فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - سال چهل و ششم شماره 2 (پیاپی 75، تابستان 1395)

مجله مهندسی مکانیک
سال چهل و ششم شماره 2 (پیاپی 75، تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/07/19
  • تعداد عناوین: 16
|
  • مجید امیری*، شهرام یوسفی صفحات 1-10
    این مقاله دقت سطح ماشینکاری تخلیه الکتریکی آلیاژ Al7075 مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات بر اساس پنج ورودی جریان پیک، زمان خاموشی، ولتاژ تخلیه، زمان تخلیه و پلاریته بر روی چهار خروجی زبری سطح قطعه، براده برداری، اضاف برش شعاعی و سایش ابزار به روش طراحی آزمایشات آماری به کار گرفته شده است. هدف از این پژوهش دستیابی به یک سطح نهایی ماشینکاری با پرداخت سطحی مطلوب و کمترین انحراف از ابعاد اسمی با شناسایی چهار خروجی ذکر شده تحت شرایط پارامتری متعدد است. آزمایشات نشان می دهد که کیفیت ماشینکاری تابع مستقیم از ورودی هاست و طبق مقادیر به دست آمده سایش الکترود در ماشینکاری تخلیه الکتریکی آلومینیوم بسیار پایین تر از حد انتظار می باشد. تاثیر قطب ماشینکاری بر روی سایش الکترود از اهمیت خاصی برخوردار نیست هر چند خروجی ها را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. مهمترین پارامتر تاثیرگذار در تمامی پاسخ ها شدت جریان است، به طوری که برای داشتن یک ماشینکاری با دقت و کیفیت بالاتر باید مقادیر این پارامتر حداقل باشند و این مترادف با نرخ براده برداری کمتر خواهد بود. بر مبنای آنالیز نسبی خاکستری یک بهینه سازی همزمان بر روی چهار پاسخ : نرخ سایش، نرخ براده برداری، اضافه برش و زبری سطح انجام گرفته است و شرایط پارامتری برای یک ماشینکاری خوب از لحاظ کیفی و زمانی به صورت I=8A، Ton=50μs، Toff=5 μs ، V=40v و P=0 پیشنهاد می شود. لازم به توضیح است که بر اساس مقدار درجه نسبی خاکستری اولیه و ثانویه به عنوان شاخص کمی بهینه سازی ، با انتخاب این شرایط پارامتری، عملکرد کلی فرآیند به میزان حدود 20% بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: سایش ابزار، نرخ براده برداری، ماشینکاری تخلیه الکتریکی آلومینیوم، دقت سطحی
  • غلامحسین پوریوسفی *، مسعود میرزایی، مجید حاجی پور صفحات 11-18
    در مقاله حاضر، پژوهشی تجربی، با هدف بررسی ویژگی های الگوی جریان و ناحیه ی جدایش پیرامون پله ی وارون(BFS) با نسبت انبساط کم (پله ی آیرودینامیکی)، در گستره ی عدد رینولدز 54000 >ReH> 18000، صورت گرفته است. توزیع ضریب فشار متوسط روی سطح مدل پله، که با دستگاه مبدل فشار به دست آمد، نشان داد که الگوی جریان در این گستره از عدد رینولدز حالتی ساختاریافته پیدا کرده است.از طرف دیگر، به منظور بررسی ریزش گردابه ها در لایه برشی جداشده، رفتار لحظه ای دنباله ی پله نیز به کمک دستگاه جریان سنج سیمداغ، مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج،مشاهده شد که افزایش سرعت جریان آزاد و به طبع آن افزایش آهنگ گردش و غلتش گردابه ها در لایه برشی، قدرت و دامنه گردابه ها و همچنین فرکانس ریزش آن ها را افزایش می دهد. به علاوه، با افزایش فاصله از لبه نوک پله و حرکت به طرف پایین دست لایه برشی،از تعداد گردابه های ریزش شده درون لایه برشی کاسته می شود ولی همزمان اندازه و دامنه گردابه های پایین دست افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: پله ی وارون، توزیع فشار، حباب جدایش، بازیابی جریان، ریزش گردابه
  • عبدالامیر بک خوشنویس*، محمد جواد ایزدی یزدی صفحات 19-30
    یک تحقیق تجربی بر روی استوانه ای به طول mm 390 و قطر mm 20، در عدد رینولدز 18750 مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا پروفیل های سرعت میانگین و سپس پروفیل های شدت اغتشاشات استوانه ثابت و چرخان (برای دورهای 1000، 2000 و rpm 3000) در سه ایستگاه (30، 60، mm 120x=)پشت استوانه مورد بررسی قرار گرفته و مقایسه شده اند. به منظور بررسی سرعت میانگین و شدت اغتشاشات از دستگاه جریان سنج سیم داغ استفاده شده است. همچنین به مقایسه ی عدد استروهال استوانه ثابت و چرخان پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش دور استوانه در یک عدد رینولدز ثابت، اگر جهت حرکت استوانه موافق جهت حرکت سیال باشد، عرض دنباله کوچک تر می شود و عدد استروهال دنباله مربوط به گردابه کارمن افزایش می یابد. در ایستگاه های 1 و 3 اغتشاشات استوانه چرخان بیشتر از استوانه ثابت و در ایستگاه دوم اغتشاشات استوانه ثابت بیشتر از چرخان است. مشخص شد که با افزایش سرعت دورانی استوانه پارامترهای ضریب پسا و نقصان سرعت کاهش می یابند. با افزایش سرعت دورانی استوانه، ضریب پسا حدود 10% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جریان سنج سیم داغ، استوانه ی ثابت و چرخان، دنباله جریان، ضریب پسا
