فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 4 (تیر 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 4 (تیر 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/02/28
  • تعداد عناوین: 42
|
  • محمد مهدی ملکوتی، عباس منتظری هدش* صفحات 1-9
    با توجه به دقت و اعتبار روش های مبتنی بر رفتار اتمی مانند شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD)، امروزه این روش ها نقش بسیار مهمی در زمینه مدل سازی ورقه های تک لایه گرافن ایفا می کنند. با این حال، استفاده از این روش ها به دلیل هزینه های محاسباتی بالا تنها محدود به سیستم های با اندازه کوچک می باشد. علاوه بر این، با توجه به طبیعت گسسته گرافن، از روش های مبتنی بر مکانیک محیط پیوسته نمی توان برای مطالعه ویژگی های مکانیکی آن استفاده کرد. برای غلبه بر این مسائل، در این پژوهش، روش جدید المان محدود در مقیاس اتمی (AFEM) براساس پتانسیل ترسوف- برنر توسعه داده شده است. بهره وری روش پیشنهادی از لحاظ دقت و سرعت با استفاده از یک مثال عددی برای ورق گرافن و مقایسه نتایج با شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان داده شده است. مقایسه نتایج، نشان دهنده دقت بسیار بالای روش پیشنهادی می-باشد. این در حالی است که سرعت این روش تقریبا 100 برابر روش دینامیک مولکولی است. همچنین برای درک بهتر روش، تاثیر عوامل موثری همچون طول اولیه پیوند در ساختار های غیرتعادلی و نیز تعداد اتم ها بر روی سرعت شبیه سازی بررسی شده است. لازم به ذکر است که، تاکنون در تمامی مطالعات انجام شده در حوزه ارزیابی رفتار مکانیکی نانوساختارها بر مبنای روش AFEM، شرایط مرزی دوره ای در نظر گرفته نشده است. در همین راستا، برای اعمال شرایط مرزی دوره ای در روش AFEM، این روش، توسعه داده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نتایج روش المان محدود مقیاس اتمی بدون لحاظ کردن شرایط مرزی دوره ای، اختلاف زیادی با نتایج دینامیک مولکولی دارد.
    کلیدواژگان: گرافن، روش المان محدود در مقیاس اتمی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، شرایط مرزی دوره ای، رفتار مکانیکی
  • رامین شعبانی، فرهنگ هنرور* صفحات 10-16
    بازرسی قطعات امری ضروری در صنایع مختلف است. روش های گوناگونی بدین منظور مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از پرکاربردترین این روش ها آزمون فراصوتی است. آزمون فراصوتی کاربردهای متعددی نظیر شناسایی و ارزیابی عیوب، اندازه گیری برخی خواص مکانیکی و متالورژیکی مواد و دماسنجی دارد. در بخش اول این مقاله، معادلات تئوری و تحلیل اجزا محدود چگونگی تغییر سرعت امواج فراصوتی در حضور گرادیان درجه حرارت ارائه شد. در این بخش به بررسی اثر گرادیان درجه حرارت بر سرعت امواج فراصوتی طولی به صورت تجربی پرداخته می شود. برای انجام آزمایش های تجربی دستگاهی خاص طراحی و ساخته شده است. این دستگاه شرایط توزیع دمای مناسب و شرایط ارسال و دریافت امواج فراصوتی حجمی طولی را به صورت همزمان ایجاد می کند. 12 آزمایش برای بررسی اثر طول اولیه قطعه و دماهای بیشینه و کمینه در قطعه انجام شده است. نتایج حاصل از آزمایش ها با نتایج تئوری مقایسه شدند و تطابق بسیار خوبی میان نتایج تئوری و تجربی مشاهده شد. تحلیل عدم قطعیت اندازه-گیری سرعت امواج فراصوتی طولی در حضور گرادیان درجه حرارت، صورت گرفت و منابع خطا در اندازه گیری سرعت امواج فراصوتی شناسایی شدند. مقدار عدم قطعیت اندازه گیری سرعت برابر 4.5 m/s بدست آمد.
    کلیدواژگان: امواج فراصوتی حجمی طولی، گرادیان درجه حرارت، روش تجربی، تحلیل عدم قطعیت
  • شاهد تقیان دهاقانی، حسین احمدی کیا* صفحات 17-28
    برج های خنک کن تر ظرفیت خنک کاری بالایی دارند. با این حال استفاده از برج های خنک کن تر به دلیل مصرف آب بالای آن ها، در مناطق خشک و دچار بحران کم آبی معضلاتی را ایجاد می کند. در این پژوهش تبدیل برج خنک کن تر واحد 5 نیروگاه اسلام آباد اصفهان به برج دوگانه با چیدمان آب سری- هوا موازی بین دو قسمت تر و خشک، جهت کاهش مصرف آب بررسی گردیده است. برج خنک کن دوگانه با چیدمان پیشنهادی حداقل تغییرات را در دیگر اجزای نیروگاه موجب می شود و هزینه ی ساخت آن اندک است. برای برج های تر و دوگانه دو سیستم متفاوت کنترل دبی هوا بررسی شده است. در سیستم اول دبی هوا از طریق تعیین تعداد فن در حال کار و در سیستم دوم دبی هوا به صورت بهینه با استفاده از فن هایی با فن آوری بالا کنترل می شود. نتایج نشان دادند که سیستم کنترل بهینه ی دبی هوا به دلیل مصرف آب کمتر، توان مصرفی کمتر فن ها و جلوگیری از نوسان های ناگهانی دبی هوا و در نتیجه نرخ مصرف آب، نسبت به سیستم دیگر مناسب تر است. برای سنجش اعتبار نتایج شبیه سازی برج تر و مبدل های هوا-خنک، به ترتیب از داده های واقعی نیروگاه و نتایج نرم افزار HTFS استفاده گردید. با توجه به نتایج، میزان صرفه جویی سالانه در مصرف آب توسط تبدیل برج خنک کن تر به برج خنک کن دوگانه، در صورت استفاده از سیستم تعیین تعداد فن در حال کار و سیستم بهینه ی کنترل دبی هوا به ترتیب حدود 343830 و 348718 متر مکعب به دست آمد.
    کلیدواژگان: برج خنک کن تر، برج خنک کن دوگانه، نیروگاه حرارتی، مصرف آب، مبدل حرارتی هوا، خنک
  • هومن صلواتی، مجید سلطانی *، حسین بزم آرا صفحات 29-40
    در طی چندین دهه اخیر، نیاز روزافزون انسان برای جایگزینی اعضا و بافت ها در بدن موجب شده است تا مهندسی بافت به عنوان یکی از حوزه های پیشرو در تحقیقات علمی مطرح شود. علی رغم دستاوردهای بی شمار در این حوزه، تاکنون تاثیر مهندسی بافت در کاربردهای بالینی محدود بوده است. یکی از اصلی ترین دلایل این محدودیت، عدم تامین خون کافی برای بافت در مراحل اولیه پس از کاشت است. زمان بر بودن فرآیند رگ زایی موجب ناکافی بودن تشکیل عروق خونی و درنهایت مرگ سلول ها و از بین رفتن بافت می شود. در طی سال های اخیر، با اجرای رویکردی با نام آمیختگی، سعی شده است تا با جایگذاری یک شبکه عروقی پیش ساخته در سازه بافت، تشکیل شبکه خون رسانی در درون بافت تسهیل شود. در تحقیق پیش رو با توجه به طبیعت سلولی فرآیند رگ زایی، بر اساس یک مدل ریاضی مبتنی بر سلول، دینامیک فرآیند رگ زایی در سه مقیاس فراسلولی، سلولی و درون سلولی شبیه سازی شده است تا عملکرد رویکرد آمیختگی مورد آزمون قرار بگیرد. نتایج به دست آمده برتری استفاده از رویکرد آمیختگی نسبت به رویکرد رگ زایی برای تشکیل شبکه عروقی در مهندسی بافت را نشان می دهد. این مدل افزایش احتمال بازپیوند جوانه مویرگ ها از طریق رویکرد آمیختگی را به اثبات می رساند که درنتیجه آن مقدمات جاری شدن خون در شبکه عروقی سریع تر طی می شود. علاوه بر این، مدل سلولی به گونه ای توسعه یافته است که اثرات ماتریس فراسلولی بر الگوی رگ زایی از طریق پدیده دوشاخه شدن نشان داده شود.
    کلیدواژگان: فرآیند رگ زایی، مهندسی بافت، رویکرد آمیختگی، مدل سلولی پاتس
  • علی نایبی *، اسمعیل قوانلو، نسترن حسینی صفحات 41-48
    دراین مقاله، یک مدل سه بعدی اجزا محدود جهت تعیین مدول یانگ نانوساختار فولرن ارائه گردید. این مدل بر اساس این فرض که رفتار فولرن تحت بارگذاری همانند یک سازه فضایی است، می باشد. پیوند بین اتم های کربن به عنوان اعضایی به شکل تیر تحت بار محوری، خمشی و پیچشی در نظر گرفته شده اند که اتم های کربن این اعضا را به یکدیگر متصل نموده اند. به منظور ایجاد مدل المان محدود، گره ها در مکان اتم های کربن قرار داده شده است و پیوند بین آن ها با استفاده از المان تیر الاستیک سه بعدی مدل شده است. مدول الاستیک المان تیر به کمک ارتباط بین مکانیک مولکولی و مکانیک محیط های پیوسته تعیین شده است. به منظور تعیین مدول یانگ نانو ساختار فولرن، از تئوری پوسته کروی استفاده شده است. اثر قطر فولرن بر مدول الاستیک آن مطالعه شد و مشاهده گردید که با افزایش شعاع فولرن مدول یانگ آن ها کاهش می یابد. بعد از مطالعه مدول یانگ فولرن های بدون نقص، فولرن های معیوب نیز بررسی گردیدند و تغییر مدول یانگ آنها براساس انواع مختلف عیب های فولرن بدست آمد.
    کلیدواژگان: مدول یانگ، مکانیک مولکولی، نانوساختار فولرن
  • رضا عمویی دیزجی، مجتبی یزدانی* صفحات 49-54
    این پژوهش، به تاثیر استفاده از پارچه الیاف شیشه بافت سه بعدی در میزان جذب انرژی در کامپوزیت های چندلایه فلز- ماده مرکب شیشه اپوکسی ساخته شده به روش انتقال رزین به قالب توسط خلا به صورت تجربی می پردازد. کامپوزیت چندلایه فلز- ماده مرکب شیشه اپوکسی، از 2 و 3 رویه آلومینیومی با آلیاژ 2024 و هسته کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تشکیل شده است. هسته کامپوزیتی برای نمونه های الیاف شیشه بافت ساده شامل الیاف شیشه بافت ساده با وزن واحد سطح 200 گرم بر مترمربع، نمونه های الیاف شیشه بافت سه-بعدی شامل پارچه الیاف شیشه بافت سه بعدی به ضخامت 5 میلی متر، رزین R510 و سخت کننده H515 است. نمونه های آزمایش با روش انتقال رزین به قالب توسط خلا و با کسر حجمی 71 درصد در قسمت کامپوزیت الیاف شیشه بافت ساده ساخته شد. آزمایش ضربه سرعت پایین با استفاده از دستگاه ضربه افتان در انرژی های ضربه 80 و 50 ژول انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایش ضربه سرعت پایین نشان دهنده این است که میزان مقاومت در برابر ضربه نمونه های بافت ساده در مقایسه با نمونه های بافت سه بعدی در انرژی های مختلف، بیشتر و بهتر است. در کاربردهایی که وزن جزء عامل های تاثیرگذار مطرح است، وزن نمونه های ساخته شده بر پایه الیاف شیشه بافت سه بعدی نسبت به الیاف شیشه بافت ساده کم تر است.
    کلیدواژگان: پارچه بافت سه بعدی، پارچه بافت ساده، روش انتقال رزین به قالب توسط خلا، ضربه سرعت پایین
  • عباس کاغذیان، حمیدرضا فروزنده، علی حاج نایب*، حمید محمد صدیقی صفحات 55-66
    در این پژوهش، ارتعاشات آزاد غیر خطی نانوعملگر پیزوالکتریک بایمورف با استفاده از تئوری الاستیسیته غیر موضعی تحلیل گردیده است. نانوعملگر پیزوالکتریک بایمورف با استفاده از تئوری تیر اویلر برنولی مدلسازی شده و برای استخراج معادلات حاکم از اصل همیلتون استفاده شده است. برای کاهش مرتبه و حل معادلات حرکت از روش گلرکین استفاده شده است. به منظور همگرایی سریع تر از شکل مودهای تیر چند مقطعی استفاده می شود. برای محاسبه فرکانس غیر خطی از روش اصل تغییرات هی استفاده گردیده است. معادلات برای شرایط مرزی تیر دو سر گیردار حل شده و اثرات مقادیر ولتاژ مستقیم، ضریب مقیاس، طول تیر، ضخامت و طول لایه های پیزوالکتریک متصل به تیر، بر روی فرکانس های طبیعی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که اعمال ولتاژ مستقیم باعث بوجود آمدن خیز استاتیکی و افزایش سختی در اثر کشش تار خنثی در تیر و در نتیجه افزایش فرکانس طبیعی تیر می گردد. همچنین افزایش ضریب مقیاس باعث کاهش نرخ تغییرات فرکانس می شود. با افزایش طول و ضریب مقیاس، نسبت فرکانس غیر خطی به خطی افزایش می یابد. در نهایت اثر جنس لایه الاستیک بر روی نسبت فرکانسی مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: تیر پیزوالکتریک بایمورف، الاستیسته غیر موضعی، ارتعاشات غیر خطی
  • محمد جواد محمودی*، محمد وکیلی فرد صفحات 67-76
    یک مدل تحلیلی میکرومکانیکی سه بعدی برپایه سلول واحد جهت استخراج خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی کامپوزیت پیزوپلیمر تقویت شده با نانولوله ی کربن طرح-ریزی و تعمیم داده می شود. المان حجمی نماینده پیزونانوکامپوزیت شامل سه فاز تقویت کننده ی نانولوله کربنی، زمینه ی پیزوپلیمری و ناحیه فاز میانی می باشد. مدل حاضر نانو لوله کربن را به صورت تک رشته توپر با رفتارایزوتروپ عرضی و فاز واسط بین نانولوله کربن و زمینه که دارای پیوند واندروالس است را با روابط محیط پیوسته معادل، به صورت یک محیط ایزوتروپ و هر دو فاز را به صورت الاستیک خطی در نظر می گیرد. زمینه نیز ماده ای با خواص پیزوالکتریک می باشد که به لحاظ مکانیکی ایزوتروپ و الاستیک بوده و در جهت عمود بر نانولوله ی کربنی پلاریزه شده است. آرایش نانولوله ی کربنی در زمینه به صورت منظم و مربعی فرض می شود. ابتدا نتایج بدست آمده از مدل ارائه شده، با تحقیقات پیشین دردسترس، مقایسه می شود. سپس اثرات درصد حجمی و نسبت منظر نانولوله ی کربنی و ضخامت موثر فاز میانی بر خواص کلی پیزونانوکامپوزیت بررسی می گردد. در این پژوهش تمام خواص موثر مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و پیزوالکتریکی نانوکامپوزیت علیرغم تحقیقات پیشین که هرکدام اثرات بخشی از پارامترهای نانوکامپوزیت را گزارش کرده اند، استخراج می شوند و مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج نشان می دهد که حتی مقادیر کم درصد حجمی نانولوله ی کربن، تاثیر بسزایی در بهبود خواص کامپوزیت دارد. علاوه بر آن مدل سازی ناحیه ی فاز میانی تاثیر زیادی بر روی اکثر خواص نانوکامپوزیت دارد، در نتیجه مدل-سازی آن برای پیش بینی هر چه واقعی تر رفتار نانوکامپوزیت ضروری است.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت پیزو پلیمر، میکرومکانیک، نانولوله ی کربن، فازمیانی
  • مجتبی کاظمی کلیشمی، اسماعیل لکزبان* صفحات 77-87
    خنک کاری سیستم های با دمای عملکردی بسیار بالا نظیر پره های توربین های گاز، یکی از مهمترین و پیچیده ترین فرآیندهای صنعتی به شمار می آید. در این مقاله، عملکرد خنک کاری روی صفحه ی تخت به صورت سه بعدی، با روش حجم محدود و با استفاده از مدل آشفتگی k-ε واقعی شده که بهبود یافته ی مدل استاندارد می باشد، بررسی شده است. در این بررسی 4 حالت مختلف، شامل دو حالت خنک کاری لایه ای با حفره ی استوانه ای و کانسول، یک مدل خنک کاری برخوردی و یک مدل خنک کاری تراوشی (با دیواره ی متخلخل ) مورد مقایسه قرار گرفته اند. برای بررسی اعتبارسنجی داده ها، راندمان خنک کاری حالت کانسول با داده های تجربی مورد مقایسه قرار گرفته که نمایانگر انطباق بسیار خوب روش عددی بکار گرفته شده است. راندمان آدیاباتیک خنک کاری، نسبت دمش (M) و اثرات نسبت چگالی با تزریق دو سیال هوا و دی اکسید کربن به عنوان سیال سرد (DR) برای همه-ی حالت ها بررسی شده است. برای بررسی عمق نفوذ سیال سرد در جریان اصلی و نشان دادن توزیع دما و راندمان روی سطح، کانتورهای راندمان برای حالت کانسول و مدل خنک کاری تراوشی که ایده ی نوینی در خنک کاری به شمار می آید، با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند. هدف این مقاله یافتن بهترین روش خنک کاری با بالاترین راندمان است و نتایج این مقاله نشان داد که مدل خنک کاری تراوشی طراحی شده راندمان بالاتری را نسبت به حالت های متداول در صنعت دارد.
