فهرست مطالب

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:6 Issue: 2, 2014

  • تاریخ انتشار: 1392/11/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احسان براتی صفحات 1-9
    در شیارهای مورب، امکان وقوع مود ترکیبی I و II بیشتر می شود. همچنین نسبت مود II به مود I در حالت کلی نسبت به شیار مستقیم افزایش می یابد. در این تحقیق، تاثیر هندسه شیار یعنی عمق شیار، زاویه شیار، شعاع انتهای شیار، و موقعیت شیار نسبت به تکیه گاه ها، بر نسبت مود II به مود I در شیارهای U شکل مورب مورد تحلیل قرار گرفته است. بارگذاری به صورت خمش سه نقطه ای و تحت شرایط کرنش صفحه ای انجام شده است. برای به دست آوردن نسبت مودها، از روش المان محدود توسط نرم افزار ΑΝSYS استفاده شده است. نتایج عددی المان محدود نشان داده است که با افزایش شعاع انتهای شیار، نسبت مودها افزایش می یابد. همچنین مشخص شده است که با افزایش فاصله لبه شیار تا تکیه گاه و نیز افزایش زاویه شیار، نسبت مودها کاهش می یابد. در این تحقیق مشاهده شده است که افزایش یا کاهش عمق شیار تاثیر پیچیده تری بر نسبت مودها دارد، به طوری که نسبت مودها با تغییر عمق شیار در حالت کلی دارای یک مینیمم نسبی و یک ماکزیمم نسبی است.
    کلیدواژگان: شیار مورب U شکل، مود ترکیبی، نسبت مودها، المان محدود
  • سروش باقری کودکانی، شهرام لنجان نژادیان، مهرداد پورسینا صفحات 11-20
    برای شبیه سازی حرکت های بدن همانند پرش عمودی با استفاده از مدل های دینامیک مستقیم، می توان از تئوری های کنترل بهینه استفاده کرد. در سال های اخیر روش های مدرن همانند ازدحام ذرات، رقابت استعماری و الگوریتم ژنتیک برای حل مسائل بهینه سازی مطرح شده است که از رفتارهای حیوانات و پدیده های طبیعی الهام گرفته شده اند. در این تحقیق برای شبیه سازی پرش عمودی از یک مدل چهار لینکی صلب که شامل پا، ساق، ران و بخش چهارم شامل تنه، گردن و دستان می باشد، استفاده شد و تمامی مفاصل آن نیز لولایی و ایده آل در نظر گرفته شد. برای به حرکت در آوردن مدل و ایجاد گشتاور در مفاصل، بیست عضله موثر در حرکت پرش عمودی شبیه سازی شدند. همچنین برای شبیه سازی نیروی عکس العمل زمین از یک المان دمپر- فنر در کف پا استفاده شد و برای جلوگیری از حرکت مفاصل خارج از دامنه حرکتی، لیگامنت ها نیز در مفاصل لحاظ شدند. از الگوریتم ژنتیک نیز برای تولید بهترین تحریک عصبی در جهت دستیابی به حداکثر ارتفاع پرش استفاده شد و تحریکات عضلانی تولید شده به ضریب فعال سازی عضلات تبدیل گردید. ضرایب بدست آمده نیز برای تولید نیرو به مدل عضلات اعمال شدند. همچنین تابع معیار حداکثر ارتفاع پرش در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که مرکز جرم مدل پس از 533 تکرار به ارتفاع 67/121 سانتیمتری رسیده است. البته به نظر می رسد با بهبود پارامترهای این الگوریتم و ترکیب الگوریتم های هوشمند بتوان به الگویی کامل تر دست یافت.
    کلیدواژگان: مدل اسکلتی عضلانی، کنترل بهینه، پرش عمودی، الگوریتم ژنتیک
  • فاطمه نوری ازغد، حسن خادمی زاده، احسان براتی صفحات 21-30
    امروزه مکانیک شکست در شیارهای U و V شکل مورد توجه محققان قرار گرفته است. محاسبه مقدار بحرانی انتگرال J در سازه های مهندسی برای بررسی شروع رشد ترک از اهمیت بسزایی برخوردار است. این کمیت در شیارها بر خلاف ترک ها، به نوع ماده و ابعاد هندسی وابسته است. بنابراین برای تعیین Jcr، باید برای هر ماده مشخص، در هر عمق و شعاع شیار خاص، آزمایش تجربی انجام شود. در این مقاله برای یافتن معادل های جهت محاسبه Jcr در شیار V شکل انحنادار تحت مود I بارگذاری، رابطه ای بین انتگرال J و پارامتر شکست دیگری به نام متوسط چگالی انرژی کرنشی استخراج شده است. با استفاده از این رابطه می توان با مرتبط نمودن Jcr در شیار V شکل انحنادار به JIC در ترک (در همان ماده) و آزمایش بر روی یک ماده دارای ترک و تعیین JIC، مقدار Jcr آن ماده را در هر عمق و شعاع شیار دلخواهی محاسبه نمود. در نهایت تاثیر زاویه شیار، نسبت شعاع حجم کنترل به شعاع شیار و ضریب پوآسون بر مقادیر بی بعد انتگرال J و Jcr بررسی گردیده است. نتایج نشان داده است که افزایش زاویه شیار و ضریب پوآسون، باعث کاهش مقدار چقرمگی شکست ولی افزایش نسبت شعاع حجم کنترل به شعاع شیار، باعث افزایش چقرمگی شکست می گردد.
