numerical method
در نشریات گروه مکانیک-
Journal of Transport Phenomena in Nano and Micro Scales, Volume:11 Issue: 2, Summer-Autumn 2023, PP 17 -26
In this paper, a numerical strategy is presented to analyze the bending and buckling responses of aluminum composite plates (ACPs) reinforced by nano-scale silicon carbide and micro-scale discontinuous fiber-like silicon carbide. First, the equivalent mechanical properties of multiscale fillers-reinforced ACPs are predicted using a nested micromechanics-based approach. It is considered that discontinuous fibers are randomly dispersed into the hybrid material system. Thereafter, the finite element (FE) method is employed to evaluate the bending and buckling characteristics of hybrid ACPs. The influences of volume fraction of nano-filler, aspect ratio, alignment and volume fraction of micro-filler, shape and thickness of the plate on the ACP structural responses are examined. The results indicate that reinforcing the metal-based structures by nano/micro multiscale silicon carbide fillers significantly improves their load bearing capacity. The hybrid ACPs with higher volume fractions of multiscale fillers possess larger critical buckling loads. It is observed that by (i) increasing the aspect ratio, and (ii) aligning discontinuous fiber-like silicon carbide, the critical buckling load of ACP is increased, while its maximum deflection is decreased.
Keywords: Composite Plate, Multiscale Silicon Carbide Fillers, Structural Response, Numerical Method, Micromechanics -
Journal of Analytical and Numerical Methods in Mechanical Design, Volume:2 Issue: 2, Autumn 2023, PP 7 -18
The primary purpose of studying the behavior of sand is to calculate its deformation at loading. The granular structure of the sand causes the transfer of forces through multiple contacts of the particles. Its deformation results from the combination of slip and roll of the particles. Accordingly, changes in the sand modulus matrix are observed and considered in this research. The studies show that by assuming different spring behavior in each loading increment for the set of sand particles, a numerical linear-nonlinear behavior can be defined according to the drained experimental results. Therefore, proportional numerical functions are defined based on the trend of changes in the modulus of elasticity and changes in the Poisson ratio of sand during monotonic loading. The coefficients are obtained from the related experimental results. The computational effects of these functions in the analytical method are used to convert the experimental behavior of sand into a numerical behavior. The validity of this numerical method is based on calibration and comparison with valid experimental results. In addition to hardening behavior, this numerical analysis can define softening behavior.
Keywords: Sand, Modulus Matrix, Damage, Drained, Monotonic Loading, Numerical Method, Softening -
در این مقاله یک ساختار مشبک جدید با شکل سلول واحد الهام گرفته از ترکیب ساختار لانه زنبور و دی ان ای مرکز سلول جانداران ابداع و از ماده پی ال ای (pla) ساخته شد که در راستای X و Y تحت آزمون کشش قرار گرفت و همچنین یک روش جدید تحلیلی_عددی با استفاده از تئوری تیر تموشنکو، روابط مقاومت مصالح و اجزاء محدود برای بدست آوردن خواص مکانیکی و پیش بینی شکست سازه های مشبک ارائه شد که با استفاده از نرم افزار تجاری آباکوس روش گفته شده صحه سنجی شد. در بررسی ها مشاهده شد هرچقدر نسبت ضخامت به طول المان در سازه مشبک به تئوری تیرها یعنی نسبت 1 10 نزدیکتر باشد نتایج دقیق تر خواهد بود و ساختار سلولی با شکل سلول واحد ابداعی هنگامی که تحت کشش در راستای x قرار می گیرد قابلیت تحمل بار %7 بیشتر، حداکثر تنش تسلیم %8 بیشتر و سفتی معادل %75 کمتر از حالتی که تحت کشش در راستای Y قرار می گیرد را دارد.
کلید واژگان: ساختار سلولی، سازه مشبک، پیش بینی شکست، المان محدود، روش تجربی، روش عددThis study introduces a novel lattice structure, whose unit cell design draws inspiration from the fusion of honeycomb patterns and the DNA found at the core of cells, constructed from PLA material. This structure underwent tensile testing along the X and Y axes. Additionally, the paper presents a new analytical-numerical approach that combines Timoshenko beam theory, mechanics of materials principles, and finite element analysis to determine the mechanical properties and forecast failure in cellular structures. This method was corroborated using the ABAQUS commercial software. Research indicated that a closer ratio of thickness to unit cell length, specifically 1/10, leads to more precise predictions for the mechanical behavior of the cellular structure under tension along the X axis. The findings showed that, in comparison to the Y axis, the X direction exhibited a 7% increase in load-bearing capacity and an 8% increase in maximum yield stress, yet the equivalent stiffness was 75% lower
Keywords: Cellular Structure, Lattice Structure, Failure Prediction, Finite Element, Experimental Method, Numerical Method -