    کلیدواژگان: خنک کاری، بالاترین راندمان، صفحه ی تخت، نسبت چگالی، خنک کاری تراوشی
  • مریم عسگری، محمدرضا جاهد مطلق، خلیل عالی پور* صفحات 88-98
    این مقاله به مسئله کنترل آرایش رهبر-پیرو برای ربات های پایه متحرک غیرهولونومیک، مبتنی بر کنترل کننده پسگام، در حضور موانع می پردازد. مدل سینماتیکی ربات و قید غیرهولونومیک آن معرفی شده، سپس به کمک تکنیک پسگام، رویکرد کنترل آرایش رهبر-پیرو، پیاده می شود. برای حل مسئله ی پرش های ناگهانی سرعت، در کنترل-کننده پسگام، از تلفیق نرودینامیک ملهم از بیولوژیک استفاده شده است. در پژوهش های پیشین از مدل فاصله-زاویه استفاده شده و فاصله و زاویه مطلوب ثابت فرض شده-اند. در این مقاله، به منظور افزایش انعطاف پذیری آرایش، این فرض محدود کننده حذف شده و فاصله و زاویه ی مطلوب، متغیر با زمان فرض می شوند. در ادامه، معادلات دینامیک خطا استخراج شده و کنترل کننده جدیدی طراحی می گردد. یک قانون کنترل کمکی نیز برای مشتق زاویه مرجع پیروها ارائه می شود تا پایداری مجانبی کلی پیروها و پایداری محلی کل آرایش را به کمک تئوری لیاپانوف تضمین کند. نمونه بارز از نیاز به تغییر فاصله و زاویه مطلوب، زمانی است که مانعی در مسیر پیرو وجود دارد که در مسیر رهبر آن نیست. برای اجتناب از برخورد پیرو با مانع، توابع متغیر با زمان مناسب برای فاصله و زاویه مطلوب انتخاب شده و در کنترل کننده جدید، جایگزین می-شوند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که ربات پیرو می تواند رهبر بلادرنگ خود را، با کنترل کننده سینماتیکی پیشنهادی، دنبال کند درحالیکه از برخورد با موانع نیز اجتناب می نماید. به علاوه، ورودی های کنترلی در لحظه ی شروع و نیز به هنگام گذر از موانع، پرش های ناگهانی نداشته و قابل قبول هستند که این خود از دستاوردهای تلفیق بیونرودینامیک، با کنترل کننده پسگام است.
    کلیدواژگان: کنترل آرایش رهبر، پیرو، ربات پایه متحرک غیرهولونومیک، تکنیک پسگام، بیونرودینامیک، اجتناب از برخورد با مانع
  • سعید رهنما*، فریبرز فاتحی سیچانی، مهدی راغبی صفحات 99-108
    مفتول مرکب مس-آلومینیوم یک محصول کاربردی مورد استفاده در صنعت سیم و کابل است. تولید این محصول مرکب عموما طبق استاندارد ASTM B566 انجام می شود. یکی از پارامترهای مهم طبق این استاندارد، کیفیت اتصال بین لایه ای است. فشار بین لایه ای در طی فرآیند تولید، نقش مهمی در کیفیت اتصال دو لایه دارد. در این تحقیق اثر چند پارامتر فرآیند کشش سیم شامل نیم زاویه قالب، درصد کاهش سطح و ضریب اصطکاک بر تغییرات فشار بین لایه ای با استفاده از روش قاچی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. پس از ساخت نمونه مشابه با نمونه صنعتی، آزمایش کشش سیم جهت تعیین نیروی فرآیند با سه حالت اصطکاک خشک، روانکار روغن و روانکار گریس انجام شده است. تطابق خوبی میان نتایج آزمایشگاهی و روش تحلیلی مشاهده گردید. افزایش ضریب اصطکاک بین لایه ای موجب افزایش فشار بین لایه ای شد. افزایش نیم زاویه قالب موجب افزایش قابل توجه فشار بین لایه ای گردید. به طوری که با افزایش نیم زاویه قالب از 5 درجه به 75 درجه، فشار بین لایه ای حدود 3 برابر افزایش یافت. همچنین، افزایش نسبت کاهش سطح مقطع موجب افزایش فشار بین لایه ای شد. اما تغییر ضریب اصطکاک قالب، اثر ناچیزی در افزایش فشار بین لایه ای داشت.
    کلیدواژگان: مفتول دو فلزی مس، آلومینیوم، کشش سیم، فشار بین لایه ای
  • علی افلاکیان، مهدی طالع ماسوله*، حسن بیانی، رسول صادقیان صفحات 109-118
    در این مقاله تحلیل سینماتیکی و دینامیکی ربات های موازی کابلی صفحه ای در فرم کلی بررسی شده و این معادلات برای یک ربات چهار کابلی صفحه ای در محیط شبیه سازی مکانیکی متلب صحه گذاری شده اند. به منظور دریافت مسیر بدون تداخل ربات در زمان و جلوگیری از برخورد مجری نهایی ربات و کابل ها با موانع متحرک، از روش میدان پتانسیل استفاده شده است. در این روش به منظور کاهش مصرف انرژی، قید کششی بودن کابل ها نیز در مسیریابی بهینه دخیل شده اند. شایان ذکر است که این روش برای اولین بار در ربات های کابلی مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به پیچیدگی حل مساله مسیر یابی عاری از برخورد ربات های کابلی، موانع به صورت دینامیکی و تصادفی در محیط در نظر گرفته شده اند. در همین راستا، قید کششی بودن کابل ها به عنوان یکی از مهمترین چالش های کنترل ربات های کابلی مورد بررسی قرار گرفته و جهت تحقق این قید و همچنین محدود بودن کشش کابل ها درون فضای کاری مورد نظر از تابع بهینه سازی موجود در برنامه متلب استفاده شده است. در نهایت کنترل یک نمونه ربات کابلی صفحه ای مقید چهار کابلی، به روش گشتاور محاسبه شده به منظور طی کردن مسیر به دست آمده از میدان پتانسیل انجام شده است. روش کار توضیح داده شده و نتایج به دست آمده حاکی از موثر بودن این روش است.
    کلیدواژگان: ربات موازی کابلی، میدان پتانسیل مجازی، روش گشتاور محاسبه شده، سینماتیک و دینامیک ربات کابلی، موانع تصادفی
  • احمد فیروزیان نژاد، سعید ضیایی راد*، مسیح مر صفحات 119-128
    در این پژوهش پاسخ گرمایی و مشخصه ارتعاشی صفحه های مرکب دوپایا با چینش [90/0] با استفاده از روش نیمه-تحلیلی و اجزای محدود بررسی شده است. به منظور ارزیابی نتایج روش نیمه-تحلیلی و شبیه سازی اجزای محدود، یک ورق دوپایا براساس دستورالعمل ویژه ساخته و مشخصات هندسی و جابجایی نقاط مختلف ورق در یکی از حالت های پایدار آن در دمای محیط به صورت تجربی تعیین گردید. در روش نیمه-تحلیلی با استفاده از اصل همیلتون و تابع شکل بهبود یافته برای جابجایی خارج از صفحه، حالت های پایدار و فرکانس طبیعی اول ورق بر حسب طول جانبی آن محاسبه گردید. به منظور بهبود و کاهش خطاهای موجود در روش نیمه-تحلیلی، تابع شکل بهبود یافته بر خلاف تابع شکل پیشنهادی هیر انحنای ورق در راستای طولی و عرضی را متغیر در نظر می گیرد. حالت های پایدار به دست آمده از روش نیمه-تحلیلی با نتایج شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار آباکوس و همچنین آزمایش های تجربی بر ورق دوپایا ساخته شده، مقایسه و نشان داده شد که فرض انحناهای متغیر در تابع شکل پیشنهادی جهت محاسبه حالت های پایدار، انحناها و فرکانس طبیعی ورق مناسب تر است و سازگاری بهتری با نتایج شبیه سازی اجزای محدود و آزمایش های تجربی دارد. تابع شکل پیشنهادی همچنین می تواند در تحلیل های دینامیکی و ارتعاشی به منظور مدل سازی دقیق تر پدیده پرش ناگهانی و نیز محاسبه نیروی پرش بکار رود.
    کلیدواژگان: ورق مرکب دوپایا، روش ریلی، ریتز، پاسخ گرمایی، فرکانس طبیعی، شبیه سازی اجزای محدود
  • مینا علاف زاده، ابراهیم شیرانی *، عفت یاحقی، ناصر فتورایی صفحات 129-134
    تغییرات تنش برشی در میکرورگ ها، با توجه به آسیب رساندن به لایه اندوتلیال، تغییر در نفوذ و رسوب جرم در داخل میکرو رگ ها می تواند به عنوان عامل تشکیل پلاک های چربی و فاکتور مهم در ایجاد بیماری های قلبی محسوب شود. با توجه به اهمیت موضوع، هدف از این مقاله، بررسی پارامترهای موثر بر تنش برشی وارد بر دیواره میکرورگ می باشد. در مقاله حاضر، از روش ترکیبی روش شبکه بولتزمن-مرز غوطه ور، جهت شبیه سازی حرکت گلبول قرمز در داخل جریان پلاسما استفاده شده است. لازم به ذکر است که گلبول قرمز تاثیر بسزایی بر تغییرات تنش برشی دارد و در این راستا نتایج حاصل، حاکی از تاثیر شگرف رفتار رئولوژیک خون بر تغییرات تنش برشی است. همچنین نتایج به دست آمده نشان دهنده تاثیر درصد گرفتگی و محل قرار گیری گلبول قرمز در نواحی مختلف گرفتگی بر تنش برشی و در نتیجه احتمال بروز بیماری های قلبی، عروقی می باشد. لازم به ذکر است که نتایج حاصل با نتایج عددی موجود برای میکرو رگ ها، ارزیابی شده و نتایج، حاکی از توانایی روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی مسائل پیچیده به خصوص مدلسازی جسم جامد انعطاف پذیرمعلق در سیال است.
    کلیدواژگان: تنش برشی، روش شبکه بولتزمن، مرز غوطه ور، مدول الاستیسیته، مقاومت خمشی
  • محسن دهقانی محمدآبادی، سید حمید جلالی نایینی* صفحات 135-144
    در این مقاله، حل تقریبی بردار خطای تلاش صفر در مدل زمین کروی و مختصات مطلق در مرجع اینرسی زمین مرکز ارائه شده است. در این رویکرد، شتاب گرانش متناسب با عکس مکعب فاصله وسیله پروازی تا مرکز زمین فرض شده است. حل مذکور منجر به یک رابطه صریح بر حسب شرایط اولیه و زمان پرواز می شود. بعلاوه، به منظور افزایش دقت، حل تکه ای با اعمال نقاط میانی مسیر به این رابطه حل صریح اعمال شده است. زمان پرواز در حل تکه ای به چند بازه زمانی تقسیم می شود. در هر بازه زمانی، شتاب گرانش متناسب با عکس مکعب فاصله در نظر گرفته می شود، اما در هر بازه پارامتر ثابت مدل اصلاح و بهنگام می شود. دقت و بار محاسباتی روش مذکور به ازای تعداد بازه های زمانی مختلف بدست آمده است. به منظور مقایسه، حل تکه ای برای تقریب شتاب گرانش خطی نیز به کار برده شده است. نتایج شبیه سازی و محاسبه بار محاسباتی نشان می دهد که روش ارائه شده نسبت به روش تقریبی شتاب گرانش خطی در مختصات مطلق و روش خطی سازی در مختصات نسبی، به ازای بار محاسباتی نسبتا یکسان، دقت بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: خطای تلاش صفر، شتاب گرانش متناسب با عکس مکعب فاصله، حل تکه ای
  • سهیل نخودچی*، محمد محمودی، علی شکوه فر صفحات 145-154
    فرآیند اکستروژن برشی ترکیبی (CSE) یک فرآیند جدید تغییر شکل پلاستیک شدید (SPD) می باشد، که از ترکیب همزمان دو فرآیند اکستروژن برشی ساده (SSE) و اکستروژن برشی خالص (PSE) تشکیل شده است. این فرآیند اساسا بر پایه تعریف های برش خالص و برش ساده پایه گذاری شده است. به طوری که یک مربع در اثر برش خالص و برش ساده به یک متوازی الاضلاع تغییر شکل پیدا می کند. در این مقاله با استفاده از نظریه ی تحلیل سینماتیک تغییر شکل(تغییر شکل بزرگ)، مقدار کرنش برشی اعمالی به نمونه تحت فرآیند اکستروژن برشی ترکیبی برای زوایای اعوجاج مختلف بدست آمده است. همچنین آنالیز المان محدود (FEM) با استفاده از نرم افزار تجاری المان محدود دیفرم برای فرآیند اکستروژن برشی ترکیبی انجام گرفته و کرنش برشی و موثر اعمالی به نمونه، مقدار نیروی مورد نیاز برای انجام فرآیند و شکل نهایی سطح مقطع در زوایای اعوجاج مختلف بررسی شده است. نتایج تحلیلی و حل المان محدود نشان می دهد با افزایش زاویه های اعوجاج، میزان کرنش برشی و همچنین نرخ افزایش کرنش برشی اعمالی به نمونه افزایش می یابد که در پی آن کرنش موثر و مقدار نیروی لازم برای انجام فرآیند نیز افزایش می یابد. حل المان محدود و هندسه فرآیند نشان می دهد توزیع کرنش برشی و موثر در سطح مقطع نمونه به صورت متقارن می باشد و با افزایش زاویه های اعوجاج توزیع کرنش به صورت ناهمگن تر می شود، همچنین سطح مقطع نهایی نمونه تغییر شکل بیشتری پیدا می کند.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، اکستروژن برشی خالص، اکستروژن برشی ساده، کرنش برشی، آنالیز المان محدود
  • بهنام چراغی، بابک میرزاوند بروجنی*، مازیار شفایی صفحات 155-162
    یک تحلیل ارتعاش هم گیر هیدروالاستیک برای سیال بدون اصطکاک با درنظر گرفتن سطح آزاد سیال و همچنین کف انعطاف پذیر، در مخزن کروی ارایه شده است. دیواره به صورت صلب درنظر گرفته شده است. کف به صورت غشایی در فاصله ی مشخص از مرکز کره قراردارد، همچنین سطح سیال نیز دریک فاصله مشخص دربالای مرکز کره درنظر گرفته شده است. همچنین درنهایت با استفاده از روش گالرکین و اعمال آن بر معادلات نهایی، نتایج موردنظر بدست آمده اند. تاثیر پارامترهای مختلفی ازجمله؛ کشش کف، چگالی سیال و پارامترهای هندسی سیستم شامل شعاع مخزن، پارامتر مشخص کننده ی فاصله ی سطح سیال و پارامتر مشخص کننده ی فاصله ی کف، دیده شده است. استفاده از سیستم دستگاه های مختصات اصلی و کمکی به منظور تطابق مدل درنظر گرفته شده با فیزیک واقعی مورد نظر ما، امری است اجتناب ناپذیر که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. فرکانس های طبیعی تلاطم این سیستم سیال و سازه ارایه شده اند که نشان می دهد؛ نتایج بدست آمده از این حل تحلیلی در تطابق با نتایج حاصل از مدلسازی سیستم مشابه در نرم افزارانسیس نیز می باشد. این نتایج نشان دهنده ی صحت روش تحلیلی ارایه شده است که می تواند به عنوان حالت پایه برای مسایل پیچیده تر با اعمال المان های خاص، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاش کوپل هیدروالاستیک، مخزن کروی، کفی غشایی، سطح آزاد سیال
  • محمد امین دهقانی، امیرفرهاد نجفی*، سید احمد نوربخش، حسین شکوهمند صفحات 163-174
    پمپ ها یکی از تجهیزات صنعتی بوده که میزان انرژی مصرفی آن ها در حدود 20 درصد از انرژی الکتریکی تولیدی دنیا می باشد. یکی از پرکاربردترین نمونه های آن، پمپ های گریز از مرکز بوده که با انتقال توان به صورت اندازه حرکت زاویه ای، بر روی سیال کار انجام می دهد. با توجه به ساختمان داخلی این گونه از پمپ ها که در آن پروانه درون پوسته ی ثابت پمپ دوران می نماید، نوع رفتار جریان در فضای موجود میان پروانه و پوسته می تواند بر عملکرد پمپ اثرگذار باشد. در این تحقیق، یک پمپ گریز از مرکز همراه با حلزونی و حفره های سمت ریشه و نوک ، توسط نرم افزاری تجاری به روش عددی تحلیل شده است. پس از مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی موجود؛ با تحلیل خطوط جریان، تاثیر کیفی جریان سیال در حفره بر جریان موجود در حلزونی بررسی گردیده است که با استفاده از روابط تجربی برای تعیین فاصله مناسب میان صفحات ثابت و دوار، ظرفیت کاهش میزان گشتاور اصطکاکی حفره ها در حدود 10 درصد ملاحظه می شود. در ادامه تغییر الگوی جریان و مقدار توان اتلافی ناشی از اصطکاک در حفره های سمت نوک و ریشه برای دبی های مختلف بررسی و ملاحظه گردید که افزایش یا کاهش اصطکاک به الگوی اولیه جریان در حفره بستگی دارد. در نهایت برای تعیین ارتباط توان اتلافی با تغییر دبی، با استفاده از ضرایب بی بعدی استخراج شده، شیب تغییرات توان اتلافی با تغییر ناشی از تغییر فاصله صفحات مقایسه گردید. این ضرایب نشان می دهد روند تغییر توان اتلافی با تغییر دبی، مشابه روند آن با تغییر فاصله صفحات بوده اما شیب آن برابر نیست.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، حفره سمت هاب، تلفات اصطکاکی، حل عددی، توربوماشین
  • فرید وکیلی تهامی *، علی ضیایی اصل، پیمان مجنون صفحات 175-186
    در این مقاله از داده های تجربی به منظور توسعه یک رابطه تحلیلی- تجربی برای منبع حرارتی دو بیضوی جهت مدل کردن فرآیند جوشکاری در اتصال جوش Tشکل از ورق های فولاد کربنی AISI 1020 و زنگ نزن AISI 304 استفاده شده است. از این مدل در برنامه کامپوتری مبتنی بر روش المان محدود برای شبیه سازی سه بعدی جوش دو ورق استفاده شده و میدان دمایی در محل جوش بدست آمده است. نتایج تجربی بصورت درجه حرارت نقاط مشخص که در حین جوشکاری توسط سیستم داده پردازی کامپیوتری که بدین منظور طراحی و ساخته شده است، ذخیره می گردند. همچنین ضخامت لایه های جوش با ارزیابی ساختار کریستالی و سختی آنها تعیین و با نتایج مدل عددی مقایسه شده اند. با مقایسه داده های تجربی و نتایج حاصل از حل عددی، ضریب مدل عددی به کمک روش «به روز رسانی» تعیین شده است. اثر جنس ورق و شرایط جوشکاری نیز مورد بررسی قرار گرفته تا از عمومیت مدل اطمینان حاصل شود. این مدل می تواند جهت تعیین کیفیت جوش و ضخامت لایه تحت تاثیر حرارت و همچنین در بررسی احتمال فوران یا ترک گرم در حین جوشکاری مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده ی مدل این است که تعداد ضرایب آن تنها به یک ضریب کاهش یافته و سایر ضرایب به پارامترهای فیزیکی و یا هندسی قطعات جوش مربوط می شوند. نتایج عددی حاصل از این مدل، نشان می دهند که اصلی ترین عوامل موثر در توزیع درجه حرارت اطراف جوش، ضریب هدایت حرارتی ورق ها، ضخامت، مقدار گرمای ورودی و سرعت جوشکاری می باشند.
