فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و هفتم شماره 2 (زمستان 1394)
  • سال چهل و هفتم شماره 2 (زمستان 1394)
  • تاریخ انتشار: 1395/01/20
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مقاله پژوهشی
  • موسی رضایی، حسین جوادیان، وحید عرب ملکی صفحات 1-12
    در این پژوهش رفتار ارتعاشی تیر کوتاه یکسرگیردار ترک دار تحت نیروی محوری مورد بررسی قرار گرفته و روشی برای عیب یابی آن بر اساس آنالیز ارتعاشی ارائه شده است. بدین منظور اثرات نیروی محوری، تغییر شکل برشی و اینرسی دورانی در نظر گرفته شده است. مقطع معیوب به صورت یک جزء انعطاف پذیر در نظر گرفته شده است که تیر را به دو قسمت تقسیم می کند. ترک بصورت فنر پیچشی مدل شده است که سفتی معادل آن از تئوری مکانیک شکست به دست می آید. پس از استخراج معادلات حاکم بر رفتار ارتعاشی تیر ترک دار، مشخصه های ارتعاشی تیر معیوب به روش مستقیم استخراج شده است. به منظور عیب یابی، به روش معکوس از مشخصه های ارتعاشی استفاده شده، و موقعیت و عمق ترک تعیین می شود. در نهایت اثرات نیروی محوری و پارامترهای ترک بر پاسخ ارتعاشی بررسی می شود. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تئوری و تجربی ارائه شده در ادبیات فن به اثبات رسیده است.
    کلیدواژگان: تیر ترک دار، نیروی محوری، تیر تیموشنکو، عیب یابی
  • مهران کدخدایان، سعید امیرنژاد صفحات 11-22
    امروزه کامپوزیت های لایه ای فلز- الیاف به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم بسیار مورد توجه طراحان، به ویژه صنایع هوافضا قرار گرفته اند. مواد (Fiber Metal Laminate)FML خواص بهتری نسبت به هر دو آلیاژ آلومینیوم و مواد کامپوزیتی از خود نشان می دهند. در این پژوهش، خواص خمشی این کامپوزیتها مورد بررسی عددی- تجربی قرار گرفته است. از آنجایی که این چندلایه ها دارای قابلیت فرم دهی محدود می باشند و تغییرشکل الیاف الاستیک کامل است، در آنها برگشت فنری ایجاد می گردد که نوعی عیب محسوب می شود. در بخش بررسی تجربی جاری 6 مدل نمونه با زاویه ی الیاف و ضخامت متفاوت از هم ساخته می شود تا مورد آزمایش خمشی قرار گیرد. به علاوه، آزمایش خمش انجام شده به روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه می گردد تا نتایج بدست آمده مستقل از پارامترهای قالب و پرس باشد. تاثیر پارامترهای طراحی و ساخت مانند شعاع قالب، سرعت پانچ و فشار وارد بر ورق نیز برروی برگشت فنری کامپوزیت فلزی - الیافی ساخته شده به روش لایه گذاری دستی بررسی می شود. نتایج آزمایشها نشان می دهند که اگر الیاف موازی با محور خمش باشند و ضخامت لایه ی خارجی افزایش یابد کمترین شعاع خمش و زاویه ی برگشت فنری ایجاد می گردد. نتایج تجربی این پژوهش با داده های عددی بدست آمده از روش المان محدود نیز مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت فلزی، الیافی، خمش، برگشت فنری، المان محدود، روش تاگوچی
  • حمید آبیار فیروزآبادی، امیر عبدالله، جمشید پرویزیان صفحات 21-34
