به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

finite element method

در نشریات گروه مکانیک
تکرار جستجوی کلیدواژه finite element method در نشریات گروه فنی و مهندسی
  • Ehsan Mehrabi Gohari *, Iman Pishkar, Meysam Darvishi

    The utilization of flexible layers in the shaping of metal sheets is currently a prominently studied method. However, the efficacy of this approach depends on various parameters, including the material composition of the rubber, its thickness, frictional characteristics, and others.. This study investigated the localized diameter reduction of ST37 steel pipes using a rubber ring. We employed both experimental and numerical methods, utilizing finite element analysis (FEA) to explore the influence of friction between the rubber and the metal. Experiments were conducted to validate the FEA models. Subsequently, simulations were performed with varying friction coefficients at the rubber-metal interface. The results were analyzed graphically to understand the impact of friction on the diameter contraction process. Our findings provided insights into the critical role of friction in this shaping technique and offered recommendations for optimizing the process.

    Keywords: Rubber Pad, Localized Diameter Hollowing, Finite Element Method, Friction Coefficient, Friction Force
  • زهره ملک حسینی، علی نجفی اردکانی*
    در این مقاله، تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری یک میکروورق مبتنی بر تئوری کیرشهف گرادیان کرنشی با شرایط مرزی دوسرگیردار با استفاده از فرمول بندی المان محدود با داشتن پیوستگی   ارائه می شود. با توجه به وجود مشتقات مرتبه بالا، از توابع درونیابی با پیوستگی  برای ارائه یک فرمول بندی استاندارد استفاده می شود. سپس، ماتریس سفتی و جرم المان میکروورق با استفاده از اصل همیلتون استخراج می شود و فرمول بندی روی یک المان چهارضلعی با 4 گره و 36 درجه آزادی اعمال می شود. فرکانس های طبیعی میکروورق مورد نظر با استفاده از المان محدود به دست می آیند و با نتایج تحلیلی مقایسه می شوند و با ریز نمودن ابعاد المان ها (مطالعه مش)، دقت این روش با مقایسه فرکانس های به دست آمده با روش المان محدود و نتایج تحلیلی مورد نظر مقایسه می شود. علاوه بر این، فرکانس های طبیعی برای میکروورق ها با شرایط مرزی مختلف ارائه می شوند و تاثیر نسبت  بر فرکانس های طبیعی میکروورق با شرایط مرزی مختلف بررسی می شود. در ادامه، نمودارهای ارتعاش اجباری میکروورق با شرایط اولیه و نیروی وارده مشخص و تاثیر شرایط مرزی و نسبت  بر پارامترهای مختلف میکروورق مورد بررسی و ارائه قرار می گیرند.
    کلید واژگان: المان غیرکلاسیک میکروورق، نظریه الاستیسیته گرادیان کرنشی، روش المان محدود، ارتعاشات اجباری
    Zohreh Malek Hosseini, Ali Najafi Ardekany *
    In this article, the analysis of free and forced vibrations of a microplate based on the Kirchhoff gradient strain theory with clamped boundary conditions is presented using the finite element formulation with  continuity. Due to the presence of higher-order derivatives,  continuous interpolation functions are employed to provide a standard formulation. Subsequently, the stiffness and mass matrices of the microplate element are extracted using the Hamiltonian principle, and the formulation is applied to a four-noded quadrilateral element with 36 degrees of freedom. The natural frequencies of the desired microplate are obtained using the finite element method and compared with analytical results. Additionally, by refining the element dimensions (mesh refinement), the accuracy of this method is compared by examining the obtained frequencies with the finite element method and the desired analytical results. Furthermore, the natural frequencies for microplates with different boundary conditions are provided, and the influence of the  ratio on the natural frequencies of microplates with various boundary conditions is investigated.Subsequently, vibration diagrams for the microplate with specified initial conditions and applied forces are presented. The effects of boundary conditions and the  ratio on various microplate parameters are examined and discussed.
    Keywords: Non-Classical Element Of Micro-Plate, Strain Gradient Elasticity Theory, Finite Element Method, Forced Vibration
  • نسرین خیرخواه برزکی، علیرضا صادقی راد*
    بر خلاف شبکه های متشکل از المان های مثلثی/ چهاروجهی در روش اجزای محدود دو/سه بعدی، ریز کردن محلی شبکه های متشکل از المان های چهارضلعی/ شش وجهی با حفظ سازگاری دشوار بوده و معمولا منجر به اعوجاج شدید المان ها می گردد. روش شناخته شده و پرکاربرد برای برطرف کردن این مشکل، ریزکردن محلی شبکه بر اساس المان های انتقالی و گره های معلق است. نکته ی کلیدی در این روش، اعمال پیوستگی تغییر مکان در مرز المان های انتقالی در حضور گره های معلق است. المان های انتقالی معرفی شده در ادبیات فنی با توجه به نحوه ی قرارگیری در شبکه رابطه بندی های مختلف داشته و نیز محدود به یک تعداد مشخص از گره های معلق بر مرز المان می باشند. بنابراین پیاده سازی آن ها برای یک حالت بسیار عمومی پیچیده است. در این مقاله یک المان انتقالی جدید بر اساس توابع شکل جایگزین معرفی شده است که با یک رابطه بندی واحد حالات مختلف قرارگیری المان انتقالی در شبکه و نیز تعداد دلخواه گره های معلق را پشتیبانی می کند. هم چنین اثبات تحلیلی به منظور نشان دادن حفظ کامل شرایط پیوستگی و تقسیم جزء واحد در روش پیشنهادی هنگام ریزکردن محلی شبکه به کمک توابع شکل جایگزین ارائه شده است. در نهایت با حل مثال های عددی دو و سه بعدی مقایسه بین دقت و همگرایی روش پیشنهادی و روش های موجود در پیشینه فنی صورت گرفته است.
    کلید واژگان: روش اجزای محدود، ریزشدگی محلی شبکه، گره های معلق، المان انتقالی، توابع شکل جایگزین
    Nasrin Kheirkhah Barzaki, Alireza Sadeghirad *
    Unlike triangular/tetrahedral elements used in the finite element method for two/three-dimensional problems, local refinement of meshes composed of quadrilateral/hexahedral elements while maintaining the compatibility is challenging, and often results in severe distortion of the elements. A well-known and widely used approach to address this issue is the local mesh refinement based on transitional elements with hanging nodes. The key point in this method is enforcing the displacement continuity at the transitional element boundaries in the presence of hanging nodes. Transitional elements introduced in the literature employ various formulations depending on their placement within the mesh, and are also constrained by a maximum number of hanging nodes. along the element boundary. Therefore, their implementation for a general case is quite complicated. This paper presents a novel transitional element based on alternative shape functions, which offers a unified formulation for different placements of transitional elements in the mesh, applicable to any number of hanging nodes. Additionally, an analytical proof is provided to demonstrate the continuity and partition of unity properties in the proposed method, used in local mesh refinement. Finally, numerical examples in two and three dimensions are simulated to compare the accuracy and convergence of the proposed method against the existing methods in the literature.
    Keywords: Finite Element Method, Local Mesh Refinement, Hanging Nodes, Transition Elements, Alternative Shape Functions
  • فرحان مجیدی اوصالو، صابر عبدالله زاده بناب، مرتضی یاری*