  • افشین زمانی زکریا، حسن بیگلری* صفحات 31-39
    در این پژوهش، ارتعاشات آزاد نانولوله های کربن تک جداره و دو جداره به صورت عددی و تحلیلی بررسی شده است. در شبیه سازی المان محدود، از المان های تیر که توسط المان های فنری به عنوان نیروهای واندروالس به یکدیگر در گره ها متصل می شوند، استفاده گردیده است. برای اولین بار در این تحقیق، اثر نیروهای غیر محلی بین دو جداره نانولوله کربن، در مدلسازی المان محدود به صورت فنرهای خطی با توزیع کروی بررسی شده است. برای بررسی بهتر تاثیر نیروهای غیرمحلی، ارتعاشات آزاد نانولوله های کربن دو جداره، بدون در نظرگیری نیروهای واندروالس کروی نیز، به دو روش تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی تحلیلی از تئوری تغییر شکل برشی در تیرها استفاده شده است. حالت غیر محلی مدلسازی عددی، نسبت به دو حالت تحلیلی و عددی محلی مقادیر فرکانس های بی بعد بزرگتری را پیش بینی می کند. این نتیجه به این علت است که با افزودن آرایش کروی فنرها برای بررسی اثر نیروهای غیرمحلی، سفتی خمشی تیر افزایش یافته و سبب افزایش مقادیر فرکانس های طبیعی می شود. با این وجود در شکل مودهای بالاتر، اثر نیروهای غیرمحلی کمتر می شود. نتایج نشان می دهد که اثر نیروهای غیر محلی در مودهای فرکانسی پایین بیشتر است. مقایسه نتایج شبیه سازی عددی و حل تحلیلی با یکدیگر نشان از آن دارد که در مودهای فرکانسی بالاتر مطابقت بین مقادیر تحلیلی و عددی بیشتر است.
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، ارتعاشات آزاد، روش اجزاء محدود، اثر غیرمحلی
  • سیدامیرحسین زمزمیان*، میلاد تاجیک، احسان ایمانی صفحات 41-49
    هدف از این مقاله، بررسی اثر نانو ذرات بر راندمان گردآورنده های خورشیدی صفحه تخت می باشد. در این مطالعه روش سنتز مستقیم برای آماده سازی نانوسیال مس بر پایه آب به عنوان یک سیال کاری آزمایش( سیال عامل) و در یک گردآورنده خورشیدی(تخت) به کار گرفته شده است. در این شرائط روش93 ASHRAE برای آزمایش گردآورنده های خورشیدی مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به نتایج تجربی حاصل، بازده کلی زمانی که غلظت نانو ذرات مطرح شده بیشتر گردد، افزایش خواهد یافت و نتایج همچنین نشان می دهد که بهره وری گردآورنده خورشیدی تخت در غلظت وزنی wt٪ 05/0 در حدود
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، گرد آورنده خورشیدی، صفحه تخت، گرمایش خورشیدی، نانوسیال مس، آب
  • حدیث ژرفی، حمید اختراعی طوسی* صفحات 51-59
    در بسیاری از ماشین آلات صنعتی از دیسک های دوار استفاده می شود. در بسیاری از کاربردها این دیسک ها تحت سرعت های دورانی بسیار بالا و در دماهای زیاد کار می کنند. چنین شرایط کارکردی منجر به ایجاد تنش های بزرگ مکانیکی و حرارتی در دیسک های دوار می شود. تحت این شرایط دما و تنش زیاد، پدیده خزش مهمترین پدیده حاکم است و می تواند خسارت های جبران ناپذیری را به سازه تحمیل کند. بنابراین بررسی خزش در دیسک های دوار از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعات نشان داده است که خزش به ساختار ماده کاملا وابسته است. در سالهای اخیر استفاده از گونه ی جدیدی از مواد به نام مواد مدرج تابعی (FGM[1]) پیوسته رو به گسترش بوده است. امروزه به دلیل مزایای ویژه ی مواد مدرج تابعی از این مواد در ساخت اجزای مختلف ماشین آلات از جمله دیسک های دوار استفاده می شود. بر این اساس مطالعه خزش در دیسک های دوار ساخته شده از مواد مدرج تابعی مساله ی ارزشمندی است. در این مقاله با استخراج معادلات خزش حالت پایا در دیسک دوار ساخته شده از مواد مدرج تابعی، تاثیر چگونگی توزیع ذرات و کسر حجمی آستانه و همچنین تاثیر دمای حاکم بر دیسک روی میدان های تنش و نرخ های خزش ایجاد شده در دیسک دوار مطالعه و بررسی شده است.
