فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال پنجم شماره 3 (پاییز 1394)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال پنجم شماره 3 (پاییز 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/11/12
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سید بهرام بهشتی اول، وحید محسنیان، نفیسه نیک ور صفحات 1-15
    ضرورت منظم بودن سازه های بتنی قالب تونلی در پلان و ارتفاع، علی رغم تسریع روند ساخت و تضمین کیفیت بالاتر، محدودیت های زیادی از نظر طراحی معماری بدنبال داشته و در عرصه هایی که امکان ساخت به صورت متقارن وجود نداشته باشد، کاربرد این سیستم را محدود می سازد. فقدان مقدار مشخصی برای ضریب رفتار در آیین نامه های فعلی زلزله نیز، از چالش های مهم در طراحی این سازه ها است. در این مطالعه به بررسی رفتار لرزه ای دو سازه قالب تونلی 5 و10 طبقه با پلان نامنظم پرداخته شده و ضرایب رفتار طلب و ظرفیت، به ترتیب بر اساس میزان تقاضای زلزله و ظرفیت سازه محاسبه شده اند. مهمترین وجه مشخصه این مطالعه، بیان چند سطحی ضریب رفتار و استخراج آن با توجه به میزان تقاضای زلزله و میزان آسیب قابل قبول به عنوان سطوح عملکردی مورد انتظار در طراحی سازه می باشد. همچنین بررسی های ادبیات فنی موجود نیز مبین فقدان مطالعات کافی در ارتباط با مشخصات لرزه ای این نوع از سازه های قالب تونلی می باشد. ارائه منحنی های شکنندگی به کمک تحلیل دینامیکی افزایشی و برآورد نسبت فرکانس های غیر همبسته برای مدل های مورد بررسی نیز از دیگر دستاوردهای این پژوهش است. نتایج حاکی از ظرفیت و مقاومت بالای سیستم و نیز رفتار نرم پیچشی این سازه ها به علت وجود نامنظمی در آنهاست. با توجه به اینکه هر دو سازه در زلزله طرح، در سطح عملکردی قابلیت استفاده بی وقفه قرار گرفتند، به نظر می رسد ضابطه ضرورت منظم بودن سازه های قالب تونلی در پلان، حداقل برای مدل های مورد مطالعه سختگیرانه و محتاطانه می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم قالب تونلی، پلان نامنظم، ضریب رفتار، منحنی های شکنندگی، نسبت فرکانس های غیر همبسته
  • محمد مهدی فاتح، حسین اسراری، سعید خراشادی زاده صفحات 17-26
    محرکه های ربات در فضای مفصلی کار می کنند ولی مجری نهایی ربات در فضای کار کنترل می شود. به همین دلیل، در طراحی سیستم کنترل بازوی رباتیک در فضای کار از ماتریس ژاکوبین برای تبدیل فضای مفصلی به فضای کار استفاده می شود. استفاده از ماتریس ژاکوبین غیر دقیق در قانون کنترل و حضور عدم قطعیت ها شامل عدم قطعیت پارامتری، دینامیک مدل نشده و اغتشاش خارجی، باعث تضعیف عملکرد سیستم کنترل می شود. در این مقاله، برای نخستین بار طرح کنترل حالت لغزشی فازی تطبیقی غیر متمرکز با راهبرد کنترل ولتاژ در فضای کار برای بازوی رباتیک ارائه می گردد. این طرح کنترلی ساده بوده و به مدل ربات بستگی ندارد و در برابر عدم قطعیت ها مقاوم است. این مزایا به دلیل استفاده از روش کنترل ولتاژ به جای روش مرسوم کنترل گشتاور به دست آمده است. سیستم مورد مطالعه، یک بازوی هنرمند مجهز به موتورهای DC مغناطیس دائم می باشد. به منظور تایید روش پیشنهادی، تحلیل پایداری و نتایج شبیه سازی و مقایسه با یک روش مبتنی بر گشتاور ارائه می شوند. نتایج شبیه سازی کارآمدی روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کنترل حالت لغزشی، کنترل فازی تطبیقی، راهبرد کنترل ولتاژ، کنترل فضای کار، ربات هنرمند
