فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/02/09
  • تعداد عناوین: 35
|
  • مرتضی احمدی نجف آبادی، حسین حسینی تودشکی*، مجتبی صدیقی صفحات 1-9
    در این مقاله به پایش خرابی ورق آلومینیومی 2024-T3 ترک دار ترمیم شده با وصله چند لایه فلز الیاف با روش آکوستیک امیشن پرداخته می شود. برای آزمون تجربی 12 نمونه ساخته شده است. نمونه ها را به 4 دسته با توجه به زاویه ترک(صفر و 45 درجه) و حالت ترمیم شده و نشده تقسیم گردیده است. برای حصول اطمینان از خطای پایین ساخت نمونه ها، از لایه از پیش آغشته کامپوزیتی استفاده شده و سطوح آلومینیوم، آنودایز در محلول اسید کرمیک شده و پخت در اتوکلاو انجام گردیده است. در مرحله ایجاد ترک خستگی با استفاده از داده برداری آکوستیک امیشن لحظه ایجاد ترک خستگی تشخیص داده شده است. با استفاده از مجموع انرژی امواج آکوستیک امیشن شناسایی شروع و رشد خرابی و رشد بحرانی جدایش شناسایی شده است. مکانیزم های مختلف خرابی با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و بررسی سطوح شکست مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از یک روش که جهت تحلیل فرکانسی امواج معرفی شده سعی شده است، محدوده فرکانسی خرابی های مختلف از هم تفکیک شود. با توجه به اشتراک داشتن محدوده فرکانسی مکانیزم های ایجاد ترک در رزین، جدایش الیاف از رزین و جدایش وصله از آلومینیوم، نمودار نیرو- جابجایی به سه ناحیه تقسیم شده و در هر ناحیه که احتمال وقوع یک فرآیند بیشتر می باشد، محدوده فرکانسی امواج مورد بررسی قرار گرفته است. محدوده فرکانس های غالب پلاستیک شدن آلومینیوم و رشد ترک 440 تا 480 کیلوهرتز و محدوده فرکانس های مکانیزم جدایش 100 تا 150 و 200 تا 220 کیلوهرتز بدست آورده شد.
    کلیدواژگان: آکوستیک امیشن، پایش جدایش، وصله چندلایه فلز الیاف، تحلیل فرکانس امواج
  • مهدی کاظمیان، حامد افراسیاب*، محمدهادی پاشایی صفحات 10-18
    مشاهدات انجام شده در پژوهش های اخیر نشان داده است گرفتگی عروق در حدود 70 درصد از بیماران مبتلا به بیماری تصلب شرایین به صورت پلاک های چندگانه اتفاق می افتد. لذا با توجه به فراوانی وقوع گرفتگی های دوگانه در عروق، این مقاله خطر پارگی پوسته پلاک را در آرایش های مختلف از شکل های متداول پلاک مورد بررسی و مقایسه قرار داده است. به این منظور با کمک شبیه سازی اجزاء محدود برهمکنش سیال- جامد بین جریان خون، رگ و پلاک، تنش فون میزز ایجاد شده در پوسته محافظ پلاک محاسبه گردیده است. شبیه سازی برهمکنش سیال- جامد به روش لاگرانژی- اویلری اختیاری انجام گرفته و برای اطمینان از صحت مدل ایجاد شده از یک مساله محک که شامل انتشار موج حاصل از جریان در یک لوله الاستیک می شود استفاده شده است. شرایط مرزی سرعت و فشار مطابق با جریان ضربانی واقعی خون در رگ کرونری تعریف شده اند. خون بصورت یک سیال نیوتنی مدل شده و از مدل هایپر الاستیک برای شبیه سازی رفتار غیر خطی بافت انسان و اجزای پلاک استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان دادند ترکیب حاصل از دو پلاک مستطیلی شکل در معرض بیشترین تنش و ترکیب حاصل از پلاک های صعودی و نزولی در معرض کمترین تنش قرار دارند. تاثیر پارامترهای مختلف مانند درصد گرفتگی رگ، فاصله ی بین دو پلاک و طول گرفتگی پلاک نیز مورد مطالعه و بحث قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: گرفتگی دوگانه عروق کرونری، خطر پارگی، برهمکنش سیال، جامد، روش اجزاء محدود
  • علی عبداللهی، محمدرضا سلیم پور*، نسرین اعتصامی صفحات 19-30
    انتقال حرارت جوشش یکی از پرکاربردترین فرایندهای انتقال حرارت در صنعت به شمار می آید. در این مقاله انتقال حرارت جوشش استخری نانوسیال اکسید آهن –آب (فروسیال) در فشار اتمسفر به صورت تجربی بررسی شده است. نانوسیال استفاده شده در این تحقیق به صورت تک مرحله ای سنتز شده است و پایداری بسیار بالایی دارد. تکرارپذیری و دقت دستگاه آزمایش در سه مرتبه برای آب بدون یون انجام شده است که تطبیق بسیار خوبی با روابط موجود در تاریخچه دارد. با بررسی غلظت های حجمی متفاوت از نانوسیال، انتقال حرارت جوشش در غلظت های بالا با افزایش غلظت کاهش و در غلظت های پایین با افزایش غلظت افزایش می یابد. بنابراین ضریب انتقال حرارت جوشش در 0/1 درصد حجمی از نانوسیال دارای مقدار بهینه بوده و حداکثر به میزان 43 درصد افزایش می یابد. زبری سطح جوشش با رسوب نانوذرات در اثر شرایط مختلف غلظت نانوسیال و شار حرارتی سطح جوشش در طول زمان تغییر می کند.لازم به ذکر است که در این پژوهش اثر تغییرات زبری سطح به دلیل رسوب نانوذرات و تاثیر گذشت زمان در فرایند جوشش برای نخستین بار مورد بررسی قرار می گیرد. بنابراین جهت بررسی تغییر رسوب نانوذرات در اثر تغییر غلظت نانوسیال و شار حرارتی سطح جوشش آزمایش هایی طرح شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که انتقال حرارت جوشش روی سطوح رسوب کرده با شارحرارتی پایین کاهش و روی سطوح رسوب کرده با شار حرارتی بالا افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جوشش استخری، فروسیال، زبری سطح، رسوب نانوذرات
  • مهدی فکور*، مجید بختیاری، مهشید سلیمانی صفحات 31-40
    شیوه ی جدیدی برای تغییر آرایش منظومه های ماهواره ای بر اساس تئوری لامبرت ارائه می گردد. مسئله ی تغییر آرایش در این مقاله با قید کمینه سازی هزینه های ناشی از مصرف سوخت مد نظر قرار می گیرد. از این رو، مانورهای مداری مورد نیاز اجرای عملیات تغییر آرایش به گونه ای طراحی می شود که انتقال مداری ماهواره ها به آرایش منظومه ی مطلوب با حداقل هزینه امکان پذیر شود. همچنین روش انتقال مداری معرفی شده برای اجرای فاز تغییر آرایش منظومه ی ماهواره ای، هیچگونه قیدی بر روی شکل و جهت گیری مدارهای اولیه و هدف اعم از هم صفحه و هم محور بودن، دایروی بودن و یا داشتن یک نقطه ی مشترک ایجاد نمی کند. علاوه بر آن، روشی برای مدلسازی تابع هزینه ی مسئله ی تغییر آرایش ارائه می گردد که در آن دو امر مهم انتقال مداری بهینه ی ماهواره ها به آرایش منظومه ی هدف و تخصیص بهینه ی هر یک از ماهواره ها به یک موقعیت یا مدار نهایی خاص، در یک گام انجام می پذیرد. بدین منظور و برای دستیابی به پاسخ بهینه ی سراسری مسئله ی تغییر آرایش منظومه، از تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات و ژنتیک مرکب استفاده می گردد. در نهایت، دو سناریوی مختلف تغییر آرایش منظومه ی ماهواره ای، یک بار با استفاده از شیوه ی ارائه شده و یک بار با در نظر گرفتن موقعیت های پرواز و استقرار معین برای ماهواره ها، مدلسازی و حل می شود. نتایج حاصله حاکی از برتری شیوه ی ارائه شده در این مقاله است.
    کلیدواژگان: منظومه ی ماهواره ای، فاز تغییر آرایش، تئوری نشانه روی لامبرت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و ژنتیک مرکب
  • محمدرضا شبگرد*، بهنام خسروزاده صفحات 41-50
    آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V یکی از پرکاربردترین آلیاژهای صنعتی است که بیشترین استفاده را در صنایع مهم و پر مخاطره دارد، یکی از ملزومات ماشینکاری چنین قطعاتی دستیابی به سلامت سطح مناسب است. ماشینکاری تخلیه الکتریکی با استفاده از ذرات معلق در دی الکتریک، فرآیندی است که مکانیسم آن با فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی سنتی متفاوت است و اغلب به منظور دستیابی به صافی سطح مناسب در ماشینکاری تخلیه الکتریکی از آن استفاده می گردد. در این مطالعه دو نوع نانوپودر اکسید سیلسیم و اکسید آلومینیوم به سیال دی الکتریک، در فرآیند ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V اضافه می گردد؛ تا تاثیر افزودن آنها بر روی مشخصه های خروجی فرآیند تخلیه الکتریکی از جمله نرخ براده برداری، سایش نسبی ابزار و صافی و سلامت سطح مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. سطح نمونه های ماشینکاری شده و سطح مقطع برش خورده آنها با میکروسکوپ الکترونی روبشی عکسبرداری شده تا اندازه و توزیع میکروترکهای سطحی و عمق لایه متاثر از حرارت مطالعه گردد. نتایج نشان می دهد که افزودن نانوپودرها بویژه نانوپودر اکسید سیلسیم باعث افزایش نرخ براده برداری شده، تاثیر نانوذرات بر روی فرسایش نسبی ابزار به تنظیمات و شرایط ماشینکاری بستگی دارد. تاثیر نانوپودر اکسید سیلسیم بر روی افزایش صافی سطح بیشتر از نانوپودر اکسید آلومینیوم می باشد، سلامت سطح ماشینکاری شده از لحاظ وجود میکروترکها و عمق لایه تغییر یافته در اثر حرارت، با افزودن نانوذرات بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: EDM، نانوپودر، سلامت سطح، تیتانیوم
  • علی کرمی ملایی* صفحات 51-58
    در این مقاله، رویکردی جدید برای کنترل دینامیک سیستم تعلیق فعال خودرو در حضور اغتشاش جاده پیشنهاد شده است. سیستم تعلیق فعال پیشنهاد شده با استفاده از محرک هیدرولیکی به خودرو اعمال می شود. ورودی این محرک هیدرولیکی نیز یک شیر الکتریکی می باشد. به عبارت دیگر، هم معادلات مکانیکی سیستم (مربوط به محرک هیدرولیکی) و هم معادلات الکتریکی آن (مربوط به شیر الکتریکی) در نظر گرفته شده اند. بنابراین با وجود پیچیدگی معادلات سیستم، تنها ورودی قابل محاسبه و در دسترس، جریان شیر الکتریکی است. مبنای روش پیشنهادی کنترل حالت لغزشی دینامیکی است. در کنترل حالت لغزشی دینامیکی، یک انتگرال گیر قبل از سیستم قرار داده می شود که باعث حذف چترینگ خواهد شد. اگر چه در کنترل حالت لغزشی دینامیکی، درجه سیستم افزوده (سیستم به همراه انتگرال گیر) یک مرتبه بزرگتر از درجه سیستم اصلی است و بنابراین کنترل سیستم مشکل خواهد بود. اما مزیت آن این است که سیگنال ورودی سیستم از یک معادله دینامیکی یا فیلتر پایین گذر محاسبه می شود به طوری که عملکرد مقاوم (خاصیت تغییر ناپذیری) سیستم حتی در حضور نامعینی، محفوظ می ماند. مزیت دیگر روش پیشنهادی این است که نیروی خروجی مطلوب محرک هیدرولیکی با استفاده از کنترل کننده محاسبه می شود.