    پژوهش حاضر با استفاده از برهم کنش سازه سیال به بررسی خنک کاری یک صفحه ی مستطیلی گرم از طریق جریان سیال درکانال با بهره گیری از دو دیوار الاستیکی در شرایط نوسانی با اعمال نیروی خارجی پرداخته است. جریان سیال تراکم ناپذیر از کانال دوبعدی که در وسط آن منبع گرمایی با شار گرمایی ثابت وجود دارد و در قسمت بالا و پایین کانال دو دیوار الاستیکی همجنس و هم اندازه قرارگرفته است، عبور می کند. با عبور جریان سیال از سطح گرم و نوسان دیوارهای الاستیکی انتقال گرما از سطوح داغ به سیال تغییر می یابد. در واقع آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطوح الاستیک نوسانگر و دامنه نیرو اعمال شده به دیوارهای الاستیکی و دوره تناوب اعمال نیرو رفتار می کند.  هدف شبیه سازی های صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تاثیر اندازه دوره تناوب نوسان نیروی اعمالی و دامنه نیرو است. در این پژوهش جریان لایه ای  با چهار عدد رینولدز مختلف 600و1100و1600و2100 و سه دامنه نیروی اعمالی مختلف200و400و800 نیوتن برمتر و چهار دوره تناوب نوسانی 5/0 و25/0و125/0 و07/0 ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. پس از حل معادلات حاکم شامل معادله انرژی و مومنتوم و معادلات سطح الاستیک و به کارگیری روش اجزا محدود دلخواه اویلری لاگرانژی  در نرم افزار مهندسی Comsol نتایج نشان می دهد که کاهش دوره تناوب  نوسان، اختلاط جریان سیال را بهبود می بخشد و در نتیجه آهنگ انتقال گرما تا مقدار بهینه ی آن افزایش می یابد. نتایج نشان داد که کاهش پیوسته ی دوره ی تناوب بار اعمالی تا مقدار بهینه می تواند کارآمد باشد که در غیراین صورت تاثیر معکوس بر افزایش آهنگ  دفع  گرما دارد. بیشترین درصد افزایش ضریب انتقال گرما  همرفت در مقایسه با کانال صلب در دامنه نیروی اعمالی ثابت 800 نیوتن برمتر در اعداد رینولدز 600 و1100و1600و2100 به ترتیب301٪ و297٪ و341٪ و 328٪ می باشد.

    کلید واژگان: برهم کنش سازه سیال، دیوار الاستیکی، افزایش ضریب انتقال حرارت همرفت اجباری، روش المان محدود
    F. Majidi Osalu, S. Abdollahzadeh, M. Yari*

    The present study investigates the cooling of a heated rectangular plate through fluid flow in a channel, utilizing the interaction between solid and fluid with two elastic walls under oscillating conditions and external forces. The incompressible fluid flow passes through a two-dimensional channel containing a constant heat flux heat source in the center, with two identical and equally sized elastic walls positioned at the top and bottom of the channel. As the fluid flows over the heated surface and the elastic walls oscillate, the rate of heat transfer to the fluid changes. In this scenario, the heat exchange rate behaves as a function of the conditions of the oscillating elastic surfaces, the magnitude of the force applied to the elastic walls, and the oscillation period of the applied force. The goal of the simulations conducted is to examine the application of replacing the elastic boundary with a rigid boundary in part of the channel and the impact of oscillation period and force magnitude. In this study, laminar flow with four different Reynolds numbers (600, 1100, 1600, and 2100) and three different applied force amplitudes (200, 400, and 800 N/m) alongside four oscillation periods (0.5, 0.25, 0.125, and 0.07 seconds) has been analyzed After solving the governing equations, including the energy equation, momentum equations, and elastic surface equations, utilizing the arbitrary Eulerian-Lagrangian method in COMSOL engineering software, the results indicate that decreasing the oscillation period enhances fluid flow mixing, thereby increasing the heat transfer rate to its optimal level. The findings show that a continuous reduction of the applied force’s oscillation period to an optimal level can be effective; conversely, exceeding this optimal point can negatively impact the heat dissipation rate. The highest percentage increase in the convective heat transfer coefficient, compared to the rigid channel, at a constant applied force of 800 N/m for Reynolds numbers 600, 1100, 1600, and 2100 were 301%, 297%, 341%, and 328%, respectively. 