در این مقاله، ناپایداری و کمانش ناشی از نیروهای تکیه گاهی در میکروورق های متخلخل تحت میدان الکترواستاتیک از طریق تئوری کوپل تنش اصلاحی و با استفاده از روش های نیمه تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار می گیرد. ورق به صورت متخلخل در نظر گرفته شده و توزیع تخلخل به فرم غیریکنواخت لحاظ می گردد. همچنین روشی بر مبنای مشتق گیری برای محاسبه بار کمانش و ولتاژ ناپایداری ارائه می شود که این روش با نتایج ناپایداری و کمانش حاصل از نمودارهای روش گالرکین مقایسه و درصد خطای این روش بررسی می گردد. در بخش نتایج، تفاوت تئوری های کلاسیک و غیرکلاسیک مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر پارامترهای نظریه غیرکلاسیک و نسبت تخلخل بر جابجایی، ولتاژ ناپایداری و بار کمانش مورد مطالعه قرار می گیرد. تغییرات نسبت تخلخل منجر به تغییرات یکنواخت بار کمانش و ولتاژ ناپایداری شده و روابط خطی برای محاسبه بار کمانش و ولتاژ ناپایداری برحسب تغییرات نسبت تخلخل به دست می آید.کلید واژگان: متخلخل، کمانش، تئوری وابسته به ابعاد، روش عددی، ناپایداریIn this paper, the static behavior, instability and buckling in porous micro plates under electrostatic field are investigated based on the modified couple stress theory and with regard to modeling, determining equations and solution methods. The plate is considered to be porous and the porosity distribution is considered to be non-uniform. The equations are obtained considering the distributed support load. By using the definition of dimensionless parameters such as load, voltage and length scale, the equations of motion become dimensionless. It can be seen that in the special case, by removing the dimensionless non-classical parameters, the equation of the classical plate under the electrostatic field is obtained. Galerkin mode summation and numerical methods are utilized to solve the static deformation equation and assess the pull-in instability voltages and buckling loads. Convergence analysis is done and the number of approximation functions and elements required for both methods are calculated and the compatibility of the results obtained from the two methods is examined. In the results section, the difference between classical and non-classical theories is examined and the effect of dimensionless parameters of length scale and porosity ratio on maximum displacement, pull-in instability voltages and buckling load is studied. The results show that the use of modified stress couple theory leads to a very large stiffness prediction compared to classical theory. This result highlights the necessity of using the modified couple stress couple theory for the micro-scale. It is observed that the length scale parameter plays the role of stiffening. The change of porosity ratios also shows that as this ratio increases, the displacement increases and the stable areas decrease. Variations in this ratio lead to uniform changes in buckling load and pull-in instability voltage, and linear relationships are obtained to calculate buckling load and pull-in instability voltage versus porosity ratio. Also, in small values of support load, it is shown that the relationship between the instability voltage and the compressive load of the support is linear, but in the buckling range, this relationship is not linear.Keywords: Porous, Buckling, Size Dependent Theory, Numerical Method, Instability
-
بررسی مقایسه ای انتقال حرارت نانوسیال در کانال حلقوی عمودی با شار حرارتی کسینوسی به روش تجربی و عددی
یکی از روش های بهبود عملکرد انتقال حرارت جابه جایی، افزایش ضریب انتقال حرارت سیال عامل است. یکی از راهکارهای افزایش ضریب انتقال حرارت سیال، اضافه کردن نانوذرات فلزی یا غیرفلزی به سیال پایه است که به آن نانوسیال می گویند. پژوهش در زمینه ی نانوسیال ها در دو دهه اخیر رشد فراوانی کرده است. در مطالعه حاضر، اثر ترکیب همگن نانوذرات Al2O3 و TiO2 با آب دیونیزه شده، بررسی می شود. عملکرد ترموهیدرولیکی نانوسیال داخل کانال عمودی به روش های تجربی و عددی برای حالت آشفته و جریان آرام تحلیل می شود. مدل اغتشاشی استفاده شده در شبیه سازی عددی، مدل k-ε است. میله گرم کن داخل محفظه آزمایش، شار حرارتی کسینوسی یک کیلوواتی تولید می کند. نتایج نشان می دهد که افزایش غلظت نانوذرات، حداکثر دمای میله را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. استفاده از نانوسیال همگن 1٪ میزان دمای بیشینه را نسبت به آب خالص به میزان 20٪ در رینولدز 950 و 9.5٪ در رینولدز 4200 کاهش می دهد. همچنین ضریب انتقال حرارت با افزودن نانوذرات افزایش می یابد. نتایج به دست آمده از مدل اغتشاشی k-ε و روش تجربی، تفاوت 10٪ تا 13٪ را نشان می دهد. پژوهش انجام شده نشان می دهد، نانوسیال ترکیبی با عملکرد حرارتی مناسب، می تواند یکی از سیالات عامل در سیکل های حرارتی آینده باشد.
کلید واژگان: نانوسیال ترکیبی، مدارآزمون، انتقال حرارت، روش تجربی، روش عددیOne method to improve heat convection is to increase the heat transfer coefficient of the working fluid. Adding metal or non-metal nanoparticles into the base fluid, known as nanofluid, is a technique to enhance the heat transfer coefficient. Research in the field of nanofluids has grown significantly in the last two decades. In this study, the effects of a homogenous combination of Al2O3 and TiO2 nanoparticles with deionized water are investigated. The thermohydraulic performance of the nanofluid inside the vertical channel is analyzed by experimental and numerical methods for turbulent and laminar flow. The turbulence model utilized in computational fluid dynamics is the k-ε model. The heating rod in the test section produces 1 kW cosine heat flux. The results show that increasing the concentration of nanoparticles significantly reduces the maximum temperature of the rod. The use of 1% homogeneous nanofluid reduces the maximum temperature by 20% at the Reynolds of 950 and 9.5% at the Reynolds of 4200 compared to pure water. Also, the heat transfer coefficient increases with the addition of nanoparticles. The difference between the results obtained by the k-ε turbulence model and the experimental method shows a difference of 10% to 13%. This research shows that the combined nanofluid with suitable thermal performance can be one of the working fluids in future thermal cycles.
