فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 2 (اردیبهشت 1396)
  • سال هفدهم شماره 2 (اردیبهشت 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/01/20
  • تعداد عناوین: 48
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • محمدرضا مصدقی، هادی صلواتی*، یونس علیزاده، امیر عبدالله صفحات 1-9
    در این مقاله اندازه گیری بار بحرانی شکست در نمونه های مرتبه ای ساخته شده از مس و فولاد ابزار به دو روش حل عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا نمونه های مرتبه ای دارای شیار U-شکل در حالت توقف گر شیار با استفاده روش ذوب دوباره سرباره ای ساخته شدند. سپس جهت مشخص کردن محل لایه های مرتبه ای، نمونه ها مورد آزمون سختی راکول A قرار گرفتند. در این نمونه ها خواص مکانیکی ازجمله مدول الاستیسیته و ضریب پواسون در عرض نمونه با توجه به مرتبه ای بودن آنها، متغیر می باشند. در ادامه نمونه ها تحت آزمون خمش سه نقطه در مود اول بارگذاری قرار گرفته و بار بحرانی شکست آنها از طریق نمودار نیرو جابجایی به دست آمد. همچنین با شبیه سازی این آزمون در نرم افزار المان محدود، ابتدا مقدار بحرانی انتگرال J برای هر یک از نمونه ها به دست آمده و با استفاده از آن، مقدار بار بحرانی شکست نیز ارزیابی شد. در این تحقیق به ازای عمق های مختلف نوک شیار، اثر تغییر شعاع شیار بر روی مقدار بحرانی انتگرال J و بار بحرانی شکست نمونه مرتبه ای و نمونه همگن متناظر آن اندازه گیری شده و مورد مقایسه قرارگرفته اند. میانگین اختلاف بار شکست پیش بینی شده توسط معیار انتگرال J با نتایج تجربی برابر با 84/17 درصد است. در پایان تاثیر تعداد لایه های ناحیه مرتبه ای بر روی انتگرال J بحرانی و بار شکست بررسی شده و نشان داده شد که اگر تعداد لایه ها بیشتر از 20 باشد، تعداد لایه ها تاثیری بر روی نتایج ندارد.
    کلیدواژگان: بار شکست، ماده مرتبه ای، انتگرال J، ذوب دوباره سرباره ای، شیار U، شکل
  • حسین فتحی، سید حسین منصوری*، امیر رئوف صفحات 10-18
    با توجه به اهمیت تاثیر شکل ساختاری و میزان حد اشباع لایه ی کاتالیزور کاتدی بر عملکرد پیل سوختی غشایی یک مدل میکروسکوپی به منظور شبیه سازی فرایندهای انتقال در این لایه ارائه می گردد. براساس این مدل، عامل پیچ و خم و ضریب نفوذ موثر لایه ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع های متفاوت به دست آمد. نحوه ی توزیع آب از حل معادلات جریان دوفازی با استفاده از روش حجم سیال حاصل گردید. در این تحقیق، ساختار لایه ی کاتالیزور با بهره گیری از فرض وجود آگلومره های کربنی به-صورت دایره و کره های هم اندازه به ترتیب در محیط های دوبعدی و سه بعدی ایجاد گردید. برای قرارگیری آگلومره ها در سیستم از یک الگوریتم ترتیبی استفاده شد. مقایسه-ای بین نتایج به دست آمده از میدان حل دوبعدی و سه بعدی انجام گردید. به علت عامل پیچ و خم بیشتر محیط دوبعدی از محیط سه بعدی، مقدار کمتری برای ضریب نفوذ موثر محیط دوبعدی به دست آمد. با این حال، ملاحظه گردید که منحنی تغییرات نتایج بر حسب ضریب تخلخل تقریبا یکسان است. ضریب نفوذ موثر لایه ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع های مختلف به دست آمد. با توجه به نتایج، افزایش حد اشباع باعث کاهش ضریب نفوذ موثر می شود که این امر به علت بسته شدن مسیرهای عبور گاز توسط آب موجود در سیستم است. همچنین، کاهش ضریب تخلخل باعث کاهش ضریب نفوذ موثر لایه ی کاتالیزور می گردد که این امر به علت افزایش عامل پیچ و خم است. کاهش ضریب نفوذ موثر اکسیژن در لایه ی کاتالیزور کاتدی باعث کاهش غلظت اکسیژن موجود در محل واکنش الکتروشیمیایی و در نتیجه موجب افت کارایی پیل سوختی غشایی می گردد.
    کلیدواژگان: مدل سازی میکروسکوپی، لایه ی کاتالیزور کاتدی، جریان دوفازی، پیل سوختی غشایی، ضریب نفوذ موثر
  • علی اکبر آقاکوچک*، سید حامد خلیل پور، قاسم دهقانی صفحات 19-28
    انفجار یکی از مخاطرات جدی در صنایع پتروشیمی و سکوهای استخراج نفت و گاز محسوب می گردد. مخازن تحت فشار در تاسیسات فوق به دلیل اینکه در اثر انفجار می توانند خسارات بسیار زیادی را به دیگر بخش ها وارد کنند، بسیار بااهمیت می باشند. در طراحی های صنعتی بار انفجار خارجی به صورت یک بار یکنواخت به یک وجه از مخازن تحت فشار اعمال می گردد. در این مطالعه تلاش می شود توزیع واقع بینانه تری مطابق با آنچه در آزمایشات به دست آمده، ارائه گردد. این مطالعه شامل بررسی صحت استفاده از قابلیت اولرین در نرم افزار اجزای محدود آباکوس جهت انجام تحلیل های کوپل نشده اولرین-لاگرانژین می باشد. نتایج به دست آمده در این تحقیق نشان می دهد که استفاده از محیط اولری در نرم افزار اجزا محدود آباکوس در نقاطی که اثر آشفتگی زیاد نیست، تطبیق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد اما در نقاطی که اثر آشفتگی و تشکیل گردابه ها افزایش می یابد، خطا در مدل عددی نیز افزایش پیدا می کند. همچنین نتایج به دست آمده از تحقیق نشان می دهد، روشی که به صورت معمول جهت اعمال بار انفجار به اجسام سیلندری شکل استفاده می شود، اختلاف زیادی با نتایج به دست آمده از شبیه سازی های عددی و نتایج آزمایشگاهی دارد. به همین منظور بر اساس نتایج مطالعات عددی روابطی برای محاسبه توزیع فشار برای قطرهای مختلف از اجسام سیلندری شکل در حالت قائم و افقی ارائه می گردد که می تواند در تحقیقات آتی و یا طراحی های صنعتی مورداستفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی انفجار، محیط اولرین، اجسام سیلندری شکل، مخازن تحت فشار، سیستم های لوله کشی
  • محمود فرزانه گرد*، محسن جنت آبادی صفحات 29-40
    جایگزینی شیرهای انبساطی مورد استفاده در ایستگاه های تقلیل فشار گاز توسط موتور انبساطی، جهت بازیافت انرژی هدر رفته به منظور تولید برق هدف اصلی از انجام این تحقیق می باشد. در موتورهای انبساطی از دریچه هایی برای ورود و خروج گاز استفاده شده است. هندسه شیر کنترلی قرار گرفته بر روی این دریچه ها بیشترین تاثیر را در عملکرد این موتورها دارد. در این تحقیق برای اولین بار شبیه سازی و بهینه سازی زمان مناسب باز و بسته شدن این دریچه ها با توجه به هندسه دو نوع شیر پیستونی و سیلندری به منظور حداکثر کردن راندمان اگزرژی صورت گرفته که از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی این زمان بندی استفاده شده است. شبیه سازی با توجه به ترکیبات گازی ایستگاه های مختلف صورت گرفته که برای محاسبه خواص ترمودینامیکی گاز طبیعی از استاندارد AGA8 استفاده شده است. عدم برگشت جریان در دریچه ها به عنوان قید مورد نظر جهت بهینه سازی مورد نظر قرار گرفته است. نتایج نشان داد که در شیر پیستونی اتلاف اگزرژی در زمان تخلیه و در شیر سیلندری در فرآیند ورود گاز به مراتب بیشتر از منابع دیگر در اتلاف اگزرژی سهیم می باشد. بطور کلی موتور با شیر سیلندری نسبت به موتور با شیر پیستونی از عملکرد بهتری برخوردار است. در نهایت تغییر فشار خط تغذیه ایستگاه نیز نشان داد که در فشار 30 بار امکان استفاده از موتور با شیر سیلندری وجود ندارد، زیرا موتور قادر به تولید توانی نخواهد بود.
    کلیدواژگان: موتور انبساطی دو طرفه، بازیابی انرژی، بهینه سازی، راندمان اگزرژی، الگوریتم ژنتیک
  • رضا سهیلی فرد* صفحات 41-46
    بسیاری از پدیده های سلولی و بیومولکولی در مقیاس های طولی و زمانی بزرگ رخ می دهند که این امر شبیه سازی کامپیوتری آن ها را در مقیاس اتمی غیرممکن می سازد. ازاین رو، درشت دانهسازی به مثابه پلی برای کوتاه کردن فاصله در مقیاس طولی و زمانی بین یک پروسه بیولوژیکی و مدل اتمی آن مورد توجه قرارگرفته است. علاوه بر این، در بسیاری از حالت ها مشاهده می گردد که دینامیک یک سیستم بر حسب مختصات تجمعی بهتر بیان می گردد. لذا در این مطالعه یک روش درشت دانه سازی برای دینامیک پروتئینها با استفاده از مختصات تجمعی باقی مانده ها به جای مختصات اتمی معرفی می گردد. در این روش یک نگاشت معکوس پذیر مستقل از زمان برای ارتباط مختصات اولیه و مختصات مرکز جرم تعریف شده و سپس، فضای پیکربندی سیستم تبدیل یافته به درجات آزادی اصلی و وابسته تقسیم می گردد. با فرض اینکه درجات آزادی اصلی کندتر از درجات آزادی وابسته باشند، جابجایی این درجات آزادی نسبت به متغیر زمان بسط تیلور داده شده و نهایتا این روش منجر به ایجاد ماتریس سختی، اصطکاک و جرم برای سیستم درشت دانه بر حسب مختصات تجمعی با قی مانده ها می شود. دو مختصات مرکز جرم و مرکز مقاومت هیدرودینامیکی باقیمانده ها به عنوان مختصات تجمعی در نظر گرفته شد. با اعمال این روش در مطالعه رفتار دینامیکی چند پروتئین نشان داده شد که این روش کارایی فوق العاده در پیشبینی مود و نرخ رهایش پروتئین ها دارد. همچنین نشان داده شد مختصات مرکز مقاومت هیدرودینامیکی گزینه مطلوب تری جهت انتخاب برای مختصات تجمعی می باشد.
    کلیدواژگان: درشت دانه سازی، مختصات تجمعی، مرکز جرم، رهایش، دینامیک پروتئین، مرکز مقاومت هیدرودینامیکی
  • سروش امیددزیانی، رمضانعلی جعفری تلوکلایی*، مریم عابدی، حامد افراسیاب صفحات 47-57
    در این مطالعه تحلیل ارتعاش هیدرواستاتیکی یک میکرو ورق ایزوتروپیک مستطیلی در تماس با سیال محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. تئوری تنش کوپل اصلاح شده بر مبنای فرضیات ورق کلاسیک (کرشهف) به منظور مدلسازی ریاضی مسئله بکار برده شده است. با استفاده از اصل همیلتون توسعه یافته، معادله دیفرانسیل حاکم بر حرکت و شرایط مرزی مربوطه استخراج شده است. سپس با استفاده از توابع مجاز، که الزاما شرایط مرزی هندسی مسئله را ارضا می نمایند، جابه جایی های عرضی ورق تقریب زده می شود. سیال غیر قابل تراکم، غیر لزج و غیر چرخشی فرض شده و تابع پتانسیل سرعت آن نیز با استفاده از شروط مرزی و سازگاری بدست خواهد آمد. در ادامه با کمک روش رایلی ریتز فرکانس های طبیعی میکرو ورق بدست می آید. به منظور اعتبار سنجی نتایج، فرکانس های طبیعی ماکرو ورق مستطیلی در تماس با سیال با نتایج موجود در پژوهش های گذشته مقایسه شده و تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. در نهایت با استفاده از نتایج بدست آمده، تاثیر پارامترهای مختلف نظیر نسبت ضخامت به پارامتر مقیاس طول، نسبت طول به عرض، نسبت طول به ضخامت ورق و نیز شرایط مرزی بر فرکانس های طبیعی به تفصیل بررسی شده است. مشاهده شده است که برای صفحه با ضخامت پایین، تفاوت بین فرکانس های طبیعی پیش بینی شده با تئوری کلاسیک و تئوری تنش کوپل اصلاح شده زیاد می باشد اما با افزایش ضخامت صفحه این تفاوت از بین می رود.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، میکرو ورق مستطیلی، سیال، پارامتر مقیاس طول
  • رضا عمویی دیزجی، مجتبی یزدانی* صفحات 58-64
    در این مقاله، تاثیر افزودن نانو ذرات سیلیکا و نانو لوله های کربنی چند دیواره بر پاسخ ضربه سرعت پایین مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. نانو مواد مرکب با زمینه اپوکسی و با 11 لایه الیاف کربن بافته شده با جرم واحد سطح 200 گرم بر متر مربع، رزین R510 ، سخت کننده H515 و با کسر حجمی الیاف 66 درصد و به روش انتقال رزین به قالب توسط خلا ساخته شده است. نمونه ها با درصد جرمی 1 درصد نانو سیلیکا و نانو لوله های کربن چند دیواره ساخته شدند. همچنین کارال آماده شده از دو رویه آلومینیوم با آلیاژ 2024 ساخته شده است. آزمایش های ضربه سرعت پایین با استفاده از دستگاه ضربه افتان در انرژی های 20، 40 و 60 ژول با سرعت های 2.6، 3.68 و 4.5 متر بر ثانیه انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایش ضربه سرعت پایین نشان دهنده این است که نانو لوله های کربنی موجب بهبود عملکرد مواد مرکب فیبر- فلز شده، همچنین تاثیر نانو لوله های کربنی چند دیواره در بهبود خواص ضربه کامپوزیت چند لایه فیبر- فلز بهتر از تاثیر نانو سیلیکا است. چسبندگی و پخش شوندگی بهتر نانو لوله های کربنی و ایجاد اتصال بین لایه ای قوی یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار در پاسخ ضربه نمونه تقویت شده با نانو لوله کربن چند دیواره نسبت به نانو سیلیکا است.
    کلیدواژگان: الیاف کربن بافت ساده، نانو لوله های کربنی چند دیواره، نانو سیلیکا، روش انتقال رزین به قالب توسط خلا، ضربه سرعت پایین
  • رضا شمسی، حسن قاسمی* صفحات 65-76
    سیستم های رانش پاددار یکی از آخرین نوآوری ها در زمینه سیستم های رانش دریایی می باشند. تحلیل هیدرودینامیکی این سیستم پیچیده تر از سیستم های رانش معمولی پروانه و سکان است. روش های عددی مختلفی در تحلیل هیدرودینامیکی سیستم رانش پاددار استفاده گردیده است. محدوده این روش ها شامل روش های پتانسیل کامل تا روش های کاملا ویسکوز می باشد. رویکرد ما در این مقاله استفاده از روش های ترکیبی است. هدف اصلی این تحقیق توسعه یک روش عددی ترکیبی بر مبنای روش های پتانسیل و ویسکوز به منظور تحلیل هیدرودینامیکی سیستم های رانش پاددار است. در این روش ترکیبی پیشنهادی پتانسیل و ویسکوز، جریان حول اجزای چرخشی (پروانه) بوسیله یک کد پتانسیل توسعه داده شده به روش المان مرزی شبیه سازی شده است. سپس از یک حل گر ویسکوز بر مبنای حل عددی معادلات متوسط گیری شده ناویر- استوکس برای تحلیل جریان حول اجزای غیر چرخشی (پاد و استرات) استفاده می شود. در این بخش اثر پروانه به وسیله یک توزیع پراکنده نیرو معادل بیان می گردد که به صورت نیروهای حجمی به سمت راست معادله مومنتوم اضافه می گردد. در این حالت دو سیکل انتقال برای کوپل نتایج بین دو حل گر پتانسیل و ویسکوز وجود دارد. در مرحله نخست دقت این روش ترکیبی با تحلیل هیدرودینامیکی یک پروانه به تنهایی مورد بررسی و معتبرسازی گردید. در ادامه کل سیستم رانش پاددار در جریان مستقیم با استفاده از روش پیشنهادی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله شامل ضرایب تراست و گشتاور پروانه و نیروی کل سیستم رانش می باشد. در ادامه نتایج بدست آمده با نتایج تجربی مقایسه شده است و دقت این روش ترکیبی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: روش ترکیبی، روش المان مرزی، روش معادلات متوسط گیری شده ناویر، استوکس، سیستم رانش پاددار
  • مهدی آهنگر *، اکرم صدیق صفحات 77-84
    در این پژوهش، مشخصه های الکتروگرمایی آند به صورت تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور دو زیرناحیه جریان پلاسمای شبه خنثی و غیرخنثی در نزدیکی دیواره الکترود در نظر گرفته شده اند. برای ناحیه غیرخنثی یک رابطه بین افت ولتاژ و چگالی جریان با استفاده از معادلات بقای جرم و مومنتوم الکترون ارائه شده است. همچنین، برای تعیین افت ولتاژ و چگالی جریان در زیرناحیه جریان شبه خنثی، روابطی مبتنی بر معادله میدان مغناطیسی القایی و قانون اهم استخراج شده است. الگوریتم حل پیشنهادی مبتنی بر ارضای شرط پیوستگی جریان است که با استفاده از روش سعی و خطا همگرا می گردد. به منظور اعتبارسنجی الگوریتم تحلیلی توسعه داده شده، رانشگر پلاسمایی مغناطیسی دانشگاه پرینستون با جریان تخلیه الکتریکی 8 کیلوآمپر و دبی های جرمی ورودی 4 و 24 گرم بر ثانیه مطالعه شده است. نتایج تحلیلی به دست آمده نشان می دهد که تحت دبی های جرمی ورودی 4 و 24 گرم بر ثانیه به ترتیب، مقادیر شار حرارتی در بازه 480 تا 1350 و 400 تا 1490 وات بر سانتی متر مربع ، چگالی جریان الکتریکی در بازه 24 تا 90 و 33 تا 140 آمپر بر سانتی متر مربع و افت ولتاژ در بازه 5.8 تا 11 و 4.9 تا 6 ولت تغییر می کنند. الگوریتم تحلیلی، شار حرارتی، چگالی جریان الکتریکی و افت ولتاژ در امتداد لبه آند را مشابه داده های تجربی پیش بینی کرده است. مشاهده شده که چگالی جریان و شار حرارتی در نزدیکی وسط لبه آند، جایی که افت ولتاژ آند کمینه شده، بیش ترین مقدار خود را اختیار کرده است. با استفاده از قانون دوم ترمودینامیک نشان داده شد که تابع چگالی احتمال سرعت موثر دارای توزیع گاوسی است. بنابراین، تحت این شرایط انتروپی بیشینه شده و در نتیجه نمودارهای چگالی جریان و شار حرارتی قله ای شکل شده اند.
