فهرست مطالب

Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering - Volume:7 Issue: 2, 2014

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:7 Issue: 2, 2014

  • تاریخ انتشار: 1393/09/26
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مصطفی صادقیان، مهرداد جبارزاده صفحات 1-13
    این مقاله، تحلیل خطی و غیرخطی کمانش صفحات نسبتا ضخیم دایروی/حلقوی گرافن با خواص ارتوتروپیک بر پایه الاستیک تحت بار مکانیکی مورد بررسی قرار می گیرد. به کمک ری ا ، اصل کار مجازی، تئوری مرتبه اول برشی و کرنش های غیرخطی فون-کارمن، روابط حاکم برحسب جابجایی–ها بدست آمده و از روش مربعات دیفرانسیلی (DQ) همراه با توزیع غیریکنواخت نقاط (چیبشف-گوس-لوباتو) استفاده شده است. برای اعتبار سنجی، نتایج بدست آمده با نتایج کمانش در مراجعدیگر مقایسه شده و اثرات ضریب غیرموضعی، ضخامت، شعاع و پایه الاستیک، بر بارهای بی بعد کمانش مورد بررسی قرار گرفته است و همچنین نتایج تحلیل به روش تئوری غیر موضعی و موضعی با یکدیگر مقایسه شده اند. از نتایج مشاهده می شود که بار بی بعد کمانش صفحات گرافن با کاهش انعطاف پذیری از نظر شرط مرزی، با افزایش ضریب غیرموضعی، افزایش بیشتری می یابد و همچنین با افزایش شعاع صفحه، اختلاف نتایج تحلیل غیر موضعی و موضعی بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: کمانش، صفحه دایروی، حلقوی، ارتوتروپیک، تئوری غیرموضعی الاستیسیته، روش مربعات دیفرانسیلی
  • نادر پورمحمود، ناصر مصطفوی نیا، امیر حسن زاده صفحات 13-29
    در کار ارائه شده، فرآیند ذوب ترکیبات حاوی نانو ذرات (NePCM) در یک حفرهمربعی تحت زوایای مختلف در اثر اعمال دو جفت منبع حرارتی چاه-چشمه بر روی دیواره های افقی، بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی اثر تغییر در موقعیت المان های چاه-چشمه روی دیوارهای افقی بر نسبت کسری مابع، چهار چیدمان مختلف از المانهای مذکور بکار گرفته شده است. در مورد اول، چشمه ها و چاه ها به طور جداگانه روی دیوارهای افقی قرارگرفته اند. شرایط محیطی در مورد دوم بدین صورت است که المان های چشمه و چاه، بطور متناوب روی دیوارهای افقی چیده شده اند.در چیدمان سوم، چشمه ها در سمت چپ المان های چاه قرار گرفته و نهایتا در مورد شکل چهارم، عناصر چشمه و چاه همه در پایین دیوار های افقی قرار می گیرند. نتایج نشان می دهد که در چیدمان اول با استفاده از 2 درصد وزنی نانو ذرات Al2O3، در مقایسه با بقیه موارد، بیشترین نسبت کسری مایع بدست می آید.
    کلیدواژگان: نرخ ذوب، پارافین، نانو ذره
  • محبوبه روایی، حسن نحوی صفحات 29-35
    دیسک های سوراخ دار در بخش های مختلف صنعت کاربرد های فروان دارند. با ساخت این دیسک ها از جنس مواد مدرج تابعی، قابلیت های بیشتری از آن ها می توان به دست آورد. تحلیل ارتعاشی این نوع دیسک می تواند در ساخت هر چه کارآمد تر آن به ما کمک کند. در این مقاله، مدل سازی و بررسی ارتعاشات آزاد دیسک از جنس مواد مدرج تابعی در راستای ضخامت، با نرم افزار آباکوس انجام شده است. از آن جا که در نرم افزار آباکوس در زمینه طراحی و تحلیل مواد مدرج تابعی المان خاصی تعریف نشده است، مدل سازی این مواد در این نرم افزار انجام شده است. به منظور صحت سنجی، نتایج تحلیل آباکوس با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با تعریف لایه های بیشتر در راستای تغییرات خواص، نتایج به دست آمده به جواب های دقیق نزدیک تر می شود.