    کلیدواژگان: جوش، مدل منبع حرارتی دو بیضوی، به روز رسانی، نتایج تجربی، حل عددی
  • حسین رستمی، سلمان نوروزی*، حامد جمشیدی اول صفحات 187-195
    روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مزایای بسیار زیادی در اتصالات غیر همجنس فلزات و آلیاژها نسبت به روش های جوشکاری ذوبی دارا است. در این مقاله اتصال لب به لب ورق آلیاژ آلومینیم 5052 به آلیاژ تیتانیم Ti–6Al–4V توسط جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مورد مطاله قرار گرفته است. جوشکاری با استفاده از ابزار با پین هرم ناقص انجام شد. تاثیر سرعت چرخشی و خطی بر خواص مکانیکی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد که انتخاب مناسب پارامتر های جوشکاری باعث بوجود آمدن اتصال با خواص متالورژیکی و مکانیکی مناسب می شود. بیشترین استحکام کششی به میزان 260 مگاپاسکال در سرعت چرخشی 500 دور در دقیقه و سرعت خطی 40 میلیمتر بر دقیقه بدست آمد که این مقدار حدود 94 درصد استحکام کششی آلیاژ آلومینیم است. با افزایش سرعت چرخشی از 500 به 1000 دور در دقیقه به دلیل افزایش بیش از حرارت ورودی باعث ایجاد ترک در محل اتصال شد. با اقزایش سرعت خطی از 40 به 60 میلیمتر بر دقیقه و در سرعت چرخشی 1000 دور در دقیقه اتصال سالم با استحکام کششی 192 مگاپاسکال حاصل شد که دلیل کاهش استحکام می تواند ناشی از تشکیل ترکیبات بین فلزی مانند TiAl3 در مقطع اتصال دو آلیاژ باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ آلومینیم 5052، آلیاژ تیتانیم Ti- 6Al- 4V، ترکیبات بین فلزی
  • سید عبدالوهاب حسینی، محمدحسین پل* صفحات 196-204
    در این مقاله تاثیر افزودن نانولوله های کربنی روی رفتار برش پانچ شبه استاتیکی کامپوزیت چندلایه ای شیشه/اپوکسی تحت نفوذ نفوذکننده هایی با سه دماغه مختلف به طور تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. نانوکامپوزیتهای هیبریدی از 12 لایه الیاف به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. الیاف شیشه دارای بافت دوبعدی با چگالی سطحی 200g/m2 بوده، در حالیکه سیستم رزین اپوکسی از دیکلیسیدیل اتر بیسفنول نوع آبا نام تجاری ایپون 828 به عنوان پایه اپوکسی و سیکلوآلیفاتیک آمین اصلاح شده با نام تجاری اف205 به عنوان سفت کننده، ساخته شده است. نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNTs) اصلاح شده با هیدرواکسید (-COOH) درون سیستم اپوکسی با درصد وزنی 0 و 1 نسبت به وزن کل ماتریس پخش شده است.. در این پژوهش برای بررسی تاثیر شکل دماغه از سه نفوذکننده ی تخت، مخروطی و اجیوال استفاده شد. علاوه بر آزمایش نفوذ شبه استاتیکی برش پانچ، آزمایش کشش بر روی نمونه های نانورزین و نانوکامپوزیتهای هیبریدی انجام گردید. نتایج آزمون کشش نشان می دهد هر چند با افزودن نانولوله های کربنی در خواص کششی رزین افزایش قابل توجهی مشاهده میشود، ولیکن در خواص کششی نانوکامپوزیت های هیبریدی تغییر معناداری.مشاهده نمیگردد. نتایج آزمایش برش پانچ با نفوذکننده های مختلف در هر دو نمونه حاکی از آن است که بیشترین نیروی تماسی مربوط به نفوذکننده سرتخت و بیشترین انرژی جذب شده مربوط به نفوذکننده مخروطی می باشد. علاوه بر آن در مجموع افزودن نانولوله های کربنی باعث کاهش مقدار نیروی تماسی و انرژی جذب شده میشود.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، برش پانچ، نانو لوله های کربنی، هندسه نفوذکننده و انرژی جذب شده
  • برهان بیگ زاده *، محمدرضا سبع پور، محمدرضا حائری یزدی صفحات 205-212
    با ظهور مفهوم راه رفتن غیرفعال، کنترل رباتهای دوپا بر مبنای حرکتهای پریودیک پایدار دینامیکی حول یک سیکل حدی پایدار مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفت و امروزه شتاب بیشتری گرفته است. پیشتر نشان داده شده است که یک راه رونده دوپا علاوه بر راه رفتن غیرفعال، به طور جالبی می تواند «چرخش غیرفعال» پایدار نیز روی سطح بدیعی به نام «گوه مارپیچ» داشته باشد. در مقاله حاضر، با بهره گیری از این چرخشهای غیرفعال، یک روش کنترل بر پایه چرخش غیرفعال، موثر برای رباتهای دوپای سه بعدی ارائه شده است. این کار با توسعه روش جذاب شکل دهی انرژی پتانسیل که تاکنون صرفا در مورد کنترل راه رفتن مطرح بود، انجام گرفته است. در روش پیشنهادی، چرخشهای غیرفعال پایدار مجانبی که روی گوه مارپیچ با شیب خاص وجود دارند، عینا روی سایر سطوح با شیب مارپیچ دلخواه از جمله سطح افق (شیب مارپیچ صفر) بازتولید می شوند. لازم به ذکر است مدل دوپای مورد استفاده در این تحقیق، یک مدل پرگاری سه بعدی با عرض غیرصفر، کف پای تخت و قوزک انعطاف پذیراست که چرخش غیرفعال پایدار دارد. نتایج شبیه سازی ها، کارایی روش ارائه شده را به خوبی نشان می دهند.
    کلیدواژگان: ربات دوپا، راه رفتن غیرفعال، چرخش، کف پای تخت، پایداری مجانبی
  • سید امیر مهدی قنادپور *، محمدعلی مهرپویا، پیام کیانی صفحات 213-220
    در این مقاله با استفاده از روش بدون المان تجمیع نقاط به بررسی رفتار غیرخطی پس از کمانش صفحات کامپوزیتی پرداخته شده است. روش بدون المان یکی از روش های عددی مورد توجه در یکی دو دهه اخیر بوده است. در این روش دامنه مسئله با توزیع نقاط یکنواخت و یا غیریکنواخت نمایش داده می شود. ولیکن به دلیل نوسانات شدید در شرایط مرزی و وقوع پدیده رانگ در صورت استفاده از نقاط یکنواخت، در تحقیق حاضر دامنه مسئله با نقاط لژاندر-گاوس-لوباتو گسسته سازی شده است. در مقاله حاضر از شرایط مرزی خارج صفحه ای گوناگون با لایه چینی های متعامد و زاویه ای پادمتقارن و همین طور تئوری صفحات کامپوزیتی کلاسیک استفاده شده است. در روش مذکور، از سری لژاندر جهت گسسته سازی معادلات دیفرانسیلی و شرایط مرزی به منظور میدان های جابجایی تخمینی استفاده می شود. به علت تغییرشکل های بزرگ و وجود ترم های غیرخطی در روابط کرنش-جابجایی و همچنین ترم های غیرخطی ناشی از ضرب میدان های جابجایی معادلات نهایی حاصل از گسسته سازی معادلات تعادل و شرایط مرزی حاکم، تشکیل یک دستگاه معادلات غیرخطی را می دهند که برای حل دستگاه معادلات غیرخطی از تکنیک نیوتن-رافسون استفاده شده است. در این روش همواره تعداد معادلات از تعداد مجهولات بیشتر است و ازآنجاکه تعداد معادلات از تعداد مجهولات بیشتر می باشد از روش حداقل مربعات برای حل دستگاه معادلات استفاده خواهد شد. نتایج گوناگون تا حد امکان با نتایج موجود در مراجع مقایسه شده اند
    کلیدواژگان: پس از کمانش، تئوری کلاسیک صفحات کامپوزیتی، توابع لژاندر، روش بدون المان، تجمیع نقاط
  • محمدحسن جوارشکیان*، علی اسماعیلی صفحات 221-229
    در این تحقیق، یک تکنیک جدیدی ارائه شده که بر اساس آن می توان اجسام سه بعدی حجیم مثل برج های مرتفع ساخته شده را از جنبه آیرودینامیکی بهینه و اصلاح کرد و به این طریق بر عمر برج ها و آسایش ساکنان آن ها افزود. این تکنیک مدرن تلفیقی از حل عددی جریان سیال و روش الحاقی است و توانایی اصلاح قسمت های مختلف پیکره برج را دارد. در اولین گام، پارامترهای شکل، موقعیت قرارگیری ساختمان، زاویه حمله و شرایط جوی مختلف به عنوان پارامتر های اثرگذار بر آیرودینامیک برج ها مطالعه می شود و با استفاده از این روش، میزان حساسیت هر یک از این متغیرها بر نیروهای آیرودینامیکی بدست می آید؛ به طوری که نتایج حاصله حاکی از تاثیرگذاری 76% شکل سطح برج ها در مقابل دیگر پارامترها می باشد. در گام بعدی، با حل معادلات الحاقی گسسته در کل محدوده حل، میزان اثرگذاری جریان سیال بر بخش های مختلف ساختمان مشخص شده و با ایجاد تغییرات مطلوب در آن نواحی، اصلاحات آیرودینامیکی انجام می شود. نتایج نشان می دهند که این روش می تواند منجر به کاهش بارهای وارده بر پیکره برج به میزان 31% شود که این مقدار کاهش بسیار برای مهندسان و طراحان ساختمان های مرتفع جالب توجه خواهد بود.
    کلیدواژگان: اصلاح آیرودینامیک، روش الحاقی، اجسام سه بعدی، آنالیز حساسیت
  • رضا پیل افکن*، سوده بخشی صفحات 230-238
    در کار حاضر تحلیل استاتیکی صفحات مستطیلی ایزوتروپیک با ضخامت متغیر با استفاده از تئوری سه بعدی الاستیسیته و برای اولین بار با استفاده از روش حل عددی بدون المان با میان یابی شعاعی نقطه ای، ارائه شده است. در این روش عددی، متغیر میدان تنها با استفاده از گره هایی که به طور دلخواه در ناحیه مساله توزیع شده اند میان یابی می شود و به دلیل اینکه هیچ ارتباطی بین دو گره دلخواه تعریف نشده است، این امکان وجود دارد که در هر ناحیه و جهتی برای حصول دقت بالاتر تعداد آن ها افزایش یابد. توابع شکل در این روش، دارای خاصیت تابع دلتای کرونکر هستند و شرایط مرزی مختلف به راحتی با استفاده از رهیافت حذف اعمال می شود. در کار حاضر، صفحه دارای ضخامت متغیر خطی و یا سهمی در جهت y بوده و وجه بالایی صفحه افقی بوده و تحت بار استاتیکی یکنواخت در جهت z قرار دارد. همگرایی نتایج مربوط به صفحه مستطیلی ایزوتروپیک با ضخامت متغیر خطی و با شرط مرزی تکیه گاهی ساده، برای نسبت های ضخامت مختلف بررسی و با نتایج موجود مقایسه شده است. توزیع خیز و تنش ها برای صفحات با ضخامت متغیر سهمی شکل، و تحت شرایط مرزی مختلف در قالب نمودارهایی ارائه شده است. مشاهده شد که روش حاضر، روشی بسیار مناسب در تحلیل این قبیل صفحات بوده و نتایج حاصل از آن همگرایی سریع و دقت بالایی دارند.
    کلیدواژگان: تحلیل استاتیکی، صفحات با ضخامت متغیر، روش بدون المان
  • احسن سعیدزاده، سیدمهدی رضاعی، عبدالرضا رحیمی، محمد زارعی نژاد* صفحات 239-247
    عملگرهای هیدرولیکی به طور گسترده ای درصنایع مختلف بویژه در مواقعی که نیروهای اعمالی بسیار بزرگ هستند استفاده می شوند. اما، این سیستم ها در بسیاری از موارد بازده انرژی پایینی دارند. به این منظور حجم بالایی از مطالعات توسط پژوهشگران این حوزه برای بهبود بازده سیستم های الکتروهیدرولیک سروو صورت گرفته است. یکی از جدیدترین شیوه های پیشنهادی جهت افزایش راندمان عملگرهای هیدرولیکی استفاده از سیستم های هیدرولیکی دیجیتال است. قیمت پایین و راندمان انرژی بهتر دو مزیت عمده ای هستند که موجب محبوبیت این سیستم ها در میان پژوهشگران شده است. این مقاله امکان استفاده از یک شیر روشن/خاموش با سرعت سوئیچ بالا به شیوه ای نوین به جای شیر هیدرولیکی سروو به منظور افزایش بازده را مورد بررسی قرار می دهد. در این روش دبی عبوری از شیر روشن/خاموش با تنظیم مقدار مناسب برای زمان کاری PWM اعمالی به آن کنترل می شود. در اینجا دبی اضافی پمپ به جای عبور از شیر اطمینان مستقیما در زمان خاموش بودن شیر به تانک تخلیه شده و در نتیجه اتلاف انرژی ناشی از تخلیه سیال با فشار بالا از طریق شیر اطمینان به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در این مساله برای کنترل زمان کاری شیر ، یک کنترلر غیرخطی از روش پسگام طراحی شده است. کارایی این روش با آزمایش آن روی تجهیزات هیدرولیکی و ارائه ی نتایج عملی صحه گذاری شده است.
