فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 6 (شهریور 1396)
  • سال هفدهم شماره 6 (شهریور 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/05/09
  • تعداد عناوین: 47
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • حسین کلانتر نیستانکی، مصطفی مافی، علی اشرفی زاده صفحات 1-12
    وجود منابع عظیم گازی در کشور ایران و تقاضای جهانی برای جایگزینی این سوخت پاک به جای سایر سوخت های فسیلی، صادرات گاز در مقیاس وسیع را به یکی از مباحث مهم تبدیل کرده است. یکی از روش های صادرات گاز در مقیاس وسیع، مایع سازی آن است که توسط چرخه تبرید صورت می پذیرد. فرایندهای مایع سازی گازها، فرایندهایی انرژی بر هستند و همین موضوع، ضرورت استفاده بهینه از انرژی و کاهش مصرف آن را در صنعت مایع سازی گازها نمایان می سازد. علی رغم اینکه مطالعات فراوانی بر روی بهینه سازی مصرف انرژی چرخه های تبرید صورت گرفته است ولی به دلیل آنکه محدودیت های عملکردی اجزاء سیستم تبرید، در این بررسی ها مد نظر قرارگرفته نشده است، روش های ارائه شده قابلیت پیاده سازی بر روی چرخه های تبرید موجود در پالایشگاه های کشور را ندارند. هدف از این مقاله، ارائه روشی سیستماتیک برای کمینه سازی عملیاتی توان مصرفی چرخه های تبرید در حال استفاده در فرایندهای مایع سازی گاز با در نظر گرفتن محدودیت های عملکردی تجهیزات سیستم تبرید و اندرکنش های موجود بین سیستم تبرید و هسته فرایندی می باشد. در این تحقیق با استفاده از تلفیق دیدگاه های ترمودینامیکی و تکنولوژی پینچ و در نظرگرفتن محدودیت های فوق الذکر، یک روش سیستماتیک جهت فرمول بندی مسئله کمینه سازی توان مصرفی چرخه های تبرید چندمرحله ای به صورت تابعی از متغیرهای مستقل ارائه شده است. با پیاده سازی روش ارائه شده در این تحقیق بر روی یک چرخه تبرید سه مرحله ای در حال بهره برداری در یکی از واحدهای مایع سازی گاز پروپان کشور حدود 15% کاهش در توان مصرفی ویژه چرخه تبرید حاصل شد.
    کلیدواژگان: چرخه های تبرید چندمرحله ای، مایع سازی گاز، محدودیت های عملکردی اجزاء، کمینه سازی توان مصرفی، متغیرهای مستقل
  • قاسم حیدری نژاد، مژده شعاعی صفحات 13-22
    در سال های اخیر افزایش آلودگی و ترافیک در شهرها، باعث گسترش حمل و نقل زیرزمینی شده است. یک روش مرسوم برای تهویه تونل های شهری، ساخت دودکش های میان تونلی است. این دودکش ها عموما در مناطق پر تراکم شهری قرار دارند و آلاینده های خروجی آن ها می تواند برای ساکنین ساختمان های مجاور خطرناک باشد. هندسه این دودکش ها تاکنون بر اساس سلیقه و تنها با هدف رعایت الزامات استانداردها برای هوای داخل تونل، تعیین می شود. در این مقاله برای اولین بار، نحوه پخش آلاینده های خروجی از هندسه های مختلف و متداول دودکش های میان تونلی با فرض یک ساختمان بلندتر در پایین دست بررسی شده است. نتایج بررسی می تواند به طراحی بهتر این دودکش ها و ساختمان های اطراف برای داشتن هوای سالم تر برای ساکنین ساختمان ها، کمک کند. بدین منظور شبیه سازی هایی با اپن فوم انجام شده است. در شبیه سازی ها از روش متوسط گیری معادلات ناویر-استوکس و مدل آشفتگی k-ε استفاده شده است. نتایج نشان داد که برای سرعت های خروجی یکسان، اثر هندسه مستطیلی و مربعی بر غلظت آلاینده ها، بر روی دیوار جلوی وزش باد، به اندازه ضلع عمود بر جریان بستگی دارد. برای سرعت خروجی کمتر از 6 متر بر ثانیه، حضور ساختمان پایین دست مانع از پخش آلاینده ها در ارتفاع بالاتر شده و مقدار آلاینده ها 100 درصد افزایش می یابد و برای سرعت های خروجی بیشتر از 6 متر بر ثانیه، افزایش سرعت، تغییر کمتری در مقدار غلظت در ارتفاعات پایینی دارد. همچنین نتایج نشان داد که سرعت خروجی آلاینده ها نسبت به شکل هندسی، اثر بیشتری بر پخش آلاینده ها دارد و با افزایش سرعت میزان این اثرگذاری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: دودکش میان تونلی، شبیه سازی عددی، هندسه
  • قاسم حیدری نژاد، رضا ربانی، ابراهیم شیرانی صفحات 23-31
    در این مقاله انتقال گرما در گاز آرگون بین دو دیوار ساکن از کانال با ابعاد نانو، با استفاده از روش دینامیک مولکولی بررسی شده است. مقایسه بین دقت حل دو بعدی و سه بعدی نشان می دهد که برای مدل کردن اثر نیروی دیواره بر انتقال گرما، دقت حل دینامیک مولکولی دوبعدی کافی نیست. حل دوبعدی مقدار چگالی و دما در نزدیکی دیوارها را کمتر از مقادیر مربوط به حل سه بعدی پیش بینی می کند. در نظر گرفتن اثر ابعاد میدان بر دقت نتایج حل گرمایی نشان داد که ابعاد کانال در راستاهای تناوبی را باید حداقل به اندازه ی فاصله پویش آزاد مولکولی گاز در نظر گرفت تا نتایج مستقل از ابعاد میدان گردد. توزیع خواص سیال در عرض کانال نشان می دهد که مستقل از اختلاف دمای اعمال شده، وجود نیروی دیواره پروفیل دما و چگالی در گاز را تا فاصله ای حدود یک نانومتر از سطح دیوار به شدت تغییر می دهد. علاوه بر تغییرات چگالی ناشی از وجود نیروی دیوار در این ناحیه، اختلاف دما بین دیوارها نیز باعث تغییر در توزیع چگالی در مجاورت دیوار می شود. افزایش اختلاف دمای دو دیوار به بیشتر از 20 درجه کلوین، تغییر چگالی قابل توجهی به مقدار بیشتر از 5 درصد را نسبت به توزیع چگالی گاز در حالت دیوار همدما بوجود می آورد. تغییرات چگالی به وجود آمده در اثر اختلاف دما در مجاورت دیوار، منجر به عدم تطابق پروفیل توزیع دمای بی بعد و ضریب انتقال حرارت هدایتی محاسبه شده در گاز برای اختلاف دماهای مختلف می شود.
