فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال پنجم شماره 2 (تابستان 1394)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال پنجم شماره 2 (تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/07/20
  • تعداد عناوین: 17
|
  • سیدعلی ظهیری پور، علی اکبر جلالی صفحات 1-15
    در این مقاله، روش جدیدی برای استخراج سطح لغزش در مورد یک سیستم خطی و دارای عدم قطعیت های پارامتری با کران مشخص، ارائه شده است. در روش پیشنهادی، سیگنال کنترل متداول مد لغزشی مرتبه اول، به سیستم اعمال شده و سپس سطح لغزش به عنوان یک کنترل کننده مجازی با هدف حداقل سازی یک تابع هزینه استخراج می شود. مزیت اصلی روش پیشنهادی، امکان تنظیم فاصله مسیر حالت از سطح لغزش با استفاده از تنظیم مناسب یکی از پارامترهای طراحی است. به این ترتیب، نزدیک شدن به هدف غایی کنترل مد لغزشی که همانا ماندگاری مسیر حالت روی سطح لغزش است، بدون بالا بردن درجه کنترل مد لغزشی میسر خواهد شد، ضمن آن که میزان انرژی مصرفی نیز تحت کنترل در خواهد آمد. به منظور نمایش کارایی روش پیشنهادی، سیستم تعلیق فعال 4/1 خودرو انتخاب شده و از این روش در انتخاب سطح لغزش مربوط به زیرسیستم کنترل موقعیت، استفاده شده است.
    کلیدواژگان: سطح لغزش
  • محمد مهدی فاتح، مجید عابدین زاده شهری صفحات 17-27
    بازوی رباتیک سیار با ویژگی های اثر متقابل بین بازو و بدنه متحرک ربات، قید های هولونومیک و غیرهولونومیک، دینامیک چند متغیره و غیرخطی، یک سیستم پیچیده است و کنترل آن با اغتشاش خارجی، عدم قطعیت پارامتری و دینامیک مدل نشده مواجه می شود. از این رو، بکارگیری سیستم کنترل فازی تطبیقی بخاطر توانمندی غلبه بر عدم قطعیت و تقریب توابع غیرخطی بر پایه قضیه تقریب عمومی برای کنترل موقعیت ربات پیشنهاد می شود. با این وجود، خطای تقریب سیستم فازی، موجب می شود که همگرایی مجانبی خطای ردگیری موقعیت به صفر محقق نشود.این مقاله، روش نوینی برای کنترل فازی تطبیقی بازوی رباتیک سیار ارائه می نماید. نوآوری مقاله در جبران خطای تقریب سیستم فازی برای همگرایی مجانبی در ردگیری مسیر مطلوب با حضور عدم قطعیت هاست. برای این منظور، سیستم حلقه بسته در فضای خطا، به سیستم خطی با قطب هایبا بخش منفیمیل می کند. طرح کنترل، از دو بخش کنترل سینماتیکی و کنترل دینامیکی تشکیل می شود. مزایای طرح پیشنهادی، سادگی در طراحی و عملکرد مناسب در ردگیری مسیر مطلوب درحضور عدم قطعیت هاست. پایداری سیستم کنترل و همگرایی به مسیر مطلوب، توسط روش لیاپانوف اثبات می شود. نتایج شبیه سازی،برتری طرح پیشنهادی را نسبت به روش کنترل تطبیقی مقاوم نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اتوماسیون، روباتیک، کنترل
  • بهروز حسنی، سید مهدی توکلی، مهدی اردیانی صفحات 29-41
    در این تحقیق به فرمول بندی و حل مسائل الاستیک غیر خطی تراکم ناپذیر، که به مسائل هایپرالاستیسیته تراکم ناپذیر نیز معروفند، با روش تحلیل ایزوژئومتریک پرداخته شده است. بدین منظور پس از تعریف اجمالی این دسته از مسائل هایپرالاستیسیته با در نظر گرفتن روابط حاکم بر مسئله که دارای ماهیت غیرخطی است، به خطی سازی معادلات جهت استفاده از الگوریتم عددی حل بر مبنای تکرار نیوتن- رافسون پرداخته می شود. سپس معادلات تعادل در حالت گسسته نوشته شده و ماتریس ضرایب در رهیافت روش ایزوژئومتریک استخراج می گردد. در ادامه با بهره گیری از مفاهیم عنوان شده، الگوریتمی برای مسائل غیرخطی الاستیک تراکم ناپذیر پیشنهاد گشته است. با توجه به تغییرشکل های بزرگ در مسائل غیرخطی الاستیک، در بکارگیری روش اجزای محدود، علاوه بر وابستگی جواب مسئله به اندازه شبکه المانها که باعث ایجاد دستگاه معادلات با حجم محاسباتی بالا می گردد، در برخی از مسائل مش بندی مجدد نیز اجتناب ناپذیر است. در روش ایزوژئومتریک با توجه به استفاده از توابع پایه اسپیلاین که قابلیت انعطاف پذیری بالائی در ایجاد هندسه مدل دارد، نیاز به فرآیند تولید مش مجدد تا حد زیادی رفع می شود. نتایج این تحقیق حاکی مزیت روش ایزوژتومتریک نسبت به اجزای محدود به دلیل ایجاد دستگاه معادلات کوچکتر و کاهش حجم محاسبات شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل تنش
  • سید محمدرضا خلیلی، رحمت الله قاجار، مهدی یار محمدی توسکی، رنه آلدریستن صفحات 43-56
    در این تحقیق، بررسی تجربی ضربه کم سرعت تکراری بر روی سازه گلار از مواد کامپوزیت الیاف - فلز با استفاده از دستگاه وزنه افتان انجام می گیرد. پس از اصابت ضربه اول بر روی صفحه، مقدار انرژی ضربه دوم کاهش ولی در تمام ضربات بعدی این مقدار ثابت می ماند. آسیب ناشی از ضربات تکراری با استفاده از بازبینی معمولی و اسکن-C مورد بررسی قرار می گیرد. با اعمال ضربه اول بر روی صفحه سه حالت بدون آسیب، آسیب مختصر و آسیب شدید رخ می دهد. تعداد ضربه تا وقوع پدیده سوراخ شدن با کاهش انرژی ضربه دوم افزایش می یابد. حد آستانه انرژی ضربه به عنوان ماکزیمم انرژی در ضربات تکراری پس از ضربه اول تعریف می شود که سبب هیچ آسیبی در نمونه نگردد. برای انرژی ضربات پیرو بیشتر از حد آستانه انرژی ضربه اثر ضربات تکراری مهم می باشد و برای مقادیر کمتر از حد آستانه انرژی، ضربات پیرو نقش بارزی در ایجاد آسیب ندارند.
    کلیدواژگان: ضربه تکراری، گلار، اسکن، C، انرژی آستانه، سوراخ شدن
  • وحید سروستان، حمیدرضا میردامادی*، مصطفی غیور صفحات 57-70