    کلیدواژگان: انتگرال J، چقرمگی شکست، شیار V شکل، مود I بارگذاری
  • سجاد آذرخش، عباس رهی صفحات 31-44
    کاربرد سیستم های جذب انرژی ضربه در صنایع مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لوله های جدارنازک به خاطر سبکی، ظرفیت جذب انرژی بالا، طول لهیدگی زیاد و نسبت جذب انرژی به وزن بالا به عنوان یکی از کارآمدترین سیستم های جذب انرژی کاربرد روز افزونی پیداکرده اند. دراین پژوهش با انجام آزمایش های تجربی و شبیه سازی اجزاء محدود، شیوه فروریزش سازه های جدارنازک ساندویچی توخالی و پرشده با فوم پلی یورتان تحت اثر بارگذاری شبه استاتیک محوری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در مطالعه ی آزمایشگاهی نمونه های استوانه ای به روش اکستروژن ساخته شده و بین دو صفحه ی صلب تحت اثر بارگذاری شبه استاتیک قرار گرفته و سپس نحوه ی فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده اند. مدلی برای شبیه سازی فرآیند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییر شکل بزرگ در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است. شبیه سازی نمونه های آزمایش شده در نرم افزار آباکوس به صورت سه بعدی و به روش صریح اجرا شده است. مقایسه ی نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می دهد که مدل ارائه شده برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه جایی و میزان انرژی جذب شده مناسب است. با استفاده از مدل عددی، اثر ضخامت لوله، جنس مواد، عیوب هندسی و چگالی فوم بر متوسط نیروی فروریزش، میزان انرژی جذب شده و نحوه ی فروریزش پوسته های استوانه ای بررسی شده است. نتایج پژوهش نشان می دهند که وجود فوم باعث افزایش میزان جذب انرژی در سازه ها می شود؛ این افزایش در میزان جذب انرژی و نیروی متوسط لهیدگی در چگالی های بالاتر فوم، نمایان تر است.
    کلیدواژگان: جاذب انرژی، تحلیل اجزای محدود، فروریزش محوری، سازه های جدار نازک، فوم پلی یورتان
  • ناتان جعفریان جم، پیام سراییان، آیت الله عرب امین ابادی صفحات 45-57
    فرآیند تزریق پلاستیک، یکی از مهم ترین روش های شکل دهی در صنعت تولید پلاستیک ها می باشد. جمع شدگی و عدم گردی پدیده هایی هستند که کیفیت نهایی محصول را تحت تاثیر قرار می دهند. در این تحقیق تاثیر ضخامت قطعه استوانه ای از جنس پلی پروپیلن بر میزان جمع شدگی و عدم گردی بررسی شده است. بنابراین با استفاده از نرم افزار MOLDFLOW، فرآیند تزریق پلاستیک برای جمع شدگی و عدم گردی، شبیه سازی و تحلیل می شود. سپس یک قالب تزریق پلاستیک پنج حفره ای از قطعات استوانه ای توخالی با پنج ضخامت مختلف ساخته شده و با استفاده از یک دستگاه تزریق پلاستیک، حداقل 5 نمونه از قطعات تولید می شود. در ادامه ابعاد نمونه های تولید شده توسط دستگاه اندازه برداری سه بعدی نوری اندازه گیری شده و میانگین جمع شدگی ابعادی هر نمونه به دست می آید. با انجام این تحقیق نتیجه می گیریم که با افزایش ضخامت قطعه، میزان جمع شدگی و عدم گردی افزایش می یابد و دلیل آن، آهسته تر سرد شدن پلیمر مذاب با افزایش ضخامت قطعه و داشتن زمان بیشتر برای تشکیل بلور است. بلورینگی بیشتر ماده موجب جمع شدگی و عدم گردی زیادتری می شود. در پایان نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه می شوند و مشاهده می شود که که نتایج تجربی و نتایج شبیه سازی تطابق خوبی با هم دارند.