    Keywords: Fluid-Structure Interaction (FSI), Elastic Wall, Forced Convection Heat Transfer Enhancement, Finite Element Method
  • علی کمالی، لاله فتاحی*، علیرضا نعیمی فرد

    بدن انسان طی فعالیت های روزمره تحت نیروها و گشتاورهای متعددی قرار دارد. یکی از مهم ترین اندام های بدن به منظور تحمل این نیروها، ستون فقرات است که متشکل از مهره های متناوب و دیسک های بین مهره ای بوده و توسط رباط ها و ماهیچه ها استحکام می یابد. ستون فقرات قابلیت خم شدن رو به جلو و عقب، خمش جانبی و پیچش محوری را دارد و به همین دلیل در معرض آسیب های متعددی قرار دارد. از این رو، مدل سازی و تحلیل عددی ستون فقرات و محاسبه نیروها و تنش های ایجاد شده در آن در شرایط مختلف از اهمیت بالایی در پیشگیری از آسیب های احتمالی ستون فقرات برخوردار است. در پژوهش حاضر یک مدل اجزای محدود صحت سنجی شده از بخش انتهایی ستون فقرات کمری انسان شامل دو مهره L4 و L5 و دیسک بین‎ مهره‎ای به همراه صفحات انتهایی و رباط ها ارائه می شود. لازم به ذکر است که مهره های انتهایی ستون فقرات از جمله شایع ترین مکان دردهای کمری است و در این پژوهش نیز جهت بررسی آسیب در اثر بارگذاری های مختلف در این بخش، مقادیر تنش و کرنش ایجاد شده با مقادیر تسلیم بافت موردنظر مقایسه شده و وقوع آسیب بررسی می گردد.

    کلید واژگان: ستون فقرات کمری، تحلیل بیومکانیکی، روش اجزای محدود، تحلیل تنش
    Ali Kamali, Laleh Fatahi *, Alireza Naeimifard

    The human body is exposed to many forces and torques during daily activities. The spine is one of the most important organs that bears these forces and may be prone to multiple injuries. Therefore, numerical modeling and analysis of the lumbar spine under various loading conditions is very beneficial to prevent injuries. This study aims to provide a valid finite element model of the L4-L5 segment of the human lumbar spine for static analysis. The model includes two vertebrae, intervertebral discs, end plates, and ligaments. To model the mechanical properties of the lumbar spine, elastic and hyperelastic behaviors have been used for different parts of the spine. Moreover, stress and strain distribution in different tissues, under various loading conditions, were compared with the allowable thresholds of the tissues to investigate the possibility of the tissue damage. Note that it was assumed that the tissue damage occurs when the stresses and strains in the desired tissue exceed the elastic range. However, based on the obtained results, under the investigated loading conditions, none of the model components were damaged.

    Keywords: Lumbar Spine, Biomechanical Analysis, Finite Element Method, Stress Analysis
  • S. A. Gandjalikhan Nassab *
    This paper presents a new design of a spiral solar air heater with a 90 turning of the air inside the passageway assembled between the absorber and bottom plate for the purposes of mixing process and extending the surface of heat transfer that finally leads to higher performance. To enhance the thermal efficiency, an air gap is considered at the top of the solar collector to reduce heat loss. The proposed solar collector is simulated numerically by the Finite Element Method using the COMSOL software. The set of governing equations for both forced and free convection turbulent air flows are solved based on the RNG k–ε turbulence model. In the energy equation solution, the effect of surface-to-surface radiation as an important phenomenon in solar collectors is considered. Numerical results reveal a high thermal efficiency of 75% for the test case with 100  solar heat flux and air mass flow rate of 0.01 kg/s. Compared to the conventional smooth duct solar air heater with 35% thermal efficiency, the designed solar collector operates with higher performance, and a more than 100% increase in thermal efficiency is achieved due to the applied technique with the limitation of pressure drop which is increases about three times in spiral solar air heater.
    Keywords: Spiral Solar Air Heater, Finite Element Method, EFFICIENCY, Turbulent Convection Flow, Solar Energy System
  • Ahmad Kamal, Seyed Hossein Dibajian *
    Uncertainties during the manufacturing process of composite parts cause the stress field to be uncertain, and there is a range of stress concentration coefficients instead of an exact number for the stress concentration. In this study, the stress field and failure of woven composite fabric with an open hole were investigated using multiscale statistical analysis. Using analytical relations and numerical methods, the mechanical properties of a woven composite fabric were homogenized by multiscale analysis. The results of the finite element analysis of the macroscale structure were localized at the mesoscale. The various failure criteria of the composite materials around the hole were investigated using finite element analysis. Thus, the stress concentration coefficient of the composite woven fabric was obtained using these two failure criteria. A comparison of the experimental tests and multi-scale simulation results shows that the multi-scale analysis method is reliable, and confirms that the geometric uncertainties of a hole in a woven composite plate lead to different stress values around the hole in different situations. The values of the stress coefficients in the fibers vary between 1.97 and 3.09. This parameter is between 2.44 and 2.80 in the matrix. It has also been shown that from a nondeterministic point of view, the stress concentration coefficient can be estimated using a multi-scale method.
    Keywords: Multi-Scale Analysis, Nondeterministic Concentration Coefficient, Finite Element Method, Woven Composite Fabric, Circular Hole
  • محمدعلی جهانگیری، رضا عطارنژاد*، نیما نوعی

    این پژوهش به بهینه سازی توپولوژی مسائل اندرکنش سیال-سازه به روش مجموعه سطوح تراز می پردازد. به-منظور جفت کردن معادلات سیال-سازه از روش توصیف لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) در فرمول بندی یکپارچه استفاده شده است. استفاده از توصیف ALE تحت فرمول بندی یکپارچه برای مسائل FSI، ضمن حذف ناپایداری های عددی ناشی از ترم همرفت، باعث افزایش سرعت و دقت حل اجزای محدود مسائل اندرکنش سیال-سازه خواهد شد. همچنین در نظر گرفتن سیال در حالت ناپایا (Unstaedy) امکان تفسیر توپولوژی بهینه را در هر لحظه از تحلیل فراهم می آورد. تابع هدف مسئله طراحی بهینه توپولوژی سازه، به حداقل رساندن نرمی سازه در حالت خشک تحت حجم معینی از دامنه طراحی سازه در نظر گرفته شده است. به منظور یافتن سرعت نرمال معادله واکنش- انتشار (RDE) از آنالیز حساسیت الحاقی مبتنی بر گرادیان نقطه ای استفاده شده است. نتایج حاصله از این رویکرد در مقایسه با سایر رویکردهای بهینه سازی توپولوژی موجود در ادبیات فنی نشان از دقت بالاتر و تشکیل مرزهای سازه ای واضح تر دارد.