    در این مقاله، فرمول بندی روش المان محدود طیفی و حل آن برای آنالیز ارتعاشات آزاد و واداشته ی تیر اویلر-برنولی ترک دار بیان می گردد. فرمول بندی الگوریتم المان محدود طیفی، در بردارنده ی استخراج معادله های دیفرانسیل پاره ای حرکت، میدان جابه جایی طیفی، تابع های شکل دینامیکی و ماتریس سختی دینامیکی می باشد. تابع های شکل دینامیکی در حوزه ی فرکانس، از حل دقیق معادله های موج حاکم بر سیستم به دست می آیند. تیر ترک دار به دو بخش یا دو تیر جداگانه تقسیم می شود که با یک فنر پیچشی به هم متصل می گردند و بر این اساس، ماتریس سختی دینامیکی در حوزه ی فرکانس برای تیر اویلر-برنولی ترک دار به دست می آید. با در نظر گرفتن ارتعاش آزاد تیر، فرکانس های طبیعی تیر ترک دار برای شرط های مرزی گوناگون به دست می آیند. در روش المان محدود طیفی، امکان پذیر است که کل طول تیر با دو المان طیفی مدل سازی شود، در حالی که در روش المان محدود کلاسیک، برای دست یابی به دقت مناسب، این امکان میسر نیست. دقت پاسخ های به دست آمده از روش المان محدود طیفی، با دقت پاسخ های روش المان محدود کلاسیک یا حل های تحلیلی مقایسه می شوند. نتیجه های حاصل از روش المان محدود طیفی، نشانگر برتری این روش در کاهش تعداد المان ها و افزایش دقت، در مقایسه با روش المان محدود کلاسیک است.

    کلیدواژگان: روش المان محدود طیفی، تیر ترک دار، تئوری اویلر، برنولی، تابع شکل دینامیکی، ماتریس سختی دینامیکی
  • موسی رضایی، غلامرضا فتاحی صفحات 71-81
    روش MAFVRO یکی از روش های آنالیز مودال مبتنی بر خروجی است که تنها با استفاده از پاسخ سیستم به تحریک شرایط اولیه، قادر است تا تمام مشخصه های مودال یک سیستم ارتعاشی را مشخص کند. از آنجایی که بیشتر سیستم های ارتعاشی تحت بارهای اتفاقی قرار می گیرند، بنابراین روش MAFVRO در چنین شرایطی قادر به استخراج مشخصه های مودال نمی باشد. در این پژوهش، روش مذکور به سیستم های ارتعاشی، تحت تحریک اتفاقی تعمیم داده شده است و با اعمال آن به یک سیستم ارتعاشی هشت درجه آزادی، نتایج حاصل از آن استخراج و با نتایج حاصل از حل دقیق مساله مقدار ویژه سازه ای مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج، نشان می دهد که روش تعمیم یافته MAFVRO، فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی را با دقت قابل قبولی استخراج می کند؛ ولی نسبت های میرائی را کمتر از مقادیر واقعی برآورد می نماید؛ همچنین اثر نویز بر دقت مشخصه های مودال استخراج شده از روش MAFVRO نیز، مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سیستم ارتعاشی میرا، آنالیز مودال، مساله مقدار ویژه سازه ای، تحریک شرایط اولیه، تحریک اتفاقی
  • میر محمد اتفاق، حسین اکبری صفحات 83-97
    امروزه عیب یابی سازه های مهندسی با استفاده از سیگنال های ارتعاشی به منظور تشخیص زود هنگام عیوب ایجاد شده در سازه هنگام کارکرد معمول یا بعد از حوادثی نظیر زلزله،از اهمیت ویژه ای در پژوهش های دانشگاهی و صنعتی برخوردار است. از میان روش های زیادی که برای عیب یابی سازه ها پیشنهاد گردیده است، روش های مبنتی بر بروز رسانی مدل المان محدود سازه با استفاده از داده های آنالیز مودال به علت کاربردی بودن این روش در عمل، از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش، سرعت و دقت عیب یابی با استفاده از روش تکرار جدید بر پایه مدل بروزرسانی و مدل تقلیل یافته، افزایش داده می شود. همچنین به منظور بررسی قابلیت این روش در عیب یابی، ابتدا روش مذکور در MATLAB روی مدل المان محدود تیر معیوب شبیه سازی شده و اثرات نویز روی دقت روش به صورت مبسوط به کمک روش مونت-کارلو، مورد مطالعه قرار می گیرد؛ سپس نتایج روش عیب یابی پیشنهادی با نتایج متناظر با روش عیب یابی موجود در ادبیات فن مورد مقایسه قرار گرفته، نشان داده می شود که سرعت و دقت عیب یابی روش پیشنهادی به مراتب بیشتر است، همچنین به منظور بررسی قابلیت عیب یابی این روش به صورت عملی، روش مذکور را بر روی یک تیر آزمایشگاهی پیاده کرده، نتایج عیب یابی بررسی می شود. نتایج حاصل، نشان دهنده دقت و سرعت بالای روش پیشنهادی، نسبت به سایر روش های موجود در ادبیات فن است.
    کلیدواژگان: عیب یابی سازه، آنالیز مودال، بروز رسانی، تقلیل مدل
  • علیرضا شاطرزاده صفحات 99-109
    در این مقاله کمانش ورق های ساخته شده از مواد تابعی با گشودگی دایروی در مرکز تحت اثر همزمان بارهای مکانیکی و حرارتی با روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف سایر مطالعات انجام شده در این زمینه که اثر حرارت و بار مکانیکی بصورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است، در کار حاضر به بررسی پدیده کمانش ترمومکانیکی تحت تاثیر همزمان بارهای مکانیکی و حرارتی پرداخته شده است. خصوصیات ماده در راستای ضخامت به صورت توزیع توانی در نظر گرفته شده است. فرمول بندی انجام شده بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول می باشد و ماتریس های سفتی بر اساس اصل حداقل انرژی پتانسیل بدست آمده است. به کمک الگوریتم تولید مش و کدهای نوشته شده در نرم افزار متلب می توان به راحتی تراکم مش در اطراف سوراخ را کنترل نمود. نتایج حاصل تا حد امکان با سایر مراجع مورد راستی آزمایی قرار گرفته است. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شرایط مرزی لبه سوراخ و لبه ورق، اندازه سوراخ، نسبت ابعاد ورق و نوع بارگذاری مکانیکی بر محدوده پایداری ورق های ساخته شده از مواد تابعی مورد مطالعه دقیق قرار گرفته است و در پایان نتایج مفیدی ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: کمانش ترمومکانیکی، ناحیه پایداری، مواد تابعی، گشودگی دایروی
  • خلیل خلیلی، مجتبی وحیدنیا*، سجاد خیشه صفحات 111-122