    کلیدواژگان: اثرات سطح، گاز رقیق، پروفیل دما
  • هیراد اسیمی، علی جمالی، نادر نریمان زاده صفحات 32-40
    سازه های فضاکار کاربرد زیادی در ساخت سازه های واقعی از جمله پل ها، سازه های فضایی، کشتی ها و غیره دارند. این موضوع محققان را به منظور ارائه روش های کارآمدتر و نوین برای حصول طراحی مقاومتر و کم هزینه تر این نوع سازه ها جذب کرده است. در این مقاله یک الگوریتم ترکیبی به منظور بهینه سازی همزمان اندازه و توپولوژی سازه های خرپایی فضاکار ارائه شده است. در الگوریتم پیشنهادی، هدف نهایی کمینه کردن وزن سازه با یافتن سطوح مقاطع بهینه برای المان ها و نحوه اتصال بهینه بین گره های سازه تحت قیدهای استاتیکی است. قیدهای استاتیکی شامل پایداری سینماتیکی سازه، مقدار مجاز تنش در المان ها و جابجایی در گره ها می شود. در این الگوریتم ابتدا با استفاده از الگوریتم برنامه ریزی ژنتیکی (که اعضای جمعیت آن به صورت درخت بیان می شوند) سازه بهینه در فضای جستجو حاصل شده و سپس این پاسخ با استفاده از الگوریتم جستجوی محلی نلدر-مید بهبود داده می شود. روش پیشنهادی قابلیت یافتن المان ها و گره های زائد را درطی فرآیند بهینه سازی در فضای طراحی دارا است. روش ما روی تعدادی از مسائل عددی پیاده سازی شده است و با دیگر روش های محبوب و توانا در ادبیات تحقیق مقایسه شده است. نتایج روش پیشنهادی منجر به یافتن خرپاهایی با وزن کمتر در مقایسه با مطالعات پیشین شده است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی ژنتیکی، بهینه سازی، توپولوژی، خرپا
  • احسان زمانی، رضا محمدی پور، محمدحسین پل صفحات 41-50
    در این مقاله، یک مدل تحلیلی دوبعدی برای پیش بینی رفتار بالستیک ورقهای نازک کامپوزیتی چندلایه بر اساس معیارهای سای-هیل و کرنش ماکزیمم معرفی می شود. در ابتدا سعی در تعیین تغییرشکل لحظه ای ورق کامپوزیت همراه با انتشار موج عرضی از نقطه برخورد ضربه، تعیین کرنش ها و تنش های غیرخطی در ورق است. سپس انرژی جذب شده توسط هر یک از مودهای شکست و تغییرشکل ورق کامپوزیت از جمله انرژی تغییرشکل الاستیک، انرژی شکست کششی طولی و عرضی، انرژی جنبشی حرکت محلی، انرژی ورقه ورقه شدن و ترک خوردگی ماتریس محاسبه می شود. برای بررسی شکست لایه های مختلف ورق کامپوزیت در حین نفوذ پرتابه از معیارهای سای-هیل و کرنش ماکزیمم استفاده می شود. همچنین اثر نرخ کرنش روی خواص مکانیکی لایه های ورق کامپوزیتی به صورت لحظه ای در حین فرآیند نفوذ اعمال می شود. در نهایت نتایج مدل تحلیلی حاضر بر اساس معیارهای سای-هیل و کرنش ماکزیمم با نتایج تجربی مقایسه می شود. معیار کرنش ماکزیمم تطابق خیلی خوبی نسبت به معیار سای-هیل در محاسبه سرعت حد بالستیک از خود نشان می دهد. با توجه به نتایج بدست آمده سهم انرژی شکست در مقایسه با انرژی تغییرشکل الاستیک با افزایش ضخامت بیشتر و بیشتر می شود. همچنین به ترتیب انرژی جنبشی حرکت محلی ورق، لایه لایه شدن و ترک خوردگی ماتریس سهم کمتری در فرآیند جذب انرژی دارند.
    کلیدواژگان: رفتار بالستیک، مواد کامپوزیت، سای، هیل، کرنش ماکزیمم
  • محمد مهدی نیکوهمت، ایمان خزایی، آرمان محسنی، سید حسین مهاجری صفحات 51-58
    عملکرد توربین های انرژی جنبشی آب بستگی به عوامل مختلفی از قبیل پارامتر های هندسی پره (زاویه گام، اندازه وتر، شکل هیدروفیل مورد استفاده و...)، پارامتر های سینماتیکی (نظیر سرعت جریان آب، سرعت دورانی و...) و همچنین عواملی مانند نسبت نوک سرعت، موقعیت قرارگیری توربین در کانال دارد. در این پروژه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت 16 به شبیه سازی توربین انرژی جنبشی آب پرداخته شده است. در حل عددی از مدل مرجع مختصات چندگانه و مدل آشفتگی تنش برشی انتقالی استفاده شده است. برای اطمینان از نتایج عددی استقلال از شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تحلیل عددی با نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. ابتدا برای بررسی اثر زاویه گام پره و طول وتر روی ضریب عملکرد، سه اندازه ی مختلف وتر در نظر گرفته شده است و زاویه گام های مختلف ( °0 تا °16) در نسبت نوک سرعت متفاوت (2.17 تا 6.22) مورد بررسی قرار گرفته و بیشترین ضریب توان به مقدار 38/0 در زاویه °10 و طول وترcm 676/1 اتفاق می افتد. بر اساس نتایج زاویه گام و اندازه وتر روی تعویق واماندگی موثر می باشد.
    کلیدواژگان: توربین انرژی جنبشی آب، زاویه گام، اندازه وتر، ضریب توان
  • اسماعیل خان میرزا، مرتضی حق بیگی، میلاد نظر اهاری صفحات 59-66
    طراحی برنامه پرواز و تخصیص ناوگان دو زیر مساله اصلی برنامه ریزی پرواز هستند که بیشترین تاثیر را در هزینه ها و سود هواپیمایی دارند. در این مقاله، مساله یکپارچه طراحی برنامه پرواز و تخصیص ناوگان تشریح شده و یک الگوریتم ژنتیک جهت حل این مساله توسعه داده شده است. این مساله چندین قید داشته و کروموزوم های آن از نوع جایگشتی با طول متغیر و چند لایه است. بنابراین ایجاد جمعیت اولیه تصادفی و استفاده از عملگرهای معمول الگوریتم های تکاملی کارآمد نخواهد بود، زیرا احتمال امکان پذیر بودن پاسخ ها بسیار کم است. برای این منظور، تابع ایجاد جمعیت اولیه بر اساس مفهوم حلقه و عملگرهای جدید ترکیب و جهش ابداع شده اند. همچنین از یک الگوریتم ژنتیک در داخل حلقه اصلی، جهت بازهدایت بهینه مسافران استفاده شده است. چهار مدل با تعداد فرودگاه و ناوگان مختلف به عنوان ورودی مساله تعریف شده و توسط الگوریتم های ژنتیک دو و سه جزیره ای مورد حل قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که در هر تکرار حلقه اصلی، پاسخ هایی امکان پذیر به دست آمده و در پایان، بهبود مناسبی در هزینه ها ایجاد شده است. در مدل های بزرگتر، بهبود بیشتر در هزینه ها و اختلاف بیشتر میان حالت دو و سه جزیره ای قابل مشاهده است. حالت سه جزیره ای پاسخ های بهتری را در زمان بیشتر نتیجه داده است. الگوریتم توسعه داده شده موفق به یافتن جواب های امکان پذیر بهینه شده است و در مسائل با ابعاد بالا که امکان یافتن جواب بهینه با استفاده از روش های مرسوم مانند برنامه ریزی خطی وجود ندارد می تواند کارامد باشد.