    کلیدواژگان: سیستم های هیدرولیک دیجیتال، بازده انرژی، سوئیچ سریع، کنترل موقعیت
  • سید علیرضا رسولی، مهرداد وحدتی* صفحات 248-258
    تلاش محققین در صنایع برای به دست آوردن سطوح دقیق و باکیفیت بالا منجر به ابداع روش های جدید پرداخت کاری شده است. پرداخت کاری سایشی مغناطیسی نوع نسبتا جدیدی از پرداخت کاری است که در آن از میدان مغناطیسی برای کنترل ابزار ساینده استفاده می شود. ازجمله قطعاتی که نیاز به صافی سطح بسیار بالایی دارند سطوح قالب می باشد. معمولا این نوع قطعات دارای سطوح آزاد می باشند. در مقاله حاضر به بررسی پارامترهای فرآیند سایشی مغناطیسی من جمله میزان گپ، سرعت دورانی کلگی، نرخ پیشروی و مقدار پودر بر روی سطوح آزاد قطعاتی از جنس آلومینیوم پرداخته شده است. این روش از ترکیب فرآیند سایشی مغناطیسی با برنامه نویسی کنترل عددی به دست می آید. استفاده از نیم کره جهت نصب بر سطح تخت آهن ربا و همچنین اسپارک آهن ربا به صورت منحنی ازجمله اقداماتی است که در طی فرآیند انجام آزمایش ها صورت گرفته است. طراحی آزمایش ها مبتنی بر روش سطح پاسخ می باشد. میزان گپ، سرعت دورانی و نرخ پیشروی موثر شناخته شده و معادله رگرسیون حاکم بر فرآیند نیز استخراج گردیده است. نحوه تاثیر شدت میدان مغناطیسی نیز توسط نرم افزار المان محدود ماکسول به دست آمده است. در سطوح مقعر قطعه کار زبری سطح از mμ1.3 به mμ 2.0 رسیده است. البته در بعضی نقاط زبری mμ0.08 نیز اندازه گیری شده است.
    کلیدواژگان: پرداخت کاری سایشی مغناطیسی، سطوح آزاد، روش سطح پاسخ، شبیه سازی، بهینه سازی
  • محمد جواد جعفری، امیر حسین شامخی* صفحات 259-270
    مفهوم احتراق دماپایین پایه گذار بسیاری از پیشرفت ها در توسعه موتور های دیزلی به منظور اخذ استانداردهای زیست محیطی سخت گیرانه بوده است. اگرچه مفهوم آن با کاستن از دمای سوختن سوخت در درون محفظه احتراق و درنتیجه کاهش تولید آلاینده های دوده و اکسیدهای نیتروژن آسان جلوه می نماید، اما دستیابی عملی به این حالت پیشرفته احتراقی به طوری که در گستره وسیعی از بار و دور موتور قابل اجرا باشد، کار آسانی نیست. با توجه به تاثیرگذاری عوامل متعدد بر احتراق موتور دیزل راهبردهای گوناگونی برای دست یابی به احتراق دما پایین معرفی شده اند. دو نمونه از مهم ترین این راهبردها، عبارتند از: راهبردهای مبتنی بر پاشش زودهنگام و راهبردهای مبتنی بر پاشش دیرهنگام. در این مقاله برآنیم تا ضمن معرفی اصول هر کدام از این راهبردها، دو روش مختلف مبتنی براین دو راهبرد احتراقی را معرفی و با شبیه سازی سه بعدی، پیاده سازی این روش ها را در موتور دیزل سبک ملی با هدف ارتقا سطح استاندارد آلایندگی این موتور از یورو 5 به یورو6 ، امکان سنجی نماییم. یک روش احتراق حجمی یکنواخت است که با توجه به پاشش زودهنگام از مزایای احتراق نیمه پیش آمیخته بهره می برد و دیگری، روش سینتیک تعدیل یافته است که با پس اندازی پاشش در زوایای بعد از نقطه مرگ بالا، مزایای احتراق ضمن انبساط را دارا می باشد. در ادامه با در نظرداشت جوانب و ملزومات هر دو روش، مقایسه ای کمی و کیفی بین آنها انجام گرفته است. نتایج حاصله نشان دهنده قابلیت بالای هر دو روش در کاهش چشمگیر و همزمان آلاینده های اکسید نیتروژن و دوده است.
    کلیدواژگان: احتراق دما پایین، پاشش زود و دیرهنگام، کاهش دوده و اکسید نیتروژن
  • علی راوری، مهدی طالع ماسوله* صفحات 271-280
    این مقاله طراحی مکانیک یک ربات بسترپویا با نام TL-PR را ارائه می دهد. دو الگوریتم مجزا برای سیستم عدم برخورد با موانع بر روی ربات پیاده سازی شده است. برد کنترلی به کار گرفته شده در ربات مذکور آردوینو است که یک برد منبع باز می باشد. برای دریافت تصاویر مورد استفاده در بخش عدم برخورد و شناسایی اجسام از حسگر کینکت در ربات استفاده شده است. برای طراحی ساختار ربات از یک سیستم ساده و ابتکاری ارزان قیمت بهره برده شده است. برای سیستم عدم برخورد دو روش پیاده سازی شده است. یک روش بر اساس حسگر مافوق صوت است. در اطراف ربات تعداد 5 عدد سنسور مافوق صوت کار گذاشته شده است. برای استفاده از سنسورهای مذکور از متد فازی استفاده شده و قوانین مربوط به آن در متلب پیاده سازی شده است. روش دوم، بر مبنای الگوریتم پردازش تصویر است. یک کینکت در بالای ربات برای سیستم عدم برخورد با موانع نصب شده است. این متد دوم در محیط نرم افزار ویژوال استودیو و با استفاده از کتابخانه اپن سی وی اجرا شده است. این ربات پلتفرم مناسبی برای ربات های خانگی و خدماتی است. به دلیل نصب لپ تاپ بر روی ربات مذکور، امکان پیاده سازی انواع الگوریتم های پیشرفته کنترلی و پردازش تصویر وجود دارد.
    کلیدواژگان: ربات بستر پویا، کینکت، اپن سی وی، آردوینو، الگوریتم فازی
  • احمد بیدی، غلامحسین لیاقت*، غلامحسین رحیمی صفحات 281-288
    در این تحقیق رفتار ورق فولادی و همچنین اثر انحنای آن در بهبود خواص ضربه ای بصورت تجربی و عددی بررسی شده است . برخورد در سه سطح انرژی مختلف صورت گرفته و در روش تجربی آزمایشات با استفاده از دستگاه سقوط آزاد وزنه انجام شده است . به منظور بررسی اثر انحنای ورق فولادی بر روی تغییر شکل ماندگار و شتاب ضربه زننده در طی فرآیند برخورد؛ نمونه های آزمایشی در سه انحنای مختلف تهیه شده و با استفاده از فیکسچرهای مناسب آزمایش ضربه در سه سطح انرژی مختلف (سه ارتفاع سقوط آزاد) انجام شده است. دو پارامتر مهم ، شامل تغییر شکل ماندگار ورق و همچنین شتاب ضربه زننده در لحظه شروع برخورد تا زمان توقف کامل قطعه ، با روش عددی محاسبه شده و نتایج عددی با اندازه گیری های تجربی مقایسه گردیده است. نتایج هر دو روش تجربی و عددی ، نشان می دهد با افزایش شعاع انحنای ورق ، مقدار حداکثر تغییر شکل ماندگار کاهش یافته ولی شتاب برخورد افزایش می یابد. البته با افزایش بیشتر شعاع ورق (نزدیک شدن رفتار قطعه به ورق مسطح) حداکثر شتاب ضربه زننده و همچنین حداکثر تغییر شکل ماندگار، ثابت می مانند.
    کلیدواژگان: ورق فولادی، شعاع انحنا، آزمایش سقوط آزاد، تغییر شکل ماندگار
  • نوروز محمد نوری*، مصطفی شمسی، محمد سعادت بخش صفحات 289-296
    سطوح فوق آبگریز سطوحی هستند که به علت وجود لغزش از خاصیت خود تمیز شوندگی بالایی برخوردار بوده و در کاربردهایی مثل کاهش پسای اصطکاکی، ضد خوردگی، ضد جلبک و خودتمیزشوندگی استفاده می شوند. امروزه روش های مختلفی برای ایجاد چنین سطوحی وجود دارد. با این وجود چالش اصلی، تولید سطح آبگریز در مقیاس وسیع و بر روی زیرپایه های مختلف است. یکی از روش های تولید سطوح فوق آب گریز، آب گریز کردن ذرات و سپس لایه نشانی آن ها بر روی سطح می باشد. در این تحقیق از دو روش غوطه وری و فاز بخار چرخشی جهت آبگریز کردن ذرات آلومینوم پولکی استفاده شده است. دو زمان واکنش مختلف که در مراجع مورد استفاده قرار میگیرد مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج حاصل از روش غوطه وری و فاز بخار چرخشی برای دو اندازه مختلف پودر ارائه شده است. نتایج نشان دهنده آن است که روش فاز بخار چرخشی می تواند جایگزین مناسبی برای سایر روش های مرسوم از جمله روش غوطه وری بوده و استفاده از این روش مقرون به صرفه تر است. همچنین بررسی پایداری نمونه های آب گریز تولید شده نشان دهنده آن است که اندازه ذرات مورد استفاده در فرآیند آبگریزی مهم بوده و زمان واکنش 6 ساعت، به عنوان زمان مناسب پوشش دهی به دست آمده است.
    کلیدواژگان: فوق آبگریز، آلومینیوم پولکی، لایه نشانی فاز بخار، غوطه وری
  • اشکان علیمرادی، فرزاد ویسی* صفحات 297-306
    در این کار جریان دائمی سیال در مبدل های حرارتی پوسته- کویل شبیه سازی و مورد تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از روش عددی تاثیر پارامتر های گام، قطر کویل، قطر لوله، قطر پوسته، ارتفاع کویل، ارتفاع پوسته وعدد رینولدز بر روی ضریب اصطکاک سمت کویل مورد بررسی قرار گرفته است. به طور کلی چهل وضعیت مختلف در کار عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. آب به عنوان سیال کاری هر دو سمت انتخاب شده است که ویسکوزیته و هدایت حرارتی آن تابع دما در نظر گرفته شده است. برای در نظر گرفتن اثرات آشفتگی جریان از مدل k-έ استاندارد استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که قطر کویل مهمترین پارامتر هندسی موثر بر روی ضریب اصطکاک سمت کویل می باشد به طوری که با ثابت ماندن پارامترهای دیگر، اگر قطر کویل %60 افزایش یابد، ضریب اصطکاک کویل %6/30 کاهش می یابد. همچنین با ثابت ماندن پارامترهای دیگر اگر قطر لوله دو برابر شود ضریب اصطکاک %5/16 افزایش می یابد، اگر ارتفاع پوسته 2 برابر شود ضریب اصطکاک سمت کویل %7/11 افزایش می یابد درحالی که اثر پارامترهای هندسی دیگر مبدل بر روی ضریب اصطکاک سمت کویل بسیار کمتر از اثر قطر کویل، قطر لوله و ارتفاع پوسته می باشد. همچنین رابطه ای برای تخمین ضریب اصطکاک سمت کویل پیشنهاد شده است که علاوه بر اثر عدد رینولدز اثر کل پارامترهای هندسی تعریف شده را نیز شامل می شود. این رابطه برای محدوده ی گسترده ای از عدد رینولدز ( عدد رینولدز بین 2700 تا 38000) قابل استفاده می باشد و با روابط ارائه شده در کارهای قبلی مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی، کویل، ضریب اصطکاک، عدد رینولدز
  • محمد علی لطف اللهی یقین *، مهدی کوهدرق، میر محمد اتفاق، علیرضا مجتهدی صفحات 307-314
    بسیاری از شکست های سازه ای بسبب گسیختگی مواد تشکیل دهنده رخ می دهند. آغاز این گسیختگی ها با ترک توام بوده که با گسترش خود به عنوان تهدید جدی برای رفتار سازه محسوب می شوند، در این راستا متدهای پایش سلامت سازه ها، موضوع تحقیقات پردامنه ای است که تا کنون انجام شده و کماکان ادامه دارد. در این مقاله که بصورت آزمایشگاهی صورت گرفته است، یک سیستم جدید مکانیکی پرتابل هوشمند جهت شناسایی خرابی در سازه های تیری شکل با استفاده از الگوریتم فازی-ژنتیک معرفی گردیده است. در ابتدا تاریخچه شتاب-زمان از سه نقطه تیر دو سر مفصل ساده با استفاده از سنسورهای شتاب سنج برداشت می گردد و سپس این سیگنال با استفاده از روش جدید تجزیه سیگنال به عناصر جزئی تر، به اجراء خود تقسیم می گردد که هرکدام از این جزها در بر دارنده محدوده خاصی از فرکانس می باشند و با استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه، فرکانسهای غالب سازه از روی همین جزها استخراج می گردد. در ادامه روشی بر مبنای الگوریتمی فازی-ژنتیک برای یافتن خرابی در تیر دو سر مفصل ساده معرفی می گردد. این الگوریتم برای پیدا کردن مکان و شدت خرابی در طول تیر طراحی شده که قادر به یافتن مکان و شدت خرابی از روی الگوی تغییرات فرکانسی تیر بین حالت سالم و معیوب تیر می باشد.
    کلیدواژگان: شناسایی خرابی، سیستم دینامیکی، روش EMD، الگوریتم فازی، ژنتیک
  • علی سالاری، علیرضا شریفی، حمید نیازمند* صفحات 315-323
    انسداد شریان سیستم ورتبروبازیلار از جمله عوامل خطرساز در بروز مرگ و میرهای ناشی از سکته مغزی است که احتمال گرفتگی این عروق شدیدا وابسته به سن افراد می-باشد. در این مطالعه ناحیه های مستعد گرفتگی در سیستم ورتبروبازیلار در سنین مختلف 20، 50 و 70 مورد بررسی قرار گرفته است. روش تحقیق به صورت عددی بوده و از نرم افزار فلوئنت به منظور حل معادلات استفاده شده است. به وسیله ی شبیه سازی جریان خون در سیستم ورتبروبازیلار ناحیه های مستعد گرفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تعیین نواحی مستعد گرفتگی، مقادیر بحرانی تنش برشی میانگین دیواره و شاخص برش نوسانی مورد استفاده قرار گرفته است. توزیع تنش برشی میانگین دیواره و شاخص برش نوسانی بر روی سیستم ورتبروبازیلار فرد 20 ساله نشان می دهد که احتمال گرفتگی در این سن چندان بالا نمی باشد؛ اما با افزایش سن، مقادیر شاخص برش نوسانی به ویژه در شریان ورتبرال راست و در محل اتصال عروق ورتبرال به طور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا می کند و به حد بحرانی می رسد، وسعت مناطقی که دارای تنش برشی میانگین دیواره پایینی می باشند نیز به شدت افزایش پیدا می کند. نتایج نشان می دهد که با افزایش سن و رسیدن به سن 70 سالگی، ناحیه مستعد گرفتگی در محل اتصال عروق ورتبرال به سوی شریان ورتبرال راست پیش روی می کند و بر وسعت منطقه ی مستعد گرفتگی می افزاید. هم چنین خطر گرفتگی در سایر محل هایی که در سن 50 سالگی نیز احتمال وقوع گرفتگی در آن ها وجود دارد، در سن 70 سالگی به طور محسوسی افزایش پیدا می نماید.