    کلید واژگان: بهینه سازی توپولوژی، اندرکنش سیال-سازه، روش مجموعه سطوح تراز، آنالیز حساسیت الحاقی، معادله واکنش-انتشار، روش اجزای محدود
    Mohammadali Jahangiri, Reza Attarnejad*, Nima Noei

    This research focuses on topology optimization of fluid-structure interaction (FSI) problems using the level set method. To couple the fluid and structure equations, the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) description is employed within a monolithic formulation. The use of ALE in FSI problems, while eliminating numerical instabilities caused by the convective term, enhances the speed and accuracy of finite element solutions in fluid-structure interaction. Additionally, considering the fluid in the unsteady state allows for the interpretation of optimal topology at any given moment of the analysis. The objective function of the optimal topology design problem is to minimize the structural compliance in the dry state, subject to a fixed volume of the design domain. To determine the normal velocity in the reaction-diffusion equation (RDE), adjoint sensitivity analysis based on pointwise gradients is used. The results obtained from this approach, compared to other topology optimization methods in the literature, demonstrate higher accuracy and clearer definition of structural boundaries.

    Keywords: Topology Optimization, Fluid-Structure Interaction, Level Set Method, Adjoint Sensitivity Analisys, Reaction-Diffusion Equation, Finite Element Method
  • نیما مهندسی، مصطفی طالبی توتی*، محمد فدایی
    در این پژوهش، ارتعاشات ورق های تاخورده متشکل از سلول های آگزتیکی بررسی می شود. ابتدا با استفاده از پارامترهای هندسی و جنس سلول، ثابتهای الاستیک و چگالی ورق آگزتیک ارائه می شود. ورق تاخورده به صورت دو ورق مجزا در نظر گرفته می شود. سپس با توجه به نظریه ی تغییر شکل برشی مرتبه ی اول و با استفاده از اصل همیلتون، معادلات حرکت حاکم بر هر ورق و شرایط مرزی در لبه ها بدست می آید. در ادامه با استفاده از روش ترکیبی لوی-تفاضل مربعات، ابتدا معادلات با مشتقات جزئی به شکل معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل و سپس گسسته سازی می شوند. با لحاظ کردن شرایط پیوستگی در قسمت تاخورده ورق، معادلات حرکت، شرایط مرزی و معادلات پیوستگی بر هم تنیده و سپس به روش مقادیر ویژه حل شده و پاسخ های فرکانسی ارتعاش آزاد ورق تاخورده ی آگزتیکی حاصل می گردد. برای صحه سنجی نتایج بدست آمده از حل تحلیلی لوی-تفاضل مربعات، ورق آگزتیکی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس مدل و تحلیل می گردد. نزدیکی نتایج حاصل از دو روش مذکور، نشان از صحت مدلسازی ریاضی ورق تاخورده و روش تحلیلی دارد. در انتها اثر پارامترهای هندسی ورق بر فرکانس طبیعی ورق تاخورده مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان داد که با تغییر زاویه تاخوردگی از 180 درجه به کمتر یعنی با تبدیل ورق تخت به ورق تاخورده، ابتدا فرکانس طبیعی افزایش و سپس تقریبا ثابت می ماند.
    کلید واژگان: ورق تاخورده، آگزتیک، ارتعاشات آزاد، روش تفاضل مربعات، المان محدود
    Nima Mohandesi, Mostafa Talebitooti *, Mohammad Fadaee
    In this study, the vibrations of a folded plate made of auxetic cells were examined. Initially, the elastic constants and density of the auxetic plate were determined based on the geometrical and material parameters of unit cell. The folded plate was considered as two jointed rectangular plates. Utilizing the first-order shear deformation theory and applying Hamilton's principle, the equations of motion governing each plate and the boundary conditions at the plate's edges were derived. Next, employing the combined Levy-differential quadrature method, the transformed equations of motion from the partial type to ordinary one has been solved. Assembling the equations of motion with boundary and continuity relations leads to an eigenvalue problem that its solution can present the frequency response function of folded plate. To validate the results obtained from the Levy-differential quadrature solution, the auxetic plate was simulated by a finite element analysis software (ABAQUS), and the comparison results demonstrated the accuracy of presented analytical method. Finally, the effects of plate's geometrical parameters on the natural frequencies of the folded plate were investigated. The results showed that by changing the folding angle from 180 degrees to less, or in other words, by converting the flat plate to a folded plate, the natural frequency first increases and then remains almost constant.
    Keywords: Folded Plate, Auxetic, Free Vibration, Differential Quadrature Method, Finite Element Method
  • سهیلا شبانی، اکبر اللهوردی زاده*، پژمان نمه شیری
    بیماری های قلبی-عروقی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان است. شبیه سازی های کامپیوتری عملکرد قلب به تدریج به ابزاری قدرتمند برای درک بهتر رفتار قلب و حمایت از تصمیم گیری بالینی تبدیل می شوند. با این حال، مدل سازی قلب راست هنوز در مراحل اولیه می باشد. فشار خون ریوی یک اختلال پاتوفیزیولوژیک است که ممکن است شرایط بالینی متعددی را شامل شود. این پژوهش یک مدل ریاضی و عددی چند مقیاسی کاملا کوپل شده از الکترومکانیک قلب با هندسه دوبطنی ایده آل را برای افراد نرمال و دارای بیمار فشارخون ریوی بالا در نرم افزار کامسول ارائه می دهد. فیبر عضلانی که هدایت الکتریکی و انقباض میوکارد را کنترل می کند، از عوامل حیاتی برای شبیه سازی الکترومکانیکی قلب است که با استفاده از روش مبتنی بر قانون تعریف شد. از مدل گردش خون ویندکسل برای محاسبه فشارهای سیستمیک و ریوی استفاده شد. گردش خون با رویکردی سر راست برای بطن چپ و راست مدل سازی شد. در نهایت، تغییرات در رفتار عملکردی قلب بین افراد بدون فشار خون ریوی و افراد سالم مورد ارزیابی قرار گرفت. مشاهده شد که فشار بطن راست در فشار خون ریوی بالا افزایش می یابد و کسر تخلیه با کاهش مواجه می شود.
    کلید واژگان: الکترومکانیک قلب، روش المان محدود، فشارخون ریوی، بطن راست، بیومکانیک
    Soheila Shabani, Akbar Allahverdizadeh *, Pezhman Namashiri
    Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Computer simulations of cardiac function are gradually becoming a powerful tool to better understand cardiac behavior and support clinical decision-making. However, right heart modeling is still in its early stages. Pulmonary hypertension is a pathophysiological disorder that may involve several clinical conditions. This study presents a fully coupled multiscale mathematical and numerical model of cardiac electromechanics with idealized biventricular geometry for normal subjects and pulmonary hypertension patients in COMSOL software. Muscle fibers that control electrical conduction and myocardial contraction, is one of the vital factors for the electromechanical simulation of the heart which was defined using a rule-based method. Windkessel blood circulation model was used to calculate systemic and pulmonary pressures. Blood circulation was modeled with a straightforward approach for the left and right ventricles. Lastly, alterations in the functional behavior of the heart were evaluated between individuals without pulmonary hypertension and healthy subjects. It was observed that right ventricular pressure increases in pulmonary arterial hypertension and ejection fraction decreases.
    Keywords: Cardiac Electromechanics, Finite Element Method, Pulmonary Arterial Hypertension, Right Ventricle, Biomechanics
  • محمد شیشه ساز، سیاوش حداد سلیمانی*، رضا مسلمانی