    کلیدواژگان: سیستم تعلیق فعال، کنترل حالت لغزشی دینامیکی، چترینگ
  • ریحانه پرنده، حامد شهبازی *، کمال جمشیدی، بهنام خدابنده جهرمی صفحات 59-68
    در این مقاله مسئله ی کنترل حرکت ربات های انسان نما مورد بررسی قرار می گیرد. مسئله ی یادگیری حرکات مشابه انسان به خصوص حرکات موزون و تکرارشونده به ربات های انسان نما چالشی بزرگ در زمینه علم رباتیک محسوب می شود. یادگیری تقلیدی که زیرمجموعه ای از یادگیری بانظارت است، یک فرم اصلی جهت یاددادن کارهای پیچیده به ربات به شمار می آید و بر این اساس استوار است که یک سیستم مصنوعی می تواند حجم بالایی از اطلاعات را از طریق یادگیری تقلیدی از فرد آموزش دهنده یاد بگیرد. روش اصلی به کار گرفته شده در این تحقیق جهت یادگیری حرکات موزون و تکرارشونده به ربات انسان نمای نائو، یادگیری تقلیدی است. تکنیک اصلی به کاررفته در این پژوهش استفاده از ساختارهای عصبی موسوم به مولد مرکزی الگو می باشد که قادر است الگوی موردنیاز برای حرکت در یک ربات را بر اساس یک نوع آموزش نمایشی به دست آورد. نحوه ی طراحی سیستماتیک این ساختار عصبی مصنوعی که در علم کنترل کاربرد های فراوانی دارد، اصلی ترین چالش پیش روست که در این مقاله به ارائه ی روشی برای آن پرداخته شده است. روش سیستماتیک طراحی و آموزش مولد های مرکزی الگو که از بازخوردهای حسی جهت تطابق خود با شرایط جدید استفاده می کند، در یک مدل دولایه ای موردبحث و بررسی قرار داده شده است. مدل ارائه شده یک بستر مناسب جهت ارائه ی آموزش های نمایشی و مبتنی بر نمایش برای ربات های انسان نما محسوب می شود که نیاز به کنترل صریح و برنامه نویسی مستقیم را برطرف می سازد و امکان آموزش غیرمستقیم رفتارهای پیچیده روی انواع ربات ها را مهیا می سازد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، شبکه عصبی، کنترل، یادگیری تقلیدی
  • محمود نوروزی *، مریم بائو، علی جباری مقدم صفحات 69-78
    مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می رود، که از دیرباز مورد توجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آنها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها به سیالات غیر نیوتنی پرداخته اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه های لایه مرزی می باشد. در این تحقیق با رویکرد عددی به انتقال حرارت و لایه مرزی ایجادشده توسط جریان سیال ویسکوالاستیک باوجود جمله گرادیان فشار پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از دینامیک سیالات محاسباتی به صورت ضمنی با استفاده از نرم افزار متلب و از مدل مرتبه دو، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی و همچنین پاسخ ها در حالت نیوتنی با حل بلازیوس و فالکنراسکن مقایسه شده اند. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش اختلاف تنش های نرمال اول روی دیواره، ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و ضخامت لایه مرزی حرارتی افزایش می یابد. تغییرات ضریب درگ در اختلاف تنش های نرمال اول گرادیان فشارهای متفاوت گزارش شده است. تاثیر تغییرات عدد پرانتل در جریان سیال ویسکوالاستیک بر مشخصه های لایه مرزی مورد مطالعه قرار گرفته است. عدد ناسلت متوسط در گرادیان فشارهای متفاوت و ضریب اختلاف تنش نرمال اول مورد ارزیابی قرار گرفته است و در نهایت در یک گرادیان فشار ثابت، با افزایش ضریب اختلاف تنش نرمال اول ناسلت متوسط در طول صفحه، کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: لایه مرزی، انتقال حرارت، فالکنراسکن، سیال مرتبه دوم، ویسکوالاستیک
  • حمید گلمکانی، سامان مرادی بشلی، سیامک مزدک*، ابراهیم شریفی صفحات 79-87
    کشش عمیق با اجزاء لاستیکی یکی از روش های متداول برای حذف هزینه های ساخت و همچنین افزایش نسبت کشش می باشد. در این روش سنبه یا ماتریس از جنس لاستیک ساخته می شود. کشش عمیق ورق های دولایه نیز یکی از روش های جدید برای دستیابی به خواص مطلوب در قطعات تولیدی می باشد که در این روش دو ورق فلزی بر روی هم توسط چسب، به یکدیگر متصل شده اند که با هم به شکل مورد نظر شکل داده می شوند. کنترل نازک شدگی به خصوص در حالیکه از دو جنس و یا دو ضخامت، متفاوت باشد با حالت تک لایه متفاوت است. در این مقاله از تکنیک فاصله اولیه بین ورق گیر و حلقه ثابت استفاده شده است. در این تحقیق، نمونه مربعی با استفاده از قالب با ماتریس لاستیکی بصورت عملی و شبیه سازی سه بعدی، شکل داده شده است. در این مقاله، با استفاده از روش المان محدود و مدل هایپرالاستیک، شبیه سازی های سه بعدی انجام شده است. در ادامه برای صحت سنجی کار، یک قالب با اجزای لاستیکی برای نمونه مربعی ساخته و برای دو جنس آلومینیوم و فولاد که با روش جایگشت، در نمونه دولایه قرارگرفته اند، آزمایش هایی عملی انجام گرفت و نتایج تجربی و عددی با هم مقایسه شده است.درنهایت به کمک روش پاسخ سطح، مجموعه شبیه سازی ها و آزمایش های عملی جهت بررسی پارامترهایی ازجمله شعاع سنبه، جایگشت،جنس ورق و مقدار فاصله اولیه بین ورق گیر بر روی نازک شدگی، نیروی وارد بر سنبه و نیروی ورق گیر انجام شد.
    کلیدواژگان: ماتریس لاستیکی، فاصله اولیه، ورق دولایه، نازک شدگی
  • محمد امین ذوالجناحی، سعادت زیرک* صفحات 88-98
    این مقاله به بررسی جریان سیال در یکی از پمپ های گریز از مرکز شرکت پمپ- ایران با استفاده از روش های عددی می پردازد. برای انجام این کار تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی در نرم افزار CFX برای گستره وسیعی از دبی های حجمی در دو سرعت متفاوتrpm 1450وrpm 2900 انجام شده و نتایج عددی سیال آب با نتایج آزمایشگاهی هد و بازده کل مقایسه شده اند که تطابق قابل قبولی را نشان می دهند. نتایج حاصله برای سیال نفت خام نیز بدست آمده و به صورت منحنی های هد و بازده کل وسایر متغیر ها بر حسب دبی حجمی ارائه و با نتایج آب مقایسه شده اند. نتایج عددی نشان می دهد که میزان فشار مطلق روی تیغه ها در حالت نفت خامkpa 705 کمتر از حالت آب است و همچنین مقدار اختلاف فشار مطلق بین ورودی و خروجی پروانه و حلزونی برای نفت خام به مراتب از آب کمتر است. علاوه بر آن مشاهده شد که با افزایش دور پمپ برای هر دو سیال، مقادیر بالای شدت آشفتگی از لوله ی خروجی به خروجی پروانه در دبیm3/h 30 انتقال می یابد که باعث کاهش بازده می شود و میزان شدت آشفتگی برای نفت خام نسبت به آب در فضای داخل پروانه پمپ به مراتب از آب کمتر است. در نهایت برای ارائه منحنی هد پروانه پمپ برای نفت خام در محدوده ی کلی عملکرد پمپ، یک معادله ی چند جمله ای مرتبه دوم به نتایج عددی انطباق داده شد
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، پمپ گریز از مرکز، منحنی مشخصه، شدت آشفتگی، نفت خام
  • پوریا اکبرزاده *، سید معین درازگیسو صفحات 99-110
    مطالعه ی آیرودینامیک جریان های با اعداد رینولدز پایین به علت کاربردهای خاص نظیر وسایل بدون سرنشین، ربات ها و کاوشگرهای زیرسطحی در ابعاد بسیار کوچک مورد توجه می باشد. در مطالعه ی حاضر، یک روش پیش شرط توسعه یافته به نام روش پیش شرط توانی، جهت تحلیل جریان های آرام ناپایای عبوری از هیدروفویل ها ارائه شده است. در این روش معادلات دوبعدی ناویر-استوکس با تغییر جمله ی مشتق زمانی معادلات حاکم اصلاح می گردد. ماتریس پیش شرط از یک رابطه ی توانی و با استفاده از میدان سرعت تصحیح می گردد. معادلات حاکم به کمک روش عددی حجم محدود جیمسون از نوع مرکزیت-سلول انتگرال گیری می شوند و برای حل جریان های ناپایا از یک الگوریتم ضمنی دوزمانه استفاده می شود. پایداری حل به کمک جملات اتلافی مصنوعی مرتبه ی دوم و چهارم به دست آمده است. روش مورد استفاده برای همگرایی حل به سمت حالت دائم، روش انتگرال گیری زمانی رانج-کوتای صریح چهار مرحله ای می باشد. محاسبات جریان های ناپایای عبوری از هیدروفویل NACA0012 در اعداد رینولدز و زوایای حمله ی مختلف ارائه شده است. نتایج ارائه شده در این مطالعه شامل پروفیل های سرعت، ضرایب پسا و برا و تاثیر روش پیش شرط توانی بر نرخ همگرایی می باشد. نتایج حاصله به صورت رضایت بخشی با کارهای عددی محققان دیگر تطابق دارد و همچنین نتایج نشان می دهد که روش پیش شرط توانی نرخ همگرایی را تا حد زیادی افزایش و هزینه ی زمانی محاسبات را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: روش پیش شرط سازی توانی، حل دوزمانه، حجم محدود، جریان ناپایا، سرعت همگرایی
  • بهنام میری پور فرد *، پگاه عبدالله زاده صفحات 111-119
    کشتی های هوایی استراتوسفر راه حلهای جالبی را برای بسیاری از چالش های صنعت هوافضا فراهم ساخته اند. نیروهای رانشی و شناوری که توسط کشتی هوایی تولید می شود این وسیله را قادر به پروازهای طولانی مدت و کارایی عملکرد کرده است. اما با وجود همه پیشرفتها، هنوز هم چالش های اساسی در این زمینه وجود دارد. در این مقاله ابتدا مدل دینامیکی کشتی هوایی استراتوسفر کامل تحریک دارای شش درجه آزادی با استفاده از مختصات تعمیم یافته بسط داده شده است، سپس مقادیر مطلوب جهت گیری و سرعت های خطی و زاویه ای کشتی هوایی با توجه به مسیر مطلوب و استفاده از شبه معکوس معادله ی سینماتیکی موقعیت و سینماتیکی جهت گیری به دست می آیند. با فرض نامعینی در پارامترهای اینرسی ابتدا در روش کنترل دینامیک معکوس تطبیقی با استفاده از خاصیت پارامتری سازی خطی و قانون به روز رسانی گرادیان پارامترها به صورت برخط تخمین زده می شوند. در ادامه با طراحی الگوریتم حرکت بر اساس پسیو بودن، قانون کنترل و معادله ی غیر خطی حرکت استنتاج می شوند و روش های کنترل تطبیقی و مقاوم بر اساس پسیو بودن با توجه به این الگوریتم برای کنترل کشتی هوایی به کارگرفته می شود. پایداری سیستم حلقه بسته نیز به طور مختصر با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف شرح داده می شود. در نهایت، نتایج شبیه سازی برای ردیابی مسیر دلخواه متغیر با زمان ارایه می شود. مقایسه بین نتایج کنترل تطبیقی و مقاوم دینامیک معکوس و کنترل تطبیقی و مقاوم بر اساس پسیو بودن ارایه می شود.
    کلیدواژگان: کشتی هوایی استراتوسفر کامل تحریک، مختصات تعمیم یافته، کنترل دینامیک معکوس تطبیقی، کنترل تطبیقی و مقاوم بر اساس پسیوبودن، نامعینی در پارامترهای اینرسی
  • هادی آروین بروجنی* صفحات 120-128
    در این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد میکروتیرهای چرخان بر مبنای تئوری گرادیان کرنش و فرضیات تیر اویلر برنولی پرداخته شده است. ابتدا، اصل همیلتون بر روابط به-دست آمده انرژی های کرنشی و جنبشی اعمال شده تا معادلات حاکم بر میکروتیر چرخان استخراج گردد. در ادامه با اعمال پارامترهای بدون بعد، معادلات بی بعد حرکت بدست آمده است. سپس، با اعمال روش گلرکین بر معادلات دینامیکی، فرکانسهای طبیعی عرضی و طولی محاسبه شده است. پس از آن، نتایج حاضر با نتایج مقالات موجود اعتبارسنجی شده است. پس از اعتبار سنجی نتایج حاضر، تاثیر نسبت ضخامت به پارامتر اثر اندازه، سرعت چرخش و ضریب پواسون بر فرکانسهای عرضی و طولی بررسی و نتایج تئوری گرادیان کرنش با نتایج تئوری های کوپل تنش اصلاح شده و کلاسیک مقایسه گردیده است. نتایج نشان دهنده تاثیر بسیار زیاد نوع تئوری مورد استفاده در پیش بینی فرکانس های طبیعی می باشد. اثر سرعت چرخش بر امکان وجود تشدید داخلی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در ضمن برای اولین بار اثر تئوری-های مختلف ذکر شده، بر فرکانسهای طبیعی طولی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهند که با در نظر گرفتن تئوری گرادیان کرنش، تغییر ضریب پواسون، فرکانسهای طولی را تغییر میدهد، در حالی که، تئوری های کوپل تنش اصلاح شده و کلاسیک از پیش بینی هرگونه تغییری در فرکانسهای طولی عاجز بوده و دو تئوری مذکور، نتایج یکسانی را برای فرکانسهای طولی پیش بینی مینمایند.