    از مهمترین مشکلات فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی سیمی (وایرکات)، دقیق نبودن هندسه ی برش گوشه و قوس گوشه است. دستیابی به شکل هندسی صحیح و دقت ابعادی بالا می تواند برتری این فرآیند را استوار نماید. مطالعه ی شیار برش می تواند به تحلیل و پیش بینی خطا در برش وایرکات کمک نماید. در این تحقیق، شکاف واقعی برش روی مسیر مستقیم و قوس گوشه در مرحله ی خشن کاری بررسی شده است. آزمایش ها بر اساس سه متغیر فرکانس تخلیه، کشش سیم و شعاع قوس توسط روش فاکتوریل کامل طراحی شده اند. به کمک تحلیل های آماری اثر این متغیرها بر پهنای شیار برش روی مسیر مستقیم و قوس گوشه ارزیابی شده است. مقادیر تجربی گپ ماشین کاری روی مسیر مستقیم و گپ متوسط ماشین کاری روی قوس گوشه برای شرایط مختلف آزمون به دست آمده اند. تقعر دیواره ی قوس داخلی و تحدب دیواره ی قوس بیرونی مسیر در روی قوس گوشه، در اندازه گیری پهنای شیار خطا ایجاد می نماید. در محل خروج سیم از مسیر قوس انباشتگی مواد دیده می شود. با توجه به آزمایش ها و محاسبه ی گپ متغیر ماشین کاری روی قوس گوشه، مقادیر تجربی انحراف سیم و خطای ماشینکاری قوس محدب گوشه محاسبه می شوند.
    کلیدواژگان: ماشینکاری وایرکات، خطای ماشینکای، قوس گوشه، پهنای شیار، انحراف سیم
  • حسین ترابیان، محمد شفیعی علویجه، حسین امیرآبادی صفحات 33-44
    مهمترین محدودیت در شکل دهی مطلوب ورق های فلزی، پدیده بازیابی کشسان در طول باربرداری است که منجر به بازگشت فنری و انحنای دیواره جانبی می گردد. بنابراین پیش بینی بازگشت فنری و انحنای دیواره جانبی برای تولید محصولات دقیق ضروری است. در این تحقیق، اثر نیروی ورقگیر، ضریب اصطکاک، ضخامت ورق و استحکام تسلیم ورق بر میزان بازگشت فنری و انحنای دیواره جانبی در فرایند خمکاری U شکل ورق هایی از جنس فولاد دو فازی DP600 مورد بررسی قرار گرفته است. جهت بررسی این عوامل از نرم افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده و نتایج حاصل از این نرم افزار با نتایج آزمایش های عملی مورد مقایسه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از آزمایش های عملی، نتایج حاصل از شبیه سازی را تصدیق می کنند. در نهایت با استفاده از نرم افزار آماری مینی تب، نتایج شبیه سازی اجزای محدود تجزیه و تحلیل شده و معادلاتی برای پیش بینی مقادیر بازگشت فنری و شعاع انحنای دیواره جانبی با استفاده از مقادیر ضریب اصطکاک، نیروی ورقگیر، ضخامت و استحکام تسلیم ورق بدست آورده شده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی، U شکل، برگشت فنری، شعاع انحنای دیواره جانبی، فولاد دو فازی
  • سعید انصاری صدرآبادی، علی نایبی صفحات 43-52
    با توجه به استفاده ی مواد هدفمند با غیر یکنواختی های فضایی، در محیط های دمایی بالا، در کار حاضر از آن ها در مخازن کروی جدار نازک و ضخیم تحت فشار که کاربرد گسترده ای در صنعت دارند؛ استفاده شده است. براساس معادلات حاکمه، معادله دیفرانسیل تنش ها در حالت پلاستیک به دست آمده است که می تواند کاربرد گسترده ای در بررسی رفتار مخازن در حالت الاستوپلاستیک داشته باشد. روی توزیع دما و روابط تنش – کرنش در این مخازن، تحت بارگذاری فشار داخلی و اختلاف دما، بحث شده است. خصوصیات این گونه مواد به صورت پارامترهایی با توابعی متغیر نسبت به شعاع در نظر گرفته شده اند. همچنین در این کار اثر این پارامترها بر موقعیت شروع ناحیه ی پلاستیک و دماهای تسلیم و روند تغییرات تنش ها در طول ضخامت مخزن بررسی شده است. همچنین نشان داده شده است که با انتخاب پارامترهای مناسب می توان ساختار مخزن را بهینه کرد.