    کلیدواژگان: خزش، دیسک دوار مدرج تابعی، کسر حجمی ذرات، دما
  • محسن صادقی، سید محمد سیدمحمودی *، رحیم خوشبختی سرای صفحات 61-71
    در این مقاله، برای پیش بینی عملکرد اجکتور یک مدل یک بعدی جدید ارائه شده است. با در نظر گرفتن اختلاط در فشار ثابت، این مدل بر اساس دینامیک گازها و حل معادلات مربوط به بقای جرم، مومنتوم و انرژی، پایه ریزی شده است. این مدل قادر است که نسبت مساحت و نسبت مکش اجکتور را در شرایط مختلف ترمودینامیکی، با دقت بالایی پیش بینی نماید. جهت در نظر گرفتن تلفات ناشی از لزجت سیالات و اختلاط دو جریان، برای بخش های مختلف اجکتور بازده در نظر گرفته شده است. نتایج اعتبار دهی نشان می دهند که بیشینه اختلاف با نتایج تجربی در تعیین نسبت مساحت و نسبت مکش، به ترتیب 27/13 درصد و 8/5 درصد می باشد، در حالی که در مدل یک بعدی گزارش شده در ادبیات فن، مقادیر متناظر به ترتیب 04/22 درصد و 78/9 درصد هستند. نتایج همچنین نشان می دهند که با کاهش پس فشار اجکتور یا افزایش فشار تبخیر کن، نسبت مساحت و نسبت مکش اجکتور افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: اجکتور، چرخه تبرید اجکتوری، لزجت، نسبت مساحت، نسبت مکش
  • علیرضا علی پور، کیومرث مظاهری* صفحات 73-85
    در کار حاضر، پدیده خاموشی- اشتعال مکرر برای مخلوط هیدروژن-هوا در یک میکرو کانال گرم شونده به صورت عددی شبیه سازی می شود. در شبیه سازی عددی از فرمول بندی عدد ماخ پایین، سینتیک تفصیلی و ضرایب نفوذ مولکولی مختلف برای گونه ها استفاده می شود. تاثیر پارامترهای سرعت جریان ورودی، نسبت هم ارزی و عرض کانال بر دامنه و فرکانس پدیده خاموشی- اشتعال مکرر بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که افزایش سرعت ورودی باعث افزایش دامنه پدیده خاموشی اشتعال مکرر می شود در حالیکه فرکانس این پدیده رفتاری کاهشی– افزایش دارد. با افزایش نسبت هم ارزی از مقدار 5/0 تا 1 و همچنین افزایش عرض کانال از mm 4/0 تا mm 1 ، دامنه پدیده خاموشی اشتعال مکرر افزایش و فرکانس آن کاهش می یابد. دوشاخگی جبهه شعله با استفاده از دیدگاه های هیدرودینامیکی و شیمیایی مطالعه می شود. ایجاد جریان برگشتی و تشکیل نواحی چرخشی در نزدیکی دیوار باعث دوشاخگی جبهه شعله می شود. با بررسی آهنگ واکنش مشاهده می شود حضور گونه آب در ناحیه بین دو جبهه شعله می تواند عامل اصلی در دوشاخگی جبهه شعله باشد.
    کلیدواژگان: احتراق در مقیاس میکرو، رژیم خاموشی، اشتعال مکرر، دوشاخگی، دامنه، فرکانس
  • جواد علیزاده کاکلر* صفحات 87-94
    یکی از انواع ترک های مشاهده شده در شرایط خستگی تماس غلتشی، ترک های زیرسطحی بیضوی هستند. بروز پدیده کوپلینگ مودهای شکست و بسته شدن سطوح ترک، این ترک ها را از سایر انواع آن متمایز می سازد. بسته شدن سطوح ترک که ناشی از اعمال تنش فشاری است، باعث می شود این ترک ها عمدتا تحت مودهای برشی رشد نمایند. در این مطالعه، قابلیت استفاده از ماتریس تابع وزن دوبعدی ارائه شده در مراجع، برای ترک زیرسطحی بیضوی کاملا بسته مورد بررسی قرار گرفته است. از آن جا که اساس روش تابع وزن اصل جمع آثار، این قابلیت برای تماس بدون اصطکاک سطوح ترک در شرایط کاملا بسته، ارزیابی شده است. به این منظور، با استفاده از ماتریس تابع وزن دوبعدی و میدان تنش زیرسطحی ناشی از اعمال فشار بیضی گون تماسی روی سطح یک نیم فضا، ضرایب شدت تنش مود ترکیبی تمام نقاط جبهه ترک زیرسطحی محاسبه شده است. به منظور صحه گذاری نتایج حاصل از ماتریس تابع وزن، با ضرایب شدت تنش به دست آمده از مدل سازی اجزامحدود مورد مقایسه قرار گرفته است. مقایسه نتایج، دقت بالای ماتریس تابع وزن را در محاسبه ضرایب شدت تنش نشان می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده، درصورتی که تنش عمودی فشاری روی سطوح ترک صفر منظور شود، ماتریس تابع وزن قادر است ترک زیرسطحی بیضوی کاملا بسته را با دقت و سرعت بالا تحلیل نماید. همچنین تاثیر ضریب منظر و عمق ترک بر ضرایب شدت تنش مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ترک کاملا بسته، ترک زیرسطحی، ماتریس تابع وزن، تماس بدون اصطکاک
  • جلال قاسمی*، میثم نظری صفحات 95-101