    کلیدواژگان: میکروتیرهای چرخان، تیرهای اویلر، برنولی، تئوری گرادیان کرنش، ضریب پواسون
  • محسن محمدی، جمال ارغوانی هادی* صفحات 129-139
    پرتابگرهای گازی، بخش مهمی از دستگاه های آزمایش ضربه هستند که کاربردهای فراوانی در شناخت خواص مواد دارند. انجام برخی آزمایش ها نیاز به پرتاب در سرعت های بالا دارد که پرتابگرهای تک مرحله ای قادر به پرتاب در چنین محدود سرعتی نمی باشند، لذا از پرتابگر های دومرحله ای بدین منظور استفاده می گردد. پارامترهای متعددی عملکرد این گونه پرتابگرها را تحت تاثیر قرار می دهد. برای تنظیم بهینه این پارامترها، مدل سازی و بهینه سازی پرتابگر امری ضروری و غیر قابل اجتناب است. بدین منظور در این مقاله مدلی یک بعدی برای تعیین کارآیی پرتابگر و بهینه سازی آن پیشنهاد می گردد که در آن از اطلاعات تجربی نرخ سوختن جهت مدل سازی احتراق استفاده گردیده است. برای بررسی صحت مدل پیشنهادی و شبیه سازی پرتابگر، نتایج برای چندین حالت با نتایج تجربی مقایسه شده است که نشان می دهد مدل مورداستفاده از دقت کافی برخوردار است. نتایج حاصل از مدل سازی یکبعدی برای بهینه سازی عملکرد پرتابگر و تعیین مقادیر بهینه پارامترهای مختلف استفاده می گردد. علاوه بر این، مدل یکبعدی ارائه شده می تواند برای محاسبات طراحی اولیه پرتابگر و بررسی امکان پذیری ساخت و تخمین هزینه ها مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق از روش آماری پاسخ سطح برای یافتن مدل های چندجمله ای درجه دو برای پاسخ سرعت و فشار استفاده شده است و سپس از این مدل ها جهت کمینه سازی فشار بیشینه وارد بر پرتابه در شرایط مختلف، از روش سیمپلکس استفاده شده است. در نهایت جهت تسهیل استفاده از پرتابگر گازی دومرحله ای، منحنی و جدول عملکردی پرتابگر ارائه شده است که برای عملکرد بهینه پرتابگر می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: پرتابگر گازی دومرحله ای، شبیه سازی، بهینه سازی، روش پاسخ سطح
  • محسن خودستان، قادر فرجی *، کارن ابری نیا صفحات 140-146
    اطوکشی یکی از فرآیندهای متداول شکل دهی فلزات می باشد که برای تولید قوطی های با ضخامت دیواره نازک یکنواخت متعاقب فرآیند کشش عمیق به کار می رود. در فرآیندهای اطوکشی متداول نقاط ضعفی ازجمله پایین بودن نسبت کاهش ضخامت (TRR) وجود دارد که برای افزایش TRR نیاز به آنیل بین پاسی و افزایش تعداد مراحل اطوکشی می باشد. اخیرا، توسط نویسندگان این مقاله روش جدید اطوکشی محدود شده به منظور دستیابی به نسبت کاهش ضخامت بسیار بالا ارائه شده است که مشکلات روش سنتی را حل نموده است. این روش بر اساس تنش فشاری می تواند به نسبت کاهش ضخامت بالاتر دست یابد بدون اینکه نیازی به فرآیندهای اضافی مانند اطوکشی چندمرحله ای و آنیل بین مراحل مختلف باشد. در آغاز فرآیند اطوکشی محدود شده، سنبه تحت نیروی پرس قرار می گیرد و مواد برای کاهش ضخامت از سطح بیرونی دیواره فنجان تحت فشار قرار می گیرند. در این مقاله شبیه سازی فرآیند با نرم افزار آباکوس صورت گرفته و پارامترهای موثر بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که با افزایش ضریب اصطکاک نیروی فرآیند افزایش می یابد. همچنین شبیه سازی ها نشان دادند که حالت تنش در ناحیه شکل دهی در فرآیند اطوکشی محدودشده به صورت کامل فشاری است، درحالی که حالت تنش در فرآیند اطوکشی سنتی کششی است. بنابراین مولفه های فشاری تنش مشکلات شکل دهی را کاهش می دهد و کاهش ضخامت های بسیار بالا در روش اطوکشی جدید قابل دستیابی است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که استحکام کششی و سختی پس از اطوکشی فنجان کشش عمیق شده افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: اطوکشی محدودشده، تنش فشاری، نسبت کاهش ضخامت بالا، آزمایش تجربی، شبیه سازی
  • علیرضا بتویی، علی کشاورز ولیان* صفحات 147-158
    در این تحقیق استفاده از سیکل استرلینگ جهت بازیابی اتلاف حرارتی گازهای خروجی موتور احتراق داخلی بررسی شده است. شبیه سازی تک بعدی احتراق جهت پیش بینی بار حرارتی و دمای گازهای خروجی از اگزوز موتور انجام شده است. نتایج تست تجربی موتور گازسوز M355G جهت صحه گذاری مدل شبیه سازی استفاده شده است. دمای گازهای خروجی از اگزوز در محدوده 710-610 درجه سانتیگراد و بار حرارتی انتقال یافته به اگزوز 176.7-84.1 کیلووات اندازه گیری شده است. برنامه تهیه شده دمای گازهای خروجی را با میانگین 3.8 درصد و توان تولیدی را با میانگین5.9درصد خطا پیش بینی می نماید. آنالیز حرارتی انرژی منتقل شده به سیستم خنک کاری، سیستم اگزوز و توان خروجی موتور انجام شده و بیانگر این مطلب است که تقریبا 25 درصد انرژی به سیستم اگزوز هدایت شده است.با نصب گرم کن موتور استرلینگ پیشنهادی در مسیر گازهای خروجی از اگزوز بازیابی 8.4 کیلووات در بهترین حالت امکان پذیر است. شبیه سازی موتور استرلینگ نوع آلفا جهت پیش بینی بازیابی انرژی توسط نرم افزار جی تی انجام شده و جهت صحه گذاری شبیه سازی از نتایج تست موتور سولو استفاده شده است. با توجه به دقت 9 درصدی در پیش بینی توان تولیدی موتور استرلینگ، موتور جدیدی با فشار کاری پایین تر پیشنهاد شده است. با توجه به تغییر دمای گازهای خروجی موتور احتراق داخلی که ناشی از تغییر شرایط کارکردی نظیر دور موتور است، میزان توان تولید شده و راندمان برای موتور استرلینگ محاسبه شده است. آنالیز حرارتی سیکل ترکیبی نشانگر افزایش 2 تا 3 درصدی راندمان نسبت به راندمان موتور احتراق داخلی می باشد.
    کلیدواژگان: بازیابی انرژی، سیکل ترکیبی، موتور استرلینگ، موتور احتراق داخلی، راندمان حرارتی
  • سعید انصاری صدرآبادی، غلامحسین رحیمی* صفحات 159-166
    در این مقاله از مواد هدفمند در لوله های استوانه ای جدار نازک و ضخیم تحت فشار که کاربرد گسترده ای در صنعت و محیط های دمایی بالا دارند استفاده شده است. براساس معادلات حاکمه، معادله دیفرانسیل تنش ها در حالت پلاستیک به دست آمده است که می تواند کاربرد گسترده ای در بررسی رفتار لوله ها در حالت الاستوپلاستیک داشته باشد. بر روی توزیع دما و روابط تنش – کرنش در این مخازن، تحت بارگذاری فشار داخلی و اختلاف دما، بحث شده است. خصوصیات این گونه مواد به صورت پارامترهایی با توابعی متغیر نسبت به شعاع در نظر گرفته شده اند. همچنین در این کار با تعریف عاملی به نام متغیر تسلیم، اثر این پارامترها بر موقعیت شروع ناحیه ی پلاستیک و دماهای تسلیم و روند تغییرات تنش ها تحت بارگذاری های متفاوت در طول ضخامت لوله بررسی شده است. سپس نشان داده شده است که با انتخاب پارامترهای مناسب می توان ساختار لوله را بهینه کرد. در واقع با بررسی چهار پارامتر دمای داخلی و خارجی، فشار داخلی و عامل تنش تسلیم، باهم می توان تحلیل بهتری روی لوله ی استوانه ای ساخته شده از مواد هدفمند داشت، که این کار در پایان مقاله نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل الاستوپلاستیک، مواد تابعمند، لوله استوانه ای، سطح تسلیم، بررسی پارامترها
  • مجتبی لزگی نظرگاه *، محسن آبگل، ناصر چراقی صفحات 167-178
    در این مطالعه برای تحلیل خمشی ورق های ضخیم، براساس اصل تغییرات پارامتری ترکیبی، یک مدل المان محدود معرفی شده است. در استخراج معادلات اساسی حاکم بر رفتار ورق که برحسب مولفه های میدان های جابجایی و نیز مولفه نرمال عرضی تانسور تنش بیان شده است، از تئوری اصلاح شده تغییرات ترکیبی رایسنر استفاده شده است. مولفه های جابجایی های درون صفحه ای تئوری ورق پیشنهادی از ترکیب عبارت های نمایی و چند جمله ای تشکیل شده است. مولفه ی جابجایی عرضی ورق نیز مبتنی بر یک چند جمله ای درجه ی اول می باشد. جهت تعریف تغییرات مولفه ی نرمال عرضی تانسور تنش در جهت ضخامت صفحه، یک بسط مرتبه دوم بکار گرفته شده است. شرایط مرزی تنش های برشی و نرمال در سطوح بالا و پایین ورق به صورت کامل برآورده می گردد. براساس تئوری ورق ترکیبی پیشنهادی، یک المان مستطیلی هرمیتی کاملا سازگار چهار گرهی که پیوستگی از نوع C1 را برای تمامی پارامترهای مجهول ورق تضمین می نماید، بکار گرفته شده است. در فرمولاسیون ترکیبی ورق پیشنهادی، یک پارامتر اختیاری دلخواه به نام ضریب تفکیک در فرمولاسیون نهایی اجزا محدود ظاهر می گردد. روابطی ساده برای انتخاب ضریب تفکیک ارائه شده است تا منجر به نتایجی با دقت بالا شود. مقایسه نتایج عددی بدست آمده از تحلیل خمشی ورق های نازک و ضخیم با نتایج حاصل از تئوری های سه بعدی الاستیسیته و نیز نتایج سایر تئوری های ورق موجود در ادبیات فنی، کارآیی و موثر بودن فرمولاسیون ترکیبی ارائه شده را اثبات می نماید. علاوه بر این، مدل اجزا محدود ترکیبی پیشنهادی به لحاظ محاسباتی کم هزینه بوده و از سرعت همگرایی بالایی نیز برخوردار می باشد.
    کلیدواژگان: تئوری تغییرات پارامتری ترکیبی رایسنر، تنش های عرضی برشی و قائم، ورق های ضخیم
  • محمدرضا حیرانی نوبری *، محمد تقی مهربانی صفحات 179-188
    در این مقاله جریان حبابی تراکم ناپذیر ویسکوز در داخل کانال انحناء دار تحت اثر گرادیان فشار بصورت عددی با استفاده از روش رد یابی جبهه شبیه سازی شده است. برای اینکار معادلات ناویر استوکس به روش تفاضل مرکزی با دقت مکانی درجه دو گسسته سازی شده و با استفاده از الگوریتم تصویر با بهره گیری از پردازش موازی در مختصات استوانه ای حل شده است. شبکه استفاده شده از نوع شبکه جابه جا شده و یکنواخت می باشد. نتایج حاصل نشان می دهد که در صورت عدم وجود شتاب گرانش در مسئله، جریان در داخل کانال انحناء دار را می توان به دو ناحیه جدا از هم نسبت به صفحه میانی کانال تقسیم نمود. در واقع این صفحه، صفحه تقارن در جریان بدون حباب می باشد که مانع از اختلاط دو جریان نیمه بالا و نیمه پائین کانال می شود. در میدان بدون جاذبه تعداد 12 حباب با قطر 0.125 واحد طول دیواره، در جریان اصلی در نظر گرفته شده است که در لحظه شروع به صورت یکنواخت در داخل کانال توزیع شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در نبود شتاب ثقل، حباب ها در نهایت به صورت آماری پایا شده و دارای مسیر حرکت ثابتی خواهند بود. در این حالت اثر پارامترهای فیزیکی مختلف مانند عدد رینولدز، انحناء کانال، عدد دین در حرکت حباب ها بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کانال انحناء دار، جریان چند فاز، حباب، جریان تراکم ناپذیر، تفاضل محدود
  • احسان محمدیان اصفهانی، کیومرث مظاهری*، هادی پاسدار شهری صفحات 189-198
    هدف تحقیق حاضر بررسی عددی اسپری تبخیری و غیر واکنشی دیزل در یک محفظه ی احتراق حجم ثابت با شرایط دمایی و فشاری بالا، به عنوان گام اولیه ی مهم در شبیه سازی احتراق سوخت مایع است. بدین منظور اثر توزیع قطر قطرات در محاسبه دو مشخصه کلیدی اسپری یعنی طول نفوذ مایع و طول نفوذ بخار به کمک نرم افزار متن باز اپن فوم بررسی شده است. جهت تعیین تاثیر توزیع قطر قطرات، سه توزیع مختلف با قطرهای در محدوده ی 100 الی 0.25 میکرومتر در نظر گرفته شده و طول نفوذ مایع و بخار برای هر حالت جداگانه محاسبه شده است. جهت صحت سنجی نتایج از داده های تجربی منتشرشده توسط آزمایشگاه ملی سندیا استفاده شده است. نتایج شبیه-سازی نشان می دهد که توزیع قطر قطرات اثر بسیار قابل توجهی بر پیش بینی طول نفوذ مایع دارد، به نحوی که باعث پیش بینی بیش از دو برابری طول نفوذ مایع می گردد، درحالی که اثر آن بر روی طول نفوذ گاز ناچیز است. همچنین استفاده از توزیع قطر قطرات هم اندازه با قطر نازل سبب پیش بینی غیر فیزیکی طول نفوذ مایع می شود. این امر می تواند منجر به پیش بینی غیر فیزیکی برخورد اسپری به پیستون و دیواره ی سیلندر شده و در محاسبه ی غلظت هیدروکربن های نسوخته و همچنین بازده موتور تاثیر بگذارد.
    کلیدواژگان: سوخت دیزل، توزیع قطر قطرات، طول نفوذ، قطر متوسط ساتر
  • محسن اعیانی، فرهنگ هنرور*، رامین شعبانی صفحات 199-205
    آآزمون غیرمخرب فراصوتی روشی است توانمند که علاوه بر شناسایی عیوب سطحی و درونی قطعات، قادر است خواص مکانیکی و ساختاری مواد را نیز اندازه گیری کند. یکی از خواص مهم ماده، سرعت صوت (یا فراصوت) در آن ماده است. سرعت صوت نقشی اساسی در بازرسی های غیرمخرب فراصوتی ایفا می کند، به طوری که وجود خطا در اندازه گیری سرعت، موجب ایجاد خطا در اندازه گیری ضخامت می شود. هر چند در دماهای معمولی تغییرات سرعت صوت با دما ناچیز است، ولی در دماهای بالا باید حتما تاثیر دمای قطعه بر سرعت صوت لحاظ شود. در این مقاله، یک روش تجربی ساده و کم هزینه برای اندازه گیری سرعت امواج فراصوتی طولی و عرضی در یک نمونه استوانه ای از جنس فولاد St37 در دمای بالا، ارائه شده است. به منظور محافظت از تراگذار فراصوتی و دور نگه داشتن آن از سطح داغ نمونه از یک موج بر خاص، که برای همین منظور طراحی و ساخته شده است، استفاده می شود. با استفاده از روش فراصوتی عبوری و با بکارگیری این موج بر، تغییرات سرعت امواج فراصوتی در محدوده ی دمایی 160 oC - 40 اندازه گیری شده است. نتایج بدست آمده از آزمایش ها با داده های تئوری مقایسه و عدم قطعیت مقادیر اندازه گیری شده محاسبه شده است. عدم قطعیت سرعت امواج فراصوتی طولی و عرضی، با احتمال %95، به ترتیب m/s 0.01 ±و m/s 0.003 ± بدست آمده است. نتایج آزمایش ها تطابق بسیار خوبی با داده های تئوری دارد.
