فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و ششم شماره 2 (زمستان 1393)
  • سال چهل و ششم شماره 2 (زمستان 1393)
  • تاریخ انتشار: 1393/10/28
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • عاطفه علی پور، رضا انصاری، ابوالفضل شهاب الدینی صفحات 1-12
    هدف از این مقاله، ارائه تئوری پوسته با تغییر شکل محدود بر پایه پتانسیل بین اتمی برای یک نانو لوله تک جداره است. بدین منظور، با بکارگیری قانون کوشی – بورن، رابطه ای میان چگالی انرژی کرنشی سطح پیوسته و پتانسیل بین اتمی برقرار می شود. این تئوری با در نظر گرفتن کوپلینگ چند اتمی غیر خطی و کایرالیتی نانولوله کربنی، اثرات مهم ممان خمشی و انحنای سطح خمیده را مورد بررسی قرار می دهد. با بکارگیری تئوری توسعه داده شده، روابط ساختاری که مستقل از ضخامت نانولوله و مدول یانگ می باشند، میان تنش، گشتاور، کرنش، انحنا و پتانسیل بین اتمی استخراج می شود. مشاهده شد که کایرالیتی بر روی رفتار مکانیکی نانولوله تحت کشش و خمش موثر بوده و این تاثیر برای نانولوله های با شعاع بزرگتر تحت کرنش و انحنای کوچک، کمتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: تئوری پوسته، پتانسیل بین اتمی، نانولوله کربنی، خمش، انحنا، مدل ساختاری
  • علی معظمی گودرزی، سید حبیب الله هاشمی کچپی صفحات 23-33
    بر پایه نتایج بدست آمده از داده های آزمایشگاهی و تحلیل های مکانیکی وابسته به آن، بزرگی نیرویی که یک دوچرخه سوار می تواند در حداکثر توان خود بر پنجه رکاب ها وارد آورد، تابعی از موقعیت زاویه ای رکاب ها است. از اینرو بر ایند گشتاور هایی که این نیرو ها در محور رکاب وارد می نمایند، طبیعتی متناوب دارد. برای جلوگیری از انتقال نوسانات گشتاور به چرخ محرک دوچرخه که افت و خیز در شتاب دوچرخه را بهمراه دارد باید از سیستم انتقال نیروی ویژه ای بهره جست. طراحی چنین مکانیزمی موضوع پژوهش حاضر می باشد. طرح مذکور در واقع یک نمونه بهینه سازی شده از سیستم های معمولی تولید انرژی مکانیکی به روش رکابزدن می باشد که در آن برای انتقال توان از محور رکاب به زنجیر از یک چرخ زنجیر بیضی گون استفاده شده است.
    با توجه به ویژگی های چرخ زنجیر جدید، سازوکار انتقال قدرتی که از آن استفاده می کند می تواند نوسانات متناوب گشتاور وارده بر محور رکاب را تعدیل نماید. بنا براین روند شتابگیری در دوچرخه ای که از این سیستم انتقال نیرو استفاده می کند تقریبا بدون نوسان خواهد بود.
    کلیدواژگان: گشتاور متناوب، دامنه نوسان، دوچرخه، تحلیل مکانیکی، چرخ زنجیر بیضی شکل
  • علی سلطانی، محسن شاکری، سلمان نوروزی، حمید جمشیدی صفحات 35-43
    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یکی از فرآیندهای جوشکاری در حالت جامد است که بدلیل دمای پایین در موضع جوش مانع ایجاد عیوبی می شود که در جوشکاری ذوبی اتفاق می افتد. در این مقاله اثرات سه پارامتر مهم سرعت دورانی، سرعت پیشروی و زاویه انحراف ابزار بر استحکام اتصال لبه رویهم آلیاژ آلومینیم به فولاد زنگ نزن آستنیتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش بیش از حد سرعت دورانی یا کاهش سرعت پیشروی می تواند باعث پدید آمدن عیوبی همچون تشکیل پلیسه، حفرات و کاهش ضخامت موثر ورق در ناحیه اتصال شود که خواص مکانیکی اتصال را به شدت تحت تاثیر قرار خواهد داد، بطوریکه حداکثر نیروی شکست در سرعت دورانی 1000 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 80 میلیمتر بر دقیقه، N7750 بوده که با افزایش سرعت دورانی به 2000 دور بر دقیقه به N3350 کاهش می یابد. همچنین مشخص شد که با افزایش زاویه انحراف، استحکام اتصال ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد بطوریکه با افزایش زاویه انحراف از 5/1 به 5/2 درجه، نیروی شکست از N7750 بهN4180 کاهش می یابد که از جمله علل آن می تواند افزایش حرارت ورودی، ایجاد پلیسه وکاهش حجم مواد در زیر شانه ابزار و درنهایت شکل گیری عیوب در ناحیه اتصال باشد.