  • سید حسن قرشی، بهنام معتکف ایمانی * صفحات 27-38

    پره توربین بادی از مواد کامپوزیتی ساخته می شود و در معرض بارهای تصادفی نوسانی قرار می گیرد. انجام آزمون های پره کامل توربین بادی به دلیل اهمیت پره، رفتار پیچیده مواد کامپوزیتی به کار رفته و بارگذاری نوسانی با دامنه متغیر، الزامی می باشد. سازندگان برای اطمینان از تحمل بارهای وارده باید آزمون های استاتیکی و خستگی پره کامل توربین بادی را مطابق با استانداردهای بین المللی انجام دهند. در این پژوهش دستگاه آزمون پره توربین بادی کوچک که توانمندی انجام آزمون های استاتیکی و خستگی مطابق با استانداردهای بین المللی را دارد، معرفی گردیده است. واحد کنترل این دستگاه برای انجام آزمون خستگی با بارگذاری بلوکی در محدوده فرکانس 1تا 3 هرتز ارتقا داده شده است. کنترلگرهای تناسبی-انتگرالی و مقاوم برای دستگاه طراحی و تحلیل شده اند. به علت عدم کارایی مناسب کنترلگرهای طراحی شده در ردیابی سیگنال مرجع، کنترلگر تطبیقی پیشخور بر مبنای الگوریتم زمان بندی بهره طراحی و به کنترلگر مقاوم اضافه شده است. کنترلگر مقاوم باعث جبران عدم قطعیت ناشی از عدم مدل سازی دینامیک فرکانس بالای سیستم و حذف اثر نویز اندازه گیری می گردد. کنترلگر تطبیقی عدم قطعیت فرکانس پایین سیستم را جبران می کند. آزمایشات متعدد انجام شده در محدوده فرکانسی مورد نظر موید صحت عملکردی واحد کنترل توسعه یافته می باشد.

    کلیدواژگان: آزمون پره، خستگی، بارگذاری بلوکی، کنترل مقاوم، کنترل تطبیقی
  • مصطفی باغانی، محمدرضا ذاکرزاده، مجید بنی اسدی صفحات 39-50
    در این مقاله تغییر شکل پلاستیک وابسته به دما و نرخ کرنش مواد در آزمایش برخورد صفحات، به کمک روش های عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مدل سازی، استفاده از مدل های گوناگون کارسختی، مدول برشی و شکست دینامیکی برای به دست آوردن نزدیک ترین نتایج به نتایج آزمایشگاهی می باشد. کاربرد آزمایش برخورد صفحات، بررسی رفتار مواد در نرخ کرنش های بالا در حالت ایده آل کرنش تک محوره می باشد. به کمک این آزمایش می توان مدل های ارائه شده گوناگون در زمینه رفتار مواد از قبیل مدل های کارسختی و شکست دینامیکی را اعتبارسنجی نموده و برخی ضرایب مادی مورد نیاز را استخراج نمود. برای شبیه سازی عددی مساله از روش گسسته سازی عددی حجم محدود با میدان جابجا شده روی مکان و زمان فون نیومن استفاده شده است. همچنین از لزجت مصنوعی به منظور کاهش جهش ناگهانی و غیر واقعی در مقادیر تنش یا کرنش بین سلول های ماده استفاده می گردد. مدل های کارسختی استفاده شده عبارتند از مدل الاستوپلاستیک کامل، جانسون- کوک (JC) و زیریلی-آرمسترانگ (ZA). همچنین از مدل تالر-باچر بهبودیافته نیز برای مدل سازی رفتار شکست دینامیکی ماده استفاده شده است. در این مقاله، در سه مثال اثر تغییر معادله ساختاری کارسختی و مدول برشی بر جدایش، در برخورد صفحه پرتابه و صفحه هدف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و همچنین دو روش مدل سازی عددی به کمک مدل های دیگر مقایسه شده است. از بین مدل های بررسی شده در این مقاله، استفاده از معادله ساختاری JC و مدل شکست تالر-باچر بهبود یافته و رابطه مدول برشی اشتاینبرگ منجر به نتایج دقیق تری شده است.