    کلیدواژگان: آزمون فراصوتی، موج عرضی، موج طولی، دمای بالا، موج بر
  • محمدحسن زمانی، مهدی دیواندری*، مرتضی تمیزی فر صفحات 206-214
    با افزایش کاربرد فلزات سبک منیزیم و آلومینیم در صنایع حمل و نقل، اتصال آن ها به یکدیگر، به یکی از چالش های محققین و مهندسین تبدیل شده است. هدف از این تحقیق، بررسی ارتباط خواص مکانیکی اتصالات جوشکاری اصطکاکی همزنی آلومینیم و منیزیم با خواص فصل مشترک آن ها در طرح اتصال لبه روی هم است. به همین منظور، اتصال آلومینیم و منیزیم در حالات مختلف قرارگیری آلومینیم-رو یا منیزیم -رو و همچنین پیشرو یا پسرو بودن لبه اتصال انجام شد. بررسی های میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و همچنین آزمون های ریز سختی سنجی و آزمون کشش-برش بر روی اتصالات انجام گرفت. نتایج نشان داد در فصل مشترک اتصالات منیزیم-رو، لایه های با ضخامت تقریبی 10 میکرون از ترکیبات بین فلزی ایجاد می شود در صورتی که در اتصالات آلومینیم-رو، ساختار با ترکیبات بین فلزی با ضخامت تقریبی 1 میلیمتر و با ساختار انجمادی ایجاد می گردد. نتایج نشان داد با قرار دادن ورق منیزیم به عنوان ورق رویی می توان استحکام اتصال را افزایش داد. تغییرات سختی در فصل مشترک اتصالات منیزیم-رو نوسان بیشتری نسبت به اتصالات آلومینیم-رو از خود نشان داد. بررسی های ریزساختاری نیز حاکی از آن بود که در اتصالات منیزیم-رو، مکانیزم تشکیل ترکیبات بین فلزی براساس نفوذ در حالت جامد است در صورتی که در اتصالات آلومینیم-رو، علاوه بر نفوذ در حالت جامد، تشکیل مذاب یوتکتیک و انجماد نیز بر مکانیزم تشکیل ترکیبات بین فلزی اثرگذار است.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی همزنی، ترکیبات بین فلزی، خواص مکانیکی، آلومینیم، منیزیم
  • محسن بروغنی، صدیقه بصیرجعفری*، صابر صفار صفحات 215-222
    استفاده از جاذب صوتی تخت چندلایه در اتاق صامت نسبت به شیوه های متعارف نظیر جاذب های گوه ای و هرمی شکل، مزایایی از قبیل قیمت مناسب تر، نصب آسان تر و پیچیدگی ساخت کمتر دارد. بنابراین طراحی بهینه ی جاذب چندلایه ی تخت با کمترین ضخامت مورد توجه است. در این مقاله از الگوریتم ژنتیک چندهدفه به عنوان ابزاری موثر در بهینه سازی طراحی جاذب متخلخل سه لایه ی تخت استفاده شده است. برای داشتن محدوده ی گسترده تری از مواد متخلخل، ترکیب جاذب متخلخل فومی و فیبری استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد جذب صوتی ساختارهای چندلایه، دو روش تحلیلی و عددی (روش اجزای محدود و بطور خاص نرم افزار کامسول مولتی فیزیک) بکارگرفته شده است. در قدم اول، مدل ریاضی صحه گذاری شده و نتایج روش اجزای محدود، تحلیلی و تجربی برای دو نمونه ساختار مقایسه شده است که تطابق مناسبی را نشان می دهند. همچنین برای صحه گذاری بر عملکرد الگوریتم ژنتیک برنامه نویسی شده، نتایج آن برای بهینه سازی جاذب متخلخل سه لایه ی تخت با نتایج مقاله ای مناسب مقایسه شده است که دقت و کارایی الگوریتم برنامه نویسی شده را نشان می دهد. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که ساختار متخلخل سه لایه ی تخت، با ضخامتی کمتر از یک پنجم طول موج متناظر با بسامد قطع Hz80، می تواند کیفیتی قابل مقایسه با ساختارهای متعارف گوه ای ایجاد نماید.
    کلیدواژگان: اتاق صامت، جاذب متخلخل، ساختار چندلایه ی تخت، الگوریتم ژنتیک چندهدفه
  • مصطفی دهقانی، حسین عجم*، سعید فراهت صفحات 223-234
    هدف این مقاله یافتن طراحی بهینه برای یک دیفیوزر خروجی توربین گاز نمونه است. جهت دستیابی به ضریب بازیافت فشار استاتیک حداکثر با وجود جریان چرخشی، از یک الگوریتم تکاملی استفاده شده است. فرایند بهینه سازی در سه حالت مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا با در نظر گرفتن یک پروفیل ثابت از هاب تا شرود برای پوشش پایه نگهدارنده، بهینه سازی انجام شده است. در مرحله دوم، دو پروفیل برای پوشش پایه نگهدارنده یاتاقان یکی در مقطع هاب و دیگری در مقطع شرود انتخاب شده است. نهایتا، فرایند بهینه سازی برای هندسه دیفیوزر و پوشش پایه نگهدارنده یاتاقان بصورت همزمان انجام شده است. به منظور تولید پروفیلهای مربوط به شکل پوشش پایه های نگهدارنده یاتاقان از روش پارامتری سازی پارسک استفاده شده است. حل جریان آشفته و سه بعدی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی انجام گرفته است. مساله بهینه سازی ابتدا با یک نمونه برداری اولیه از فضای حل آغاز شده و در ادامه از الگوریتم ژنتیک برای یافتن بهینه کلی استفاده شده است. بهینه سازی برای جریان چرخشی در خروجی توربین با عدد رینولدز 105×1.7 بر اساس قطر هیدرولیکی در ورودی دیفیوزر انجام گرفته است. تمامی مراحل اجرای الگوریتم ژنتیک و فرایندهای تولید مدل، تولید مش با توربوگرید، حل جریان با انسیس سی اف ایکس و محاسبه تابع هدف برای هریک از اعضاء جمعیت در هر نسل از الگوریتم ژنتیک بصورت کاملا خودکار درون نرم افزار متلب پیاده سازی و اجرا شده است. در نتیجه بهینه سازی ضرایب بازیافت فشار استاتیک دیفیوزرها در مراحل اول، دوم و سوم به ترتیب %1.94، %3.1 و %7.42 افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: دیفیوزر خروجی توربین گاز، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم ژنتیک، پایه نگهدارنده یاتاقان، روش پارسک
  • محمدرضا ذاکرزاده*، حمید صالحی، ابوالفضل صالحی، مصطفی باغانی صفحات 235-244
    در این مقاله یک ساختار ساندویچی انعطاف پذیرنوین معرفی شده است که می تواند در هواپیمایی که بصورت هوشمند قادر به تغییر شکل خارجی خود در رژیم های مختلف پروازی است، کاربرد داشته باشد. ابتدا مروری بر ایده های مختلف ارائه شده در دنیا برای دستیابی به این هدف انجام شده و در ادامه ویژگی های سازه جدید معرفی و تفاوت های آن با سایر ایده ها بیان شده است. سپس فرآیند ساخت و مراحل مختلف شکل دادن به ساختار جدید شرح شده است. در یک هواپیمای با انحنای بال متغیر، بخش تغییر شکل پذیر بال را می توان بصورت تیر یکسردرگیر فرض نمود. بنابراین نمونه هایی از ساختار جدید بصورت تیر یکسردرگیر ساخته و تحت نیروی انتهایی آزمایش شده است. از آنجا که تحلیل عددی ساختار نوین مستلزم شناخت رفتار مکانیکی اجزاء مورد استفاده در آن است، بررسی جامعی در مورد رفتار مکانیکی تک تک اجزاء تشکیل دهنده ساختار نوین انجام شده است. در انتها از روش عددی، جهت مدلسازی نمونه منتخب سازه جدید، استفاده شده و تغییرات خیز نمونه ها با تغییر بار انتهایی بررسی شده است. با توجه به مشاهدات نمونه شکسته شده در یکی از مدل ها، توزیعی برای حفره های ناشی از فرآیند ساخت در نظر گرفته شده تا نتایج عددی دقیق تری بدست آید. در نهایت با همین فرضیات نمونه دیگری تحلیل شده و نشان داده شده که نتایج مدل دوم با نتایج تجربی همخوانی دارد.
    کلیدواژگان: سازه ساندویچی انعطاف پذیرباربر، رفتار هایپرالاستیک، بال هوشمند
  • هادی پروز، محمد جواد ناطق* صفحات 245-252
    آزمایش پایداری قطعه کار یکی از مراحل اصلی در صحت سنجی سیستم جاسازی و بست در مراحل اولیه طراحی قید و بند است. پایداری قطعات شکل-آزاد در قید و بند متاثر از نیرو-ممانهای وارده از وزن قطعه کار، جاسازها، بست ها و ماشینکاری است. در این مقاله، مدلی تحلیلی برای آنالیز پایداری این قطعات در قید و بندها بر مبنای اصل کمترین اندازه نیروها ارائه می شود. اصل کمترین اندازه نیروها برای قطعات با هندسه شکل-آزاد در قالب یک مساله بهینه سازی غیرخطی در می آید که حل آن، پایداری قطعه کار را تعیین می کند. بررسی پایداری قطعه کار در هنگام بارگذاری در سیستم جاسازی، محاسبه محدوده پایداری و تحلیل تاثیر فاصله جاسازهای پایه از هم بر روی پایداری قطعه کار شاکله این پژوهش را تشکیل می دهد. نمونه ای از مدل پره توربین به عنوان مطالعه موردی برای آنالیز عملکرد مدل ارائه شده استفاده گردید. بارگذاری این قطعه کار در سیستم جاسازی در قالب مراحل مشخصی طراحی و پایداری قطعه کار تحت اثر نیرو-ممان های وزن و جاسازی در هریک از مراحل بررسی شد. نتایج بدست آمده شامل تعیین محدوده پایداری مدل در محدوده زاویه ای [38-22] درجه بر روی جاسازهای پایه، افزایش پایداری قطعه کار با افزایش فاصله جاسازهای پایه از هم و تایید طرح جاسازی اصلی با تایید پایداری قطعه کار در مراحل بارگذاری بود. نتایج، بیانگر توانایی بالای اصل کمترین اندازه ی نیروها برای آنالیز پایداری قطعات شکل-آزاد در ماژول صحت سنجی مجموعه فعالیت های طراحی قید و بند به کمک رایانه است.
    کلیدواژگان: اصل کمترین اندازه ی نیروها، تحلیل پایداری، تماس اجسام صلب، طراحی قید و بندها، هندسه ی شکل، آزاد
  • علیرضا هادی*، حسین اکبری، خلیل عالی پور صفحات 253-263
    بازوهای رباتیکی پیوسته و انعطاف پذیرکاربردهای ویژه ای در بسیاری از زمینه ها، از جمله ادوات پزشکی دارند. نمونه هایی از این کاربردها، بازوهای رباتیکی مورد استفاده در انجام عملهای جراحی درون بدن، یا ابزار آندوسکوپی و کلونوسکوپی مجاری داخل بدن انسان، مانند مری و روده می باشد. اندازه ی کوچک و قابلیت مانور زیاد، توانمندی این ابزارها را در کاربردهای مورد نظر افزایش می دهد. یکی از محرکهای مفید در کوچک سازی سیستمهای مکاترونیکی، آلیاژهای حافظه دار می باشد. این مواد که معمولا بصورت محرکهای خطی در سیستمها مورد استفاده قرار می گیرد می توانند نیروهای بسیار زیادی در مقابل وزن خود اعمال نمایند. در این مقاله، با جایگذاری سه فنر آلیاژ حافظه دار در ساختار یک ماژول انعطاف پذیر، مکانیزمی دو درجه آزادی ایجاد شده است. این ماژول، قابلیت ویژه ای در توسعه ی سیستمهای ماژولار رباتیکی، بخصوص بازوهای انعطاف پذیردارد. ماژول طراحی شده تغییر شکلهای بزرگی داشته و فضای دسترسی مناسبی را فراهم می کند. در این پژوهش، مدلسازی ماژول، به منظور استخراج پارامترهای طراحی و شبیه سازی، مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به خواص پیچیده آلیاژ حافظه دار و وجود نایقینی در مدل، کنترل ماژول مشکل می باشد. از اینرو با به کارگیری الگوریتم کنترلی غیر مدل مبنا، در این مقاله سعی شده است تا شکل نهایی ماژول کنترل گردد. عملکرد کنترلر معرفی شده با آزمایشات تجربی صحه گذاری شده است. فضای کاری گسترده و کنترل پذیری مناسب ماژول استفاده از آن برای کاربردهای واقعی را کاملا توجیه می نماید.
    کلیدواژگان: فنر آلیاژ حافظه دار، ماژول پیوسته، طراحی، کنترل
  • جواد رضازاده، اسماعیل لکزبان *، محمدرضا مه پیکر صفحات 264-274
    تاکنون تحقیقات زیادی برروی پدیده چگالش بخار آب در نازل ها و پره های ثابت توربین بخار انجام شده است. در اکثر این مدل سازی ها از تنش سطحی سطح صاف بجای تنش سطحی قطره که علاوه بر دما وابسته به شعاع آن نیز می باشد، استفاده شده است که یکی از دلایل مهم آن عدم دقت لازم در روابط پیشنهادی محاسبه تنش سطحی سطح کروی قطره می باشد. اخیرا کالوا با برازش نتایج برگرفته از حل دقیق معادله گیبس-تولمن-کنیگ-باف رابطه ای را برای محاسبه تنش سطحی قطره که قاعدتا کمتر از تنش سطحی سطح صاف می باشد، پیشنهاد داده است. در این پژوهش برای اولین بار تاثیر این رابطه بر معادله جوانه زایی کلاسیک اصلاح شده برای جریان چگالشی بخار آب در یک کانال همگرا-واگرا ما فوق صوت تحقیق شده است. از آنجا که ضریب تولمن (δ) در معادله تنش سطحی کالوا یک پارامتر مهم محسوب می شود، در این تحقیق برای اولین بار با برازش داده های برگرفته از زنجیره معادلات تولمن یک معادله برای تغییرات ضریب تولمن با دمای قطره نیز پیشنهاد شده است. تنش سطحی وابسته به شعاع و دمای کالوا علاوه بر تاثیر مستقیم در شعاع بحرانی قطرات، در بدست آوردن انرژی آزاد بحرانی قطره نیز تاثیر گذار می باشد که تاثیر هردو آنها برای اولین بار در معادله جوانه زایی کلاسیک اصلاح شده بررسی شده است. اعمال اصلاح تنش سطحی قطره پیشنهادی کالوا و همچنین استفاده از معادله پیشنهادی تغییرات دمایی ضریب تولمن در مدل سازی تحلیلی یک بعدی جریان آدیاباتیک مافوق صوت، باعث بهبود نتایج به میزان 12 درصد در شعاع نهایی قطرات و 5 درصد در توزیع فشار در منطقه شوک میعان شده است.