    کلیدواژگان: اتصال لبه رویهم، آلیاژ آلومینیم، فولاد زنگ نزن، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، زاویه انحراف
  • مجید صادقیان، مرتضی شمعانیان، علی شفیعی صفحات 45-55
    خواص عالی فولادهای زنگنزن سوپر دوفازی مدیون بالانس ریزساختار دوگانه فریتی - آستنیتی آن هاست در حالیکه در طی جوشکاری این فولادها ، نسبت مطلوب آستنیت – فریت از بین می رود و فازهای مضری نیز تشکیل می شود. در این پژوهش فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS 32750 به فولاد کم آلیاژ استحکام بالای API X65 به روش جوشکاری قوسی تنگستن - گاز اتصال داده شد و به منظور ارزیابی خواص فلز جوش، از آزمون های استحکام ضربهای، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و سیکلی استفاده شد. همچنین رفتار خوردگی گالوانیکی بین زوج گالوانیکی فلز جوش و فولاد کم آلیاژ استحکام بالا به کمک تکنیک ZRA تعیین شد. نتایج نشان داد که میزان آستنیت فلز جوش بیشتر از فلز پایه و فاز مضری در آن به وجود نیامده است. استحکام ضربه ای فلز جوش بیشتر از فلزات پایه است، همچنین رفتار خوردگی فلز جوش شبیه به فلز پایه زنگ نزن سوپر دوفازی و بسیار بهتر از فولاد کم آلیاژ استحکام بالا بود. نتایج آزمون ZRA نیز نشان داد که در زوج گالوانیکی فلز جوش - فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا دچار خوردگی می شود و مکانیزم آن از نوع خوردگی حفره ای است.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، جوشکاری، استحکام ضربه ای، رفتار خوردگی
  • حمیدرضا بهاروندی، مهدی تاجداری، علیرضا مرادخانی صفحات 57-65
    با توجه به گستردگی و کارایی روز افزون سرامیکها در صنایع مختلف، نیاز به شناسایی دقیق خواص مکانیکی آنها با حداقل صرف زمان و هزینه جهت طراحی بهینه مهم می باشد. در این پژوهش با ساخت نمونه های نانوکامپوزیتB4C با ده درصد حجمی دی بورید تیتانیوم، مقادیر دانسیته، مدول الاستیسیته و سختی آنها تعیین و مقدار چقرمگی شکست آنها توسط روابط مختلف تعیین چقرمگی شکست به روش تست فرورفتگی ویکرز در بارگذاری های N100 و N150 بدست آمده و نتایج آن با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل دقت و کارایی معادله اصلاح شده تعیین چقرمگی شکست با استفاده از سطح اثر ترک در مقایسه با دیگر روابط را در پی داشت. همچنین مکانیزم رشد ترکهای ناشی از بارگذاری های مختلف در نتایج حاصل از معادلات چقرمگی شکست اثر گذار بود.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، نانوکامپوزیت، روش فرورفتگی، دی بورید تیتانیوم، کاربیدبور
  • سیما ضیایی، محسن اسدی پور صفحات 67-79
    در این پژوهش با استفاده از مدل پوسته پیوسته غیر محلی کمانش پیچشی نانو لوله های چند جداره (از 2 تا 5 جداره) محصور شده در محیطالاستیک تحت بارگذاری ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج با مدل پوسته پیوسته کلاسیک مقایسه شده است. همچنین تاثیر افزایش تعداد لایه های نانو لوله در شرایط بارگذاری و هندسی مشابه بر تنش بحرانی سنجیده شده است. نتایج نشان می دهد که اثرات غیر محلی بر مقدار تنش برشی بحرانی تاثیر می گذارد و میزان این تاثیر در نیم موجهای طولی بزرگتر بیشتر است. همچنین نشان داده شده است که در مقابل بار محوری کششی میزان تنش برشی بحرانی نانو لوله به مراتب بزرگتر از بار محوری فشاری است. در ضمن وجود محیط الاستیک پیرامون نانو لوله تاثیر مثبتی بر میزان تنش برشی بحرانی نانو لوله ها دارد.