    در این تحقیق، به بررسی آسایش تنش در لایه های چسب یک ورق مربعی متقارن پنج لایه تحت بار عرضی گسترده یکنواخت با استفاده از روش نظریه لایه ای بر پایه نظریه برشی مرتبه اول ورق ها پرداخته شده است. رویه های مدرج تابعی ورق ساندویچی توسط دو لایه چسب ویسکوالاستیک به هسته همگن متصل شده اند. با استفاده از اصل کار مجازی، معادلات حاکم بر مسئله استخراج شده و به فضای لاپلاس تبدیل گشته اند. با استفاده از روش حل ناویر، میدان های جابجایی تعیین گشته و توسط روش لاپلاس معکوس عددی به حوزه زمان بازگردانده شده اند. برای صحت سنجی، حل المان محدود مسئله نیز انجام شده و مقایسه نتایج دو روش، تطابق خوبی را نشان داده است. نتایج هر دو روش بیانگر آنست که مولفه های تنش درون صفحه و برون صفحه در راستای ضخامت چسب تقریبا ثابت بوده ولی مقادیر قابل توجه دارند. به علاوه، بیشینه تنش های درون صفحه  و  بستگی زیادی به مقادیر مدول الاستیک چسب، شاخص تابع توانی رویه ها و خواص ویسکوالاستیک لایه های چسب دارد. لذا برای یک طراحی ایمن در ورق های ساندویچی نازک، وجود لایه های چسب ویسکوالاستیک باید در فرمول بندی لحاظ شده و قابل اغماض نیستند.

    کلید واژگان: ورق ساندویچی پنچ لایه، نظریه لایه ای، مواد مدرج تابعی، چسب ویسکوالاستیک، مدل جامد سه پارامتری، روش المان محدود
    M. Shishehsaz, S. Haddad Soleymani *, R. Mosalmani

    In this study, the layerwise theory, along with the first-order shear deformation theory, was employed to investigate the relaxation of stresses in the adhesive layers of a symmetric five-layer square sandwich plate subjected to a uniformly distributed load. The functionally graded face sheets were bonded to the homogeneous core using two thin layers of viscoelastic adhesive. Using the principle of virtual work, the governing equations were derived and transformed into the Laplace domain. The displacement fields were then obtained by applying the Navier solution and converted back to the time domain using the numerical inverse Laplace transform. The results were verified through finite element analysis, showing good agreement between the two approaches. Both methods revealed that the in-plane and out-of-plane stress components remain almost constant across the adhesive thickness but have considerable magnitudes. Additionally, the maximum adhesive planar stresses σ and τ are highly dependent on the magnitude of the adhesive elastic modulus, power index, and viscoelastic properties of the adhesive layer. Therefore, it was concluded that for a safe design in thin sandwich plates, the presence of viscoelastic adhesive layers must be considered in the formulation and their effect should not be ignored. 

    Keywords: Five-Layer Sandwich Plate, Layerwise Theory, Functionally Graded Materials, Viscoelastic Adhesive, Three-Parameter Solid Model, Finite Element Method
  • Hamid Mozafari *

    This study investigates the temperature fields, distortion, and distribution of residual stresses in single-pulse sub-powder welding of structural steel. Both experimental and three-dimensional finite element modeling approaches were employed. The heat flux from the welding process was applied as a combination of volumetric and surface heat sources in a Fortran-based program. The indirect coupled method in Abaqus software was utilized for the elastoplastic analysis of the welding process. The dimensions of the molten pool and the heat-affected zone were measured experimentally using metallography and compared with the finite element model. The temperature fields and distortion obtained from the finite element model were also validated against the experimental results. Finally, the influence of constraints on the degree of distortion and residual stresses in the analyzed structure was examined. The comparison of the numerical and experimental results shows good agreement, demonstrating the modeling approach's ability to accurately predict temperature distribution, deformation, and residual stresses in the sub-powder welding process.