    کلیدواژگان: جریان چگالشی بخار، تنش سطحی، اصلاح کالوا، جوانه زایی، ضریب تولمن
  • پیمان مشهدی کشتیبان، محمد زادشکویان، قادر فرجی* صفحات 275-282
    در بین فرایندهای مختلف تغییر فرم پلاستیک شدید(SPD) ، فرایند پرس در کانالهای زاویه دار مساوی (ECAP) یکی از موثرترین روش ها بوده که با ریز دانه کردن فلزات چند کریستالی خواص مکانیکی فلز را بالا می برد. در این مقاله پرس در کانالهای زاویه دار مساوی مکرر(ECMAP) بعنوان یکی از روش های موثر ECAP در تولید تسمه های فوق ریز دانه از جنس Al5754 مطالعه شد. مسیر C بعنوان مسیر چند پاسه در نظر گرفته شد و از آنالیز گری بعنوان روش بهینه سازی استفاده شد. پارامترهای هندسی بعنوان متغیرهای ورودی و ضریب ناهمگنی کرنش، کرنش پلاستیک معادل و نیروی لازم برای فرایند، بعنوان متغیرهای هدف در نظر گرفته شدند. تست های پیشنهای با روش فاکتوریل بوسیله المان محدود شبیه سازی شدند. شبیه سازی های المان محدود با نرم افزار تجاری آباکوس انجام شد و نتایج بدست آمده با روش های تئوری و تست های عملی صحه گذاری شدند. سپس با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی و خروجی بهینه سازی انجام شد و نتایج بهینه برای پارامترهای ورودی مسیر C استخراج شدند. همچنین درصد تاثیرگذاری هر پارامتر، روی پارامترهای هدف بدست آمد. این نتیجه حاصل شد که در میان پارامترهای هندسی مسیر C، زاویه کانال قالب (φ_2) و زوایای انحنای گوشه قالب(ψ_1) بترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را روی پارامترهای هدف دارند.
    کلیدواژگان: پرس در کانالهای زاویه دار مساوی مکرر، بهینه سازی، المان محدود، روش گری
  • احمد رضایی سنگتابی، علی کیانی فر* صفحات 283-291
    یخچال ترموآکوستیک با استفاده از امواج صوتی، گرما را از منبع دما پایین به منبع دما بالا منتقل می کند. به دلیل عدم استفاده از قطعات متحرک، مواد سمی و آلاینده یخچال های ترموآکوستیک مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در این مقاله، از کدهای اپن فوم برای شبیه سازی یخچال ترموآکوستیک استفاده شده است. معادلات ناویراستوکس تراکم پذیر گذرا و معادله حالت در الگوریتم پیمپل به طور هم زمان حل شده اند. تاثیر پارامترهایی چون نسبت فشار مولدصوتی، اختلاف دمای مبدل های حرارتی و فرکانس مولدصوتی برای دو سیال هوا و هلیوم بررسی شده است. در این تحلیل طول مبدل های حرارتی و استک ثابت درنظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت فشار توان سرمایش یخچال افزایش پیدا می کند اما ضریب عملکرد آن کاهش پیدا می کند. هلیوم توان سرمایش بیشتری نسبت به هوا داراست اما به دلیل توان ورودی بیشتر ضریب عملکردی برابر با هوا خواهد داشت. همچنین با افزایش اختلاف دمای مبدل های حرارتی از توان سرمایش یخچال کاسته می شود و ضریب عملکرد یخچال برای هوا کاهش و برای هلیوم افزایش می یابد. کاهش فرکانس باعث افزایش طول دستگاه و کاهش توان سرمایش و ضریب عملکرد می شود. با افزایش فرکانس، طول مبدل حرارتی سرد از جا به جایی ذرات هوا بیشتر شده و مبدل حرارتی سرد به جای دفع گرما، گرما را از سیال جذب می کند و ضریب عملکرد صفر خواهد شد.
    کلیدواژگان: یخچال ترموآکوستیک، استک، نسبت فشار، فرکانس، ضریب عملکرد
  • درنا خوشنویس، سعید اصغری *، فریبرز جهانشاه صفحات 292-300
    گازهای واکنشگر در هنگام ورود به توده پیل سوختی غشاء پلیمری بایستی دارای رطوبت بهینه باشند. مرطوب سازی این گازها به کمک یک مرطوب ساز غشایی صورت می پذیرد. در مطالعه حاضر یک مدل تحلیلی جهت بررسی عملکرد یک مرطوب ساز غشایی آب-گاز مورد استفاده در پیل سوختی ارائه شده است. در ابتدا روابط بقای جرم و انرژی را برای سمت گاز مرطوب ساز اعمال نموده که در نتیجه آن یک دستگاه معادله غیرخطی بر حسب دما و نسبت رطوبت گاز خروجی از مرطوب ساز حاصل می شود. با حل دستگاه معادله حاصله، می توان به ارزیابی عملکرد مرطوب ساز از نقطه نظر دما و نقطه شبنم گاز خروجی از آن پرداخت. به کمک مدل توسعه داده شده، تاثیر عواملی نظیر دبی گاز، طول کانال، دما و فشار گاز ورودی به مرطوب ساز، عمق کانال گاز و... بر رطوبت نسبی و دمای خروجی و نیز نقطه شبنم گاز خروجی از مرطوبساز بررسی شد. نتایج نشان می دهد که عمق کانال اثری بر دما و رطوبت گاز مرطوب خروجی ندارد. همچنین افزایش طول کانال سبب افزایش نقطه شبنم گاز خروجی از مرطوب ساز می شود اما رطوبت نسبی ورودی تاثیر چندانی بر روی نقطه شبنم گاز مرطوب خروجی ندارد. افزایش دمای هوای ورودی به مرطوب ساز نیز عملکرد مرطوب ساز را بهتر نمی کند. همچنین نتایج حاصل از مدل نشان می دهد که با افزایش فشار ورودی و استفاده از دبی هوای کمتر، عملکرد مرطوب ساز ارتقاء می یابد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، مرطوب ساز غشایی، نقطه شبنم، رطوبت نسبی، مدل تحلیلی
  • احسان کیومرثی، امیر جلالی*، محمود نوروزی، مجتبی قطعی صفحات 301-308
    ته نشینی و تشکیل توده ی سخت ذرات مغناطیسی، پاسخ سیال مگنتورئولوژیکال به میدان مغناطیسی را محدود می کند و می تواند منجر به خرابی دستگاه دربردارنده ی سیال مگنتورئولوژیکال شود؛ لذاهمواره بررسی بیشتر روش های کاهش ته نشینی و عوامل موثر بر آن به منظور گسترش کاربرد سیالات مگنتورئولوژیکال مورد توجه بوده است. در این مقاله به بررسی برخی پارامترهای موثر بر روی پایداری سیالات مگنتورئولوژیکال پرداخته شده است. به این منظور در ابتدا نمونه های سیال موردنظر ساخته شده و میزان تاثیر عوامل مختلفی شامل اثر نوع سیال حامل، غلظت ذرات و روش های اختلاط سیال مگنتورئولوژیکال بر پایداری آن بررسی گردیده است و اهمیت هریک از این عوامل با استفاده از الگوریتم تاگوچی تعیین و نمونه سیال پایدار برای استفاده در میراگرهای مگنتورئولوژیکال انتخاب شده است. پس ازآن با بررسی رفتار رئولوژیکال بهترین نمونه (از دیدگاه ترکیب پایداری و لزجت در حالت بدون میدان)، رابطه ای برای تنش تسلیم در میدان های مغناطیسی مختلف ارائه شده است. این مدل بر پایه ی روابط موجود برای تنش تسلیم و برازش مدل هرشل- باکلی با داده های آزمایشگاهی استخراج گردیده است. نتایج نشان می دهد پایدارترین نمونه پس از 168 ساعت دارای 7% ته نشینی است.این نمونه متشکل از روغن سیلیکون و 70% وزنی پودر آهن با روش اختلاط همزن مکانیکی است. افزودن مقدار 3% وزنی اسید استئاریک به سیال حامل به منظور افزایش پایداری سبب افزایش شدید لزجت سیال حامل تا 39 برابر شده است. بااین وجود، نمونه ی بهینه اثر مگنتورئولوژیکال قابل قبولی را نشان می دهد به طوری که در میدان مغناطیسی 146 KA/m دارای تنش تسلیمی برابر با 15 KPaاست.
    کلیدواژگان: پایداری، سیال مگنتورئولوژیکال، ته نشینی، لزجت بدون میدان، رئولوژی
  • سید علیرضا ذوالفقاری*، علی فوادالدینی صفحات 309-318
    پردازنده گرافیکی همه منظوره کاربر را قادر می سازد تا از پردازنده گرافیکی برای مقاصد محاسباتی عمومی بهره بگیرد. استفاده از این نوع پردازنده ها موجب افزایش قابل توجهی در سرعت محاسبات عددی می شود. تحقیقات متعددی جهت بررسی مزیت استفاده از پردازنده گرافیکی در محاسبات از جمله بکارگیری آن برای حل دستگاه معادلات سه قطری صورت گرفته است. تمرکز اصلی تحقیقات مذکور، روی ارتقاء شیوه های بهره گیری از الگوریتم های موازی، نظیر کاهش متناوب و کاهش متناوب موازی بوده است. این الگوریتم ها با معماری پردازنده گرافیکی سازگارند، با این وجود پیچیدگی محاسباتی بالایی نسبت به الگوریتم توماس سری دارند و دارای محدودیت هایی در خصوص ابعاد دستگاه معادلات می باشند. بنابراین در تحقیق حاضر با توجه به مزایای الگوریتم توماس نسبت به الگوریتم های موازی، شیوه ای نوین با عنوان توماس شطرنجی جهت سازگار کردن الگوریتم توماس برای اجرا روی پردازنده گرافیکی ارائه شده است. این روش برای حل مسئله هدایت پایای دو بعدی استفاده شده و نتایج نشان دهنده افزایش دقت پاسخ نسبت به دو الگوریتم توماس و کاهش متناوب موازی می باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که روش جدید می تواند نسبت به الگوریتم توماس، بین 5.7 تا 22.2 افزایش سرعت محاسباتی را در پی داشته باشد. بعلاوه نتایج نشان می دهد که سرعت این روش به طور میانگین در حدود 2 برابر الگوریتم کاهش متناوب موازی می باشد. همچنین مشاهده شد که دسترسی غیر هم مکان به حافظه سراسری موجب حداقل و حداکثر کاهش سرعت 42.7 و 81.9 درصد به ترتیب برای اندازه شبکه 128×128 و 1024×1024 می شود.
    کلیدواژگان: الگوریتم توماس شطرنجی، پردازنده گرافیکی همه منظوره، دستگاه معادلات سه قطری، الگوریتم کاهش متناوب موازی
  • سعید شکراللهی*، مبین کاویان پور صفحات 319-328
    خطی بودن پاسخ ارتعاشی یک سیستم مکانیکی فرض ساده کننده ای است که برای بسیاری از مسائل واقعی ارتعاشات صادق نبوده و پاسخ سیستم با یک خطای قابل توجهی همراه می گردد. تعیین یک مدل مناسب ریاضی از مسائل غیرخطی در تحلیل ارتعاشاتی سیستم های مکانیکی بسیار ضروری و کارآمد خواهد بود. زمانیکه دامنه ارتعاشات بزرگ باشد غیرخطی از نوع هندسی به وجود می آید. در این مقاله شناسایی غیرخطی یک تیر باریک یکسرگیردار تحت اثر پاسخ ارتعاشات آزاد بررسی گردیده است. به دلیل نبود نیروی تحریک و اطلاعات بسیار کم از پاسخ این سیستم، روش های شناسایی موجود ناکارآمد می باشند. در این پژوهش از یک رویکرد شناسایی جدید مبتنی بر ضریب تصحیح بهینه جملات دارای عدم قطعیت استفاده شده است و شناسایی با استفاده از میرایی ارتعاشات آزاد غیرخطی انجام شده است. همچنین برای حل این مسئله که شامل جملات غیرخطی هندسی و اینرسی است از روش تقریبی تبدیل دیفرانسیلی اصلاح شده با تقریب پد استفاده گردیده و فرکانس تشدید برای این مسئله بدست آمده است. همچنین فرکانس تشدید سیستم غیرخطی از روش تکرار تغییرات توسعه یافته نیز محاسبه شده و با فرکانس بدست آمده از روش تبدیل دیفرانسیل اصلاح شده مقایسه گردیده است. با مقایسه نتایج بدست آمده از روش تقریبی جدید و روش حل عددی رانگ-کوتای مرتبه 4 اعتبار روش حل اثبات گردیده است. در نهایت نتایج بدست آمده در مقایسه با نتایج آزمایش نشان دهنده دقت خوب مدل شناسایی شده برای تیر غیرخطی است.
    کلیدواژگان: شناسایی غیرخطی، میرایی ارتعاشات آزاد غیرخطی، روش تبدیل دیفرانسیلی اصلاح شده، روش تکرار تغییرات توسعه یافته
  • وحید اصفهانیان*، صابر آزاد، علی صلواتی زاده، احمد جواهری صفحات 329-332
    با توجه به اهمیت آلایندگی موتور و به علت هزینه بر بودن تستهای آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی و پیش بینی آلایندگی موتور، امری ضروری بنظر می رسد. در این پژوهش، یک مدل از موتور تک سیلندر گازسوز آزمایشگاهی با نرم افزار ای.وی.ال.بوست شبیه سازی شده و پارامترهای آلایندگی آن بررسی شده اند. کالیبراسیون موتور مذکور در دور ثابت 2000 دور بر دقیقه و در سه بار مختلف ترمزی (کم، متوسط و دریچه ی کاملا باز ) و همچنین در سه نسبت تراکم مختلف (12،14،16 ) و نسبت هوابه-سوخت استوکیومتری انجام شده است. پس از اطمینان از کالیبراسیون موتور در نسبت هوابه سوخت استوکیومتری، مقادیر عدد لاندا در بازه ی 0.8 تا 1.25 تغییر کرده و مقادیر آلایندگی های اکسید نیتروژن و مونوکسیدکربن محاسبه شده است.