    در مقاله حاضر مطالعه تجربی رفتار انتقال حرارت همرفتی و ولتاژ شکست عایقی متناوب، ACنانوروغن جهت استفاده در ترانسفورماتورهای برق مدنظر می باشد. نانوروغن مورد مطالعه حاوی نانوذرات کلوئیدی مغناطیسی اکسید آهن با سیال پایه روغن ترانسفورماتور از نوع نیترو لیبرا است که این نوع روغن از روغنهای متعارف مورد استفاده در ترانسفورماتورها است.آزمایشهای تجربی انتقال حرارت همرفتی با استفاده از دستگاه آزمایشگاهیساخته شده صورت گرفته و این آزمایش ها در رژیم جریان آرام و تحت شار حرارتی اعمالی ثابت روی دیوارهانجام پذیرفتهاست. همچنین آزمایشولتاژ شکست متناوب با استفاده از دستگاه اندازه گیری ولتاژ شکست BA100 بر اساس استانداردIEC 6015 انجام گرفته است. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهدنانوروغن تهیه شده با نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن با اندازه متوسط 23 نانومتر و با غلظت حجمی 1/0 درصد دارای ضریب انتقال حرارت همرفتی متوسط به میزان 5/4 درصد بیشتر از روغن پایه می باشد. همچنین ولتاژ شکست عایقی متناوباین نانوروغن با غلظت حجمی 1/0 درصد، به میزان 8/23 درصد نسبت به روغن پایه بهبود یافته است. داده های حاصل از آزمایش تحلیل انتقال حرارتهمرفتی با روابط تجربی دیگر محققان مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: ترانسفورماتور، انتقال حرارت همرفتی، نانوروغن، نانوذرات، ولتاژ شکست عایقی
  • اسدالله کریمی، رضا علیزاده*، هادی سلطانی صفحات 103-110
    در این مقاله، مطالعه تحلیلی تغییرات دمایی سیالی که در یک بستر متخلخل استوانه ای (لوله ای) همگن و در ناحیه کاملا توسعه یافته جریان دارد انجام شده است، در حالتیکه دیواره لوله از بیرون تحت تاثیر شار حرارتی (مثبت یا منفی) ثابت است. با بکار بردن مدل ریاضی، با استفاده از معادلات پیوستگی، ممنتم و انرژی در شرایط پایا که در آن ترم حرارت اصطکاکی حاصل از اتلاف ویسکوزیته در نظر گرفته شده است، با فرض اینکه صرفا در جهت محوری حرکت سیال داشته، حل تحلیلی برای توزیع سرعت، دما و عدد بی بعد ناسلت (Nu) بر حسب عدد بی بعد دارسی (Da) (که نشان دهنده اثر نسبی تراوش پذیری متوسط به سطح مقطع آن، که معمولا مجذور قطر است) و عدد بی بعد برینکمن اصلاح شده (Br*) )که نشان دهنده ی انتقال گرما به طریق رسانش به سیال اطراف با ویسکوزیته معلوم است( به دست آمد. توزیع سرعت، برای اعداد دارسی کوچکتر در نواحی مرکزی داخل لوله به صورت یکنواخت بوده در حالیکه در نواحی نزدیک دیواره دارای شیب تندی است. با بررسی تاثیرات این پارامترها بر روی عدد بی بعد ناسلت، مشاهده شد در برینکمن های خاصی (که با Brc* نشان داده شده) با تغییر عدد بی بعد دارسی علامت عدد بی بعد ناسلت نیز تغییر می کرد. با بکار بردن روش های برازش منحنی، تابعیت Brc* با عدد بی بعد دارسی با دقت خوبی به دست آمد.
    کلیدواژگان: اتلاف ویسکوزیته، جابجایی اجباری، بستر متخلخل لوله ای، عدد برینکمن اصلاح شده
  • آرمان کیانپور، کمال جهانی* صفحات 111-123
    در این مقاله، برداشت انرژی الکتریکی از ارتعاشات پایه تیر یکسر گیردار مد نظر قرار گرفته است. با توجه به بالا بودن کوپلینگ الکترومکانیکی مواد پیزوالکتریک نسبت به سایر روش های برداشت انرژی از ارتعاشات، ساختار سیستم برداشت کننده انرژی به صورت یک تیر سه لایه متشکل از یک لایه فلزی و دو لایه پیزوالکتریک در طرفین آن، به همراه یک جرم اضافه شده در انتهای آزاد تیر در نظر گرفته شده است. برداشت کننده انرژی مذکور در نرم افزار اجزا محدود ANSYS و با بکارگیری تکنیک CPC-FEM مدلسازی شده و چگونگی تاثیر پارامترهای هندسی برداشت کننده بر رفتار مکانیکی و الکتریکی آن بررسی شده است. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، هندسه بهینه برداشت کننده ارائه گردیده و نتایج حاصل از بهینه سازی با نتایج روش های تقریبی پیش بینی رفتار برداشت کننده های پیزوالکتریکی مورد مقایسه قرار گرفته است نتابج بیانگر تطابق قابل قبول بین روش اجزاء محدود و روش تحلیلی می باشد، ولی دقت روش اجزاء محدود بخاطر استفاده از رابطه تنش- کرنش در کل طول دارای الکترود برداشت کننده، دقیقتر می باشد. برداشت کننده انرژی با هندسه بهینه قادر به برداشت توان الکتریکی 4/4 میلی وات، ولتاژ 3/9 ولت در فرکانس125 هرتز و مقاومت الکتریکی10کیلو اهم خواهد بود که این میزان توان و ولتاژ الکتریکی جهت تغذیه شبکه های سنسوری بی سیم کفایت می کند.