    کلیدواژگان: جریان پلاسما، غلاف آند، شار حرارتی، پارامتر هال، میدان مغناطیسی
  • آرمین نجاریان، روزبه شفقت* صفحات 85-92
    تقاضا برای شناورهای تندرو با توجه به کاربردهای مختلف، افزایش یافته است. کاهش نیروی مقاومت برای دستیابی به سرعت های بالا، از اهداف مهم در راستای طراحی شناورهای تندرو است. ایجاد تونل های جانبی طولی در بدنه باعث کاهش نیروی درگ می شود؛ اما طراحی شناور تنها با هدف کاهش مقاومت درست نبوده، بررسی پایداری و مانور نیز از فاکتورهای مهم است. در مقاله حاضر، با شبیه سازی عددی مانور دایروی به عنوان یک مانور استاندارد، کارایی شناور تونل دار مورد بررسی قرار گرفته است. دلیل به کارگیری روش عددی، دقت بالا و قابل قبول در مقایسه با مدل های ریاضی و هزینه کم تر نسبت به آزمون های تجربی است. از بین تکنیک های مختلف، در این کار با در نظر گرفتن حرکت مش به همراه شناور و ترکیب تکنیک مش لغزشی و حرکت انتقالی ناحیه به عنوان روشی کارا به مدل سازی مانور شناور پرداخته شد. از مزایای این تکنیک، کاهش زمان محاسبات و افزایش دقت حل است. گسسته سازی معادلات از نوع حجم محدود بوده، در شبیه سازی آشفتگی از مدلk-ω استفاده می شود. در مدل سازی سطح آزاد نیز مدل مختلط به روش سطح آزاد ترجیح داده شد. روش حل با نتایج تجربی یک شناور تک بدنه اعتبارسنجی شد. در بخش نتایج با ارائه ی مسیر حرکت شناور در آزمون های مختلف، تاثیر زاویه سکان، نیروی تراست و مود حرکتی شناور بر پارامترهای مانورپذیری شناور تونل دار بررسی می شود. نتایج نشان از بهبود مانورپذیری شناور تندروی تونل دار با نزدیک شدن به مود پروازی دارد؛ به طوری که با افزایش سرعت و در نزدیکی مود پروازی، قطر تاکتیکی تا 7.5 درصد نسبت به مود جابه جایی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: شناور تندرو تونل دار، دینامیک سیالات محاسباتی، مانور دایروی، مش لغزشی، قطر تاکتیکی
  • محمود مرادی *، امید مهرابی، طاهر ازدست، خالد بنیونیس صفحات 93-100
    در این پژوهش تاثیر فشار گاز و موقعیت نقطه کانونی بر کیفیت هندسی و صافی سطح شیار برش در برشکاری لیزری قطعات تزریقی پلی کربنات به ضخامت 3.2 میلی متر با استفاده از لیزر دی اکسید کربن پیوسته کم توان مورد بررسی قرار گرفته شده است. فشار گاز و موقعیت نقطه کانونی پارامترهای متغیر در تحقیق می باشند، در حالی که سایر پارامترها (توان لیزر و سرعت برشکاری) ثابت در نظر گرفته شده اند. آزمایش های فشار گاز با تغییر فشار گاز از 0.5 تا 3.5 بار و آزمایش های موقعیت نقطه کانونی با تغییر موقعیت نقطه کانونی از 0 تا -4 میلی متر صورت پذیرفت. کیفیت هندسی برش (عرض بریدگی بالایی، عرض بریدگی پایینی، میزان مخروطی بودن شیار برش و منطقه متاثر از حرارت بالایی ) و صافی سطح شیار برش به عنوان پارامتر خروجی فرآیند در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد فشارگاز و موقعیت نقطه کانونی تاثیر بسزایی درکیفیت درز برش دارد. افزایش فشار گاز و موقعیت نقطه کانونی لیزر عرض بالایی و پایینی را افزایش می دهد. همچنین نتایج حاکی از آن است که کاهش موقعیت نقطه کانونی و افزایش فشارگاز باعث کاهش منطقه متاثر از حرارت بالایی می شود. افزایش فشار گاز باعث کاهش زاویه مخروطی بودن شیار برش می شود و کاهش موقعیت نقطه کانونی باعث کاهش صافی سطح شیار برش می شود. مشاهدات نشان داد که قرارگرفتن موقعیت نقطه کانونی لیزر در عمق قطعه کیفیت برش لیزری را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: برشکاری لیزری، قالبگیری تزریقی، پلی کربنات، موقعیت نقطه کانونی، فشار گاز
  • داود رحمت آبادی، رامین هاشمی*، بیژن محمدی، تقی شجاعی صفحات 101-108
    فرآیند پیوند سرد نوردی یکی از روش های تولید ورق های لایه ای با جنس مشابه و غیرمشابه می باشد که در یک دهه اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این تحقیق برای اولین بار چقرمگی شکست تنش صفحه ای به صورت تجربی برای نمونه ی نازک دولایه آلومینیومی تولید شده به روش پیوند سرد نوردی با استفاده از نمونه-های کششی فشرده و مطابق با استاندارد ASTME561 مشخص شده است. چقرمگی شکست یکی از پارامترهای مهم ماده در طراحی می باشد که بررسی آن به منظور پیش-بینی عمر و رشد ترک مواد ترک دار در برابر اعمال تنش می باشد. علاوه بر بررسی چقرمگی شکست، خواص مکانیکی با استفاده از آزمون کشش تک محوره و میکروسختی و سطح مقطع شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که مقادیر استحکام کششی، میکروسختی و چقرمگی شکست برای نمونه ی دولایه به مراتب بیشتر از نمونه ی اولیه می باشد که نسبت به ورق اولیه به ترتیب 150%، 80% و 51% بهبود یافت. البته مقدار ازدیاد طول نیز کاهش می یابد. همچنین تصاویر میروسکوپ الکترونی نشان می دهد که میکروحفرات سطح مقطع شکست کم عمق تر می شوند که همین عامل تاییدکننده افزایش استحکام و کاهش شکل پذیری می باشد. البته نقش اصلی تغییرات ایجاد شده را اعمال کرنش زیاد و کار سرد ایفا می کند.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، نورد سرد پیوندی، ورق آلومینیوم 1050، خواص مکانیکی و میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • امیر مصطفی پور *، وحید محمدی نیا، مصیب احمدی صفحات 109-114
    یکی از جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید (SPD) ، روش اتصال پرس تجمعی (APB) می باشد که در آن انباشت کرنش باعث تغییرات شدید پلاستیکی و میکروسکوپی می شود. در این پژوهش نیز روش APB برای تولید کامپوزیت Al/Cu، با استفاده از ورق آلیاژی AA1100 و Cu خالص تجاری به ترتیب به عنوان فاز زمینه و فاز تقویت کننده مورد بکار برده شده است. ریزساختار نمونه های حاصل از فرآیند با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفته و همچنین مطالعه تغییرات خواص مکانیکی با استفاده از آزمون کشش و میکروسختی سنجی انجام شده است. نتایج مطالعات میکروساختاری نشان می دهد که با افزایش تعدا پاس های فرآیند، توزیع فاز تقویت کننده(Cu) در داخل شبکه آلومینیم بهبود یافته و منجر به شکست و تکه تکه شدن لایه های Cu در تمام طول نمونه شده است. همچنین استحکام نهایی، سختی و تغییرات طول کامپوزیت در این پژوهش با تکرار فرآیند تا سه پاس افزایش یافته بطوریکه استحکام نهایی کامپوزیت در پاس سوم به 375 مگاپاسکال رسیده که نسبت به آلومینیم اولیه3.1 برابر و نسبت به Cu اولیه 2.7 برابر افزایش یافته است. سختی نیز در پاس سوم برای آلومینیوم به 62HVرسیده که نسبت به سختی ورق آلومینیوم اولیه 1.6 برابر افزایش پیدا کرده و برای Cu اولیه 152.6 HVمی باشد که نسبت به سختی ورق Cu اولیه 2.6 برابر افزایش نشان می دهد. همچنین مطالعات شکست نگاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که نوع شکست کامپوزیت از نوع شکست برشی نرم می باشد.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، اتصال پرس تجمعی، کامپوزیت شبکه فلزی، خواص مکانیکی
  • حسن زمانی پور، پوریا امیدوار*، علی طیبی صفحات 115-125
    در این مقاله به بررسی فرآیند نفوذ و جابجایی در یک جریان دوبعدی دوفازی آب و هوا توسط روش هیدرودینامیک ذرات هموار پرداخته می شود. شبیه سازی جریان های دوفازی نیازمند آگاهی از وضعیت دقیق سطح مشترک بین دو فاز است که روش اس پی اچ بدلیل ماهیت لاگرانژی و بدون مش بودن به راحتی سطح مشترک بین دو فاز را شناسایی می کند. برای شبیه سازی از کد متن باز اسفیزیکس دو بعدی تک فاز که برای مسائل سطح آزاد کاربرد فروان دارد، استفاده می شود. این کد با اضافه کردن نیروی کشش سطحی و یک فشار اضافی به معادله مومنتوم، به یک کد دوفازی آب و هوا ارتقاء یافته است. همچنین برای درک بهتر فرآیند نفوذ و جابجایی، معادله غلظت نیز مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای اعتباربخشی مسئله دوفازی آب و هوا ابتدا مسائل مخزن ساکن آب و هوا و فشار هیدرواستاتیکی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مسئله شکست سد دوفازی بر روی بستر نامحدود شبیه سازی شده و نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. سپس فرآیند نفوذ و جابجایی و توزیع غلظت برای جریان دوفازی آب و هوا برای سه ضریب نفوذ متفاوت انجام شده است و نتایج بدست آمده تطابق خوبی با نتایج تحلیلی داشته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش اس پی اچ یک روش مناسب برای شبیه سازی جریان های دوفازی نظیر آب وهوا و همچنین فرآیند نفوذ و جابجایی است.
    کلیدواژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار، جریان های دوفازی، مسئله نفوذ و جابجایی، صعود حباب هوا
  • ابراهیم نجفی، امیر نجات، سید فرشید چینی* صفحات 126-134
    به علت انرژی سطحی کم و ناهمواری های در ابعاد نانو، سیال بر روی سطوح فوق آب گریز می لغزد. برای نشان دادن این لغزش از طول لغزش ناویر استفاده می شود. برای سطوح معمولی طول لغزش در حدود چند نانو متر می باشد، ولی برای سطوح فوق آبگریز می تواند تا μm 500 هم برسد. مطالعات فراوانی به اثر طول لغزش بر روی نیروی پسا انجام شده است. در این مطالعات معمولا کل سطح فوق آب گریز می گردد. برای یافتن نواحی بهینه روش های عددی می تواند مفید باشد ولی مطالعات عددی بیشتر بر روی سطوح تخت می باشند. بر روی سطوح منحنی (مانند فویل ها) به دلیل وجود گرادیان فشار منفی (و امکان بوجود آمدن جدایش) بررسی مساله پیچیده میشود. در این مقاله بصورت عددی به بررسی تاثیر طول لغزش هیدروفویل SD7003 در رینولدز های مختلف پرداخته شده است. جریان آرام، تراکم ناپذیر و هم دما در نظر گرفته شده و هیدروفویل از جنس آلومینیوم با طول وتر cm 10 انتخاب شده است. نتایج ضریب تنش برشی، ضریب فشار و ضریب پسا در دو شرط مرزی بدون لغزش و لغزشی با یکدیگر مقایسه شده اند. با افزایش طول لغزش، ضریب پسا نسبت به سطح معمولی کاهش می یابد. میزان تاثیرگذاری شرط مرزی فوق آبگریزی بر ضریب پسا با افزایش عدد رینولدز جریان زیاد می شود. با افزایش رینولدز از 4.5×〖10〗^4 به 7.5×〖10〗^4 در طول لغزش μm 50، کاهش ضریب پسا از 0.7% به 7% می رسد.
    کلیدواژگان: فوق آبگریز، هیدروفویل، ضریب پسا، طول لغزش، تنش برشی
  • توحید خاک زند، رامین کوهی کمالی *، جواد محمودی مهر صفحات 135-146
    پاشش سوخت و تبخیر آن نقش بسیار مهمی در بسیاری از فرآیندهای احتراقی در صنعت مانند صنایع حمل و نقل، صنایع نظامی، نیروگاه ها و کوره ها دارد. کار حاضر بر روی تاثیر قطر قطره ی سوخت مایع بر ویژگی های محفظه احتراق و تشکیل آلاینده ها مانند مونواکسید کربن و ناکس در یک محفظه احتراق دوبعدی متقارن محوری تمرکز کرده است. برای شبیه سازی سیستم احتراقی از روش مدل فاز گسسته استفاده شده است که مبنای این روش بر پایه ی روش اویلری-لاگرانژی است. در این مدل فاز پیوسته به صورت اویلری و فاز گسسته به صورت لاگرانژی شبیه سازی می شوند. برهم کنش بین فازها و تشعشع در شبیه سازی لحاظ شده است. احتراق با مدل غیر پیش آمیخته و تابع احتمال چگالی شبیه سازی شده است. برای معادلات آشفتگی از مدل کی-اپسیلون استفاده شده است. با تغییر در قطر قطرات سوخت تاثیر این عامل در دمای محفظه احتراق و همچنین تولید آلاینده ها از جمله ناکس و مونو اکسید کربن مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به نتایج بدست آمده قطرات کوچک ناکس بیشتری در مقایسه با قطرات بزرگتر تولید می کنند. همچنین قطرات بزرگتر مونواکسید کربن بیشتری نسبت به قطرات کوچکتر تولید کرده اند.
    کلیدواژگان: اندازه قطرات، اسپری سوخت، شبیه سازی عددی، احتراق
  • احمدعلی ربیع نتاج درزی*، سامان ودودی مفید صفحات 147-156
    در این تحقیق به بررسی عددی تاثیر دمش و مکش توام و دمای دمش بر روی عملکرد ایرفویل در جریان تراکم پذیر پرداخته می شود. دمش و مکش توام روشی برای افزایش نسبت ضریب برآ به پسا و زاویه ی واماندگی است که با دمش هوا بر روی ایرفویل از ابتدای آن و مکش آن از انتهای ایرفویل عمل می کند. عدد ماخ جریانهای مورد بررسی بین 0.4 تا 0.6 می باشند. در این تحقیق، ایرفویل کلارک-وای که ایرفویلی مبنا برای طراحی ایرفویلهای جدید می باشد، اانتخاب شده است. برای تایید روش حل مسئله، نتایج بدست آمده از این حل عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که درصد بهبود عملکرد این سیستم در جریان تراکم پذیر کمتر از مقدار آن در جریان تراکم ناپذیر است. با افزایش ضریب ممنتم جت، ضریب پسا کاهش و ضریب برآ افزایش می یابد. استفاده از دمش و مکش در جریان تراکم پذیر باعث افزایش زاویه ی واماندگی می شود. بیشینه ی کاهش ضریب پسا و افزایش ضریب برآ در محدوده ی زاویه ی واماندگی اتفاق می افتد و با افزایش دما در محدوده ای خاص از زاویه و سرعت، عملکرد ایرفویل مقدار اندکی افزایش می یابد اما با توجه به سهولت در انجام نسبت به افزایش ضریب ممنتم جت، بسیار مفید است.
    کلیدواژگان: ایرفویل، ضریب برآ، ضریب پسا، واماندگی، جریان تراکم پذیر
  • حمزه امینایی، مجتبی دهقان منشادی*، علیرضا مستوفی زاده صفحات 157-165
    در این تحقیق جریان حول مقطع بال NACA2415 در رژیم های مختلف و در حضور و عدم حضور ملخ به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی گردید. برای پیش بینی محل گذار لایه مرزی، از دو روش بهره گرفته شد: در روش اول از تاریخچه زمانی نوسانات ضریب پسای اصطکاکی در تخمین محل پیدایش و طول ناحیه گذار استفاده گردید. در روش دوم مدل گذار γ-〖Re〗_θ برای شبیه سازی گدار جریان آرام به آشفته بکار رفت. به منظور مقایسه تاثیر پیش بینی گذار، شبیه سازی با یک مدل آشفتگی که جریان را با فرض کاملا آشفته مدل سازی می کند نیز تکرار و نتایج هر دو تحلیل با داده های تجربی مقایسه گردیده اند. بررسی نتایج حاکی از دقت مناسب روش عددی در تخمین پارامترهای آیروینامیکی، با لحاظ نمودن گذار جریان آرام به آشفته است. در حالیکه شبیه سازی کاملا آشفته تا 70% خطا در محاسبه ضریب پسای مقطع دارد، با تخمین گذار این مقدار حداکثر به 10% کاهش می یابد. با حضور ملخ علاوه بر تغییر در الگوی جریان، مشخصه های لایه مرزی در طول دهانه بال تحت تاثیر قرار می گیرد. تغییر در توزیع برآ و مکان آغاز گذار لایه مرزی نتیجه قرارگیری بال در جریان لغزشی ملخ است. جریان لغزشی ملخ، مولفه عمودی سرعت بر روی سطح بال را افزایش داده، گذار جریان آرام به آشفته به تاخیر می افتد. سطح بالایی بال در ناحیه فرووزش مشمول این تاثیر بوده و در مقابل در ناحیه فراوزش جریان، گذار نزدیکتر به لبه حمله رخ می دهد. افزایش دور ملخ باعث تشدید این رویه می گردد.