    کلیدواژگان: پلی پروپیلن، جمع شدگی، عدم گردی، دستگاه اندازه برداری سه بعدی نوری (OPTIC)، نرم افزار MOLDFLOW
  • حسین فراهانی، فرزان براتی، محمد نجاتی، حمید باتمانی صفحات 59-71
    در این مقاله ارتعاش تیر یکسرگیردار از جنس تابعی مدرج، تحت تاثیر بار محوری ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. تیر دارای سطح مقطع یکنواخت است و خواص تیر در راستای ضخامت تیر به صورت تابعی و پیوسته تغییر می کند. معادلات پایداری و معادلات حرکت از اصل همیلتون و بر اساس تئوری دو بعدی الاستیسیته، بر حسب مولفه های جابجایی به دست آمده اند. حل معادلات دیفرانسیل کوپل پایداری و حرکت با استفاده از روش مربعات تفاضلی تعمیم یافته صورت گرفته است. در این مقاله تاثیر پارامترهای مختلف مانند نسبت ضخامت به طول، بار محوری اعمال شده و همچنین توان کسر حجمی مختلف، بر روی بسامد های طبیعی تیر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای بررسی همخوانی معادلات و همچنین روش حل به کار گرفته شده، مقایسه ای بین کار حاضر با مقالات معتبر و همچنین نرم افزار تحلیلی ABAQUS انجام شد. نتایج نشان می دهد روش عددی مربعات تفاضلی تعمیم یافته به کار گرفته شده در این مقاله دارای دقت خوبی می باشد. براساس نتایج، با افزایش توان کسر حجمی الیاف در تیر تابعی مدرج تحت بار محوری بسامد طبیعی تیر افزایش پیدا کرده و به ازای توان کسر حجمی بالا تغییرات زیادی در بسامد طبیعی مشاهده نمی شود. همچنین با افزایش نسبت ضخامت به طول در محدوده بررسی شده تیر هدفمند، بسماد طبیعی بی بعد تیر بدون بار بحرانی، کاهش پیدا می کند. اعمال بار محوری تا محدوده ی بار بحرانی، بسامد های طبیعی تیر تابعی مدرج را تحت تاثیر قرار داده و باعث کاهش آن می گردد.
    کلیدواژگان: تیر تابعی مدرج، تئوری دو بعدی الاستیسیته، روش مربعات تفاضلی تعمیم یافته، بسامد طبیعی
|
  • E. Barati Pages 1-9
    In inclined U-notches, the mixed mode (I + II) loading occurs and the mode ratio can be increased by varying the notch angle. In this paper, the effect of the inclined U-notch geometry, i.e. the notch depth, the notch angle, the notch root radius, and the position of the notch with respect to supports, on the mode ratio (KII/KI) have been studied. Three-point bending and plane strain condition have been considered in this study. Finite element results using ANSYS have shown that the mode ratio increases by increasing the notch root radius. Also, it has been found that the mode ratio decreases by increasing the distance of the notch from the supports, and by increasing the notch angle. However, it is seen that the notch depth has complicated effect on the mode ratio. The variation of the mode ratio with respect to the notch depth has a relative maximum and a relative minimum.
    Keywords: Inclined U, notch, mixed mode, mode ratio, Finite element method
  • S. Bagheri Kudakani, S. Lenjannejadian, M. Poursina Pages 11-20
    In human body movement simulation such as vertical jump by a forward dynamic model, optimal control theories must be used. In the recent years, new methods were created for solving optimization problems which they were adopted from animal behaviors and environment events such as Genetic algorithm, Particle swarm and Imperialism competitive. In this work, the skeletal model was constructed by Newton-Euler equation of motion. This 2D model has 4 rigid segments that include foot, shank, thigh and HAT (Head, Arm and Trunk) and all joints were assumed to be revolute and ideal. Also 20 effective muscles in vertical jump were constructed as joint actuator. The ground reaction force was simulated by a spring-damper element. Additionally, joints ligament were constructed to simulate the joint out of range motion. The Genetic algorithm was used to generate the best muscle excitation for maximum height in vertical jumping and the generated muscles excitations were converted to muscles activations. The muscles activations were applied to muscles model to generate muscles force. The maximum height of jump was considered as a criteria function of optimization problem. The designed genetic algorithm could control the musculoskeletal and simulate the vertical jump movement. The result showed that the height of center of mass was equal to 121.67 cm after 533 iterations. It is looks to be able to obtain better result provided to increase the iteration or combining clever algorithms together.