    کلیدواژگان: برداشت کننده انرژی، مواد پیزوالکتریک، روش اجزا محدود، بهینه سازی، پارامترهای هندسی
  • احمد مامندی *، مصطفی رجبی صفحات 125-139
    در این مقاله تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر خستگی پره ترک دار بخش داغ توربین کمپرسور گاز انجام شده است. در ابتدا با استفاده از نرم افزار المان محدود ANSYS تحلیل تنش پره بدون ترک تحت بارگذاری های حرارتی و مکانیکی شامل دوران، توزیع دما و فشار بر روی ایرفویل پره برای حالت پایای 100 درصد انجام شده است. از نتایج این تحلیل، مناطق دارای تنش بالا و مستعد رشد ترک در پره شناسایی می گردند. سپس با مدل سازی ترک در این نواحی، عمر رشد ترک خستگی تخمین زده می شود. برای این منظور، ابتدا در نرم افزار ANSYS برای ترک هایی با ابعاد مختلف مقدار ضرایب شدت تنش محاسبه می شود. سپس با استفاده از این مقادیر و نیز نمودار نرخ رشد ترک (da/dN) برحسب ضریب شدت تنش ماده (KI)، نرخ رشد ترک سیکلی برای ترک هایی با نسبت ابعاد مختلف (a/c) محاسبه می گردد. در انتها با انتگرال گیری عددی، تعداد سیکل خستگی (Nf) تا رسیدن به عمق ترک بحرانی (af) برای پره توربین محاسبه می گردد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، مکانیک شکست، پره بخش داغ توربین کمپرسور گاز، رشد ترک خستگی، تخمین عمر
  • عباس معلمی اوره، محمد کارکن* صفحات 141-149
    بسیاری از سازه ها زیر اثر بار وارد بر آنها، دچار تغییر شکل های بزرگ می شوند. با توجه به تغییر هندسه سازه زیر اثر بار، برای تحلیل این گونه سازه ها نیاز به تحلیل غیر خطی هندسی می باشد. راهکار هم چرخشی، یکی از روش های کاربردی و عملی تحلیل غیر خطی هندسی است. هدف از این پژوهش، ارائه یک روش جدید هم چرخشی برای تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دوبعدی بر مبنای کرنش های کوچک می باشد. شیوه ی هم چرخشی، امکان جداسازی حرکت جسم سخت و کرنش های کوچک را برای جزء میله ای فراهم می آورد. بنابراین به دو دستگاه مختصات کلی و محلی نیاز است. برای کرنش های کوچک در دستگاه مختصات محلی، ماتریس سختی خطی جزء دو گرهی بکار گرفته شد. در ادامه، با نوشتن رابطه های هم چرخشی ماتریس انتقال برای این جزء استخراج می گردد. با بهره جویی از این ماتریس انتقال، ماتریس سختی مماسی و بردار نیروهای گرهی جزء در دستگاه مختصات کلی بدست می آید. در پایان با آزمون های عددی دقت شیوه ی پیشنهادی در تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دو بعدی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها، تایید کننده دقت بسیار بالای شیوه ی پیشنهادی در تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دو بعدی، می باشند.
    کلیدواژگان: اجزای محدود، خرپای دو بعدی، روش هم چرخشی، تحلیل غیرخطی هندسی
  • احمد یاوری، محمدحسین ابوالبشری* صفحات 151-164
    هدف این مطالعه بررسی تاثیر توزیع ماده و شرایط مرزی دمایی مختلف بر میدان تنش دیسک دوار تو خالی ساخته شده از مواد هدفمند است. برای این منظور سه مسئله با چهار تابع توزیع خواص ماده و سه شرط مرزی دمایی، به صورت مجزا مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع مدول یانگ، چگالی و ضریب انبساط حرارتی به صورت تابعی از شعاع و ضریب پواسون به دلیل داشتن مقداری برابر در دو ماده ی در نظر گرفته شده، به صورت یکنواخت بیان می شود. ابتدا با فرض رفتار الاستیک-پلاستیک کامل برای ماده، میزان پلاستیک شدگی دیسک با توزیع خواص ماده ی خطی، توانی، نمایی و لگاریتمی در سه شرط مرزی دمایی مختلف مورد بررسی قرار گرفته، توزیع مناسب تر برای مینیمم کردن ناحیه ی پلاستیک شدگی مشخص می شود. در ادامه با فرض ثابت بودن سرعت دورانی، شرایط مرزی دمایی و شعاع داخلی و خارجی دیسک، با استفاده از معیار تنش فن میزز و روش تاگوچی، توزیع خواص ماده ی مناسب برای کمینه کردن تنش فن میزز بیشینه، در هر کدام از شرایط مرزی دمایی معرفی می شود. در پایان با بهره گیری از روش تاگوچی حساسیت تنش فن میزز نسبت به سرعت دورانی، شرایط مرزی دمایی و نوع خواص ماده در شعاع داخلی و خارجی بررسی می شود. دیده می شود که بیشینه ی تنش فن میزز به فاکتور توزیع دما نسبت به فاکتورهای توزیع ماده و سرعت دورانی، حساسیت بیشتری از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مواد هدفمند، دیسک دوار، ترموالاستیک، تنش، کرنش
  • هادی سلیمی، میلاد نورآبادی، جعفر اسکندری جم* صفحات 167-172
    در این مقاله ارتعاشات آزاد پوسته استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده با ریب محیطی به روش تحلیلی و المان محدود بررسی شده است. ابتدا معادلات تعادل بر مبنای تئوری کلاسیک ارائه شده است. سپس ماتریس سختی، جرم و معادله فرکانسی سازه استخراج شده است. در ادامه با استفاده از روش عددی گالرکین معادلات مربوطه حل شده است. تحلیل استوانه تقویت شده کامپوزیتی تحت دو حالت شرایط مرزی یک سر گیردار و دوسرگیردار انجام شده و نتایج تحلیلی و عددی با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که تقویتی های محیطی باعث افزایش سختی محیطی و در نتیجه افزایش فرکانس های خمشی محیطی سازه می گردند. در مطالعه حاضر از راستی آزمایی نتایج حاصله با مراجع موجود استفاده شده است.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، ریب، ارتعاشات آزاد، گالرکین
|
  • M. Amiri *, Sh Yousefi Pages 1-10
    In this paper, the accuracy of AL7075 electrical discharge machining was investigated. The experimentation based on Statistical Design of Experiment methodology was conducted by selecting five process inputs including Peak current, Off-time period, Voltage, Discharge time and Polarity with the aim of studying four outputs which are Surface roughness, Material removal rate, Over cut and also, Wear of the tool. The purpose of this research is access to a final machining part with a desirable surface quality along with the minimum possible deviation from nominal tolerances under different parametric settings. The results indicate that the machining quality is functionalized directly through the inputs. Interestingly, the figures related to tool wear is considerable lower than initial expectation of Aluminum EDM. Selection of machining polarity did not have priority on electrode wear here however; other responses were dramatically affected by this factor. Between all of the existed parameters in the process, the most influential one was peak current in so far to have a machining with higher accuracy and quality, its relevant level must be kept at least as much as possible whereas, in this case, this selection will lead to a condition with a smaller material removal rate. Accordance to Grey Relational Analysis, a simultaneous calculation performed on the four responses: wear rate , material removing rate, overcut and Surface roughness and the parametric treatment for an acceptable machining in terms of quality and time, suggested as I = 8A, Ton = 50µs, Toff = 5 µs, V = 40v and P = 0. It should be noted that on the basis of relative degrees of gray as the primary and secondary quantitative index optimization, by selecting this parameter, the overall performance is improved by about 20% .