    کلیدواژگان: گذار، لایه مرزی آرام، آشفتگی، ملخ
  • مرتضی همایون صادقی*، سعید لطفان صفحات 166-176
    در این مقاله تعاملات مودال غیرخطی و پایداری تیر ریلی حامل سیستم جرم-فنر-دمپر بررسی شده است. بدین منظور معادلات ارتعاشی بی بعد حاکم بر سیستم بر اساس روش مقیاس های چندگانه مورد تحلیل قرار گرفته است. با در نظر گرفتن میرایی ویسکوالاستیک کلوین-وویت در تیر، شکل مودهای مختلط و فرکانس تشدید غیرخطی وابسته به زمان استخراج شده است. به کارگیری روش مقیاسهای چندگانه به شکل مرسوم باعث تناقض فیزیکی در پاسخ زمانی ارتعاشات آزاد جرم متمرکز می شود که لازم است برطرف گردد. پس از تحلیل ارتعاشات آزاد، پاسخ اجباری سیستم تحت تحریک هارمونیک در حوالی فرکانس طبیعی اول و وقوع رزونانس داخلی یک به سه تحلیل شده است. پارامترهای سیستم یک درجه آزادی به صورتی در نظر گرفته شده که تعامل مودال از طریق مکانیزم رزونانس داخلی اتفاق افتد. در این شرایط پاسخ فرکانسی سیستم و پایداری آن مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که ناپایداری متناظر با پرش و دوشاخگی هاپف در دامنه ارتعاشی رخ می دهد. نمودارهای پاسخ زمانی، فاز و پوانکاره نشان می دهد که رفتار ارتعاشی متناوب، شبه متناوب و آشوبناک در سیستم اتفاق می افتد. به منظور تصدیق نتایج مقاله حاضر، فرکانس های طبیعی سیستم با نتایج موجود در پژوهش های پیشین مقایسه شده است؛ علاوه بر این مقایسه، پاسخ فرکانسی بر اساس انتگرال گیری عددی اعتبار نتایج مقاله حاضر را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: سیستم تیر-جرم-فنر-دمپر، تعاملات مودال غیرخطی، رزونانس داخلی، پایداری
  • حامد محمود سلطانی، مهسا خرازی* صفحات 177-166
    یکی از مهم ترین دستاورد های روش اجزاء محدود معرفی المان های ایزوپارامتریک می باشد. در کنار کاربرد های زیاد این المان ها، المان های ایزوپارامتریک مرتبه پایین دارای مشکلاتی از قبیل قفل شدگی برشی، حجمی و مدهای جعلی انرژی صفر می باشند. مشکلات مذکور با افزایش تعداد المان ها و یا مرتبه المانی بهبود می یابد. از طرفی افزایش تعداد المان ها موجب بالا رفتن زمان محاسباتی می شود. بدین منظور استفاده از المان های مرتبه پائین دارای مد ناسازگار موجب افزایش دقت و کاهش زمان محاسباتی می-شود. هدف این مقاله، مطالعه و بررسی رفتار الاستوپلاستیک صفحات و تیرها با آلیاژ منیزیم، تحت بارگذاری یکنواخت محوری و خمشی با استفاده از المان های ناسازگار و مقایسه نتایج بدست آمده با المان های استاندارد می باشد. به منظور کد نویسی و تحلیل عددی صفحه و تیر از المان های سه بعدی هشت و بیست گرهی استاندارد و هشت گرهی ناسازگار و المان های دو بعدی چهار گرهی استاندارد و هشت گرهی ناسازگار استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که استفاده از المان ها ناسازگار سه بعدی در همگرایی تغییرمکان ها تاثیر زیادی داشته و باعث کاهش زمان محاسباتی می شود. همچنین در خصوص تنش پلاستیک ون-میزز پس از همگرایی جواب ها تفاوت چشمگیری در نتایج المان های سازگار و ناسازگار دو بعدی دیده نمی شود.
    کلیدواژگان: المان ایزوپارامتریک، المان ناسازگار، روش اجزاء محدود، تحلیل الاستوپلاستیک
  • مهدی فکور*، فاطمه آموزگاری، مجید بختیاری صفحات 187-198
    برای آرایش پرواز دو ماهواره در منظومه ماهواره ای، حرکت نسبی و الگوریتم تعیین وضعیت مولفه های کلیدی هستند که بر کیفیت پرواز و بازدهی ماموریت اثر می-گذارند. در این مقاله حرکت نسبی مداری دو ماهواره با دو مدار بیضوی کپلری دلخواه و در فاصله زیاد مورد بررسی قرار می گیرد و یک راه حل دقیق و موثر بر اساس هندسه کروی برای مسئله حرکت نسبی ماهواره با در نظر گرفتن اغتشاش j2 که یکی از اغتشاشات مهم در مدارت ارتفاع پایین است ارائه می شود. روش هندسی مستقیم با استفاده از مختصات کروی برای رسیدن به این راه حل استفاده می شود. از این روش برای اندازه گیری فاصله بین هر دو ماهواره در منظومه ماهواره ای استفاده می شود. در این روش موقعیت نسبی و سرعت نسبی دو ماهواره بر اساس المان های مداری محاسبه می شوند. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با استفاده از نرم افزار اس.تی.کی، مقایسه با نتایج حاصل از معادلات برای ماهواره های با خروج از مرکزهای متفاوت و بررسی دقت و خطای روش پیشنهادی نشان می دهد که راه حل به دست آمده با استفاده از روش هندسی، حرکت نسبی ماهواره را با دقت بالایی محاسبه می کند. بنابراین راه حل پیشنهادی برای ماموریت های فضایی قابل اجرا و موثر خواهد بود.
    کلیدواژگان: حرکت نسبی بزرگ مقیاس، مدار بیضوی، اغتشاش j2، منظومه ماهواره ای
  • جعفر روشنی یان*، علی اصغر بطالبلو، محمدحسین فرقدانی، بنیامین ابراهیمی صفحات 199-210
    در این مقاله، طراحی یک هواپیمای هوانوردی عمومی با استفاده از روش بهینه سازی طراحی چندموضوعی و به صورت چندهدفه ارائه شده است. در فازهای اولیه طراحی، پیکره بندی اولیه ی هواپیما بر مبنای یک سری الزامات از پیش تعیین شده و مطالعات آماری تعیین می گردد. سپس موضوعات طراحی مفهومی به منظور بهبود عملکرد در قالب ساختار امکان پذیری طراحی چندموضوعی مدل می شوند. حلقه امکان پذیری طراحی چندموضوعی بر اساس انجام یک تحلیل چندموضوعی که شامل موضوعات موتور، وزن و سایزبندی، آیرودینامیک، عملکرد و پایداری است، تشکیل شده است. قیود و الگوریتم های لحاظ شده در طراحی بر مبنای روش طراحی گودمانسون پیاده سازی شده است. متغیرهای طراحی با دقت و بر مبنای تحلیل حساسیت روی اهداف بهینه سازی (کاهش وزن کل و افزایش برد) انتخاب شده اند. قیود پایداری استاتیکی نیز به منظور دست یافتن به یک طرح امکان پذیر در طراحی لحاظ شده است. با استفاده از روش بهینه سازی تکاملی چند هدفه ژنتیک، مجموعه پاسخ های ممکن در قالب جبهه پرتو ارائه شده است. با انتخاب موتورهای مختلف برای طراحی هواپیما و ارائه جبهه پرتو حاصل از فرایند بهینه سازی، امکان پذیری و سودمندی این روش سریع طراحی مفهومی هواپیما نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: هواپیمای هوانوردی عمومی، بهینه سازی طراحی چندموضوعی، بهینه سازی چندهدفه، برد فاز سیر، الگوریتم ژنتیک، جبهه پرتو
  • سعید پروار، حمیدرضا انبارلویی، علیرضا علی پور* صفحات 211-220
    شبیه سازی عددی جریانهای چنده ماده ای و یا چند فازی، از جمله مسائل بسیار چالش برانگیر در میان محققین دینامیک سیالات محاسباتی می باشد. مهمترین مشکل پیشرو در شبیه سازی چنین جریانهایی بوجود آمدن نوساناتی مجازی و ناخواسته در سطوح مشترک و در نتیجه ورود خطا در محاسبات عددی می باشد که از بین بردن چنین نوساناتی نیازمند بکارگیری الگوریتم های نسبتا پیچیده عددی می باشد. در کار حاضر، برای شبیه سازی جریان تراکم پذیر با صرف نظر از پدیده های انتقال مولکولی از معادلات اولر و حلگر ریمن HLLC و برای تعقیب سطح مشترک دو سیال از الگوریتم لول ست استفاده شد. همچنین برای از بین بردن نوسانات مجازی در فرایند حل عددی، از یک الگوریتم عددی تصحیح شار با قابلیت توسعه بالا، دقت مناسب و هزینه محساباتی پایین که توسط ابگرال و کارنی معرفی شده است، مورد استفاده قرار گرفته است. در کار حاضر الگوریتم نامبرده در حالت دو بعدی توسعه داده شده است. حلگر توسعه داده شده، به کمک چند مسئله استاندارد یک و دو بعدی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در انتها از کد توسعه داده شده برای شبیه سازی مسئله ی دو بعدی شاک حباب دو ماده ای (هوا- هلیوم) استفاده شده است. بررسی های به عمل آمده حاکی از هزینه محاسباتی پایین کد توسعه داده شده و دقت بالای نتایج بدست آمده می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، سیال تراکم پذیر، روش تعقیب مرز (لول ست)، جریان چند ماده ای، مسئله شاک حباب
  • حمیدرضا زارعی*، محمد رضایی، سالم سویطی صفحات 221-230
    اخیرا، استفاده از سیال ضخیم شونده برشی جهت بهبود مقاومت به نفوذ پارچه ها در حال افزایش می باشد. در این پژوهش، ابتدا به بررسی های آزمایشگاهی روی عملکرد پارچه پلی پروپیلن خشک و آغشته به سیال ضخیم شونده تحت ضربه پرتابه کروی فولادی با قطر 8.7 میلی متر پرداخته می شود. سپس، عوامل موثر بر عملکرد پارچه ، مانند چگالی، ضرایب اصطکاک ایستایی و دینامیکی بین نخ ها و همچنین بین پرتابه و پارچه، شرایط مرزی و تعداد لایه های پارچه به کمک شبیه سازی در نرم افزار ال-اس-داینا بصورت عددی مطالعه می شود. در پژوهش های قبلی، بهبود عملکرد پارچه با افزایش سیال ضخیم شونده برشی، به افزایش اصطکاک بین نخ های پارچه نسبت داده شده است، با این وجود، بررسی انجام شده نشان می دهد، جرم سیال ضخیم شونده نیز در نتایج موثر است. جرم سیال ضخیم شونده متناسب با درصد جرمی اعمال شده، به صورت افزایش چگالی پارچه درنظر گرفته شده است. در بررسی آزمایشگاهی، مشاهده شد که با آغشتن 44 درصد جرمی سیال ضخیم شونده برشی به پارچه، استحکام و مقاومت به نفوذ در پارچه افزایش و تغییر شکل پارچه کمتر شده که نسبت به حالت پارچه خشک، نفوذ پرتابه به پارچه تا 63 درصد کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که اگر اثر سیال ضخیم شونده برشی فقط به افزایش اصطکاک نسبت داده شود، اختلاف نفوذ پرتابه در پارچه در دو حالت خشک و آغشته به سیال ضخیم شونده برشی به 43 درصد می رسد. اما با درنظر گرفتن اثر جرم سیال ضخیم شونده برشی علاوه بر اصطکاک، این مقدار به 58 درصد می رسد که با مقدار آزمایشگاهی 63 درصد همخوانی خوبی داvد.
    کلیدواژگان: پارچه بافته شده، مقاومت بالستیکی، سیال غلیظ شونده برشی، تحلیل عددی، چگالی پارچه
  • حسن قوشچی، محمدرضا انصاری*، رضا آزادی صفحات 231-239
    در پژوهش حاضر رفتارهای هیدرودینامیکی و ایرودینامیکی یک شناور تندرو با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی ها به صورت کاملا سه بعدی، با در نظر گرفتن جریان دوفازی و توربولانس انجام شده اند. جهت به دست آوردن مقدار سینکیج و تریم شناور، دو درجه آزادی برای آن فرض شده است. به کمک حلگر شش درجه آزادی و با استفاده از مش های دینامیکی، معادلات دینامیک جسم صلب با معادلات حاکم بر سیال کوپل شدهاند. با توجه به نتایج آزمایشگاهی موجود، شبیه سازی شناور تندروی هدف در محدوده سرعت خطی m/s 0.9-8.31 انجام شده است. مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود، نشان می دهد که بیشینه خطای میانگین حاصل برای مقدار مقاومت، تریم و سینکیج در هر سرعت از 10% تجاوز نمی کند که نشان از دقت و کارایی مدل حاضر دارد. برای تمامی سرعت ها استقلال حل از مش بررسی شده است و نتایج برای مناسبترین مش ارائه شده است. در ادامه، تاثیر اعمال پله بر روی شناور، جهت کاهش درگ و افزایش پایداری برای چند حالت مختلف یک و دو پله مورد بررسی قرار گرفته اند که در نهایت بهینه ترین حالت معرفی و نتایج مربوط به آن ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند که با اعمال پله به قایق تندوری مورد نظر میتوان تا 11% مقاومت بدنه را کاهش داد.
    کلیدواژگان: شناور تندرو، جریان دوفازی، درجه آزادی، پله
  • امین طاهری گراوند *، محمود امید، حجت احمدی، سید سعید محتسبی، جیوانی ماریا کارلومگنو صفحات 240-250
    در این تحقیق یک سامانه مبتنی بر تلفیق فناوری های گرمانگاری و پردازش تصویر برای تشخیص و طبقه بندی عیوب مختلف رادیاتور توسعه داده می شود. عیوب متداول در رادیاتور های سیستم خنک کاری شامل؛ گرفتگی لوله های رادیاتور، گرفتگی شبکه رادیاتور، اتصالات شل بین لوله ها و شبکه رادیاتور، نشتی مایع خنک کاری، خرابی درب رادیاتور بصورت مصنوعی ایجاد گردید. به منظور تشخیص عیوب مختلف رادیاتور، از شرایط مختلف رادیاتور معیوب و سالم در سه سطح دمایی، سه سطح دبی جریان سیال خنک کاری در حال گردش و دو سطح سرعت هوای عبوری از شبکه رادیاتور تصاویر گرمایی توسط یک دوربین فروسرخ تهیه شد. پس از پیش پردازش تصاویر گرمایی تهیه شده جهت تجزیه و پردازش چند دقتی از تصاویر مذکور تبدیل موجک در یک سطح تجزیه اعمال گردید. از هر کدام از تصاویر گرمایی مقیاس خاکستری، تصاویر تقریب ، جزئیات افقی، عمودی و قطری تبدیل موجک آن تصویر، ویژگی های آماری بافت استخراج گردید. سپس با تلفیق تکنیک های هوشمند الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصبی-فازی تطبیقی (انفیس)، از آن جهت انتخاب ویژگی و ورودی های موثر به طبقه بند استفاده شد. در نهایت، از انفیس برای طبقه بندی تصاویر گرمایی با استفاده از بردار ویژگی های مستخرج و منتخب استفاده گردید. برای ارزیابی طبقه بند از شاخص های آماری صحت، حساسیت و اختصاصی بودن محاسبه شدند. پس از ارزیابی، سامانه پیشنهادی توانست با دقت کلی طبقه بندی 94.11 درصد عیوب مختلف رادیاتور سیستم خنک کاری را تشخیص و طبقه بندی نماید. بنابراین استفاده از تکنیک پردازش تصاویر گرمایی مبتنی بر هوش مصنوعی برای پایش وضعیت و تشخیص هوشمند عیوب رادیاتور امیدوار کننده است.
    کلیدواژگان: رادیاتور، تشخیص عیوب، گرمانگاری، انفیس، الگوریتم ژنتیک
  • امین امامیان، محمود نوروزی *، مهدی داودی صفحات 251-262
    حرکت و تغییر شکل قطره در حال سقوط در یک مایع غیر قابل امتزاج به یک مسئله معیار در مکانیک سیالات تبدیل شده و دارای کاربرد گسترده ای از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع پزشکی و داروسازی، استخراج فلزات، نیروگاه ها و مبدل حرارتی دارد. در این مقاله، حل تحلیلی تغییر شکل برای یک قطره ویسکوز در حال سقوط در اعدد رینولدز پایین ارائه شده است. حل تحلیلی برای هر دو جریان داخلی و خارجی با استفاده از روش اغتشاشات بدست می آید. اعداد رینولدز و مویینگی به عنوان پارامترهای اغتشاشی در نظر گرفته شده است. برای قطرات به اندازه کافی کوچک شکل قطره کروی باقی می ماند. شکل قطره در حال سقوط در فاز نیوتنی با افزایش حجم قطره از حالت کروی خارج می شود. نیروهای لختی، کشش سطحی و مولفه نرمال تنش دارای بیشترین تاثیر روی شکل قطره در حال سقوط می باشند. تغییر شکل قطره، ناشی از نیروهای است که در فصل مشترک دو سیال وارد می شود. با افزایش حجم قطره در حال سقوط علاوه بر افزایش نیروی لختی، مولفه نرمال تنش به نیروی کشش سطحی غلبه کرده و باعث ایجاد حفره ای در قسمت انتهایی قطره می شود. برای مقادیر کوچک اعداد بی بعد رینولدز و مویینگی، تغییر شکل قطره دقیقا شبیه یک کره کروی می باشد و سپس با افزایش اعداد رینولدز و مویینگی شکل قطره تغییر پیدا کرده و یک گودی در انتهای قطره به وجود خواهد آمد. نشان داده شده است که نتایج حاصل از حل تحلیلی در تخمین سرعت حدی و شکل قطره با نتایج تجربی مطابقت خوبی دارد.
    کلیدواژگان: قطره ویسکوز، رینولدز، مویینگی، حساب اغتشاشات
  • محسن مظفری شمسی، محمد سفید*، غلامرضا ایمانی صفحات 263-274
    در این مقاله، در این مقاله، برای اعمال مرزهای منحنی حرارتی متحرک، برای اولین بار روش سیال روح- شبکه بولتزمن برای شبیه سازی مرزهای منحنی، با یک روش شارژ مجدد بر مبنای برونیابی، تلفیق شده است. در مرزهای متحرک در هر تکرار تعدادی از گره های دامنه جامد به دامنه سیال گام می گذارند که برای تخمین توابع توزیع مجهول انرژی و چگالی در چنین گره هایی از روش شارژ مجدد استفاده می شود. برای بررسی صحت روش ارائه شده، چندین مساله شبیه سازی شده است. از جمله این مسئله ها، مسئله جابجایی طبیعی بین دو سیلندر هم مرکز و غیرهم مرکز و همچنین انتقال حرارت از سیلندر درون جریان آزاد است که جهت اعتبار سنجی روش سیال روح- شبکه بولتزمن با زمان آسودگی چندگانه در شبیه سازی مرزهای منحنی هیدرودینامیکی و حرارتی استفاده شده است. همچنین برای بررسی صحت روش شارژ مجدد به کار گرفته شده در این مقاله، مسئله ته نشینی یک ذره سرد هم دما در یک کانال عمودی شده است. نتایج نشان دهنده توانایی روش سیال روح همراه با روش شارژ مجدد در روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی مرزهای متحرک حرارتی با دقت بالا است.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمن حرارتی، سیال روح، شرایط مرزی حرارتی دریچلت و نیومن، میانیابی دو خطی
  • مهدی افضلیان، فرزین داودی، حسن حسن زاده، سید علیرضا ذوالفقاری*، مهدی معرفت صفحات 275-283
    ارزیابی صحیح شرایط آسایش حرارتی در مکان های پرجمعیت می تواند گامی موثر در انتخاب و طراحی سیستم های تهویه مطلوب در این مکان ها باشد. در یک محیط جمعیت، به دلیل حضور هم زمان تعداد زیادی از افراد و نیز تفاوتهای فردی از جمله سن، جنسیت، لباس، وزن و شاخص توده بدنی، تامین کردن شرایط مطلوب آسایش حرارتی کاری نسبتا پیچیده است. در این مقاله با استفاده از مدل فردی سه نقطه ای به تحلیل اثرات عوامل فردی بر احساس حرارتی افراد در یک سالن پرجمعیت پرداخته شده است. برای این منظور، یک محیط پر جمعیت دارای سیستم تهویه جابه جایی و دریچه های ورودی هوای مستقر روی کف مورد مدلسازی قرار گرفته و شاخص احساس حرارتی ساکنان مستقر در ردیف وسط تحلیل شده است. بر اساس نتایج، زنان در مقایسه با مردان نسبت به شرایط سرما حساس تر هستند. همچنین، تاثیر شاخص توده بدنی بر احساس حرارتی افراد بسیار قابل ملاحظه است. در مقایسه با یک فرد با اندام متعادل، افراد لاغر دارای احساس حرارتی سردتر و افراد چاق دارای احساس گرمتر هستند. به عنوان نمونه، تفاوت در احساس حرارتی بخشهای فاقد پوشش، برای یک زن لاغر (BMI=18) و یک مرد چاق (BMI=34) در سالن مورد بررسی، حدود 0.42 واحد است که در ارزیابی آسایش حرارتی بسیار قابل توجه می باشد.