    Keywords: Submerged Arc Welding (SAW), Finite Element Method, Residual Stress, Temperature Distribution
  • Jalil Jamali *
    Pipeline systems under thermal loads are frequently used in different industries, such as the power plants and petrochemicals. Unlike the analytical method of elastic center, which is capable to analyze only one branch of pipeline with pipe members parallel to the coordinate system, the method of stiffness removes these limitations. In this article the stiffness method is introduced for the analysis of pipeline systems. Based on this method, the piping system may include any number of piping braches. The straight pipe elements in the branch may have any general orientation and the bend elements may have any arbitrary angle. The computer program designed based on this method may compute the nodal displacements at the ends of the straight or bend elements and present three components for loads and three components for moments. Once the free-body diagram of each piping elements with nodal forces and moments are drawn, then the engineering codes are employed to design the piping system for safe operation.
    Keywords: Pipeline Analysis, Stiffness Method, Finite Element Method, FEM, Thermal Loads
  • هستیار جلیل زاده، اکبر الهوردی زاده*، بهنام داداش زاده
    تعویض کامل مفصل ران دارای مشکلاتی است که یکی از مهمترین آن، پدیده سپر تنشی و ضعف رشد استخوان است. وقتی مدول الاستیسیته پروتز بالاتر از استخوان باشد، بیشتر بار فیزیولوژیکی به ایمپلنت منتقل می شود و استخوان تحلیل می رود. راه حل به حداقل رساندن آن و تقویت رشد استخوان، استفاده از مواد با مدول الاستیسیته نزدیک به استخوان برای پروتز است و مواد توزیع شده تابعی دارای تخلخل نتایج بهتری را نسبت به مواد دیگر نشان داده اند. در این مقاله از مدل استوانه و پروتز بر اساس ISO 7206-4 و مدل پروتز و استخوان استفاده شده و با روش اجزاء محدود تحلیل و نتایج تنش های وارده، سفتی پروتزها و ریزحرکت های بین پروتز و استخوان بررسی شده است. برتری این مطالعه نسبت به پژوهش های قبلی استفاده از مدل پروتز و استوانه برای هندسه های مختلف و بررسی ریزحرکت ها و تاثیر آن در رشد استخوان می باشد. نتایج نشان می دهد که استفاده از پروتزهای FGM متخلخل برای هر هندسه پروتز متفاوت در کاهش سپر تنشی و رشد استخوان موثر می باشد.
    کلید واژگان: پروتز ران، مواد توزیع شده تابعی، تخلخل، سپر تنشی، روش اجزا محدود، ریزحرکت
    Hastyar Jalilzadeh, Akbar Allahverdizadeh *, Behnam Dadashzadeh
    Total hip joint replacement has problems, one of the most important of which is the stress shield phenomenon and weak bone growth. When the modulus of elasticity of the prosthesis is higher than that of the bone, most of the physiological load is transferred to the implant and the bone deteriorates. The solution to minimize it and strengthen bone growth is to use materials with elasticity modulus close to bone for prosthesis, and functionally graded materials (FGM) with porosity have shown better results than other materials. In this article, the model of cylinder and prosthesis based on ISO 7206-4 and the model of prosthesis and bone are used, and the results of applied stresses, stiffness of prostheses, and micromovements between prosthesis and bone are analyzed by the finite element method. The superiority of this study compared to previous studies is the use of prosthetic and cylinder models for different geometries and the investigation of micromovements and its effect on bone growth. The results show that the use of porous FGM prostheses for each different prosthesis geometry is effective in reducing the stress shield and bone growth.
    Keywords: Femoral Prosthesis, Functionally Graded Materials, Porosity, Stress Shielding, Finite Element Method, Micromotion
  • Hamed Afzali Alvars *
    Nanocomposites are advanced materials that have excellent properties. For good usage of this material, it should be studied in detail. There is a phase between matrix and filler that is called interphase and also the properties of nanocomposites depend on the properties of that phase in addition to the matrix and filler. In this study, at first, the mechanical properties of the interphase of graphene/epoxy nanocomposite are extracted by molecular dynamic simulation and then by a Python code that is developed by the author and can be run by Abaqus, the best orientation distribution of fillers in RVE (representative volume element) according to weight percentage of fillers is predicted. The selection of graphene sheets as fillers has two important reasons the first is that graphene derivatives are the strongest materials compared to other materials in nature and the second reason is that the graphene sheet has a more active surface than other derivatives of that such as fullerene and nanotubes that causes more interphase zone formation that causes improvement of properties. The force field that is used in this study is DREIDING. For detection of the size of the interphase zone, the density distribution figure is used. The boundary conditions in RVE and the simulation box in all directions are periodic.
    Keywords: Graphene, Molecular Dynamic Simulation, Polymer Nanocomposites, Finite Element Method
  • E. Bennour, C. Kezrane, N. Kaid, M. A. Alkhafaji, M. S. Alhassan, Y. Menni *
    The effectiveness of triangular baffles in enhancing heat transfer within corrugated tubes is examined numerically in this study. Two key parameters influencing performance are examined: baffle placement (staggered and aligned) and their angles of attack (0°, 15°, 30°, and 45°). Heat transfer, friction, as well as performance metrics are comprehensively examined and compared for both configurations. The finite element method (FEM) implemented in CFD software COMSOL Multiphysics 6.1 is employed for simulations across a range of Reynolds numbers (100-400). Results reveal significant heat transfer improvements due to the proposed baffle configurations. Notably, aligned baffles with a 30° angle of attack achieve a 43.6% increase the heat transfer when compared to the baffle-free scenario. Staggered baffles with a 15° angle of attack demonstrate a superior 55.3% improvement compared to the baseline. A comprehensive evaluation of performance criteria identifies staggered baffles with a 30° angle of attack as the optimal configuration for maximizing heat transfer within corrugated tubes.
    Keywords: Heat Exchanger, Staggered, Aligned Baffles, Corrugated Tube, Vortex Generator, Finite Element Method
  • علی نگهبان برون*، رسول مرادی
    جهت حفاظت از تجهیزات و سازه های دفاعی در مقابل بارهای ضربه ای و انفجاری، بتن مسلح به طور گسترده مورداستفاده قرار می گیرد. در این مطالعه، آسیب بتن در اثر برخورد پرتابه بررسی شده و مدل آسیب ترد جانسون-هولمکوئیست برای مدل سازی پدیده نفوذ به عنوان مدل پایه انتخاب شده است. به منظور پیش بینی دقیق تر رفتار ماده، رابطه جدیدی برای اثر نرخ کرنش بر استحکام مدل ساختاری پایه، پیشنهاد گردید. ابتدا مفاهیم مدل پایه بیان گردیده و مدل آسیب استخراج شد و در ادامه الگوریتم مدل برای شبیه سازی عددی ارائه گردید. به منظور پیاده سازی و اعتبارسنجی الگوریتم، زیربرنامه ای به زبان برنامه نویسی فرترن بر اساس روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرایند آسیب نوشته و با استفاده از مدل ماده توسعه داده شده برخورد پرتابه به بتن مسلح بررسی گردید. بعد از اطمینان از همخوانی کد با نرم افزار آباکوس، نتایج تست های تجربی و پژوهش های سایر محققین با استفاده از شبیه سازی با کد توسعه یافته بررسی و صحت شبیه سازی تایید گردید. مدل پیشنهادی ترکیب خوبی بین سادگی و دقت در محاسبات پاسخ صفحات بتنی تحت تاثیر برخورد پرتابه در زوایای مختلف را نشان می دهد. در ضمن کد آماده شده از هزینه محاسباتی بسیار کمتری نسبت به نرم افزار ال اس داینا برخوردار است.
    کلید واژگان: آسیب ترد، آباکوس، روش اجزاء محدود، ضربه، زیربرنامه
    Ali Negahban.B *, Rasool Moradi
    In this study, the damage behavior of concrete under projectile impact is investigated. Thus, Johnson Holmquist brittle damage model, which is widely used to model penetration phenomenon, is chosen as the basic model. In order to more accurately predict the behavior of the material, a modified model is proposed by considering the new relationship for the effect of rate on the strength of the basic structural model. In the first step, the concepts of the basic model are expressed. Then, the formulation of the damage model is extracted and algorithm of the model for numerical simulation to solve it are presented. In order to implement and validate the algorithm, a subroutine is written in Fortran programming language based on the finite element method to simulate the damage process. In the following, using the developed model, the impact of the projectile on reinforced concrete is investigated. The model is verified by comparing the numerical and experimental results in the literatures. Numerical simulations using the proposed model show a good compatibility between simplicity and accuracy for calculations of concrete slabs under the impact of airborne projectile.
    Keywords: Brittle Damage, ABAQUS, Finite Element Method, Impact, Subroutine
  • ساناز حسین زاده، علیرضا داوری، امیرحسین هاشمیان*