    نتایج نشان داد که آلایندگی اکسید نیتروژن به شدت به بار موتور بستگی دارد اما چندان به نسبت تراکم وابسته نیست.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، موتور گازسوز تک سیلندر، آلایندگی
|
  • Morteza Ahmadi Najafabadi, Hossein Hosseini Toudeshky*, Mojtaba Sedighi Pages 1-9
    In this paper, acoustic emission monitoring of repaired aluminum 2024-T3 sheet with FML patch is studied. For the experimental investigation, 12 samples were made and classified into 4 categories according to the crack angle (zero and 45 degrees), and repaired or unrepaired state. To reduce manufacturing errors, composite prepreg is used for producing patches, aluminum surfaces is anodized and curing is done in an autoclave. In fatigue crack initiation process by using Acoustic Emission data acquisition, crack initiation moment is detected. By using Acoustic Emission signal cumulative energy parameter onset of delamination, growth of delamination and critical delamination growth is identified. SEM image and investigation of failure surface are used for detecting of failure mechanism. By introducing one frequency analysis method tried to classify frequency range of failure mechanism signals. Because of frequency range intersection of matrix cracking, fiber/matrix separation and delamination of patch from aluminum sheet, force-displacement curve is divided to 3 zone and frequency analysis is done in each zone that occurrence possibility of certain failure mechanism is higher than the others. Signal frequency range of aluminum plasticity and crack growth is in the range of 440-480 kHz, and signal frequency range of delamination is in the range of 100-150 kHz and 200-220 kHz.
    Keywords: Acoustic emission, Delamination monitoring, FML patch, Signal frequency analysis
  • Mehdi Kazemiyan, Hamed Afrasiab*, Mohammad Hadi Pashaei Pages 10-18
    Recent observations have shown that artery stenosis occurs as multiple-stenosis in 70% of patients with atherosclerosis plaques. Accordingly, the frequent occurrence of double-stenosis in blood arteries has inspired this paper to investigate and compare the plaque rupture risk in different arrangements of common plaque shapes in a double-stenosis. The plaque von-Mises stress in plaque fibrous cap is calculated by finite element modeling of the fluid-structure interaction (FSI) between the blood flow, artery and plaque components. Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach is employed for FSI simulations and a benchmark problem dealing with wave propagation in a fluid-filled elastic tube is used for model verification. Transient velocity and pressure conditions of actual pulsatile blood flow through coronary artery are prescribed. The blood is assumed to be a Newtonian fluid and hyper-elastic material model is employed for describing nonlinear behavior of the human tissue composed of the arterial wall, lipid core and fibrous cap. It was observed that the arrangement composed of two diffused plaques is subjected to the maximum von-Mises stress, while the arrangement of ascending-descending plaques experiences the minimum von-Mises stress. The effect of different parameters such as the stenosis degree, the space length between the plaques, and the plaque length is studied and discussed.
    Keywords: Double, stenosis of coronary artery, Rupture risk, Fluid, structure interaction, Finite element method
  • Ali Abdollahi, Mohammad Reza Salimpour*, Nasrin Etesami Pages 19-30
    Boiling heat transfer is one of the most applicable heat transfer processes within the industry. In this paper, the pool boiling heat transfer of Fe3O4 /water nanofluid (ferrofluid) in atmospheric pressure has been analyzed, experimentally. The nanofluid in this study, has been synthesized in a single step and retains high stability. The replication and accuracy of the testing machine has been studied for deionized water for three times, indicating an appropriate concordance with the literature. Considering different volume concentrations of the nanofluid has revealed that boiling heat transfer in high concentrations decreases with an increase of concentration, while it rises with the increase of concentration in low concentrations. Hence, boiling heat transfer coefficient in 0.1% volume concentration nanofluid has been measured to be the optimum value which increases up to 43%. The roughness of boiling surface was varied with the deposition of nanoparticles in various conditions of nanofluid concentration, and heat flux. It is noteworthy that in the present research, the effects of surface roughness changes due to nanoparticles deposition and the impact of passing time on boiling process have been investigated, for the first time. Therefore, several experiments have been designed in order to study the change of nanoparticles deposition due to the change of nanofluid concentration and boiling surface heat flux. The results indicate that boiling heat transfer of deposited surfaces at low heat fluxes decreases; while it rises at high heat fluxes.
    Keywords: Pool boiling, Ferrofluid, Surface Roughness, Nanoparticles deposition
  • Mahdi Fakoor*, Majid Bakhtiari, Mahshid Soleymani Pages 31-40
    A novel approach is presented for the reconfiguration of satellite constellations based on Lambert’s theorem. The reconfiguration problem, in this article, is considered with the constraint of overall fuel cost minimization. Hence, orbital maneuvers required for the operation of reconfiguration is designed in such a way that, transferring the satellites to the desired configuration of constellation will be possible at minimal cost. Also, the introduced method of orbital transfer for implementing the reconfiguration phase of satellite constellation has no limitation on the shape and orientation of initial and target orbits such as: co-planarity, coaxiality, circularity and/or the existence of a common point. Moreover, a method is offered for modeling the cost function of reconfiguration problem in which the two important tasks of optimal orbital transfer of satellites to the target configuration of constellation and optimal assignment of each satellite to a specific terminal position or final orbit will be done in one single step. For this purpose and in order to achieving the globally optimal solution of the reconfiguration problem of constellation the hybrid PSO/GA is used. Finally, two different scenarios of reconfiguration of satellite constellation will be modeled once by the presented approach and once by considering determined positions of flight and deployment for the satellites. The obtained results indicate the superiority of the idea presented in this article.
    Keywords: Satellite Constellation, Reconfiguration Phase, Lambert Targeting Theorem, Hybrid PSO, GA Optimization Algorithm
  • Mohammad Reza Shabgard*, Behnam Khosrozadeh Pages 41-50
    Titanium alloy Ti-6Al-4V is one of the most used industrial alloys that is used often in important and risky applications. One of the requirements for machining such parts is to achieve the appropriate surface integrity. Powder mixed electrical discharge machining is a process which has different mechanism compared with traditional electrical discharge machining process; and it often used in order to obtain good surface finish. In this study two different kind of Nano powders SiO2 and Al2O3 added in dielectric for machining of Ti-6Al-4V titanium alloy; so that the effect of adding them on the output characteristics of the electric discharge process, including removal rate, tool wear ratio, surface roughness and integrity is investigated and compared. In order to investigate surface micro cracks and heat altered layer, surface and cross section of it were studied by scanning electron microscopy imaging. The results show addition of Nano powders into dielectric, especially SiO2, increases material removal rate, the effect of Nano powders on tool wear ratio depends on machining condition and setting. SiO2 Nano powder decreases surface roughness more than Al2O3 Nano powder. Surface integrity of machined sample in terms of micro-cracks and depth of the heat altered layer is improved with the addition of nanoparticles.
    Keywords: EDM, Nano powder, Surface integrity, Titanium
  • Ali Karami, Mollaee* Pages 51-58
    In this paper, a new approach has been presented for dynamic control of active suspension vehicle system subject to the road disturbances. The active suspension system (ASS) which has been considered in this paper is operated by a hydraulic actuator. The input of this hydraulic actuator is a servo valve. In the other word, both mechanical equation of system (related to hydraulic actuator) and its electrical equation (related to servo valve) are considered. Therefore, the equations are complicated and only the input current of servo valve is accessible as the input control signal. The proposed approach is based on dynamic sliding mode control (DSMC).In DSMC chattering is removed due to the integrator which is placed before the input control signal of the plant. However, in DSMC the augmented system (the system plus the integrator) is one dimension bigger than the actual system and then, control of the plant is more complicated. But, its advantage is that the input control signal is obtained from a dynamic system or a low pass filter, while the robust performance (invariance property) of the system is reserved even in the presence of disturbance. Another advantage of proposed approach is that the desired output force of the hydraulic actuator is obtained by the controller.
    Keywords: Active Suspension System, Dynamic Sliding Mode Control, Chattering
  • Reyhaneh Parandeh, Hamed Shahbazi*, Kamal Jamshidi, Behnam Khodabandeh Jahromi Pages 59-68
    In this paper we introduced a new method for motion control in humanoid robots. The problem of movement learning specially dance and repetitive actions of human beings to humanoid robots is a major challenge in the field of robotics. Imitation learning, which is a subset of supervised learning, is a main form to teach complex tasks to the humanoid robot, and the accordingly is based on that an artificial system can imitate a lot of information through learning from human trainer. The main technique is using Central Pattern Generators structures which is able to produce required motion trajectories based on imitation learning. Systematic design of this these neural networks is main problem which is solved in this paper. The proposed model is a basic paradigm for imitation learning in the humanoid robots which do not required direct design of controller and programming. The proposed model has many benefits including smooth walking patterns and modulation during imitation. Simulation results of this learning system in the robot simulator (WEBOTS) that has been linked with MATLAB software and its implementation on a NAO robot demonstrate that the robot has learned desired motion with high accuracy. This model can be extended and used in the Nao soccer player both for the standard platform and the 3D soccer simulation leagues of Robocup SPL competitions to train different types of motions.
    Keywords: Humanoid robot, Neural network, control, Imitation Learning
  • Mahmood Norouzi*, Maryam Baou, Ali Jabari Moghadam Pages 69-78
    The study of the boundary layer flow is considered as one of the fundamental issues in fluid mechanics that attracted many of the researchers’ attention in this field. The most of previous researches on boundary layer problem are limited to Newtonian fluids and a few numbers of researches are considered the non-Newtonian fluids. The main objective of this research is to better recognize of the viscoelastic properties effect on characteristics of the boundary layer. In this study, the hydrodynamic and thermal boundary layer of viscoelastic Falkner-Skan problem is investigated numerically. Here, the second order model has been used as the viscoelastic constitutive equation and analyzed with MATLAB software. Both constant temperature and constant heat flux at walls are used as thermal boundary conditions. The effect of Reynolds number, the coefficient of the first normal stress difference, Prandtl number and wedge shape factor on the thickness of dynamic and heat transfer boundary layer, momentum thickness, displacement thickness, drag coefficient and Nusselt number are studied. The effects of both adverse pressure gradient and favorable pressure gradient in heat and hydrodynamics boundary layer characteristics are investigated. The magnitude of the non-Newtonian hydrodynamic and heat boundary layer are found to increase with increasing the coefficient of the first normal stress and finally at constant pressure gradient, average Nusselt number decreases along plate by increasing first normal stress coefficient.
    Keywords: Boundary layer, Heat Transfer, Falkner, Skan, Second order fluid, Viscoelastic
  • Hamid Golmakani, Saman Moradi Besheli, Siamak Mazdak*, Ebrahim Sharifi Pages 79-87
    Deep Drawing with rubber components of the conventional methods to remove the cost of manufacturing and is also an increase in LDR. The punch or matrix that is made of rubber.Deep drawing two sheet layers is one of the new methods to achieve desired properties in manufactured components. In this method two metal sheets together by glue connected to each other which together form the shape. Thinning control specially when the two materials or two different thickness is used, a single layer is different.In this paper the technique the initial gap used is between blankholder and fixed ring. In this study a square sample using die with rubber matrix with experimental and three-dimensional simulated, has been formed.In this paper, using the finite element method and model of hyper-elastic, three-dimensional simulations performed. Then, for verification,a die made with rubber components for cups square for both aluminum and sheets that by permutation method the practical experiments were perfromed and to compare the experimental and numerical results. Finally,with the help of response surface method collection simulations and practical experiments to evaluate parameters such as radius of punch, permutation the material type and the initial gap between the blank holder on the thinning, the force of punch and force blank holder performed.
    Keywords: Rubber die, Initial gap, two layers sheet, Thining
  • Mohammad Amin Zoljanahi, Saadat Zirak* Pages 88-98
    This article presents a numerical investigation of fluid flow in one of the centrifugal pumps of pump-Iran Corporation. A computational fluid dynamics (CFD) analysis is performed by using the CFX software for a wide range of volumetric flow rates for two different rotor speeds of 1450 rpm and 2900 rpm and the numerical results of water are validated against measured values of head and total efficiency with an overall acceptable agreement. The obtained results have been obtained for crude oil as diagrams of head and total efficiency as the function of volumetric flow rate and other variables and compared with results of water. Numerical results show that the absolute pressure on blade surfaces for crude oil is 705 kpa less than when using water. The absolute pressure difference between inlet and outlet of impeller and spiral volute for crude oil is comparatively less than those amounts in comparison with water. Also by increasing the angular velocity of rotor, it was observed that high levels of turbulence intensity are transmitted from outlet pipe bending to the impeller outlet at volumetric flow rate of 30 m3/h that causes the efficiency reduction and high levels of turbulence intensity for crude oil are less than those amounts in comparison with water within impeller area. Finally, to represent an impeller pump head curve for crude oil over the overall operation range of the pump, a second order polynomial equation was fit to numerical data.
    Keywords: Numerical Simulation, Centrifugal pump, characteristic curve, Turbulence intensity, crude oil
  • Pooria Akbarzadeh*, Seyed Moein Derazgisoo Pages 99-110
    Aerodynamic study of flows at low Reynolds for special applications such as micro unmanned underwater vehicles, underwater robots and explorers are interested. In this paper, an improved progressive preconditioning method named power-law preconditioning method, for analyzing unsteady laminar flows around hydrofoils is presented. In this method, the 2D Navier-Stokes equations modifies by altering the time derivative terms of the governing equations. The preconditioning matrix is adapted from the velocity flow-field by a power-law relation. The governing equation is integrated with a numerical resolution derived from the cell-centered Jameson’s finite volume algorithm and a dual-time implicit procedure is applied for solution of unsteady flows. The stabilization is achieved via the second- and fourth-order artificial dissipation scheme. Explicit four-step Runge–Kutta time integration is applied to achieve the steady-state condition. The computations are presented for unsteady laminar flows around NACA0012 hydrofoil at various angles of attack and Reynolds number. Results presented in the paper focus on the velocity profiles, lift and drag coefficient and effect of the power-law preconditioning method on convergence speed. The results show satisfactory agreement with numerical works of others and also indicate that using the power-law preconditioner improves the convergence rate and decreases the computational cost, significantly.
    Keywords: Power, law preconditioning method, Dual, time solution, Finite volume, Unsteady flow, Convergence speed
  • Behnam Miripour Fard*, Pegah Abdollahzadeh Pages 111-119
    Stratospheric airships have introduced interesting solutions for challenges in aerospace industries. Buoyant and propulsion forces produced by airships makes them to be capable of long-time flight and efficient operation. In spite of many progresses, there are still many challenges in this interesting field of study. In this paper, first the dynamic model of fully-actuated stratospheric airship with 6-DOF expressed by the generalized coordinates, then desired values of the airship attitude, linear and angular velocities obtained according to desired path and using pseudo inversion of the kinematics and dynamics equations. In view of the unknown inertial parameters first in adaptive inverse dynamic control, inertial parameters estimated online by using linearization parameters and gradient update law. Next control law and nonlinear dynamic equation is deduced by designing control algorithm based on passivity, and according to that, adaptive and robust control based on passivity applied for controlling airship. The stability of the closed loop control system is proved by using the Lyapunov stability theory. Finally, comparison between the results of the all methods are shown.