    کلیدواژگان: شریان بازیلار، شریان ورتبرال، شریان خلفی، تنش برشی دیواره، شاخص برش نوسانی
  • محمود شریعتی*، کمال کلاسنگیانی، بهزاد جهانگیری، امین صابر صفحات 324-332
    در این تحقیق به بررسی تجربی رفتار رچتینگ و نرم شوندگی پوسته های جدار نازک فولادی ضدزنگ SS304L تحت بارگذاری خمشی خالص به صورت تناوبی پرداخته شده است. آزمایش های تجربی توسط دستگاه سرو هیدرولیک اینسترون 8802 تحت شرایط بارگذاری نیرو-کنترل و جابجایی-کنترل انجام شده است و تاثیر پارامتر های مختلف شامل نیروی میانگین، دامنه نیرو، طول پوسته های استوانه ای، وجود گشودگی و موقعیت آن بررسی شد. در بارگذاری جابجایی-کنترل، رفتار نرم شوندگی در پوسته ها مشاهده می شود و تحت بارگذاری نیرو-کنترل با نیروی میانگین غیر صفر انباشتگی کرنش پلاستیک یا پدیده ی رچتینگ اتفاق می افتد. بر اساس نتایج تجربی، رابطه ی خطی بین انرژی پلاستیک و نرخ تغییر شکل پلاستیک مشاهده شد که بیانگر صلبیت فیکسچرهای مورد استفاده در آزمایش های تجربی است. مشاهده شد که افزایش دامنه ی نیرو باعث افزایش نیروی بیشینه و درنتیجه منجر به افزایش تغییر شکل پلاستیک می شود. همچنین در بررسی وجود گشودگی، پوسته استوانه ای دارای گشودگی در میانه، دارای جابجایی رچتینگ بیشتری در مقایسه با پوسته استوانه ای بدون گشودگی است و باعث رشد ترک از این نواحی می شود. در بارگذاری جابجایی-کنترل، پاسخ پوسته استوانه ای تحت بارگذاری خمش خالص تناوبی به چهار ناحیه رشد اولیه، گذر، پایدار و رشد ترک تقسیم می شود.
    کلیدواژگان: پوسته جدار نازک، بارگذاری خمش خالص تناوبی، رچتینگ، نرم شوندگی، گشودگی
  • محرم شاملی، نقدعلی چوپانی*، میر کریم رضوی صفحات 333-344
    برای شکست نرم، چقرمگی را می توان به عنوان یک پارامتر تک مقداری و یا در قالب منحنی مقاومت اندازه گیری کرد که اغلب توسط انتگرال J مشخص می شود. امروزه انتگرال J و منحنی J-R به علت اثربخشی مفیدشان در اندازه گیری چقرمگی به مهم ترین پارامترهای مواد در مکانیک شکست الاستیک-پلاستیک تبدیل شده اند و به طور گسترده ای در کاربردهای مهندسی استفاده می شوند. هدف اصلی در این مقاله، بررسی رفتار شکست مود مرکب I/II پلیمر پلی پروپلین با رویکرد انتگرال J و به دست آوردن منحنی J-R با رعایت استانداردهای موجود شکست الاستیک-پلاستیک پلیمرها و نیز تخمین مقدار JIC این ماده می باشد. در اجرای پژوهش از فیکسچر بهبودیافته ای که معایب روش های آزمایش قبلی را برطرف کرده و آزمایش حالتهای مختلف بارگذاری مود مرکب داخل صفحه، از حالت مود خالص I (زاویه 0 درجه) تا مود خالص II (زاویه 90 درجه) و هر حالت ترکیبی بین آنها را امکان پذیر می سازد بهره گرفته شده است. ضرایب بی بعد شدت تنش، ضرایب تاثیر کار و برخی از نتایج با استفاده از روش اجزاء محدود و با به کارگیری نرم افزار آباکوس به دست آورده شده اند. برای تخمین مقادیر انتگرال J و تهیه منحنی های J-R از روش چندنمونه ای مطابق با استاندارد مختص پلاستیکها، ASTM-D6068 و برای تخمین JIC از استاندارد E1820-13 استفاده شده است. منحنی های مقاومت مود I، مود II و حالات ترکیبی با گام 15 درجه (7 حالت) با استفاده از آزمایشهای تجربی تهیه و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج حاصل، رفتار چقرمه تر این ماده در حالتهای نزدیک به مود بارگذاری I را نشان می دهد
    کلیدواژگان: شکست الاستیک، پلاستیک، انتگرال J، منحنی J، R، مود مرکب I، II، فیکسچر بهبودیافته
  • یوسف ملاپور، حشمت الله حقیقت* صفحات 345-353
    در این مقاله، فرآیند کشش ورق با قالب گوه ای شکل، با استفاده از تابع جریان و به روش کرانه بالایی تحلیل شده است. یک مدل تغییر شکل جدید ارائه شده که در آن مرزهای برشی ورودی و خروجی، انعطاف پذیرمی باشد و اثر کارسختی ورق لحاظ و شکل هندسی بهینه ناحیه تغییر شکل، بسته به شرایط فرآیند تعیین می شود. بر اساس تابع جریان پیشنهادی، میدان سرعت، نرخ کرنش ها، توان ها و نیروی کشش لازم محاسبه شده اند. در پایان نتایج تحلیل با نتایج سایر محققان و نتایج اجزا محدود مقایسه شده اند. هم چنین اثر ضریب کار سختی بر ناحیه تغییر شکل، نیروی کشش و زاویه ی بهینه ی قالب بررسی شده است. نشان داده شد که با افزایش ضریب کار سختی، مرزهای ورودی و خروجی ناحیه ی تغییر شکل به سمت ناحیه ی ورودی قالب متمایل می شود و تنش کششی لازم برای انجام فرآیند کاهش می یابد. هم چنین با افزایش ضریب اصطکاک، مرزهای ورودی و خروجی به سمت ناحیه ی خروجی قالب متمایل می شوند و با افزایش درصد کاهش ضخامت، مرزها به سمت ناحیه ی ورودی قالب متمایل می شوند. نتایج نسبت به نتایج تحلیلی گذشته به میزان ده درصد بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: کشش ورق، کارسختی، ناحیه تغییر شکل، کرانه بالایی و اجزا محدود
  • کمال جهانی *، پریسا آقازاده صفحات 354-360
    یکی از روش های مناسب برداشت انرژی از ارتعاشات مکانیکی موجود در محیط، استفاده از سیستم های پیزوالکتریکی است. در این مقاله مدل یک درجه آزادی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریکی به صورت تیر یک سر گیردار تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. ضریب سختی، میرایی و کوپلینگ الکترومکانیکی غیرخطی در مدلسازی مذکور لحاظ شده است. دستگاه معادلات حاکم بر سیستم پس از بی بعد سازی به روش مقیاس های زمانی چندگانه حل شده است. ابتدا با درنظر گرفتن یک جمله از بسط فرض شده برای پاسخ ها تاثیر کلیه پارامترهای غیرخطی بر منحنی پاسخ فرکانسی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد درنظر گرفتن یک جمله از پاسخ، تاثیر ضریب میرایی غیرخطی را بر دامنه حرکت جسم و توان تولیدی در مصرف کننده درست ارزیابی می نماید. افزایش این ظریب سبب کاهش دامنه فرکانس تحریک و بیشینه توان تولیدی می شود. اما اثر ضریب سختی و کوپلینگ غیرخطی با فرض تنها یک جمله از پاسخ منطقی به نظر نمی رسد زیرا در این حالت، ماکزیمم دامنه و توان تولیدی مستقل از ضرایب غیرخطی می شود. به همین جهت درنظر گرفتن لااقل دو جمله از پاسخ ضروری است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزایش ضریب سختی غیرخطی سبب افزایش رنج فرکانسی و ماکزیمم توان برداشت شده می شود. وجود ضریب کوپلینگ غیرخطی در معادلات باعث افزایش سختی و کاهش کرنش تیر و در نتیجه کاهش توان می باشد.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی، غیرخطینگی، روش مقیاس های زمانی چندگانه
  • وحید فضل الهی، مصطفی تقی زاده* صفحات 361-371
    در این مقاله، به منظور بهبود عملکرد کنترل کننده و افزایش بازده ی توربین بادی 660 کیلووات وستاس، تحقیقاتی مبتنی بر تئوری و تجربه با استفاده از داده های عملی صورت گرفته و یک کنترل کننده ی فیدبک حالت طراحی شده است. داده های واقعی به دست آمده از سایت بادی بینالود، نشان می دهد که این توربین ها دارای بازده ی پایینی می باشند. این مسئله ناشی از عملکرد ضعیف کنترل کننده های کلاسیک در ردیابی توان ماکزیمم (در ناحیه ی بار جزئی) و همچنین خطای قابل ملاحظه در اندازه گیری سرعت باد می باشد. در این تحقیق، برای رفع این مشکلات، یک کنترل کننده ی فیدبک حالت که باعث بهبود عملکرد توربین می شود، طراحی شده است. در این کنترل کننده، به منظور کنترل گشتاور ژنراتور، از سرعت ژنراتور و گشتاور آیرودینامیکی فیدبک گرفته شده است. همچنین با استفاده از سرعت زاویه ای روتور و گشتاور آیرودینامیکی، مقدار سرعت باد با دقت بسیار مطلوب تری در مقایسه با اندازه گیری سرعت باد با بادسنج، تخمین زده شده است. با توجه به اینکه طراحی کنترل کننده و همچنین شبیه سازی عملکرد سیستم کنترلی نیاز به مدل دقیق سیستم دارد، مدل سازی کامل توربین باد در زیرسیستم های مختلف انجام شده و پارامترهای آن با استفاده از داده های واقعی شناسایی شده اند. شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار متلب نشان دهنده ی بهبود عملکرد کنترل کننده ی فیدبک حالت طراحی شده در مقایسه با کنترل کننده ی کلاسیک استفاده شده در توربین واقعی می باشد.
    کلیدواژگان: توربین بادی، مدل سازی، کنترل کننده ی فیدبک حالت، ژنراتور القایی
  • محمدحسین مقدم، محمد مهدی جلیلی*، محمد آیتی فیروزآبادی صفحات 372-382
    پژوهش حاضر، به بررسی و مقایسه ی سه طرح درمانی رایج و یک طرح درمانی جدید برای تثبیت شکستگی تیپ لترال مالئولار، با استفاده از روش اجزای محدود می پردازد. در طرح درمانی رایج از یک پلیت یک سوم لوله ای معمولی با پنج سوراخ به همراه پنج پیچ برای تثبیت استخوان استفاده می شود. در طرح جدید ارائه شده در این پژوهش، یک سیم کششی برای بهبود عملکرد تثبیت کننده به مجموعه اضافه می گردد. طرح سوم، استفاده از یک پیچ داخلی بلند برای اتصال دو قسمت جداشده استخوان است. در طرح چهارم، دو پین کاشته شده در استخوان، به واسطه سیم کششی به یک پیچ نصب شده در قسمت بالایی استخوان متصل می گردد، به نحوی که فشار لازم برای ثابت نگه داشتن دو قسمت استخوان در محل شکستگی تامین شود. برای تحلیل، از مدل سه بعدی دو استخوان نازک نی و درشت نی به دست آمده از تصاویر سی تی اسکن، استفاده می شود و مدل های اجزای تثبیت کننده به آن افزوده می شود. پس از حل، نتایج بدست آمده برای طرح های درمانی با یکدیگر مقایسه می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که بیشترین تنش ها، ناشی از اعمال بار فشاری-خمشی می باشند. این وضعیت تا حد زیادی در طرح درمانی دوم بهبود یافته که نشان دهنده ی تاثیر مثبت تغییر ایجاد شده بر طرح درمانی اول است. جابه جایی در محل شکستگی، در حالت اعمال بار خمشی، نسبت به بار پیچشی اندازه بزرگتری دارد که موید قابلیت جذب موثر نیروهای خمشی توسط اجزای تثبیت کننده است. با توجه به مقدار بالای تنش ها در محل سوراخ ها در طرح درمانی اول هنگام بارگذاری خمشی، توصیه می شود از تثبیت کننده های بیرونی برای بهبود این طرح استفاده گردد.
    کلیدواژگان: استخوان نازک نی، تثبیت، تیپ لترال مالئولار، روش اجزای محدود
  • پویان طالبی زاده، حسن رحیم زاده *، گودرز احمدی صفحات 383-390
    هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر نیروی ترموفورتیک بر ته نشینی ذرات نانو خروجی از اگزوز موتورهای دیزل بعد از تونل رقیق سازی به صورت عددی می باشد. تونل رقیق سازی به منظور رقیق کردن گاز خروجی با هدف قابل اندازه گیری کردن آلاینده های آن توسط دستگاه های اندازه گیری به کار می رود. به دلیل وجود اختلاف دما میان گاز خروجی از تونل رقیق سازی و دیواره های لوله، نیروی ترموفورتیک علاوه بر دیگر نیروی های موثر بر ذرات موجب ته نشینی ذرات می شود. برای مدل سازی حرکت ذرات و به دست آوردن میزان ته نشینی ذرات از روش اویلری – لاگرانژی استفاده شده است. با توجه به اندازه ی ذرات خارج شده از اگزوز موتورهای دیزل (از 5 تا 500 نانومتر)، نیروهای پخش برانی، ترموفورتیک، جاذبه و برآ به طور کامل مورد بررسی قرار گرفتند. پس از انجام اعتبار سنجی نتایج، سهم اثرگذاری هر یک از این نیروها در گرادیان های دمای مختلف به دست آمد. نتایج نشان داد که با توجه به قطر ذرات مورد بررسی نیروی برانی مهم ترین نیرو است که می بایست همواره در نظر گرفته شود. نیروی ترموفورتیک حتی با وجود اختلاف دمای کم نیز برای تمامی قطرها اثرگذار بوده و قابل صرف نظر کردن نمی باشد. بیشترین اثر این نیرو برای ذرات با قطر 100 نانومتر می باشد. نیروی جاذبه اثر بسیار کمی داشته و عملا برای ذرات با قطر کمتر از 500 نانومتر تاثیر کمی دارد. نیروی برآ هم تنها اثر ناچیزی بر روی ذرات با قطر 500 نانومتر ایفا می کند. نتایج این تحقیق کمک شایانی به شناخت جریان دو فاز گازهای خروجی از اگزوز موتورها به ویژه پس از تونل رقیق سازی می کند.
    کلیدواژگان: جریان دو فاز گاز - جامد، ذرات نانو، ته نشینی ذرات، لوله، جریان آرام توسعه یافته
  • مهدی فکور*، علیرضا ستارزاده، مجید بختیاری صفحات 391-402
    در این مقاله، امکان دستیابی به پایدارسازی وضعیت ماهواره در صورت از کار افتادن یک یا چند چرخ عکس العملی با استفاده از تنها یک عملگر تراستر به عنوان جبران ساز مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش گشتاورهای کنترلی با استفاده از یک مکانیزم تراستر دورانی دو درجه آزادی تولید می شوند. در اثر از کار افتادن چرخ های عکس العملی، زوایای گیمبال مکانیزم تراستر به عنوان ورودی های کنترلی به سیستم افزوده می شوند. الگوریتم کنترل کننده بر اساس معادلات دینامیک و سینماتیک حرکت ماهواره در حضور اغتشاشات توسعه یافته است بطوریکه پایدارسازی سه محوره وضعیت یک ماهواره در مدار ارتفاع پایین که در معرض اغتشاشات قرار دارد توسط سه عملگر چرخ عکس العملی نصب شده در هر راستا انجام شده است. گشتاورهای اغتشاشی وارد بر ماهواره شامل گشتاورهای گرادیان جاذبه، فشار تابش خورشیدی و آیرودینامیک می باشد. برای آموزش کنترل کننده هوشمند نورو فازی در ابتدا از کنترل کننده پی آی دی استفاده شده است. شبیه سازی های عددی نشان می دهد که روش کنترلی پیشنهادی برای پایدارسازی وضعیت ماهواره در حضور اغتشاشات، نتایج قابل قبولی دارد و افزودن یک عملگر تراستر به سیستم به عنوان جبران ساز، قابلیت اطمینان را در انجام ماموریت های فضایی بالا می برد و در صورت از کار افتادن حتی دو چرخ عکس العملی، مکانیزم تراستر با دقت بالایی وارد سیستم کنترلی شده و پایداری ماهواره را در شرایط مطلوب حفظ و کنترل می کند.
    کلیدواژگان: زیر سیستم کنترل وضعیت، چرخ عکس العملی، تراستر، کنترل کننده پی آی دی، نورو فازی
|
  • Mohammad Mehdi Malakouti, Abbas Montazeri* Pages 1-9
    Due to their accuracy and reliability, atomistic-based methods such as molecular dynamics (MD) simulations have played an essential role in the field of predictive modeling of single layered graphene sheets (SLGSs(. However, due to the computational costs, applications of these methods are limited to small systems. Additionally, according to the discrete nature of SLGSs, conventional continuum-based methods cannot be utilized to study the mechanical characteristics of them. To overcome these issues, here, a new Atomic-scale Finite Element Method (AFEM) based on the Tersoff-Brenner potential has been developed. Efficiency of the proposed method is evaluated through a numerical example analyzed by both of the proposed method and MD simulation. The results show that the computational cost is much reduced (~100 times), while the accuracy of MD simulation is kept. Furthermore, the effects of initial C-C bond length and number of atoms on the speed of the proposed method is investigated. To mimic the MD simulation completely, periodic boundary conditions have been implemented in the extended AFEM. It is demonstrated that there is a noticeable deviation from MD results without considering this type of boundary conditions.