    کلیدواژگان: برنامه پرواز، تخصیص ناوگان، الگوریتم ژنتیک چندلایه، کروموزوم طول متغیر
  • مهبد معین جهرمی، محمد جعفر کرمانی، سعید موحد صفحات 67-78
    از مهمترین مشکلات موجود بر سر راه تجاری سازی پیل های سوختی غشاء پلیمری، قیمت و زوال پیل سوختی در اثر اعمال بارگذاری متناوب است. اعمال بارگذاری متناوب نمود استفاده از پیل سوختی به منظور تامین توان برای خودروها می باشد. مدل جدیدی بر اساس مطالعات تجربی موجود برای بررسی کاهش کارایی پیل تحت بارگذاری متناوب ارائه شده است. این مدل از دو زیر-مدل تشکیل شده است: مدل 1، میزان کاهش سطح فعال الکتروشیمیایی را تحت بارگذاری متناوب با استفاده از برقراری شباهتی با آنالیز خستگی فولاد و بکار بردن ضرایب تصحیح، محاسبه می کند. در این مدل همچنین رسوب استوالد ذرات توده ای لایه کاتالیست شبیه سازی شده است. صحت سنجی این مدل تطابق خوبی بین خروجی آن و اطلاعات بدست آمده از آزمایشات تجربی با خطای کمتر از 7% را نشان می دهد. مدل 2، مدلی کامل شده در مطالعات پیشین است، که کارایی لایه کاتالیست را با استفاده از مدل توده ای و میزان سطح فعال الکتروشیمیایی محاسبه می کند. ترکیب مدل 1 و 2 قادر به پیش بینی کارایی لایه کاتالیست تحت بارگذاری متناوب است. مطالعات پارامتری برای بررسی اثر پارامترهای عملکردی بر نرخ زوال ولتاژ انجام شده است. نتایج نشان می دهد که دما دارای بیشترین تاثیر بر نرخ زوال ولتاژ است بطوریکه با افزایش دما از 60 به 80 درجه سانتیگراد 20.26% نرخ زوال افزایش می یابد. فشار نیز کمترین تاثیر را دارد بطوریکه با افزایش فشار از 2 به 4 اتمسفر نرخ زوال ولتاژ 1.41% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: زوال لایه کاتالیست، بارگذاری دوره ای، سطح فعال الکتروشیمیایی، رسوب استوالد، کارایی لایه کاتالیست
  • ظفر نمازیان، جعفر نمازیان صفحات 79-89
    در این پژوهش با استفاده از روش شبکه بولتزمن جریان دو فاز در محیط متخلخل مورد مطالعه قرار گرفته است. یافتن آرایش بهینه برای محیط های متخلخل با نسبت تخلخل غیریکسان در سرتاسر محیط برای کم کردن میزان دبی نشتی و نفوذ سیال از اهداف این پژوهش است. روش انتخاب شده برای حل مسئله، روش عددی مزوسکوپیک شبکه بولتزمن بر روی یک شبکه ی D2Q9 می باشد. برای ارزیابی کد فرترن مورد استفاده در شبیه سازی ها، ابتدا جریان دو فاز در کانال با سطح آب گریز و آب دوست و سپس قرارگیری قطره بر روی سطح با آبدوستی و آبگریزی های متفاوت شبیه سازی شده است. در ادامه میزان نفوذ سیال در محیط متخلخل با آرایش متفاوت بررسی شده و سپس میزان نفوذ سیال در محیط های متخلخل با جنس های متفاوت از نظر آب دوستی و آب گریزی مورد مطالعه قرار گرفته است. در انتها نیز میزان دبی نشتی هر یک از محیط های متخلخل با آرایش متفاوت بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که ایجاد محیط متخلخل ترکیبی (از دو محیط با نسبت تخلخل های متفاوت) به نحویکه محیط با تخلخل پایین در قسمت زیرین قرار گیرد، از حیث کاهش نفوذ و نشتی بهینه خواهد بود. همچنین با آب دوست کردن سطح، نفوذ سیال درون محیط متخلخل نسبت به حالت آب گریز کند تر اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، جریان دوفازی، روش شبکه بولتزمن، سطح آبدوست، سطح آبگریز
  • امید جهانیان، عطیه میهن دوست، حمید حسن زاده صفحات 90-100
    موتور جتی که در نزدیکی زمین با سرعت پایین و پیشرانش بالا کار می کند می تواند جدایش جریانی از سطح زمین تا ورودی را تجربه کند که منجر به تشکیل گردابه زمینی می شود. با شناخت بهتر از نحوه شکل گیری این پدیده می توان از رویدادهایی همچون ورود اشیاء خارجی به موتور، سرج موتور، استال در کمپرسور و ارتعاش فن جلوگیری نمود. در تحقیق حاضر، تشکیل گردابه زمینی در کانال هوای موتور هواپیما با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی و از نمونه ای با ابعاد 1/30 نمونه واقعی برای شبیه سازی استفاده شده است. سیال، تراکم پذیر، سه بعدی و پایا در نظر گرفته شده و مدل جریان آشفته مورد استفاده در مساله حاضرk-ω SST است. پس از بررسی استقلال از شبکه، مرز عدم تشکیل گردابه با رابطه ی تجربی مورفی مقایسه شد. نتایج نشان می دهد با کاهش نسبت سرعت بی بعد، هسته گردابه جابجا شده و با رسیدن به نسبت سرعت بی بعد بحرانی، گردابه زمینی از بین می رود. در نسبت سرعت های بی بعد برابر با مقدار 132، 66، 44 و 33 گردابه تشکیل شد و در نسبت سرعت بی بعد 26.4 طبق بررسی انجام شده گردابه از بین رفته است. در این مقاله برای بررسی غیریکنواختی توزیع فشار کل در صفحع فن از ضریب اعوجاج جریان استفاده شده است. مقادیر این ضریب در حضور گردابه در نسبت های سرعت بی بعد 33، 44، 66 و 132 به ترتیب برابر 0.39، 0.391، 0.447و 0.3957 می باشد. همچنین مشاهده شد که در حالت وزش باد از روبرو بیش تر از یک هسته و در حالت بدون جریان وزش باد خارجی تنها یک هسته گردابه تشکیل می شود.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، گردابه زمینی، گردابه ورودی، موتور جت، آسیب اشیاء خارجی
  • علی خرم، اکبر داودی جمالویی، عابد جعفری، محمود مرادی صفحات 101-107
    در این مقاله، فرآیند اتصال فاز مایع گذرا بین آلیاژهای اینکونل 718و اینکونل 600توسط لایه میانی BNi-2 به ضخامت 50 میکرون مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند اتصال فاز مایع گذرا در دمای C°1050 برای مدت زمان 5 ، 25 و 45 دقیقه انجام شد. مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FE-SEM) انجام پذیرفت. همچنین استحکام برشی این اتصالات اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که ساختار اتصال از سه ناحیه منطقه انجماد همدما، منطقه انجماد غیر همدما و منطقه متاثر از نفوذ تشکیل شده بود. در زمان 5 دقیقه، ترکیبات بین فلزی برایدی در انجماد غیر همدما تشکیل شد. با افزایش زمان از5 به 45 دقیقه، نواحی انجماد غیرهمدما از بین رفته و انجماد همدما کامل شد. با افزایش زمان و افزایش نفوذ عنصر بور به فلز پایه، نواحی متاثر از نفوذ آلیاژ اینکونل 718 پایدار بود و گسترش یافت، اما این نواحی برای آلیاژ اینکونل 600 با افزایش زمان از بین رفت و همگن سازی شد. همچنین در اثر حذف ترکیبات برایدی در اثر افزایش زمان، تغییرات سختی در ناحیه اتصال یکنواخت تر شد و مقدار سختی ناحیه اتصال به حدود 280 ویکرز رسید. نتایج حاصل از استحکام برشی نشان داد با افزایش زمان اتصال دهی از 5 به 45 دقیقه، استحکام برشی از 250 به 410 مگاپاسکال افزایش یافت.