    Keywords: Fully, actuated stratospheric airship, generalized coordinate, inverse dynamics control, adaptive, robust control based on passivity, unknown inertial parameters
  • Hadi Arvin Boroujeni* Pages 120-128
    In this paper, free vibration of rotating microbeams based on the strain gradient theory and Euler-Bernoulli beam assumptions is investigated. The Hamilton's Principle is applied on the attained strain and kinetic energy relations to obtain the equations of motion for the rotating microbeam. Then, by employment of the adimensional parameters, the nondimensional form of the equations of motion is derived. By applying the Galerkin approach on the dynamic equations of motion, the flapping and axial natural frequencies are calculated. Subsequently, the current results are validated by the existed papers results. After validation of the present results, the effects of the thickness to the material length scale parameter ratio, rotation speed and Poisson's coefficient on the flapping and axial frequencies are studied and the strain gradient theory results are compared with the modified couple stress and classical theories. The results show that the type of the theory which is appointed has essential effects on the predicted natural frequencies. The effect of rotation speed on the possibility of the occurrence of internal resonances is also examined. In addition, for the first time, the effect of different mentioned theories on the axial natural frequencies are inspected. The presented results illustrated, by considering the strain gradient theory, varying the Poisson's coefficient changes the axial frequencies, while, the modified couple stress and classical theories are incompetent to predict any variations on the axial frequencies and the mentioned theories predict the same results for axial frequencies.
    Keywords: Micro Rotating Beams, Euler, Bernoulli Beams, Strain Gradient Theory, Poisson's Coefficient
  • Mohsen Mohammadi, Jamal Arghavani* Pages 129-139
    Gas launchers are important part of impact testing apparatus which have many applications in material parameters identification. Some experiments call for very high velocity that are beyond the limit of one-stage gas launchers; thus, two-stage gas launchers are employed. Several parameters affect the operation of such launchers. For optimum adjustment of such parameters, modeling and simulation is necessary and inevitable. To this end, in this paper, a one dimensional model for a two-stage light gas launcher is proposed and utilized for performance optimization. To simulate combustion, experimental data for burning rate has been used. The proposed model is verified by comparing its predictions with the available experimental data. It is shown that the proposed model is accurate enough to predict the two-stage light gas launcher performance. The results of one dimensional model can be used in the basic design of the launcher, investigating the feasibility of manufacturing and estimating the costs. Moreover, the model is used to optimize the launcher performance as well as to determine optimum parameters. The statistical method of response surface is employed to find suitable second order polynomial models to predict the projectile velocity and maximum base pressure. The presented models are used to maximize the projectile velocity as well as to minimize the maximum projectile base pressure. To this end, Simplex method is employed to minimize the maximum base pressure in different conditions. Finally, the table of optimum conditions is presented to simplify the optimum use of the two-stage light gas launcher.
    Keywords: Two, stage light gas launcher, simulation, optimization, Response surface methodology
  • Mohsen Khodsetan, Ghader Faraji*, Karen Abrinia Pages 140-146
    Ironing is a conventional metal forming process for producing thin walled cans with uniform thickness components manufactured from deep drawn cups. The most important drawback of the conventional ironing is the lower thickness reduction ratio (TRR) causes needing annealing process and multi stage ironing. Recently, a new ironing process named constrained ironing was presented by the current authors to achieve an extra TRR to solve the conventional ironing problems. This process that is based on the compressive stresses makes it possible achieving high TRR without interruption for additional processing such as multi-stage ironing and annealing. In this paper, FEM simulation was performed to investigate the effective parameters. The simulation results showed that process the process load increases with increasing the friction coefficient. Also, the state of the stresses is fully compressive in constrained ironing process while it is tensile in the conventional ironing method. Thus, compressive stress components minimize formability problems, and higher thickness reduction ratio is achievable in the new ironing method. Also, experimental results showed that the tensile strength and hardness increased after constrained ironed of the deep drawn cup.
    Keywords: Constrained ironing, compressive stress, higher thickness reduction ratio, experiments, FEM
  • Alireza Batooei, Ali Keshavarz Valian* Pages 147-158
    A Stirling engine cycle combined with a SI engine cycle to recover the SI engine exhaust gas waste heat. One dimensional combustion simulation code is prepared for Spark Ignition type engine (M355G) simulation. The accuracy of numerical simulated results has been validated with M355G experimentally. The experimental generated power and exhaust gas temperature vary in the range of 84.1- 176.7 kW and 610-710 , respectively. The 1D code estimates the generated power with maximum 5.9% error and average exhaust gas temperature with 3.8% error in the operating range of the engine. The thermal analysis is done, and the results show that about 25% the part of input energy transfers by the exhaust gas as a waste. The results indicate that by installing a Stirling engine heater on the exhaust pipe of the SI engine can recover about 8.4kW of the waste heat at the best condition. The simulation of Alpha-type Stirling engine is done by GT-Suit program and the Solo V161 experimental results is used for the validation. According to 9% error in generated power calculation for validation, the new Stirling engine is suggested for installing in exhaust pipe. The generated power and thermal efficiency is estimated for Stirling engine in various exhaust gas temperature which occurred in various SI engine working condition. The coupled engines heat balance showed that the thermal efficiency is about 2-3% more than the ordinary one.
    Keywords: Heat recovery, Combined cycle, Stirling engine, SI engine, Thermal efficiency
  • Saeid Ansari Sadrabadi, Gholam Hossein Rahimi* Pages 159-166
    In this paper, FGMs are used as non-uniform materials in high temperature environments specially in various industries like aircraft, aerospace vehicles, nuclear plants and engineering structures. Different industries use them in thin and thick walled spherical pressure vessels. Based on the governing equations, differential equation of stresses is obtained in plastic state that can be widely used in the study of vessel and pipe behavior in elasto- plastic state. It is discussed on the temperature distribution and stress - strain relationships in the tube under internal pressure and temperature difference. Properties of these materials are considered as variable parameters function of radius. In this work, effects of these parameters have been investigated on yielding and the yield temperatures and stress changes under different loading in during thickness of the tubes. Furthermore it is shown that tubes structure can be optimized by choosing appropriate parameters. In fact, by study the four parameters, internal and external temperature, internal pressure and the yield stress, together, can be better analyzed on a functionally graded cylindrical tube that this work has been shown at the end of the article.
    Keywords: Elasto, plastic analysis, FGM, Cylindrical tube, Yield surface, Investigation of parameters
  • Mojtaba Lezgy Nazargah*, Mohsen Abgol, Naser Cheraghi Pages 167-178
    A finite element model has been introduced for static bending analysis of thick plates based on a mixed plate variational formulation. A refined Reissner's mixed variational theoy is employed to derive the governing equations, in terms of the introduced transverse normal stress and displacement variables. The in-plane displacement components of the plate are described by a combination of polynomial and exponential terms. Concerning the transverse displacement component, a first-order polynomial is adopted. A second-order expansion is considered for the variations of the transverse normal component of the stress tensor along the thickness direction of the plate. The boundary conditions of shear and normal tractions on the top and bottom surfaces of the plate are exactly satisfied. Based on the proposed mixed plate theory, a four nodded compatible Hermitian rectangular element which ensures C1-type continuity of all unknown parameters of the plate along in-plane directions is employed. An arbitrary free parameter, called the splitting factor, appears in the functional of the proposed variational formulation. In the numerical part of the present paper, a simple formulation has been proposed for selecting the splitting factor which leads to the results of higher precision. Comparison of present bending results for thin and thick plates with results of the three-dimensional theory of elasticity and other plate theories available in literature reveals efficiency of the proposed parametrized mixed plate theory. Moreover, the proposed model has a high convergence rate and is computationally low cost.
    Keywords: Parametrized Reissner's mixed variational theorem, Transverse shear, normal stresses, Thik plates
  • Mohammad Reza Heyrani Nobari*, Mohammad Taghi Mehrabani Pages 179-188
    In this article bubbly flow under the specified axial pressure gradient in a curved channel is studied numerically. To do so, a second order parallelized front-tracking/finite-difference method based on the projection algorithm is implemented to solve the governing equations including the full Navier-Stokes and continuity equations in the cylindrical coordinates system using a uniform staggered grid well fitted to the geometry concerned. In the absence of gravity the mid-plane parallel to the curved duct plane, which is the symmetry plane in the single fluid flow inside the curved duct, separates the bubbly flow into two different flow regions not interacting with each other. Twelve bubbles with diameters of 0.125 wall units are distributed in the equally spaced distances from each other. The numerical results obtained indicate that for the cases studied here, the bubbles reach the statistical steady state with an almost constant final orbital motion path due to the strong secondary field. Furthermore, the effects of different physical parameters such as Reynolds number, and curvature ratio on the flow field at the no slip boundary conditions, are investigated in detail.
    Keywords: Curved duct, Multiphase Flow, Bubble, Incompressible Flow, Finite Difference
  • Ehsan Mohammadian Esfahani, Kiumars Mazaheri*, Hadi Pasdar Shahri Pages 189-198
    The aim of this study is numerical investigation of a evaporating and non-reacting diesel spray operating in a high pressure and high temperature constant volume combustion chamber, as an essential step in simulation of liquid fuels combustion. To this end, the impact of droplets diameter distribution on estimating two critical characteristic parameter i.e. liquid and vapor penetration lengths is studied using the open-source OpenFOAM code. In order to determine droplets diameter distribution effect, three different distribution ranging from 0.25-100 micron is chosen and the liquid and vapor penetration lengths are individually calculated for each distribution. The results are validated against the experimental data published by Sandia National Laboratory. The results show while the droplets diameter distribution has a remarkable effect on the predicted value of the liquid length, so that leads to overestimate liquid penetration lengths up to more than two times; its effect on the vapor length prediction is negligible. Also assuming a nozzle diameter distribution leads to non-physically increase in the value of liquid length. This non-physically prediction may lead to misleading prediction of spray impingement to piston and the cylinder walls resulting an error in unburnt hydrocarbons concentration as well as the engine efficiency estimation.
    Keywords: Diesel fuel, Droplet diameter distribution, Penetration length, Sauter mean diameter
  • Mohsen Ayani, Farhang Honarvar*, Ramin Shabani Pages 199-205
    Ultrasonic nondestructive testing is a powerful tool for detection of defects as well as characterization of various properties of materials. In ultrasonic testing, it is very important to know the exact wave velocity in the material because most measurements somehow depend on wave velocity. Many other characteristics of materials such as elastic constants also depend on wave velocity. While variations of wave velocity in ambient temperatures is very small, these variations could be noticeable at high temperatures. In this paper, a simple and innovative experimental method is proposed for measurement of ultrasonic wave velocities at high temperatures. To keep the ultrasonic probe far from the hot sample, a special waveguide is designed. The wave velocity measurements are performed by pulse-echo ultrasonic testing technique and variations of ultrasonic wave velocities at temperatures ranging from 40oC to 160oC are investigated. It is observed that the velocity of ultrasonic waves decrease with increase in temperature. Experimental results are compared with theory and measurement uncertainties are calculated. These uncertainties are ±0.01 m/s and ±0.003 m/s for longitudinal and transverse wave velocities, respectively. The theoretical and experimental results agree very well.
    Keywords: Ultrasonic testing, Longitudinal wave, Transverse wave, Waveguide, High temperature
  • Mohammad Hasan Zamani, Mehdi Divandari*, Morteza Tamizifar Pages 206-214
    Increasing usage of magnesium and aluminum light metals in the transportation industry has made joining of these two metals one of the challenges for researchers and engineers. The aim of this study was to investigate the relationship between mechanical properties of lap friction stir welded Al-Mg plates and characteristics of the interface. Therefore, joining of aluminum and magnesium in various conditions were conducted. Optical and scanning electron microscopy analysis, micro-hardness test and tensile tests were performed on samples. The results showed that in the joints which Mg was on top, approximately 10 micron thick layer of intermetallic compounds is created, while in the Al-top joints, approximately 1 mm thick intermetallic compounds with solidified microstructure was visible. Mechanical test showed Mg-top joint have higher strength in comparison with Al-top joint. On the other hand hardness test of Mg-top joint showed more fluctuation than Al-top joint. Microstructural investigation also showed that in the Mg-top joint, formation mechanism of intermetallic compounds has occurred in solid state while in the Al-top joint, in addition to diffusion in solid state, eutectic formation in the molten state and solidification has occurred.
    Keywords: Friction Stir Welding (FSW), Intermetallic compounds, Mechanical properties, aluminum, magnesium
  • Mohsen Broghany, Sedigheh Basirjafari*, Saber Saffar Pages 215-222
    In an anechoic chamber, the flat multi-layer sound absorber is cheaper, easier to install and less complicated in manufacturing than conventional wedge and pyramid absorbers. Therefore, design of the optimum flat multi-layer absorber which has minimum thickness is desirable. In this paper, the genetic algorithm has been employed as an effective optimization tool to determine flat triple layer porous absorber. To obtain a broader range of porous materials, combination of foam and fiber types is used. Theoretical and numerical method (finite element method specifically COMSOL Multi-physics version 4.4) have been used to investigate on the operation of sound absorption correspond to the multi-layer structure. In the first step, mathematical model is verified and finite element method, theoretical and experimental results are compared together for two different samples of structures which show appropriate matching. Furthermore to verify the operation of programmed genetic algorithm, the results obtained from the optimization of flat triple layer porous absorber are compared with others that show accuracy and efficiency of this method. The optimization results indicate that a flat triple layer porous structure can achieve results comparable with quality wedge type structure with overall thickness slightly smaller than a fifth of a wavelength at 80 Hz cut-off frequency.
    Keywords: Anechoic chamber, Porous absorber, Flat multi, layer structure, Multi, objective genetic algorithm
  • Mostafa Dehghani, Hossein Ajam*, Said Farahat Pages 223-234
    The purpose of this paper is to find the optimum design of a typical gas turbine exhaust diffuser. In order to access the maximum overall static pressure recovery at the condition of swirling flow, an evolutionary algorithm is used. The optimization process is studied in three independent cases. Firstly, the optimization is done for a single profile of strut cover from hub to shroud. Secondly, two profiles are selected for the strut covers, one in the hub section and the other in the shroud section. Finally, the optimization process is done for the strut cover and diffuser channel geometries simultaneously. In order to produce the strut cover profiles the PARSEC parameterization method is used. The turbulent 3D flow is solved using computational fluid dynamic (CFD). The optimization process starts with the initial sampling of solution domain and subsequently the genetic algorithm (GA) is used to find the global optimum. The swirling flow at the turbine exit with the Reynolds number of 1.7 ×105 based on the hydraulic diameter of the diffuser inlet is optimized. All steps of GA and corresponding processes of model creation, mesh generation by TurboGrid, flow simulation by ANSYS CFX and goal function calculation for all members of each generation are coded in the MATLAB platform. As a result of the optimization, the pressure recovery coefficients increased 1.94%, 3.1% and 7.42% in the first, second and third cases of the optimization process respectively.
