فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و دوم شماره 1 (تابستان 1389)
  • سال چهل و دوم شماره 1 (تابستان 1389)
  • تاریخ انتشار: 1389/04/25
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مقاله پژوهشی
  • محمود شریعتی، مسعود مهدی زاده رخی صفحات 1-8
    درک چگونگی تاثیر گشودگی روی ظرفیت تحمل بار و رفتار کمانش پوسته های استوانه ای یک مسئله اساسی در طراحی اجزای سازه های بکار رفته در اتومبیلها، هواپیما ها و نیز سازه های دریایی می باشد.
    در این مقاله شبیه سازی و تحلیل پوسته های استوانه ای فولادی با طولهای متفاوت، شامل گشودگی شبه بیضوی، تحت بار فشاری محوری با استفاده از روش عددی اجزای محدود انجام و تاثیر موقعیت گشودگی و نسبت طول به قطر در رفتار کمانش و پس کمانش پوسته های استوانه ای بررسی شده است. همچنین برای چندین نمونه، آزمایش کمانش توسط یک دستگاه سرو هیدرولیک اینسترون 8802 انجام شده و نتایج بدست آمده از آزمایشهای تجربی با نتایج عددی مقایسه شده اند. برابری بسیار خوبی بین نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی و نتایج تجربی دیده می شود. در پایان با توجه به نتایج تجربی و عددی رابطه ای برای یافتن بار کمانش اینگونه سازه ها ارائه شده است.
    کلیدواژگان: کمانش، پوسته های استوانه ای، گشودگی شبه بیضوی، روش اجزای محدود، روش تجربی
  • محمد شرعیات، داود عسگری، محمد آزادی صفحات 9-18
    در مقاله کنونی، تحلیل غیرخطی انتقال حرارت گذرا و تنشهای ترموالاستیک پدید آمده در یک استوانه توخالی ضخیم ساخته شده از مواد هدفمند، با در نظر گرفتن وابستگی خواص مکانیکی و حرارتی مواد به دما، به شیوه اجزاء محدود انجام پذیرفته است. در اثر دخالت دادن وابستگی ویژگی های مواد به دما، معادلات اجزاء محدود حاکم بر هر دو تحلیل انتقال حرارت گذرا و تنشهای ترموالاستیک، غیر خطی شده اند. در این زمینه، شرایط مرزی دمایی، هندسی و تنشی گوناگونی بررسی شده اند. برای دستیابی به پاسخها، از الگوریتم ویژه دربرگیرنده یک روش حل عددی و انجام همزمان انتگرالگیری زمانی و حل تکرار، استفاده شده است. در پایان، نتایج بدست آمده با در نظر گرفتن و بدون در نظر گرفتن اثر وابستگی ویژگی های مواد به دما، مقایسه شده اند. همچنین، اثر شرایط مرزی متفاوت بر توزیع دما، تنشهای شعاعی و تنشهای محیطی بدست آمده، بررسی شده است. نتایج، بیانگر اثر چشمگیر وابستگی ویژگی های مواد به دما می باشند.
    کلیدواژگان: : تنشهای ترموالاستیک، انتقال حرارت گذرا، روش اجزاء محدود، مواد هدفمند، وابستگی به دما، تحلیل غیر خطی، استوانه جدار ضخیم
  • محمد جعفری، جلیل رضایی پژند صفحات 19-27
    صفحات حاوی بریدگی در کاربردهای صنعتی بسیاری دیده می شود. این بریدگی ها در صفحات، بیشتر برای کاهش وزن سازه یا نیاز به راه های ورودی و خروجی در سازه ایجاد می شود. به خاطر تغییری که در اثر هندسه صفحه در اثر این بریدگی ها ایجاد می شود تنش موضعی شدیدی در اطراف بریدگی ایجاد می شود که تمرکز تنش نامیده می شود. دانستن مقادیر تمرکز تنش در دستیابی به طراحی بهین بسیار مهم می باشد. در این مقاله تحلیل تنش اطراف بریدگی مثلثی بطور کامل با درنظر گرفتن پارامترهای مختلف موثر بر شدت تنش شامل زاویه بار، زاویه الیاف، زاویه چرخش بریدگی و تاثیر مواد همچنین اثر انحنای گوشه بریدگی مورد بررسی قرار گرفته است. اساس روش مورد استفاده در این مقاله بر پایه یک حل تحلیلی است. این حل از بسط حل تحلیلی لخنیتسکی که پیشتر برای بریدگی دایره ای و بیضی استفاده می شد، بدست می آید. برای اثبات درستی جوابها، حل المان محدود نیز صورت گرفته است. با توجه به نتایج ارائه شده، پارامترهای یاد شده تاثیر بسزایی در شدت تنش اطراف بریدگی مثلثی دارند.