    پیچیدگی ساختاری در طبیعت ترک ها و وجود شاخه های زیاد، امکان اینکه بتوان شکل آن ها را با استفاده از تطبیق بر اشکال متعارف هندسی شناخت و یا اینکه بتوان با استفاده از روابط معمول ریاضی ابعاد آن ها را محاسبه کرد، عملا غیرممکن ساخته است. در این مقاله، شیوه جدیدی از بررسی ابعاد ترک در مواد ترد با استفاده از ماشین بینایی ارائه شده است. روش به دست آمده برای محاسبه ابعاد ترک در اجسام، استفاده از ماشین بینایی، تصویربرداری، پردازش تصویر، تعریف الگوریتم های جدیدی در نرم افزارهای برنامه نویسی و در نهایت تفسیر تصاویر به منظور بهبود دقت های اندازه گیری است. از آنجا که ترک ها فاقد شکل هندسی منظم و قابل پیش بینی هستند، نمی توان از روابط تعریف شده ریاضی جهت به دست آوردن دقیق ابعاد ترک استفاده کرد. ماشین بینایی، می تواند یکی از راهکارهای مناسب جهت انجام این فرآیند باشد که در این مقاله، سعی شد که دو روش متفاوت اسکلتون تصویر و نصف محیط ترک بعد از تعریف الگوریتم های جدید بهبوددهنده، بتوانند طول دقیق هر ترکی را با صحت و قابلیت تکرار در اختیار قرار دهند. در نهایت با اعمال الگوریتم جدید در این مقاله، مشخص می شود که می توان به صورت عملی برای نمونه آزمایشی به خطای کمتر از 1% در رزولوشن 1/0 میلی متر دست یافت.

    کلیدواژگان: اندازه گیری طول ترک، پردازش تصویر، اسکلتون، هرس کردن
  • علی عباس زاده بیدختی، امیررضا شاهانی صفحات 123-137
    در این پژوهش، یک نمونه آزمون مود ترکیبی شکست، با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته، شبیه سازی می شود. بدین منظور، نمونه ای با نام «ورق مربعی با بارگذاری قطری» انتخاب شده که برای آن، نتایج آزمون های تجربی موجود می باشد. فرایند بارگذاری قبل از شکست، لحظه شکست و رشد ترک در قطعه، شبیه سازی شده و بارگذاری به صورت جابجایی کنترل درنظرگرفته شده است. مدل سازی انجام شده مبتنی بر واقعیت بوده و در هر مرحله از تحلیل، با استفاده از معیارهای شکست، زاویه و مقدار رشد ترک تعیین شده است. همچنین برای شبیه سازی آزمون های مختلف، از یک مدل با مش بندی ثابت استفاده شده که در نتیجه هزینه های محاسباتی به شدت کاهش یافته است. همچنین انتگرال گیری عددی در المان های غنی شده مورد بررسی قرار گرفته و با تحلیل تاثیر تعداد نقاط گاوس در این المان ها بر پارامتر شکست، تعداد نقاط گاوس بهینه، تعیین گردیده است. مقایسه نتایج شبیه سازی به روش المان محدود توسعه یافته با میانگین داده های آزمون های تجربی، نشان می دهد بار بحرانی و ضرایب شدت تنش در لحظه شکست قطعات، کمتر از ده درصد اختلاف دارند. همچنین مسیر رشد ترک در آزمون های تجربی و تحلیل های المان محدود توسعه یافته مقایسه می گردد. مشاهده می شود تطابق خوبی بین نتایج مسیر رشد ترک، وجود دارد.
    کلیدواژگان: ورق مربعی با بارگذاری قطری، مود ترکیبی شکست، المان محدود توسعه یافته
  • حسن غفوریان نصرتی، مهدی گردویی*، مهدی فلاحتی نقیبی صفحات 139-151