Keywords: Combined nanofluid, test circuit, Heat Transfer, Experimental method, Numerical method -
در این تحقیق یک روش عددی بدون شبکه برای حل جریان های داخلی و متقارن محور توسعه داده شده است.در این روش از حداقل مربعات سری تیلور برای گسسته سازی مکانی و از روش چند مرحله ای صریح رانگ کوتا برای گسسته سازی زمانی استفاد ه شده است. در الگوریتم حاکم بر این کد از معادلات اویلر دوبعدی و متقارن محور با استفاده از ترم های اتلافات مصنوعی مرتبه دو و چهار برای حل جریان استفاده شده است.جهت مدل سازی شرایط مرزی از مرزهای ورودی و خروجی مادون صوت، مافوق صوت و مرز دیواره به تناسب مساله استفاده شده است.جهت اعتبارسنجی نتایج حاصل از کد، جریان غیر لزج درون یک نازل دوبعدی و همچنین جریان مافوق صوت داخل کانال به همراه برآمدگی مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج با داده های معتبر مقایسه شده است. همچنین توانایی کد در تسخیر شوک عمودی در جریان داخل نازل دوبعدی و تقارن محور ارایه شده است.در نهایت نیز شبیه سازی جریان پایا درون یک نازل همگرا-واگرا متقارن محور ماوراءصوت با ماخ خروجی 5 انجام شده است تا دقت حل کد عددی در سرعت ماوراءصوت نیز سنجیده شود.نتایج نشان می دهد کد توسعه داده شده با دقت بسیار خوبی قادر به شبیه سازی جریان های داخلی پایا و متقارن محور است. روند همگرایی کد نیز ارایه شده است که نشان از همگرایی مناسب کد عددی دارد.زمان تحلیل برای تسخیر شوک در نازل دوبعدی تقارن محور نسبت به نرم افزار فلوینت حدود 64 درصد سریع تر است.کلید واژگان: روش بدون شبکه، جریان داخلی، متقارن محور، حل عددی، جریان غیرلزجIn this research, a meshless method has been developed to solve internal and axi-symmetric flows. In this method, the least squares of the Taylor series are used for spatial discretization and explicit multi-step Runge-Kutta method is used for temporal discretization. Governing equations are based on two-dimensional and axi-symmetric Euler equations. The second and forth order dissipation are used to solve the flows. In order to model boundary condition, subsonic and supersonic inlet and outlet boundary conditions as well as the wall boundary have been used according to the problem. To validate the results of the code, the inviscid flow inside a two-dimensional nozzle and the supersonic flow inside the channel along with bump have been simulated and the results have been compared with valid data. Also, the ability of the code to shock capturing in the two-dimensional and axi-symmetrical nozzle is presented. Finally, the simulation of the steady flow inside a axi-symmetric convergent-divergent supersonic nozzle with Mach 5 in outlet has been done to measure the accuracy of solving the numerical code at hypersonic speed. The results show that the developed code can simulate steady internal and axi-symmetric flows with very good accuracy. The code convergence process is also presented, which shows appropriate convergence of the developed code. The analysis time for shock capturing in the axisymmetric nozzle is about 64% faster than the Fluent-software.Keywords: Meshless Method, Internal Flow, axi-symmetric flow, numerical method, Inviscid Flow
-
Utilizing hydrogels for sealing devices has attracted the attention of researchers in both academia and industry. The main reason for this attraction is the ability of these materials to absorb surrounding fluid and swelling and the subsequent sealing of the desired portion without any external manipulation. Investigation of the behavior of these materials when implemented as seals is of major importance. This paper studies a rectangular multilayer hydrogel with different material properties numerically by using thermo-mechanical coupled constitutive models available in the literature. Leakage models of elastomeric seals were implemented to examine the leakage of these seals under the pressure of the fluid. The methods are validated through comparison with experiments benchmarked in the literature. After modeling the seals, the mechanism of leakage is investigated, and parameter study of seals considering the cross-linking density distribution of multilayer hydrogel is presented. The findings showed that the ascending and descending property distributions in the studied multilayer hydrogel have a considerable effect on sealing behavior, providing the researchers with an accurate vision of designing such seals.
Keywords: hydrogel, Leakage, Multilayer, Numerical Method -
در پژوهش حاضر تاثیر مکان پله های عرضی بر مولفه های هیدرودینامیکی و پایداری طولی شناور بررسی شده است. شناور مورد بررسی در این تحقیق یک شناور دو بدنه پروازی است که هر نیم بدنه آن دارای دو پله ی عرضی می باشد. در ابتدا با استفاده از روش آزمایشگاهی مقاومت شناور با وزن 3/5 کیلوگرم در محدود ه ی عدد فرود طولی 49/0 تا 9/2 در آب آرام محاسبه شده است. سپس با استفاده از روش عددی رفتار شناور در وزن های 3/5، 6/4 و 4 کیلوگرم ارزیابی گردیده است. نتایج شبیه سازی عددی با نتایج مشابه آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده است. شناور در وزن های 4 و 3/5 کیلوگرم به ترتیب در اعداد فرود بزرگتر از 43/2 و 9/2 دچار ناپایداری پورپویزینگ گردیده است. به منظور بهبود پایداری طولی شناور از طرح آزمایش تاگوچی برای تعیین مکان بهینه ی پله های عرضی استفاده شده است. نتایج نشان داد که با قرار گیری پله های عرضی در مکان بهینه، ناپایداری پورپویزینگ در شناور رفع شده است. در حالت پروازی مقاومت شناور در حالت بهینه ی پله های عرضی نسبت به حالت اولیه برای وزن های ذکر شده به ترتیب 12، 5/9 و 6/6 درصد کاهش یافته است. در شرایط مشابه نیروی برا وارد بر شناور نیز برای وزن های مذکور به ترتیب 15، 10 و 7 درصد افزایش یافته است.
کلید واژگان: شناور دو بدنه پروازی، روش عددی، ناپایداری پورپویزینگ، آزمایش تاگوچی، پله ی عرضیIn this study, the effect of transverse steps location on hydrodynamic components and the longitudinal stability of the vessel has been investigated. The vessel studied in this research is a planning catamaran, each demi-hull with two transverse steps. At first, vessel resistance with a weight of 5.3 kg within a range of length Froude number of 0.49 to 2.9 in calm water has been calculated. Then, craft behavior was evaluated at displacements of 5.3, 4.6, and 4 Kg using the numerical method. The numerical simulation results have been validated with similar experimental results. The craft in 4 and 5.3 kg weights, in Froude numbers greater than 2.43 and 2.9, respectively, has a Porpoising instability. In order to improve the longitudinal stability of the vessel, the Taguchi test design has been used to determine the optimal location of the transverse steps. The results showed that by placing the transverse steps in the optimum location, the Porpoising instability in the vessel has been resolved. In planing mode, vessel resistance decreased by 12%, 9.5%, and 6.6% in the optimum state of transverse steps compared to the base state for the mentioned weights. In similar conditions, the lift force on the vessel increased by 15, 10, and 7 percent for the mentioned weights, respectively.
Keywords: Planning catamaran, Numerical method, Taguchi test, Porpoising instability, Transverse steps -
In this article, a biomechanical model is presented for dynamic instability behavior of aorta arteries with atherosclerosis conveying pulsating blood including pharmaceutical nanoparticles. Utilizing Mindlin theory of cylindrical shell, the aorta artery is simulated mathematically. The atherosclerosis is assumed symmetric with lipid tissue. The pharmaceutical nanoparticles are subjected to magnetic field for attract to the lipid tissue in artery. Applying energy method and numerical method of differential quadrature (DQ), the final equations are solved for obtaining the dynamic instability region (DIR). The DIR is curve of dynamic blood velocity with respect to artery frequency. The influences of various variables of magnetic field, magnetic nanoparticle’s volume percent, tissue, lipid’s height and length upon dynamic behavior of aorta artery are investigated. Based on the results, the existence of magnetic nanoparticle in the blood enhances the artery frequency and consequently can lead to better heart performance and reduce the risk of heart attack.
Keywords: Aorta artery, Atherosclerosis, Pulsating blood flow, Pharmaceutical nanoparticles, Numerical Method -
در این مقاله کمانش ورق های مستطیلی با ضخامت متغیر تحت بارهای درون صفحه ای بررسی شده است. هر سازه ورقی تحت بار فشاری ممکن است در سطح مشخصی از مقدار بار دچار کمانش شده و پایداری خود را از دست بدهد. در تحلیل پایداری سازه با ضخامت کم، تعیین بار کمانشی مهم و ضروری است. بار کمانش به برخی از پارامترها از قبیل هندسه سازه، شرایط مرزی و نوع بارگذاری بستگی دارد. در این مقاله، مقدار بار کمانشی به ازای تغییرات ضخامت ورق با الگوهای مختلف و شرایط مرزی گوناگون به دست آمد. برای تغییرات ضخامت حالت های مختلفی مانند نحوه تغییرات، محل شروع، و شدت تغییرات بررسی شده است. بار کمانش با استفاده از روش گالرکین و نیز روش های عددی محاسبه شد و با نتایج موجود مقایسه شده است. نتایج نشان داد که دامنه تغییرات ضخامت مهمترین پارامتر موثر بر کاهش بار کمانشی است. برای ورق با لبه های گیردار اثر این پارامتر ها محسوس تر می باشد همچنین تغییرات نامتقارن ضخامت نیز اثر قابل ملاحظه ای بروی بار کمانشی خواهد داشت.
کلید واژگان: کمانش، ضخامت متغیر، پایداری سازه، هندسه سازه، روش عددی، شرایط مرزیIn this paper, the buckling of rectangular sheets with variable thickness under in-plane loads is investigated. Each sheet structure under compressive load may buckle at a certain level of load and lose its stability. In analyzing the stability of a low-thickness structure, determining the buckling load is important and necessary. The buckling load depends on some parameters such as geometric features, boundary conditions and type of loading. In this paper, the amount of buckling load was obtained for changes in sheet thickness with different patterns and different boundary conditions. For thickness changes, various modes such as how the changes, starting location, and intensity of the changes are examined. The buckling load was calculated using the Galerkin method as well as numerical methods and compared with the available results. The results showed that the amplitude of thickness changes is the most important parameter affecting the reduction of buckling load. For sheets with trapped edges, the effect of these parameters is more noticeable. Also, asymmetric thickness changes will have a significant effect on the buckling load.
Keywords: Buckling, Variable Thickness, Structural Stability, Structural Geometry, Numerical Method, Boundary Conditions -
در قسمت اول این تحقیق مبدل گاز طبیعی غیر کاتالیستی به روش عددی مورد تحلیل قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادله بقای جرم، بقای اجزا، بقای اندازه حرکت و بقای انرژی است. برای مدل کردن توربولانس از رهیافت RANS استفاده می شود. مکانیزم GRI - 1.2 که شامل 177 واکنش شیمیایی بنیادی است، برای محاسبه نرخ واکنش موجود در فرآیندهای اکسیداسیون گاز طبیعی بکار برده می شود. برای مدل کردن احتراق از مدل اتلافات ادی EDC بهره گرفته می شود. نتایج فاز اول تحقیق نشان می دهد که افزایش فشار تبدیلCH4 به هیدروژن را افزایش می دهد اما از فشار 3 MPa به بالا مقدار تولید هیدروژن تقریبا ثابت می ماند. همچنین اگر نسبت اکسیژن به گاز طبیعی تا 0.66 افزایش یابد، دما افزایش یافته و غلظت CH4 در گاز سنتز خروجی کاهش می یابد. در قسمت دوم تحقیق، یک مدل عددی سه بعدی ناهمگن پایا برای مطالعه فرایند رفورمینگ بخار گاز متان، مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج این قسمت از تحقیق نشان می دهد که با افزایش دمای ورودی لوله های گرم کننده، نسبت CH4/H2O به حدود 0.25 و تعداد لوله های تامین کننده گرما رفورمینگ متان افزایش می یابد. همچنین با مقایسه نتایج این شبیه سازی و تحقیقات تجربی موجود در این زمینه، می توان از نتایج این مطالعه برای توسعه مبدلهای صنعتی تولید کننده گاز هیدروژن استفاده کرد.
کلید واژگان: مبدل گاز طبیعی، تولید هیدروژن، روش عددی، اکسیداسیون جزئی غیر کاتالیستی، محیط متخلخلIn the first part of this research, non-catalytic natural gas converter is analyzed numerically. The GRI-1.2 mechanism, which includes 177 basic chemical reactions, is used to calculate the reaction rate in natural gas oxidation processes. The EDC waste loss model is used to model combustion. Due to the fact that the calculations have been done for a very large natural gas converter, a symmetric axial model is used to reduce the computational costs. The results of the first phase of the study show that increasing the pressure increases the conversion of CH4 to hydrogen, but from a pressure of 3 MPa and above, the amount of hydrogen production remains almost constant. In addition, with increasing the ratio of water vapor to natural gas, the maximum flame temperature in the converter decreases and the molar fraction of H2 / CO in the output increases. In the second part of the research, a stable three-dimensional heterogeneous numerical model for studying the methane vapor vapor reforming process is investigated. The results show that by increasing the inlet temperature of heating pipes, the CH4 / H2O ratio increases to about 0.25 and the number of methane heat supply pipes increases. Also, by comparing the results of this simulation and the existing experimental research in this field, the results of this study can be used for the development of industrial.
Keywords: Natural Gas Converter, Hydrogen Production, Numerical Method, Non-Catalyst Partial Oxidation, Porous Medium -
طراحی هواپیما بر اساس ملاحظات مربوط به اسپین یکی از مهمترین بخش های طراحی می باشد. خروج از اسپین نیازمند مهارت خلبان و عملکرد خوب مجموعه دم در زوایای حمله بالا می باشد. یکی از تست های مهم در طراحی پرنده ها، بررسی فیزیک اسپین پرنده و توانایی در خروج از آن می باشد. در این پژوهش شرایط اسپین هواپیمای آموزشی PC-21 در فاز اسپین توسعه یافته مورد مطالعه عددی و تیوری قرار گرفته و یافته های مطالعاتی با نتایج تست پروازی مقایسه شده است. اسپین هواپیمای مذکور از نوع چپگرد بوده و بیشینه زاویه انحراف رادر 25 درجه می باشد. تیوری مسئله نشان می دهد که اسپین این پرنده در زاویه 30 درجه رخ می دهد. این در حالی است که داده های تست پروازی و آنالیزهای عددی این تحقیق محدوده رخداد اسپین را در زوایای 40 تا 65 درجه نشان می دهد. در واقع این تحقیق توانایی روش های عددی در جریان سیال را در تخمین پدیده اسپین به خوبی نشان می دهد.
کلید واژگان: اسپین، توسعه یافته، رادر، هواپیمای آموزشی، روش عددیSpin is one of the most important phases of aircraft design. Therefore one of the important tests for taking the pilot certification is entry and recovery from spin. The spin of PC-21 is investigated numerically and theoretically at the developed spin phase and is compared with results of flight test. The spin type of this airplane is counterclockwise and maximum rudder deflection is 25 degree. According to theoretical results, the spin of this aircraft should be happen at angle of attack 30 degree; however the flight test results show that spin must be happen at angle of attacks between 40 to 65 degrees. Numerical results show good agreement with flight test data. This research describes the ability of computational fluid dynamics to prediction of the behavior of airplanes in the spin conditions. The proper turbulence modeling, strong hardware, accuracy evaluation and significant experience in CFD procedures are requirements of the approach.
Keywords: Spin, Developed, Rudder, training airplane, Numerical method -
در کار حاضر با هدف برداشت انرژی با لایه پیزوالکتریک، به تحلیل ارتعاشات غیرخطی دو تیر یکسرگیردار با فاصله از هم و تحت تحریک هارمونیک پایه، پرداخته می شود. برای مدل کردن تیرها از تئوری تیر اویلر-برنولی با شرط غیرکشسانی و همچنین فرض رابطه غیرخطی بین انحناء و جابجایی استفاده شده است. برای حل سریع مسئله از روش عددی استفاده شده است. تاثیر عوامل مختلف مانند مقاومت خارجی، لقی بین تیرها در رفتارهای غیرخطی سیستم مطالعه شدند. نتایج نشان دادند که هرچقدر لقی سیستم کوچک تر باشد، توان دریافتی افزایش مییابد و سیستم نیز تمایل به رفتار غیرپریودیک پیدا میکند. همچنین غیرخطی بودن سیستم باعث دور شدن فرکانس رزونانسی از فرکانس طبیعی سیستم شده و موجب رفتار غیرخطی سفت شونده می شود.کلید واژگان: برداشت انرژی، تیر یکسرگیردار برخوردی، ارتعاشات غیرخطی، تحریک هارمونیک پایه، روش عددیThis paper aims at investigating the mechanical behavior of a nonlinear system consisting of two coupled beams and a PZT material attached on each beam, excited with a single resonant frequency, for energy harvesting. In order to model the beams, in-extensional assumption and Euler-Bernoulli beam theory are utilized. It is assumed that the beams undergo large amplitude vibrations; which necessitates the application of a nonlinear theory which is taking into account curvature-related and inertial-related nonlinearities. Numerical studies were carried out to study the effect of the different parameters such as external resistance load, gap distance between beams on the nonlinear behavior of the system. It was obtained that as the gap distance between beams decreases, the scavenged power increases and the system behavior tends to exhibit non-periodic response. In addition, a comparison was done between linear and nonlinear systems shown that considering nonlinearity in the system accompanies a shift in the resonance frequency and induces hardening nonlinear behavior in the system.Keywords: Energy Harvesting, Cantilever Impacting Beams, Nonlinear Vibration, Harmonic Base Excitation, Numerical Method
-
در این پژوهش تنش های بین لایه ای برشی و عمودی داخل صفحه ای در تیر کامپوزیتی تیموشنکو، با چیدمان متفاوت که بر روی بستر الاستیک و تحت بارگذاری عرضی قرار دارد، مورد مطالعه قرار گرفته است. از فنرهای افقی و قائم با سختی بالا، در بین لایه های تیر کامپوزیتی برای مدلسازی رفتار الاستیک تنش های بین لایه ای استفاده شده است. معادلات حاکم و شرایط مرزی مسئله با استفاده از اصل کار مجازی استخراج شده و با محاسبه ی جابجایی لایه های تیر با استفاده از روش عددی مربع سازی دیفرانسیلی تعمیم یافته، تنش های بین لایه ای که در اصل همان عکس العمل فنرهای افقی و قائم بکار گرفته شده بین لایه هاست، قابل محاسبه است. همچنین با استفاده از معادلات ساختاری و معادلات تعادل، سایر تنش های موجود در تیر محاسبه و ترسیم شده است. با مقایسه نتایج تحلیل ارائه شده با نتایج حاصل از حل الاستیک سه بعدی می توان دریافت که روش ارائه شده از دقت مناسب در پیش بینی تنش های داخل صفحه ای برخوردار است. نتایج نشان می دهد تاثیر ضریب وینکلر روی تنش های بین لایه ای، کمتر از تاثیر ضریب پاسترناک می باشد. همچنین افزایش ضرایب بستر الاستیک سبب کاهش تنش بین لایه ای برشی و افزایش تنش عمودی بین لایه ای می شود.کلید واژگان: تنش های داخل صفحه ای، روش عددی، تیر کامپوزیتی، بستر پاسترناکIn this manuscript, in-plane normal and shear interlaminar stresses in composite Timoshenko beam under transverse loading placed on the elastic foundation are studied. The elastic behavior of interlaminar stresses at the interface of adjacent layers is modeled by radial and tangential springs of high stiffnesses. In the first, governing equations and boundary conditions are derived by the virtual work principle and then they are solved by generalized differential quadrature method. By calculating the displacements of the beam laminates, the interlaminar stresses, which are the reaction of radial and tangential springs between adjacent layers of the laminated beam, are obtained. Also, the other stresses of the beam are calculated and drawn by equilibrium equations. Comparison between the results of presented analysis for a beam the and the results of three dimensional elastic solution is shown that the presented method has good accurate to predict the in-plane stresses. The results showed that Winkler effects on interlaminar stresses are lower than Pasternak effects. Also, the elastic foundation caused decrease and increase for interlaminar shear stress and normal stress, respectively.Keywords: In-plane stresses, Numerical method, Composite beam, Elastic foundation
-
The aim of the present study is to investigate the accuracy of two different dynamic stall approaches for wind-turbine airfoils. The first approach is the semi-empirical Leishman-Beddoes model (L-B), and the second is the computational fluid dynamic (CFD) results. National Renewable-Energy Laboratory (NREL) S series airfoils are used, and the simulations are performed in Re=106. For both approaches, aerodynamic coefficients are represented and compared to experimental data. Validation data refer to Ohio State University (OSU) experiments, which are for pitch oscillation. Results show that the accuracy of the L-B and CFD methods is dependent on mean angle of attack, reduced frequency and the phase of motion. The semi-empirical model has appropriate accuracy as well as low computational cost while the CFD unsteady simulation could be properly used to predict the drag coefficient.Keywords: Dynamic stall, Wind turbine airfoils, Semi-Empirical model, Numerical method
-
پوسته های کامپوزیتی مخروطی در صنعت کاربرد وسیعی دارند و تحلیل پایداری آن امری ضروری می باشد. در این مقاله، پایداری پوسته مخروطی کامپوزیتی تحت فشار بار دینامیکی خارجی به کمک روش عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش تجربی، کامپوزیت با الیاف شیشه و زوایای 90درجه برای ساخت نمونه انتخاب و روش لایه گذاری دستی برای ساخت پوسته کامپوزیتی به کار گرفته شده است. ست آپ تست که شامل ظرف مخزن فشار و سیستم ثبت دیتا می باشد، طراحی و برای پیدا کردن بار بحرانی کمانش، تاریخچه مخزن فشار در مدت زمان بارگذاری، استفاده شده است. کمانش قطعه به کمک تغییر محسوس در روند فشار ثبت شده مشخص می گردد که به دلیل تغییر حجمی است که با کمانش، درون مخزن فشار اتفاق می افتد. برای حل عددی از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. برای این منظور در یک زمان مشخص بارگذاری، مخروط کامپوزیتی را تحت بار دینامیکی قرار می دهیم و جابجایی یک گره خاص از آن را نسبت به زمان رسم می کنیم. سپس با تغییر مداوم بار و رسم نمودار آن بر حسب زمان، باری که در آن تغییر جابجایی نسبت به حالت قبل قابل ملاحظه بشود به عنوان بار کمانش دینامیکی ثبت می شود. در هر دو روش مطالعات تجربی و عددی، آستانه پایداری پوسته در برابر بار دینامیکی قابل تشخیص می باشد. نهایتا نتایج با هم مقایسه شده و یک نتیجه کاربردی مشاهده شده است.کلید واژگان: پوسته کامپوزیتی، پایداری، مخزن فشار، کمانش، روش عددیComposite conical shells have extensive industrial application and stability analysis is necessary for them. In this article, stability of composite conical shells subjected to dynamic external pressure is investigated by numerical and experimental methods. In experimental tests, cross-ply glass woven fabrics were selected for manufacturing of specimens. Hand-layup method was employed for fabricating the glass-epoxy composite shells. A test-setup that includes pressure vessel and data acquisition system was designed. For detecting the buckling load, pressure history of vessel during loading was used. Because of suddenly changing in volume of pressure vessel in instability moment, a disruption in pressure history can be observable. Also, numerical analyses are performed in Abaqus software. For doing this at a distinct loading time, we load composite cone with dynamic external loading and then draw displacement of a specific node versus time. And then with continuous changing of loads and drawing it versus time, the load on which variation of displacement become significant has been considered as dynamic buckling load.
In both of experiments and numerical studies, increasing of shells stability threshold in dynamic loading is recognizable. Finally, results are compared together while a good correlation is observed.Keywords: Composites shells, Stability, Pressure Vessel, Buckling, Numerical Method -
An analytical and numerical solution for the free vibration of laminated polymeric composite plates with different layups is studied in this paper. The governing equations of the laminated composite plates are derived from the classical laminated plate theory (CLPT) and the first-order shear deformation plate theory (FSDT). General layups are evaluated by the assumption of cross-ply and angle-ply laminated plates. The solver is coded in MATLAB. As a verification method, a finite element code using ANSYS is also developed. The effects of lamination angle, plate aspect ratio and modulus ratio on the fundamental natural frequencies of a laminated composite are also investigated and good agreement is found between the results evaluated and those available in the open literature. The results show that the fundamental frequency increases with the modular ratio and the bending-stretching coupling lowers the vibration frequencies for both cross-ply and angle-ply laminates with the CLPT. Also it is found that the effect of bending-stretching coupling, transverse shear deformation and rotary inertia is to lower the fundamental frequencies.Keywords: free vibration, laminated composites, plate theories, numerical method, analytical method
-
در این مقاله جریان همراه با کاویتاسیون برروی پرتابه های متقارن محوری با کاویتاتور سوراخدار و بدون سوراخ با استفاده از روش های حجم کنترل و المان مرزی شبیه سازی شده است. در روش عددی از رویکرد جریان تعادلی همگن استفاده شد، همچنین از مدل زوارت برای تکمیل دستگاه معادلات و مدلسازی انتقال جرم بهره گرفته شده است. در روش المان مرزی با توزیع دوگان روی سطح جسم و کاویتی و توزیع چشمه روی سطح کاویتی شرایط برای استفاده از تئوری گرین در حل جریان های پتانسیل فراهم گشت، همچنین جهت اضافه کردن اثرات سوراخ تعدادی چشمه برروی سطح کاویتاتور قرار داده شد. اعتبارسنجی نتایج برای هر دو روش به وسیله روابط تحلیلی و داده های آزمایشگاهی صورت پذیرفته است. به طور کلی نتایج این کار تحقیقاتی در دو بخش ارائه می گردد. در قسمت اول خواص هیدرودینامیک کاویتاتور سوراخدار همچون ابعاد کاویتی، نیروی های هیدرودینامیکی، رفتار جریان و... با استفاده روش های مبتنی بر حل معادلات ناویر استوکس مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. سپس در بخش بعد از روش المان مرزی برای تحلیل جریان کاویتاسیونی همراه با کاویتاتور سوراخدار برروی هندسه های کاربردی در ابعاد واقعی استفاده می شود. از مهمترین نتایج این پژوهش می توان به کاهش ابعاد کاویتی و همچنین افزایش نیروی وارد بر پرتابه در حین استفاده از کاویتاتور سوراخدار اشاره کرد. همچنین روابطی نیز برای حداکثر طول و قطر کاویتی تشکیل شده برروی هندسه استوانه سرتخت نسبت به عدد کاویتاسیون و قطر سوراخ ارائه شده است.کلید واژگان: روش عددی، روش المان مرزی، کاویتاتور سوراخدار، پرتابهIn this article, cavitation flow around axisymmetric projectiles with ringed and non-ringed cavitator has been investigated using control volume and boundary element methods. In the numerical method, the homogeneous equilibrium approach as well as the zwart model, for modeling the mass transfer and forming the system of equation, have been used. In the boundary element approach with dipole distribution on the body and cavity surfaces and source distribution on the cavity surface, the right conditions were set for using the Green's theorem in solving the potential flow. Moreover, some source components were imposed on the cavitator surface in order to add the hole effects. The validation procedure for both methods has been done by analytical and experimental data. In general, the results of this research are presented in two parts. In the first part, hydrodynamic properties of ringed cavitator such as cavity dimensions, intended forces, flow behavior and etc are analysed deploying the numerical methods based on Navier Stokes equations. In the second part, the boundary element method has been used for the analysis of the cavitation flow around practical geometries with ringed cavitator. The most important finding of this study is reduction of the cavity dimensions and also an increase in the force on the projectile during the use of annular cavitator. In addition, as a result of this study, two equations for maximum length and maximum diameter of the formed cavity on the cylindrical body in relation to the cavitation number and hole diameter have been provided.Keywords: Numerical method, Boundary Element Method, Ringed Cavitator, Projectile
-
بررسی عددی عملکرد آیرودینامیکی بالک مسطح و مشبک به عنوان پایدارکننده در پرنده هایی با دو مرحله پروازدر پرنده هایی که دارای چند مرحله بال، سطوح کنترلی و پایدارکننده هستند، بالک های پایدارکننده که در انتها قرار دارند وظیفه پایداری پرنده را در ابتدای پرواز بر عهده دارند. در این نوع پرنده ها معمولا گردابه های ناشی از جریان اطراف بال ها و بالک های کنترلی بالادستی موجب تضعیف عملکرد پایدار کننده ها می شود. بالک های مشبک به علت ماهیت شکلی که دارند اثرپذیری کمتری نسبت به بالک های مسطح دارند. در این حالت می توان با جایگزینی بالک مسطح بوسیله بالک مشبک عملکرد را بهبود داد. در این مقاله با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی به روش حجم محدود و استفاده از شبکه پیوندی در کنار بدنه، میدان جریان اطراف یک پرنده که از پایدار کننده مسطح و مشبک تشکیل شده، شبیه سازی شده است. ابتدا با شبیه سازی جریان اطراف یک مدل که نتایج آزمایشگاهی برای آن موجود بوده مدل آشفتگی مناسب انتخاب شده است. سپس برای یک پرنده ای که دارای بال و بالک کنترلی است دو سری پایدارکننده مسطح(PL1، PL2) و یک سری پایدارکننده مشبک طراحی شده است. با نصب این بالک ها به عنوان پایدارکننده برروی پرنده، رفتار متفاوتی از لحاظ ضرایب آیرودینامیکی پیدا می کنند. شبیه سازی برای اعداد ماخ 0.6، 0.7و 0.8 در زوایای حمله 0، 2، 4و 6 درجه انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد ممان پیچشی و ضریب نیروی عمودی بالک مسطح هر دو مدل نسبت به بالک مشبک پایین تر بوده و در بالک های مسطح با کاهش طول وتر و افزایش طول اسپن می توان عملکرد بهتری را به عنوان پایدار کننده بدست آورد.کلید واژگان: بالک، مشبک، پایدار کننده، بالک مسطح، پرواز دو مرحله ای، محاسبات عددیIn aircrafts with multiple wings, control surfaces, and stabilizers, the stabilizing fins located at the tail provide stability for the boosting. In such aircrafts, the vortices resulting from the flow around upstream wings and control surfaces usually weaken the stabilizers performance. The nature of the form of grid fins makes them less sensitive in comparison with planar fins. Accordingly, the performance can be improved by substituting grid fins for planar fins. This paper simulates the flow field around the different models of planar and grid fins by applying finite volume methods using hybrid grid near the airplanes body. At first, the flow field around a model with available experimental results was simulated to achieve the appropriate model of turbulence model. Then, two set of planar stabilizers, i.e. PL1 and PL2 and one set of grid stabilizers were designed for an aircraft with wings and control surfaces in a way that aerodynamic coefficients of the fins are equal to each other. However, they demonstrate different aerodynamic coefficients when installed on the aircraft as stabilizers. The simulation was run at Mach numbers 0.6, 0.7, and 0.8 and attack angles 0, 2, 4, and 6 degrees. The results indicate that pitch moments and normal force coefficients of the planar fin are lower than the grid fin in both models. Moreover, the performance of the planar fin as a stabilizer will be improved if its chords length is decreased and its span is increased.Keywords: Fin, Grid, stabilizer, Planar Fin, Double stage fly, Numerical method
-
در این مقاله، یک نمونه بال محدود که در اثر برخورد یک جسمی مانند گلوله جنگی، دچار صدمه می شود، با استفاده از آزمایش تونل باد و روش عددی مطالعه و آثار صدمه روی مشخصات ائرودینامیکی بال بررسی شده است. در مقایسه با تحقیقات پیشین که صدمه دایروی روی بال نامحدود با مشخصات جریان دوبعدی انجام شده است، در این مقاله، شبیه سازی با استفاده از یک بال محدود در نظر گرفته شده تا آثار جریان سه بعدی روی بال مطالعه شود. از اینرو، برای بررسی اثر موقعیت صدمه در راستای دهانه بال سه بعدی، صدمه در سه نقطه سر، میانه و ریشه بال مدلسازی شده است. برای بررسی اثر گوشه های تیز صدمه واقعی، از هندسه مثلث برای شبیه سازی شکل صدمه استفاده شده است. مقطع بال مورد مطالعه، ایرفویل نامتقارن ناکا با شماره NACA 641-412 در نظر گرفته شده که ابعاد وتر بال 200 میلی متر و نیم دهانه آن به طول 800 میلی متر است. در این مقاله مشخصات جریان عبوری از روی بال و صدمه آشکارسازی شده و آثار آن بر ضرایب ائرودینامیکی نیرو و ممان پیچشی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد صدمه ای که مساحت آن حدود 1 درصد مساحت سطح موثر بال است می تواند در مقایسه با بال سالم ضریب برآی بال را حدود 5 درصد کاهش و ضریب پسا را حدود 14 درصد نسبت به بال سالم افزایش دهد. همچنین صدمه سبب می شود بال ضریب ممان پیچشی منفی تری را تجربه کند.کلید واژگان: بال صدمه دیده، مشخصات ائرودینامیکی، حل عددی، آزمایش تونل باد، آشکارسازی جریانIn this paper the flow on a finite wing with triangular damage is numerically and experimentally investigated to understand the influences of damage on the aerodynamic characteristics of wing. To study the effects of different span positions, the damage was considered in tip, middle and root position of the wing span. The aerodynamic coefficients and their increments due to damage were extracted and the results were compared to each other and also to the experimental results. Then flow visualizations were practiced to make evident the flow structure on the model and to help to understand the influences of each position of damage on the aerodynamic coefficients. There was the flow through the damage which was driven by the pressure difference between the upper and lower wing surfaces. The flow could take two forms dependent on the angle of attack. The first form was a "weak-jet" which formed an attached wake and resulted in small changes in force and moment coefficients. The second form resulted from increased incidence. This was the "strong-jet" where through flow penetrated into the free stream flow with large separated wake and reverse flow. The effect on the force and moment coefficients was significant in this case. Generally comparing to an undamaged model, increasing incidence for a damaged model resulted increase loss of lift coefficient, increased drag coefficient and more negative pitching moment coefficient.Keywords: damaged wing, aerodynamic characteristics, numerical method, wind tunnel test, flow visualization
- 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.