    کلیدواژگان: بریدگی مثلثی، حل تحلیلی، صفحه سوراخدار، مواد غیرهمسانگرد
  • خسرو نادران طحان، محمد شیشه ساز، مهدی بهرامی قلعه سفیدی صفحات 29-37
    در این مقاله، مقاطع چند سلولی بسته تحت پیچش به عنوان اجزای سازه ها، برای مشخص کردن چگونگی توزیع تنش در نقاط مختلف مقطع و همچنین برآورد حداکثر تنش برشی و محل آن بررسی شده اند. مرز سلول ها و همچنین مرز بیرونی برای بعضی مقاطع، دایره در نظر گرفته شده است. دراین دسته از مقاطع، با نسبت های هندسی متفاوت، مقادیر تنش برشی برای نقاط واقع بر لبه سلول ها، به کمک روش اجزای محدود محاسبه و به صورت نمودار رسم شده اند. ماکزیمم این تنش ها بر حسب نسبت های هندسی که نشان دهنده مساحت و ممان اینرسی قطبی مقطع هستند در نمودارهای جداگانه رسم شده اند تا میان یابی تنش های ماکزیمم ساده تر شود. مقاطع مستطیلی تو خالی با ضخامت جداره ثابت و متغیر به عنوان نمونه ای دیگر از مقاطع بسته نیز در این بررسی مورد مطالعه قرار گرفته است. توزیع تنش ها در لبه های داخلی، بیرونی و در همسایگی گوشه ها و همچنین تنش متوسط در امتداد خط میانی جداره ها، محاسبه و تغییرات آن ها به صورت نمودار ارائه و افزایش قابل ملاحظه تنش ها در نزدیکی گوشه ها نشان داده شده است. برخی نتایج حاصل از این بررسی با نتایجی که در منابع دیگر وجود دارد مقایسه و تفاوت های موجود مورد بحث قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: مقاطع چند سلولی دایره ای، تمرکز تنش، چند سلولی مستطیلی، جدار نازک
  • ایرج رجبی، محمدجعفر جمالی صفحات 37-44
    مقاله حاضر، بهینه سازی وزنی پنل های ساندویچی لایه ای (هسته گسترده و لانه زنبوری) با شرایط مرزی تکیه گاه ساده، تحت بار بیرون صفحه ای را بررسی می کند. چروکیدگی پوسته ها و کمانش درون سلولی دو نوع مهم از کمانش های موضعی پنل های ساندویچی می باشند که قیدهای مهم مساله بهینه سازی مربوطه را تشکیل می دهند. یک روش تحلیلی غیرخطی برای این مساله با در نظر گرفتن تغییرشکل برشی و جابجایی صفحه میانی بکار گرفته شده است. بخاطر پیچیدگی مساله و گسسته بودن متغیرها، الگوریتم ژنتیک بر دیگر روش های بهینه سازی برتری دارد. در الگوریتم یاد شده، یک روش جدید برای بهبود بهینه سازی ترتیب لایه گذاری و انتخاب مواد پوسته ها و هسته مورد توجه واقع و در پایان، برای فشارهای مختلف، نتایج مقایسه ای نشان داده شده اند.