    Keywords: Graphene, Atomic scale finite element method (AFEM), Molecular dynamics simulation, Periodic boundary conditions, Mechanical behavior
  • Ramin Shabani, Farhang Honavar* Pages 10-16
    It is essential to inspect manufactured and in-service machines and components in industry. Many different are currently in use for this purpose. Ultrasonic testing is one of the most important nondestructive testing methods. Ultrasonic testing has different applications such as defect detection, assessment of mechanical and metallurgical properties of materials and temperature measurement. In the first part of this paper, theoretical equations and finite element analysis of variation of longitudinal ultrasonic wave velocity in the presence of a thermal gradient were studied. In the second part, the effect of a thermal gradient on the longitudinal ultrasonic waves is investigated by experiments. A specific test rig is designed and fabricated for this purpose. It can provide the desired temperatures and transmit and receive ultrasonic bulk waves simultaneously. Twelve different tests were carried out to study the effects of the work piece length and maximum and minimum temperatures. The experimental results are compared with the theory under similar conditions and very good agreement is observed. Uncertainty analysis is incorporated for determining the uncertainty in measuring the ultrasonic wave velocity in the presence of a thermal gradient and identifying the sources of error. The measurements were found to be quite accurate with an uncertainty of 4.5 m/s.
    Keywords: Longitudinal Ultrasonic Bulk Waves, Thermal Gradient, Experimental Method, Uncertainty Analysis
  • Shahed Taghian Dehaghani, Hossein Ahmadi Kia* Pages 17-28
    Wet cooling towers have a high cooling capacity. However, owing to consumption of large water quantities in wet cooling towers, using them in arid regions facing water resource crisis might cause operational problems. In this research, changing the wet cooling tower of unit 5 of Isfahan Islamabad power plant into a hybrid cooling tower, using parallel path wet/dry configuration is studied. The hybrid cooling tower with the recommended configuration causes minimal changes in the other power plant facilities and has a low construction cost. Two different airflow control systems are investigated for the wet and hybrid cooling towers. In the first system, the amount of airflow rate in the cooling tower is adjusted by means of switching tower ID fans on or off. In the second system, an optimum airflow control mechanism with high-tech fans is devised. The results reveal that the optimum airflow control system is more suitable than the other system, due to less water consumption, preventing the sudden fluctuations of airflow and consequently water consumption rates and less fan power consumption. Experimental data and results obtained by the HTFS software are used for validating the simulated results of the wet cooling tower and air-cooled heat exchangers, respectively. The results demonstrate that the annual amount of water conservation due to changing the wet cooling tower into hybrid tower is approximately 343830 and 348718 cubic meters for fan switching and optimum airflow control systems, respectively.
    Keywords: Wet cooling tower, Hybrid cooling tower, Thermal power plant, Water consumption, Air, cooled heat exchanger
  • Hooman Salavati, Madjid Soltani*, Hossein Bazmara Pages 29-40
    Tissue engineering is a rapidly growing field of research for several decades, which is driven by the human urgent need for tissue substitutes and transplantable organs. Considering the advancements, the clinical applications in the field of tissue engineering have been limited until now. The major reason toward this limitation is the lack of sufficient blood supply for the tissue in the earliest phase after implantation. Time-consuming process of angiogenesis leads to inadequate vascularization and finally, death of cells and destruction of tissue. During recent years, by implementing a strategy called Inosculation, it has been tried to facilitate tissue vascularization by a preformed vasculature network within tissue structure. In the current research considering cellular nature of angiogenesis process, relying on a cell-based mathematical model, the effect of inosculation strategy is investigated through the dynamics of angiogenesis process with respect to extracellular, cellular and intracellular spatio-temporal scales. The results show the advantages of inosculation strategy over angiogenesis strategy in vascularization of tissue constructs. The model demonstrates the capability of inosculation strategy to improve the anastomosis probability, which is providing the crucial requisite for the blood to flow through capillary network. Furthermore, the cellular model was developed in a way that illustrates the effects of extracellular matrix on morphogenesis through branching phenomenon.
    Keywords: Angiogenesis Process, Tissue Engineering, Inosculation Strategy, Cellular Potts Model
  • Ali Nayebi*, Esmaeal Ghavanloo, Nastaran Hosseini Pages 41-48
    In this paper, a three-dimensional finite element model is proposed for estimating Young’s modulus of fullerene nanostructures. The model is based on the assumption that the fullerenes, when subjected to loading, behave like space-frame structures. The bonds between carbon atoms are considered as connecting load-carrying members like beams under axial, bending and torsion loadings, while the carbon atoms as joints of the members. To create the finite element models, nodes are placed at the locations of carbon atoms and the bonds between them are modeled using three-dimensional elastic beam elements. The elastic modulus of beam elements is determined by using a linkage between molecular mechanics and continuum mechanics. In order to evaluate the Young’s modulus, the spherical shell theory is also utilized. Compression loading on the fullerene is considered and the load – displacement variation is obtained. The effect of diameter on the elastic modulus of fullerenes nanostructures has been studied and it is observed that by increasing the radius of fullerenes, their elastic modulus decreases. After studying the properties of perfect fullerenes, the Young’s modulus of different defective fullerenes is also determined.
    Keywords: Young modulus, Molecular mechanics, Fullerene nanostructure
  • Reza Amooyi Dizaji, Mojtaba Yazdani* Pages 49-54
    This research investigated experimentally the effect of useing of 3D fiberglass fabric in the energy absorption in glass fiber metal laminate composite made by vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) method. The prepared GLARE is made of two or three Aluminum 2024 facing sheets and E glass/epoxy as nano composite core. Composite core section for samples of glass fiber plain weave has been composed of plain weave glass fiber 200 g⁄m^2 , 3D fiberglass fabric samples consists of 3D fiberglass fabric to thickness of 5 mm, resin R510 and hardner H515. All panels fabricated using VARTM method in section glass fiber plain weave in fiber volume fraction of 71%. Low velocity impact tests were conducted using by drop weight device at the impact energy of 50 and 80 j. The results of the low velocity impact experiments show that the amount of resistance of impact plain weave samples in comparison to the 3D fabric in various energy levels is more and better. In applications where weight is an effective agent component, the weight of glass fiber plain weave base samples is less than 3D fiberglass fabric samples.
    Keywords: 3D fiberglass fabric, Plain weave glass fiber, VARTM, Low velocity impact
  • Abbas Kaghazian, Hamid Reza Foruzande, Ali Hajnayeb*, Hamid Mohammad Sedighi Pages 55-66
    In this paper, the nonlinear free vibrations of a bimorph piezoelectric nanoactuator is studied based on nonlocal elasticity. The Euler-Bernoulli beam theory and Hamilton’s principle are used to derive the equation of motion of the actuator. In order to obtain the reduced-order form of equations, the Galerkin method is used. The mode shapes of a multi-span beam are used for a faster convergence. The nonlinear natural frequencies are obtained by using He’s variational approach. Equations are solved for clamped-clamped boundary conditions, and the effects of values of DC voltage, actuator length and thickness, length of piezoelectric layers and nonlocal parameter on the nonlinear natural frequencies are studied. The results show that applying a DC voltage induces a static deflection and an increase in the stiffness of the actuator. Therefore, the natural frequency increases. Moreover, increasing the nonlocal parameter decreases the rate of change in frequency variation. An increase in the nonlocal parameter or the length of the actuator increases the nonlinear to nonlinear natural frequency ratio. Finally, the effect of the middle layer material of the actuator on the frequency ratio is studied.
    Keywords: Bimorph piezoelectric beam, nonlocal elasticity, nonlinear vibrations
  • Mohammadjavad Mahmoodi*, Mohammad Vakilifard Pages 67-76
    A three-dimensional analytical micromechanical model based on unit cell is extended and presented to extract the electro-thermo-mechanical properties of short Carbon Nano-Tube (CNT) reinforced piezo-polymeric composite. Representative volume element (RVE) of the piezonanocomposite consists of three phases including CNT, piezo-polymeric matrix and interphase region. The presented model considers the CNT as a transversely isotropic solid fiber and CNT/matrix interphase region possessing van der Waals’ interaction as an isotropic hollow cylindrical solid that its mechanical properties are derived using the equivalent continuum model. Both phases are considered linear elastic. Also, the matrix is a piezoelectric material that is mechanically isotropic and elastic, and polarized along the perpendicular direction to CNT axis. The state of CNT arrangement within the matrix is assumed to be regular and square. First, the results obtained from the model are compared with available researches. Then, the effects of CNT volume fraction and aspect ratio and interphase effective thickness on the overall properties of the nanocomposite are investigated. In this study, despite the prior works, all the piezo-electro-thermo-mechanical properties of the nanocomposite are studied. The results show that even small amount of FVF has significant effect on improving the composite properties. Furthermore modeling of interphase region includes a great effect on the most of the composite properties, thus its modeling is necessary for more actual prediction about the nanocompite response.
    Keywords: Piezo, polymeric nanocomposite, Micromechanics, Carbon nanotube, Interphase
  • Mojtaba Kazemi Kelishami, Esmail Lakzian* Pages 77-87
    Cooling of high temperature systems such as gas turbine blades is one of the most important systems in industrial. In this paper, three dimensional cooling performance on a flat plate is calculated by a 3D finite-volume method and the realizable k-ε turbulence model which is the improved of the standard k-ε turbulence model and it can generate data more appropriate for fluid injections and jets. In this investigation, 4 different cases have compared together to find the best cooling case with maximum effectiveness. These cooling cases are including 2 cases of film cooling with console and cylindrical holes, one case of impingement cooling and one case of transpiration (with porous wall) cooling. For validation, the adiabatic cooling effectiveness for the console has been compared with the experimental data. These comparisons have been shown a good agreement between experimental and numerical data. The adiabatic cooling effectiveness, the effects of density ratio (by air and CO2 as a coolant) (DR) and blowing ratio (M) are studied in all cases. The adiabatic cooling effectiveness for console and transpiration cooling cases have compared together for studying the penetration of coolant fluid in the main stream (hot fluid) and showing the temperature and effectiveness distribution . The main purpose of this paper is finding the best cooling techniques with maximum effectiveness and the results have been shown which the designed transpiration cooling model has the best effectiveness respect to other cooling techniques.
    Keywords: Cooling, Highest effectiveness, Flat plate, Density ratio, Transpiration cooling
  • Maryam Asgari, Mohammad Reza Jahed Motlagh, Khalil Alipour* Pages 88-98
    This paper investigates the leader-follower formation control problem of nonholonomic mobile robots based on backstepping technique composed with the bio-inspired neurodynamics while avoiding collision with obstacles. Kinematics model of robot and nonholonomic constraint are introduced and formation control scheme is formed based on backstepping technique. In order to solve velocity jump in backstepping kinematics model, the bio-inspired neurodynamic approach is used. In most of the previous studies, researches are used separation-bearing approach and also supposed that desired separation and bearing are constant. In this paper this assumption is relaxed and desired separation and bearing are considered to be time varying. Error dynamics equations are derived and a new controller is proposed. Also an auxiliary reference angular velocity control law is proposed to guarantee global asymptotic stability of the followers and local asymptotic stability of the entire formation according to direct method of Lyapunov. A common example of changing the formation is obstacle avoidance, when an obstacle is located within a follower path and is not in its leader path. Time varying functions for desired separation and bearing are chosen and the new controller is developed with its proof of stability. Simulations results reveal that each follower robot can track its real time leader employing the proposed kinematic controller while avoiding obstacles. Furthermore control inputs at the start moment and also while avoiding obstacles, do not contain impractical jumps and are reasonable thanks to integrating bio-inspired neurodynamic with backstepping technique.
    Keywords: Leader, follower formation control, Nonholonomic mobile robot, Backstepping technique, Bio, Neurodynamics, Obstacle avoidance
  • Saeed Rahnama*, Fariborz Fatehi Sichani, Mehdi Raghebi Pages 99-108
    Copper clad aluminum composite wire used in wire and cable industry is an applied product. This product must be manufactured according to standard ASTM B566. According to this standard the connection between the layers is one of the quality parameters. Interlayer pressure during the production process, plays an important role in the quality of connection between two layers. The effects of important wire drawing parameters, including a half-angle dies, reduction ratio and coefficient of friction on the interlayer pressure were discussed by slab methods. After samples making, test of wire drawing process was conducted to determine the force with three modes of dry friction, oil lubrication and grease lubrication. There was good agreement between experimental and analytical methods. With Increase in friction coefficient of interlayer the interlayer pressure will increase. With increase in half angle of die, the interlayer pressure was increase significantly. So that, by increasing the half angle of die from 5 to 75 degree, the interlayer pressure increases about 3 times. Also, with increase in reduction of area the interlayer pressure was increase. But, it was found that the friction coefficient of die does not have a role in interlayer pressure changes.
    Keywords: Cu clad Al bimetallic wire rods, Wire drawing, Interlayer pressure
  • Ali Aflakiyan, Mehdi Tale Masouleh*, Hassan Bayani, Rasoul Sadeghian Pages 109-118
    In this paper, kinematic and dynamic model of planar cable-driven parallel robots are introduced in general form which are verified for a constrained cable-driven parallel robot in Sim-mechanics. Path planning based on artificial potential field approach is considered to prevent collision between dynamic obstacle, end-effector and cables in order to achieve collision-free path. As well as to reduce energy consumption, cable tension constraints have been involved in optimization of path planning. This method is proposed to control a cable robot. Therefore, obstacles are distributed randomly in order to have a complex environment. By this way, cable tension constraint is studied as one of the most crucial challenges for cable driven robots. Moreover, Fmincon function of Matlab is applied in order to take into account the required constraints and maintain the limits for cables tension. The latter leads to solve the redundancy resolution which is a definite asset in controlling a cable-driven parallel robot. Finally, a four-cables driven parallel robot is controlled by using the so-called computed torque method for tracking the desired and optimized path. The method is explained and obtained results indicate the efficiency of the proposed approach.
    Keywords: Cable, driven parallel robots, Artificial potential fields, Computed torque method control, Kinematic, dynamic of cable robot, Random obstacles
  • Ahmad Firouzian, Nejad, Saeed Ziaei, Rad*, Masih Moor Pages 119-128
    In this paper, thermal and vibration response of cross-ply bi-stable composite laminated plates were studied using semi-analytical, finite element and experimental method. In order to evaluate the semi-analytical and finite element results, a bi-stable composite plate was manufactured using a special procedure. Next, geometrical characteristics and displacement of different paths on the plate were measured experimentally at room temperature. In semi-analytical approach, the two stable states and the first natural frequency of cross-ply laminates are calculated based on Rayleigh–Ritz approach combined with Hamilton’s principle. In this study, a modified shape function was introduced that allows the curvatures to vary in both longitudinal and transverse directions. Using the modified shape function, the displacement of the plate in its stable configuration and the first natural frequency of the plate can be more accurately predicted in compared to the Hyer’s shape functions. The obtained results from the proposed shape function are in good agreement with the finite element and experimental data. The proposed shape functions can also be used in dynamic and vibration analysis to determine the snap-through load of the cross-ply laminates.
    Keywords: Bi, stable Composite Laminate, Rayleigh, Ritz Method, Thermal Response, Natural frequency, Finite Element Simulation
  • Mina Alafzadeh, Ebrahim Shirani*, Effat Yahaghi, Nasser Fatouraee Pages 129-134
    The variation of wall shear stress (WSS) in the microvessels may damage the endothelial layers. It also changes the mass diffusion and sediment and may be considered as an important factor in the formation of the fatty plaques and causing heart disease. According to the importance of the issue, the aim of this paper is to study the effective parameters on the wall shear stress in microvessels. In this paper, the hybrid method, combined lattice Boltzmann and immersed boundary methods is used to simulate the red blood cell (RBC) motion in the plasma flow. It should be mentioned that red blood cell has significant effect on WSS, in this regard; the present results show that the blood rheological behavior has the important effect on WSS. The results also demonstrate the effect of stenosis severity and RBC location in different regions on wall shear stress and consequently causing heart, coronary disease. It should be noted that the presented results have been evaluated by previous numerical results for microvessels and the results show the ability of lattice Boltzmann method to simulate complex problems especially for modeling the deformable solid objects suspended in the fluid.
