ارائه شده اند و جواب هایی با حالات حدی به عنوان نمونه آورده شده اند.
کلید واژگان: گیربکس هلیکوپتر, خستگی, وزن, بهینه سازی چند هدفه ی گسسته, پیوسته ی, جبهه ی پارتو}Nowadays, optimization is becoming one of the most important techniques in engineering and industry to provide competing products in design and manufacturing. Therefore, it is a necessity to search for optimum designs with productibility. In aerospace industry reducing weight and improving reliability of the products are major concerns. As regards the gearbox is one of the most important parts in the helicopter propulsion system, these objects should be more considered. However, most of the existing designs consider only one object, hence, it is vital to implement optimization techniques to include different objectives to improve the existing designs and provide optimum products. In this paper, optimum design parameters including module and face width of gears for the main gearbox of Sikorsky ASH-3D helicopter have been determined (modified) using single and multi-objective mixed discrete- continuous optimization method to minimize weight of the gearbox, increase the safety factor and reduce the difference between safety factors of different gears. The results show that the weight of the gears can be reduced by 27.24% comparing with the existing gearbox. The results of the multiobjective optimization have also been presented as Pareto front diagram wich can be used by the manufacturers to satisfy the prefered requiments.Keywords: Helicopter Gearbox, Fatigue, Weight, Discrete, Continuous Multi, Objective Optimization, Pareto Front} -
در این مقاله پس از بررسی رفتار خزشی دیسک دوار ساخته شده از ترکیب هدفمند دو ماده ی آلومینیوم 6061 و سیلیکون کاربید، توزیع مواد و پروفیل ضخامت بهینه ی آن تعیین شده است. با گسترش معادله ی انتقال حرارت، توزیع دما در دیسک به دست آمده سپس با درنظر گرفتن توزیع دما، با گسترش معادله ی جابه جایی، رفتار ترمومکانیکی دیسک در خزش بررسی شده است. در معادلات فوق تمامی خواص فیزیکی تابع دما و درصد حجمی مواد فرض شده اند. خواص معادل با دو مدل موری- تاناکا و هاشین- شتریکمن به دست آمده و با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. معادلات ترمومکانیکی با روش شبه تحلیلی حل شده و برای اعتبارسنجی با پاسخ های تحلیلی در حالتی خاص مقایسه شده اند. پس از آن، طراحی بهینه در بخش های تک هدفه و چند هدفه و با استفاده از الگوریتم ژنتیکی انجام گرفته است. اهداف شامل افزایش ضریب اطمینان کمینه، کاهش وزن و کاهش بازه ی تغییرات ضریب اطمینان بیشینه و کمینه و متغیرهای طراحی نیز شامل درصدحجمی مواد در جدار داخلی و خارجی، توان الگوی توزیع مواد و توان پروفیل ضخامت می باشند. نتایج نشان می دهند که دو روش حل تحلیلی و شبه تحلیلی مطابقت کاملی داشه و دیسک بهینه دارای غنای بیشتری از سیلیکون در جدار خارجی بوده و پروفیل ضخامت آن نیز به صورت نزولی است. نتایج پژوهش، تناقض اهداف بهینه سازی را نیز آشکار می کنند و ازاین رو نتایج به صورت جبهه ی پارتو ارائه شده اند.
کلید واژگان: دیسک دوار, مواد هدفمند, خزش, الگوریتم ژنتیکی چندهدفه, جبهه ی پارتو}In this paper the creep behavior of a functionally graded (FG) rotating disc made of Aluminum 6061 and Silicon Carbide is investigated and the optimum volume fraction of FG disc and its profile has been obtained. For this purpose, the temperature gradiant along the disc radius is obtained by solving the govering heat transfer differential equation. All the thermal properties of the material are assumed to be the function of temperature and volume fraction. To obtain material properties, two models of Mori-Tanaka and Hashin-Schtrickman are used. To validate the results, they are compared with those given in the literature. Two solutionMethodssemi-analytical and closed form are employed and the results are compared. The optimum design is carried out with one, and multi-objective methods which are based on genetic algorithm. The objectives are increasing the factor of safety, reducing the weight of the disc and reducing the range between minimum and maximum safety factors. The design variables are percentage of volume fraction, the power of material distribution formula, and the thickness of the disc. The results show that two solution methods compare well. Also, it has been shown that high fraction of Silicon Carbide in the outer side the disc provide optimum results. Also, contradiction of the objectives is reviled, hence the results are presented as Pareto front.Keywords: Rotating Disc, Functionally Graded Materials, Creep, Multi, objective Genetic Algorithm, Pareto Front} -
تحلیل عددی پدیده فوران در جوشکاری حین کار اتصالات T شکل در فولاد زنگ نزن 316
نمایش عناوین بیشتر...
سامانه نویسندگان
اطلاعات نویسنده(گان) توسط ایشان ثبت و تکمیل شدهاست. برای مشاهده مشخصات و فهرست همه مطالب، صفحه رزومه ایشان را ببینید.
بدانید!
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.