    کلیدواژگان: پنل ساندویچی، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، کمانش موضعی
  • محمودرضا آذغانی، فرزام فرهمند، علی مقداری، فراس حکاک، محمد پرنیانپور صفحات 45-53
    درک بهتر نقش بیومکانیکی اجزاء مختلف سامانه اسکلتی عضلانی عصبی تنه می تواند به انتخاب راهکارهای مناسب برای پیشگیری از بروز کمردرد و نیز پیشنهاد تمرین های مناسب برای بهبود آن منجر شود. مطالعات آزمایشگاهی که با استفاده از دستگاه های توانسنجی، گشتاور حاصل از فعالیت عضلات تنه را به ازاء سطوح مختلف شدت فعالیت عضلات اندازه گیری می کنند، مهمترین منابع برای درک بهتر بیومکانیک تنه و اجزاء آن محسوب می شوند. در این مطالعه طراحی یک نمونه جدید از دستگاه توانسنجی عضلات کمر، بر مبنای کمترین خیز تحت بارهای وارده، رعایت تنگناهای ناشی از ابعاد بدنی جامعه مورد مطالعه و ملاحظات خاص اندازه گیری ارائه می گردد که با استفاده از حسگرهای تک محوره و چیدمان مناسبی از بندها و مفاصل ، اندازه گیری دقیق سه بعدی گشتاورهای کمر را در وضعیت های استقرار مختلف بدنی به دور محورهای آناتومیک امکان پذیر می کند. از دیگر ویژگی های طرح حاضر می توان به تقارب محورهای مفاصل، پایداری بالا، امکان موقعیت دهی تنه در دامنه ای وسیع از ترکیب زوایا در هر سه محور آناتومیک، و امکان قرارگیری اندامهای تحتانی در حالت های نشسته و ایستاده اشاره نمود.
    کلیدواژگان: طراحی مفهومی، توانسنجی، عضلات تنه، حالت ایزومتریک
  • موسی رضایی، رضا حسن نژاد صفحات 55-66
    در این تحقیق، ارتعاشات تیر یکسرگیردار ترک دار مورد مطالعه قرار گرفته است. ترک به صورت ترک خستگی و با رفتار باز و بسته شدن[i] مدل شده است. در تحقیقات انجام شده در این زمینه، برای حل معادلات حاکم بر تیر ترک دار بیشتر از روش های عددی استفاده شده است. در تحقیق حاضر پس از استخراج معادله حاکم بر تیر یکسر گیردار ترک دار با عملیات ریاضی و اعمال تغییر متغیر مناسبی معادله حاکم به صورت حاصلضرب یک تابع نمایی نزولی در معادله ماتیو[ii] تبدیل شده است. با بررسی دقیق پارامترها و استفاده از تئوری اغتشاشات[iii] معادله مورد نظر حل شده و رفتار ارتعاشی تیر ترک دار به ازای مقادیر مختلف عمق نسبی و موقعیت نسبی ترک مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از روش بکار رفته می توان میرائی تیر در اثر وجود ترک را نیز تعیین کرد. نتایج حاصل نشان می دهد که میرائی مورد بحث به پارامترهای ترک و مشخصات هندسی و مکانیکی تیر بستگی دارد و با افزایش عمق ترک، نسبت میرائی افزایش می یابد. برای ارزیابی درستی نتایج، درآغاز مقایسه ای بین پاسخ تحلیلی ارائه شده برای سیستم به ازای موقعیت و عمق نسبی مشخصی از ترک با نتایج حاصل از حل عددی انجام شده است. سپس، تغییرات نسبت فرکانسی تیر ترک دار به ازای شدت های مختلف ترک با نتایج تجربی ارائه شده در ادبیات فن، مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ترک خستگی، تیر یکسرگیردار، حل مجانبی، روش اغتشاشات
  • سعید فعلی، اسد نوری تبار صفحات 67-75
    در این مقاله شکست پلاگینگ صفحات فلزی در برخورد و نفوذ عمودی پرتابه های تغییر شکل پذیر به روش انتشار امواج تنش پلاستیک مدلسازی و تحلیل گردیده است. مدل رفتار ماده پرتابه و هدف بصورت صلب – پلاستیک با کار سختی خطی در نظر گرفته شده است. در این مدل تحلیلی بر اساس سرعت انتشار موج تنش پلاستیک در پرتابه، پلاگ و ناحیه خارج از پلاگ، فرایند نفوذ به شش مرحله تقسیم بندی شده و معادلات حاکم در هر مرحله استخراج شده اند. نتایج حاصل از مدل تحلیلی با نتایج شبیه سازی عددی انجام شده به کمک نرم افزار LS-Dyna، نتایج تجربی و تحلیلی موجود مقایسه گردیده است. مقادیر سرعت باقیمانده پرتابه بعد از برخورد به هدف، قطر ناحیه تخت شده پرتابه، زمان نفوذ و سرعت حد بالستیک مدل تحلیلی همخوانی مناسبی با نتایج تجربی دارند.