    Keywords: Gas Turbine Exhaust Diffuser, CFD, Genetic Algorithm, Bearing Strut, PARSEC Method
  • Mohammad Reza Zakerzadeh*, Hamid Salehi, Abolfazl Salehi, Mostafa Baghani Pages 235-244
    In this paper, an innovative flexible sandwich structure is introduced which can be used in shape changing (morphing) aircrafts that adapt their external shape to different flight conditions. First, different ideas for achieving smart aircraft in the literature is briefly reviewed and then characteristics of the new deformable sandwich structure as well as its different features in comparison to other proposed structures are described. Moreover, fabrication details of deformable and load bearable sandwich panel are explained. In an aircraft with variable camber wings, deformable sections can be supposed as a cantilever beam. As a result some specimens of new deformable sandwich structure are constructed and then tested as end-loaded beams. Since the numerical study of the new proposed structure requires an understanding of the mechanical behavior of components used, a comprehensive study about the mechanical behavior of individual components of structure is conducted. According to the observation of broken samples, a distribution of cavities resulting from the manufacturing process is supposed in one type of model to obtain more accurate numerical results. Finally, another example is analyzed with the same assumptions and it is shown that in the second example, the numerical results are close to the experimental data.
    Keywords: Deformable, load bearable sandwich structure, Hyperelastic behavior, Smart wing
  • Hadi Parvaz, Mohammad Javad Nategh* Pages 245-252
    The stability analysis of workpiece in fixtures is considered as one of the stages of the fixture verification system. The stability of free-form workpieces in fixtures is affected by different agents including weight, locators, clamps and machining wrenches. In this study, a mathematical model has been presented for part stability analysis based on the minimum norm principle that led to a non-linear quadratic optimization problem. The solution to this problem is the reaction forces at the contact points between workpiece and locators. The study includes the workpiece stability analysis at the loading stages, determination of stability span for workpiece and the investigating the effect of the base locators distances on the workpiece stability through examples. A turbine blade model was incorporated as the case study to evaluate the suggested model capabilities in stability analysis. The loading procedure of this part into the fixture was categorized into sequential stages and its stability was investigated in contact with the locators. The results included the stability span of [15°-58°] for the workpiece on base locators, increased stability by the distanced base locators and the confirmation of the main locating plan through the stability verification at the loading stages. The results showed the model efficiency and accuracy in analyzing the free-form part stability in contact with the fixture elements. The proposed dexterous model can be integrated into the CAFD platform to be used at the early stages of locating and clamping system design applications.
    Keywords: Fixture Design, Free, form Geometry, Minimum Norm Principle, Rigid Body Dynamics, Stability Analysis
  • Alireza Hadi*, Hossein Akbari, Khalil Alipour Pages 253-263
    Continuum and flexible manipulators have a special role in medical applications. One application is robotic manipulators use for surgery or endoscopic tool use for inspection of body parts like esophagus or colon. In addition to small size, better maneuverability increases the tool performance in real applications. One of the useful actuators in miniaturizing mechatronic systems is shape memory alloys. The material which is usually used as a linear actuator produce high forces in comparison to weight. In this paper, embedding three shape memory springs inside the structure of a flexible module, a two-DOF mechanism is provided. The module has a rigorous usage in modular robotic systems especially flexible manipulators. The developed module produces large deflection in addition to covering a large workspace. Modeling of the module is discussed in this paper for extracting module parameters in design and implementing the simulation. Through the complex behavior of SMA and uncertainty in model, control of SMA is a challenge. In this paper using a novel algorithm, a desired shape for the module is provided. Using the new non model based control approach, the final shape or position is realized. The adequacy of introduced controller is verified through experiments. Large workspace and controllability of module make it feasible for real applications.
    Keywords: Shape Memory Alloy Spring, Continuum Module, Design, control
  • Javad Rezazadeh, Esmail Lakzian*, Mohammad Reza Mahpeykar Pages 264-274
    Condensing flow in nozzle and stationary blades of steam turbine has always been the subject of many studies. Due to the lack of precise relationship between surface tension and small droplet radius, the radial dependence of surface tension has been ignored in calculations and surface tension of flat surface instead of droplet surface tension is used. Gibbs-Tolman-Koenig-Buff equation expressing the radial dependence of surface tension that Kalova provides as a relationship of changes in surface tension versus radius of the surface by fitting response from the exact solution of GTKB equation. The aforementioned relationship is known as Kalova surface tension equation. The present study considers the effect of the Kalova surface tension correction on nucleation and droplet growth in condensing flows in an ultrasonic Laval nozzle. Since Tolman coefficient (δ) is an important parameter in Kalova surface tension equation, by fitting response from Tolman equations a correlation for Tolman coefficient temperature changes suggested for the first time. Kalova Surface tension in addition to the direct impact of the droplets crisis radius, to obtain droplet free energy crisis is also impressive that the impact of both them in the modified classical nucleation equation have been studied for the first time. The results of analytical modeling one-dimensional adiabatic supersonic flow with applying the Kalova surface tension correction and using the proposed equation for Tolman coefficient temperature changes indicate an improvement to the 12% in radius of the droplets and 5% in pressure distribution in the region of condensation shock.
    Keywords: Condensing steam flow, Surface Tension, Kalova correction, Nucleation, Tolman Coefficient
  • Peyman Mashhadi Keshtiban, Mohammad Zadshakouyan, Ghader Faraji* Pages 275-282
    Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most efficient techniques among severe plastic deformation (SPD) methods that enhance the mechanical properties of polycrystalline metals by refining subjected grains. In this article, equal channel multi angular pressing (ECMAP) process as one of the effective ECAP methods on production of ultra-fine grained (UFG) Al5754 strips studied. Route C considered as a multi pressing route and grey relational analysis used as the optimization method. Geometrical parameters were taken as input variables and strain inhomogeneity index, equivalent plastic strain and required process load were taken as the objectives. The suggested tests by full factorial method simulated by FEM. Finite element simulations were done by ABAQUS commercial software and obtained results validated by analytical methods and experimental tests. Then considering all input and output parameters, optimization was done and optimum values of input parameters were elicited. Also, the effectiveness of each parameter on the objective parameters obtained. It is concluded that, among geometrical parameters of route C, die channel angle (ϕ_2) and die corner angle (ψ_1) has the maximum and minimum effectiveness respectively.
    Keywords: ECMAP, optimization, FEM, grey method
  • Ahmad Rezaei Sangtabi, Ali Kianifar* Pages 283-291
    A thermoacoustic refrigerator is a device that transfers heat from a low temperature reservoir to a high temperature reservoir by utilizing acoustic wave. Due to using no moving parts, no exotic and poisonous materials, Thermoacoustic refrigerators have been considered by many researchers. In this paper, the OpenFOAM package is used to simulate a thermoacoustic refrigerator. The unsteady compressible Navier-Stokes equations and equation of state are solved with PIMPLE algorithm. The effects of driver pressure ratio, frequency and heat exchangers temperature differencing for air and helium have been studied. Length of heat exchangers and stack remains constant throughout the analysis process. The results are shown that the coefficient of performance (COP) is decreased and cooling power is increased due to rise of driver pressure ratio. Helium cooling power is greater than air, but their COP is equal because of its need greater input power. The cooling power for both air and helium are increased with enhance of temperature difference of heat exchangers. Also, COP of air refrigerator is decreased, but COP of helium refrigerator is increased. The longer device length, smaller COP and cooling power are the resultants of driver’s frequency reducing. When frequency is increased, the length of cold heat exchanger will be greater than gas particle displacement of air. Therefore, cold heat exchanger absorbs heat from the air instead of heat transfer to it and COP will be zero.
    Keywords: Thermoacoustic refrigerator, stack, pressure ratio, frequency, coefficient of performance
  • Dorna Khoshnevis, Said Asghari*, Fariborz Jahanshah Pages 292-300
    Reactant gases should be humidified before entering a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stack. Humidification of the gases can be performed by a membrane humidifier. In the present study, an analytical model has been proposed to investigate the performance of a water-gas membrane humidifier which is used in the fuel cell systems. At first, a set of nonlinear equations was obtained by applying the mass and energy conservation laws on the gas side of the humidifier. The temperature and the humidity ratio of the outlet gases from the humidifier are the unknowns of these nonlinear equations. The proposed model can evaluate the performance of the humidifier based on the temperature and relative humidity of the outlet gases from the humidifier. The effects of different parameters like: gas flow rate, channel's length and depth, temperature and pressure of the inlet gases on the performance of the humidifier were studied by the developed model. The results show that the channel depth does not have an effect on the temperature and humidity of the humidified outlet gases. In addition, increasing the channel length causes an increase on the dew point of the outlet gases but the relative humidity of the dry inlet gas does not have a noticeable effect on the dew point of the outlet gases. Increasing the temperature of the inlet gases cannot improve the humidifier performance, considerably. The results of the model show that increasing the inlet pressure and using less air flow improve the humidifier performance.
    Keywords: Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell, membrane humidifier, dew point, Relative humidity, analytical model
  • Ehsan Kiyumarsi, Amir Jalali*, Mahmood Norouzi, Mojtaba Ghatee Pages 301-308
    Sedimentations and hard cakes formation of magnetic particles restrict magnetorheological fluid response to magnetic field and can cause the MR fluid containing device to collapse. Therefore, researches on MR fluids sedimentation reduction procedures and its effective factors are in great deal of interest to improve magnetorheological applications. In this study, the effects of some parameters on typical MRF stability were investigated. For this purpose, at first, MRF samples were constructed and the effects of various factors including carrier fluid type, particles concentrations and MRF mixing methods on its stability were investigated and the importance of each factor were determined by Taguchi algorithm and the stable MRF sample for application of magnetorheological dampers was chosen. Next, by investigation of the most stable MRF sample, based on the combination of stability and off- state viscosity factors, the relation for yield stress in various magnetic fields was presented. This relation was derived based on fitting the Herschel- Bulkley model with experimental data in conjunction with the existing relations of yield stress. As the results shown, after 168 hours, sedimentation for the most stable sample is 7%. This sample consists of silicon oil and 70%wt iron powder which prepared with mechanical stirrer. Adding 3%wt stearic acid to carrier fluid for increasing the stability, results to increasing the viscosity of carrier fluid up to 39 times. In spite of this, an acceptable MR effect is presented so that, in magnetic field of 146KA/m the sample yield stress is 15KPa.
    Keywords: Stability, Magnetorheological fluid, Sedimentation, off, state viscosity, Rheology
  • Seyed Alireza Zolfaghari*, Ali Foadaddini Pages 309-318
    General Purpose Graphics Processing Unite (GPGPU) allows the user to utilize GPU for general computing purposes. Using these processors can cause a great speedup in numerical calculations. Several studies have been performed to investigate the advantages of using the GPGPU in numerical calculations including solving tridiagonal set of equations. The main focus of the mentioned studies was on improving parallel methods for example CR and PCR algorithms. Although these algorithms are consistent with GPU architecture, they have higher arithmetic complexity compared with serial Thomas algorithm and also they have limitations in dimensions of the equations’ set. Therefore, in the present study, according to the advantages of Thomas algorithm compared with the parallel algorithms, a novel method entitled checkerboard Thomas has been developed to accommodate Thomas algorithm for running on GPU. This method has been used for solving 2D steady heat conduction problem and the results show an increase in the solution precision compared to Thomas and PCR algorithms. Also the results indicate that the new algorithm can cause to computing speedup between 5.7 to 22.2x, compared with Thomas algorithm. Furthermore, results show that the new method is about 2x faster than PCR algorithm. Also it has been seen that speed decrement for uncoalesced access to global memory is 42.7% in minimum and 81.9% in maximum for 128×128 and 1024×1024 grid size, respectively.
    Keywords: Checkerboard Thomas algorithm, GPGPU, tridiagonal set of equations, PCR method
  • Saeed Shokrollahi*, Mobin Kavyanpoor Pages 319-328
    The linearity is a simplifying assumption in most vibration problems of real mechanical systems which may, is not turn, lead to a considerable error in predicting the system dynamic response. Determining a suitable mathematical model for a nonlinear vibrating system is an important step in order to analyze the structural dynamics behavior efficiently. When the amplitude of vibration is large, the system is said to be geometrically nonlinear. In this paper, the nonlinear identification of a cantilever slender beam undergoing large amplitude free vibration has been investigated. Because of no excitation force in this situation and lack of information about its response, the existing identification methods are not efficient. In present research a new approach based on optimum correction factor of terms having uncertainty is used and identification has been done by using nonlinear free vibration decay. In order to solve the geometrical and inertial nonlinear terms, the method of modified differential transform according to Padé approximation was used and resonant frequency is determined. Also, the resonant frequency of nonlinear system is calculated by generalized variational iteration method and compared with the obtained frequency from the modified differential transform method. Comparison of the current results with those of 4th order Runge-Kutta technique shows good agreement of the two approaches. Finally, Obtained results compared with the experimental results showed good accuracy identifying models for nonlinear beam.
    Keywords: Nonlinear identification, Nonlinear free vibration decay, Modified differential transform method, Generalized variational iteration method
  • Vahid Esfahanian*, Saber Azad, Ali Salavatizadeh, Ahmad Javahery Pages 329-332
    According to the importance of the engine emission and because of the cost of the laboratory tests, it is necessary to simulate the engine via numerical methods. In this study a numerical simulation of single cylinder SI engine has been carried out to predict the internal combustion engine emission with the AVL BOOST software. The engine calibration has been performed in 2000 rpm engine speed and three loads (part load, mean load and WOT) and three compression ratios (12, 14, 16) with stoichiometric air fuel ratio. After the calibration of engine, the Lambda value is changed in range of 0.8 to 1.25 and the NOx and CO values are calculated.
    the results show that emission of NOx is dependent extermly to load of combustion engine but compression ratio has not very influence on this emission.unlike the NOx, the both compression ratio and load dont have any effects on CO values.
    Keywords: Numerical Simulation, CNG Engine, Emission