    کلیدواژگان: آزمایش برخورد صفحات، پدیده جدایش، نرخ کرنش، امواج الاستوپلاستیک
  • محمدحسن شجاعی فرد، ابوالفضل خلخالی، روزبه کلانتری صفحات 51-64
    تابع هدف در تصادف خودرو، مساله تغییر شکل سازه خودرو به شکلی کاملا منظم و کنترل شده بدون آسیب رسیدن به فضای سرنشین می باشد. به این منظور سازه خارجی محفظه سرنشین، بایستی جهت جذب انرژی تصادف و کاهش نیروی منتقل شده به سرنشینان، دچار لهیدگی گردد. در این مقاله در فرایند طراحی ابتدا طرح بدنه منفصل خودرو در نرم افزار CATIA مدل سازی شده، سپس توسط نرم افزار پیش پردازش Hyper mesh المان بندی شده است و در نهایت در نرم افزار Pam Crash، پس از تعریف جنس های مناسب، اتصالات استاندارد تماس بین قطعات، بارگذاری به صورت سرعت اولیه برای مانع تغییر شکل پذیر برخورد کننده به پانل جانبی خودرو تعریف شده است. بدنه منفصل مورد بررسی بر اساس پوسته خارجی محصول کلاس B پلتفرم ملی در پژوهشکده مهندسی خودرو طراحی شده است و تحلیل های این مقاله بخشی از فرایند توسعه محصول جدید در پروژه پلتفرم ملی می باشد. خروجی های مورد نیاز از قبیل جابجایی، سرعت، شتاب، انرژی و نیروی مقطعی از آن استخراج شده است. سپس نتایج حاصل از تحلیل ها با اهداف پیش بینی شده مقایسه شده اند. همچنین تغییر ضخامت و جنس پانل جانبی مورد بررسی قرار گرفته شده است. بر طبق داده های بدست آمده و با مقایسه این نتایج و ضخامت مناسب برای قطعه پانل جانبی استخراج شده است.
    کلیدواژگان: بدنه خودرو، اجزا محدود، جذب انرژی، تست تصادف
  • مهدی نیلی احمدآبادی، هانی مخبر ملکی صفحات 65-77
    در این مقاله، طراحی یک بعدی کمپرسور گریز از مرکز به همراه طراحی معکوس مجرای خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری انجام می گیرد. در این طراحی، کلیه ابعاد اولیه اجزاء کمپرسور گریز از مرکز شامل پروانه، دیفیوزر شعاعی پره دار، خم 90 درجه و دیفیوزر محوری محاسبه می گردد. به منظور ارزیابی نتایج، پس از مدل سازی هندسه و تولید شبکه، میدان جریان سه بعدی در کل کمپرسور توسط نرم افزار سی اف ایکس تحلیل عددی می شود. شبیه سازی عددی نشان می دهد، تلفات شدیدی در خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری به علت انحنای شدید آن وجود دارد. به منظور دستیابی به کمترین تلفات در خم 90 درجه، طراحی آیرودینامیکی مجرای خم 90 درجه با استفاده از روش طراحی معکوس انجام می شود. در مرحله اول، با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس گلوله-اسپاین و نرم افزار سی اف-ایکس، قابلیت اصلاح هندسه مجرای خم 90 درجه ایجاد می شود. سپس با بهبود توزیع فشار دیواره بالا و پائین و اعمال آن به کد طراحی معکوس، هندسه اصلاح می شود. در نهایت، کمپرسور طراحی شده با خم 90 درجه اصلاح شده تحلیل می شود. نتایج نشان می دهد نسبت فشار کل و بازده کل به کل به ترتیب در حدود 3 و 4 درصد افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: کمپرسور گریز از مرکز، طراحی یک بعدی، طراحی معکوس، گلوله، اسپاین، شبیه سازی عددی سه بعدی
  • ابوذر میرزاخانی، بهروز حسنی، احمد گنجعلی صفحات 79-91