    کلیدواژگان: پرتابه، هدف، موج تنش پلاستیک، پلاگینگ، دیشینگ
  • زهرا عباسی، غلامحسین لیاقت، سعید فعلی صفحات 77-87
    در این تحقیق، تغییرشکل پرتابه های تخت، حین نفوذ عمودی به یک هدف تغییر شکل پذیرنیمه ضخیم، با استفاده از انتشار امواج تنش پلاستیک در پرتابه و پلاگ، مدلسازی شده است. اساس مدل تحلیلی جدیدی که در تحقیق حاضر ارائه شده است، بر پایستگی انرژی در پیشانی موج تنش پلاستیک در پرتابه و پلاگ، حین فرایند برخورد و نفوذ استوار است. در این مدل، ماده پرتابه به صورت الاستیک با کار سختی خطی و ماده هدف به صورت صلب و تمام پلاستیک در نظر گرفته شده است. در این روش، با استخراج رابطه تعادل انرژی در پرتابه و پلاگ حاصل در هدف و ترکیب آن با معادله بقای جرم در پیشانی موج تنش پلاستیک در پرتابه، رابطه ای بدست می آید که با حل آن به روش های عددی نظیر روش مولر[i]می توان سطح مقطع تغییرشکل یافته پرتابه را با داشتن برخی متغیر ها در هر لحظه محاسبه نمود. مقایسه نتایج تحلیلی با نتایج تجربی، برابری بسیار خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نفوذ، پرتابه تخت، تغییر شکل پذیری، اهداف نیمه ضخیم، پلاگینگ، امواج تنش پلاستیک
  • رضا مهرابی، سعید ضیایی راد، محمود سلیمی صفحات 89-97
    چتر، یک مورد خاص از ارتعاشات خود تحریک می باشد که در نتیجه عکس العمل بین سازه دینامیکی قفسه نورد و دینامیک فرایند نورد بوجود می آید. مدلی که در این مقاله مطرح شده است شامل دو زیر مدل یکی برای سازه قفسه و دیگری برای فرایند نورد (تغییرشکل ورق) می باشد. در سازه قفسه از جرمهای متمرکز برای تحلیل غلتک ها و المانهای فنر و دمپر به منظور شبیه سازی تماس غلتکها با یکدیگر و اتصال آنها به ساختمان دستگاه استفاده شده است.
    در این مقاله برای تحلیل ارتعاشات چتر مربوط به مدل دینامیکی نورد سرد روش اجزاء محدود استفاده شده است. تاثیر برخی پارامترهای نورد مانند سرعت نورد، میزان کاهش سطح مقطع و ضریب اصطکاک بر روی ارتعاشات چتر مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که با افزایش سرعت نورد و کاهش ضریب اصطکاک احتمال وقوع چتر افزایش می یابد. نتایج این تحقیق با نتایج مطالعات گذشته که بیشتر تحلیلی و آزمایشی بوده مقایسه شد و برابری خوب نتایج، بیانگر توانایی مدل اجزاء محدود ارائه شده در تحلیل این پدیده است.
    کلیدواژگان: چتر، خود تحریکی، قفسه نورد، جرم متمرکز، اجزاء محدود
|
  • Mahmoud Shariati, Masoud Mehdi Zade Pages 1-8
    Understanding the influences of cutout in load bearing capacity and buckling behavior of cylindrical shells is a fundamental concern in the design of structural components used in automobiles, aircrafts, and marine structures.