    کلیدواژگان: مکان پرجمعیت، مدل سه نقطه ای آسایش حرارتی انفرادی، تهویه جابه جایی
  • مهدی افضلیان، سید علیرضا ذوالفقاری*، علی فوادالدینی صفحات 284-294
    تهویه ساختمان ها به علت نیاز به بهبود کیفیت هوای داخل و تامین شرایط مطلوب آسایشی برای ساکنان امری ضروری است. هرچه فضا بزرگتر و جمعیت آن بیشتر باشد، تامین این شرایط پیچیده تر می شود. در این تحقیق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و حلگر اپن فوم به تحلیل اثرات نرخ تعویض ساعتی بر کیفیت هوای داخل و مصرف انرژی با رعایت قید آسایش حرارتی در یک سالن اجتماعات پرداخته شده است. برای این منظور یک سالن با جمعیت 50 نفر و دارای سیستم توزیع هوای زیر سطحی با دریچه های ورود هوا به شکل نواری در مقابل صندلی افراد مدلسازی شده است. همچنین، نرخ تعویض هوای ساعتی در سه حالت 5، 10 و 15 مورد بررسی قرار گرفته است. برای مقایسه بهتر نتایج، با استفاده از مدل دو نقطه ای آسایش حرارتی گایج، دمای هوای ورودی در این سه حالت به گونه ای تنظیم شده است که میانگین شاخص آسایش حرارتی در ناحیه حضور افراد برابر صفر (حالت خنثی) شود. نتایج نشان می دهد که غلظت آلاینده ها در ناحیه حضور افراد در حالت های نرخ تعویض هوای ساعتی 10 و 15 نسبت به 5 به ترتیب 36 و 46 درصد کاهش یافته که به معنای بهبود کیفیت هوای داخل می باشد. از سوی دیگر مصرف انرژی بین 28 تا 69 درصد افزایش می یابد. همچنین بر اساس نتایج، با افزایش نرخ تعویض هوای ساعتی نارضایتی موضعی ناشی از کوران به طور محسوسی افزایش یافته و می تواند به مقدار 15 درصد نیز برسد
    کلیدواژگان: سالن اجتماعات، آسایش حرارتی، کیفیت هوای داخل، مصرف انرژی، نرخ تعویض هوا
  • هادی صفایی، محسن دوازده امامی* صفحات 295-305
    در سال های اخیر استفاده از ذرات تو خالی در صنعت و در فرایند پاشش حرارتی توسعه یافته است. در ذرات توخالی بر خلاف ذرات فشرده، تغییر حجم گاز نقش مهمی در دینامیک برخورد قطره به سطح و نیز شکل اسپلت ایجاد شده ایفا می کند. درفرایند پاشش حرارتی، سرعت های برخورد قطرات توخالی به سطح در محدوده 50 m/s – 300 m/s قرار دارند، از اینرو تغییرات فشار و حجم گاز محبوس می تواند مهم باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از مدل کسر حجمی سیال برای جریانات تراکم پذیر، برخورد یک قطره توخالی به سطح و انجماد آن، در شرایط واقعی پاشش حرارتی و با سرعت های برخورد 50 m/s تا 300 m/s شبیه سازی شده است. در اندک لحظاتی پس از برخورد قطره به سطح یک موج فشاری در هوا ایجاد می شود. این موج، مقدار ورتیسیته را در اطراف مرز مشترک دو سیال زیاد می کند که این امر تاثیر زیادی بر شکل اسپلت های بوجود آمده دارد . نتایج حاصل نشان می دهد شکل اسپلت های ایجاد شده در محدوده سرعتی 50 m/s – 300 m/s کاملا متفاوت با یکدیگر است و در سرعت های بالاتر برخورد، اسپلت ایجاد شده دارای تخلخل بیشتری است.
    کلیدواژگان: ذرات تو خالی، مدل کسر حجمی سیال، جریان تراکم پذیر، انجماد، نرم افزار OpenFOAM
  • رضا گلداران *، محمدعلی لطف الهی یقین، محمدحسین امین فر، آحمت تورر صفحات 306-314
    شکست ناگهانی و فاجعه بار در اثر خوردگی پدیده بسیار معمول در لوله های بتنی پیش تنیده بوده که در کشور ایران نیز بوقوع می پیوندد. رفتارسنجی سلامت سازه ها، شناسایی و تشخیص زود هنگام با استفاده از حسگرهای فعال تعبیه شده درجا در مراحل اولیه خوردگی یکی از نکات مهم حیاتی برای جلوگیری از آسیب های جدی می باشد که در این میان روش نشر فراصوتی می تواند به عنوان یک تست غیرمخرب در سازه های بتنی به کار گرفته شده ولی به دلیل پدیده خوردگی و به تبع آن ترک در بتن و تغییر مشخصات مصالح یک چالش جدی در اندازه گیری به روش نشر فراصوتی وجود داشته که ناشی از تاثیر میکروترک ها روی دامنه سیگنال های امواج فراصوتی می باشد. در این تحقیق یک لوله بتنی پیش تنیده که در آزمایشگاه دانشکده سازه دانشگاه میدل ایست ساخته شده تحت اثر خوردگی تسریع شده قرار گرفته سپس تضعیف دامنه، مسیر انتشار امواج و پارامتر فرکانسی قبل و بعد از خوردگی با استفاده از منبع نشر سوو- نیلسن مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده آن است که با توجه به اینکه دامنه و مسیر انتشار امواج قبل و بعد از خوردگی دچار تغییرات قابل توجهی نشده و قابل صرف نظر می باشد روش نشر فراصوتی می تواند بعنوان روشی دقیق برای ارزیابی خوردگی در اینگونه سازه ها به کار رفته که مورد بحث قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نشر فراصوتی، لوله پیش تنیده، رفتارسنجی، خوردگی، شناسایی خرابی
  • محسن خدایی، علی اشرفی زاده *، مصطفی مافی صفحات 315-324
    یکی از مهم ترین اجزای یک چرخه تبرید، مبرد آن است. در بسیاری از چرخه های تبرید، به خصوص در صنعت پالایش و فرآوری گاز طبیعی، از پروپان به عنوان مبرد استفاده می شود. دلیل این مساله خواص ترمودینامیکی بسیار مناسب این گاز و جرم مولی مطلوب آن است. برای انتقال گازهای پروپان و بوتان از محل استخراج به محل استفاده، دو راه وجود دارد. راه نخست، لوله کشی از محل استخراج به محل استفاده و راه دوم، مایع سازی و انتقال آن به صورت مایع است. برای انتقال گازهای پروپان و بوتان در مقیاس های وسیع، مایع سازی آن و انتقال از طریق مخازن ذخیره به صورت مایع، گزینه اقتصادی است. عموما جهت صادرات گاز با کشتی در مقیاس های وسیع، از روش مایع سازی در فشار اتمسفریک استفاده می شود. در این مقاله، ابتدا تاسیسات مایع سازی گازهای پروپان و بوتان یک پالایشگاه گاز، معرفی و سپس در نرم افزار هایسیس شبیه سازی می شود. در ادامه، از طریق اتصال این نرم افزار به نرم افزار متلب و با کمک الگوریتم ژنتیک، توان مصرفی چرخه مایع ساز کمینه می شود. در فرآیند بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک، 13 متغیر انتخاب و 13 قید عملیاتی نیز برای کمپرسور و مبدل های حرارتی در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از حل این مساله بهینه سازی مقید، بیانگر کاهش 12.49% توان مصرفی نسبت به حالت پایه است.
    کلیدواژگان: بوتان و پروپان، مایع سازی، بهینه یابی، الگوریتم ژنتیک
  • محمد رهبر، علی چایی بخش لنگرودی* صفحات 325-332
    در این پژوهش، مقایسه ای بین روش های تجزیه حالت تجربی، تجزیه حالت تجربی دسته ای و تبدیل موجک گسسته با توابع موجک مادر میر و دابچی در تشخیص عیب نابالانسی ماشین دوار انجام شده است. به منظور طبقه بندی و تفکیک کلاس سالم از نابالانسی ماشین دوار، از ماشین بردار پشتیبان بهینه شده با الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. همچنین، مقایسه ای بین عملکرد ماشین بردار پشتیبان بهینه و غیربهینه نیز انجام شده است. به منظور تهیه داده های مورد نیاز، ابتدا یک دستگاه شبیه ساز عیب در ماشین دوار ساخته، سپس سیگنال های ارتعاشی در دو حالت سالم و عیب نابالانسی، توسط سنسورهای شتاب اخذ شدند. بعد از پردازش و تجزیه سیگنال ها به مولفه های فرکانسی آنها، چند ویژگی آماری از هر مولفه فرکانسی استخراج و بعنوان ورودی ماشین بردار پشتیبان، جهت تفکیک کلاس ها از یکدیگر مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که روش تبدیل موجک گسسته با تابع موجک مادر میر، درصد موفقیت بالاتری در تشخیص عیب نابالانسی نسبت به سایر روش ها دارد.
    کلیدواژگان: پردازش سیگنال، تجزیه حالت تجربی، ماشین بردار پشتیبان، بهینه سازی ازدحام ذرات، ماشین دوار
  • سید علیرضا ذوالفقاری*، حسن حسن زاده، محمد رئیسی، مرتضی طاهری صفحات 333-342
    هدف از این تحقیق، مقایسه عملکرد دو سیستم تهویه جابه‏جایی کفی و اختلاطی بالاسری جهت ایجاد شرایط آسایش حرارتی برای مسافران یک اتوبوس است. برای این منظور، شبیه سازی عددی جریان و انرژی در یک اتوبوس اسکانیا 4212 با 45 نفر سرنشین انجام شده است. در تهویه جابه جایی، دریچه های ورودی روی کف و در زیر صندلی ها واقع شده است و در تهویه اختلاطی، دریچه های ورودی در بالای سر مسافران جانمایی شده است. در هر دو سیستم، طبق استاندارد اشری برای وسایل نقلیه عمومی، دبی هوای ورودی به اندازه 5 لیتر بر ثانیه به ازای هر نفر تامین شده است. همچنین، دمای هوای ورودی به نحوی تنظیم شده است تا شاخص میانگین رای افراد طبق استانداردهای آسایش حرارتی در محدوده مجاز واقع شود. در تهویه جابه‏جایی به دلیل وجود دریچه های ورودی در کف اتوبوس و اثرات شناوری، دمای هوا در ناحیه پای افراد حدود 18C است که در مقایسه با سایر بخش های بدن پایین تر است. همچنین، گرادیان عمودی دمایی در تهویه اختلاطی بالاسری نسبت به تهویه جابه‏جایی کفی کمتر است؛ بطوریکه اختلاف دمایی قسمت پا در مقایسه با ناحیه سر تنها 2C است. در تهویه اختلاطی بالاسری، دمای هوا در ناحیه سر حدود 24C است در حالی که در تهویه جابه‏جایی کفی دما محیط اطراف سر حدود 26°C است که دیگر در ناحیه خنثی قرار نمی گیرد. نتایج مدل آسایش حرارتی 65 نقطه ای نشان می‏دهد که اختلاف دمای سطح پوست با دمای خنثی پوست هر بخش در تهویه جابه‏جایی کفی در مقایسه با نوع اختلاطی بالاسری بیش‏تر است.
    کلیدواژگان: تهویه اختلاطی بالاسری، تهویه جابجایی کفی، وسیله نقلیه عمومی، مدل 65 نقطه ای آسایش حرارتی
  • عارف نظری، عقیل یوسفی کما *، سید سعید محتسبی، سعید ظهوری، مهدی صفا صفحات 343-349
    به مطالعه تجهیزات دوار که دارای رفتار ارتعاشی در راستای محور چرخش هستند دینامیک ماشین های دوار گفته می شود. تجهیزاتی از قبیل موتور، توربین، کمپرسور و ژنراتور در این طبقه بندی جای می گیرند. مطالعه رفتار ارتعاشی این سازه ها و تخمین رفتار آن ها در دورهای متفاوت منجر به شناسایی نقاط بحرانی و جلوگیری از واماندگی این قطعات بخصوص در خستگی دور بالا می گردد. دیسک پره دار مورد مطالعه در این پژوهش مربوط به ردیف اول کمپرسور یک موتور توربینی می باشد. این دیسک پره دار یکپارچه و از جنس آلیاژهای آلومینیوم می باشد که به روش ماشین کاری ساخته شده است. در این پژوهش مدل سازی عددی این دیسک پره دار به روش تقارن محوری در نرم افزار انسیس صورت گرفته و شکل مودهای سازه بر اساس قطرهای گره ای استخراج شده است. در گام بعدی تست آنالیز مودال تجربی با اندازه گیری 58 نقطه بر روی این دیسک پره دار انجام شده است و ماحصل کار استخراج قطرهای گره ای به صورت تجربی می باشد. در پایان نتایج عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شده است. نوآوری این طرح در نحوه استخراج کامل قطرهای گره ای دیسک پره دار می باشد که در صحه گذاری مدل عددی بسیار کارآمد بوده است.
    کلیدواژگان: دیسک پره دار، قطر گره ای، آنالیز مودال تجربی، تقارن محوری
  • قاسم حیدری نژاد *، عماد موسوی صفحات 350-358
    همراه با رشد تکنولوژی نازل های اسپرینکلر و سیستم های مه آب بیش از پیش در اطفاء حریق مورد استفاده قرار می گیرند. روش های محاسباتی برای بررسی تاثیر اثر تهویه و پارامتر های نازل همچنین بهینه سازی آن ها در سیستم مه آب بسیار کارایی دارند. در این پژوهش، کد متن باز شبیه ساز دینامیک آتش (FDS) برای بررسی عددی تاثیر پارامترهای نازل بر خفگی و اطفاء حریق استفاده شده است. محدوده اندازه قطرات طبق استاندارد NPFA 750 محاسبه شده است. مکانیزم های اطفاء حریق در سیستم مه آب و تاثیر آن ها بر زمان اطفاء حریق همچنین تاثیر پارامترهای اندازه ذرات، دبی آب و زاویه مخروطی پاشش نازل بررسی شده است. محاسبات نشان می دهد در نازل مخروط حفره ای، اندازه قطرات کوچک تر از 121 میکرومتر و بزرگ تر از 600 میکرومتر برای اطفاء حریق مناسب هستند. با استفاده از یک نازل توپر و یک پنجم دبی در مقایسه با حالت قبل، زمان اطفاء حریق از 26 به 7.4 ثانیه کاهش یافته است. زاویه پاشش در قطرات ریز اثر چندانی بر زمان اطفاء حریق ندارد اما در قطرات درشت با کم کردن زاویه پاشش می توان به جواب مطلوب رسید. از این رو با شناخت پارامتر های نازل و اثر هر یک از آن ها بر زمان خاموشی حریق می توان به طراحی بهینه رسید.
    کلیدواژگان: اطفاء حریق، دینامیک سیالات محاسباتی، نرم افزار FDS، سیستم مه آب
  • ایمان بهمن جهرمی، کاوه قربانیان *، محمد ابراهیمی صفحات 359-368
    در این مقاله صوت حاصل از جت برخوردی در لحظات اولیه تشکیل تا رسیدن به حالت شبه پایا به صورت تجربی بررسی شده است. همچنین پدیده ی رفت و بازگشت امواج صوتی حاصل از جت بین خروجی نازل و صفحه صلب که سبب تشکیل امواج صوتی با دامنه زیاد در فرکانس های مشخص می شود و حلقه بازگشتی نامیده می شود به طور ویژه مورد بررسی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر با استفاده از تونل موج ضربه ای انعکاسی، دمای سکون جت تا 950 کلوین افزایش یافته و جت مافوق صوت با عدد ماخ جت برابر با 1.4 توسط نازل همگرا-واگرا تولید شده است. صوت حاصل از جت مافوق صوت به صورت آزاد (بدون صفحه برخوردی) با نتایج جت دما بالا در شرایط مشابه تولید شده با تجهیزات احتراقی پایا مقایسه شده و پس از صحت سنجی نتایج، سیگنال صوتی در جت برخوردی دما بالا مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. صوت حاصل از هریک از پدیده های گذرا در جت برخوردی جهت دار بوده و در زاویه مشخصی نسبت به نقطه برخورد، بیشترین نمود را دارند.. با استفاده از تبدیل موجک و رسم نمودارهای انرژی در حوزه زمان-فرکانس، مشاهده می شود که سیگنال ناشی از حلقه بازگشتی در طول زمان به صورت پیوسته و در یک فرکانس مشخص به وجود می آید. سیگنال صوتی ناشی از لایه برشی جت به صورت رویدادهای آکوستیکی در حوزه زمان مشاهده شده و انرژی آن ها در یک طیف فرکانسی گسترده شده است.
    کلیدواژگان: آیروآکوستیک، جت برخوردی گذرا، لوله موج ضربه ای، تبدیل موجک، مکانیزم حلقه بازگشتی
  • فاطمه کرمی، افشین احمدی ندوشن*، علیرضا شاطری صفحات 369-376
    تاکنون مطالعات فراوانی به منظور بررسی نیرو ها و کوپل های وارد بر سطح المان های جامد و سیال انجام گرفته است که در حیطه مکانیک سیالات منجر به شکل گیری معادلات نویراستوکس شده است. با این حال، اکثر محققان به این نتیجه رسیده اند که این معادلات به دلیل عدم درنظرگرفتن تاثیرات تنش های کوپلی کامل نبوده و نیازمند اصلاح هستند. در این مقاله با استفاده از تئوری تنش-کوپل جدید معرفی شده، به حل تحلیلی معادلات میدان جریان میان دو لوله هم محور و جریان بر روی دیواره متخلخل پرداخته می شود. با محاسبه ی دو مولفه تانسور تنش نیرویی برای جریان میان دو لوله ی هم محور، نشان داده شده است که این تانسور بر خلاف تئوری کلاسیک متقارن نمی باشد. همچنین با بیان دو رابطه دقیق برای محاسبه ی پروفیل سرعت جریان در این دو هندسه و مقایسه آن با حل کلاسیک(با فرض عدم تاثیرات تنش کوپلی)، ملاحظه می شود که مقیاس طول یک پارامتر تاثیر گذار بر روی جریان های مقیاس کوچک است و با افزایش مقیاس طول مساله، پروفیل سرعت سیال و نرخ جریان از حل کلاسیک فاصله می گیرند. به عبارتی دیگر، باکاهش ابعاد هندسی مساله، وابستگی جریان سیال به طول به عنوان یک پارامتر اساسی (که قبلا در روابط مشاهده نمی شد) افزایش می یابد. این نتایج برای بررسی جریان سیال در مقیاس های کوچک همچون بایوسیالات، سیستم های روغن کاری و میکروالکترومکانیکی کاربرد دارد.