    در پژوهش حاضر،به بررسی عددی و تجربی شکست نرم پیش رونده در فرآیند انبساط دهی آزاد لوله فولادی زنگ نزن 304 درزدار، به کمک فشار روغن پرداخته شده است. در بخش عددی که از روش المان محدود لاگرانژی به کمک حل گر صریح نرم افزار آباکوس استفاده شد؛ درز جوش به صورت یک نوار نازک، حاوی ضریب ناهمگنی نقص در استحکام و شکل پذیری مدل گردید. از دیاگرام حد شکل دهی (FLD) به عنوان معیار شروع آسیب و از پارامتر جابه جایی پلاستیک موثر با الگوی تغییرات خطی برای مدل سازی تکامل آسیب استفاده شد. در بخش تجربی، ضمن استفاده از آزمون کشش لوله برای استخراج خواص مکانیکی، انبساط دهی آزاد به کمک سیال روغن تا رسیدن به آستانه ترکیدگی در نوار درز جوش اجرا؛ قطر بیشینه بالجینگ و فشار بحرانی مربوطه حاصل شد. در تحلیل عددی اثر ضریب ناهمگنی جنس بر فشار بحرانی و همچنین اثر جابه جایی پلاستیک بحرانی بر قطر بیشینه بالجینگ بررسی و ضمن مقایسه با نتایج تجربی مقادیر ضریب نقص و جا به جایی پلاستیک موثر بهینه به ترتیب برابر 9/0 و 05/0 بدست آمد که در این شرایط قطر لوله و فشارروغن در لحظه ی ترکیدگی با دقتی بیش از 99 % تخمین زده شد.

    کلیدواژگان: معیار شکست نرم، هیدروبالجینگ، نمودار حد شکل دهی، لوله ی درزدار
  • وحید ناطق *، سامرند رش احمدی، کریم کریمی صفحات 153-162