    در این پژوهش برای اولین بار در تحلیل ایزوژئومتریک به بهبود شبکه نقاط کنترلی بر مبنای خطای برآورد شده از روشی مبتنی بر بازیافت تنش پرداخته شده است. در ابتدا از الگوریتم برآورد خطا مبتنی بر بازیافت تنش، برای یافتن نرم خطای انرژی هر المان استفاده شده است. سپس با تعریف میله هایی بین نقاط کنترلی، مقادیر تخمینی خطا در مجاورت نقاط کنترلی، به عنوان گرادیان حرارتی به هر میله تخصیص داده شده است. به این ترتیب، پس از تحلیل شبکه میله های فرضی که دچار تغییر دما شده اند، آرایش جدیدی از نقاط کنترلی و بردارهای گرهی حاصل می شود که بکارگیری این روند در چند سیکل در تحلیل ایزوژئومتریک، منجر به توزیع بهتر خطا در دامنه و در نتیجه حصول شبکه ای بهینه برای محاسبه انتگرال ها خواهد شد. به منظور سنجش کارایی این روش، نتایج حاصل از مدل سازی و تحلیل دو مساله الاستیسیته، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش بهبود شبکه ابداعی در کاهش میزان خطا موثر بوده، می تواند جهت افزایش دقت نتایج تحلیل ایزوژئومتریک، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، نقاط کنترلی، حل تطبیقی، نرم خطا
  • امیر احسانی، جلیل رضایی پژند صفحات 93-100
    در این مقاله به مقایسه رفتار کمانشی و ارتعاشی صفحات ساخته شده از سازه های مشبک کامپوزیتی، (Composite Grid)، پرداخته شده است. به این منظور چهار صفحه با وزن یکسان و هندسه ی مشابه با استفاده از چهار ساختار شناخته شده سازه های مشبک طراحی گردیده اند. سپس با استفاده از روابط سازه های مشبک، ماتریس سفتی خمشی که پارامتر تعیین کننده ای در رفتار کمانشی و ارتعاشی صفحات متقارن است، بدست آمده است. با استفاده از روش ریلی- ریتز، بارهای کمانشی تک محوری و برشی و همچنین فرکانس های ارتعاشات آزاد محاسبه شده است. جهت بررسی تاثیر جهت گیری تقویت کننده ها، در هر صفحه راستای تقویت کننده ها تغییر داده شده و به این ترتیب راستای جهت گیری بهینه هر ساختار مشبک معین گردیده است. در نهایت رفتار سازه های فوق، با یک صفحه چندلایه ی کامپوزیتی هم وزن نیز مقایسه شده است. نتایج عددی بدست آمده نشان می دهند، در وزن یکسان، تغییر همزمان نوع شبکه و زاویه ی جهت گیری، تاثیر بسزائی در سفتی خمشی و در نتیجه رفتار کمانشی و ارتعاشی صفحات مشبک خواهد داشت.
    کلیدواژگان: سازه های مشبک، کمانش، فرکانس ارتعاشات آزاد، کامپوزیت
  • امید عاصمی، محمدباقر نظری صفحات 101-112
    در این مقاله، ضریب شدت تنش برای استوانه ای شامل، یک ترک محیطی کامل تعیین شده است که تحت شوک حرارتی غیرفوریه ای (هذلولوی) قرار دارد. معادلات حاکم، غیرکوپل در نظر گرفته شده، ضریب شدت تنش مود I با روش تابع وزنی استخراج شده است. حل تحلیلی معادله هدایت گرمایی با روش تبدیل هنکل محدود بدست آمده با روش جداسازی متغیرها مقایسه شده است. نتایج، رفتار متفاوت ترک تحت شوک حرارتی هذلولوی، نسبت به مدل فوریه را نشان می دهد. در ترک های کوتاه، ضریب شدت تنش بیشینه برای مدل های فوریه و هذلولوی تقریبا برابر است؛ اما در ترک های با طول بیشتر، ضریب شدت تنش مدل هذلولوی از مدل فوریه، به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر است؛ همچنین در مدل هذلولوی، ضریب شدت تنش بیشینه در هر لحظه قبل از رسیدن پیشانی موج به سطح خارجی برای ترکی اتفاق می افتد که پیشانی موج تنش در موقعیت نوک آن قرار دارد.مطابق نتایج، در نظر گرفتن مدل مناسب هدایت گرمایی در طراحی سازه ها تحت بار حرارتی گذرا، اهمیت ویژه ای دارد.