    کلیدواژگان: تئوری تنش-کوپل، مقیاس طول، تانسور تنش نیرویی، سرعت، نرخ جریان
  • سعید برغندان، محمد علی بادامچی زاده *، محمدرضا جاهد مطلق صفحات 377-384
    تکنیک کنترل مدلغزشی یکی از شناخته شده ترین روش های کنترل غیرخطی می باشد. این روش مزایایی نظیر مقاومت در برابر نامعینی ها دارد. اما پدیده وزوز عمل کرد سیستم حلقه بسته را محدود می کند. برای افزایش کارآیی آن از جبران ساز فازی در کنار این روش استفاده می کنند. بردار وزن های جبران ساز فازی با استفاده از قوانین تطبیقی بروز رسانی می شوند. نرخ تطبیق همانند یک ضریب کنترلی عمل می کند فلذا هرچه بزرگ تر انتخاب گردد سرعت تطبیق بردار وزن ها افزایش یافته و در نتیجه عمل کرد سیستم حلقه بسته بهبود می یابد. اما در نتیجه آن، امکان ناپایداری سیستم حلقه بسته هم افزایش می یابد. در این مقاله پیشنهاد شده که از یک سیستم فازی موازی در کنار سیستم فازی اصلی استفاده شود و بدین طریق، نحوه تطبیق بردار وزن های سیستم فازی اصلی کنترل گردد. علاوه براین مدل غیرخطی یک سیستم الکتروهیدرولیکی به عنوان مثال موردی معرفی شده است. در انتها طی شبیه سازی های عددی عمل کرد سیستم حلقه بسته و کارآیی روش های پیشنهادی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کنترل مدلغزشی، جبران ساز فازی، سیستم فازی موازی، قانون تطبیق، سیستم الکتروهیدرولیک
  • جواد امنیان، مهدی معرفت* صفحات 385-392
    غلظت میانگین منوکسیدکربن، پارامتر با اهمیتی برای طراحی تهویه در پارکینگ های بسته است. با استفاده از تخمین اولیه غلظت منوکسیدکربن و بررسی کارآیی خروجی آلاینده، می توان سیستم تهویه ای با کمترین مصرف انرژی و کیفیت هوای مناسب طراحی نمود. در این مقاله با استناد به اصل بقای جرم و استفاده از تعریف کارآیی خروجی منوکسیدکربن، رابطه ای تحلیلی جهت تخمین میزان غلظت منوکسیدکربن بدست آمده است. این رابطه تغییرات غلظت منوکسیدکربن با زمان را با استفاده از پارامترهای عملکردی اصلی پارکینگ تخمین می زند. با توجه به فیزیک حاکم بر جریان هوا، افزایش کیفیت هوا در پارکینگ با کاهش تعداد ماشین های روشن و میزان دبی آلودگی خروجی از اگزوز ماشین و افزایش حجم پارکینگ و میزان هوای تهویه حاصل می شود. این رفتار با استفاده از رابطه تحلیلی بیان شده در این مقاله همخوانی دارد. رابطه حاصل از این مقاله می تواند به عنوان معیاری جهت برآورد غلظت منوکسیدکربن و بهبود طراحی سیستم تهویه مورد استفاده قرار گیرد. مقایسه نتایج حاصل از این رابطه تحلیلی با نتایج اندازه گیری ها و حل های عددی موجود، بیانگر دقت خوب این رابطه است. همچنین با استفاده از رابطه فوق اثر تغییرات الگوی جریان بر میزان کاهش مصرف انرژی در یک پارکینگ طبقاتی بیان شده است. در ادامه رویکرد استاندارد ملی به طراحی تهویه پارکینگ ها بیان شده و پیشنهادات اصلاحی لازم جهت بهبود آن بیان گردیده است.
    کلیدواژگان: پخش آلودگی، رابطه تحلیلی، افزایش غلظت آلاینده، فیزیک جریان هوا، استاندارد تهویه
  • علی محتشمی، ابوالفضل اکبرپور *، مهدی ملازاده صفحات 393-403
    رفتار پیچیده آبخوان با حل معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی هم به صورت تحلیلی و هم به صورت عددی بررسی می گردد. روش های عددی همچون تفاضل محدود که برای حل معادلات دیفرانسیل به کار می روند معمولا معادلات را در شرایط هندسی ساده حل می کنند. اخیرا از روش های عددی جدیدی به نام روش های بدون شبکه به منظور حل معادلات دیفرانسیلی در شرایط ساده و هم چنین پیچیده استفاده می کنند. از آن جایی که در این روش ها نیازی به شبکه بندی دامنه مساله نیست، مشکلات ناشی از شبکه بندی ها حذف می شود. تاکنون مطالعات اندکی در زمینه مدل سازی جریان آب زیرزمینی با استفاده از روش های بدون شبکه انجام شده است. در این مطالعه از روش بدون شبکه محلی پتروو-گالرکین با تابع تقریب حداقل مربعات متحرک و تابع وزن اسپیلاین به منظور مدل سازی جریان آب زیرزمینی در آبخوان آزاد بیرجند در استان خراسان جنوبی در شرایط ماندگار استفاده شد. سطح آب زیرزمینی محاسبه شده توسط مدل با سطح آب زیرزمینی مشاهده شده در چاه های مشاهداتی مقایسه شدند. نتایج بدست آمده رضایت بخش بود. به طوریکه میانگین خطای نسبی و خطای جذر میانگین مربعات این روش به ترتیب 0.0002، 0.483 بود.
    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، روش بدون شبکه محلی پتروو-گالرکین، حالت ماندگار، آبخوان بیرجند
  • مهران میرشمس *، احسان ذبیحیان صفحات 404-412
    در این مقاله روش سریع طراحی مفهومی ماهواره های مخابراتی زمین آهنگ معرفی شده است. این روش SDM نام گذاری شده است. SDM مخفف Statistical Design Model است. ویژگی و هدف اصلی ارائه ی روش ‏مذکور‏ ‏تعیین اطلاعات فاز طراحی مفهومی ماهواره همچون جرم و توان، در مدت زمان کوتاه با دقت قابل قبول است. با استفاده از روش حاضر می توان مشخصات زیر سیستم های ماهواره مخابراتی زمین آهنگ را استخراج نمود. ‏لازمه پیاده سازی این روش جمع آوری پایگاه داده کاملی از مشخصات سیستمی و زیرسیستم های ماهواره است. با توجه به کاربردهای ماهواره های مخابراتی ‏زمین آهنگ‏ و همچنین هزینه و زمان بالای طراحی مفهومی این نوع ماهواره، همواره نیاز به پایین آوردن زمان ‏طراحی و ساخت این نوع ماهواره ها وجود دارد. لذا در این مقاله به پیاده سازی روش SDM برای طراحی مفهومی ماهواره های مخابراتی ‏زمین آهنگ در بازه جرمی 1000 تا 7000 کیلوگرم پرداخته شده است. با استفاده از این روش زمان طراحی این نوع ماهواره کاهش پیدا کرده است. برای پیاده سازی روش بیان شده و دست یابی به روابط قابل اطمینان پایگاه داده ی شامل 450 ماهواره مخابراتی ‏زمین آهنگ‏ که از سال 2000 تا 2016 پرتاب شده اند جمع آوری شده است. پس از تشریح روابط، تمام روابط برای تعیین مشخصات زیرسیستم های ماهواره معرفی شده اند. ‏دقت روندنمای پیشنهادی به دو روش پیاده سازی روی یک نمونه و روش آماری صحه گذاری شده است. میانگین خطای نتایج به دست آمده با این روش در زیرسیستم های مختلف 15.7% است که در فاز طراحی ‏مفهومی تخمین مناسبی به نظر می رسد.‏
    کلیدواژگان: روش SDM، طراحی مفهومی ماهواره، ماهواره های مخابراتی زمین آهنگ، تحلیل آماری
  • امین آذرشب، مهدی شهبازیان* صفحات 413-419
    یک راه موثر برای افزایش قابلیت اطمینان یک فرآیند صنعتی، طراحی الگوریتم تشخیص خطا جهت پایش لحظه به لحظه ی آن است. در یک سیستم دینامیکی، خطا به هر گونه انحراف از وضعیت کاری مطلوب اتلاق می شود. متناسب با ابعاد سیستم، معماری های مختلفی از قبیل: متمرکز، غیر متمرکز و توزیع شده برای پیاده سازی الگوریتم تشخیص خطا وجود دارد. در این مقاله، رویکردی متمرکز با استفاده از تکنیک ترکیب اطلاعات چند سنسوری (MSDF) مبتنی بر فیلتر اطلاعات توسعه یافته ی ترکیبی(HEIF) ارائه شده است. این فیلتر، هم زمان مزایای دو الگوریتم موجود، یعنی فیلتر کالمن توسعه یافته ی ترکیبی(HEKF) و فیلتر اطلاعات(IF) را دارد. این روش مانند فیلتر کالمن توسعه یافته ی ترکیبی از دقت بالاتری در مقایسه با فیلتر مرسوم کالمن برخوردار است و همپنین همانند فیلتر اطلاعات قابلیت پیاده سازی به صورت غیر متمرکز و توزیع شده را نیز دارد. الگوریتم متمرکز ارائه شده برای سیستمهای دینامیکی با ابعاد پایین، به تخمینی دقیق تر با سرعت همگرایی بیشتر و تشخیص زودتر خطا می انجامد که به پیاده سازی بلادرنگ کمک خواهد کرد. همچنین برای سیستم های با ابعاد بزرگ(LSS)، مبنایی برای مقایسه عملکرد رویکردهای غیرمتمرکز می باشد.
    کلیدواژگان: تشخیص خطا، سیستم های دینامیکی غیرخطی، ترکیب اطلاعات چند سنسوری، فیلتر اطلاعات توسعه یافته ی ترکیبی
  • سعید صابری، مصطفی غیور *، حمیدرضا میردامادی صفحات 420-426
    ورق های دوپایداره و چندپایداره نوعی از سازه های هوشمند مرکب هستند که دارای دو یا چند حالت تعادل استاتیکی می باشند. در این مقاله یک ورق مرکب دوپایا هیبریدی با یک لایه فلز خارجی تحلیل می شود. تفاوت این ورق ها با ورق های مرکب دوپایا معمولی و ورق های مرکب دوپایا هیبریدی با یک لایه فلز داخلی در حالت های تغییر شکل یافته می باشد. به عبارت دیگر برخلاف ورق های مرکب دوپایای متداول، در هر دو حالت پایدار، انحناهای عرضی برابر و هم جهت می باشند و انحنای پیچشی مقدار قابل توجهی دارد. برای بررسی رفتار این ورق ها از روش رایلی- ریتز و کمینه سازی انرژی پتانسیل و همچنین اجزای محدود استفاده می شود. به منظور افزایش دقت، در روش رایلی – ریتز جابه جایی خارج از صفحه با استفاده از چندجمله ای لژاندر حدس زده می شود. ابتدا حالت های تعادل و حالت های پایدار تعیین می شوند. برای درک بهتر تفاوت بین ورق دوپایا هیبریدی با یک لایه فلز خارجی و یک ورق مرکب دوپایا معمولی مقایسه ای بین حالت های تغییر شکل یافته در دمای محیط، انحناها و جابه جایی خارج از صفحه انجام می گردد. در ادامه گشتاور مورد نیاز برای پرش بین حالت های پایدار به دست می آید. همچنین تاثیر ضخامت لایه فلز روی محدوده پایداری و جابه جایی خارج از صفحه بررسی می گردد. مقایسه نتایج حاصل از تابع شکل پیشنهادی و تابع شکل هایر نسبت به نتایج تجربی و نتایج حاصل از روش اجزای محدود نشان می دهند که نتایج حاصل از تابع شکل پیشنهادی از دقت بسیار بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: ورق مرکب دوپایا هیبریدی، سازه های مورفینگ، معادلات فون- کارمن، روش رایلی- ریتز، شبیه سازی اجزای محدود
  • مرتضی قاسمی شیری، عبدالرحمان جامی الاحمدی* صفحات 427-438
    در این مقاله، رفتار کمانشی نانو ورق هوشمند چند لایه از جنس گرافین با دو لایه پیزوالکتریک در بالا و پایین در حالت مدار باز مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل بر اساس تئوری های الاستیسیته غیرمحلی و تغییر شکل برشی و عمودی انجام شده است. به منظور مطالعه تحلیلی کمانش نانو ورق هوشمند، میدان جابجایی خاص تئوری تغییر شکل برشی و عمودی بیان می شود. با معرفی توابع لژاندر و شش جمله اول آن ها، میدان جابجایی بسط داده شده و روابط غیرخطی کرنش-جابجایی استخراج می شوند. معادلات تعادل حاکم بر نانو ورق هوشمند بر پایه تئوری های الاستیسیته غیرمحلی و تغیییر شکل برشی و عمودی، با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل و معادله ماکسول به دست آمده اند. در حوزه حل الکتریکی به منظور بررسی اثر لایه های پیزو الکتریک، از معادله ماکسول به عنوان معادله مورد نیاز برای متغیرهای الکتریکی استفاده شده است. با استفاده از معیار تعادل همسایگی، معادلات پایداری حاکم بر نانو ورق هوشمند استخراج شده اند. معادلات حاصل با فرض تکیه گاه ساده روی هر چهار لبه به صورت تحلیلی حل شده است و بارهای بحرانی کمانش داده شده اند. به منظور اعتبارسنجی نتایج، مقادیر بارهای بحرانی کمانش با منابع در دسترس مقایسه می شوند. در پایان، پس از بررسی صحت نتایج ارائه شده، نتایج عددی برای اثر پارامترهای مختلف مانند طول نانو ورق، پارامتر غیرمحلی، نسبت ضخامت لایه پیزوالکتریک به ضخامت گرافین، نسبت ضخامت گرافین به طول مشخصه، ضخامت لایه های پیزوالکتریک و نوع ماده پیزوالکتریک بر بار بحرانی کمانش با جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تحلیل کمانش، نانو ورق هوشمند، لایه های پیزوالکتریک، تئوری الاستیسیته غیرمحلی، تئوری تغییرشکل برشی و عمودی
  • کاملیا انزوایی، حسین محمدی شجاع* صفحات 439-445
    در این مقاله اندرکنش نابجایی لبه ای در داخل هسته یک نانوسیم هسته-پوششی که در ماتریس بینهایت قرار گرفته است، به کمک تئوری الاستیسیته سطح مورد بررسی قرار گرفته است. در این مسئله به منظور حل معادلات تعادل از روش توابع پتانسیل مختلط و بسط سری لورنت استفاده شده است. پارامتر مشخصه میان سطح که دارای بعد طول می باشد و ترکیبی از ضرایب الاستیک سطح است، در معادلات وارد شده است. میدان تنش ناشی از وجود نابجایی، نیروی وارد بر نابجایی و انرژی نابجایی با لحاظ نمودن اثر میان سطح محاسبه شده است. میدان تنش ناشی از وجود نابجایی بصورت گرافیکی نمایش داده شده است و نتایج با حالت کلاسیک و بدون لحاظ نمودن اثر سطح مقایسه شده است. نیروی وارد بر نابجایی نیز به تفصیل مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است و نشان داده شده است که این نیرو وابسته به پارامتر مشخصه میان سطح، ابعاد مدل، جهت گیری نابجایی و فاصله نابجایی از میان سطح می باشد. همچنین تاثیر پارامتر مشخصه میان سطح بر روی نیروی وارد بر نابجایی که می تواند بصورت دافعه و یا جاذبه عمل کند، مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه نقطه تعادل نابجایی نیز بررسی شده است. انرژی نابجایی با لحاظ نمودن اثر میان سطح و بدون آن مقایسه شده است و نشان داده شده با نزدیک شدن نابجایی به میان سطح اختلاف نتایج افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: اثر سطح-میان سطح، نانوسیم هسته-پوششی، نابجایی لبه ای، میدان تنش
  • یادداشت پژوهشی
  • دانیال حکیمی راد، مهدی معرفت*، بهروز محمدکاری صفحات 446-450
    برآورد میزان آلاینده ها در یک فضای مسکونی برای اطمینان از کیفیت هوا بسیار حائز اهمیت است. در تحقیق حاضر، یک فضای مسکونی متداول به منظور بررسی رفتار آلاینده ها به روش عددی شبیه سازی شده است. با استفاده از نتایج عددی حاصل و نتایج تجربی مراجع دیگر، رابطه ای تحلیلی برای برآورد میزان غلظت گاز CO2 بر حسب عواملی چون گاز CO2 تولید شده توسط تنفس ساکنین و یا وسایل احتراقی، حجم فضای مسکونی و نرخ تهویه پیشنهاد شده است. نتایج رابطه تحلیلی انطباق کاملی با نتایج تجربی و عددی دارد و می توان از آن برای برآورد کیفیت هوای داخل ساختمان استفاده نمود. رابطه پیشنهادی در تمام فضاهای مشابه قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: کیفیت هوای داخل، غلظت دی اکسید کربن، نرخ تهویه، آلاینده
|
  • Mohammad Reza Mosadeghi, Hadi Salavati *, Yoness Alizadeh, Amir Abdollah Pages 1-9
    In this paper, fracture behavior of functionally graded material weakened by U-notches under mode I loading has been investigated. Electro slag remelting process has been used to produce functionally graded specimens in a notch arrester configuration. Hardness test has been utilized to define the position of each layer. Mechanical properties, including elastic modulus and poisson's ratio, vary along the width of U-notched specimens. The critical fracture load (Fcr) was achieved by performing three point bending examination and using force-displacement curve.
    Then, the process simulation was done by finite element software. Firstly, Jcr of each specimen was calculated by using critical value of strain energy averaged over a well-defined control volume. Then the critical fracture load was evaluated by means of the J Integral criterion. In this research, the effect of the notch root radius, for a fixed notch depth, on the Jcr value as well as the critical fracture load has been studied. To compare fracture behavior of the FG specimens with the corresponding homogeneous ones, have the same properties with the notch root layer in FG specimen, Fcr and Jcr value of each have been investigated. The average difference between the predicted Fcr by J integral criteria and experimental results is 17.84%. Finally, the effect of number of graded area layers on Jcr and Fcr has been investigated. The results shows, the value of Jcr and Fcr do not be affected while the number the number of layers more than 20.