    یکی از مناسب ترین فناوری های اتصال جوشکاری با اشعه لیزر است که در این نوع جوشکاری به دلیل انرژی موضعی کمتری که در محل جوش اعمال می شود، اعوجاج کمتری به وجود می آید، محل جوش استحکام بالایی را دارا بوده و فرایندی با سرعت بالا می باشد. رشد صنعت هواپیما در کاهش وزن سازه های هوافضا منجر به معرفی جوشکاری لیزری در ساخت سازه های هوافضا با تقویت کننده ها به جای اتصالات پرچ شده است. در این مقاله یک مدل تحلیلی برای محاسبه تنش های پسماند ناشی از جوشکاری لیزری ارائه گردیده و نتیجه به دست آمده با نتایج عددی اعتبارسنجی شده است.
    هدف از این تحقیق مطالعه توزیع تنش پسماند عرضی صفحات ساخته شده از آلومینیوم آلیاژ 6061-T6 می باشد که در ساخت پنل های بدنه هواپیما به کاربرده می شود. نتایج نشان می دهد در صورتی که حداکثر تنش اعمال شده در قطعه کار کمتر از تنش تسلیم ماده باشد، نفوذ پلاستیک در قطعه به وجود نمی آید که در این شرایط تنش پسماند نیز وجود نخواهد داشت. مشخص شده است که بزرگ ترین تنش ها در نزدیکی سطح صفحه گسترش پیدا می کنند اما این تنش ها به سرعت کاهش یافته و در سطوح پایین تر تقریبا به صفر می رسند. ماده الاستیک-پلاستیک ایده آل فرض شده است. مطابقت خوبی بین نتایج محاسبه شده و عددی به دست آمده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری لیزری، تنش پسماند عرضی، آلیاژهای آلومینیوم، مدل سازی الاستیک، پلاستیک
  • مجید مرادی زیرکوهی صفحات 163-168
    در این مقاله، طراحی کنترل کننده تناسبی- انتگرالی- مشتقی (تام) بهینه بر مبنای «الگوریتم بهینه سازی اجتماع پرندگان با برون یابی» (ePSO) ارائه می شود. مزیت این روش جدید نسبت به روش های متداول در طراحی کنترل کننده این است که ارائه آن محدود به کلاس خاصی از سیستمها نیست. در طراحی کنترل کننده تام بهینه، مجموع زمان صعود، زمان نشست، فراجهش و انتگرال قدر مطلق خطا کمینه می شوند. سه نوع الگوریتم بهینه سازی اجتماع پرندگان ((sPSO، mPSO، ePSO با روش های دیگر بهینه سازی از جمله جامعه مورچه ها (Ant colony) مقایسه می گردند. تحلیل آماری نتایج، برتری الگوریتم جدید «بهینه سازی اجتماع پرندگان با برون یابی» (ePSO) را در تنظیم ضرایب کنترل کننده تام نشان می دهد. الگوریتم ePSO با الگوریتم های دیگر بهینه سازی اجتماع ذرات از آن جهت فرق می کند که نیازی به معادله سرعت ندارد و با به روز کردن موقعیت ذرات توسط برون یابی با همگرایی سریعتر و تعداد گام کمتر به جواب بهینه می رسد.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی اجتماع پرندگان، جامعه مورچه ها، کنترل کننده تام بهینه، برون یابی
  • محمد جعفری، حسین افشین، بیژن فرهانیه صفحات 169-179
    در این پژوهش، ضمن معرفی پارامترهای موثر درعملکرد فن های بدون پره، پروفیل مقطع فن که موثرترین و مهم ترین بخش طراحی این گونه فن ها می باشد،مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور اصلاح پروفیل مقطع فن بدون پره و نیز به دلیل شباهت زیاد اینمقطع به پروفیل ایرفویل،پنج پروفیل از بین ایرفویل های استاندارد با در نظر گرفتن پارامترهای مهم هندسی از جملهشعاع لبه حمله و بیشینه ضخامت ایرفویلانتخاب شده است که با هندسه ایرفویل اصلی فن مطابقت خوبی داشته اند. همچنین پنج ایرفویل به منظور ایجاد جریان هوای یکنواخت بعد از فن و جلوگیری از جدایش جریان و با در نظر گرفتن ملاحظات ساخت، طراحی شده است. با حل معادلات پیوستگی و مومنتوم برای جریان تراکم ناپذیر به کمک روش های عددی، جریان به صورتسه بعدی، مورد تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از تحلیل های انجام شده، مشخصات آیرودینامیکی ایرفویل های طراحی شده و ایرفویل اصلی فن بدون پره ترسیم و با یکدیگر مقایسه شده اند. با مقایسه نتایج و بررسی جریان روی ایرفویل ها و نیز در نظر گرفتن هندسه ساده جهت ساخت فن، ایرفویل ایپلر 473 برای طراحی فن انتخاب شده است. در ادامه با در نظر گرفتن ایرفویل ایپلر 473، فن بدون پره با قطر 30 سانتی متر، در اتاقکی با ابعاد 2×2×4 متر به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. به کمک شبیه سازی انجام شده، منحنی افزایش دبی فن به ازای دبی های ورودی مختلف ترسیم شده است. منحنی افزایش دبی فن، نشان می دهد که با افزایش دبی ورودی، میزان دبی خروجی به صورت خطی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فن بدون پره، پروفیل ایرفویل، شبیه سازیعددی سه بعدی، ضرایب برا و پسا
  • مجتبی طحانی، سعید شمس الدینی، سعید فراهت، علی ربانی صفحات 181-189
    در روزهای گرم، به دلیل توان مصرفی زیاد کمپرسور، استفاده از سیستم های تبرید تراکمی، سبب افزایش شدید مصرف انرژی می شود. با توجه به کمبود سوخت های فسیلی، کاهش مصرف سیستم های تبرید بسیار ارزشمند است. در این مقاله، به شبیه سازی ترمودینامیکی و ارائه طرحی پرداخته شده است که با افزودن اجکتور و جداکننده به یک سیکل تراکمی متداول، توان مصرفی کولر کاهش یابد. مقایسه نتایج، نشان می دهد که افزودن اجکتور به سیکل تراکمی متداول، بسته به نوع سیال و دمای کندانسور و اواپراتور می تواند تا 35 درصد کاهش مصرف انرژی به وجود آورد. نتایج، نشان می دهد که هرچه اختلاف دمای اواپراتور با کندانسور بیشتر شود و همچنین در اختلاف دمای یکسان کندانسور با اواپراتور، هرچه دمای اواپراتور کمتر باشد، کولر اجکتوری- تراکمی ضریب عملکرد بهتری نسبت به کولر متداول خواهد داشت. یکی دیگر از نکات مورد بررسی، تغییر ضریب عملکرد سیکل و میزان افزایش نسبت فشار برحسب نوع سیال است. نتایج تحلیل، نشان می دهد سیال آمونیاک، دارای کمترین مقدار بهبود ضریب عملکرد است، زیرا این سیال در شرایط مشابه، دارای کمترین میزان افزایش نسبت فشار است. همچنین R290 و R134a، دارای بیشترین مقدار بهبود ضریب عملکرد هستند؛ زیرا عمل این دو سیال همراه با بیشترین میزان افزایش نسبت فشار است.
    کلیدواژگان: کولر اجکتوری، تراکمی، کاهش مصرف انرژی، شبیه سازی ترمودینامیکی، ضریب عملکرد
  • بررسی آزمایشگاهی احتراق کم پیچش پیش آمیخته و اثر تغییر پارامترهای هندسی بر عملکرد آن
    سید ایمان پیش بین، محسن قاضی خانی، سید محمدرضا مدرس رضوی صفحات 191-204
    احتراق کم پیچش روشی کم هزینه و موثر را برای ایجاد پایداری در شعله های پیش آمیخته رقیق ارائه مید هد. پیش از این مطالعات متعددی در خصوص نحوه کارکرد مشعل های کم پیچش در شرایط مختلف فشار، سرعت مخلوط، نسبت هم ارزی و مشخصات هندسی متفاوت صورت گرفته و عدد پیچش به عنوان اصلی ترین پارامتر اثرگذار بر عملکرد این مشعل ها به صورت تابعی از ابعاد هندسی مشعل معرفی شده است. فاصله پیچنده از سر مشعل (فاصله درنگ) یکی دیگر از پارامترهای اصلی در طراحی مشعل های کم پیچش است که به طور مستقیم در کاهش نرخ پیچش اثرگذار بوده و تاثیر آن بر عملکرد مشعل و عدد پیچش در مطالعات گذشته مورد توجه قرار نگرفته است. در این تحقیق با برپایی یک بستر آزمون اثر تغییر فاصله پیچنده از سرمشعل در نسبت های هم ارزی مختلف بر توزیع دما و رژیم شعله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش فاصله درنگ موجب افزایش میزان برخاستگی شعله و افزایش بازه عملکرد پایدار آن می گردد. همچنین نتایج نشان می دهد شکل خاص شعله برخاسته حاصل از احتراق کم پیچش که کاسه ای و واگراست، موجب توزیع یکنواخت دما در داخل محفظه احتراق شده و همزمان موجب کاهش تولید آلاینده NOx می گردد.
    کلیدواژگان: احتراق کم پیچش، پیش آمیخته، پرش شعله، پیچنده
  • مدل سازی کوره دوار سیمان بر اساس مدل اسپنگ به منظور بررسی تولید CO2 در فرآیند تولید سیمان
    حبیب الله فاتح نوبندگانی، کیومرث مظاهری صفحات 205-216