    کلیدواژگان: سختی سینماتیک خطی، مواد تابعمند، مدل پراگر، مخزن کروی، سطح تسلیم
  • محمود شکریه، ایمان زیبایی صفحات 51-62
    در این مقاله تاثیر اثر اندازه روی خواص الاستیک نانولوله های تک جداره کربنی با استفاده از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از مدل های مکانیکی نظیر میله تحت کشش، نیز تیر اویلر-برنولی ومیله تحت پیچش استفاده گردید. مدل میله تحت کشش در تحقیق حاضر پایه گذاری گردید. مدل تیر اویلر-برنولی از منابع موجود استخراج و شرایط مرزی حاکم بر تیر فوق در تحقیق حاضر اصلاح گردید. ضمنا« مدل میله تحت پیچش در تحقیق حاضر پایه گذاری گردید. در تحقیق حاضر معادله ساختاری برای حالت یک بعدی کاهش یافته و استخراج گردید. معادلات حاکم و شرایط مرزی با استفاده از روش انرژی و حساب تغییرات استخراج شد. سپس از معادلات ساختاری تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی استفاده شد تا خواص الاستیک وابسته به اندازه، بر اساس تنش موثر محاسبه گردند. نتایج حکایت از آن دارد که طول نانولوله کربن روی میزان مدول یانگ در مقایسه با مدول برشی تاثیر بیشتری دارد و با کاهش طول نانولوله مدول یانگ نیز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی، نانولوله تک جداره کربن، اثرات اندازه، خواص الاستیک
  • سید ساعد رضوانی، حمید فاضلی، مهدی سعید کیاست، قاسم حاجی هاشمی صفحات 61-72
    فرکانسهای طبیعی یک سازه در آب کمتر از فرکانسهای طبیعی آن در خلا می باشد و این به دلیل اثر جرم افزوده در آب می باشد[1]. در این مقاله با انجام بررسی های تحلیلی ، ارتعاشات طبیعی ورق تقویت شده در آب بر اساس تئوری ورقهای ارتوتروپ استخراج خواهد شد و سپس یک ورق تقویت شده نمونه ساخته، تست و توسط نرم افزار ABAQUS تحلیل عددی خواهد شد. سیال مورد بررسی به صورت غیر قابل تراکم، غیر چرخشی و غیر لزج در نظر گرفته شده است.در نهایت نتایج حاصل ازحل تئوری بدست آمده ، تست و تحلیل عددی، با هم مقایسه و درصد خطا در روش های عددی و تحلیلی بررسی می گردد و میزان اثر جرم افزوده بر روی فرکانس سازه در آب بدست می آید. و در نهایت این موضوع مشخص می گردد که فرمول تحلیلی بدست آمده با توجه به فرضیات در نظر گرفته شده برای سیال، جواب قابل قبولی می دهد.