    Keywords: Critical load, Functionally graded material, Integral J, Electro slag remelting, U, notch
  • Hossein Fathi, Seyed Hossein Mansouri *, Amir Raoof Pages 10-18
    According to the significant effect of the structure and saturation of cathode catalyst layer (CCL) on the operation of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), a pore scale model is presented to simulate the transport processes in CCL. Using this model, the tortuosity and macroscopic effective diffusivity of CCL with different porosities and saturation levels were obtained. The water distribution was obtained by solving two-phase flow equations using volume of fluid (VOF) method. The structure of CCL was reconstructed by assuming agglomerates as equally-sized circles and spheres in two-and three-dimensional domains, respectively. A sequential algorithm was used to determine the location of agglomerates in the computational domain with specific overlap. A comparison was made between the results obtained for three- and two-dimensional domains which showed 2D assumption results in an overestimating on effective diffusivity. However, the variation trend of effective diffusivity versus porosity was about the same. According to the results, due to the blocking effect of water presence in CCL, the increase of saturation causes less available pathways for gas to diffuse. Therefore, the effective diffusivity decreases by the increase of saturation level. Moreover, the decrease of porosity leads to the increase of tortuosity which results in lower pathways for gas to diffuse into the domain and hence less effective diffusivity was obtained. The decrease of oxygen effective diffusivity of CCL causes a lack of oxygen concentration at the electrochemical reaction sites and leads to the decrease of the PEMFC performance.
    Keywords: Pore scale modelling, Cathode catalyst layer, two-phase flow, PEM fuel cell, Effective diffusivity
  • Aliakbar Aghakouchak *, Seyed Hamed Khalilpour, Ghasem Dehghani Pages 19-28
    Explosion is considered as the most hazardously event in petrochemical facilities and offshore structures. In these facilities, pressure vessels are very important because their explosion may result in damage to other modules. In practical design, external blast load is applied to one side of pressure vessels as uniform load.In this paper we try to propose more realistic distribution to conform experimental results. This paper includes validation of Eulerian domain capability in finite element program ABAQUS to carryout uncoupled Eulerian Lagrangian analysis .The results show good agreement between Eulerian capability and experimental results in locations that do not have high turbulence effect, but in points where turbulence effects and vortexes are increased, error in numerical model is larger. Also, this paper shows that the method which is usually used to apply blast loads to cylindrical materials has a great error in comparison with numerical simulation and experimental results. Thus, in this paper is presented a blast load distribution which can be used in future research and industrial designs for vertical shape or horizontal shape of cylindrical materials with a variety of different diameters.
    Keywords: Explosion simulation, Eulerian domain, cylindrical shape, pressure vessel, piping system
  • Mahmood Farzaneh Gord *, Mohsen Jannatabadi Pages 29-40
    Replacement of expansion valves which are used in natural gas pressure reduction stations, with expansion engine, to recycle wasted energy to generate electricity is the main objective of this study. In these engines, ports are used for inlet and outlet the gas. Control valve geometry set on these ports has a great impact on performance of this engine. In this research, simulation and optimization of the optimum opening and closing time of these valves according to two types of valve, piston and spool valves, to maximize the Exergy Efficiency has been done for the first time which Genetic Algorithm is used for this optimization. Simulation has been conducted with regard to the composition of gas stations which to calculate the thermodynamic properties of natural gas, AGA8 standard is used. For optimization constrain of having no back flow has been applied. Results showed that exergy destruction due to outlet processing in piston valve and due to inlet processing in cylinder valve is more than other destruction sources. Overall engine with cylinder valve has better performance than engine with piston valve. Variation of supply line pressure showed that engine with cylinder valve could not be used in inlet pressure of 30 bar, because engine doesn’t produce power.
    Keywords: double acting expansion engine, energy recovery, optimization, exergy efficiency, Genetic algorithm
  • Reza Soheilifard * Pages 41-46
    Many phenomena in molecular biophysics happen over time and length scales that are inaccessible by fully atomistic computer simulations. Therefore, coarse-graining has become a common strategy for bridging the gap in time and length scale between the atomistic simulation and biological processes. Furthermore, in many cases the system dynamics is better represented in terms of collective coordinates. This study is concerned with a rigorous coarse-graining method for dynamics of linear systems using collective coordinates of the resiudes rather than coordinates of individual atoms. In this method an invertible linear time-independent map is considered to relate the original displacements to the collective coordinates. Then, the conformational space of the transformed system is divided into master and slave degrees of freedom. Under the assumption that the masters are slower than the slaves and by expanding the masters’ displacements in Taylor series with respect to time variable, the method results in effective stiffness, friction and mass for the coarse-grained system in terms of collective coordinates of the residues. Center of mass and hydrodynamic center of reaction coordinates of the residues are considered as collective coordinates. Application of the method to finding the relaxation dynamics of various proteins shows that using center of mass coordinates significantly improves the results.
    Keywords: coarse-graining, collective coordinates, center of mass, relaxation, protein dynamics, hydrodynamic center of reaction
  • Soroush Omiddezyani, Ramazan Ali Jafari Talookolaei *, Maryam Abedi, Hamed Afrasiab Pages 47-57
    In this study, the hydrostatic vibration analysis of an isotropic rectangular microplate in partial contact with a bounded fluid is studied. Modified couple stress theory based on the Kirchhoff plate assumptions are used to mathematically model the problem. The extended Hamilton’s principle is employed to drive the governing differential equation of motion and the corresponding boundary conditions. The transverse displacement of the microplate is approximated by a set of admissible functions which must satisfy the geometric boundary conditions. The fluid is assumed to be incompressible, inviscid and irrotational and the fluid velocity potential is obtained using the boundary and compatibility conditions. Natural frequencies of the microplate are calculated using the Rayleigh-Ritz method. To validate the present results, the natural frequencies of an isotropic macroplate in contact with fluid are compared with the available data in the literature and very good agreements are observed. Finally using the numerical data, the effect of different parameters such as thickness to length scale parameter, aspect ratio, length to thickness ratio and boundary conditions on the natural frequencies of the microplate are discussed in detail. We have observed that the difference between the natural frequencies predicted using the classical theory and the one evaluated by the modified couple stress theory is significant when thickness of the microplate is small, but diminishes as thickness increases.
    Keywords: Free vibration, Rectangular Microplate, Fluid, Length Scale Parameter
  • Reza Amooyi Dizaji, Mojtaba Yazdani * Pages 58-64
    In, this research, the effects of adding silica and multiwall carbon nanotubes (MWCNT) nano particles on the low velocity impact response are experimentally studied. Vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) method has been used to manufacture nano composite with 11 layers of plain weave carbon fibers 200 g⁄m^2 , resin R510 and hardener H515 with 66% fiber volume fraction. Samples made of nano silica and MWCNT particles have been dispersed with 1 wt. %. The prepared CARALL is made of two Aluminum 2024 facing sheets. Low velocity impact tests have been conducted using by drop weight device at the impact energy of 20, 40 and 60 j with velocity of 2.6, 3.68 and 4.5 m⁄s . The results of the low velocity impact experiments indicates that the MWCNT improves performance of fiber metal composite material and the effects of MWCNT in improving the impact properties of fiber metal laminate composite is better than of nano silica. Better adhering and dispersion of MWCNT and strong interfacial creation are some other effect factors of impact response sample reinforced with multiwall carbon nanotubes in comparison to nano silica.
    Keywords: Plain weave carbon fiber, MWCNT, Nano silica, VARTM, Low velocity impact
  • Reza Shamsi, Hassan Ghassemi * Pages 65-76
    Podded drive systems are one the recent innovation in marine propulsion systems. Hydrodynamic analysis of this system is more complicated than conventional propeller-rudder systems. The different numerical methods have been used in the hydrodynamic analysis of podded drive systems. The range of these methods is from the potential method or potential/viscous approach to pure viscous methods. In this paper, we applied coupled approach in this regard. The main purpose of this research is developing a BEM/RANS coupled method for numerical simulation of podded drives. In the proposed Potential/Viscous coupled method, the flow around rotating part (propeller) is simulated by a BEM code. Then fixed parts (pod and strut) are modelled by a RANS solver. In RANS solver, the propeller can be substituted by a set of equivalent forces which called body force and added in the right hand of momentum equation. Two cycles are available for coupling the result between potential and viscous method. The coupled method is first studied and validated with a single propeller. Afterward, the propulsive performance of the podded drive systems is studied. The results include the propeller thrust coefficient, the propeller torque coefficient, and the axial force coefficient. The results obtained by coupled method are compared to and verified by the experimental data.
    Keywords: Coupled Method, BEM Method, RANS Method, Podded drive System
  • Mahdy Ahangar *, Akram Sedigh Pages 77-84
    In this research, the electrothermal characteristics of anode have been analytically investigated by considering two subzones including the quasi-neutral and non-neutral plasma flow near the anode surface. A correlation between current density and anode fall voltage has been derived by using the continuity and momentum equations for electron in the non-neutral plasma subzone. Also, two relations have been deduced from the magnetic field induction equation and Ohm’s law to determine the current densities and voltage drops in the quasi-neutral plasma subzone. The suggested solution algorithm has been based on the satisfaction of current continuity condition to be converged by a trial and error method. The Princeton benchmark thruster has been investigated for the discharge current of 8 kA with mass flow rates of 4 and 24 gr/s to evaluate the developed algorithm. The obtained analytical results show that under operating conditions with mass flow rates of 4 and 24 g/s, the heat flux values are respectively in the range of 480 to1350 and 400 to1490 W/cm2, the current densities vary from 24 to 90 and from 33 to 140 A/cm2, and also the anode falls change from 5.8 to 11 and 4.9 to 6 V. The analytical algorithm has predicted the heat fluxes, current densities, and anode falls along the anode face in good agreement with measurements. It has been seen that the heat flux and current density around the anode mid-lip, where the anode fall has its minimum value, have been maximized. By using the second thermodynamic law, it has been shown that the probability density function of effective velocity has a Gaussian distribution. Therefore, under this circumstance, entropy has been maximized, and consequently the heat flux and current density profiles have been taken the summit form.
    Keywords: Plasma Flow, Anode Sheath, Heat Flux, Hall Parameter, Magnetic Field
  • Armin Najarian, Rouzbeh Shafaghat * Pages 85-92
    Demands for high speed vessels are increasing due to various usages. Reducing the resistance to achieve high speeds is an important objective in design of high speed crafts. Creating longitudinal side tunnels in the hull causes resistance reduction. Designing the boat is not right only for reducing drag force; stability and maneuverability are also important factors. In this paper, high speed tunneled hull performance is evaluated considering numerical simulation of turning circle maneuver as a standard maneuver. The numerical approach is implemented due to high and acceptable accuracy compared with mathematical models and lower cost compared to experimental tests. Among the various techniques, modeling of maneuver of the boat was performed by considering mesh movement with boat and combination of sliding mesh and movement of domain as an effective method. Reducing computation time and increasing the accuracy of solution is of its advantages. Finite volume method and k-ω model is used respectively for discretization equations and simulation of turbulence. In free surface modeling, mixture model was preferred instead of free surface model. Solution methodology was validated using experimental results of a single-hull boat. Path of the boat in various tests was presented in the result section, considering the effect of angle of rudder, thrust and movement mode of the boat on the maneuver parameters. The results show enhancing maneuverability of the boat by approaching the planing mode so that by increasing the speed and closing to planing mode, tactical diameter is reduced up to 7.5% compared to the displacement mode.
    Keywords: High Speed Tunneled Hull, Computational fluid dynamics, Turning Circle Maneuver, Sliding Mesh, Tactical Diameter
  • Mahmoud Moradi *, Omid Mehrabi, Taher Azdast, Khaled Y. Benyounis Pages 93-100
    In the present study, the effect of gas pressure and laser beam focal plane position (FPP) on the geometry and roughness of kerf quality of the injected polycarbonate with the thickness of 3.2 mm in laser cutting by using low power continuous CO2 laser is investigated. Gas pressure and FPP were variable parameters in this research, while other processing parameters (i.e. laser power and cutting speed) are considered constant. Gas pressure experiments were carried out by varying the gas pressure from 0.5 to 3.5 bars and the FPP experiments were performed in FPP= 0 to FPP= -4mm. Kerf geometry quality (upper and lower kerf width, kerf taper, upper heat affected zone) and surface roughness of the kerf wall were also considered as the responses. Results show that gas pressure and FPP has a significant effect on the kerf quality. Increasing the gas pressure and the position of the laser beam focal point increases the upper and lower kerf width. Results also reveal that upper heat affected zone value decreases by reduction in FPP and increases the gas pressure. Increasing the gas pressure will reduce the kerf taper angle and reduction in the FPP reduces the surface roughness of the kerf wall. Observations indicated that by locating the laser spot point in the depth of the workpiece the laser cutting quality increases.
    Keywords: Laser cutting, injection molding, polycarbonate, focal plane position, gas pressure
  • Davood Rahmatabadi, Ramin Hashemi *, Bijan Mohammadi, Taghi Shojaee Pages 101-108
    Cold roll bonding process is one methods for production of multi-layered sheets with same and dissimilar materials that, in the past decade has been attention of many researchers. In this research, for the first time and according to ASTM-E561 and using compact tension specimens investigated plane stress fracture toughness for thin for two layers of aluminum sheets produced by Cold Roll Bonding Process. The fracture toughness is an important parameter in the design that their analysis can predict crack growth and life for material has crack. In addition to the fracture toughness, mechanical properties and tensile fracture surfaces were evaluated by using of uni-axial tensile test, micro hardness and scanning electron microscopy, respectively. Results of these test demonstrated that value of tensile strength, micro hardness and plane stress fracture toughness for two layers of aluminum sheets produced by Cold Roll Bonding process is far more than annealed sample that compared to the initial sheet respectively 150%, 80% and 51% improved. But value of elongation decreased. Also results of SEM demonstrated that dimples shallower and smaller than the initial sample that this factor confirmed increasing strength and reducing ductility. Of course the main role of this variation, applying high strain and cold working plays.
    Keywords: Fracture toughness, CARB, 1050 aluminum sheet, Mechanical properties, SEM
  • Amir Mostafapour *, Vahid Mohammadi Nia, Mosayeb Ahmadi Pages 109-114
    Accumulative press bonding (APB) process is one of the newest approaches of SPD processes in which the applying of strain in materials lead to the substantial plastic deformation and microscopic changes. In this study, APB method was used to production of Al/Cu composite and AA1100 and pure commercial Copper sheets used as matrix and reinforcement respectively. Microstructure evolutions samples proceeding by APB process were studied by Scan Electron Microscopy (SEM) and Optical Microscopy (OM). Mechanical characteristics were accomplished by conducting standard tensile and microhardness tests. The microscopic analysis indicates that as the number of APB passes increased, the reinforcement phase (Cu) dispersion be improved and result in Cu continues layers discrete in to shorter layers. As well, by increasing the number of APB passes up to 3 the ultimate strength, microhardness and elongation had been increased so that, the ultimate strength is raised to 375Mpa, it about 3.1 and 2.7 times is more than as Al and Cu respectively. Under the 3 cycles of APB, the hardness of Al and Cu were reached to 62 and 152.6 HV respectively which are 1.6 and 2.6 times greater than those of corresponding pure materials. Furthermore, SEM observations demonstrated the failure mode in Al/Cu composite proceeding by APB process is shear ductile rupture.
    Keywords: Sever Plastic Deformation (SPD), Accumulative Press Bonding (APB), Mechanical properties, Metallurgical properties, Composites
  • Hassan Zamanipour, Pourya Omidvar *, Ali Tayebi Pages 115-125
    In this paper, the convection-diffusion process in a two-phase air-water flow is investigated. Two-phase flows of air and water are important and are widely used in the industrial applications. Simulation of such a flow needs a proper understanding of the interface between two phases where these is a change in fluids properties. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a fully Lagrangian and meshless method which can simply detect the interface of multiphase flows. Here, we develop the open-source SPHyiscs2D code into two phase and implement the convection-diffusion equation by looking carefully at surface tension forces. To validate, first the still-water problem is investigated to ensure that the hydrostatic pressure at the interface is predicted and then the dam-break problem on an infinite bed is compared with the available experimental data. Results show that the combination of surface tension formulations and an additional artificial force gives a better result. Finally, the convection-diffusion process and the concentration distribution are shown for the air-bubble rising problem for different diffusive coefficients. It will be shown that the SPH method is a useful tool for studying multiphase flows and convection-diffusion processes.
    Keywords: Smoothed particle hydrodynamics, Two-phase flows, Convection-Diffusion problem, Air-bubble rising
  • Ebrahim Najafi, Amir Nejat, Seyed Farshid Chini * Pages 126-134
    Due to low surface energy and hierarchical roughness, fluids on superhydrophobic surfaces are mobile. The slip velocity on these surfaces is formulated using Navier’s slip length. On regular surfaces, slip length is only a few nano-meters. On superhydrophobic surfaces, slip length can be as large as 500 µm. Literature studies usually make the entire surface superhydrophobic which may not be the optimum situation. To find the desirable regions, the problem should be analyzed numerically. Most of the numerical studies are for flat plates. On curved surfaces (e.g. foils), due to the adverse pressure gradient and possibility of separation, analysis is more complicated. Here, the effect of using superhydrophobic surface for a SD7003 hydrofoil is studied numerically and at different Reynolds numbers and slip lengths. The flow pattern is considered laminar, incompressible and isothermal and a hydrofoil made of aluminum with a chord length of 10cm is selected. Results of the shear stress, pressure coefficient and the drag coefficient on the typical boundary condition were compared with the case of slip boundary condition. It was found that by increasing the slip length, the drag coefficient decreases. It was also found that the effectiveness of using superhydrophobic surfaces in decreasing the drag coefficient improves at higher Reynolds numbers. By increasing the Reynolds number from 4.5×〖10〗^4 to 7.5×〖10〗^4 and at the slip length of 50 µm, the drag coefficient reduction increases from 0.7% to 7%.
    Keywords: Superhydrophobic, Hydrofoil, Drag coefficient, Slip length, Shear stress
  • Tohid Khakzand, Ramin Kouhikamali *, Javad Mahmoudimehr Pages 135-146
    Spray combustion is utilized in a number of engineering applications such as energy conversion, military industrial, furance and propulsion devices. Current work focused on the effect of liquid fuel droplet diameter on the efficiency of the combustion chamber and formed emission such as NOx and CO in a two-dimensional axisymmetric combustion chamber. The discrete phase model approach employed for simulating Combustion. The gas phase is simulated using an Eulerian approach; while the droplets are treated with a Lagrangian method. The coupling between the two phases and effect of radiation is considered. The mixture-fraction/probability density function (PDF) equilibrium chemistry model is used to predict the combustion of the vaporized fuel. Also, the conservative equations of mass, momentum and energy in the turbulent flow field were solved in conjunction with the k–ε two equation turbulence model. A numerical simulation was carried out to study the influence of droplet size on the formation and emission of NOx and other contaminants. This effect was investigated under different droplet diameter and type of injection. The following conclusions be drawn: Smaller droplets produce higher NOx emission than the larger ones. Larger droplets produce higher CO than Smaller ones.
    Keywords: Droplet Size, Fuel Spray, Numerical Simulation, Combustion
  • Ahmadali Rabienataj Darzi *, Saman Vadudi Mofid Pages 147-156
    In this study, the effects of Co-Flow jet and injection temperature on the enhancement of airfoil performance in the compressible flow are investigated numerically. Co-Flow jet is a method of increasing lift to drag ratio and varying the Stall Degree which works via injecting the air from the edge of airfoil and suction from the tail. The much number of studied flow changes from 0.4 to 0.6. Clark-Y airfoil has been chosen for this study because of its application in compressible flow, it is the base airfoil for development of new airfoils. A validation is performed for Clark-Y airfoil by comparing the present numerical result and available experimental data in the literature. Results indicate that the enhancement induced by the Co-Flow jet on the compressible flow is less than one in the incompressible flow. The drag and lift coefficients reduces and increases by increasing the jet momentum coefficient, respectively. Using the Co-Flow Jet increase the stall degree. The maximum of lift decrement and drag increment occurs around the stall degree. Increasing the temperature increases lift coefficient slightly where it seems to be better choice in comparison with increment of Jet momentum coefficient due to ease of operation.
    Keywords: Airfoil, Lift Coefficient, Drag coefficient, Stall, Compressible flow
  • Hamzeh Aminaei, Mojtaba Dehghan Manshadi *, Alireza Mostofizadeh Pages 157-165
    This work aims to prediction of laminar/turbulent transition which plays an important role on aerodynamics of wing section. In this respect the flow around the NACA2415 airfoil simulated in a Computational Fluid Dynamics (CFD) solver in different regimes with and without propeller flowfield. For predicting the transition onset, two approaches were used: The first is based on time history of the skin-friction coefficient for determining the transition onset and the transition length on the airfoil. The second is to apply transition γ-〖Re〗_θ model for laminar/turbulent transition simulation. For investigation of transition effect, the simulation repeated by use of a classical turbulent model and both results was compared with experimental data. The comparison shows that taking into account the transition effects gives a good agreement with experiment. Relative error of calculated drag coefficients for the transition based simulation is lower than 10%, while fully turbulent simulation are 70% overestimated in some incidences. Slipstream of upstream propeller changes flow pattern and boundary layer characteristics over the wing. Indeed in presence of propeller, spanwise load distribution and laminar/turbulent transition onset were affected. In propeller flowfield, increasing of velocity normal component over wing surface causes transition delay. Movement of transition onset to trailing edge on the upper surface in propeller downwash is representative of such phenomenon. On the other hand, in upwash region, the transition onset moves upstream. With the increasing propeller rotational speed, this tendency augments and so the transition onset on the wing upper surface moves far downstream in propeller downwash.
    Keywords: Transition, Laminar Boundary Layer, Turbulence, Propeller
  • Morteza Homayoun Sadeghi *, Saeed Lotfan Pages 166-176
    In this paper nonlinear modal interactions and stability of a Rayleigh beam carrying a mass-spring-damper system are investigated. For this purpose, the dimensionless equations governing the vibration of the system are analyzed based on multiple scales method. By considering viscoelastic Kelvin-Voigt damping in the beam, complex mode shapes and time-dependent resonance frequencies are extracted. Using the traditional form of the multiple scales method results in physical contradiction in the time response of the concentrated mass which should be resolved. After free vibration analysis, the forced response of the system under harmonic force with frequency close to the first natural frequency and occurrence of one-to-three internal resonance is studied. The parameters of the one degree of freedom system are considered in a way that the modal interaction occurs via internal resonance mechanism. In this condition, frequency response of the system and its stability are investigated and it is shown that the unstability associated with the jump and Hopf bifurcation occurs in the vibration amplitude. Plots of the time response, phase and Poincare show that periodic, quasi-periodic and chaotic vibration may take place in the system. In order to verify the present paper’s results, the natural frequencies of the system are compared to those of the previous studies; in addition to this comparison, the frequency response based on numerical integration validates the results of the present paper.
    Keywords: Beam-mass-spring-damper system, Nonlinear modal interactions, Internal resonance, Stability
  • Hamed Mahmoud Soltani, Mahsa Kharazi * Pages 177-166
    One of the most remarkable achievements of finite element method is introducing isoparametric elements. Although these elements are able to use in numerous applications, the lower order isoparametric elements make some difficulties such as shear locking, volumetric locking and hourglass. These issues may improve with an increase in the number of the elements or by increasing the order of the elements, which increases the computational time. Therefore for solving these problems, using the lower order elements with incompatible modes, which enhances accuracy and reduces the computational time, could be considered as an alternative solution option. The aim of this paper is to study the effect of using the incompatible elements on the elastoplastic behavior of isotropic plates and beams under uniform axial and bending loadings. For this purpose, 3D standard elements with eight and twenty nodes and incompatible eight-node elements are used in modeling the 3-D case studies. Besides, the 2D standard elements with four and eight nodes and incompatible ones with four nodes are employed to analyze the 2-D plane stress problems. The obtained results show that using 3D incompatible elements achieves the faster rate of convergence in the solution procedure for obtaining the displacement components and also makes significant run-time reduction. However, there are not any remarkable differences between the obtained plastic Von-Mises stresses using 2D standard and incompatible elements.
    Keywords: Isoparametric element, Incompatible element, Finite element method, Elastoplastic analysis
  • Mahdi Fakoor *, Fatemeh Amozegary, Majid Bakhtiari Pages 187-198
    For formation flying of two satellites in a satellite constellation, the relative motion and attitude determination algorithms are the key components that affect the quality of flight and mission efficiency. In this paper orbital relative motion of two satellites with arbitrary Keplerian elliptic orbit and in large distance will be analyzed and also exact and efficient solution for relative motion of the satellite with j2 perturbation which is one of the important perturbation in Low Earth Orbit (LEO) using spherical geometry is proposed. Direct geometric method using spherical coordinates are utilized to achieve this solution. In this method relative position and relative velocity of two satellites are calculated in the satellite constellation based on orbital elements. The obtained results from simulation with STK software, comparison of results with extracted results from equations for satellite with different eccentricity and analysis of the proposed method’s accuracy and fault show that the solution obtained from the geometric method presents the relative motion of the satellite with high accuracy. Thus, the proposed solution will be applicable and effective for relative motion of constellation satellites in space missions.
    Keywords: Large- scale relative motion, elliptical orbit, j2 perturbation, satellite constellation
  • Jafar Roshanian *, Aliasghar Bataleblu, Mohammad Hossein Farghadani, Benyamin Ebrahimi Pages 199-210
    In this paper, conceptual design of a General Aviation Aircraft (GAA) is explained as a multi-objective Multidisciplinary Design Optimization (MDO). In the early sizing phase, preliminary aircraft configuration is defined based on a predetermined requirements and statistical Study. Afterwards, conceptual design disciplines are developed and integrated based on Multidisciplinary Design Feasibility (MDF) structure to improve the aircraft performance. The MDF loop is established by implementing a multidisciplinary analysis which includes disciplines as engine selection, weight and sizing, aerodynamics, performance and stability. In this design process, Constraints and algorithms are considered based on the Gudmundsson design approach. Design variables are selected carefully using sensitivity analysis on design objectives (i.e. reducing the weight and increasing the range). In order to obtain a feasible design, static stability constraints are considered. The NSGA-II multi-objective evolutionary optimization algorithm is utilized to demonstrate a set of possible answers in the form of the Pareto front. By selecting different engines and illustrating the Pareto fronts resulted from optimization process, the feasibility and effectiveness of rapid GAA conceptual design is demonstrated.
    Keywords: General Aviation Aircraft, Multidisciplinary Design Optimization, Gross Mass, Cruise Range, Genetic algorithm, Pareto front
  • Saeed Parvar, Hamid Reza Anbarlooei, Alireza Alipoor * Pages 211-220
    Numerical simulation of multi material or multi-phase flows are one of the most challenging problems between computational fluid dynamics researches. The main difficulty of these problems is producing some unexpected and non-physical oscillation at material interface which causes entering some error in to computation domain. For eliminating this source of error, many sophisticated algorithm have been proposed recently. By neglecting diffusion processes, Euler equations and HLLC reimann solver are applied. In addition, Level set algorithm is implemented to track interferences between two materials. An accurate, easily developed and low computation cost algorithm, proposed by Abgrall and Karni, is used to prevent generating the oscillations in the interfaces. In the current work, the algorithm is developed to 2 dimensional algorithm. Afterwards, the result of 1 and 2 dimensional code are evaluated to verify the developed algorithm by some standard problems such as sod problem. Finally, shock –bubble (Air – Helium) interaction problem is simulated to investigate the effect of the algorithm in 2 dimensional simulation. The comparison shows that the code and its result have very good accuracy with very low computational cost.
    Keywords: Numerical Simulation, Compressible flow, Tracking Algorithm (Level Set), Multi Material Flow, Shock Bubble Flow
  • Hamid Reza Zarei *, Mohammad Rezaei, Salem Soveity Pages 221-230
    Recently shear thickening fluids (STF) are applied more and more to improve the penetration resistance of fabrics. In this research, at first, the performance of the neat and STF impregnated fabric subjected to the impact of 8.7 mm diameter steel spherical projectile is investigated experimentally. Then, the numerical analysis is done to study the effective parameters such as fabric density, static and dynamic coefficients of friction between yarns and between projectile and fabric, boundary conditions and number of layers of fabric by using commercial tool LS-DYNA software. Previous studies expressed that the major factor that improves the energy absorption capacity of STF impregnated fabrics is the friction between the impact projectile, fabric, and yarns within the fabric, however here the investigations showed that in addition to the friction, the mass of added STF is effective in the results. Increasing the mass of the fabric by adding STF, is considered as the increasing density of the fabric. Empirical investigations showed that STF-impregnated fabrics exhibited a significant enhancement in penetration resistance performance as compared to neat fabric such that the projectile penetration subjected to the fabric with 44% wt STF decreased 63% compared to neat fabric. The simulation results showed that, if the STF effects just assign to increased friction, the projectile penetration decreased 43% compared to neat fabric. But if in addition to friction, the mass of the STF is considered as the effective parameter, the penetration decreased 58% which have good agreement with experimental data.
    Keywords: Woven fabric, Ballistic resistance, Shear Thickening Fluids, Numerical study, Fabric density
  • Hassan Ghoshchi, Mohamadreza Ansari *, Reza Azadi Pages 231-239
    In the present research, hydrodynamical and aerodynamical characteristics of a high-speed planning hull is studied using computational fluid dynamics. Simulations are three-dimensional with considering a two-phase turbulent flow. To obtain sinkage and trim of the hull, two degrees of freedom is assumed for it. Rigid body dynamic equations and governing equations of the fluid are coupled using 6DOF solver and dynamic mesh technique. Based on the available experimental results, simulations of the aimed high speed hull are performed in the linear velocity range of 0.9-8.31 m/s. Comparing the present numerical results with the experimental data, shows that maximum average error for resistance, trim and sinkage in different velocities does not exceed 10%. This shows the accuracy and proficiency of the current model. Mesh independency of solutions is studied for all velocities and the results are reported based on the most suitable mesh. At the end, the effect of applying steps on reducing the drag and improving stability of the hull is investigated for several states in one and two steps. Finally, the most optimized state is introduced and relating results are given. Results show that applying steps to the mentioned high speed hull reduce the overall resistance by 11%.
    Keywords: High speed hull, two-phase flow, degree of freedom, step
  • Amin Taheri Garavand *, Mahmoud Omid, Hojjat Ahmadi, Seyed Saeid Mohtasebi, Giovanni Maria Carlomagno Pages 240-250
    In this study, an intelligent diagnosis systems have been developed and applied for classifying six types of cooling radiator conditions by means of infrared thermal images; namely, radiator tube blockage, radiator fin blockage, loose connections between fins and tubes, radiator door failure, coolant leakage and normal. The proposed system is consisted of several subsequent procedures including thermal image acquisition, preprocessing, of images via two dimensional discrete wavelet transform (2D-DWT), feature extraction, feature selection, and classification. The 2D-DWT was implemented to decompose the thermal images. Subsequently, statistical texture features were extracted from the original and decomposed thermal images. Consequently, statistical texture features are extracted from the original and decomposed thermal images to develop ANFIS classifiers. In this paper, the significant and relevant features are selected based on genetic algorithm (GA) in order to enhance the performance of ANFIS classifier. For evaluating ANFIS classifier performance, the values of the confusion matrix, such as specificity, sensitivity, precision and accuracy were computed. The overall accuracy of the classifier was 94.11 %. The results demonstrated that this system can be employed satisfactorily as an intelligent condition monitoring and fault diagnosis for a class of cooling radiator.
    Keywords: Radiator, Fault Diagnosis Thermography, ANFIS, Genetic algorithm
  • Amin Emamian, Mahmood Norouzi *, Mahdi Davoodi Pages 251-262
    Motion and deformation of the drop falling in an immiscible fluid has become a benchmark problem in fluid mechanics and has a wide range of application in petroleum, medicine processing, metals extraction, power plant and heat exchanger. In this paper, an exact analytical solution of a falling viscous drop at low Reynolds number is investigated. Analytical solution for both internal and external flows is obtained using the perturbation method. The Reynolds numbers and capillary are considered as the perturbation parameters. Drop’s shape remains spherical for sufficient small ones. The falling drop’s shape at Newtonian phase, deforms from its spherical shape as its volume increases. Inertial forces, surface tension, normal components stresses have the most influence on the falling drop’s shape. Drop’s deformation is due to the forces at the interfaces acting between two fluids. By volume increase of the falling drop, normal components stresses overcome to the surface tension and cause a dimple at the bottom drops in addition to the inertial force enhancement. For small non-dimensional parameters (Reynolds number and capillary) drop’s deformation is exactly similar to a sphere and then by increase in Reynolds number and capillary, the drop’s shape alters and cause a dimple at the bottom drops. Analytical solution show suitable agreement in terminal velocity and drop shape estimation with experimental results.
    Keywords: viscose drop, Reynolds, capillary, perturbation solution
  • Mohsen Mozafari Shamsi, Mohammad Sefid *, Gholamreza Imani Pages 263-274
    In this article, the ghost fluid-lattice Boltzmann method, used to simulate the curved boundaries is combined with an extrapolation based refilling method to cope with the moving curved boundaries, where in each iteration some of the solid nodes step into the fluid domain. The refilling method is used to approximate the unknown density and internal energy distribution functions of such solid nodes. To examine the accuracy of the presented method, several case studies are considered. From those case studies, natural convection problem between to concentric and eccentric cylinders as well as heat transfer from a cylinder in a cross flow are considered to validate the ghost-fluid lattice Boltzmann method used to simulate the hydrodynamic and thermal conditions at the curved boundaries. To test the accuracy of the employed refilling method, sedimentation of a single isothermal cold particle in a vertical channel investigated. The results show that the presented ghost fluid-lattice Boltzmann method with refilling is capable of simulating the moving thermal curved boundaries with excellent accuracy.
    Keywords: Thermal lattice Boltzmann method, Ghost fluid, Dirichlet, Neumann boundary conditions, Bilinear interpolation
  • Mahdi Afzalian, Farzin Davodi, Hassan Hassanzadeh, Seyed Alireza Zolfaghari *, Mahdi Maerefat Pages 275-283
    Thermal sensation evaluation of occupants in a dense occupancy space can be an effective step for designing ventilation systems of these environments. In a dense occupancy environment, because of the presence of a large population and also differences in personal parameters such as age, gender, clothing, weight, and body mass index, providing the appropriate thermal comfort conditions is complicated. In this study, the individual characteristics effects on thermal comfort conditions of occupants in a dense occupancy environment is investigated by individualized three-node model. For this issue, a dense occupancy environment with displacement ventilation and inlet air diffusers on the floor is modeled and thermal sensation index for occupants who seated in middle row has been analyzed. Based on the results, the women are more sensitive than men under cold conditions. Also, effects of mass body index on thermal sensation are significantly noticeable. Compared with a healthy person, the thinner people have a cold sensation and fatter ones feel warmer. For example, in the mentioned case, difference between thermal sensation index of thin woman and obese man is 0.42 for the bare parts of the body, indicating noticeable effects on thermal sensation.
    Keywords: Dense occupancy environment, Individual three-node thermal comfort model, Displacement ventilation
  • Mahdi Afzalian, Seyed Alireza Zolfaghari *, Ali Foadadini Pages 284-294
    Nowadays, the building ventilation is an essential process, due to need of improving the air quality and thermal comfort conditions for occupants. Providing the mentioned conditions is more complex for crowded and larger spaces. In this study, the effects of air change rate per hour (ACH) on thermal comfort, indoor air quality and energy consumption in an amphitheater with under floor air distribution system have been investigated by using the computational fluid dynamics and Open Foam numerical solver. For this issue, an amphitheater with 50 occupants has been modeled under the conditions that the air inlet diffusers located in front of seats. Also, the air change rate per hour is assumed to be 5, 10 and 15. For better comparison between the results, inlet air temperature is controlled until the mean of thermal comfort index (TSENS) in the occupied zone equals to zero. The results indicate that for air change rates of 15, 10 in comparison with ACH of 5, the CO2 concentrations in the occupied zone are respectively reduced about 36 and 46 percent and so the indoor air quality is improved. On the other hand, the energy consumption is increased about 28 and 69 percent, respectively. Also, based on the results, by increasing the ACH rate, the draft local discomfort is significantly increased and can be reached at the amount of 15%.
    Keywords: Amphitheater, Thermal comfort, Indoor Air Quality, Energy consumption, Air Change rate
  • Hadi Safaei, Mohsen Davazdah Emami * Pages 295-305
    Applications of hollow spherical particles in industry and in thermal spraying process have been developed in recent years. Despite dense droplets, in hollow droplets, the volume changes of the gas play an important role in the dynamics of impact and the shape of the formed splats. In plasma thermal spraying, impact velocities of particles to the surface is in the range of 50 m/s-300 m/s, therefore, changes in pressure and volume of the trapped gas, is important. In this research, impact of hollow droplet on a flat surface and its solidification has been simulated. Volume of fluid model for compressible flows at real thermal spraying condition is used while the impact velocities in the range of 50 m/s-300 is considered. In a few moments after the impact of droplet on the surface, a pressure wave is formed in the air. This wave, increase the vorticity in vicinity of interface of two fluid, which has a great effect on shaping the formed splats. Simulations showed that shape of formed splats vary with velocities in the range of 50 m/s-300 m/s. In higher velocities, the surface of the formed splat is more porous.
    Keywords: Hollow sphere particle, VOF model, Compressible flow, Solidification, OpenFOAM
  • Reza Goldaran *, Mohammad Ali Lofollahi Yaghin, Mohammad Hossein Aminfar, Ahmet Turer Pages 306-314
    Catastrophic failures due to corrosion are among the most common phenomena in pre-stressed concrete pipeline, which has been reported in Iran, as well. Structural health monitoring, quick assessment and timely detection of corrosion in its early stages with active in-situ sensors is could prove vital in avoiding such hazards. Acoustic emission is a non-destructive technique that can be used to give a better insight on the structural state of such concrete structures. However, the interpretation of the AE measurements is quite challenging and may actually be even more difficult when the concrete is cracked, which would affect the material and structural properties of concrete pipes. The amplitude distribution of the acquired signals is very sensitive to micro-cracking. This paper presents the results of an experiment conducted in the laboratory of Middle East Technical University on pre-stressed concrete pipe for determining the amplitude attenuation and path of acoustic wave propagation and frequency spectrum before and after corrosion using Hsu-Nielsen pencil-lead break source and applying accelerated corrosion. The results from the laboratory tests indicate that since the changing in amplitude and wave propagation path is negligible before and after corrosion, the AE measurements can be used as an accurate method for tackling the problem mentioned above. Then the performed AE measurements are reported and results discussed.
    Keywords: Acoustic Emission, Prestressed Pipe, Monitoring, Corrosion, Damage Detection
  • Mohsen Khodaee, Ali Ashrafizadeh *, Mostafa Mafi Pages 315-324
    Refrigerant is one of the most important parts in a refrigeration cycle. In many refrigeration cycles, especially in the natural gas processing industry, propane is used as refrigerant due to its desirable thermodynamic properties. There are two ways for transferring propane and butane gases from extraction point to the consumption site: a) Pipeline and b) liquefaction and transport in liquid form. The most profitable method for transporting large quantities of propane and butane gases is liquefaction and transport in liquid form using storage tanks. Liquefaction at atmospheric pressure is the most common method for transporting large quantities of gases using specifically designed refrigerated ships. In this paper, a gas refinery butane and propane liquefaction cycle is described first and then simulated in HYSYS software. Afterwards, Genetic Algorithm is used to minimize the total power consumption of the liquefaction cycle, through connecting HYSYS and MATLAB softwares. There are 13 variables and 13 constraints for compressors and heat exchangers in the formulation of the optimization problem. The results of this constrained optimization problem show that the power consumption can be reduced by 12.49% compared to the base case.
    Keywords: propane, butane, liquefaction, optimization, Genetic algorithm
  • Mohammad Rahbar, Ali Chaibakhsh * Pages 325-332
    In this study, fair comparisons between the empirical mode decomposition, ensemble empirical mode decomposition and discrete wavelet transform with the mother wavelet function of Meyer and Daubechies, were performed for detecting unbalance faults in a rotating machinery. In order to classify the healthy class from the unbalance classes, a support vector machines that was optimized by particle swarm optimization algorithm, was used. A comparison between the performances of optimized and non-optimized of support vector machines were also carried out. In order to obtained the required data, a rotating machinery fault simulator was developed and vibrational signals were acquired at healthy and unbalance fault conditions by accelerometer sensors. By processing the recorded signals and analysing signal to their frequency components, several statistical features were extracted from each frequency component as input support vector machine for the separation of classes. The obtained results indicated that the discrete wavelet transform with the Meyer mother wavelet, higher success rate than other methods for diagnosing unbalance faults.
    Keywords: Signal Processing, Empirical Mode Decomposition, Support Vector Machine, Particle Swarm Optimization, Rotating Machine
  • Seyed Alireza Zolfaghari *, Hassan Hassanzadeh, Mohammad Raeesi, Morteza Taheri Pages 333-342
    The aim of this study is to compare the performance of floor displacement and overhead mixing ventilation systems in providing the thermal comfort conditions for bus passengers. For this reason, the flow and energy have been numerically simulated inside a Scania 4212 bus with its 45 passengers. In the case of displacement ventilation, the inlet diffusers have been located under the seats at the floor and for mixing ventilation mode, the inlet diffusers have been established overhead of passengers. In both cases, as mentioned in ASHRAE standard for public transportation, the inlet air rate of 5 lit/s has been provided for each passenger and the inlet air temperature has been controlled until the predicted mean vote index is within the allowable range of thermal comfort standards. In displacement ventilation because of locating the inlet diffusers on the floor and the buoyancy effects, the air temperature in foot region is about 18C, which is lower than other parts of body and vertical temperature difference in overhead mixing ventilation occurred less than floor displacement ventilation and the temperature difference between foot and head region is only 2C. In overhead mixing ventilation, air temperature near the head is about 24C while in floor displacement ventilation the temperature is about 26C that is not in neutral zone. The results of 65-nodes thermal comfort model indicate that the temperature difference between skin neutral temperatures of each segment in floor displacement mode is higher than overhead mixing ventilation
    Keywords: Overhead mixing ventilation, Floor displacement ventilation, Public transportation, 65, nodes thermal comfort model
  • Aref Nazari, Aghil Yousefi Koma *, Seyed Saeid Mohtasebi, Saeed Zohoori, Mahdi Safa Pages 343-349
    Rotor dynamics is known as the study of vibrational behavior in axially symmetric linear rotating structures. Devices such as engines, turbines, compressors and generators are located in this category. Study of vibrational behavior of these structures in different rotational velocities yields to recognition of critical points and preventing failures, especially high cycle fatigue. The case study of the present paper is a bladed disk used in the first stage of compressor of a gas turbine engine. The material of machined integrated bladed disk is aluminum alloy. The simulations have been done by ANSYS finite element software. By using the cyclic symmetry module of ANSYS the nodal diameter mode shapes of structure have been obtained. In the next step, experimental modal analysis test has been done by measuring 58 points on the bladed disk and the nodal diameters have been obtained experimentally. Finally, experimental and simulation results have been compared to each other. The novelty of this paper is the experimental procedure of obtaining nodal diameter of a bladed disk, which is so useful in verification of numerical simulation.
    Keywords: Bladed Disk, Nodal Diameter, Experimental Modal Analysis, Axial Symmetry
  • Ghassem Heidarinejad *, Emad Mousavi Pages 350-358
    With recent developments in sprinkler technology, water mist system is becoming more and more useful in fire suppressions. The computational method is an efficient way to investigating effect of Nozzle parameter of water mists and optimize them. In this research, a open source fire dynamic simulator (FDS) is used to numerically investigating the different nozzle parameter on the fire suppression and extinguishment mechanism.The range of droplet size was determined based on the NFPA 750 standard. Extinguishing mechanisms in water mist systems and their effect on extingushing time and nozzle parameter such as droplet size, water flow rate and spray cone angle were investigated. The simulation concluded that droplet sizes I hollow cone angle smaller than 121 μm and larger than 600 μm were appropriate for fire extingushment. With a full cone angle nozzle and 1/5 flowrate compared with hollow cone nozzle, fire extingush time reduce from 26 second to 7.4 second. Spray cone angle in fine droplets does not much affect the duration of fire extinguishing, however, for large droplets, the desired result can be achieved by reducing the spary cone angle. So with recognition of nozze parameter and its effects on fire extingushing time could rich the optimum design.
    Keywords: Fire suppression, CFD modeling, FDS, Water mist system
  • Iman Bahman Jahromi, Kaveh Ghorbanian *, Mohammad Ebrahimi Pages 359-368
    The far-field acoustic signature of this transient impinging jet is experimentally investigated in this study. Feedback loop mechanism which is an acoustic resonance mode generated by the reflection of jet shear layer noise from the impinging plate and affecting jet mixing shear layer, is also investigated. The stagnation temperature of jet is increased by means of a reflected type shock tube up to 950 (K). A convergent-divergent nozzle generates jet with Mach number of 1.4. The far-field mixing layer noise of this quasi-steady free jet is compared by the results of steady state generated ones. The acoustic signal of this transient jet is investigated when impinges to a normal plate. It is seen that every specific phenomenon has its most powerful acoustic signature at a distinct angle relative to the impingement point. The time-frequency investigations by the means of wavelet transform and related scalograms reveal that the sound wave generated by feedback loop mechanism is tonal and continuous in time compared to the acoustic signals of the jet shear layer that are seen as the intermittent acoustic events in the far-field acoustic scalograms.
    Keywords: Aeroacoustic, Transient Impinging Jet, Shock Tube, Wavelet Transform, Feedback Loop Mechanism
  • Fatemeh Karami, Afshin Ahmadi Nadooshan *, Alireza Shateri Pages 369-376
    A lot of research has been done to study force-tractions and couple-tractions acting on the surface of solid and fluid elements. Navior-Stokes equations have been developed based on these researches in the domain of fluid mechanics. However, a number of researchers have emphasized that the Navior-Stokes equations are not sufficient and they should be modified because regardless of couple-stress effects. In this paper, after presenting couple-stress theory, two flow geometry between two concentric pipes and flow over porous wall are considered and the behavior of them are compared with classical case. It has been shown that the force-stress tensor is not symmetric by calculating two components of the force-stress tensor for flow between two concentric pipes. In addition, it can be considered that length scale is an effective parameter on small scale flow by calculating flow velocity profile for these two geometries and by comparing them with classical solution. However, the effects of length scale on the velocity profile and the flow rate decrease with increasing geometrical scales of the problem. These results can be used to study fluid flows with small-scale characteristics such as biofluids, lubrication and microelectromechanical systems
    Keywords: Couple-stress theory, length scale, velocity, flow rate
  • Saeed Barghandan, Mohammadali Badamchizadeh*, Mohammad Reza Jahed Motlagh Pages 377-384
    Sliding mode control technique is one of the well-recognized non-linear control methods. This method has an advantage like robustness against uncertainties. However, chattering phenomenon constraints the performance of closed loop system. To increase its efficiency, a fuzzy compensator is used along with this method. The fuzzy compensator weights are updated by using adaptive rules. The adaptation rate acts as a controlling coefficient. Therefore, the bigger amount of it increases the adaptation speed of weights which leads to the improvement of closed loop system performance. As a result, the probability of instability of closed loop system increases, too. In this study, it has been proposed to use a parallel fuzzy system along with the main fuzzy system in order to control its weight's adaptation. Moreover, a non-linear model of the electro-hydraulic system has been introduced as a case study. Finally, the performance of closed loop system and the efficiency of the proposed methods have been investigated by using numerical simulations.
    Keywords: sliding mode control, fuzzy compensator, parallel fuzzy system, adaptation rule, electro-hydraulic system
  • Javad Amnian, Mahdi Maerefat * Pages 385-392
    The CO concentration is an important parameter for design of ventilation systems in enclosed parking lots. By using the initial estimation of CO concentration and investigating the CO removal effectiveness, the ventilation system with low energy consumption and high indoor air quality could be designed. In this paper, by using the principle of mass conservation and the definition of CO removal effectiveness, an analytical relation for estimation of CO concentration is obtained. This relation is estimate the variation of CO with time by using the main functional parameters of parking lot. In spite to the physics of flow, the increasing of air quality is obtained by reducing the idle cars and the mass flow rate of CO exhausted from this cars and increasing the parking lot volume and the ventilation flow. This trend is consistent with the proposed relation of this paper and so the results of this paper could be used as the criteria for estimation of CO concentration and enhancement of ventilation system design. The comparison between results of the proposed relation and experimental and numerical results are represents good accuracy of proposed relation. Furthermore, the amount of energy reduction by enhancing the flow pattern is expressed by using the proposed relation of this paper. In the last section, the approach of different standards is expressed and the modifying suggestions for enhancement of them are expressed.
    Keywords: Pollution dispersion, analytical relation, pollution increasing, the physic of air flow, ventilation standard
  • Ali Mohtashami, Abolfazel Akbarpour *, Mahdi Mollazadeh Pages 393-403
    The complex behavior of the aquifer system is studied by solving a set of governing equations using either analytical or numerical methods. Numerical techniques like finite difference method (FDM) is being used to solve differential equation in some simple cases. Recently Meshless methods are developed in engineering fields. They are used for solving differential equations in both simple and complex cases. As this methods needs no meshing or re-meshing on the domain the shortages of meshing disappeared. Less studies already performed in groundwater flow modeling with meshless method. In this study Meshless local Petrov-Galerkin with moving least squares approximation function and spline weight function is used to model groundwater flow in Birjand unconfined aquifer in steady condition. The computed surface of groundwater with meshless local Petrov-Galerkin method is compared with the results observation. The results are found satisfactory. The relative mean error and root mean square error of computed groundwater surface from Meshless Local Petrov-Galerkin are 0.0002 and 0.483 respectively.
    Keywords: Groundwater, Meshless local Petrov-Galerkin, Steady state, Birjand aquifer
  • Mehran Mirshams *, Ehsan Zabihian Pages 404-412
    This paper has introduced a fast GEO satellite conceptual design method named Statistical Design Model (SDM). The main merit of SDM is to determine parameters involved in the satellite conceptual design phase, such as power and mass, with an acceptable accuracy and time performance. This method implemented by means of a complete database can readily find specifications of GEO communication satellite subsystems. With respect to the application of GEO communications satellites as well as high cost and time required for their conceptual design, a demand has always existed to shorten the duration of the development of such satellites. Herein, we present SDM method for the conceptual design of GEO communications satellites lying in the mass range of 1000 to 7000 kg and amply indicate its effectiveness for reduction of design time. For implementation of SDM and the attaining of reliable relations, we used a database which is constructed from records of over 450 GEO communication satellites launched between years 2000 and 2016. The attained relations demonstrating the subsystems specifications are analyzed. The accuracy of the proposed algorithm is verified through a case study and also through a statistical method. In the various subsystems, mean error of the obtained results was nearly 15.7%, being well acceptable for the conceptual design phase.
    Keywords: SDM Method, Satellite conceptual design, GEO communications satellites, Statistical analyze
  • Amin Azarshab, Mehdi Shahbazian * Pages 413-419
    An effective way to enhance the system reliability is to develop a fault detection algorithm to perform the monitoring task instantly. In a dynamic system, fault is defined as any deviation from a desired operating condition. According to system dimensions, there are different architectures to implement fault detection algorithm including centralized, decentralized and distributed. In this paper, a centralized approach is designed using multi sensor data fusion technique based on Hybrid Extended Information Filter (HEIF). This approach has the advantages of both existing algorithms, the Hybrid Extended Kalman Filter (HEKF) and the Information Filter (IF). Similar to HEKF, it has better performance compared to conventional Kalman filter and as the IF, it can be implemented non-centrally. The proposed centralized algorithm is more efficient for low-order nonlinear dynamic systems. It is also important for the high-order systems because it is the basis for performance comparison of non-central approaches. This approach not only enables us to distribute the algorithm for non-central schemes, but is also superior to the conventional Kalman filter in precision and computational burden with a same convergence speed which helps to move toward a real time implementation. It also acts more timely in fault detection task. In this work, in addition to improved results, we are going to establish a basis for further investigation in large-scale systems.
    Keywords: Fault detection, Non-linear dynamic systems, Multi Sensor Data Fusion (MSDF), Hybrid Extended Information Filter (HEIF)
  • Saeed Saberi, Mostafa Ghayour *, Hamidreza Mirdamadi Pages 420-426
    Bistable and multistable plates are types of smart composite structures that have two or more static equilibrium. In this paper, a bistable hybrid composite plate with an external metal layer is studied. The difference between these plates and conventional bistable composite plates and bistable hybrid composite plate with an inner layer of metal is the deformation of them. In other words, unlike the conventional bistable composite plates, in both stable state, transverse curvatures that they have the same size and sign and but twisted curvature is the considerable. The analytical method for studying the behavior of the plate is Rayleigh- Ritz method and minimization of potential energy and finite element used. In order to increase the accuracy of the Rayleigh – Ritz method, out of the plane displacement using is guessed Legendre polynomial. At the frist, states of equilibrium and stable states are determined. To understand better the difference between a bistable hybrid plate with an external metal layer and a CFRP bistable composite plate, a comparison between deform at room temperature, curvature and out of plane displacement are done. In the next part, the moment required to snap through between stable states is achieved. Also, the effect of metal layer thickness on out of plane displacement and stability boundary is investigated. Comparing the results of the proposed shape function and Hyer shape function compared to experimental results and the results of finite element analysis show that the results of the proposed shape function is more accurate.
    Keywords: Bistable hybrid composite plate, Morphing structures, Von - Karman equations, Rayleigh - Ritz method, Finite element simulation
  • Morteza Ghasemi Shiri, Abdolrahman Jaamialahmadi * Pages 427-438
    In this paper, the nonlocal buckling behavior of a biaxially loaded graphene sheet with piezoelectric layers based on an isotropic smart nanoplate model is studied. The equilibrium equations are derived with the von Karman-type geometrical nonlinearity by considering the small scale effect. The buckling of multilayer smart nanoplate made of graphene and piezoelectric materials in open circuit conditions is investigated. Based on the nonlocal elasticity and shear and normal deformation theories, the governing equilibrium equations are obtained using the principle of minimum total potential energy and Maxwell’s equation.
    Using an analytical approach, the governing stability equations of smart nanoplate have been presented in terms of displacement components and electrical potential. In order to obtain the stability equations, the adjacent equilibrium criterion is used. The stability equations are then solved analytically, assuming simply supported boundary condition along all edges. To validate the results, the critical buckling load values have been compared with available resources. Finally, following validation of the results, numerical results for intelligent nanoplate are presented.
    Also, the effects of different parameters such as nanoplate length, different nonlocal parameter, piezoelectric layers thickness, the graphene thickness to length ratio, the piezoelectric layer thickness to graphene thickness ratio and type of Piezoelectric material on the critical buckling loads of intelligent nanoplate are studied in detail. Furthermore, the effect of the mentioned parameters on the critical buckling loads have been presented in some figures.
    Keywords: Buckling Analysis, intelligent Nanoplate, Piezoelectric Layers, nonlocal elasticity theory, Shear, Normal Deformation Theory
  • Camelia Enzevaee, Hossein Mohammadi Shoja * Pages 439-445
    The elastic behavior of an edge dislocation located inside the core of a core-shell nanowire which is embedded in an infinite matrix is studied within the surface/interface elasticity theory. The corresponding boundary value problem is solved exactly by using complex potential functions and Laurent series expansion. An important parameter so-called interface characteristic parameter which has the dimension of length and is a combination of the interface moduli enters the formulations. The stress field of the dislocation, image force acting on the dislocation, and the dislocation strain energy is calculated by considering the interface effect. The stress field of the dislocation is shown as contour plots and the results are compared with classical case. The image forces acting on the dislocation are studied in details and it is shown that they depend on the interface characteristic parameter, nanowire dimension, dislocation orientation, and dislocation distance from the interface. Moreover, the repelling and attracting effects of the interface parameter on the image force are discussed. The equilibrium position of the dislocation is also studied. The dislocation strain energy in the interface elasticity framework is only slightly different from that of traditional elasticity when the dislocation is placed in the central region of the core and reaches its maximum value when it is located near the core–shell interface.
    Keywords: Surface-Interface effect, core-shell nanowire, Edge dislocation, Stress field
  • Danial Hakimi Rad, Mehdi Marefat *, Behrouz Mohammad Kari Pages 446-450
    Estimating indoor air pollutants to ensure the air quality is very important. In this study, a conventional residential space is numerically simulated in order to investigate the behavior of pollutants. Using the numerical results and the experimental results of other references, proposed the analytical relation to estimate the concentration of CO2 in term of factors such as CO2 produced by breathing residents or combustion equipment, the volume of space and ventilation rate. The results of the analytical relation are full compliance with experimental and numerical results and it can be used to estimate indoor air quality. Proposed relation can be used in all the same cases.
    Keywords: Indoor air quality IAQ, CO2 concentration, Ventilation rate, Pollutant