    In this article, simulation and analysis of steel cylindrical shells with various lengths, including quasi elliptical cutout, subjected to axial compression load were systematically carried out using finite element method and the investigation examined the influence of the cutout location and the shell aspect ratio (L/D) on the buckling, and the postbuckling responses of the cylindrical shells. For several specimens an experimental investigation was also carried out via an INSTRON 8802 servo hydraulic machine. The results obtained from the experiments were compared with numerical results. A very good agreement was observed between the mentioned results. Finally, corresponding to experimental and numerical results, an expression was derived for finding the buckling load of such structures
    Keywords: Buckling, Cylindrical Shells, Semi Elliptical Cutout, Finite element method, Experimental Method
  • Mohammad Shareyat, Davoud Asgari, Mohammad Azadi Pages 9-18
    In the present paper, nonlinear transient heat transfer and thermoelastic analyses of a thick hollow FGM cylinder is accomplished using the finite element method and taking the temperature-dependency of the material properties into consideration. Due to incorporation of the effect of the temperature-dependency of the material properties, the resulted governing FEM equations of both transient heat transfer and thermoelastic stress analyses are nonlinear. In this regard, various thermal, geometrical, and stress boundary conditions are incorporated. An efficient numerical algorithm based on successive updating and time integration is used to derive the results. Finally, results obtained considering the temperature-dependency of the material properties are compared with those derived based on temperature independency assumption. Furthermore, influences of various boundary conditions on the temperature distribution and the radial and circumferential stresses are investigated. Results reveal that the temperature-dependency effect is significant.
    Keywords: Thermoelastic stresses, transient heat transfer, Finite element method, FGM, temperature, dependency, Nonlinear Analysis, thick, walled cylinder
  • Mohammad Jafari, Jalil Rezaee Pajand Pages 19-27
    Holes or cutouts present in many practical structures. Cutouts are needed to reduce the weight of the system or provide access to other parts of the structure. These cutouts create highly localized stresses or stress concentration at the vicinity of the cutout. The understanding of the effects of cutouts on stress concentration of such structures is very important in design. In this study, a simple analytical method for stress analysis of perforated plates is presented. The Lekhnitiskii’s solution for circular and elliptical cutout is expanded to triangular cutout shape using complex variable mapping. The solution is capable of considering large variety of cutouts with different shapes, bluntness, fiber angle, load angle and rotation angle. The results obtained clearly demonstrate the effect of these parameters on maximum stresses in perforated plates subjected to uni-axial tensile load.
    Keywords: Triangular Cutout, Analytical solution, Perforated Plates, Anisotropic
  • Khosro Naderan Tahan, Mohammad Shishe Saz, Mehdi Bahrami Ghale Sefidi Pages 29-37
    Closed multi cell sections under torsion are used as structural members to investigate how the shear stresses vary over the cross section and to find the magnitude and location of the maximum stress. The boundary of cells in one type of sections, are circles. Sections with different geometrical ratios are considered. The shear stress is calculated by finite element method, and the results are plotted. The maximum of these stresses are determined and classified according to the area and polar moment of inertia ratios and plotted in separate diagrams to simplify interpolation. Rectangular boxes with the same and different wall thickness are also investigated as another type of closed multi cell sections. Stresses along the inner and outer edges near the corners and the mean shear stress along the middle line of all section walls are determined. Diagrams show considerable increase in the magnitude of stresses. Some findings are compared with similar quantities found in other references and differences are discussed.
    Keywords: Circular multi cell sections, stress concentration, rectangular multi cell sections, sharp edges, thin wall sections
  • Iraj Rajabi, Mohammad Jafar Jamali Pages 37-44
    This paper presents weight optimization of laminated sandwich panels with simply supported edges, subjected to out-of-plane load. Face wrinkling and intracell buckling are two famous local buckling of sandwich panels that are comprised important constraints of this optimization. A nonlinear analytical method has been exhibited using shear deformation effect and midplane displacement. Because of problem complexity and discontinuity of variables, genetic algorithm is preferred for this optimization. In this algorithm, a new method has been considered to stacking sequence and selection of facing and core materials. Finally, comparative results for various loads are presented.