    کلیدواژگان: صفحه ارتوتروپیک، تئوری ریلی، ABAQUS، جرم افزوده، فرکانس طبیعی
  • پیمان جمشیدی مقدم، شاپور مرادی صفحات 71-84
    در این پژوهش ارتعاشات آزاد تیر کمانه شده به کمک روش کوادراتور دیفرانسیلی و تحلیل مودال تجربی بررسی شده است. ابتدا معادلات حاکم بر مسئله ارتعاشات تیر کمانه شده در مختصات مماسی بدست آمده اند. این معادلات یک دستگاه معادلات دیفرانسیلی غیر خطی را تشکیل داده که پاسخ آن، مجموع پاسخ های استاتیکی و دینامیکی است. به منظور حل دستگاه معادلات دیفرانسیل غیر خطی استاتیکی ابتدا معادلات با روش کوادراتور دیفرانسیلی گسسته شده، سپس دستگاه معادلات جبری غیر خطی با استفاده از روش طول قوس حل می شوند. همچنین با توجه به کوچکتر بودن دامنه حرکت ارتعاشات آزاد تیر نسبت به دامنه حرکت استاتیکی، معادلات ارتعاشی خطی شده اند. برای حل دستگاه معادلات دیفرانسیل ارتعاشی خطی شده، معادلات با روش کوادراتور دیفرانسیلی گسسته شده و مقادیر بدست آمده از حل معادلات استاتیکی در دستگاه معادلات گسسته شده دینامیکی جایگذاری شده است. در پایان با حل مسئله مقدار ویژه استاندارد، فرکانس های طبیعی و شکل مودهای تیر کمانه شده بدست آمده، برای بررسی درستی روش ارائه شده، نتایج حاصل با نتایج بدست آمده از روش اجزاء محدود (به کمک نرم افزار ANSYS) و داده های تجربی حاصل از انجام تعدادی آزمایش بر روی تیر کمانه شده ساخته شده از پی وی سی مقایسه شدند. نتایج بدست آمده نشان دهنده دقت قابل قبول و کارایی روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات تیر، پس کمانش، روش کوادراتور دیفرانسیلی، آنالیز مودال تجربی
  • محمدرضا دشت بیاض، مهدی قنبریان صفحات 83-100
    در این تحقیق ماده مرکب زمینه اپوکسی پرشده با ذرات آلومینیم تهیه گردیده و با تغییر شرایط مختلف تراش کاری شامل: سرعت برش، کسر وزنی ذرات، عمق برش و نرخ پیشروی از قطعات مواد مرکب براده برداری صورت گرفته است. سپس زبری سطح قطعات اندازه گیری شده و برای پیش بینی اثر چهار عامل تراش کاری بر زبری سطح قطعات، با استفاده از دو نوع شبکه عصبی شامل: شبکه عصبی چند لایه پرسپترون و شبکه عصبی با تابع پایه شعاعی، مدل سازی انجام شده است. ضرایب همبستگی بین داده های خروجی مدل ها و داده های تجربی نشان داده است که شبکه چند لایه پروسپترون نسبت به شبکه با تابع پایه شعاعی انطباق بهتری با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد (ضریب همبستگی 835/0 برای شبکه چند لایه پرسپترون و 524/0 برای شبکه با تابع پایه شعاعی). به علت دارا بودن ضریب همبستگی بالاتر در شبکه عصبی چند لایه پرسپترون، این شبکه برای مدل سازی تاثیر عوامل تراش کاری بر زبری سطح پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: تراش کاری، ماده مرکب زمینه پلیمری، زبری سطح، شبکه عصبی چند لایه پرسپترون، شبکه عصبی با تابع پایه شعاعی
|
  • Mousa Rezaee, Hossein Javadian, Vahid A. Maleki Pages 1-12
    In this research, firstly, the vibrational behavior of a cracked short cantilever beam under the axial load is investigated, and then, an analytical approach for the crack identification based on the vibration analysis is proposed. The cracked section of the beam is considered as a flexible element, which divides the beam into two segments. Using the fracture mechanics theory, the local flexibility of the crack is modeled as a mass-less tensional spring. By applying the boundary conditions and the inner conditions at the crack location, and taking into account the effects of shear deformation and rotary inertia, the governing equation of motion for the cracked beam is derived. The influence of the axial load and the crack parameters on the vibration behavior of the cracked beam is studied by establishing and solving the corresponding eigenvalue problem, directly. Then in order to predict the crack depth and location through the known natural frequencies of the cracked beam, which are obtained by the experimental tests, the corresponding inverse problem is established and solved analytically. The Results have been validated by the experimental and theoretical data reported in the literatures.