    Keywords: Tool wear, Material removal rate, Aluminum electro discharge machining, Surface accuracy
  • Gh. Pouryoussefi *, M. Mirzaei, M. Hajipour Pages 11-18
    In this paper, an experimental research was carried out for investigating the characteristics of the flow pattern and separation region behind a backward-facing step (BFS) with low expansion ration (aerodynamic step), in the Reynolds number range of 18000
    Keywords: Backward, facing step, Pressure distribution, Separation bubble, Flow recovery, Vortex shedding
  • A. B. Khoshnevis *, M. J. Ezadi Yzadi Pages 19-30
    An experimental investigation on the cylinder having a length of 390 mm and a diameter of 20 mm at Reynolds number 18750 has been done. At the first, mean streamwise velocity profiles, then streamwise turbulence intensity profiles fixed and rotating circular cylinder (for spans 1000, 2000 and 3000 rpm) at three stations (x=30, 60,120 mm) behind the cylinder are discussed and compared. In order to measure the mean velocity and turbulence intensity, the hot-wire anemometry has been used. Also, the Strouhal number of fixed and rotating cylinders is compared. The results show that by increasing the rotational speed at a constant Reynolds number, if the direction of the cylinder is the agree of the fluid movement, the width of wake becomes smaller, and the Strouhal number of the wake associated with the Karman vortex increases. At the stations of 1 and 3 turbulences the rotating cylinder is more than the fixed cylinder, and the second station turbulences fixed cylinder is more than the rotating cylinder. It is found that by increasing the rotational speed, the parameters of drag coefficient and velocity defect reduce. By increasing the rotational speed, the drag coefficient reduced by about 10%.
    Keywords: Hot, Wire Anemometry, Fixed, Rotating cylinder, Flow wake, Drag coefficient
  • A. Zamani Zakari, H. Biglari* Pages 31-39
    In this research, free vibration analysis of single and double walled carbon nanotubes (DWCNT) are considered, Analytical and numerically. In FEM simulation, two node beam elements are used and spring elements added as Van Der Waals (VDW) interaction forces between various walls of nanotube. For the first time in this research, the effect of nonlocal forces are prescribed as inclined nonlinear spring elements between nanotube walls. For better understanding of nonlocal force effects, free vibration analysis of DWCNT is performed analytically and numerically without nonlocal effect, too. In the analytical section, parabolic shear deformation theory is used. The nonlocal mode of FEM shows higher non-dimensional natural frequencies as compared to the analytical and linear FEM solutions. The later result is because of the increment in the flexural stiffness of simulated nanotube, by addition of nonlocal springs. However in the higher mode frequencies, the effects of nonlocal forces are reduced. Thus, nonlocal effect is higher in low frequency mode numbers. By comparing the results of analytics and FEM results, there shown more agreement between them by raising up the frequency mode number.
    Keywords: Carbon nanotube, Free vibration, Finite element analysis, Nonlocal effect
  • S. A.H. Zamzamian*, M. Tajik, E. Imani Pages 41-49
    The objectives of this paper are to examine the effect of nanoparticles on flat-plate collector efficiency. This study employes direct synthesis method to prepare Cu–water nanofluid to serve as a working experiment fluid in a solar collector. ASHRAE 93 was used to test the solar collector. According to the experimental results, the collector efficiency washigher when the concentration of nanoparticles was raised and the results show that the efficiency of collector at 0.05wt%was approximately 24%more than that of the pure base fluids for given conditions. This study confirms thatnanofluids will have considerable potential for use in solar collectors.
    Keywords: Heat Transfer, Solar collector, Flat Plate, Solar thermal, Nanofluid
  • H. Zharfi, H. Ekhteraei Toussi* Pages 51-59
    Rotating discs have been used in numerous industrial machineries. In most of these applications discs are worked at high temperatures and high rotational speeds. Such a working conditions lead to the more sever thermo-mechanical stresses in rotating discs. In this situation of high temperature and stress the creep phenomenon is the most important and it can impose the irreversible damages to structure. Therefore it is important to investigate the creep behavior in rotating discs. Studies have shown that the creep is entirely dependent on the material structure. In recent years using of a new type of material called functionally graded materials (FGM) has been expanded continuously. Nowadays the functionally graded materials are used in construction of various component of machinery including rotating discs because of their spatial benefits. As a result the creep analysis in FGM rotating discs is a valuable problem. In this paper the rotating discs steady state creep equations are extracted and the effect of particle distribution and threshold volume fraction as well as prevailing temperature on the creep rates and stress fields of FGM rotating disc are investigated.