    کوره های دوار سیمان به طور گسترده برای تبدیل خوراک خام به کلینکر مورد استفاده قرار می گیرند. مدل سازی کوره دوار سیمان با توجه به شرایط حاکم بر آن (شامل انتقال حرارت هدایت، جابجایی و تشعشع، واکنش های شیمیایی بین مواد جامد و جریان گاز و چرخش کوره) دارای معادلات دینامیکی پیچیده و غیرخطی می باشد. در تحقیق حاضر با اعمال یک مدل یک بعدی در حالت پایا مبتنی بر مدل اسپنگ رفتار فرآیندهای درون کوره دوار سیمان تحلیل شده است. با توجه به اینکه مدل اسپنگ بیشینه دمای درون کوره را بالا پیش بینی می کند، در کار حاضر با اعمال سینتیک دو مرحله ای کلی متان و محاسبه انرژی احتراق بر اساس آن توزیع دمای جریان گاز درون کوره دقیق تر پیش بینی شده است. همچنین با توجه به اینکه تولید گاز گلخانه ای CO2 در فرآیندهای درون کوره (در واکنش های مواد بستر و واکنش های درون محفظه احتراق) حائز اهمیت می باشد، در کار حاضر مقدار تولید CO2 از واکنش احتراق با اعمال سینتیک دو مرحله ای کلی متان برای سوخت و از واکنش مواد بستر برای سینتیک های 6 و 7 مرحله ای مواد بستر محاسبه و بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که تقریبا نیمی از تولید CO2 از واکنش های مواد بستر و نیمی دیگر از واکنش های احتراقی تولید می شوند.
    کلیدواژگان: کوره دوار سیمان، مدل اسپنگ، مدل سینتیکی، تولید CO2
|
  • Seyyed A. Zahiripour, A. A. Jalali Pages 1-15
    In this paper, a new method for extracting sliding surface has been presented about a linear system with parametric uncertainties with known bound. In the proposed method, common signal of first order sliding mode control has been applied to the system and then the sliding surface is extracted as a virtual controller with the aim of minimizing a cost function. The main advantage of the proposed method is the possibility of setting the distance of the state trajectory from the sliding surface setting one of the design parameters. Thus, It is possible to near the ultimate goal of sliding mode control, i.e. staying the state trajectory on the sliding surface, without increasing the degree of sliding mode control, while the amount of used energy will be controlled, too. In order to show the efficiency of the method, a quarter car active suspension system has been chosen and the proposed method in the selection of position subsystem sliding surface is used.
  • M. M. Fateh, M. Abedinzadeh Shahri Pages 17-27
    A mobile manipulator robot is known as a complex system due to some properties such as coupling between the manipulator and mobile chassis, holonomic and nonholonomic constraints, multivariable and nonlinear dynamics. The control of robot faces the external disturbance, parametric uncertainty and unmodeled dynamics. Therefore, the use of an adaptive fuzzy system is suggested for its capability in overcoming uncertainties and approximating of nonlinear functions based on the universal approximation theorem. However, the tracking error does not converge asymptotically to zero due to the approximation error of the fuzzy system. This paper presents a novel adaptive fuzzy control for a mobile manipulator robot. The novelty of paper is compensating the approximation error of fuzzy system for asymptotic convergence in tracking the desired trajectory in the presence of uncertainties. For this purpose, the closed loop system in the error space converges to a linear system with poles having negative real parts. The control design consists of two parts; the kinematic control and dynamic control in which the novelty is for the dynamic control. The dynamic modeling and motion control of the nonholonomic wheeled mobile manipulator robot is considered in this paper. Advantages of the proposed design are the simplicity and very good performance in tracking of the desired trajectory in the presence of uncertainties. The stability of control system and convergence to the desired trajectory are proven by the Lyapunov method. The simulation results show the superiority of the proposed control over a robust adaptive control.
    Keywords: Biomechanics, Heat, Mass Transfer, control
  • B. Hassani, Seyed M. Tavakkoli, M. Ardiani Pages 29-41
    This article is devoted to the derivation of formulation and isogeometric solution of nonlinear incompressible elastic problems, known as incompressible hyperelasticity. After problem definition, the governing equations are linearized for employing the Newton-Raphson iteration method. Then, the problem is discretized by using concepts of isogeometric analysis method and its solution algorithm is devised. To demonstrate the performance of the proposed approach, the obtained results are compared with finite elements. Due to large deformations in this kind of problems, the finite element method requires a relatively large number of elements, as well as the need for remeshings in some problems, that results in a large system of equations with a high computational cost. In the isogeometric analysis method, using B-Spline and NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions provides us with a good flexibility in modeling of geometry without any need for further remeshings. The examples studied in this article indicate that by using the isogeometric approach good quality results are obtained with a smaller system of equations and less computational cost. Also, influence of Gauss integration points for the incompressible materials are investigated.
    Keywords: Ceep, Fatigue, Failure
  • S.M.R. Khalili, R. Ghajar, M. Yarmohammad Tooski, R. Alderliesten Pages 43-56
    In this study, an experimental investigation of repeated low velocity impact is performed on GLARE using drop weight testing machine. After the first impact on the plate, the second impact energy decreases and stays constant until the last impact. Damage due to repeated impact is investigated using visual inspection and C-scan. Three categories namely, no damage, small damage and serious damage are happened as a result of the first impact on the plate. The number of impacts required for the penetration is increased with decrease of the second impact energy. The threshold limit energy is defined as the maximum impact energy in repeated impact after the first impact which causes no damage on the specimen. For the successive impact energy larger than the threshold limit energy, the number of impacts becomes important, while for the successive impacts energies smaller than threshold limit energy, the number of impact has inconsiderable effect on damage occurrence.
    Keywords: Repeated impact, Glare5, C, scan, Threshold energy, penetration
  • V. Sarvestan, H. R. Mirdamadi, M. Ghayour Pages 57-70