    یکی از روش های مناسب برای ساخت بیلت ها و لوله های مرکب استفاده از فرآیند اکستروژن است. در ساخت سفینه های فضایی، موشک ها و سایر وسایل پیشرفته در صنایع هوافضا، اکستروژن آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم بسیار کاربرد دارند. برای ساخت قاب ها و کف هواپیما ترکیبی از صفحات، قطعات اکسترودی و ورقه های شکل داده شده استفاده می شود. حدود 60 درصد از ساختار هواپیما و 80 درصد از وزن بدون بار هواپیما از آلیاژ های آلومینیوم است. آلومینیوم استحکام نسبت به وزن بالا، شکل پذیری عالی را داراست. منیزیم سبک ترین فلز مهندسی است و دارای کم ترین چگالی است و موجب صرفه جویی در مصرف سوخت می شود. این مقاله به صورت عددی و تجربی به اعمال فرآیند اکستروژن بر روی بیلت های مرکب Al/Mg می پردازد. در این مقاله، فرآیند اکستروژن در نسبت های اکستروژن، دما و سرعت های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف فرآیند بر روی خواص محصول اکسترود شده بررسی گردیده است. همچنین این فرآیند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی گردیده و سپس نتایج تجربی حاصل از کار آزمایشگاهی و نتایج عددی حاصل از شبیه سازی با یکدیگر مقایسه و اعتبار سنجی گردید و میزان درصد خطا مابین نمودارهای نتایج تجربی و عددی توسط نرم افزار اورجین مورد بررسی قرار گرفت که نزدیک بودن نتایج و صحت کار آزمایشگاهی نشان داده شد.

    کلید واژگان: فرآیند شکل دهی، اکستروژن، تحلیل عددی و تجربی، روش اجزای محدود، بیلت های فلزی مرکب
    Sanaz Hosseinzadeh, Alireza Davari, Amir H. Hashemian*

    Composite materials are of great interest due to their exceptional strength, hardness-to-density ratio, high corrosion resistance, and low weight. One of the suitable methods for making composite pipes is using the extrusion process. Extrusion is a plastic deformation process that due to the compressive state of stress in extrusion, materials with low plasticity can be formed by this method. This article deals with the experimental-numerical investigation of extrusion, from various methods of forming process. Extrusion is done on a composite tube using aluminum and magnesium alloys. Aluminum is used due to its strength compared to high weight, excellent malleability, and magnesium due to the lightest structural metal, the lowest density among structural materials, machining, welding and casting capabilities, as well as high specific strength. The mentioned process was tested at different extrusion ratio, temperature and speed, and the effect of different process parameters on the properties of the extruded product was investigated. Then the process was simulated in the software and the experimental results obtained from the laboratory work and the numerical results obtained from the simulation were compared and validated with each other and the error percentage between the graphs of the experimental and numerical results was examined.