    Keywords: Sandwich panels, Optimization, Genetic Algorithm, local buckling
  • Mahmoud Reza Azghani, Farzam Farahmand, Ali Meghdari, Faras Hakkak, Mohammad Parniyanpour Pages 45-53
    Understanding the role and significance of the different components of the trunk neuro-musculo-skeletal system is of great importance for development of proper preventive and curative measures for low back pain. The experimental investigations, using lumbar moment measurement devices, are considered the most useful sources of information for detail understanding of the biomechanics of trunk and its components. This paper describes the conceptual design of a new lumbar moment measurement system, based on minimum deflection, anthropometric characteristics, and measurement considerations. The system is capable to measure the 3-D trunk moments using uni-directional torque sensors within a proper configuration of links and joints. Some other features of the system include convergence of its joints, high stability, and ability to adapt to a wide range of anatomical postures is standing and sitting positions.
  • Mousa Rezaee, Reza Hasan Nejad Pages 55-66
    In this paper the free vibration of a cantilever beam containing a breathing crack is investigated. Generally, the researchers have applied numerical methods to study the vibrational behavior of a cracked beam. In this research the governing equation of the motion for free vibration of the cracked beam is derived, and by applying suitable modifications and variable changes is expressed as the multiplication of a decaying exponential function by the Mathieu equation. By analyzing the parameters of the governing equation, this equation is solved by employing perturbation method. Presented method makes it possible to estimate damping characteristic of the system. The result shows that the system damping depends on the crack parameters, geometric dimensions, mechanical properties of the beam, and an increase in the crack depth results in an increase in the system damping. In order to validate the results, a comparison is made between the response of the cracked beam with a given crack depth and location obtained by the proposed analytical solution and that of the numerical method. Also, changes in fundamental frequency ratios versus crack severities are compared with those of the experimental results available in the literature. The obtained results from the proposed method agree well with the experimental results presented in the literature.
    Keywords: Free vibration, Fatigue Crack, Cantilever Beam, Asymptotic Solution, Perturbation method
  • Saeid Feli, Asad Nori Tabar Pages 67-75
    In this paper, the plugging failure of metallic plates under normal penetration of deformable projectiles has been analyzed by considering plastic stress wave theory. The material behaviors of plate material and projectile are considered rigid- plastic linear work hardening. In this model based on propagation of plastic stress waves in projectile, plug and outer region of plug, the penetration process is divided in six steps and governing equations at each step are derived. The results of analytical model are compared with experimental results and modeling by LS-Dyna software. The residual velocity, flattening area of projectile, penetration time and ballistic limit velocity predicted by new analytical model are good agreement with experimental results.
    Keywords: Projectile, Target, Plastic stress wave, Plugging, Dishing
  • Zahra Abbasi, Gholamhosein Liyaghat, Saeid Feli Pages 77-87
    In this paper, deformation of blunt projectiles is studied for normal penetration into a deformable medium metallic target, by using of plastic wave propagation in the projectile and plug. The new analytical approach presented in this investigation, is established based on the concept of the conservation energy across the plastic wavefront in the projectile and plug, during penetration process. This model assumes that the projectile and plate materials are rigid-linearly strain-hardening and rigid-perfectly plastic respectively. In this method, by merging the equation of energy equilibrium in the projectile and plug with the equation of mass conservation of the projectile, an equation is obtained that cross section of the deformed part of the projectile are calculated by solving it with numerical methods ,such as Muller method. The theoretical results have compared to the experimental ones and found to be in good agreement.
    Keywords: Penetration, Blunt projectile, Deformability, Medium targets, Plugging, Plastic stress wave
  • Reza Mehrani, Saeid Ziyaee Rad, Mahmoud Salimi Pages 89-97
    Chatter is a particular case of self-excited vibrations, which arise in rolling operations because of the interaction between the structural dynamics of the mill stand and dynamics of the rolling process. The model presented here has two sub models one for structure of the mill and the other for the rolling process. The structure of a mill stand modeled as a system of linear spring and lumped masses in order to simulation the interaction between the rolls.
    In this paper, to analyze the chatter vibration a dynamic model of cold rolling process using finite element method (FEM) is considered. The influence of rolling parameters such as rolling speed, reduction and friction coefficient on chatter vibration is investigated and it was showed that the possibility of chatter onset increased by raising the rolling velocity and decrease friction coefficient. Predicted values of the model are in good agreement with that of the experiments as well as the values obtained by other researchers.
    Keywords: Chatter, Self, excited, Mill, Lumped Masses, finite element