    Keywords: Cracked beam, axial load, Timoshenko beam, crack detection
  • Mehran Kadkhodayan, Saeed Amirnejad Pages 11-22
    Nowadays, fiber-metal laminate composites are highly used by designers due to their good mechanical properties and low weight particularly in aerospace industry. The Fiber Metal Laminate shows improvement over the properties of both aluminum alloys and composite materials. In this study, bending properties of these composites are investigated both numerically and experimentally. Since these multi-layers have a very limited formability and deformation of fibers is pure elastic, the fibers cause some kind of springback that is known as a defect. In the current study, six types of specimens are prepared with variable fiber angles and thickness of layers for bending test. In addition, the bending test is optimized through the Taguchi design experimental method, until the results become independent of die and press parameters. The effects of design and fabrication parameters of fiber- metal composite on the springback are investigated in detail. The results show that the springback increases linearly with increasing punch radius and with decreasing pressure forming due to the reduction of the plastic deformation. On the other hand, by increasing the punch speed, the springback increases slightly because forming by the high-rate punch speed increases the amount of elastic recovery in aluminum sheet and induces larger springback. Moreover, when the fibers are parallel to the bending axis and the thickness of outer layers increase, the bend radius and springback decrease. The obtained results are compared partially with the FE numerical results.
    Keywords: Fiber metal laminate, bending, springback, finite element, Taguchi method
  • H. Abyar Firouzabadi, A. Abdullah, J. Parvizian Pages 21-34
    Wire electrical discharge machining (wire-EDM) is very important in the manufacturing, due to its growing industrial and research applications. Inaccurate geometry in corner and especially sharp-curved corner cutting is one of the major problems in this process. Creation of exact geometry and high dimensional accuracy has been subject of many research works. In the present research, actual cutting slots on straight and curved paths are studied in roughing operation. Experiments are designed using the Full Factorial Method by considering frequency of discharges, wire tension and radius of curvature as variables. By employing statistical techniques in analysis, influences of these parameters on width of the cut of slot, on both straight and curved paths, are evaluated. Practical results for straight side gap and curved corner average gap are achieved, for each set of parameters. Because of concavity of wall on inner arc and convexity of wall on outer arc, measuring errors appear in the measurement of slot width at the curved corner. In addition, depletion of material and accumulation of material are observed at entrance and exit of the curved path, respectively. By calculating variable side gap on a curved corner, practical wire diversion and machining error are obtained.
    Keywords: WEDM, Machining Error, Corner Radius, Groove Width, Wire Diversion
  • Hosein Torabian, Mohammad Shafiei Alavijeh, Hosein Amirabadi Pages 33-44
    The most prominent feature of sheet material forming process is an elastic recovery phenomenon during unloading which leads to springback and side wall curl. Therefore, evaluation of springback and side wall curl is mandatory for production of precise products. In this research , the effects of friction coefficient, sheet thickness, yield strength of sheet and blank holder force on the springback and side wall curl in U bending of DP600 dual phase steel sheets were investigated. These investigations were done by computer simulation. The simulations were done by ABAQUS finite element software and then, results were compared with experimental results. The finite element results have been validated with experimental results. MINITAB, a statistical software, was used to analyze finite element results. With the use of MINITAB, equations were obtained to predict springback and side wall curl radius by friction coefficient , sheet thickness , yield strength and blank holder force.
    Keywords: Forming, U Shape, springback, Side Wall Curl Radius, Dual Phase Steel
  • Saeid Ansari Sadrabadi, Ali Nayebi Pages 43-52
    In this paper, FGMs are used as non-uniform materials in high temperature environments. Different industries use them in thin and thick walled spherical pressure vessels. Based on governing equations, differential equation of stresses is obtained in plastic state that can be widely used in the study of reservoirs behavior in elasto-plastic state. The study has discussed on temperature distribution and stress - strain relationships in the tanks under internal pressure and temperature difference. Properties of these materials are considered as variable parameters function of radius. In this work, effects of these parameters have been investigated on yielding, yield temperatures and stress changes in thickness of the vessels. Furthermore, it is shown that vessels structure can be optimized by choosing appropriate parameters.