    In this article, a spectral finite element (SFE) formulation and its solution are described for free and force vibrations of cracked Euler-Bernoulli beam. The formulation based on SFE algorithm includes deriving partial differential equations of motion, spectral displacement field, dynamic shape functions, and dynamic stiffness matrix. Frequency-domain dynamic shape functions are derived from an exact solution of governing wave equations. The cracked beam with an open crack is modeled as two segments connected by a massless rotational spring at the crack position and frequency-domain dynamic stiffness matrix for cracked Euler-Bernoulli beam is extracted. By considering free vibration of the cracked beam, its natural frequencies are derived for different boundary conditions. In the SFE model, It is possible to represent the whole length of beam only by two spectral elements, while it may not be possible to do that in finite element (FE) model, for reaching the same order of accuracy. The accuracy of results obtained from SFE formulation is compared with that of either FE method or analytical formulations. The SFE results display remarkable superiority with respect to those of FE, for reducing the number of elements as well as increasing numerical accuracy.

    Keywords: Spectral finite element method, Cracked beam, Euler, Bernoulli theory, Dynamic shape function, Dynamic stiffness matrix
  • M. Rezaee, Gh. Fattahi Pages 71-81
    MAFVRO is one of the out-put only modal analysis methods which is able to determine the modal parameters of a vibration system through the free vibration responses. It is worth to note that most of the vibration systems are subjected to random excitations. Therefore, in such cases, the traditional MAFVRO cannot extract the modal parameters. In this study, the mentioned method is developed to randomly excited vibration systems. Then, the modified MAFVRO is applied to a randomly excited vibration system. The random excitation has been considered as a set of white noises which are applied to all masses of a discrete system. Then by employing the developed method, the estimated results have been compared with those obtained through the structural eigenvalue problem. Comparing the results reveals that the developed method can give the natural frequencies and mode shapes of a randomly excited system with a good accuracy, but it estimates the damping ratios lower than their exact values. In addition, the effect of the noise on the accuracy of the estimated modal parameters have been investigated.
    Keywords: Damped vibration system, Modal Analysis, the structural eigenvalue problem, Initial excitation, random excitation
  • M. Ettefagh, H. Akbari Pages 83-97
    Nowadays, damage diagnosis of the engineering structures, applying vibration signal for early damage identifying during normal operation of the structure or after some disasters such as earthquake are very important from academic and technology viewpoints. Among different methods, proposed for damage diagnosis of the structures, the methods, based on FE model updating using modal analysis features are very important because of its practicability such that there are many researches in this field. Also because of node measurement limitations in real structures, model reduction is accompanied with damage detection methods. In addition for on-line applications of the mentioned methods for structural health monitoring with complex and intensive FE modeling, speed and accuracy increasing has attracted many researchers’ attentions. In this paper one of new model updating methods, which is lately proposed and proved to be accurate and fast, are applied for designing a damage diagnosis method. A beam, modeled with FE, has been considered with artificial damage on it is simulated in MATLAB for studying the proposed methods’ abilities and the noise effects on the method was studied exactly. Additionally, for studying the capability of the method in practice, the proposed method was applied on laboratory beam and the results were studied.
    Keywords: Structural Damage Diagnosis, Modal Analysis, Model Updating, Model Reduction
  • A.R. Shaterzadeh Pages 99-109
    In this paper, thermo mechanical buckling of functionally graded plates (FG Plates) with circular cutout and subjected to combined thermal and mechanical loads are investigated by Finite Element Method (FEM). Unlike other studies in which the plate is subjected to only one type of loading at once, in present study it was assumed that mechanical and thermal loads are applied simultaneously. The material properties are assumed to vary across plate thickness according to power law distribution of the volume fraction of constituents. The plate formulation is based on first order shear deformation theory (FSDT) and element stiffness matrices are derived based on principle of minimum potential energy. A flexible mesh generation algorithm is prepared in which the mesh density around the hole can be controlled easily. After validating the results of developed finite element code with those available in the literature the effect of boundary conditions in edges of plate and cut out, plate aspect ratio and cut out size on thermo mechanical buckling behavior of FG plates are studied thoroughly and stability boundary graphs are presented. Finally useful conclusions are presented.
    Keywords: Thermo, mechanical Buckling, FG plates, Stability Boundary, Circular cut out
  • Kh. Khalili, M. Vahidnia, S. Khishe Pages 111-122

    In the current paper a new method is introduced to analyze and measure the cracks dimensions in solid materials such as mechanical tools and bricks. Since the cracks do not have a regular or predictable shape, in order to achieve the exact dimensions of such cracks, the conventional mathematical formulas are by no means applicable. Hence, while studying different crack analyzing methods, we argue on their faults and limits and propose our method which aims to measure the crack dimensions in a solid object by utilizing machine vision, image capturing and image processing techniques. We define new algorithms and perform picture scaling in real dimensions and analyze the acquired data to obtain the most precise results. This optimal machine vision technique is performed in two different ways. The first method is based on the measurement of the length of the image skeleton, while the second technique is based on measuring the half of the perimeter of the crack’s image. After obtaining the measurements, we optimize the results with the help of some pre-defined algorithms. It is shown that our proposed algorithms provide a reliable method which can be used to measure any crack dimensions. Also, we apply these techniques on a sample brick with some random cracks on it. After gaining the binary images, filters are applied to gain the best results among all images.

    Keywords: Measurement of Crack, Image Processing, Skeleton, Pruning
  • A. Abbaszadeh Bidokhti, A. R. Shahani Pages 123-137
    In the present study, a mixed mode fracture specimen was simulated by the extended finite element method. For this, a specimen called "Diagonally loaded square plate" was selected. For this specimen, experimental test results are available. The loading process including the fracture and crack growth is simulated. Displacement control loading is considered. The crack growth increment and direction are determined using the fracture criteria. Various test specimens are simulated using a model with the fixed mesh. Therefore, computation costs has decreased dramatically. Furthermore, numerical integration in the enriched elements is studied and the optimum number of gauss points in these elements are determinrd. Comparing the results of the extended finite element method with the experimental data show that the critical fracture load and the stress intensity factors at the fracture moment differ less than 10%. Furthermore, there is a convincing agreement between the crack growth path in the experimental test results and numerical analysis by the extended finite element method.
    Keywords: Diagonally loaded square plate, Mixed mode fracture, Extended finite element
  • H. Ghaforian Nosrati, M. Gerdooei, M. Falahati Naghibi Pages 139-151

    In present research, the numerical and experimental investigation of progressive ductile damage has been conducted in free bulging of 304 stainless steel seamed tube using oil pressure. In the numerical section, using the Lagrangian finite element method with ABAQUS/Explicit solver, the seam weld simulated as a thin strip, contains non-homogeneity factors of strength and formability. Forming Limit Diagram (FLD) criterion was used as a measure of damage initiation, as well as effective plastic displacement factor with linear approach in order to model damage evolution. In the experimental section, tensile test of tube has been conducted to attain mechanical properties and also tube free bulging has been perform. Maximum bulging diameter of tube and critical pressure were recorded at the moment of bursting. In numerical analysis, the effect of material non-homogeneity factor on critical pressure, also the outcome of effective plastic displacement on the maximum bulging diameter investigated and compared with experiments. Finally, the optimum values of non-homogeneity factor and effective plastic displacement obtained respectively equal to 0.9 and 0.05. Using these factors, the accuracy of numerical prediction for tube diameter and oil pressure at bursing moment were more than 99%.