    کلیدواژگان: نانو لوله های چند جداره، اثر مقیاس کوچک، کمانش پیچشی، بار محوری، محیط الاستیک، میدان دمایی
  • موسی رضایی، هادی فکر مندی صفحات 81-93
    در این پژوهش رفتار غیرخطی ارتعاشات آزاد تیر یکسرگیردار دارای ترک خستگی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا ارتعاشات عرضی تیر یکسرگیردار در مود اول به صورت یک سیستم یک درجه آزادی با جرم و سختی معادل مدل سازی شده است. سپس مدل جدیدی برای سختی دوخطی تیر با ترک باز و بسته شونده ارائه شده است. به کمک این مدل معادله دیفرانسیل حاکم بر سیستم به شکل قابل تحلیل به روش لیندست- پوانکاره نوشته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد پاسخ به دست آمده به روش اغتشاشات از دو قسمت تشکیل شده است که بخش اول آن پاسخ سیستمی است که سختی آن برابر با میانگین سختی معادل در حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک بوده و بخش دیگر جملات تصحیحی هستند که با اضافه شدن به جمله اول، اثرات تغییر در سختی معادل ناشی از باز و بسته شدن ترک را در پاسخ سیستم منظور می کنند. در حقیقت جملات تصحیح در برگیرنده اجزای هارمونیک های بالاتر ظاهر شده در پاسخ ناشی از رفتار غیرخطی سیستم است. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از تست های تجربی به تایید رسیده است.
    کلیدواژگان: تیر ترک دار، ترک باز و بسته شونده، مدل دوخطی ترک، روش لیندست پوانکاره
|
  • Atefeh Alipour, Reza Ansari, Abolfazl Shahabodini Pages 1-12
    The aim of the current study is to present a finite deformation shell theory incorporating interatomic potentials for single-wall carbon nanotubes (CNTs). For this purpose, a linkage between the strain energy density induced in the continuum and the interatomic potential is established by the employment of the modified Cauchy-Born rule. This theory, which considers the nonlinear, multi-body atomistic coupling and the CNT chirality, incorporates the important effects of bending moment and curvature for a curved surface. The theory is applied to extract the constitutive relations, which bypass the use of nanotube thickness and Young’s modulus, among stress, moment, strain, curvature and the interatomic potential. It is found that the chirality affects the mechanical behavior of the nanotube in tension and bending and this effect is less profound for the CNTs with higher radius at vanishing strain and curvature.
    Keywords: Shell theory, interatomic potential, Carbon Nanotube, bending, curvature, constitutive model
  • Mahmoud Shariati, Javad Yazdannejad Pages 13-21
    In this study, the experimental tests are designed and carried out to analyze the behavior of polyacetal ratcheting under both uniaxial loading and internal pressure. Experimental tests are performed by an accurate servo-hydraulic machine, Instron 8802. Three group tests were presented in which two of the stress amplitude, mean stress or internal pressure was constant to observe the effect of another factor. The effect of stress amplitude, mean stress and internal pressure on ratcheting strain and softening behavior of the polyacetal tube are investigated. Graphs of ratcheting strain, ratcheting strain range, hysteresis loops of group tests were drawn. By using these graphs, some results such as softening behavior obtained. A suitable hardening factor was presented and its relation with the polyacetal fatigue life was examined. In a specific loading cycle for the specimen, whose hardening factor is more than the others, a lower fatigue life predicted. Softening behavior of the material, increases with increasing the loading cycles. The results show that the specimen with the high ratcheting strain value has lower fatigue life.
    Keywords: Ratcheting Strain, Polyacetal, Internal pressure, Experimental Test
  • Ali Moazami Goudarzi, Seyyed Habiballah Hashemi Kachapi Pages 23-33
    Based on the results achieved using experimental data and related mechanical analysis, the magnitude of loads that a bicyclist can apply on the pedal at his extreme power, is a function of angular coordinates of pedals. Therefore, the resultant of torques which these loads apply at the axle of pedals has an oscillation nature. To avoid transferring the oscillations produced by torques to the bicycle’s propellant wheel which causes fluctuations in the bicycle acceleration, a special power transfer system should be used. Designing of such mechanisms is the objective of this project. Foresaid design is a optimized instance of ordinary systems of mechanical energy generation using the method of pedaling, in which, for transferring the power from the pedal axle to the chain an ellipsoid chair wheel is used.
    Regarding to the properties of the new chain wheel, the way that it transfers the power, can decrease the frequent oscillations of torque at pedal axle. Thus, the procedure of accelerating of bicycle which uses this system of power transfer will be almost without oscillations.
    Keywords: Frequent Torque, Oscillation Amplitude, Bicycle, Mechanical Analysis, Ellipsoid Chair Wheel
  • Ali Soltani, Mohsen Shakeri, Salman Nourouzi, Hamid Jamshidi Pages 35-43
    Friction stir welding is a solid state welding processes due to the low temperature in the welding zone, prevent formation of defect that can occur during fusion welding. In this paper, the effects of three important parameters of rotational speed, welding speed and tool tilt angle on mechanical properties lap joint of aluminum alloy to austenitic stainless steel have been studied. The results showed that higher increasing the rotational speed or decreasing the welding speed can be cause the creation of defects such as created flash around the weld zone, cavity and sheet thinning defect which will strongly affect on the mechanical properties of the joint, So that maximum fracture load was obtained 7750N in the rotational and welding speed,1000rpm and 80mm/min, respectively which the rotational speed to 2000rpm led to reduce the fracture load of joint to 3350N. It also became clear that strength of the joint increases and then decreases with increasing tool tilt angle. Therefore, that with increases tool tilt angle from 1.5 to 2.5 degree, fracture strength reduce from 7750N to 4180N. Which due to increase of the heat input, create flash around the weld zone reducing the volume of material under the tool shoulder, and finally the formation of defects in the joint.