    کلیدواژگان: ضریب شدت تنش، هدایت گرمایی غیرکلاسیک، تبدیل هنکل محدود، روش تابع وزنی، استوانه جدار ضخیم
  • امیرحسین ربیعی، میعاد جراحی، سید محمد هاشمی نژاد صفحات 113-124
    در این مقاله یک شبیه سازی مشرک و همزمان بین نرم افزارهای متلب و فلوئنت به منظور کنترل فعال استوانه دایره ای دو درجه آزادی با تکیه-گاه های الاستیک که آزادانه در جهات طولی و عرضی حرکت می کند، انجام شده است. هدف کنترل کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه های استوانه می باشد. فرکانس طبیعی سیستم نوسانی بصورتی تنظیم شده است که با فرکانس دنباله گردابه های استوانه ثابت مطابقت داشته باشد. شبیه سازی مشترک به وسیله ی ارتباط همزمان کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر که در متلب/سیمولینک ایجاد شده به مدل سیستم تحت کنترل که در فلوئنت ساخته شده با هدف محاسبه نیروی کنترلی مورد نیاز برای کاهش کامل ارتعاشات عرضی استوانه انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده ی کارایی بسیار بالای الگوریتم کنترلی در کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه های استوانه می باشد. پس از اینکه کنترل کننده شروع به فعالیت می کند، ارتعاشات عرضی و طولی استوانه و همچنین مقادیر ضرایب لیفت و دراگ بطور قابل توجهی کاهش پیدا کرده اند. همچنین دنباله گردابه های پشت استوانه که در حالت کنترل نشده در ناحیه دوردست به هم چسبیده می باشند با روشن شدن کنترل کننده از یکدیگر جدا شده و به دنباله ای با گردابه های ضعیف تر تغییر می کنند.
    کلیدواژگان: کنترل تعامل جریان، سازه، ارتعاشات حاصل از گردابه ها، استوانه الاستیک، شبیه سازی مشترک
|
  • S.B. Beheshti Aval, V. Mohsenian, N. Nikpour Pages 1-15
    The necessity of being regular in plan and elevation of concrete tunnel form buildings in spite of accelerating the manufacturing process and high quality assurance, following several limitations in architectural design and puts limits on the application of this system in areas where there is no possibility of symmetrical construction. Loss of R-factor in the current earthquake regulations is a major challenge in design of these structures. In this study, the seismic behavior of two-tunnel form structures with 5 and 10 stories with irregular floor plans is investigated and the demand/ capacity behavior factor, based on seismic demand and capacity of structure have been calculated respectively. The most distinctive feature of this study is multi-level definition of the behavior factors and their extraction with respect to seismic intensity, and accepted damage level as expected performance levels in designing structure. Moreover surveying literature showed that the lack of adequate study of seismic characteristic of this type of tunnel form buildings. Also, uncoupled frequency ratios and fragility curves are determined for studied models by incremental dynamic analysis (IDA). The results show high capacity of the system and flexible torsional behavior of the structures due to their irregularity. Since both structures are placed in the immediate occupancy performance level in design earthquake, it seems that criteria which necessitate tunnel form structures to be regular in plan, are strict and prudent for the studied structures.
    Keywords: Tunnel Form System, Irregular Plan, Response Modification Factor, Fragility Curves, Uncoupled Frequencies Ratio
  • Mohammad Mehdi Fateh, H. Asrari, S. Khorashadizadeh Pages 17-26
    Actuators of robot operate in the joint-space while the end-effector of robot is controlled in the task-space. Therefore, designing a control system for a robotic manipulator in the task-space requires the jacobian matrix for transforming joint-space to task-space. Using an imprecise Jacobian matrix and the presence of uncertainties degrade the control performance. Uncertainties include the parametric uncertainty, unmodelled dynamics and external disturbance. In this paper, a novel decentralized adaptive fuzzy sliding mode control approach in the task-space is presented using the voltage control strategy. The control design is simple, free from model and robust agains uncertainties. These advantages are because of using voltage control strategy instead of commonly used torque control strategy. The case study is an articulated robot manipulator driven by permanent magnet DC motors. The stability analysis, simulation results and comparison with a torque based control method are presented to verify the effectiveness of the control method. Simulation results show the effectiveness of proposed control method.