    Keywords: Linear kinematic hardening, FGM, Prager's model, Spherical vessel, Yield surface
  • Mahmood Shokrieh, Iman Zibaei Pages 51-62
    In this paper, the size effect on elastic properties of single- walled nanotubes is evaluated via the strain gradient elasticity approach. For this purpose, rod, torsion bar and Euler- Bernoulli beam models are used. The tension rod model is developed in the present study. The Euler- Bernoulli beam model is utilized and the boundary conditions are modified in the present research. In addition, a model for the rod under torsion is developed. Afterwards, by using the constitutive relation in strain gradient elasticity, the size- dependent elastic properties of carbon nanotube are achieved effectively. The results show that the length of the carbon nanotube is more effective on the Young modulus in comparison with that of on shear modulus and when the length of nanotube decreases, the Young modulus decreases similarly.
    Keywords: Strain Gradient Elasticity, Carbon Nanotube, Size Effect, Elastic Properties
  • Seyed Saed Rezvani, Hamid Fazeli, Ghasem Haji Hashemi Pages 61-72
    It is obvious that the natural frequencies of a submerged structure are less than those of in vacuum and these are due to the effect of added mass of water to the structure.for marine structures, fluid inertial (added mass) effects cannot be neglected. This paper focuses on the experimental, analytical and numerical solution of natural frequencies of submerged stiffened plate. The analytical solution based on the deflection equation of submerged stiffened plate, Laplace’s equation and Rayleigh's method in vibration analysis.Considering small oscillations induced by the plate vibration in the incompressible and inviscid fluid.The velocity potential and Bernoulli’s equation are adopted to express the fluid pressure acting on the structure. The natural frequencies of the stiffened plate are obtained practically by using Fast Fourier Transformation functions (FFT) in experimental analysis. Experimental results demonstrate the validity of numerical and analytical solution and results.the experimental results validate the derived formulation for natural frequency of plate vibrate underwater.
    Keywords: Numerical, submerged, Natural frequency, analytical, experimental
  • Peyman Jamshidi Moghadam, Shapour Moradi Pages 71-84
    Vibration analysis of post-buckled beam is investigated in this study. The governing nonlinear equations of motion for the post-buckled state are derived. The solution consists of static and dynamic parts, both leading to nonlinear differential equations. The differential quadrature method has been used to solve the problem. First, it is applied to the equilibrium equations, leading to a nonlinear algebraic system of equations that is solved utilizing an arc length strategy. Next, the differential quadrature is applied to the linearized dynamic differential equations of motion and their corresponding boundary and continuity conditions. Upon solution of the resulting eigenvalue problem, the natural frequencies and mode shapes of the beam are extracted. The investigation includes several numerical as well as experimental case studies on the post-buckled simply supported and clamped-clamped beams. The results show that the applied compressive load as well as the geometric imperfection largely affect the modal shapes and natural frequencies of the beam. Moreover, the study demonstrates the excellent accuracy and efficiency that can be obtained by applying the differential quadrature method to treat vibration of post-buckled beams.
    Keywords: Beam vibration, Post buckling, Differential quadrature method, Experimental modal analysis
  • M. R. Dashtbayazi, M. Ghanbarian Pages 83-100
    In this research, polymer matrix composite filled with aluminum particles was synthesized and turned with different machining condition namely: cutting speed, weight fraction of particle, depth of cut and feed. Then, surface roughness was measured and two artificial neural networks models Multi-Layer Perceptron (MLP) and Radial Basis Function (RBF) were developed to estimate effects of four turning parameters on surface roughness. Correlation between training data and experimental data were shown that MLP network was better than RBF as a compatible network (correlations were 0.835 for MLP network and 0.542 for RBF network). Because of higher correlation for MLP network, this network was proposed as a model for investigation the effects of turning parameters on surface roughness.
    Keywords: Turning, Polymer Matrix Composite, surface roughness, MLP Neural Network, RBF Neural Network