    کلیدواژگان: اتصال فاز مایع گذرا، اینکونل 718، اینکونل 600، خواص مکانیکی
  • سید نادر نبوی، علیرضا اکبرزاده، جواد انفرادی صفحات 108-116
    ربات های موازی شش درجه آزادی به طور گسترده در شبیه سازها مورد استفاده قرار می گیرند. گسترش بکارگیری ربات های شبیه ساز برای انواع گوناگون وسایل نقلیه، امکان آموزش های پیشرفته را با امنیت بالا در زمان کم و هزینه های پایین تر فراهم نموده است. غالبا از ربات استوارت با ساختار 6-UPS به دلیل صلبیت بالا، بزرگ بودن فضای کاری و قابلیت حمل بار بالا به عنوان شبیه ساز حرکت استفاده می گردد. وجود مفصل کشویی با بار و اینرسی زیاد بین صفحه ثابت و متحرک سبب پایین آمدن راندمان این مکانیزم می شود. ربات با ساختار 6-PUS به علت قرارگرفتن عملگرهای فعال بر روی زمین، می تواند جایگزین مناسبی برای ربات استوارت باشد و در کاهش نیروها و همچنین هزینه آن بسیار موثر واقع شود. در این مقاله، تحلیل سینماتیک و دینامیک معکوس ربات 6-PUS با پیکربندی جامع با استفاده از روش نیوتن- اویلر ارائه شده است. صحت مدل تئوری دینامیک ربات با استفاده از نرم افزارهای تحلیل حرکت بررسی شده است. با حذف عبارات مربوط به جرم و اینرسی لینک های ربات، مدل دینامیک ساده شده ربات 6-PUS تهیه شده است. دقت مدل ساده شده به ازای نسبت های مختلف جرم و اینرسی بار به لینک، ارزیابی شده است. مدل ساده شده دینامیک به منظور بهبود راندمان محاسباتی حل دینامیک معکوس استفاده می شود.
    کلیدواژگان: ربات های شبیه ساز، ربات استوارت، ربات 6، PUS، دینامیک معکوس، ساده سازی مدل دینامیک
  • موسی فرهادی، سید شرف الدین حسینی، کورش صدیقی صفحات 117-127
    مناطق دارای پتانسیل بالای استفاده از انرژی پاک و نامحدود خورشیدی گزینه مناسبی برای بکارگیری سیستم های آب شیرین کن خورشیدی می باشند. ایران دارای مناطق وسیع برخوردار از تابش مناسب خورشید بوده و با وجود منابع آب شور در شمال و جنوب کشور، موقعیت مناسبی برای بکارگیری سیستم های آب شیرین کن خورشیدی را داراست. تحول و پیشرفت عملکرد آب شیرین کن های خورشیدی در دستور کار محققین در سال های اخیر بوده است تا بتوانند بیشترین بهره را از توسعه این سیستم در شرایط بحران آب داشته باشند. در این تحقیق با استفاده از یک سیستم آب شیرین کن خورشیدی به بررسی همزمان اثر ذخیره سازی گرمای اضافی با استفاده از PCM ها و بکارگیری متلاطم سازها در مسیر جریان یک مبدل مارپیچ و همچنین اعمال تغییرات در دبی آب شور، در دبی تولیدی آب شیرین در منطقه معتدل مرطوب پرداخته شده است که بررسی همزمان این شرایط نوآوری این تحقیق می باشد. این آزمایشات در طول یک سال انجام گرفته است. نتایج آزمایشات نشان داده که در ماه های سرد (آذر تا فروردین) استفاده از PCM تاثیری در کارایی سیستم ندارد. اما تاثیر PCM روی افزایش زمان کار سیستم در ماه های گرم (اردیبهشت تا آبان) از تاثیر مخزن ذخیره آب گرم بیشتر است. نتایج، افزایش میزان آبدهی سیستم در اثر استفاده از مخزن ذخیره سازی گرما تا 7% و استفاده از PCM تا 14% را نشان می دهد. همچنین استفاده از متلاطم سازها نیز توانسته است با افزایش میزان انتقال حرارت تا 14% نسبت به حالت ساده، موجب افزایش میزان آبدهی سیستم گردد. بیشترین میزان آب شیرین استحصالی نیز 2250 میلی لیتر در روز بوده است.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، PCM، انتقال حرارت، متلاطم ساز جریان، ذخیره ساز حرارت
  • محمدحسین محمدی پور، محمد گلزار صفحات 128-138
    در این پژوهش به ارائه مدلی برای پیش بینی نحوه تغییر اندازه فشار در طول قالب، محاسبه مقدار آغشتگی و محاسبه نیروی لازم برای انجام فرآیند پالتروژن در قالبی با سطح مقطع دایره ای شکل که دو توده الیاف تقویت کننده از آن عبور می کند، پرداخته شده است. نیروی لازم برای کشش الیاف و درجه آغشتگی تعیین کننده ترین پارامترهای مرتبط با فرآیند پالتروژن هستند که به ترتیب بر هزینه انرژی مصرفی برای تولید محصول و کیفیت پروفیل تولید شده تاثیر مستقیم دارند. ایده اساسی در ارائه این مدل به دست آوردن معادلات توصیف کننده رفتار پلیمر در ناحیه پلیمر خالص (بین الیاف و دیواره قالب) و ناحیه متخلخل درون الیاف تقویت کننده و سپس برقراری ارتباط بین معادلات این دو ناحیه با استفاده از رابطه پیوستگی است. مزیت این مدل نسبت به مدل های موجود امکان مدل سازی همزمان بخش مستقیم و بخش مخروطی قالب، محاسبه نیروی لازم برای انجام فرآیند و امکان بررسی تاثیر انواع پارامترهای مربوط به هندسه قالب، ویژگی های مواد و شرایط انجام فرآیند است. در این پژوهش با استفاده از این مدل تاثیر موقعیت و قطر توده الیاف بر نیروی لازم برای انجام فرآیند، فشار درون قالب و مقدار آغشتگی ارزیابی شده است. با توجه به امکان محاسبه همزمان نیرو و آغشتگی، می توان از این مدل در برقرار کردن شرایط بهینه ای بین هزینه تمام شده و کیفیت پروفیل تولید شده بهره برد.
    کلیدواژگان: پالتروژن، نیروی کشش، آغشتگی، پروفیل فشار، پلیمرگرمانرم
  • امین شهبانی ظهیری، حسن حسن زاده، محمد محسن شاه مردان، محمود نوروزی صفحات 139-148
    در این مقاله، انتقال حرارت جریان سیال ویسکوالاستیک داخل کانال صفحه ای متقارن با انبساط ناگهانی 1:3 به صورت عددی شبیه سازی شده است. برای مدلسازی رفتار رئولوژیکی و غیرخطی جریان اینرسی سیال ویسکوالاستیک، از فرم نمائی مدل فن تین-تنر استفاده شده است. شرط مرزی حرارتی در ورود و روی دیوارهای کانال، دما ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین سرعت در ورودی کانال یکنواخت و ثابت است و مقدار آن با توجه به عدد رینولدز جریان تعیین می شود. با توجه به تاثیر قابل ملاحظه دما بر خواص سیال ویسکوالاستیک، لزجت، زمان آسودگی از تنش، ظرفیت گرمایی ویژه و ضریب هدایت حرارتی به صورت توابعی از دما در نظر گرفته شده و جمله تلفات در معادله انرژی لحاظ شده است. برای حل همزمان معادلات حاکم از الگوریتم پیزو و برای گسسته سازی، از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر نیروی اینرسی روی توزیع سرعت، توزیع دما و تغییرات اعداد ناسلت محلی و میانگین در بخش انبساطی کانال بررسی می شود. با وجود متقارن بودن کانال صفحه ای، افزایش عدد رینولدز سبب تشکیل جریان های متقارن و نامتقارن داخل بخش انبساطی کانال می شود. برای جریان های نامتقارن، افزایش عدد رینولدز از 40 تا 100 (رشد 2.5 برابری عدد رینولدز) سبب افزایش 1.7 برابری مقادیر بیشینه اعداد ناسلت محلی در مجاورت دیوارهای پایینی و بالایی بخش انبساطی کانال می شود.