    Keywords: Shear stress, lattice Boltzmann method, immersed boundary, elastic module, bending resistance
  • Mohsen Dehghani Mohammadabadi, Sayed Hamid Jalali Naini* Pages 135-144
    In this paper, an approximate solution of zero-effort-miss distance in spherical earth model is obtained in Earth-centered inertial (ECI) coordinates. In this approach, the gravitational acceleration is assumed to be inversely proportional to the cubic distance of space vehicle from the earth center. The present solution gives an explicit formula in terms of initial conditions and flight time. Moreover, the piecewise solution, i.e., the connection of solutions, is utilized in order to increase the accuracy of the algorithm. For this propose, the total flight time is divided into several interval using middle points. In each interval, the gravitational acceleration is taken to be inversely proportional to the cubic distance, but the correction constant is updated for each interval. The accuracy of the proposed method and its computational burden are calculated for various numbers of time intervals. For comparison purpose, the piecewise solution is also applied to the linear gravity approximation. The simulation results and calculation of computational burden show that the presented method has better accuracy than linear solution in ECI reference and linearized solution for relative motion with the same computational burden.
    Keywords: zero, effort miss, gravitational acceleration inversely proportional to the cubic distance, piecewise solution
  • Soheil Nakhodchi*, Mohammad Mahmoudi, Ali Shokuhfar Pages 145-154
    Combined shear extrusion (CSE) is a new severe plastic deformation (SPD) technique to produce bulk ultra-fine grained materials. CSE is obtained by the combination of simple and pure shear extrusion. This technique is based on definitions of pure and simple shear. In the present work, the nonlinear (large) deformation elasticity theory is used for obtaining the shear strain applied to the sample under pure shear extrusion with various angles of distortion. Also plastic deformation characteristics of CSE method were analyzed with finite element analysis using commercial Deform 3D software. Shear strain and effective strain applied to the sample, the load required to carry out the process and the final shape of the cross-sectional area were studied for different angles of distortion. Analytical results and finite element analysis shows by increasing the angles of distortion, shear strain and increased rate of shear strain applied to the sample increased so the effective strain and load required to carry out the process increases. Analysis of finite element and geometry of the die shows that distribution of shear strain and effective strain is inhomogeneously and symmetrical in specimen’s cross section which increases from the center to the corners and by increasing the angles of distortion, distribution of strain becomes more inhomogeneously, also the final shape of the cross-sectional area deforms more.
    Keywords: Severe plastic deformation, Pure shear extrusion, simple shear extrusion, Shear strain, Finite Element Method
  • Behnam Cheraghi, Babak Mirzavand Boroujeni*, Maziar Shafaee Pages 155-162
    Free hydroelastic coupled vibration analysis of frictionless liquids with a free surface in spherical tanks with a flexible bottom has been performed. The side wall has been considered to treate as a rigid body. The flexible bottom treats as a membrane at a certain distance bellow the center point, and the free surface is considered as a cross cutting at the top of the center point. The spherical coordinate system is adopted to derive the governing coupled equations, and finally a vibration analysis is carried out, using the traditional Galerkin's method, leading to closed-form solutions. Effects of various system parameters, i.e., membrane tension, liquid density, geometric parameters of the system such as the container radius, free surface distance discriminate parameter, and bottom distance discriminate parameter on the vibration behavior are investigated. The novelty of the present work is to obtain direct formulas for hydroelastic coupled vibration analysis of the mentioned system, which can be easily used in engineering design applications. Coupling between two mode numbers can be clearly seen in results, in other words, there is a coupling between vibration modes as interaction in spherical geometry.
    Keywords: Hydroelastic coupled vibration, spherical container, membrane bottom, liquid free surface
  • Mohammad Amin Dehghani, Amir Farhad Najafi*, Seyed Ahmad Nourbakhsh, Hossein Shokohmand Pages 163-174
    Pumps consume about 20% of whole electricity power in the world. Centrifugal pump is one of the most common pumps that works by the transfer of angular momentum to the fluid. The behavior of such a fluid flow in the side chamber, may affect the pump performance. The side chamber is defined the free space between the fixed (pump casing) and the rotating (pump impeller) parts. Steady, fully 3D computations of the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations using a commercial CFD code are conducted in order to study the flow field in the whole pump including both side chambers. Numerical results are validated by comparison with the existing experiments. The impact of fluid flow in hub and shroud side chambers with the volute is investigated qualitatively by using 2D stream lines. Evaluation of the empirical equations shows that the frictional torque may be decreased more than 10%, by using the proper gap size. Considering this situation, the changes in the flow pattern and the value of power loss resulting from friction in hub and shroud side chamber is studied. It reveals that the variation in friction depends on the initial flow pattern in cavity. Finally, in order to obtain the relationship between the power loss and the flow rate, nondimensional coefficients are derived. These coefficients show that the change in the power loss due to the volumetric flow rate, is the same as its change with the gap changing, but their slopes are not equal.
    Keywords: Centrifugal pump, Hub side chamber, Disk friction, CFD, Turbomachinery
  • Farid Vakil, Tahami*, Ali Ziaei Asl, Peyman Majnoun Pages 175-186
    In this paper, experimental data have been used to develop a semi empirical relationship for double-ellipsoidal heat source to model the welding process of a T-shape fillet weld of carbon steel AISI 1020 and stainless steel 304. This model is used in a finite element based computer code to simulate the three dimensional welding process and obtain the temperature profile around the weldment. Experimental data in the form of temperature for certain points have been recorded during the welding process using a computerized data processing system which has been designed for this purpose. Also, the thickness of the weldment layers has been compared by observing their hardness and crystallography. By comparing experimental data with numerical result, the coefficient of the model has been determined using “model updating” process. The effects of material properties and welding parameters have been studied to insure the generality of the model. This model can be used to evaluate the quality of the welding and thickness of the heat affected zone as well as the risks during the welding process such as burn-through and hot cracking. The main advantage of this model is that the number of coefficients is reduced to only one parameter and the rest have been related to the physical and geometrical characteristics of the weld. Results of the numerical simulation obtained using this model show that the major factors which affect the temperature distribution around the weldment are material conductivity, plate thickness, input heating and welding speed.
    Keywords: Welding, Double, Ellipsoidal Heat Source (DEHS), Model updating, Experimental results, Numerical solution
  • Hossein Rostami, Salman Nourouzi*, Hamed Jamshidi Aval Pages 187-195
    Friction stir welding (FSW) has many advantages in welding dissimilar joints in comparison with fusion welding methods. In this study, weld ability of butt joint of 5052 aluminum alloy and Ti-6Al-4V titanium alloy by FSW process has been studied and discussed. The welding was successfully performed by using a tool with frustum pin. The influences of both rotational and traverse speed of welding tool on mechanical properties are investigated. The results show that the metallurgical and mechanical properties improve by choosing appropriate parameters. The highest tensile strength of 260 MPa was obtained at rotational speed of 500 rpm and a 40 mm/min traverse speed, which was ~ 94% of the aluminum base metal tensile strength. As a result of increasing the rotational speed from 500 to 1000 rpm, high heat input can forms cracks at joint area. In rotational speed of 1000 rpm, increasing traverse speed from 40 to 56 mm/min leads to a sound joint with 192 MPa of tensile strength. This decreasing in tensile strength can be related to the formation of intermetallic compounds such as TiAl3, along the entire interface between the two alloys
    Keywords: Friction stir welding, 5052 aluminum alloy, Ti, 6Al, 4V titanium alloy, Intermetallic compounds
  • Seyed Abdolvhabe Hossein, Mohammad Hossein Pol* Pages 196-204
    In this paper, the effects of the adding of carbon nanotubes on quasi-static punch shear behavior of glass/epoxy laminated composites under penetration of three different indenters has been investigated experimentally. The hybrid laminate nanocomposites have 12 layers is manufactured by Hand lay-up method. Fibers have a plain-weave configuration with density of 200 g/m2, while the epoxy resin system is made of diglycidyl ether of bisphenol A resin (DGEBA), Epon 828, with Epikure F-205 as the curing agent. The multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) modified with hydroxide (-COOH) are dispersed into the epoxy system in a 0% and 1% ratio in weight with respect to the matrix. In order to study of influence of the nose shape, three different indenters, flat, conical and ogival, were used. Moreover, the tensile test was performed on the nanomatrix and the hybrid laminate nanocomposite samples. The tensile test indicated that the addition of nanotubes on the tensile properties of resin were seen a significant increase, but no significant changes were observed in the tensile properties of the hybrid laminate nanocomposites. Results of the quasi-static punch shear test show that the highest contact force is exhibited by flat indenter, while the highest absorbed energy is shown by conical indenter. Totally, the adding of carbon nanotubes reduces the contact force and absorbed energy.
    Keywords: Nanocomposite, punch shear, carbon nanotubes, indenter geometry, absorbed energy
  • Borhan Beigzadeh*, Mohammad Reza Sabaapour, Mohammad Reza Hairi Yazdi Pages 205-212
    Once the concept of passive walking was appeared, control of biped robots based on dynamically stable periodic gaits around a stable limit cycle became of interest of many researchers and it has been further accelerated nowadays. The authors have previously shown that in addition to passive walking, a passive, biped walker could interestingly show asymptotically stable turning motion over a novel 3D surface called "helical slope". In this paper, based on passive turning concept, a control method would be offered which is effective for 3D biped robots. The approach is based on potential energy shaping that is usually applied for walking control. In the proposed method, asymptotically stable passive turning motions that are performed on a certain helical slope are projected to 3D motions over flat ground and along a circular path (which is the image of the helical slope on the ground). The biped model used in this study, is a 3D model of compass gait robot with flat feet and flexible ankles that could generated stable passive turning motions. The simulation results show the effectiveness of the proposed method as well.
    Keywords: Biped Robot, Passive Walking, Turning, Flat Feet, Asymptotical stability
  • Seyed Amir Ghannadpour*, Mohammad Ali Mehrpouya, Payam Kiani Pages 213-220
    In this paper, post-buckling behavior of laminated plates is investigated using mesh-free method. One of the most common powerful numerical methods in recent decades is mesh-free collocation method. Due to wildly oscillating solutions at the endpoints and occurrence of Runge phenomenon in the case of uniform distribution of points, the domain of the problem is discretized with Legendre-gauss-lobatto nodes. In this paper, the classical laminated plate theory is used and different out-of-plane boundary conditions with anti-symmetric cross-ply and angle-ply laminates are investigated. Equations system is introduced by discretizing von-Karman’s compatibility equations and boundary conditions with finite Legendre basis functions that are substituted into the displacement fields. Because of large deformations and nonlinear terms in the strain-displacement relations, the nonlinear system of equations is solved by using Newton-Raphson technique. Since number of equations is always more than the number of unknown parameters, the least square technique is used to solve the system of equations. Some results are obtained and compared with those available in the literature.
    Keywords: Post, buckling, Classical laminated plate theory, Legendre polynomials, Mesh, free method, Collocation
  • Mohammad Hassan Javareshkian*, Ali Esmaeli Pages 221-229
    In this research, a new numerical approach which is capable of modifying the shape of three dimensional massive bodies like tall buildings respect to aerodynamic loads is presented; therefore, the aerodynamic forces are improved; consequently, the comfortability of the buildings is increased. This method is drawn into 2 parts; a numerical simulation of fluid flow and Adjoint method. As a result of it, some modifications are performed in the different parts of the building. In the primarily step, the building shape and its setting position are investigated in different flow conditions as effective parameters on the aerodynamic of buildings. Subsequently, the sensitivity level of each variable is studied on aerodynamic loads. The results illustrate that the building pattern has the highest impressments (76%) on the excited forces. In the next step, the amount of sensitivity of the fluid flow on the various areas of the tower is assessed by solving Adjoint equation in the whole fluid domain. As a result of that, some aerodynamic modifications are performed and it has been proved that the imposed loads on the tower have been declined around 31% whereas this amount of improvement is interested for designing of tall buildings.
    Keywords: Aerodynamic modification, Adjoint method, Three dimensional bodies, Sensitivity analysis
  • Reza Pilafkan*, Soudeh Bakhshi Pages 230-238
    In this work static analysis of isotropic rectangular plates with variable thickness are presented using three dimensional electricity theory and for first time using radial point interpolation method. Using this numerical method, the field variables are interpolated just using nodes scattered arbitrarily in the plate domain. As there is no connection between any two nodes, their number can be increased in any area and direction to get more accuracy. It is assumed that, the plate thickness varies linearly in y direction or it has parabolic convex/concave lower surface in the y direction. The horizontal upper surface of the plate is subjected to the transverse uniform load in the z direction. Shape functions in this method have Kroneker delta function property and different boundary conditions can be applied easily using elimination approach. Convergence of results for simply supported isotropic rectangular plates with linearly variable thickness is presented for different thickness ratios and compared with available results. Distributions of the deflections and stresses for the plates with parabolic convex/concave lower surface in the y direction and under different boundary conditions are presented in numerous graphs. It has been showed that this numerical method is so appropriate to analyze such plates and have rapid convergence and high accuracy.
    Keywords: Static analysis, Variable thickness plates, Meshless method
  • Ahsan Saeedzadeh, Seyed Mehdi Rezaei, Abdolreza Rahimi, Mohammad Zareinejad* Pages 239-247
    Hydraulic actuators are widely used where high-magnitude forces are exerted; however, they suffer from low energy-efficiency in many cases. To address this issue, there has been a surge in the volume of researches devoted to improving the efficiency of electro-hydraulic servo systems. Digital Hydraulics is the most recent method, proposed by many researchers to improve the efficiency of hydraulic actuators. Low cost and better energy efficiency are two major advantage of these systems that make them popular among researchers. This paper discusses the possibility of using a fast-switching on/off valve in a novel way, instead of servo valves to improve the efficiency of these systems. For this purpose the flow running through the fast-switching valve controlled, employing proper duty cycle. The excess pump flow is discharged to the tank directly instead of going through the relief valve when the valve is off. Thus the wasted energy, caused by the relief valve, is reduced significantly. A nonlinear backstepping controller is designed to control the duty cycle of the PWM signal of the on/off valve. The effectiveness of this method is tested after conducting experiments on a hydraulic test rig and presenting the experimental results.
    Keywords: Digital Hydraulics, energy efficient, fast, switching valve, position control
  • Seye Alireza Rasouli, Mehrdad Vahdati* Pages 248-258
    The attempts of researchers in industries to obtain accurate and high quality surfaces led to the invention of new methods of finishing. Magnetic abrasive finishing (MAF) is a relatively new type of finishing in which the magnetic field is used to control the abrasive tools. Applications such as the surface of molds are ones of the parts which require very high surface smoothness. Usually this type of parts has freeform. In this study, the effect of magnetic abrasive process parameters on freeform surfaces of parts made of aluminum is examined. This method is obtained through combination of magnetic abrasive process and Control Numerical Computer (CNC). The use of simple hemisphere for installation on the flat area of the magnets as well as magnets’ spark in curve form is a measure done during testing the experiments. The design of experiments is based on response surface methodology. The gap, the rotational speed of the spindle and the feed rate are found influential and regression equations governing the process are also determined. The impact of intensity of the magnetic field is obtained using the finite element software of Maxwell. Results show that in concave areas of the surface, generally speaking, the surface roughness decreases to 0.2 µm from its original 1.3 µm roughness. However, in some points the lowest surface roughness of 0.08 µm was measured
    Keywords: magnetic abrasive finishing, freeform, response surface method, simulation, Optimization
  • Mohammad Javad Jafari, Amir Hossein Shamekhi* Pages 259-270
    The low temperature combustion (LTC) concept is the groundwork of most recent developments in internal combustion diesel engines in order to match stringent environmental standards and regulations. Although, its basic definition which means reducing the combustion chamber temperature to decrease the emissions sounds easy but practical achievement of LTC strategies which can be feasible in a wide range of loads and speeds has its own difficulties. With attention to different effective parameters in a diesel engine combustion process, various methods have been introduced for the purpose of LTC achievement. Two important types of these methods are based upon early and late injection strategies. In addition to analyzing the both mechanisms, in this paper we are intended to implement two different methods in national light duty diesel engine in order to match EURO VI emission standard. One method named UNIBUS is based upon early injection strategies which is benefited from PPC merits and the other one is Modulated Kinetic (MK) which is based upon late injection strategies. Finally both these methods have been compared and contrasted. The results admit the great potentiality of both methods to make a significant and simultaneous reduction in NOx and Soot emissions.