    کلیدواژگان: مواد مدرج تابعی، دیسک، تحلیل ارتعاشی، نرم افزار آباکوس
  • شهریار دستجردی، مهرداد جبارزاده صفحات 49-35
    در این تحقیق خمش صفحات قطاعی گرافن بر پایه الاستیک توسط تئوری مکانیک غیر موضعی ارینگن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور معادلات تعادل حاکم بر ورق قطاعی گرافن بر حسب جابجائی ها، با در نظر گرفتن روابط غیرموضعی تنش و تئوری مرتبه اول برشی و کرنش های خطی بدست آمده و با روش کانتروویچ توسعه یافته حل شده است. در این روش دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی بدست آمده به دو دسته دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل می شود که قابل حل بروش های مختلف تحلیلی و عددی می باشد. حل کانتروویچ توسعه یافته روشی با سرعت همگرائی بالا است که تنها پس از سه الی چهار مرحله تکرار همگرایی مورد انتظار بدست می آید. با توجه به اینکه تاکنون در این خصوص تحقیقی صورت نگرفته است نتایج با در نظر گرفتن ضریب غیرموضعی برابر با صفر با دیگر مقالات جهت اعتبار سنجی مقایسه شده است. در انتها اثر تغییرات ضریب غیرموضعی بر نتایج بر حسب تغییرات ضخامت، شرایط مرزی، مقدار سختی پایه الاستیک و اختلاف تحلیل الاستیسیته غیرموضعی و موضعی مورد بررسی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: ورق گرافن قطاعی، مکانیک محیط های پیوسته غیرموضعی، روش کانتروویچ توسعه یافته، پایه الاستیک وینکلر، پسترناک
  • منصور عسگری، علی پرویزی، شهریار علی کرمی صفحات 49-57
    در این مقاله، تحلیل شروع سیلان در مخازن کروی جداره ضخیم FG تحت تاثیر بارگذاری همزمان فشار داخلی و گرادیان دمایی ارائه شده است. طراحی مخازن جدارهضخیم کروی تحت فشار،به عنوان محفظه نگه دارنده سیالات تحت بارهای حرارتی باگرادیان های دمایی بالا نیازمند به راه کاری جدید است. تحت فشار داخلی زیاد و دمای بالا، مخزن در بخشی از ضخامت خود وارد محدوده پلاستیک می شود؛ لذا، برای طراحی مخزن بررسی فشار و گرادیان دمایی که موجب شروع سیلان می شود نیاز است. مدول الاستیسیته، تنش تسلیم، ضریب هدایت گرمایی و ضریب انبساط حرارتی به صورت تدریجی و طبق مدل توانی و در راستای شعاعی تغییر می کنند. برای توصیف رفتار ماده در ناحیه پلاستیک در کره جدار ضخیم FG تحت فشار داخلی و گرادیان دمایی، از معیار تسلیم ترسکا استفاده شده ورفتار مواد به صورت الاستیک- پلاستیک کامل فرض شده است.
    کلیدواژگان: شروع سیلان، کره جداره ضخیم FG، بارگذاری همزمان، بارگذاری فشاری و گرادیان دمایی
  • علی بصیرت نیا، محسن لوح موسوی صفحات 57-65
    ساخت لوله های مربعی و مستطیلی به دلیل کاربرد فراوان آنها در صنایعی که نیاز به فشار و درجه حرارت بالا دارند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. روش های مختلفی برای ساخت لوله های چهار گوش وجود دارد از جمله اکستروژن، کشش و فشار. روش دیگری که در سال های اخیر بر روی آن مطالعاتی صورت گرفته است، شکل دهی مجدد لوله های دوار و تبدیل آن به مقطع مربع و یا مستطیل است. در این تحقیقات روش هایی که پیشنهاد شده است همگی برای تولید لوله های مربعی کاربرد دارد و امکان تولید لوله های مستطیلی با استفاده از آن روش ها وجود ندارد. روشی که در این پژوهش معرفی می شود عبارت است از پر کردن لوله با بیسموت و غلتک کاری در سه مرحله متوالی. در این پژوهش ابتدا در نرم افزار Abaqus فرآیند مورد نظر شبیه سازی می شود و سپس توسط آزمون تجربی یک نمونه واقعی ساخته می شود. نمونه ساخته شده از لحاظ ابعادی مورد بررسی قرار می شود و با نتایج بدست آمده از شبیه سازی مقایسه می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که روش پر کردن لوله توسط بیسموت و عبور از سه غلتک، روشی مناسب برای ساخت لوله های جدار نازک با مقطع مستطیل شکل است.
    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی، لوله های مستطیلی، نورد سرد، شکل دهی مجدد لوله، روش اجزای محدود
  • دامون بختیاریان، هادی همایی، امین ملکی زاده، مراد شهبازی تک آبی صفحات 65-75
    نیاز به شبیه سازی الگوی حرکت پای انسان محققان و مهندسان را به سوی ارائه الگوهای متفاوت برای توصیف این حرکت کرده است. در این میان راه حل های بهینه از لحاظ مصرف انرژی و دقت و غیره از اهمیت بالایی برخوردارند. در این مقاله تلاش شده تا با طراحی یک مکانیزم کاملا دو بعدی شش میله ای با یک درجه آزادی به گونه ای که کمترین خطا را با حالت طبیعی راه رفتن پای انسان داشته باشد، راه حل جدیدی ارائه داده شود. ضمن اینکه یافته های این مقاله فرآیندی برای بهینه سازی مکانیزم های چندمیله ای ارائه می کند تا بتوان آن را در هر زمینه ی دیگری مانند ساخت پروتز پای انسان بکار برد.