    Keywords: Slidig mode control, Adaptive fuzzy control, Voltage control strategy, Task, space control, Articulated robot
  • Hassan Ghorashi, Behnam Moetakef Imani Pages 27-38

    The wind turbine blades are made of composite materials and subjected to severe operational loadings. The complexity of composite materials behavior along with variable amplitude loadings dictates the need for experimental setups which can conduct real part test as close as possible to in service loadings. In this regard, wind turbine blade manufacturers are obliged to perform standard ultimate and fatigue tests on their products. In this research a cost effective Blade Testing Machine (BTM) is proposed which is capable of conducting ultimate static and fatigue tests according to wind turbine blade standards. A new control unit is designed and implemented to track fatigue block loading in the frequency range of 1 to 3Hz. The main focus is on designing a controller to perform desired block loading fatigue tests with proper performance. PI and robust feedback controllers are designed and analyzed. Due to the poor robust performance, an adaptive feed forward controller is proposed based on the gain scheduling algorithm. The proposed robust controller compensates un-modeled high frequency dynamics and rejects measurement noises while the adaptive controller compensates low frequency uncertainty and improves reference tracking. Extensive experimentations in the desired frequency range confirm proper performance of the developed controller.

    Keywords: Blade Testing, Fatigue, Block Loading, Robust Control, Adaptive Control
  • Mostafa Baghani, Mohammadreza Zakerzadeh, Majid Baniassadi Pages 39-50
    In this article, the high strain rate, dynamic plastic response of materials in the standard plate impact test is numerically studied. To get the closest results to the experimental data available in the literature, different types of hardening as well as dynamic fracture models are employed. With the aid of this standard plate impact test, one can verify the new models in the ideal condition of uniaxial-strain cases. To properly model this test, to discrete the field, von-Neumann Finite-Volume method is utilized. Jonson-Cook and perfectly elastoplastic hardening models as well as the Zerilli-Armstrong model are used beside the dynamic fracture model of modified Tuler-Butcher, to predict the spall phenomenona. In this work, the impact of two plates (the flyer plate and the target plate) is analyzed. Results of the simulation is compared with the experimental data as well as the other numerical results reported in the literature. The results of the present work are in a better correspondence comparing to the experimental data. Among investigated models, employing JC constitutive model, accompanying with the modified Tuler-Butcher fracture model and Steinberg model for the elastic modulus gives the most accurate results compared to other model combinations.
    Keywords: Plate impact test, Spall, High strain rate, Elastoplastic wave
  • Mahammad Hasan Shojaie Fard, Abolfazl Khalkhali, Rouzbeh Kalantari Pages 51-64
    Target function in vehicle crash, is about the suitable deformation of vehicle body structure in the case of do not harm occupant’s space. As a consequence the vehicle body structure should be deformed to absorb the impact’s energy and decrease the transmitted forces to occupants. In this paper at design process the vehicle’s body in white has been simulated in CATIA software firstly, and then the element has been created by the Hyper mesh pre-processor software and finally in Pam Crash software, after introducing appropriate materials, standards joints and contacts between vehicle’s parts, and then loads has been created by initial velocity for able to deform barrier toward side panel of vehicle. The vehicle body structure is designed in Vehicle Research Center, based on the style of B-class vehicle platform’s product and the analysis results of this paper is part of new product development process of national platform’s project. As a result, the requirements out puts such as displacement, velocity, acceleration, and energy absorption and section forces have been extracted. After all the results has been compared with the targets which are predicted. Then the suitable thickness for B-pillar illustrated based on the out puts which are extracted.
    Keywords: vehicle body structure, Finite element model, Energy absorption, Crash test
  • M. Nili, Ahmadabadi, H. M. Maleki Pages 65-77
    In this paper, one-dimensional design of centrifugal compressor with inverse design of 90-degree bend duct between radial and axial diffuser is accomplished using an iterative method. In the design procedure, all overall dimensions of the centrifugal compressor including impeller, vanned radial diffuser, 90-degree bend duct and axial diffuser are computed. To evaluate the results, after the geometry modeling and grid generation, 3-D flow field in the whole compressor are numerically analyzed using CFX software. The numerical simulation shows that there is a high loss region through the 90-degree bend between the radial and axial diffuser because of its high curvature. In order to reach a minimum loss in the 90-degree bend duct, the aerodynamic design of the 90-degree bend duct is carried out using an inverse design method. At the first step, the shape modification capability of the 90-degree bend duct is evaluated by linking up the Ball-Spine inverse design algorithm and CFX software. Then, the geometry is modified by improving the hub and shroud pressure distribution and applying it to the inverse design code. Finally, the designed compressor with the modified 90-degree bend duct is analyzed. The results show that, the total pressure ratio and overall efficiency increases about 3 and 4 percent, respectively.