    کلیدواژگان: سیال ویسکوالاستیک، نیروی اینرسی، عدد ناسلت، نواحی گردابه ای شکل، جریان نامتقارن
  • مهدی حسینی پرست، بهزاد قدیری، صالح فلاح صفحات 149-156
    استفاده از پمپ های گریز از مرکز در صنایع نفتی کاربرد فراوان و نقشی حیاتی دارند. از این رو بهینه سازی پمپ های گریز از مرکز مورد استفاده در صنایع نفتی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله جریان سه بعدی در پمپ گریز از مرکز غوطه ور الکتریکی شبیه سازی عددی شده و اثر فاصله و زاویه میان هاب و شرود در کانال خروجی ایمپلر پمپ بر عملکرد آن ارزیابی شده است. هدف از این مقاله بررسی اثر تغییرات هندسی ایمپلر بر عملکرد و الگوی جریان درون یک طبقه از پمپ می باشد. مدل ارائه شده در این مقاله یک پمپ گریز از مرکز با سرعت دورانی 3500 دور بر دقیقه با شش پره ایمپلر و هشت پره دیفیوزر می باشد. این تحقیق با استفاده از نرم افزار سی. اف. ایکس انجام شده است. برای مدل سازی حرکت ایمپلر و دیفیوزر از روش قاب های مرجع چندگانه و برای ارتباط میان آنها از رابط روتور ایستا بهره گرفته شد. همچنین با بکارگیری مدل آشفتگی کا امگا اس. اس. تی شبیه سازی انجام شده است. نتایج شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که با افزایش 8.25 درجه در زاویه میان هاب و شرود مقادیر هد و راندمان پمپ افزایش می یابند. همچنین نتایج نشان دادند که مقدار بهینه فاصله میان هاب و شرود با هدف بیشینه شدن همزمان هد و راندمان، 1 میلیمتر می باشد. تغییر همزمان دو پارامتر یک طبقه از پمپ باعث افزایش 7.6% هد و افزایش 1.65% راندمان شد، این تغییرات بیشتر به واسطه کاهش ناحیه جدایش جریان روی پره های دیفیوزر رخ داده است.
    کلیدواژگان: پمپ ای.اس.پی.، پمپ نفتی، ایمپلر، هد، راندمان
  • مجتبی علوی پور، امیرعلی نیکخواه، جعفر روشنی یان صفحات 157-167
    در این مقاله مسئله تزریق بهینه یک ماهواره به مدار زمین آهنگ با یک بلوک انتقال مداری با تراست محدود و قابلیت خاموش و روشنی مجدد و مقایسه آن با حالت زیر- بهینه مورد نظر می باشد. هدف، یافتن زاویه بردار نیروی پیشرانش، زمان های شروع سوزش موتور و مدت زمان بهینه هر یک از مانورهای بلوک انتقال مداری می باشد به گونه ای که مصرف سوخت حداقل شده و شرایط مرزی با دقت مورد نظر برآورده گردد. نوآوری این تحقیق ارائه یک الگوریتم دقیق و با سرعت همگرایی بالا برای حل بهینه مسیر چند سوزشی جهت تزریق ماهواره به مدار زمین آهنگ می باشد. برای حل مسئله شرط مرزی در چند نقطه، از یک روش پرتابی غیرمستقیم با کارایی بالا همراه با روش نیوتن بهبود یافته، استفاده شده است. روش پیشنهادی علاوه بر تامین دقت بسیار بالا، با سرعت خوبی نیز به شرایط مرزی مورد نظر همگرا می شود. سلسله پروازهای مختلف با سوزش های چندگانه، بررسی شده و برای هریک از آنها مسیر بهینه با معیار حداقل مصرف سوخت و همچنین زمان های فعال و غیر فعال استخراج شده است. تصدیق و صحه گذاری الگوریتم پیشنهادی نیز از طریق مقایسه با مراجع انجام شده است. در نهایت نتایج حل بهینه با حالت حل زیر-بهینه که در آن زاویه بردار نیروی پیشرانش در راستای بردار سرعت فرض شده، مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: تزریق بهینه، بلوک انتقال مداری، قابلیت استارت مجدد، مدار زمین آهنگ، سوزش چندگانه
  • احمد اساسی، مهدی میرزایی، رحیم خوشبختی سرای صفحات 168-178
    در کار حاضر به کنترل مسیر هوای موتور دیزل پرخوران شده توسط یک کنترل کننده ی غیر خطی مبتنی بر بهینه سازی پرداخته می شود. بدین منظور نسبت هوا به سوخت و فشار چند راهه ی خروجی با محاسبه ی آهنگ جرمی گازهای پرخورانی و بازخورانی شده کنترل می گردند. کنترل نسبت هوا به سوخت که تاثیرگذار بر توان تولیدی موتور، مصرف سوخت و نشر آلاینده ها می باشد با محاسبه آهنگ جرمی هوا و با فرض معلوم بودن مسیر سوخت انجام می گیرد. برای مدل سازی و حصول معادلات دینامیکی مسیر هوا از روش مقدار متوسط به عنوان روشی مناسب با زمان محاسباتی کم، استفاده شده است. جریان جرمی هوا توسط قوانین کنترلی محاسبه شده و به وسیله پرخورانی و باز خورانی گازهای خروجی اعمال می گردد. در روش کنترلی پیشنهادی، ابتدا پاسخ غیرخطی سیستم توسط بسط تیلور پیش بینی شده و سپس قوانین کنترلی از طریق حداقل کردن اختلاف پاسخ مطلوب و پاسخ واقعی به دست می آید. برای بررسی و مقایسه عملکرد کنترل کننده ی بهینه ی پیشنهادی، یک کنترل کننده ی مدلغزشی نیز طراحی شده است. نتایج تحلیل ها و شبیه سازی نشان می دهد که آهنگ جرمی هوا و فشار چند راهه ی خروجی به مقادیر مطلوب، کاملا نزدیک است و درنتیجه نسبت کلی هوا به سوخت به خوبی کنترل شده است. بدین ترتیب کنترل کننده ی طراحی شده می تواند با مصرف انرژی بهینه با موفقیت از عهده ی اثرات غیرخطی موجود در مدل دینامیکی موتور برآید.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، نسبت هوا به سوخت، آهنگ جرمی هوا، کنترل غیرخطی، بهینه سازی، پیش بینی
  • مسعود علی زاده، مهرداد ابراهیمی درمیانی، مهدی نوری دبیر صفحات 179-189
    در این پژوهش، پهپاد با سه موتور الکتریکی چرخان، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این پژوهش ارائه مدل جامع از دینامیک حرکت این پهپاد، شبیه سازی یازده درجه آزادی در شش فاز پروازی (فازهای پرواز ایستا، نشست، برخاست، روبه جلو، گذار و کروز) و دستیابی به کنترل پرنده برای رسیدن به بهینه ترین شرایط پروازی است. در این راستا ابتدا معادلات حرکت پرنده بر مبنای مدل سازی چند جسمی (پرنده، سه موتور الکتریکی) به منظور در نظر گرفتن اثرات ژیروسکوپی موتورها بر دینامیک پهپاد، در فرم تنسوری استخراج و برای شبیه سازی در دستگاه های مختصات موجود بسط داده شدند. نیروها و گشتاورهای آئرودینامیکی و رانشی پرنده، بسته به اینکه پهپاد در کدام فاز حرکتی قرار دارد به صورت جداگانه تعیین شد. برای تعیین نیروها و گشتاورهای رانشی موتورها، در فازهای ایستا، نشست، برخاست و روبه جلو از تئوری های مومنتم المانی پره بالگرد استفاده شده است. به دنبال آن ابتدا به کمک کنترلر برای هر کانال، شرایط تریم پرنده استخراج و سپس در راستای خطی سازی، به روش تحلیلی، ماتریس دینامیک و کنترل پرنده استخراج شد. این مدل استخراج شده، دقت کافی برای استفاده به عنوان مدل خطی در طراحی کنترلرهای پیش بین خطی و تطبیقی مدل مرجع را داشت. عملکرد کنترلر پیش بین خطی، برای فاز برخاست، با دور شدن از مدل خطی افت می کند اما کنترل تطبیقی مدل مرجع با وجود نامعینی، عملکرد بهتری را از خود نشان داد.