    Keywords: Ductile Damage Criterion, Hydro, Bulging, Forming Limit Diagram, Seamed Tube
  • V. Nategh, S. Rash Ahmadi, K. Karimi Pages 153-162

    An appropriate joining technology is the laser beam welding process, because of its low localized energy input leading to low distortion, high strength of the joint and high processing speeds. The growing of aircraft industry in reducing the weight of aerospace structure has led the introduction of laser beam welding into the fabrication of aerospace structure with stiffeners, instead of riveted joints. In the present paper an analytical model for calculation of the residual stresses induced by laser welding is proposed and numerically validated. The aim of this work is to study the transverse residual stress distribution of plates made of an aluminum alloy 6061-T6, which is used for fabrication of fuselage panels. The results show that, if the maximum stress amount induced in the workpiece does not exceed the material yield stress, no plastic penetration will occur and there will be no residual stress. It was found that high stresses are developing close to the plate surface while these stresses decrease rapidly to almost zero values at the lower surface. An ideal elastic-plastic material curve was assumed. Good accordance is found between the calculated and numerical results.

    Keywords: Laser beam welding, transverse residual stress, Aluminum alloys, Elastic, plastic modeling, aerospace structures
  • M. Moradi Zirkohi Pages 163-168
    In this paper, designing optimal PID controller using modified particle swarm optimization is presented. The advantage of this new method compared to conventional methods of controller design is that it is not limited to a certain class of systems. In designing phase, sum of rising time, settling time, overshoot and integral of squared-error are minimized. There kind of particle swarm optimization algorithms such as ePSO, mPSO and sPSO are compared with other methods of optimization including Ant Colony. The results clearly show how superior the new proposed method is to the other methods. The proposed method differs from the other optimization algorithms in such a way that, the proposed algorithm does not need a velocity equation. The position of the particle is updated directly by extrapolating the current particle position with the global best particle position obtained so far.
    Keywords: Particle swarm optimization, Ant Colony, Optimal PID controller, Extrapolating
  • M. Jafari, H. Afshin, B. Farhanieh Pages 169-179
    In the present investigation, in spite ofintroducing the effective parameters in the Bladeless fan performance,the profile of fan cross section was studied precisely because it is the most important sectionof designing this kind of fan. In order to modify the fan cross section and by considering the similarity of bladeless fans to airfoils, five profiles were chosen among the standard airfoil profiles by considering the important geometric parameters such asradius of leading edge, maximum thickness of airfoil compatible with the original airfoil. In addition, five profile were designed to create uniform airflow in front of fan and to prevent the separation of flow as well as the manufacturing criteria. By solving the momentum and continuity equations for incompressible fluid, the flow was analyzed numerically in 3D form. The aerodynamic characteristics of the designed airfoils and the original airfoil of the Bladeless fan wereindicated and compared to eachother.The fan was located in the centerof a 4×2×2m room and Eppler473 airfoil profile was used as the cross section of this fan.Accoring tothe obtainednumerical results, the flow increase curve of the fan versus different inlet flowrate was depicted. The flow increase curve shows that the outlet flow rate increasedlinearely by increasing the inlet flow rate.
    Keywords: bladeless fan, volume flow rate, 3D simulation, drag, lift coefficient
  • M. Tahani, S. Shamsodini, S. Farahat, A. Rabani Pages 181-189
    On hot days, due to the high power consumption of the compressor, using the refrigeration cycles cause to increase in energy consumption. According to lack of fossil fuels, refrigeration consumption reduction is very valuable. In this paper, simulation and design of a refrigeration cycle are presented that ejector and separator added to a conventional compression cycle. These changes, can reduce the power consumption of refrigerator. Comparison results show with the addition of ejector to conventional compression cycle, depending on the type of fluid and the temperature of the condenser and evaporator, lead to energy saving up to 35%. Also, whatever temperature difference between evaporator and condenser increases, or at the same temperature difference between the condenser and the evaporator, as lower evaporator temperature, coefficient performance of ejection-compression cooler is better than conventional refrigerant. In comparision between working fluids, Ammonia has the minimum coefficient of performance improvement and one reason for increased compression ratio is that this fluid has the lowest increasing compression ratio. The result show that R290 and R134a have the highest improvement coefficient of performance because the operation of these fluids associated with the highest increasing compression ratio.
    Keywords: Ejector, Expansion Cooler, reduction in Energy consuption, Thermodynamic Simulation, COP
  • Experimental investigation on low swirl premixed combustion and effects of geometrical parameters on its performance
    Seyyed I. Pishbin, M. Ghazikhani, Seyyed M. R. Modarres Razavi Pages 191-204
    Low swirl burner provides an effective and low cost solution for stable lean premixed combustion. Several studies have been conducted on the performance of these burners in different pressures, temperatures, capacities, mixture velocities and equivalence ratios. The main design parameters of low swirl burners are the swirl number and the recess length. The objective of this paper is the investigation of recess length effects on the burner performance. A rig test has been established and utilized to study the effects of different equivalence ratios and recess lengths on the temperature distribution and flame regime of low swirl burners. Results revealed that increasing the recess length causes the increase in axial bulk velocity and hence the lifted flame would be stable in wider range of equivalence ratios. Observations also show the significant effect of the specific divergent flame regime of low swirl burners on result in uniform temperature distribution inside the combustion chamber and lower NOx production.
    Keywords: Low Swirl Combustion, Premixed, Blow off, Swirler