    Keywords: Musculoskeletal model, optimal control, Vertical jump, Genetic algorithm
  • F. Noori, Azghad, H. Khademizadeh, E. Barati Pages 21-30
    Fracture assessment of U- and V-notches is important in mechanical engineering. One can use the J-integral as fracture parameter in order to predict the critical fracture load in notches. The critical value of the J-integral in cracks is a function of the material properties. In notches, however, the material properties as well as the notch dimensions affect this critical value (named fracture toughness). So, one should carry out a complex and time-consuming experiment in order to find the fracture toughness. In this paper, a practical equation has been derived to evaluate the critical value of the J-integral in blunt V-notches under Mode I loading. By means this new expression, only the notch dimensions and the critical value of the J-integral in cracks should be known. In this paper, the effect of the notch angle, the control volume radius to the notch root radius ratio (Rc/ρ), and the Poisson’s ratio on the J-integral and the critical value of the J-integral have been studied. Results have shown that by increasing the notch angle and the Poisson’s ratio, the fracture toughness decreases. However, the fracture toughness increases by increasing the Rc/ρ ratio.
  • S. Azarakhsh, A. Rahi Pages 31-44
    Application of impact energy absorption systems in different industries is of special significance. Thin-walled tubes, due to their lightness, high energy absorption capacity, long crushing length and the high ratio of energy absorption to weight, have found ever-increasing application as one of the most effective energy absorption systems. In this research, through carrying out experimental tests and finite element simulation, the crushing mechanism of hollow & solid (filled with polyurethane foam), sandwiched, thin-walled structures under the influence of axial, quasi-static loading has been studied. The tested cylindrical samples are made using extrusion method. These samples are compressed between two rigid plates under quasi-static loading conditions, and then the collapse mechanism, the crushing force fluctuations and absorbed energy are determined. A numerical model is presented based on the finite element analysis to simulate the collapse process, considering the non-linear responses of material behavior, contact surface and large deformation effects. Simulation of tested specimen has been executed by ABAQUS software in 3- dimensional models through explicit method. Comparison of numerical and experimental results showed that the present model provided an appropriate procedure to determine the collapse mechanism, crushing load and the amount of energy absorption. The model is used to evaluate the thickness effects of the tube, material quality, imperfection and density of the foam on the mean crush load, energy absorption capacity, and collapse mechanism of cylindrical shells. Research results showed that the existence of foam increases the amount of energy absorbtion in the structures. Increase of energy absorbtion and also increase of average crushing force, in foams with higher density is more evident.
    Keywords: Energy absorbers, Finite Element Simulation, Axial crushing, thin wall structures, Foam
  • N. Jafarian Jam, P. Saraeian, A. Arab Aminabadi Pages 45-57
    Injection molding process is one of the most important methods of forming in the plastics manufacturing industry. Shrinkage and out of roundness are phenomenons that affect the final product quality. In this study, the effect of the thickness of cylindrical parts from polypropylene material on shrinkage and out of roundness has been investigated. For this purpose, injection molding process is simulated and analyzed with MOLDFLOW software. Then a five-cavity injection mold from hallow cylindrical parts with five different thicknesses is made. Using an injection molding machine least five samples of these parts are made. Then dimensions of samples are measured using 3D optical coordinate measuring machine and the amount of shrinkage of each sample is obtained. It can be concluded that with increasing part thickness, shrinkage and out of roundness are increased. It is because of being slower at melting material cools and having more time to make crystals. More crystallize caused to more shrinkage and more out of roundness. At the end, the simulation results are compared with the experimental results and showed a good agreement.
    Keywords: Polypropylene, Shrinkage, Out of roundness, 3D optical coordinate measuring machine, MOLDFLOW software
  • H. Farahani, F. Barati, M. Nejati, H. Batmani Pages 59-71
    In this paper, vibration analysis of thick functionally graded beam with simply supported boundary condition under constant axial load is studied. The beam has a uniform cross-sectional area and the mechanical properties of the fungtionally graded beam are assumed to be vary through the thickness of the beam. Fundamental relations, the equilibrium and stability equations based on the displacement components are derived using the two-dimensional elasticity theory and hamilton's principle. Generalized differential quadrature (GDQ) method is used to solve the system of coupled differential equations at equilibrium and moving condition. In this paper, the influences of axial loads, dimensionless geometric parameter, functionally graded index and ratio of thickness to length on the vibration of beam is presented. To study the accuracy of the present analysis, a compression is carried out between the present results and published results and also results obtained from ABAQUSE program. Results showed that the generalized differential quadrature method is quite good. Based on the results obtained by increasing the volume fraction of fibers in the functional graded beam, the natural frequency of the beam increases and for high volume fraction, it is not possible to see much change in the natural frequency. Also, by increasing the ratio of thickness to length in the absence of the critical load the natural frequency decreased.
    Keywords: Functional graded beam, Two, dimensional elasticity theory, Generalized differential quadrature, Natural frequencies