    Keywords: Creep, FGM rotating disc, Particle volume fraction, Temperature
  • M. Sadeghi, M. Seyedimohamadi*, R. Khoshbakhti Pages 61-71
    In this paper, a new 1-dimensional model is developed to predict the ejector performance. This model is based on the gas dynamics with the principles of mass, momentum and energy conservation. The model is able to calculate the ejector entrainment and area ratios for different thermodynamic conditions with high accuracy. Due to the frictional losses in different parts of the ejector, isentropic efficiencies are considered for the ejector. The results of the validation show that the maximum relative difference, compared with the experimental data, in calculating the area and entrainment ratios are 13.27% and 5.8% respectively, when in the one dimensional model reported in the literature these values are 22.04 % and 9.78 % respectively. The results also indicate that with decreasing the ejector back pressure or increasing the evaporator pressure, area and entrainment ratios of the ejector increase.
    Keywords: Ejector, Ejector refrigeration cycle, viscosity, Area ratio, Entrainment ratio
  • A. Alipoor, K. Mazaheri * Pages 73-85
    In the present study, Repetitive extinction-ignition dynamics for premixed hydrogen-air mixture is investigated numerically in a heated micro channel. Low Mach number approach is considered for governing equations in numerical simulation. Also detailed chemistry and different mass diffusivity of species is utilized. The effect of inlet velocity, equivalence ratio and channel height are studied on repetitive extinction-ignition dynamics using two parameters, amplitude and frequency. The results show that the amplitude of repetitive extinction-ignition dynamics increases with increasing the inlet velocity, while the frequency has a descendingascending behavior. The rising of equivalence ratio from 0.5 to 1 and channel height from 0.4 mm to 1mm lead to growth of amplitude and frequency reduction. Bifurcation of propagating flame is also investigated by hydrodynamic and kinetic approach. Details of flow field indicate that bifurcation of flame is due to creation of recirculation zones formed close to the walls at the beginning of ignition phase. The presence of water in the zone between two propagating flame can be the main reason of bifurcation flame which is obtained from kinetic analysis.
    Keywords: Combustion in micro scale, Repetitive extinction, ignition phenomenon, Bifurcation, Amplitude, Frequency
  • J. Alizaeh Kaklar* Pages 87-94
    Elliptical subsurface cracks, under rolling contact fatigue, are special due to the coupling of the fracture modes and the crack closure. In this paper, the ability of the matrix of two dimensional weight function, to analyze the completely closed subsurface crack is investigated. Weight function method has a super position base and so, the ability is evaluated for the frictionless contact between crack surfaces. To do this, mixed mode stress intensity factors of a subsurface crack front under semi-ellipsoid of contact pressure are calculated using the matrix of two dimensional weight function and subsurface stress field. The results are compared to finite element stress intensity factors with high accuracy. It is concluded that the matrix of weight function is able to quick analyze the completely closed subsurface crack with high accuracy if the compression normal stress is vanished. Also, the effects of the aspect ratio and depth of the crack on the stress intensity factors are investigated.
    Keywords: Completely closed crack, Subsurface crack, Matrix of weight function, frictionless contact
  • J. Ghasemi*, M. Nazari Pages 95-101
    Experimental study of convective heat transfer behavior and the AC dielectric breakdown voltage of nano oil for use in transformers is the main scope of this work. The nano oil containing colloidal magnetic Fe3O4 nanoparticles at different volume concentration and the Nytro Libra oil that is the conventional oil in power transformers has been considered as the base fluid. The convective heat transfer behavior was studied by using an experimental setup in laminar flow regime and under constant heat flux. The AC dielectric breakdown voltage by usingBA100 portable dielectric oil tester according to IEC 60156 was carried out. Results show that nano oil with 23 nanometer size and volume concentration of 0.1% has convective heat transfer coefficient to 4.5% higher than the base oil. The AC dielectric breakdown voltage improved 23.8% for nano oil with volume concentration of 0.1% compared to the base oil. The results of the convective heat transfer coefficient behavior of nano oil were compared with othe researchers.
    Keywords: Transformer Oil, Convective Heat Transfer, Nano Oil, Nanoparticles, Dielectric breakdown voltage
  • A. Karimi, R. Alizadeh*, H. Soltani Pages 103-110
    In this paper, an analytical study has been carried out in homogeneous porous media and in the fully developed pipe flow, as constant heat flux tube wall from outside influences. Using a mathematical model, the equations of continuity, momentum, and energy dissipation due to viscous friction intended heat of the semester in which it is, Analytical solution for the profile of velocity, temperature and Nusselt number (Nu) obtained versus dimensionless Darcy numbers (Da) (represents the relative effect of the permeability of the medium versus its cross-sectional area commonly the diameter squared) and Brinkman (Br *) which is a dimensionless number related to heat conduction from a wall to a flowing viscous fluid. The profile of velocity, for smaller Darcy numbers uniformly in the central region of the tube, whereas in the area near the wall has sharp slope. The effect of these parameters was observed on the Nusselt number in certain Brinkman (as shown by Brc *) and also Darcy can be changed with the Nusselt number. Using curve fitting techniques, function of Brc * was obtained Darcy number with good accuracy.