    Keywords: Low Temperature Combustion, early, late injection, NOx, soot reduction
  • Ali Ravari, Mehdi Tale Masouleh* Pages 271-280
    This article presents the mechanical design process of a mobile robot which is named TL-PR. Two separate algorithms are applied for obstacle avoidance purpose which are experimentally implemented on the proposed robot. The control board Arduino which is used for the under study robot is an open source board. In order to receive the images which are used for obstacle detecting and obstacle avoidance a Kinect sensor is installed in the proposed robot. The structure of TL-PR is a creative, simple and low cost structure. Two methods are used for obstacle avoidance which are implemented on the proposed robot. The first one is based on ultrasonic sensor. Five ultrasonic sensors are set around the proposed robot structure. The fuzzy control is used to manage the output data of the ultrasonic sensors and the rules of the fuzzy control are set on the MATLAB software. The second method which is used for obstacle detection and avoidance is based on image processing algorithm. A Kinect sensor is set on the top of the robot structure which is used for image processing for detecting the obstacles. The second method consists in processing the Visual Studio software and it run based on the OpenCV library. The proposed robot is a desirable platform for the @home robots. The laptop which is set on the robot made the robot compatible for implementing the various control and image processing algorithms.
    Keywords: Mobile robot, Kinect, OpenCV, Arduino, Fuzzy method
  • Ahmad Bidi, Gholam Hossein Liaghat*, Cholam Hossein Rahimi Pages 281-288
    The low velocity impact behavior of steel panel with different curvature is investigated experimentally. Numerical analysis is used for test results verification. In experimental method drop impact test apparatus is used so three different height for falling weight is considered. Also three different panel curvatures for experiment are used. Two important parameters measured are maximum acceleration and maximum plastic deformation of panel. A high speed accelerometer is used for measuring the impactor acceleration. Also the permanent plastic deformation is measured with numerical measurement system attached to the drop test apparatus.Experimental analysis with three different radius of curvature is modeled with numerical analysis, the numerical analysis is used for further panel curvatures so the panel behavior is estimated in a wide range of panel curvatures. The results in numerical analysis and test (if available) show good agreement when compared together. the results show that increasing the panel radius of curvature will increase impactor acceleration and will decrease the plastic deformation of panel, but if the radius of curvature is increased more and more, then the impactor acceleration will not increase further and will be nearly constant, on the other hand plastic deformation of the panel will not be increased further, when the panel radius of curvature is increased more.
    Keywords: Steel panel, Radius of curvature, Drop test, Plastic deformation
  • Nowrouz Mohammad Nouri*, Mostafa Shamsi, Mohammad Saadat Bakhsh Pages 289-296
    Superhydrophobic surfaces are the surfaces with self-cleaning behavior due to surface slip condition. This property is applicable to produce drag reducing, anti-corrosive, and anti-fouling surfaces. Superhydrophobic coatings have been vigorously researched through numerous physical and chemical approaches, including lithography, self-assembly, electrospinning, chemical vapor deposition, plasma or chemical etching, and sol−gel techniques, and so forth. The large-scale fabrication of these surfaces is a challenging issue that restricts employment of these surfaces in industrial applications. Hydrophobic coating of micro/nano particles and deposition of the particles on the surface is a solution that facilitates large-scale fabrication of superhydrophobic surfaces. In this study, rotational vapor phase deposition and immersion method are used to fabricate hydrophobic aluminum flakes. Two reaction times are investigated and the results of two coating method and two particle sizes are presented. The results show that vapor phase deposition method is efficient as well as the immersion method while the latter is not cost effective. Stability test of the prepared samples showed that particle sizes are important in the vapor phase coating and the reaction time of 6 h is better than the 12 h.
    Keywords: Superhydrophobic, Aluminum flake, Vapor phase deposition, Immersion
  • Ashkan Alimoradi, Farzad Veysi* Pages 297-306
    In this work steady flow of fluid in shell and coiled tube heat exchangers has been simulated then analyzed. Effect of pitch, coil’s diameter, tube’s diameter, shell’s diameter, coil’s height, shell’s height and Reynolds number on the friction factor of coil side has been investigated using numerical method. Forty cases have been analyzed in numerical work. The working fluid of both sides is water which its viscosity and thermal conductivity were assumed to be dependent on temperature. The standard K-έ model was used for turbulence. Results indicate the diameter of the coil is the most effective geometrical parameter on the friction factor of the coil side so that by remaining other parameters constant, if the coil’s diameter increases 60%, the friction factor will decrease 30.6%. Also by remaining other parameters constant if the tube’s diameter is doubled the friction factor of the coil side will increase 16.5%, if the shell’s diameter is doubled the friction factor of the coil side will increase 11.7% while the effect of other geometrical parameters on the friction factor of the coil side is much less than the effect of coil’s diameter, tube’s diameter and shell’s height. Also a correlation has been proposed for prediction of the friction factor of the coil side that contains the effect of all defined geometrical parameters in addition to Reynolds number. This correlation is applicable for wide range of Reynolds number (2700
    Keywords: Heat exchanger, Coil, Friction factor, Reynolds number
  • Mohammad Ali Lotfollahi Yaghin*, Mehadi Kouhdaragh, Mir Mohammad Ettefagh, Alireza Mojtahedi Pages 307-314
    Most of structural failures are because of break in consisting materials. Beginning of these breaks is with crack which extension of them is a serious threat to behavior of structure, so the methods of distinguishing and showing of cracks are most important subjects which are being investigated. In this article, a new smart portable mechanical system to detect damage in beam structures form using fuzzy-genetic algorithm is introduced. Acceleration-time history of the three point of beam is obtained. The signals are then decomposed into smaller components using new EMD (Empirical Mode Decomposition) method with every IMF containing a specific range of the frequency. The dominate frequencies of the structure are obtained from these IMFs using Short-Time Fourier transform. Subsequently, a new method of damage detection in simply supported beams is introduced based on fuzzy-genetic algorithm. The new method is capable of identifying the location and severity of the damage. This algorithm is developed to detect the location and severity of the damage along the beam, which can detect the damage location and severity based on the pattern of beam frequency variations between undamaged and damaged states.
    Keywords: Damage detection, Dynamic system, EMD method, Fuzzy, genetic algorithm
  • Ali Salari, Alireza Sharifi, Hamid Niazmand* Pages 315-323
    Vertebrobasilar system stenosis is one of the risk factor for deaths caused by stroke, the risk of stenosis in these arteries are highly depend on the people’s age. In the present study, atherosclerosis susceptible sites in vertebrobasilar system at different ages 20, 50 and 70 have been investigated. Numerical method (Fluent software) is employed to solve the equations. Blood flow is simulated in these arteries to investigate probable risky sites (prone to stenosis). To find these locations, critical values of the averaged wall shear stress (AWSS) and oscillatory shear index (OSI) have been studied. By considering the AWSS and OSI criteria in 20 years old person it becomes clear that the risk of stenosis is not considerable at this age, somehow ageing increases OSI figures in the right vertebral artery and in its junction reaching to the critical values, besides at this age, the area of the sites with lower amount of AWSS are stretched significantly. At the age of 70, risky sites are expanded toward right vertebral artery. Furthermore the risk of stenosis in all determined risky sites of age 50 increased at the age of 70.
    Keywords: Basilar Artery, Vertebral Artery, Posterior Artery, Wall Shear Stress, Oscillatory Shear Index
  • Mahmoud Shariati*, Kamal Kolasangiani, Behzad Jahangiri, Amin Saber Pages 324-332
    In this research, softening and ratcheting behavior of SS304L thin-walled shells under cyclic pure bending load were investigated. Experimental tests were carried out by a servo-hydraulic INSTRON 8802 machine under force-control and displacement-control conditions and the effect of different parameters such as mean force, force amplitude, length of the shells existence and position of cutout were examined. Under displacement-control loading, softening behavior was observed and under force-control loading with non-zero mean force, accumulation of plastic deformation or ratcheting phenomena was occurred. Based on experimental results, linear relation was observed between plastic energy and rate of plastic deformation, which shows the rigidity of fixtures used in the experimental tests. It was observed that increase of the force amplitude accompanied with an increase in maximum force and plastic deformation, finally. Also, analyzing the existence of cutout, ratcheting displacement of cylindrical shells with cutout in the middle of shell is higher than that of the shell without cutout and crack propagation occurred in this area. Under displacement-control loading, reaction of thin-walled shells under cyclic pure bending load is divided into four areas, incubation, transition, steady-state and crack propagation.
    Keywords: Thin, walled shell, Cyclic pure bending load, Ratcheting, Softening, Cutout
  • Moharram Shameli, Naghdali Choupani*, Mir Karim Razavi Pages 333-344
    For ductile fracture, the toughness can be measured as a single parameter value or in a resistance curve format (J-R curve) and is often characterized by the J-integral for elastic-plastic materials. Because of their effectiveness in measuring toughness, the J-integral and J-R curve have become the most important material parameters in elastic-plastic fracture mechanics, and have been applied widely in practical engineering. Polymeric materials are widely being used for load-bearing structural applications and, therefore, understanding of their fracture properties is becoming more important. In this study, mixed-mode I/II stable crack growth experiments were carried out on a widely used polymeric material, polypropylene, using recently modified fixture. Multi-specimen R-curve method were used for obtaining J-R curves of different states of mixed-mode loading conditions from pure mode-I to pure mode-II by varying the loading angle by 15° steps accordance with the standard ASTM-D6068 and then the resulting R-curves have been evaluated to determine the values of initiation toughness, JIC, following the schemes of the E813 and E1820 standard procedures. Finite-element analyses were done by ABAQUS and mode-I and mode-II non-dimensional stress intensity factors and geometric work factors of elastic-plastic fracture were obtained for different conditions. Results show that for this material the value of JIC is much more than the value obtained for the JIIC. This material also exhibited a greater resistance to ductile crack growth in mode-I.
    Keywords: Elastic, Plastic Fracture, Mixed, Mode I, II, J, Integral, J, R curve, Modified Fixture
  • Yousef Mollapour, Heshmatollah Haghighat* Pages 345-353
    In this paper, the drawing process of the sheet metal through the wedge shaped die has been analyzed by upper bound method using stream function. First, a new deformation model has been introduced in which inlet and outlet shear boundaries are considered flexible. Then, the optimized geometry of the deformation zone has been determined through the effect of work hardening of the sheet material depending on the process conditions. According to the suggested stream function, velocity field, strain rates and power terms have been calculated. The analytical results have been compared with the results of the published analytical data and the finite element simulation results. Furthermore, the effect of work hardening exponent has been investigated on the deformation zone, drawing force and optimum die angle. It has been shown that by increasing the work hardening exponent, inlet and outlet shear boundaries of deformation zone are being inclined to the inlet zone of the die and the required drawing stress is decreased. In addition, by increasing the friction factor, inlet and outlet shear boundaries are being inclined to outlet zone of the die, and by increasing reduction in thickness, inlet and outlet shear boundaries of deformation zone are being inclined to the inlet zone of the die. It is shown that the analytical results have been improved up to ten percent in comparison to the published data.
    Keywords: Sheet Drawing, Work hardening, Deformation zone, upper bound, Finite element
  • Kamal Jahani*, Parisa Aghazadeh Pages 354-360
    Employing piezoelectric systems is one of the suitable methods for harvesting energy from mechanical vibrations available in the environment. In this work,single degree of freedom model for cantilever beam with piezoelectric layer is considered. Simulation contains nonlinear coefficients like: stiffness, damping and coupling coefficient. Governing system of equations is solved by multiple scales method. First with assuming one term in approximate response, the effects of all nonlinear parameters on frequency curve are investigated. Results show that assuming only one term in response evaluates the effect of nonlinear damping correctly. Increasing this coefficient leads to reduce the range of excitation frequency and maximum harvested power. But one term assumption couldn’t assess the effects of nonlinear stiffness and coupling coefficient logically. In this case, the peak of frequency response curve is independent of nonlinear coefficients. So for obtaining accurate results assuming at least two terms of response is necessary. Results show increasing nonlinear stiffness coefficient increase the maximum harvested power and the range of excitation frequency. The effect of nonlinear coupling coefficient is decreasing the maximum power because this coefficient increases the stiffness of the system.
    Keywords: Energy harvesting, Non, linearity, Multiple Scales method
  • Vahid Fazlollahi, Mostafa Taghizadeh* Pages 361-371
    In this paper, in order to improve the control performance and increase the efficiency of Vestas 660 kW wind turbine, a research based on theory and practice, using real data is done, and a state feedback controller is designed. The actual data obtained from Binalood wind power plant, show that these turbines have a low efficiency. This is due to the poor performance of the classical controller in tracking maximum power in the partial load area, and the significant error in measurement of wind speed. In this research, to solve these problems, a state feedback controller is designed which improves the turbine performance. In this controller, in order to control the generator torque, feedback of generator speed and aerodynamic torque are taken. Also, using the rotor speed and aerodynamic torque, the wind speed is estimated much more accurately than it is measured by an anemometer. Since, an accurate model of the system is needed for controller design and simulation, wind turbine modeling is done in different subsystems, and its parameters are identified using real data. Simulations performed in MATLAB, indicate the improvement of the system performance with the designed state feedback controller, compared to the classical controller in the actual wind turbine
    Keywords: Wind Turbine, modeling, State feedback controller, Induction Generator
  • Mohammad Hossein Moghaddam, Mohammad Mehdi Jalili*, Mohammad Ayati Firoozabadi Pages 372-382
    The aim of this study is comparison of three common internal fixation and one new fixation techniques for tip of lateral malleolar fracture using finite element analysis. The common technique uses a third tubular plate with five holes along the five screws for bone fixation. The new technique that is presented in this study, add a tensile wire to the first technique to improve performance of fixation. In the third technique, a long internal screw is used to connect two parts of fractured bone. In the forth technique two mounted pins in the bone are connected to the mounted screw in the top region of the bone be a tension bond. 3D finite element models of fibula and tibia were generated based on computed tomography data are used for analysis. The model of fixation parts has been added to this model. The simulated results indicated that the most stress was created under the axial bending loads and the stress values decreased with the second technique. However, the results show that the displacement at the fracture under axial bending is more than torsion load. Because of high stresses in the holes of the plate in the first technique, it is recommended to use external fixation to improve this technique.
    Keywords: Fibula, Tip of Lateral Malleolar, Fixation, Finite Element Method
  • Pouyan Talebizadeh, Hassan Rahimzadeh*, Goodarz Ahmadi Pages 383-390
    The aim of this paper was to study the thermophoresis effect on the deposition of nano-particles from diesel engine exhaust after the dilution tunnel using a computational modeling approach. Dilution tunnel was used in order to dilute the exhaust gas to the extend that was suitable for the measurement systems. The Lagrangian particle tracking method was used to model the dispersion and deposition of nano-particles. For the range of studied particle diameters (from 5 to 500 nm), the Brownian, thermophoresis, gravity and Saffman Lift forces are considered. After verifying the code, the importance of different forces was evaluated. Due to the temperature gradient between the exhaust gas and the pipe walls, particular attention was given to include the thermophoresis force in addition to the other forces acting on nano-particles. The results showed that for the range of nano-particle diameters studied, the Brownian force was the dominant force for particle deposition. Furthermore, the thermophoresis force was important even for relatively low temperature gradient and cannot be ignorable especially for larger particles. The maximum thermophoresis effect occurred for 100 nm particles. The gravity had negligible effects on nano-particle deposition and can be ignorable for particles with diameter less than 500 nm. The Saffman lift also had negligible effects and its effect was noticeable only for the deposition of 500 nm particles. The results of this paper could provide an understanding of two-phase flow emission from diesel engines especially after the dilution tunnel.
    Keywords: Gas, Solid two, phase flow, Nano, particles, Particle deposition, Laminar fully developed flow, Pipe flow
  • Mahdi Fakoor*, Alireza Sattarzadeh, Majid Bakhtiari Pages 391-402
    In the present study, a new attitude stabilization concept has been investigated for a satellite considering failure in one or more reaction wheels. In this approach control torques could be generated using only one thruster mounted on a two axis gimbal mechanism. In the other word, in the absence of reaction wheel(s), control torques are generated by applying a thruster rotating mechanism which can be turned around two axes by thruster vector. If any failure happened in reaction wheels, gimbal angles mechanisms will be added to the system as input controlling. Controller algorithm based on dynamic and kinematic equations of the satellite’s motion, has been developed in the presence of disturbances. Three-axis stabilization of the attitude in a LEO orbit satellites under disturbances has been executed by applying three reaction wheel actuators to produce torque in each direction. Disturbance torques that are commonly applied to the satellites are gravity gradient, solar radiation pressure and aerodynamics. For training the intelligent neuro-fuzzy controller, PID controller is employed. Numerical simulations show that, the recommend controlled method have acceptable results (in the presence of disturbances) and adding of a thruster actuator to the system as a redundancy, could enhance the space missions reliability and if any fault happened in the operation of reaction wheels, thruster mechanisms come in to control system , accurately, and sustained satellite stability at desirability attitude.
    Keywords: Attitude Control Subsystem, Reaction Wheel, Thruster, Neuro, Fuzzy PID Controller