    Keywords: Centrifugal Compressor, 1, D Design, Inverse Design, Ball, Spine, 3, D Numerical Simulation
  • Aboozar Mirzakhani, Behrooz Hassani, Ahmad Ganjali Pages 79-91
    In this research, for the first time, the net of control points in the isogeometric analysis has been improved by employing an error estimator based on a stress recovery method. First, an error estimation algorithm based on stress recovery is used to obtain the energy norm for each element. Then, artificial rods are defined between control points and the estimated values of errors in the control points located at the vicinity of a typical point is assigned to each rod as a thermal gradient. Now, by analyzing this hypothetical truss problem under temperature changes a new arrangement of control points and consequently the knot vectors can be obtained. Repeating this process in isogeometric analysis will lead to a better distribution of errors in the domain of the problem and results in an optimal net of control points to calculate the integrals. To evaluate the efficiency of this method, the results of modeling and analysis of two elasticity problem is presented. The obtained results show that this innovative approach has a good performance and can be employed for reducing the analysis errors.
    Keywords: Isogeometric Analysis, Control Points, Adaptive Analysis, Error Norm
  • Amir Ehsani, J. Rezaeepazhand Pages 93-100
    The present paper investigates the effects of grid configuration on the buckling and vibration behavior of grid structures. Hence, four similar simply supported plates with equal weights and different grid patterns (Ortho grid, Angle grid, Iso grid and orthotropic grid) are considered. Using, bending stiffness matrix, the buckling load and free vibration frequency of the plates are computed. To investigate the effects of the grid orientation on the mechanical behavior, the orientation of the grids is changed in the plates. The Rayleigh–Ritz method is applied to obtain the axial and shear buckling loads and free vibration frequencies. The results are compared with an angle-ply laminated composite plate with similar in-plane dimensions and equal weight. The results show, changing the grid pattern and orientation, will affect bending stiffness and consequently, significantly change the buckling and vibration behaviors of the grid plates.
    Keywords: Grid Structures, Buckling Load, Free Vibration Frequency, Composite materials
  • O. Asemi, M. B. Nazari Pages 101-112
    In this paper, the stress intensity factor for a circumferential crack in a thick-walled cylinder is derived analytically and numerically which is subjected to the non-Fourier (hyperbolic) thermal shock. The uncoupled thermoelasticity governing equations for an uncracked cylinder are solved analytically. The weight function method is implemented to obtain the stress intensity factor. The non-dimensional hyperbolic heat equation is solved using finite Hankel transform and separation of variables method. Results show the different behavior of the crack under hyperbolic thermal shock. For relatively short cracks, the maximum stress intensity factor of Fourier and hyperbolic models is closed. But for longer cracks, the stress intensity factor of the hyperbolic model is significantly greater than Fourier model. Moreover, the maximum stress intensity factor in hyperbolic model occurs for a crack the peak of stress wave reaches to its tip. According to the results, assumption of adequate heat conduction model for structure design under transient thermal loading is critical.
    Keywords: Stress Intensity Factor, Non, classic Heat Conduction, Finite Hankel Transform, Weight Function Method, Thick, walled Cylinder
  • Amir Hossein Rabiee, Miad Jarrahi, Seyyed Mohammad Hasheminejad Pages 113-124
    In this paper a collaborative simulation between Matlab/Simulink and Fluent softwares is done to active control of an elastically mounted circular cylinder, free to move in in-line and cross-flow directions. The control goal is reduction of the two-dimensional vortex-induced vibrations (VIV) of cylinder. The natural oscillator frequency is complemented with the vortex shedding frequency of a stationary cylinder. A parallel simulation scheme is realized by linking the PID controller employed in Matlab/Simulink to the plant model constructed in Fluent, aiming at calculation of the control force necessary for total annihilation of the transverse cylinder vibrations. The simulation results reveal the high performance and effectiveness of the adopted control algorithm in diminishing the VIV of elastic cylinder. Once the control algorithm is turned on, there is a extreme reduction in the transverse and in-line cylinder oscillation amplitudes as well as lift and drag coefficients values. In particular, it is observed that the coalesced vortices in the far wake region of the uncontrolled cylinder are seprated and displaying wake vortices of weaker strengths.
    Keywords: Fluid, structure interaction control, vortex, induced oscillations, elastic cylinder, collaborative simulation