    Keywords: Viscous dissipation, Forced convection, Porous media, modified Brinkman
  • A. Kianpoor, K. Jahani* Pages 111-123
    In this paper, energy harvesting from base vibration of cantilever beam is considered.With taking into account the high electromechanical coupling of piezoelectric materials in comparison to other vibration energy harvesting methods, the considered structure of energy harvester is a three layers beam that consists of one metal substrate layer and two piezoelectric layers at up and down of it and a proof mass at free end.The considered harvester is modeled in ANSYS finite element software using CPC-FEM technique and effects of geometrical parameters of energy harvester on mechanical and electrical behavior of it are investigated. The optimized dimensions of harvester by using genetic algorithm (GA) are presented and the achieved results from CPC-FEM technique are compared with analytical method counterparts. Results indicate that finite element and analytical methods have an acceptable adaptation. But, because of considering the stress strain relation at whole of beam length with electrode, finite element method presents the accurate results. Also, results show that piezoelectric energy harvester can harvest 4.4 mW power and 9.3 Vvoltage at optimum electrical resistance of 10kohm that is sufficient to power sensor nodes and other low consumer electronic equipments.
    Keywords: Energy harvesting, Finite Element Method, Piezoelectric, Optimizing, Geometrical Parameters
  • A. Mamandi *, M. Rajabi Pages 125-139
    In this paper, the fracture analysis and fatigue crack growth life assessment for a gas turbine blade of the hot gas path is studied. At first, applying FEM analysis using ANSYS software, the stress analysis for the turbine balde with no crack in the case of of steady state full load condition has been performed. In this way, thermomechanical loadings, i.e., rotational speed, temperature and pressure distributions are all included in the analysis. From the outcome results the critical regions on the blade airfoil surfaces having high stresses are recognized. Then, after modeling the crack in these regions the fatigue crack growth life assement analysis has be done. To do this, using ANSYS software the crack stress intensity factors (KI) for the cracks with different dimensions has been calculated. Having on hand the obtained values for KI in conjucture with the specified graph for the crack growth rate, i.e., (da/dN) vs. the.crack intensity factor for the blade material, the cyclic crack growth rate for the cracks with different dimension ratios (a/c) can be obtained. Finally, using numerical integration method, the number of cyles Nf to reach the critical crack depth value (af) for the turbine balde has been calculated.
    Keywords: Gas turbine, Fracture mechanics, Hot gas path compressor turbine blade, Fatigue crack growth, Life assessment
  • A. Moallemi, Oreh, M. Karkon* Pages 141-149
    Most structures experience large deformations under applied loads. Due to the deforming of geometry of structures, geometrical nonlinear analysis is needed. The co-rotational method is a simple and practical technique for nonlinear geometrical analysis. In this technique, unlike other nonlinear methods, is supposed the strain of the element to be small. The aim of this research is to develop a new co-rotational method for geometrical nonlinear analysis of two-dimensional truss structures based on small strains. A co-rotational method makes the separation of rigid body motion and small strains possible for a truss element. Therefore, global and local coordinate systems are utilized. Linear stiffness matrix of two-node element is used for small strains in local coordinate systems. Then, by writing co-rotational equations, transformation matrix is introduced for this element. The transformation matrix is used to calculate tangential stiffness matrix and element node force vector in global coordinate systems. At the end, the accuracy of the proposed method is evaluated by numerical tests. These tests confirm high accuracy of the proposed element for geometrical nonlinear analysis of twodimensional truss structures.
    Keywords: Finite Element, Two, Dimensional Truss, Co, rotational Method, Geometrical Nonlinear Analysis
  • A. Yavari, Mh Abolbashari* Pages 151-164
    This study aims at investigation the effects of material distribution and thermal boundary condition on stress field of FGM rotating hollow disk. For this purpose, three different problems with four distribution functions for material properties and three different thermal boundary conditions have been applied. Young’s modulus, density, and coefficient of thermal expansion distributions are defined as functions of the radius, and Poisson's ratio is assumed uniformly because it has equal value in two considered materials. The first, with assumption of elastic perfectly plastic behavior for material, disk plastic area rate with linear, power, exponential, and logarithmic material property distributions at three different temperature boundary conditions is studied and the best distribution for minimizing plastic area is detected. In the following with the assumption of constant rotational speed, thermal boundary conditions and external and internal radius of the disc, by utilizing criterion Von-Mises stress and the Taguchi method, the distribution of material properties for minimizing the maximum Von-Mises stress in each of the thermal boundary conditions is introduced. Finally, the sensitivity of Von Mises stress subject to the rotational speed, thermal boundary conditions, and material properties of the inner and outer radii is investigated by utilizing the Taguchi method. It’s concluded that the sensitivity of maximum Von-Mises stress to temperature distribution is more than to material distribution and rotating speed.
    Keywords: FGM, Rotating Disk, Thermo Elastic, Stress, Strain
  • H. Salimi, M. Noorabadi, J. Eskandarijam* Pages 167-172
    In this article, free vibration of a composite cylindrical shell reinforced with circumferential rib have been analyzed with analytical and numerical approach. The equilibrium equations based on the classical theory are presented. The stiffness and the mass matrix, and the structural frequencyequationsarederived. Then, using the numericalGalerkin solutionthe equations were solved. The results of Analysis of reinforced composite cylinders under S-C and C-C boundary conditions are compared with each other. The results show that the circumferential ribs increase the transverse stiffness and the flextural frequencies of the structure. In the present study,the results wereverified with existing resources.
    Keywords: Cylindrical shell, Rib, Free vibration, Galerkin method