    در اینجا از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات استفاده شد. نتایج کار حاصل از بهینه سازی با داده های آزمایشگاهی پای انسان مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که مکانیزم شش میله ای پیشنهادی، ضمن بهینه کردن بسیاری از پارامترهای حرکتی به خوبی قادر به شبیه سازی حرکت پای انسان است.
  • امین رحمت نژاد، محمد مهدی نجفی زاده، حمید محسنی منفرد صفحات 75-83
    در این مقاله کمانش پوسته های استوانه ای شیار دار تحت بار محوری به روش تئوری و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. پوسته ها از جنس فولاد با استاندارد (USA/API – X42 5L)در نظر گرفته شده اند که یکی از پرکاربرد ترین مواد استفاده شده در صنایع گاز، نفت و پتروشیمی می باشند. اثر شیار مارپیچ برروی پوسته استوانه ای مورد تحلیل قرار گرفته است و در ادامه نتایج به دست آمده از نرم افزار Abaqusبا نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده اند. جوابهای تئوری و آزمایشگاهی تطابق مناسبی را نشان می دهند. لذا می توان از نتایج عددی مشروط به مدل سازی و تحلیل صحیح به خوبی استفاده کرد. همچنین مشخص شد که تعداد شیار بر روی بار بحرانی کمانش نقش مهمی دارد به طوری که با افزایش شیار بار بحرانی کمانش کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: کمانش، پوسته استوانه ای، شیار مارپیچ، بار بحرانی
|
  • M. Sadeghian, M. Jabarzadeh Pages 1-13
    In this paper، analysis of linear and nonlinear buckling of relatively thick orthotropic graphene sheets is carried out under mechanical load based on elasticity theories. With the help of nonlocal elasticity theory، the principle of virtual work، first order shear theory and Von-Karman nonlinear strain، the dominant relationship in terms of obtained displacements has been obtained، and the method of differential quadrature (DQ) with non-uniform distribution points (Chebyshev -Gauss-Lobato) has been used. To check the validity، the obtained results have been compared with other resources، and the effects of nonlocal coefficient، thickness، radius and elastic base on the dimensionless buckling loads were calculated and investigated. Moreover، the results of analysis using nonlocal and local theory were compared together. It can be noticed that the dimensionless buckling loads on graphene sheets increased more with a decrease in flexibility as far boundary condition is concerned. Additionally، with an increase in the sheet radius، the variation between nonlocal and local analysis results will be more.
    Keywords: Buckling, Graphene sheets, orthotropic, Nonlocal elasticity theories, Method of differential quadrature (DQ)
  • N. Pourmohammad, N. Mostafavinia, A. Hassanzadeh Pages 13-29
    In this work, the melting process of compounds containing nanoparticles of NePCM in a square hole with different angles affected by two pairs of well-spring heat source on horizontal walls was numerically investigated. Four different configurations of elements were employed to investigate the effect of changes in the position of elements on the horizontal walls of the well-spring landscape on the ratio of liquid fraction. In the first case, the springs and wells have been located on horizontal walls separately. The environmental condition in the second case is that the spring-well elements have been set on the horizontal walls alternatively. In the third case, springs are on the left of well elements, and ultimately in the fourth case, spring and well elements are all set at the bottom of horizontal walls. Results show that in the first arrangement, using 2%weight of Al2O3 nanoparticles, compared to other cases, the highest ratio of liquid fraction is obtained.
    Keywords: Melting rate, Paraffin, Nanoparticles
  • M. Revaei, H. Nahvi Pages 29-35
    Perforated discs have many applications in different parts of industry. By making such disks of functionally graded materials, more capabilities can be obtained from them. Vibration analysis of these kinds of disks can help us make them more efficient. In this paper, modeling and evaluation of disk vibration of functionally graded materials with regard to thickness were carried out using Abaqus software. Since no certain element has been defined regarding functionally graded materials for the design and analysis of a particular element in Abaqus software, molding of such materials has been used in this application. In order to verify the results, the results obtained from ABAQUS analysis have been compared with those available in the literature. The obtained results show that by defining more layers with regard to changes in properties, the obtained results approach the exact solutions.