    کلیدواژگان: سه موتور چرخان، مدل سازی چندجسمی، تئوری مومنتم المانی پره (BEMT)، کنترل تطبیقی، کنترل پیش بین
  • محمدمهدی حیدری، اسماعیل ولی زاده، مصطفی رضوان دوست صفحات 190-200
    این پژوهش، تلاشی برای طراحی نازل اسپایک و شبیه سازی عددی میدان جریان آن در شرایط مختلف است. به این منظور روش های طراحی این نوع نازل بررسی و کد طراحی پروفیل آن تدوین شد. سپس به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، رفتار جریان این نازل به صورت عددی شبیه سازی گردید. برای انجام شبیه سازی ها از چهار مدل آشفتگی مناسب برای فیزیک نازل اسپایک استفاده شد تا علاوه بر مدل سازی عملکرد نازل در شرایط طراحی و خارج طرح و نیز مقایسه تفاوت های جریان در حالت های مختلف، بهترین مدل آشفتگی از لحاظ دقت و صحت نتایج مشخص شود. برای اطمینان از صحت شبیه سازی ها، نتایج عددی با نتایج تجربی موجود مقایسه شد و مشخص گردید که مدل های مذکور در صورت بهره مندی از شبکه محاسباتی با کیفیت و با ابعاد مناسب در نزدیکی دیواره نازل، می توانند جریان اطراف آن را با تقریب قابل قبولی شبیه سازی کنند. همچنین این مقایسه ها نشان داد که مقدار فشار روی دیواره اسپایک در مدل k-ε،Realizable به طور معمول منطبق بر نتایج تجربی و در بدترین شرایط با اختلاف 15 درصد محاسبه شده است و بر این اساس نسبت به سایر مدل ها نتایج نزدیک تری به داده های تجربی دارد. از طرف دیگر مقایسه عکس های گرفته شده از جریان حول نازل در طول آزمایش های تجربی با کانتورها و نمودارهای حاصل از تحلیل های عددی، حاکی از توانایی بالای روش عددی مورد استفاده در پیش بینی فیزیک جریان حول نازل اسپایک است. بنابراین می توان ادعا کرد که اجرای روند پیموده شده در این پژوهش، محققان را از انجام تست های سرد در طول طراحی و ساخت نازل اسپایک بی نیاز می سازد.
    کلیدواژگان: نازل، اسپایک، نازل توپی دار، ایرواسپایک، دینامیک سیالات محاسباتی
  • قاسم حیدری نژاد، محمدحسین روزبهانی صفحات 201-212
    یکی از مسائل مهم در شبیه سازی جریان تنفسی، مدلسازی است که در دو روش عمده مدل های آناتومیکی و مدلسازی از تصاویر سی تی اسکن انجام می شود. موضوع بررسی مقاله حاضر بررسی تاثیر مدلسازی غضروف های نای به عنوان نماینده ایی از برجستگی ها و فرورفتگی های طبیعی هندسه حل می باشد که در هر دو روش مدلسازی آناتومیکی و جداره صاف و بدون مدلسازی از تصاویر سی تی اسکن لحاظ نمی شوند. مدل های آناتومیکی نای را بدون هرگونه ناهمواری مدل کرده اند و در روش دوم نیز مسطح سازی باعث صاف شدن سطوح می گردد. از سوی دیگر در مهندسی اندرکنش سلول-سیال لازم است تا دقت حل مسئله در کنار دیواره ها که در اینجا سلول های اپیتلیال هستند دقیق شده باشد. از این رو پژوهش حاضر به منظور بررسی دینامیک سیالاتی جریان کنار دیواره ها، مدل هورسفیلد را بهبود بخشیده و با استفاده از روش WMLES تلاش کرده است تا در یک حل دقیق تر تنش برشی کنار دیواره ها را برای هر دو حالت مدل معمولی و مدل بهبودیافته بررسی نماید. افزودن غضروف ها در نای جریان را پیچیده و پر از جریان های گردشی می کنند، این ناپایداری ها موجب افزایش تنش برشی دیواره در نای و نسل دوم شده اند و در حقیقت تاثیر غضروف ها حتی در پروفیل سرعت در دو برونش پایین دست نای نیز بخوبی مشخص است از این رو نمی توان این غضروف ها را در تحلیل جریان تنفسی نادیده گرفت.
    کلیدواژگان: روش شبیه سازی گردابه های بزرگ، روش WMLES، غضروف های نای، تنش برشی دیواره
  • سعید خدایی، اکبر الله وردی زاده، بهنام داداش زاده صفحات 213-220
    این مقاله یک روش جدید بر اساس بینایی ماشین برای تشخیص موانع و جلوگیری از برخورد ربات متحرک با آنها در محیط های هموار ناشناخته ارائه می کند. کنترل مسیر رباتهای متحرک در محیط های ناشناخته یک مساله چالش برانگیز می باشد به طوری که سیستم اجتناب از موانع نسبت به جنس و شکل مانع مقاوم باشد. در این پژوهش یک ربات متحرک طراحی و ساخته می شود که به یک دوربین مجهز است. همچنین الگوریتمی برای انجام پردازش تصویر به منظور تشخیص موانع موجود در محیط و کنترل مسیر حرکت پیشنهاد شده و روی ربات پیاده سازی می شود. سه لیزر رنگی بر روی ربات تعبیه شده است که با زوایای مشخص در طول مسیر حرکت ربات نور می تابانند. تصویر دریافتی ربات حاوی نقاط این نورهای رنگی می باشند که با انجام پردازش تصویر و تعیین مختصات آن ها، موقعیت مانع در صورت وجود تشخیص داده می شود و دستور تغییر مسیر و اجتناب از موانع به ربات داده می شود. این موانع می توانند ساکن و یا پویا باشند. نتایج آزمایش نشان می دهد که روش پیشنهادی توانایی تشخیص و جلوگیری از برخورد با موانع با هرنوع شکل و جنسی را با قابلیت اطمینان بالا دارا می باشد در حالی که سایر روش های موجود دارای محدودیت هایی در این زمینه می باشند.
    کلیدواژگان: ربات متحرک، بینایی ماشین، پردازش تصویر، اجتناب از موانع
  • حمید وثوقی، جعفر کیقبادی، جواد فرجی صفحات 221-232
    در سال های اخیر، به منظور کاهش هزینه در موقعیت یابی در استفاده های غیرنظامی و رباتیک، حسگر اینرسی کم هزینه به خصوص انواع سیستم میکرو الکترومکانیکی (MEMS) تولیدشده اند. خطا موقعیت یابی سیستم ناوبری اینرسی که شامل حسگر اینرسی کم هزینه می باشند، به علت عدم قطعیت قابل توجه ناشی از نویز، بایاس و دریفت حسگرهای MEMS در مدت زمان کوتاه افزایش می یابند؛ بنابراین، ترکیب با سیستم کمکی مانند سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) به منظور کاهش خطاها از طریق الگوریتم تخمین یکپارچه سازی انجام شده است. در این مقاله هدف توسعه یک الگوریتم تخمین گر جدید برای ادغام مجموعه زوایای سمت و تراز یک سیستم مرجع (AHRS) با GPS، است. فیلتر کالمن معمولا برای سیستم های خطی و نسخه توسعه یافته آن برای سیستم غیرخطی استفاده می شود. به طورکلی، زمانی که سیستم دارای رفتار غیرخطی باشد تخمین گر فیلتر کالمن با مشکل مواجه می شود. برای غلبه بر این مشکل تخمین گر پیش بین در این مقاله در نظر گرفته می شود. فرایند طراحی تخمین گر پیش بین (MPO) بر مبنای دوگان بین مسائل کنترل و تخمین در سیستم های خطی ارائه شده است. برای دست یابی به عملکرد بهتر برای روش ارائه شده، با فیلتر کالمن توسعه یافته شده در آزمایش های عملی AHRS/GPS بر روی خودرو و وسیله نقلیه هوایی مقایسه شده است. نتایج آزمایش MPO طراحی شده در تمام آزمایش ها نشان دهنده برتری قابل توجهی در مقایسه با فیلتر کالمن توسعه یافته است.
    کلیدواژگان: تخمین، مشاهده گر، دوگان، عدم قطعیت، زوایای سمت و تراز
  • مهرداد کیانی، پریا امیری، کاظم اسماعیل پور صفحات 233-240
    امروزه به علت بحران انرژی و افزایش میزان تقاضا، استفاده از سوخت های جایگزین ضروری می باشد. گاز لندفیل محصول طبیعی تجزیه مواد آلی در محل دفن زباله ها می باشد که از متان و دی اکسیدکربن تشکیل شده است. شعله های برخوردی پیکربندی واحدی می باشند که منجر به افزایش میزان اختلاط و بهبود راندمان فرآیند احتراق می شوند.در این مطالعه، به بررسی میدان دمایی و ساختار شعله آرام پیش مخلوط لندفیل-هوا در مشعل های متقاطع برخوردی پرداخته شده است. برای بدست آوردن میدان دمایی محصولات احتراق شعله حاصل شده از روش اینترفرومتری ماخ-زندر استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج، دماهای بدست آمده از روش تداخل سنجی با نتایج استخراج شده از ترموکوپل مقایسه شدند و انطباق خوبی بین این دو مشاهده شد. برای بررسی موقعیت قرارگیری مشعل ها در کنار یکدیگر، اثرات زاویه و فاصله بین دو مشعل مورد مطالعه قرار گرفته اند. اثر این دو پارامتر در رژیم جریان آرام در حالی مورد مطالعه قرار گرفته است که زاویه بین دو مشعل از 60 تا 100 درجه و فاصله بی بعد آن ها (S⁄D_h ) از 3.44 تا 9.63 تغییر می کند. در بررسی زاویه بین مشعل ها مشاهده می شود که در مشعل های متقاطع، زاویه تاثیر چندانی در بیشنه دما ندارند (3 درصد اختلاف برای بیشینه دما در هر حالت) اما بر ساختار شعله بسیار موثر می باشد. از طرفی دیگر فاصله بین مشعل ها اثر چشمگیری بر بیشینه دما، ساختار شعله و ناحیه داغ بوجود آمده دارد.
    کلیدواژگان: میدان دمایی شعله آرام، مشعل های برخوردی، گاز لندفیل، روش اینترفرومتری ماخ، زندر
  • بهبود حیدری، محمد مهدی ابوترابی، حمیدرضا کریمی زارچی صفحات 241-247
    ماشینکاری فولادهای سخت ویژگی ها و مشکلات خاص خود را دارد. با توجه به پیشرفت های اخیر در بکارگیری ابزارهای برشی جدید، امکان براده برداری از فولادهای سخت شده بوسیله فرآیندهایی چون تراشکاری و فرزکاری بوجود آمده است و امکان جایگزین کردن تراشکاری سخت به جای برخی از فرآیندهای سنگ زنی وجود دارد. به عملیات تراشکاری روی قطعه کارهایی با سختی بالای 45 راکول سی، سخت تراشی گفته می شود. هدف از این تحقیق، بررسی اثر سختی قطعه کار و پارامترهای سرعت برشی و نرخ پیشروی بر زبری سطح در عملیات سخت تراشی فولاد ابزار سردکار X210Cr12 یا SPK در حالت خشک است. بدین منظور، قطعه کارهایی از جنس فولاد X210Cr12تحت عملیات حرارتی متفاوت قرار گرفت تا در محدوده سختتراشی قرار گیرد. سپس این قطعه کارها با استفاده از ابزار برشی سی بی ان با پارامترهای برشی متفاوت ماشینکاری و از لحاظ زبری سطح مقایسه شد. طراحی آزمایش ها بصورت کامل بوده و در مجموع، 36 آزمایش انجام شده است. طبق نتایج بدست آمده از آزمایش های تجربی و آنالیز واریانس، نرخ پیشروی90.4% و سختی قطعه کار 8.3% بر زبری سطح تاثیر داشته است. میزان اثر سرعت برشی بر زبری سطح قطعه کار بسیار ناچیز است. افزایش نرخ پیشروی باعث افزایش زبری سطح شده است. با افزایش سختی قطعه کار تا 50 راکول سی، زبری سطح قطعه کار کاهش و با افزایش سختی از 50 تا 65 راکول سی، زبری سطح افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سخت تراشی، زبری سطح، سختی قطعه کار، سرعت برشی، نرخ پیشروی
  • مجید شهروی، نجفعلی حیدری صفحات 248-256
    آشکارسازی و جلوگیری از لغزش چرخ در دینامیک حرکت قطارها از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. در عین حال؛ عملکرد ماشینهای ریلی وابسته به ناحیه بسیار کوچکی ست که چرخ و ریل با یکدیگر تماس دارند. در این تحقیق سه مدل تماسی غیر بیضوی مورد ارزیابی و قیاس در مقابل یکدیگر از منظر ناحیه تماس، فشار وارده، توزیع پیشران و نیروهای خزشی قرار خواهند گرفت.. در این میان مدل هایی از جمله جانسون و کالکر در این خصوص به خوبی توانسته اند رفتار چرخ و ریل را در ناحیه مورد نظر پیش بینی کنند. حال آنکه فرض اولیه تمامی این تئوری ها جسم نیمه بی نهایت بوده است که این فرضیه خطاهای بسیاری را در مسئله وارد خواهد کرد مخصوصا زمانی که فلانج تیر به گوشه ریل برخورد نماید. همچنین لازم به ذکر است که تئوری های مذکور در هنگام اشباع ناحیه لغزش به درستی نمی توانند پاسخگوی مسئله باشند. از این رو در این تحقیق دو مدل از مهندسی خودرو و آنالیز المان محدود –که محدودیت های فوق را ندارند- جهت بررسی مسئله، مورد استفاده قرار می گیرند. مهندسی خودرو بدلیل کار با لغزش های زیاد توانایی پیش بینی دینامیک حرکت را در ناحیه اشباع داراست. در نهایت با عنایت به نتایج بدست آمده، تئوری های تیر، بریستل و آنالیز المان محدود تطابق بسیار مناسبی با نتایج آزمایشات عملی نشان دادند. در تحقیق پیش رو چرخ S1002 در تماس با ریل UIC60 قرار داشته و در سرعت های اولیه 30، 60، 100 و 140 کیلومتر بر ساعت ممان ترمزی اعمال می گردد.