    Keywords: LAP JOINT, ALUMINUM ALLOY, STAINLESS STEEL, FRICTION STIR WELDING, TILT ANGLE
  • Majid Sadeghian, Morteza Shamanian, Ali Shafyei Pages 45-55
    The excellent properties of super duplex stainless steels (SDSS) are mainly due to their balance of ferrite - austenite since this balance is highly likely to change during welding and undesirable phases can create. In this work gas tungsten arc welding (GTAW) process was used to join UNS S32750 SDSS to API X65 high strength low alloy (HSLA) steel. The properties of weldments were investigated by impact test, potentiodunamic and cyclic polarization tests. Zero resistance ammeter (ZRA) tests also were used for investigation of behavior of galvanic corrosion on weld metal – HSLA base metal. Results indicated that amount of austenite in weld metal was higher than SDSS base metal and did not created undesirable phases. Toughness of weldment was higher than base metals and corrosion behavior of weld metal was alike SDSS base metal and presented excellent corrosion resistance comparing HSLA base metal. The results of ZRA showed that HSLA eroded in galvanic couple weld metal – HSLA and mechanism of corrosion was pitting corrosion.
    Keywords: Super duplex stainless steel, high strength low alloy steel, welding, toughness, corrosion behavior
  • Hamidreza Baharvandi, Mehdi Tajdari, Alireza Moradkhani Pages 57-65
    According to widespread and increasing efficiency of ceramics in different industries, identification their mechanical properties with minimum time and cost is important for the optimal design. In this paper, B4C nanocomposite samples with a volume of 10% of TiB2were prepared and the values of density, hardness and Elasticity modulus were determined and then the fracture toughness values were calculated by using various fracture toughness formula with Vickers indentation test method in loads of 100N and 150N and their results were compared to each other. The results show that the modified equation with using cracks leads high accuracy and efficiency compared to other relations. It also concluded that the growth mechanism due to different loads affects on the results of fracture toughness values.
    Keywords: Fracture toughness, Nanocomposite, Indentation method, Titanium Diborid, boron carbide
  • Sima Ziaee, Mohsen Asadi, Pour Pages 67-79
    This paper aims at investigating the torsional buckling behavior of the embedded multi-walled nanotubes (double- to five- walled) under combined loading based on the nonlocal continuum mechanics. The governing partial differential equations are derived according to Donnel shell model assumptions and Eringen elasticity theory. The effects of the number of layers of carbon nanotube, the existence of axial force, temperature change and the existence of the elastic medium on critical shear stress are studied. Results clearly reveal that at a fixed length, the carbon nanotube which has more layers can tolerate higher critical shear stress, although the existence of compressive axial force and/or temperature change at a high temperature environment decreases the load-bearing capacity of carbon nanotube. While the existence of elastic medium and/or tensile axial force increase the critical shear stress. It is also seen that with a rise in the number of half-wave, the effects of small-scale parameter on shear stress increase. The difference in predicting critical shear stress of multi-walled nanotubes between nonlocal and local continuum mechanics is investigated as well.
    Keywords: Multi, Walled Nanotubes, Small Scale Effect, Torsional Buckling, Axial Force, Elastic Medium, Thermal Field
  • Mousa Rezaee, Hadi Fekrmandi Pages 81-93
    Previous investigations indicate that using the open crack model for vibration analysis of cracked structures may lead to incorrect results. Such a simple model can only be used as a rough approximation for predicting the dynamic behavior of the cracked structures. Therefore, in order to predict the nonlinear dynamic behaviour of the structures with a fatigue crack more accurately, one has to consider the nonlinearity of the crack. In this paper, the nonlinear behavior of the free vibration of a cantilever beam with a Fatigue Crack is investigated. To this end, first, the lateral vibration of the cracked beam in its first mode is modeled as an SDOF system with an equivalent mass and stiffness. Then, a new model is introduced for the bilinear stiffness of the beam with a breathing crack. Using this model, the governing differential equation of motion is converted to the standard form that can be analyzed by Lindstedt- Poincare’s method. The results show that the response is composed of two parts. The main part is the response of a system with the mean equivalent stiffness of the systems corresponding to the closed crack and the open crack cases. The second part is composed of the first and second order correction terms, which reflects the effect of opening and closing of the crack on the vibration response. In fact, the correction terms consist of the higher harmonic components of the spectrum. The results have been validated by the experimental tests.
    Keywords: Cracked beam, Breathing Crack, Bilinear Crack Model, Lindstedt Poincare Method