    Keywords: The Forming Process Of Metal Matrix Composite, Extrusion, Experimental, Numerical Analysis, Finite Element Method, Metalic Billets
  • علی طاهری*

    در این مطالعه، یک راه حل تحلیلی برای بررسی رفتار مکانیکی یک استوانه هایپرالاستیک با جنس تابعی و تراکم ناپذیر که تحت کشش و پیچش همزمان قرار دارد، ارائه شده است. روش چگالی انرژی کرنش نمایی-نمایی که اخیرا ارائه شده برای پیش بینی رفتار ماده هایپرالاستیک استفاده می شود و فرض می شود پارامترهای مواد مرتبط با آن در امتداد جهت شعاعی به صورت نمایی تغییر می کنند. تحلیل المان محدود با تهیه یک زیربرنامه UHYPER در ABAQUS برای اعتبارسنجی راه حل تحلیلی پیشنهادی انجام می شود. نتایج المان محدود و نتایج حل تحلیلی برای کشش و پیچش های مختلف مطابقت خوبی دارند و نشان می دهند که شکل توزیع تنش و حداکثر تنش به توان نمایی در تابع تغییرات مواد بستگی دارد. بر خلاف کشش محوری، تاثیر پیچش بر توزیع تنش طولی پیچیده تر است و برای پیچش های بزرگ، دو اکسترمم در نمودار توزیع تنش مشاهده می شود که در پیچش های بیشتر به سمت مرکز و سطح بیرونی استوانه حرکت می کند. علاوه بر این، تنش طولی تغییرات فون میزز و چگالی انرژی کرنش را در سراسر جهت شعاعی کنترل می کند. علاوه بر این، با در نظر گرفتن کشش محوری، نقطه ای مشخص می شود که نیروی محوری ناشی از پیچش برای کشش های زیر این مقدار فشاری است و باعث می شود که سیلندر تحت پیچش افزایش طول یابد؛ اما این قسمت از کل نیروی محوری از حالت کششی به حالت فشاری تغییر می کند. در واقع با افزایش پیچش، استوانه ابتدا کوتاه شده و سپس در پیچش بیشتر کشیده می شود.

    کلید واژگان: استوانه هایپرالاستیک، بارگذاری کشش-پیچش، ماده تابعی، ماده هایپرالاستیک حل المان محدود
    Ali Taheri *

    In this study, an analytical solution has been developed to examine the mechanical behavior of an incompressible functionally graded hyperelastic cylinder subjected to simultaneous extension and torsion. The recently proposed exp-exp strain energy density is employed to predict the behavior of hyperelastic material, and its related material parameters are assumed to vary along the radial direction in an exponential fashion. Finite element analysis is conducted by preparing a user-defined UHYPER subroutine in ABAQUS to evaluate the proposed analytical solutions. FEM results and those of the analytical solution are in good agreement for various stretches and twists and reveal that the form of stress distributions and the maximum stress depend on the exponential power in the material variation function. In contrast to axial stretch, the effect of twist on the distribution of longitudinal stress is more complicated, and for large twists, two extrema in the stress distribution plot are observed, which move toward the center and outer surface of the cylinder on further twisting. Moreover, the longitudinal stress controls the variation of von-Mises and strain energy density throughout the radial direction. Additionally, considering an axial stretch, a point is identified where the axial force arising from torsion is compressive for stretches below this value, and it brings about the cylinder to elongate under twisting. However, this part of the total axial force varies from a tension state to a compression one for larger stretches, i.e., by increasing the twist, the cylinder first tends to shorten and then elongates on further twisting.

    Keywords: Extension-Torsion, Rubber-Like Cylinder, Functionally Graded Material Hyperelastic Material, Finite Element Method
  • سعید طرهانی، مهدی کرمی خرم آبادی*
    در این تحقیق به بررسی استحکام ضربه نانو کامپوزیت تابعی اپوکسی تقویت شده با نانو ذرات گرافن پرداخته شده است. ابتدا نمونه ها برای توزیع یکنواخت و تابعی ساخته شده است. سپس نحوه توزیع نانو ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است. بر اساس این بررسی برای توزیع یکنواخت، در نمونه های کمتر از 5/1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن هیچ نشانه ای از ذرات بهم چسبیده یافت نگردید. برای نمونه تابعی نیز تصویر برداری صورت گرفته و مشاهده گردیده که مرز لایه ها بهم پیوسته است. سپس نمونه ها تحت آزمایش ضربه ای ایزود قرار داده شده و مشاهده گردیده که برای توزیع یکنواخت، میزان جذب انرژی تا 1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن افزایش یافته و سپس برای نمونه 5/1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن، مقدار آن شروع به کاهش می کند. برای بررسی صحت نتایج بدست آمده، با استفاده از روش اجزاء محدود مدلسازی برای نمونه های ذکر شده صورت گرفته و نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.
    کلید واژگان: نانو کامپوزیت تابعی، استحکام ضربه، روش اجزاء محدود
    Saeed Tarhani, Mahdi Karami Khorramabadi *
    In this research, the impact strength of functionally graded epoxy/graphene nanocomposite have been investigated. First, the samples were made for uniform and functionally graded distributions. Then, the distribution of nanoparticles has been investigated using a scanning electron microscope. Based on this investigation for uniform distribution up to 1.5% by weight of graphene nanoparticles, no signs of agglomerated particles were found. In addition, imaging was also done for the functionally graded sample and it was observed that the boundary of the layers is completely connected. Then the samples were subjected to Izod impact test and it was observed that for uniform distribution, the amount of energy absorption increased up to 1% by weight of graphene nanoparticles and then for the sample with 1.5% by weight of graphene nanoparticles, its value started to reduces. To validate the accuracy of the obtained results, modeling has been done for the mentioned samples using the finite element method and the obtained results have been compared with the experimental results.
    Keywords: Functionally Graded Nanocomposite, Impact Strength, Finite Element Method
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال