Simulation
در نشریات گروه مکانیک-
This paper delves into the dynamic modeling and simulation of the conjoined twins 3RPRS (CT-3RPRS) robot, a cutting-edge parallel spatial robot known for its kinematic efficiency and expansive accessible workspace. The CT-3RPRS robot is equipped with six actuators, comprising three prismatic and three revolute actuators, which contribute to its unique constrained structure. To thoroughly analyze the robot's kinematics and kinetics, the Jacobian matrix and Lagrange multipliers are employed, respectively. The motion equations for the CT-3RPRS robot are derived using both the Euler-Lagrange and virtual work methods. These equations are subsequently verified to ensure their equivalence. The comprehensive modeling processes are rigorously validated through MATLAB simulations, providing a robust framework for analysis. Additionally, the results obtained from MATLAB are corroborated using SimScape, further confirming the accuracy and reliability of the dynamic models. This study highlights the CT-3RPRS robot's dynamic features and the effectiveness of the employed modeling techniques. The findings underscore the robot's potential applications in various fields requiring precise and efficient spatial manipulation. Furthermore, validating the dynamic models through dual simulation platforms emphasizes the robustness of the proposed methodologies.Keywords: CT-3RPRS, Parallel Robot, Dynamics, Simulation
-
با توسعه روزافزون حوزه میکروالکترومکانیک، تقاضا برای قطعات فلزی با ابعاد کوچک به طور چشمگیری افزایش یافته است. در میان روش های تولید ریزسازه های فلزی، فرایند لیگا با بهره گیری از روش الکتروفرمینگ، دقت ابعادی و صافی سطح بالایی را ارائه می دهد اما دارای محدودیت هایی چون تجهیزات گران قیمت و عدم انعطاف پذیری در طراحی می باشد. ادغام فرایند ساخت افزایشی و الکتروفرمینگ، محدودیت های فرایند لیگا در تولید ریزسازه های فلزی را کاهش می دهد. پارامترهای محیطی فرایند الکتروفرمینگ تاثیر زیادی بر ریخت شناسی سطح، بروز حفره و رشد قارچی محصول نهایی دارد. در پژوهش جاری تاثیر پارامترهای محیطی از قبیل فاصله آند-کاتد، اسیدی یا غیراسیدی بودن الکترولیت، غلظت سولفات مس و سیستم همزن روشن یا خاموش بر ریخت شناسی سطح ریزسازه های تولید شده با ادغام فرایند ساخت افزایشی و الکتروفرمینگ فلز مس مورد مطالعه قرارگرفته است. همچنین با هدف صرفه جویی درهزینه و زمان آزمایش، از شبیه سازی عددی فرایند الکتروفرمینگ در نرم افزار کامسول برای پیش بینی پروفیل ضخامت لایه نشانی شده طی فرایند استفاده شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که افزودن مقدار 78 گرم سولفوریک اسید به الکترولیت سبب بهبود چشم گیر صافی سطح می شود، همچنین در غلظت های پایین سولفات مس (حدود80گرم بر لیتر) رشد قارچی بر لایه ای غالب می شود. با بررسی تجربی و عددی تاثیر فاصله آند-کاتد بر زبری سطح و ضخامت لایه نشانی شده مشاهده شد این پارامتر تاثیرکمی بر زبری و پروفیل سطح دارد. نتایج عددی، بیشینه خطای5/7 درصد را نسبت به مدل تجربی نشان می دهند.
کلید واژگان: ریزسازه، ساخت افزایشی، الکتروفرمینگ، شبیه سازی، ریخت شناسی سطحWith the rapid development of the microelectromechanical systems (MEMS) field, the demand for small-scale metallic components has significantly increased. Among the manufacturing methods for micro metal structures, the LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) process, utilizing electroforming, offers high dimensional accuracy and surface smoothness; however, it has limitations such as expensive equipment and a lack of design flexibility. The integration of additive manufacturing and electroforming processes alleviates the limitations of the LIGA process in producing micro and meso metal structures. Environmental parameters during the electroforming process have a considerable impact on surface morphology, the occurrence of voids, and dendritic growth of the final product. In this study, the effects of various environmental parameters, such as the anode-cathode distance, the acidic or non-acidic nature of the electrolyte, copper sulfate concentration, and the state of the stirring system (on or off), on the surface morphology of microstructures produced through the integration of additive manufacturing and electroforming of copper were investigated. Additionally, to save on costs and testing time, numerical simulation of the electroforming process was conducted using COMSOL software to predict the thickness profile of the deposited layer during the process. Experimental results indicate that the addition of 78 grams of sulfuric acid to the electrolyte results in a significant improvement in surface smoothness. Furthermore, at low concentrations of copper sulfate (approximately 80g/l), dendritic growth becomes predominant on the layer. Experimental and numerical investigations on the effect of anode-cathode distance revealed that this parameter has a minor impact on surface roughness and thickness of the deposited layer. The numerical results showed a maximum error of 7.5 percent compared to the experimental model.
Keywords: Mesostructure, Additive Manufacturing, Electroforming, Simulation, Surface Morphology -
استفاده از سیستم های تبخیر خورشیدی سطحی می تواند روشی مناسب برای مقابله با مشکل کمبود آب شیرین در جهان باشد. سیستم های تبخیر خورشیدی سطحی به دلیل استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی فاقد هزینه و بدون اثرات زیست محیطی و همچنین به دلیل عاری بودن از عملیات فشار بالا و عدم نیاز به قطعات متحرک می توانند به طور گسترده در تولید آب شیرین استفاده شوند. اما برای استفاده از سیستم تبخیر خورشیدی سطحی برای کاربرد عملی، نرخ تبخیر با راندمان بالا مورد نیاز است. لذا در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی عملکرد یک سیستم تبخیر خورشیدی سطحی استوانه ای شکل توخالی با مکانیزم انتقال آب الهام گرفته شده از طبیعت به منظور تولید بخار مورد ارزیابی قرار گرفته است. این سیستم می تواند به طور موثرتری تابش خورشید را جذب نماید. در این پژوهش به منظور بررسی دقیق عملکرد سیستم تبخیر خورشیدی سطحی معرفی شده نرخ تولید بخار و بازده سیستم با تغییر عوامل محیطی ارزیابی شده است. همچنین به منظور بررسی عملکرد این سیستم تحت زوایای مختلف تابش خورشیدی در شرایط واقعی، میزان تولید بخار در دو روز انقلاب تابستانی و انقلاب زمستانی در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد سامانه تبخیر خورشیدی سطحی استوانه ای می تواند نرخ تولید بخار 3/09 کیلوگرم بر مترمربع-ساعت و 9/09 کیلوگرم بر مترمربع-ساعت را به ترتیب در روزهای انقلاب زمستانی و انقلاب تابستانی در شهر تهران همراه با جریان باد داشته باشد.
کلید واژگان: تبخیر خورشیدی سطحی، الهام از طبیعت، انرژی محیطی، شبیه سازیThe use of interfacial solar evaporation systems can be a suitable method to deal with the problem of fresh water shortage in the world. Interfacial solar evaporation systems can be widely used in the production of fresh water due to the use of solar energy as a without any costs energy and no environmental effects and also free from high pressure operations and no need for moving parts. But in order to use interfacial solar evaporation system for practical application, evaporation rate with high efficiency is required. In this research, the performance of a hollow cylindrical interfacial solar evaporation system with nature inspired water distribution to steam generation has been evaluated by numerical simulation. This system can absorb solar radiation more effectively. In this study, in order to accurately investigate the performance of the interfacial solar evaporation systems, steam generation and system efficiency were evaluated by changing environmental factors. Also, in order to investigate the performance of the interfacial solar evaporation systems under different angles of solar radiation in real world conditions, the rate of steam generation in two days of summer solstice and winter solstice in Tehran city has been evaluated. The results of this research show that the cylindrical interfacial solar evaporation system can have a steam generation rate of 3.09 kg/m2.h and 9.09 kg/m2.h in winter solstice and summer solstice respectively in Tehran city with wind flow
Keywords: Interfacial Solar Evaporation, Nature Inspired, Environmental Energy, Simulation -
In recent years, most industries such as the aerospace, automotive, and others have been pushed to methods for reducing costs. One of these methods is the rubber pad forming (RPF) process, which has been given more attention as a low-cost method than conventional methods. In RPF, unlike conventional methods which mainly use metals as tools, one of the tools will be made of elastic pads. The RPF process has attracted the attention of many researchers around the world. Researchers from Iran started their work in this field around 2001 and subsequently published several remarkable articles. The first published Iranian study of the RPF process dates back to 2003, indicating that the use of flexible tools has a history of two decades in Iran. However, in the last decade, the number of published Iranian articles in the RPF process field and the introduction of new methods based on RPF and its simulation has increased. This review article aims to outline Iran's involvement in the RPF process, and it emphasizes that Iranian researchers predominantly contribute to the RPF process through simulation, experimental endeavors, and the introduction of innovative methods utilizing flexible tools.
Keywords: Rubber Pad Forming, Simulation, Sheet Metal Forming, Tube Bulging, Elastomer -
Journal of Analytical and Numerical Methods in Mechanical Design, Volume:2 Issue: 2, Autumn 2023, PP 37 -41
This article focuses on the design and analysis of a custom medical insole developed using SolidWorks software for 3D modeling and OpenSim for muscle simulation. The aim of this study is to address and improve the structural and functional weaknesses of individuals' feet by conducting a detailed analysis of foot pressure distribution and optimizing the design of personalized insoles accordingly. The process involved gathering data from 3D foot scans and pressure measurements to ensure the precise fit and effectiveness of the insoles. Results from the pressure tests demonstrate that these custom insoles significantly enhance pressure distribution across the foot and improve the performance of leg muscles during movement. Furthermore, this research highlights the potential of custom-made insoles as a valuable solution for correcting structural foot abnormalities, improving balance, and reducing pain caused by gait-related issues. The findings suggest that personalized insoles can be a highly effective therapeutic tool for addressing common foot problems and enhancing overall mobility in patients.
Keywords: Customized Medical Insoles, Simulation, Solidworks, Opensim, Foot Pressure Analysis, Biomechanics, Correction Of Foot Abnormalities -
پژوهش حاضر به مطالعه ی تاثیر دبی جرمی ورودی سوخت پارافین و اکسیدکننده دی نیتروژن اکسید، نسبت O/F در محفظه احتراق راکت هیبریدی روی کمیت های فشار محفظه، تراست و ایمپالس ویژه پرداخته است. محفظه احتراق به انضمام یک منطقه محیطی در حوزه محاسبات گنجانده شده است. یک شبیه سازی دو بعدی حالت پایدار با رویکرد ناویراستوکس با میانگین رینولدز (RANS) و بهره گیری از مدل آشفتگی κ-ε استاندارد همراه با مدل اتلاف گردابی (EDM) برای برهم کنش شیمی -آشفتگی (TCI) استفاده می شود. اکسیدکننده و سوخت در فاز گازی وارد حوزه می شوند. شبکه بندی از نوع منظم و ثابت است. نتایج شبیه سازی با داده های تجربی مقاله اعتبارسنجی مقایسه شده و در شبیه سازی بیشترین مقدار میانگین انحراف 6/65 درصد است. با افزایش 27/67 درصد نسبت O/F در شبیه سازی دو بعدی میانگین فشار محفظه احتراق 22/38 درصد افزایش، میانگین تراست 29/52 درصد افزایش و میانگین ایمپالس ویژه 18/28 درصد افزایش یافته است. با افزایش38/43درصد نسبت O/F میانگین فشار محفظه احتراق 37/64 درصد افزایش، میانگین تراست 53/31 درصد افزایش و میانگین ایمپالس ویژه 19/28 درصد افزایش داشته است.
کلید واژگان: موتور راکت، پارافین، دی نیتروژن اکسید، تراستThe current research has studied the effect of the input mass flow rate of paraffin fuel and dinitrogen oxide oxidizer, O/F ratio in the combustion chamber of a hybrid rocket on the quantities of chamber such as its pressure, thrust and specific impulse. The combustion chamber as well as a peripheral area are included in the calculation area. A two-dimensional steady-state simulation with a Reynolds-Averaged Navier–Stokes (RANS) approach using the standard κ-ε turbulence model together with the Eddy Dissipation Model (EDM) is used for the chemistry-turbulence interaction (TCI). Oxidizer and fuel enter the field in gas phase. The grids are structured. The simulation results are compared with the experimental data of the validation article and in the simulation, the highest average deviation value is 6.65%. By increasing the O/F ratio by 27.76% in the two-dimensional simulation, the average pressure of the combustion chamber has increased by 38.22%, the average thrust has increased by 52.29%, and the average specific impulse has increased by 18.28%. With the increase of O/F ratio by 38.43%, the average pressure of the combustion chamber has increased by 37.64%, the average thrust has increased by 53.31%, and the average specific impulse has increased by 19.28%.
Keywords: : Simulation, Modeling, Hybrid Rocket Engine, Paraffin, Dinitrogen Oxide, Trust -
فناوری کوبش فراصوتی یکی از فناوری های جدید تغییر شکل پلاستیک سرد است،که در آن ابزار ارتعاشی با حرکات رفت و برگشتی با فرکانس بالا، به سطح قطعه کار ضربه زده و موجب تغییر شکل پلاستیک شدید در سطح می شود. اعمال ضربات فراصوتی در سطح مواد باعث افزایش سختی سطح، ایجاد تنش پسماند فشاری، کاهش اندازه دانه ها، کاهش زبری سطح و تغییر الگوی سطح خواهد شد. در فرآیند چکش کاری فراصوتی ضربات از طریق پین به قطعه کار منتقل می شود. لذا مشخصات پین شامل شکل هندسی، طول، قطر و زاویه برخورد در فرآیند چکش کاری فراصوتی مهم می باشد. هدف از این مقاله بررسی هندسه پین و اثر آن بر مقدار و عمق تنش بوسیله شبیه سازی عددی توسط نرم افزار آباکوس است. با توجه به نتایج مدلسازی با افزایش دامنه نوسان، حداکثر تنش پسماند فشاری و عمق تنش پسماند فشاری افزایش یافت. در مدلسازی فرایند چکش کاری فراصوتی با افزایش قطر پین از 3 به 5 میلی متر حداکثر تنش پسماند فشاری کاهش یافته و عمق تنش افزایش یافت. همچنین افزایش شعاع نوک پین باعث افزایش تنش پسماند فشاری و کاهش عمق تنش گردیده است.کلید واژگان: چکش کاری فراصوتی، مدلسازی، تنش پسماند، آلومینیومUltrasonic hammer peening process is one of the new technologies of cold plastic deformation, in which a tool with high-frequency vibration impacts the surface of the workpiece and causes severe plastic deformation on the surface. Applying ultrasonic impacts to the material surface will increase the hardness of the surface, induce compressive residual stress, reduce the grain size, reduce the surface roughness and change the surface texture. In the process of ultrasonic hammer peening, the impacts are transferred to the workpiece through the pin. Therefore, pin specifications including geometric shape, length, diameter and impact angle are important in ultrasonic hammer peening process. The purpose of this article is to investigate the geometry of the pin and its effect on the amount and depth of stress by numerical simulation using Abaqus software. According to the modeling results, the maximum compressive residual stress and the depth of the compressive residual stress increased with the increase of the vibration amplitude. In the modeling of the ultrasonic hammer peening process, by increasing the diameter of the pin from 3 to 5 mm, the maximum compressive residual stress decreased and the stress depth increased. Also, increasing the pin tip radius has increased the compressive residual stress and decreased the stress depth.Keywords: Ultrasonic Hammer Peening, Simulation, Residual Stress, Aluminum
-
By carefully investigating the motion of birds of prey, it is seen that in addition to the legs, the claws and their gimbal dynamics play an important role in successful grasping of the specified target. Therefore, in order to achieve an avian-inspired robot, it is essential to consider these degrees of freedom. Having added these degrees of freedom, a precise dynamic analysis is needed to extract the auxiliary equations of motion by which the control design for such an under-actuated multiple-servo articulated flying vehicle system will be possible and in turn, servos’ signals are producible. In this respect, the aim of this study is presenting an extended model of a hunting quadrotor in planar motion and showing the significance of detailed kinetic analysis in designing a model-based controller for the system in pursuit phase. Given the high nonlinearity and dynamic coupling in this integrated system, along with the presence of intense uncertainties and atmospheric and impulsive disturbances, super-twisting sliding mode control (STSMC) is designed and its performance compared with SMC is evaluated through simulation based on some standard metrics.Keywords: Dynamic Modeling, Aerial Robot, Pursuit Phase, Super-Twisting Sliding Mode Control, Simulation
-
Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, Volume:13 Issue: 2, Spring 2024, PP 5 -30
Temperature prediction is essential for assessing the state of stresses, strains, and material flow during friction stir welding (FSW). In this context, the thermal and mechanical behavior of the AA6063-T5 aluminum alloy was simulated in FSW. This research utilized the Finite Element Method (FEM) for thermal and mechanical simulations, employing Abaqus/Explicit software. The first simulation focused on the thermal model, implemented through coding in FORTRAN using the Schmidt-Hotel reference model, which investigates the temperature distribution of the alloy. The second simulation was mechanical in nature; it utilized the output results from the thermal simulation to examine the stresses resulting from the FSW process. The samples were made of the same material and were butt-jointed for the operation. A tool speed of 60 mm/min, a force of 4000 newtons, and a coefficient of friction of 0.4 were applied during this process. The parameters for thermal conductivity, specific heat, coefficient of expansion, and Young's modulus were defined as temperature-dependent. The results indicated that the temperature distribution diagram at a specific point along the welding path closely matched practical examples of the FSW process. The temperature distribution contours at the beginning, middle, and end of the welding path, as well as the temperature distribution across the cross-sectional surface of the weld in the middle of the piece, were consistent with the samples. Additionally, the diagram and contour of the longitudinal residual stress in the workpiece aligned well with the completed samples.
Keywords: Simulation, Thermal -Mechanical Analysis, AA6063-T5, FSW, FEM -
کمانش غیرخطی ناشی از مرزدانه ها در ساختارهای دو بعدی و عیوب هندسی به عنوان عوامل اثرگذار بر رفتار شکست این ساختارها معرفی می شوند. از آنجایی که رفتار مکانیکی نانوساختارهای پلی کریستال به خوبی شناخته نشده است، در این مقاله، بررسی رفتار مکانیکی نانوصفحات نیترید کربن به عنوان تابعی از دما و مرزدانه مورد مطالعه قرار گرفت. عملکرد مکانیکی پلی کریستال نیترید کربن در حضور و عدم حضور ترک لبه ای و در دماهای 100 تا 900 کلوین مورد آزمایش قرار گرفت. از شبیه سازی دینامیک مولکولی به عنوان یک روش مقرون به صرفه برای مدلسازی صفحات دو بعدی با انتخاب تابع پتانسیل مناسب و شرایط مرزی استفاده شد. نتایج نشان داد که خواص مکانیکی مونوکریستال نیتزید کربن با افزایش دما کاهش یافت و نتایج در راستای زیگزاگ بالاتر از آرمچیر گزارش شد. همین روند برای ساختار پلی کریستال نیز مشاهده شد که با افزایش دما، مدول یانگ، تنش و کرنش شکست کاهش یافت. همچنین، افزایش طول ترک از 5 به 25 آنگستروم نیز سبب کاهش خواص مکانیکی شد. از سویی دیگر، افزایش تعداد ناحیه برای پلی کریستال نیترید کربن موجب کاهش تنش شکست گردید. علاوه بر این، بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفت و نتایج نشان داد که مقدار بهینه ی مدول یانگ برای پلی کریستال نیترید کربن با 53 ناحیه در دمای 95/586 کلوین و طول ترک 52/6 آنگستروم، معادل 18/338 گیگاپاسکال است. نتایج بدست آمده از این مطالعه را می توان به موارد پیچیده تر تعمیم داد تا درک عمیق تری از نسل های بعدی ساختارهای دو بعدی را پیش بینی نماید.کلید واژگان: نیترید کربن، خواص مکانیکی، شبیه سازی، پلی کریستال، الگوریتم ژنتیک، دینامیک مولکولیNonlinear buckling caused by grain boundaries in two-dimensional structures and geometric defects are introduced as factors affecting the fracture behavior of these structures. Since the mechanical behavior of polycrystalline nanostructures is not well known, in this article, the mechanical behavior of carbon nitride nanosheets was studied as a function of temperature and grain boundaries. The mechanical performance of polycrystalline carbon nitride was tested in the presence and absence of edge cracks and at temperatures from 100 to 900 K. Molecular dynamics simulation was used as a cost-effective method for modeling two-dimensional nanosheets by choosing the appropriate potential function and boundary conditions. The results showed that the mechanical properties of carbon nitride monocrystalline decrease with increasing temperature and the results were reported in zigzag direction higher than armchair. The same trend was observed for the polycrystalline structures. The increase in temperature caused the mechanical features to decrease. Also, increasing the crack length from 5 to 25 angstroms caused a decrease in mechanical properties. On the other hand, increasing the number of regions for carbon nitride polycrystalline decreased the failure stress. In addition, the optimization was carried out by genetic algorithm and the results showed that the optimal value of Young's modulus for carbon nitride polycrystalline with 53 regions at a temperature of 586.95 K and a crack length of 6.52 angstroms is equivalent to 338.18 GPa. The results obtained from this study can be generalized to more complex cases to predict a deeper understanding of the next generations of two-dimensional structures.Keywords: Carbon Nitride, Mechanical Properties, Simulation, Polycrystalline, Genetic Algorithm, Molecular Dynamics
-
کمبود انرژی در استان هرمزگان و نیاز به تامین انرژی پایدار به ویژه در فصل های گرم سال همواره چالشی مهم برای این استان بوده است. با توجه به محدودیتهای موجود فعلی در تامین کمبود انرژی مورد نیاز Mw 1000، تنها راهکار، کاهش مصرف، و همراه با خاموشیهای برنامهریزی شده است. این موضوع موجب ضرر و زیان به صنایع استان و مانعی برای تسهیل تجارت شده است. وجود زمینهای مسطح و غیرقابل کشت و همچنین، اقلیم مناسب منطقه استان هرمزگان و شهر بندرعباس، پتانسیل مناسبی برای نصب نیروگاههای خورشیدی و پنلهای مربوط به آن است. در این پژوهش با استفاده از قابلیت انتخاب موقعیت مناسب ArcGIS، متناسب با الزامات فنی و محدودیتهای موجود، سه قطعه زمین انتخاب و توسط نرمافزار PVSol، ساخت نیروگاه شبیهسازی شده است. پس از شبیهسازی نیروگاه خورشیدی، شرایط اقتصادی و زیستمحیطی آن ها توسط نرمافزار RETScreen تجزیه و تحلیل شده است. بر اساس نتایج خروجی از نرمافزارها، با توجه به توپولوژی مناسب مناطق انتخاب شده، شرایط اقلیمی و آب و هوایی مناسب، توان خروجی نیروگاه MW 154 تخمین زده شده است و ضریب عملکرد در آن ها بیش از 70 درصد پیشبینی شده، که مقدار مناسب و قابل قبولی است. همچنین، شرایط مناسب این نیروگاهها نشان داده است که در صورت سرمایهگذاری، برگشت هزینه سرمایهگذار بین 5 تا 6 سال است و این پروژه از لحاظ اقتصادی بهصرفه و در نهایت موجب تولید انرژی پایدار و رفع مشکل شهر بندرعباس و استان هرمزگان خواهد شد.کلید واژگان: انتخاب موقعیت، انرژی خورشیدی، شبیه سازی، Arcgis، PvsolThe lack of energy in Hormozgan province and the need for a sustainable energy supply, especially in the hot seasons, has always been an important challenge for this province. Due to the current limitations in supplying the current 1000 Mw required energy shortage, the current procedure is to reduce consumption and planned shutdowns. This issue has caused losses to the industries of the province and is an obstacle to facilitating trade. The existence of flat and non-cultivable land as well as the suitable climate in Hormozgan province and Bandar Abbas city is a good potential for installing solar power plants and related panels. In this research, three pieces of land have been selected and the construction of this power plant has been simulated using the PVSol software, according to the technical requirements and limitations of ArcGIS. Their economic and environmental conditions have been analyzed using RETScreen software. According to the appropriate topology of the selected areas, and suitable climatic and weather conditions, the output power of the 154 Mw power plants has been estimated and the performance ratio (PR) in them is predicted to be more than 70%. It is suitable and acceptable. Also, the suitable conditions of these power plants have shown that in the case of investment, the return of the investor's cost is between 5 to 6 years, and this project is economically affordable and ultimately leads to sustainable energy production and solving the city's problem. It will be Bandar Abbas and Hormozgan province.Keywords: Arcgis, Pvsol, Solar Energy, Site Selection, Simulation
-
در این تحقیق، روش های مختلف تعیین اتلاف عبور برای ارزیابی کارایی آکوستیکی المان های صوتی مافلر برای حالت بدون جریان مورد مطالعه قرار گرفت. محاسبه اتلاف عبور با دو رویکرد عددی و تجربی صورت گرفت که رویکرد عددی شامل روش لوله هرشل- کوئینک (رویکرد1) و روش شبیه سازی COMSOL (رویکرد2) و ANSYS (رویکرد3) بود. در رویکرد تجربی از روش ماتریس انتقال به کمک نرم افزار شرکت B&K (رویکرد4) و کارت صدا به همراه نرم افزار MATLAB (رویکرد5) برای محاسبه اتلاف عبور استفاده شد. استقلال از شبکه روش های عددی و عدم قطعیت روش تجربی نیز بررسی شد. نتایج در بازه فرکانسی 20 تا 2000 هرتز مورد ارزیابی قرار گرفت که محدوده مناسب برای ارزیابی المان های صوتی نظیر مافلر است. نتایج نشان می دهد بازه فرکانسی 20 تا 1900 هرتز بازه قابل اعتماد مقایسه رویکرد های مختلف اتلاف عبور است. از نتایج بدست آمده مشاهده می شود که اتلاف عبور معادل برای رویکرد های 1 تا 5 به ترتیب برابرست با 5/81، 5/35، 5/21 ، 4/08 وdB 3/77 . بررسی نتایج نشان می دهد که اتلاف عبور معادل روش های عددی ANSYS و COMSOL تقریبا بر یکدیگر منطبق هستند و اتلاف عبور معادل شبیه سازی COMSOL نسبت به روش عددی یک بعدی هرشل کوئینک 8% کمتر است. اتلاف عبور معادل روش های محاسباتی تجربی نیز نشان می دهد که اتلاف عبور معادل رویکرد کارت صدا نسبت به رویکرد نرم افزار شرکت B&K ، 7/5 % کمتر است.کلید واژگان: آکوستیک، مافلر، صداخفه کن، مطالعه تجربی، شبیه سازی عددیTo evaluate the acoustic performance of the muffler at zero flow, different methods of determining transmission loss were studied. Both numerical and experimental approaches were used to calculate transmission loss. The numerical method employed was the Herschel-Quincke tube method (case 1) as well as simulation methods using COMSOL (2) and ANSYS (3). The experimental approach utilized the transfer matrix method with the aid of software developed by the B&K software (4) and the sound card with MATLAB software (5) was used to calculate the transmission loss. Furthermore, the mesh independence of numerical methods and the uncertainty of the experimental method were examined. Results were evaluated between 20 and 1900 Hz, which is an appropriate frequency range and reliable range for evaluating mufflers and comparing different cases to transmission loss calculations. According to the results, the equivalent transmission loss for cases 1 to 5 is approximately 5.81 dB, 5.35 dB, 5.21 dB, 4.08 dB, and 3.77 dB, respectively Based on the results obtained, it can be concluded that the equivalent transmission loss of ANSYS and COMSOL numerical methods is almost consistent, and COMSOL simulation results in a 8% lower equivalent transmission loss than Herschel-Quincke's one-dimensional numerical method. Similarly, the equivalent transmission loss of experimental calculation methods indicates that the sound card approach has a 7.5% lower equivalent transmission loss than the B&K software approach.Keywords: Acoustic, Muffler, Silencer, Experimental Study, Simulation
-
در این پژوهش پدیده بازگشت فنری در قطعه اسپیسر حین فرآیند تولید و پس از رهایی قطعه از نیروی شکل دهی، به کمک نرم افزار ال اس- داینا و تکنیک المان محدود شبیه سازی گردید و نتایج توسط آزمایش تجربی مورد صحت سنجی قرار گرفت. در این شبیه سازی از حلگر ضمنی نرم افزار برای شبیه سازی بخش اصلی فرایند شکل دهی و شبیه سازی بازگشت فنری استفاده شد. در تعریف مدل ماده برای شبیه سازی از رفتار ناهمسانگرد آن صرف نظر شده و رفتار ماده در ناحیه پلاستیک توسط رابطه توانی هولمن توصیف شده است. به منظور در دست داشتن پارامتر های بیشتر برای صحت سنجی نتایج شبیه سازی چهار حالت مختلف شکل دهی ورق در آزمایش تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت که در هر یک از این حالت ها پارامتر سرعت سنبه، میزان اصطکاک بین ابزار و ورق و ضخامت ورق مورد استفاده متفاوت می باشد. با مقایسه نتایج آزمایش تجربی و شبیه سازی مقدار خطای کمتر از 10% در محاسبه زاویه معیار برای بازگشت فنری مشاهده شده است.
کلید واژگان: شکل دهی ورق، شبیه سازی، بازگشت فنریIn this research, the spring back phenomenon in the spacer part during the production process and after releasing the part from the forming force was simulated with the help of LS-Dyna software and the finite element method, and the results were verified by experimental testing. In this simulation, the software's Implicit solver was used to simulate the main part of the forming process and to simulate spring back. In the definition of the material model for simulation, its anisotropic behavior is ignored and the behavior of the material in the plastic region is described by Holman's power relation. In order to have more parameters for validating the simulation results, four different sheet forming modes were investigated in the experimental test and simulation, and in each of these modes, the speed parameter of the punch, the amount of friction between the tool and the sheet, and the thickness of the used sheet are different. By comparing the results of experimental testing and simulation, an error value of less than 10% has been observed in the calculation of the standard angle for spring back
Keywords: Sheet Metal Forming, Simulation, Spring Back -
The current research focuses on the utilization of three waste water streams from a power plant located in southwestern Iran for desalination purposes and to prevent the waste of heat from the boiler blowdown stream while reducing carbon dioxide emissions by preheating the cooling water. Three different scenarios are simulated using the Thermoflow-GT master 23 software, considering the conditions of power plant. The optimal values for the top brine temperature (TBT) of cooling water and the mass flow rate of the hot steam are selected by sensitivity analysis. The premier scenario consists of eight stages, with five stages dedicated to heat recovery (HGS) and three stages for heat rejection section (HRS). The optimal value for the TBT of cooling water is determined to be 90℃, the produced freshwater capacity in the desalination unit is found to be 1.69 kg/s, and the gain output ratio (GOR) of the system is about 3.60. The proposed unit requires 0.47 and 10.15 kg/s of hot steam and cooling water, respectively and the overall heat transfer coefficient is 2069.2 W/m2 ℃. In addition, the feasibility of utilizing a solar farm to generate the necessary thermal energy for the system is being evaluated.Keywords: Low-capacity MSF desalination, Steam power plant, Energy recovery, Simulation, Thermoflow-GT master 23 software
-
اصلاح اندازه دانه از طریق تبلور مجدد دینامیکی یکی از راه های مناسب جهت بهبود خواص مکانیکی شمش های فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیتروژن بالا حین نورد داغ می باشد. در این مقاله با استفاده به شبیه سازی بر پایه ی المان محدود و نتایج تجربی، اثر نورد معمولی و نورد با گرادیان دمایی روی تحولات ریزساختاری شمش فولاد زنگ نزن آستنیتی حاوی نیتروژن نیترونیک 50 حین نورد داغ مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی به وسیله ی آباکوس نشان داد که تحت شرایط گرادیان دمایی می توان یکنواختی کرنش در سطح مقطع را افزایش داد. در حالی که در شرایط نورد معمولی مقدار بیشینه کرنش در سطح نمونه است. نتایج ریز ساختاری حاصل از میکروسکوپ نوری برای نورد با گرادیان دمایی نشان داد میانگین اندازه دانه در مرکز شمش کمتر از سطح شمش بوده که نشان می دهد مقدار تبلورمجدد در مرکز شمش بیش از سطح نمونه است. اختلاف دما در مرکز نسبت به سطح نمونه منجر به کاهش قابل ملاحظه استحکام در مرکز شمش نسبت به سطح آن می شود. اختلاف میانگین اندازه دانه های تبلور مجدد دینامیکی شده در سطح و مرکز شمش برای نورد با گرادیان دمایی کمتر از 3 بود. وجود دانه های اولیه (میانگین اندازه دانه 68) و مرزهای تحدب یافته در مرکز شمش و دانه های یکنواخت و ریز در قسمت سطحی ( 5/8) شمش تحت نورد معمولی (1000)، نشان داد که در مرکز شمش به دلیل پایین بودن دما و مقدار کرنش موثر، تبلور مجدد دینامیکی رخ نداده است. توزیع تقریبا یکنواخت دانه های آستنیت در جهت ضخامت شمش برای نورد با گرادیان دمایی نشان داد که این روش، برای نورد داغ شمش فولاد آستنیتی روشی مناسب نسبت به شرایط نورد معمولی است.
کلید واژگان: شبیه سازی، نورد با شیب دمایی، تحولات ریزساختاری، فولاد زنگ نزنGrain refinement through dynamic recrystallization is one way to improve the mechanical properties of high nitrogen austenitic stainless-steel ingots during hot rolling. In this paper, by using simulation based on the finite element method and experimental results, the effect of conventional rolling and gradient temperature rolling on the microstructural evolution of Nitronic 50 austenitic stainless-steel ingot during hot rolling is investigated. The results of simulations showed that strain in the center of the ingot be increased under a gradient temperature, while the maximum strain value in the conventional rolling is on the surface. The microstructural results obtained from optical microscopy for gradient temperature rolling showed strain value in the center is more than the surface. The temperature difference between the center and the surface leads to a significant reduction in the strength center of the ingot against the surface. The difference in average grain size of dynamic recrystallized for gradient temperature in the surface and center was less than 3μm. The existence of primary grains (68μm average grain size) and bulged grain boundaries in the center of ingot and refinement and small grains in the surface area (8.5μm) in conventional rolling (1000℃) showed that dynamic recrystallization, due to low effective strain and temperature, has not occurred in the center of the ingot. The almost uniform distribution of austenite grains in the direction of ingot thickness for gradient temperature rolling showed that this method is an appropriate method for hot rolling of austenitic steel ingots compared to conventional conditions.
Keywords: Simulation, Gradient temperature rolling, Microstructural evolution, Stainless Steels -
International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Volume:16 Issue: 4, Dec 2023, PP 99 -108
Wheel/rail interaction is one of the most important research topics in railway engineering and generally includes impact response, vibrations, and track safety. Track structure failures caused by wheel/rail impact dynamic forces can lead to significant economic loss through damage to rails, ballast, fastening system, etc. Wheel/rail impact forces occur due to defects in wheels and/or rails such as wheel flats, irregular wheel profiles, rail corrugation, etc. A wheel flat can cause a large dynamic impact force as well as high frequency forced vibrations, which will eventually lead to damage to the train and track structure. In the present work, a freight train (3D model) was used to analyze the dynamic impact caused by the wheel flat using UM software. The effects of wheel flat depth and length (0, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2, and 3 mm) at two speeds of 50 and 80 km/h on wheel/rail dynamic forces have been investigated. The results showed that the presence of a wheel flat defect significantly increases the wheel/rail dynamic impact. For example, by increasing the wheel flat depth to 3 mm, the values of maximum force at speeds of 50 and 80 km/h have changed by about 235% and 400%, respectively.
Keywords: Freight Train, Railway Vehicles, Simulation, Wheel Flat Depth, Wheel Flat, Wheel, Rail Force -
Droplet evaporation coupled with gravity and surface tension on a wall with the radial temperature gradients is numerically studied with the arbitrary Lagrangian‒Eulerian method. The influence of the wall temperature distribution on the droplet evaporation process, which is less considered in the existing literature, is mainly discussed. The droplet temperature coefficient of the surface tension and the viscosity on the droplet profile evolution, flow, heat and mass transfer characteristic are also discussed. The results indicate that the droplets become flat first and then retract under the gravity and Marangoni convection during droplet evaporation. There are two high-velocity regions inside the evaporating droplet. One region is at the droplet axis, in which fluid flows to the wall from the droplet top. The other region is near the droplet surface, where fluid flows to the droplet top. There are turning points on the two sides of which the influence of wall temperature distribution on the ratio between the droplet height and the radius of the three-phase contact line (h/Rc), the velocity in the droplet and the surface temperature converts. All of them are larger before the turning point when the wall temperature slope is positive. After the turning point, these are reversed. For both h/Rc and average surface temperature, there is one turning point, which are t*=1.63×10-4 and t*=1.05×10-4, respectively. For maximum velocity and average velocity in droplet, there are two turning points, which are both t*=1.63×10-4 and t*=1.7×10-5. The droplet morphology changes more obviously when it is with a greater temperature coefficient of surface tension. Moreover, the turning point is delayed from t*=6.41×10-5 while α is 8 K/m to t*=7.91×10-5 while α is -8 K/m, which indicates that the negative wall temperature slope is beneficial to inhibit the Marangoni effect on droplet evaporation.Keywords: Droplet evaporation, Radial temperature gradient, Marangoni convection, Arbitrary Lagrangian‒Eulerian method, simulation
-
جمعیت رو به افزایش جهان، تغییر سبک زندگی و شمار محدود منابع طبیعی و انرژی همگی سبب شده است که تاسیسات صنعتی آب شیرین کن، مدعیان اصلی تولید بصرفه آب شیرین باشند. در این پژوهش، تلفیق نیروگاه سیکل ترکیبی (CCPP) با تاسیسات تقطیر با تاثیر چندگانه (MED) و آب شیرین کن به روش اسمز معکوس (RO) از طریق تحلیل های جامع عادی و پیشرفته اگزرژی، اگزرژی-اقتصادی و اگزرژی-زیست محیطی بررسی می شود. در ابتدا، مدلسازی ترمودینامیک CCPP با استفاده از شیوه برنامه نویسی ریاضیاتی انجام می شود. سپس، برای تلفیق CCPP موجود با تاسیسات MED و آب شیرین کن RO، مدلی ریاضیاتی ارایه می شود. در انتها، تحلیل های عادی و پیشرفته فوق الذکر به منظور ارزیابی پارامترهای عملکردی اصلی سیستم یکپارچه CCPP و آب شیرین کن MED-RO، و شناسایی پیشرفت های بالقوه فنی، اقتصادی و زیست محیطی صورت می گیرد. مطالعه ای موردی نیز در مورد نیروگاه برق شهید سلیمی نکا واقع در شمال ایران در راستای دریای خزر ارایه می شود. روش مدلسازی ریاضیاتی برای این سیستم یکپارچه در برنامه «متلب» حل می شود و نتایج آن ازطریق نرم افزار «ترموفلکس» اعتبارسنجی می شوند. نتایج نشان از افزایش 3.79٪ مصرف سوخت پس از تلفیق CCPP و تاسیسات آب شیرین کن دارند. بازدهی اگزرژی سیستم پیشرفته 42.7 درصد و بالاترین هزینه تخریب اگزرژی محفظه احتراق 1.09 دلار در هر ثانیه است. تحلیل های اقتصادی و زیست محیطی سیستم یکپارچه همچنین نشان می دهد که توربین های گازی بالاترین هزینه سرمایه گذاری (0.047 دلار در هر ثانیه) را دارند. در عین حال، سیستم MED بیشترین نرخ پیامد زیست محیطی، یعنی 0.025 نقطه در ثانیه، را داراست.
کلید واژگان: مدلسازی ریاضیاتی و شبیه سازی، آب شیرین کن، آب و تولید برق، نیروگاه سیکل ترکیبی (CCPP)، تقطیر با تاثیر چندگانه (MED)، اسمز معکوس (RO)، تحلیل اگزرژی پیشرفته، تحلیل اگررژی-اقتصادی، تحلیل اگزرژی-زیست محیطیThe increasing population of the world, the change of style and the limited number of natural resources and energy all make freshwater industrial productions the main contenders for the cost-effective production of freshwater. In this research, the combination of combined cycle power plant (CCPP) using multiple effect distillation (MED) and reverse osmosis (RO) desiccation techniques is investigated through normal and advanced exergy, exergy-economic and exergy-environmental comprehensive analysis. First, CCPP thermodynamic modeling is done using mathematical programming method. Then, a mathematical model is presented to integrate the existing CCPP with MED and RO desalination plants. Finally, the aforementioned normal and advanced analyzes are performed to evaluate the main performance parameters of the integrated CCPP system and MED-RO desalination system, and to identify potential technical, economic, and environmental improvements. A case study is also presented about the Shahid Salimi Neka power plant located in the north of Iran along the Caspian Sea.The mathematical modeling method for this integrated system is solved in "MATLAB" program and its results are validated by "Thermoflex" software. The results show a 3.79% increase in fuel consumption after combining CCPP and water desalination facilities. The exergy efficiency of the advanced system is 42.7% and the highest combustion chamber exergy destruction cost is $1.09 per second. Economic and environmental analyzes of the integrated system also show that gas turbines have the highest investment cost ($0.047 per second). At the same time, the MED system has the highest environmental impact rate, i.e. 0.025 points per second.
Keywords: mathematical modeling, simulation, Desalination, Water, power generation, combined cycle power plant (CCPP), Multiple Effect Distillation (MED), reverse osmosis (RO), Advanced exergy analysis, Agro-economic analysis, Exergy-environmental analysis -
آنالیز پینچ و شبیه سازی موردی واحد پالایشگاه نفت خام بوعلی سینا امروزه صرفه جویی انرژی در پالایشگاه های نفت و گاز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. صرفه جویی و بهینه سازی مصرف انرژی (سوخت) می تواند اثرات مثبت اقتصادی و زیست محیطی داشته باشد. بر این اساس، این مقاله به بهینه سازی مصرف سوخت در پالایشگاه بوعلی می پردازد. در این رابطه، ابتدا پالایشگاه بوعلی در محیط نرم افزار aspen hysys شبیه سازی شده و از طریق آنالیز حساسیت، پارامترهای موثر در مصرف انرژی پالایشگاه، اصلاح و باز طراحی شده است. مطابق با نتایج ارائه شده، به منظور به حداقل رساندن مصرف منابع حرارتی خارجی، از فن آوری پینچ استفاده شده است. همچنین با در نظر گرفتن نمودار ترکیبی جامع و نتایج آن، مبدل چهار جریانه برای این پالایشگاه پیشنهاد شده است. این بازطراحی موجب صرفه جویی 34829042 کیلو ژول بر ساعت نرخ انتقال حرارت شده و مصرف پالایشگاه را حدود 7 درصد کاهش داده است. واژه های کلیدی:پالایشگاه نفت، مبدل حرارتی، واحد تقطیر پالایشگاه، آنالیز پینچ، نرم افزار aspen hysysکلید واژگان: پالایشگاه نفت، مبدل حرارتی، واحد تقطیر پالایشگاه، آنالیز پینچ، نرم افزار Aspen HysysNowadays, energy saving in oil and gas refineries is of special importance, so saving and optimizing energy (fuel) consumption can have many positive economic and environmental effects. Based on this, in this research, optimization of fuel consumption in Bo Ali Refinery has been discussed. In this way, Bo Ali Refinery was first simulated in the Aspen Hysys software environment, then it was modified and redesigned through the sensitivity analysis of parameters effective in the energy consumption of the refinery. According to the title of the research, in order to minimize the consumption of external heat sources, pinch technology has been used. Also, considering the comprehensive combination diagram and its results, a four-stream converter is proposed for this refinery. The results showed that this redesign saved the heat transfer rate (34829042 kJ/h) and reduced the consumption of the refinery by about 7%.Keywords: Oil Refinery, Heat Exchanger, Refinery Distillation Unit, Pinch Analysis, Simulation
-
در بسیاری از صنایع که با فرآیندهای ماشینکاری در ارتباط هستند، فاکتور اساسی برای کاهش هزینه ی کلی تولید، انتخاب شرایط ایده آل ماشینکاری است. حرارت قطعه یک عامل بسیار موثر در فرآیندهای ماشینکاری می باشد که در این مطالعه، تاثیر این پارامتر بر رفتار براده و نیروهای وارده بر ابزار در ماشینکاری فولاد CK45 مورد بررسی قرار گرفته است. از سه دمای پیش گرم 25، 70 و 100 درجه سانتی گراد برای پیش گرم قطعه پیش از عملیات تراشکاری استفاده شد و متغیرهای تشکیل براده بررسی گردید. همچنین با ایجاد مدل اجزای محدود از فرایند، ماشینکاری قطعه و تشکیل براده در ماده شبیه سازی شد که نتایج تطابق خوبی با آزمایشات تجربی را نشان می دهد. با تایید مدل اجزاء محدود، مقدار نیروی ماشین کاری، تنش های حرارتی و سایش در فرایند به کمک مدل اجزای محدود ارزیابی شد. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که بیشترین انحناء براده در دمای پیش گرم 70 درجه سانتی گراد رخ می دهد. همچنین بیشترین ضخامت تغییر شکل یافته براده در دمای پیش گرم 25 درجه و کمترین مقدار آن در دمای پیش گرم 70 درجه سانتی گراد بوده است. نیروهای وارد بر ابزار در راستاهای y و x با کاهش دما بیشتر شده اما نرخ حرارت نوک ابزار تا دمای ماشینکاری 70 درجه سانتی گراد افزایش و بعد از آن به علت کمتر شدن اصطکاک به طرز چشم گیری و تا حدود 60% کاهش یافته است.کلید واژگان: تراشکاری، شبیه سازی، پیش گرم، فولاد Ck45، برادهIn many industries that are related to machining processes, the basic factor to reduce the overall cost of production is the selection of ideal machining conditions. The piece temperature is a very effective factor in machining processes, and in this study, the effect of this parameter on the behavior of the chip and the forces on the tool in the machining of CK45 steel has been investigated. Three preheating temperatures of 25, 70, and 100°C were used to preheat the part before turning, and the variables of chip formation were investigated. Also, by developing a finite element model (FEM) of the process, the machining of the part and the formation of chips in the material were simulated, which shows a good agreement with the experimental tests. After FEM validation, the amount of machining force, thermal stresses and wear in the process was evaluated with the help of FEM. Based on the obtained results, it was found that the maximum curvature of the chip occurs at the preheat temperature of 70 degrees Celsius. Also, the maximum deformed thickness of the chip was at a preheat temperature of 25 degrees and the lowest value was at a preheat temperature of 70 degrees Celsius. The forces applied on the tool in the Y and X directions increased with the decrease in temperature, but the heating rate of the tool tip increased up to the machining temperature of 70 degrees Celsius, and after that, due to the reduction of friction, it has been significantly reduced to about 60%.Keywords: Turning, Simulation, preheat, CK45 steel, CHIP
- 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.