    Keywords: Functionally graded materials, Discs, Vibration analysis, ABAQUS software
  • Sh. Dastjerdi, M. Jabarzadeh Pages 49-35
    In this study, the elastic bending of sector graphene sheet has been studied based on elasticity using Eringen Nonlocal Elasticity Theory. In order to do this, the balance equations governing the sector graphene sheet have been solved in terms of displacements with regard to nonlocal relationship of stress, shear theory of the first order, and obtained linear strains using developed Kantorovich method. In this method, the obtained partial differential equations are converted into two categories that can be solved using analytical and numerical methods. Developed Kantorovich method is a method with a high rate of convergence, in which the expected convergence is achieved with just three to four repetitions. With regard to the fact that no research has yet been conducted in this regard, the results, considering the nonlocal coefficient equal to zero, have been compared with other articles in order to check the validity. In the end, the effect of nonlocal coefficient variations on the results in terms of thickness, boundary conditions, hardness of elastic base and difference between nonlocal and local elasticity analysis has been studied.
    Keywords: Sector graphene sheet, Nonlocal Continuum Field mechanic, Developed Kantorovich method, Elastic Winkler, Pstrnak
  • M. Askari, A. Parvizi, Sh. Ali Karami Pages 49-57
    In this paper,fluidity onset analysis in FG thick-walled spherical tanks under concurrent pressure loading and heat gradient has been presented. Designing thick-walled spherical tanks under pressure as tanks holding fluids under heat loads with high heat gradients require new approaches. Under high internal pressure and high temperature, the tank enters the plastic stage in a part of its thickness; hence, for designing, a tank, which necessitates the onset of fluidity, is required for pressure study and heat gradient. Elasticity module, tensile yield, heat flow coefficient and heat expansion coefficient change gradually and, according to the power model, along radial direction. In order to describe the material behavior in the plastic area in the FG thick-walled spherical tank under internal pressure and heat gradient, Treska yield index has been used, and materials’ behavior has been assumed to be in elastic-plastic form.
    Keywords: Fluidity onset, FG thick, walled sphere, Concurrent loading, Pressure loading, heat gradient
  • A. Basiratnia, M. Loh, Mousavi Pages 57-65
    Because of their wide application in industries requiring high pressure and temperature, manufacturing square and rectangular pipes have attracted more attention than ever before. There are various methods such as extrusion, tensile and stress for manufacturing square pipes. Another method on which studies have focused in recent years is the re-forming of round pipes in order to turn them into square or rectangular ones. The methods suggested in these researches are all applicable for the manufacture of square pipes without the possibility of manufacturing rectangular pipes. The method introduced in this paper consists of filling the pipe with bismuth and rolling it in three successive stages. In this research, first, the intended process is simulated in Abaqus software, and then a real sample is manufactured by an experimental test. The manufactured sample is checked with regard to its dimensions and is compared with the results obtained from the simulation. The results of the study show that the method of filling the pipe with bismuth and moving it through three rollers is an appropriate method for the manufacture of thin-walled pipes with rectangular cross-section.
    Keywords: Rolling forming, Rectangular pipes, cold rolling, Re, forming pipes, Finite elements method
  • D. Bakhtiarian, H. Homaei, A. Malekizadeh, M. Shahbazi Tak, Abi Pages 65-75
    The need for simulation of human foot mechanism has made researchers and engineers move towards different patterns to describe this movement. In this regard, optimal solutions such as energy consumption, accuracy, etc. are of utmost importance. In this paper, efforts have been made to present a new solution by designing a fully two-dimensional six-bar mechanism with one degree of freedom so that it has the least error with regard to human foot while walking. Meanwhile, the findings of this paper present a process for the optimization of multi-bar mechanisms so that they can be employed in any other field such as making human foot prosthesis. Here, the particle swarm optimization algorithm was used. The results from the optimization were compared with experimental data regarding human feet. The results show that while optimizing many motor parameters, the proposed six-bar mechanism is able to simulate the movement of the human foot very well.
    Keywords: Human foot biomechanics, Inactive dynamics, Six, bar mechanism, Particle swarm optimization algorithm, Kinematic analysis
  • A. Rahmatnezhad, S.M.M. Najafizadeh, H. Mohseni Monfared Pages 75-83
    In this paper, buckling of cylindrical grooved shells under axial load has been examined by theoretical and experimental methods. The shell is made of USA/API – X42 5L steel standards. This material is one of the most common materials used in gas, oil and petrochemical industries. The effect of spiral grooves on cylindrical shell was analyzed, and the results obtained from the Abaqus software were compared with experimental results. Theoretical and experimental results were in good agreement. Hence, the numerical results can be used as well. It was also found that the number of grooves on the critical buckling load has an important role so that the critical buckling load decreases with an increase in critical load groove.
    Keywords: Buckling, Cylindrical shell, Spiral groove, critical load