    کلیدواژگان: مکانیک تماس، تماس چرخ و ریل، چسبندگی چرخ و ریل، مدل تیر، آنالیز المان محدود
  • محمد هادی غفاری، افشین قنبرزاده، علی ولی پور چهارده چریک صفحات 257-264
    هر صنعتی نیازمند برنامه ای پیش گویانه، در جهت بهینه نمودن مدیریت منابع و بهبود اقتصاد کارخانه با کاهش هزینه های غیر ضروری و افزایش سطح ایمنی می باشد. ماشین های دوار از جمله ماشین های رایج در صنعت است و ریشه بیشتر خرابی ها در ماشین های دوار به دلیل خرابی یاتاقان های غلتشی می باشد. ماهیت گذرای ارتعاشات ناشی از عیب در یاتاقان های غلتشی باعث گردیده تا تحلیل ارتعاشات در این تجهیزات با استفاده از تبدیل موجک پیوسته و آنالیز پوش انجام پذیرد. این مقاله به بررسی کاربردی روش ترکیب ماشین بردار پشتیبان و آنالیز مولفه های مستقل در تشخیص هوشمند محل و نوع عیب در یاتاقان های غلتشی می پردازد. از آنالیز مولفه های مستقل برای استخراج ویژگی و کاهش ابعاد از ویژگی های اصلی استفاده شده است، همچنین از آنالیز مولفه های اصلی نیز برای استخراج ویژگی استفاده شده و نتایج آن با آنالیز مولفه های مستقل مقایسه گردیده است. در این مقاله، طبقه بندی کننده چند کلاسه ماشین بردار پشتیبان برای طبقه بندی عیب به کار گرفته شده است و از روش اعتبار سنجی متقابل برای انتخاب مقادیر بهینه پارامترهای تابع هسته و ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است.
    کلیدواژگان: عیب یابی، آنالیز مولفه های مستقل، آنالیز مولفه های اصلی، ماشین بردار پشتیبان، یاتاقان های غلتشی
  • حمیدرضا متحدی، مرتضی عنبرسوز، محمد پسندیده فرد صفحات 265-276
    در این پژوهش به ارائه و بررسی کارآیی و دقت یک روش جدید برای شبیه سازی عددی دو بعدی نوسانگر جاذب رفت و برگشتی موج پرداخته می شود. نوسانگر جاذب رفت و برگشتی موج تجهیزاتی با یک درجه آزادی هستند که در عمق متوسط دریا و نزدیک ساحل نصب می شوند و حرکت زاویه ای رفت و برگشتی داشته و برای جذب انرژی امواج دریا به کار می روند. روش شبیه سازی به کار رفته بر مبنای روش کسر حجمی سیال می باشد. در روش های رایج، به دلیل ماهیت حرکت این وسیله از روش کسر حجمی سیال و شبکه بندی متحرک استفاده می شود، اما در روش به کار رفته در این پژوهش از شبکه بندی ثابت و غیر متحرک استفاده شده است که موجب افزایش سهولت آماده سازی و سرعت محاسبات می شود. نتایج این شبیه سازی عددی با داده های آزمایشگاهی و نتایج شبیه سازی عددی با روش شبکه بندی متحرک، مقایسه شده است که دقت بالای این روش را نشان می دهد. اعتبارسنجی در شرایط سخت و با امواج تیز انجام شده است. شبیه سازی در این شرایط به دقت بسیار بالای روش عددی نیازمند است. همچنین نیروهای خارجی از جمله نیروی سیستم جذب قدرت هم در شبیه سازی لحاظ شده است. ضریب جذب، شرایط جذب انرژی و اثر جذب انرژی بر زاویه، سرعت زاویه ای و پدیده بهم کوفتن نوسانگر جاذب رفت و برگشتی موج هم بررسی می شود. در پایان اثر ارتفاع موج و ضریب سیستم جذب قدرت بر ضریب جذب و میزان انرژی جذب شده توسط نوسانگر جاذب رفت و برگشتی موج برای امواجی با دوره نوسان یکسان بررسی می گردد.
    کلیدواژگان: نوسانگر جاذب رفت و برگشتی موج، انرژی امواج دریا، شبیه سازی عددی، شبکه بندی غیر متحرک
  • مسعود اکبری، مجید قاسمی صفحات 277-285
    در این مقاله، با استفاده از حل معادله ی بولتزمان در کنار دیواره، یک مدل جدید سرعت لغزشی ارائه شده است. این مدل در ادامه ی تحقیقاتی که در باب تاثیر تراکم پذیری گاز بر جریان درون میکرو/نانو کانال ها انجام شده است، به نحو تحلیلی نشان می دهد که سرعت لغزشی چگونه تابعیتی از تراکم پذیری گاز دارد. این مدل نسبت به مدل شن، حاوی یک ترم اضافی می باشد. وجود این ترم به دلیل حضور گرادیان فاکتور تراکم در جهت جریان، می باشد. برای محاسبه ی این گرادیان، از معادله ی حالت ویریال استفاده می شود. به جهت بررسی صحت و پرفایده بودن این شرط مرزی جدید، جریان پوآزی گاز هیدروژن در یک کانل در محدوده ی رژیم لغزشی و رژیم گذار مورد بررسی قرار گرفته و مقدار سرعت بی بعد در سه عدد نادسن معکوس محاسبه شده است. علاوه بر این، مقدار دبی بی بعد نیز از عدد نادسن 0.005 تا 5 محاسبه شده است. از نقاط قوت مدل حاضر یکی این است که دبی مینیمم را در نزدیکی عدد نادسن معکوس یک پیش بینی می کند همانطور که حل معادله ی بولتزمان دبی مینیمم را در همین حدود پیش بینی می کند. علاوه براین، در مقایسه با دیگر مدل های شرط مرزی لغزشی همچون مدل مرتبه ی اول، مدل مرتبه ی دوم و مدل شن، مدل حاضر- در کل محدوده ی عدد نادسن همگرایی بهتری با حل معادله ی بولتزمان دارد که مشخصا به دلیل در نظر گرفتن تاثیرات واقعی بودن گاز می باشد.
    کلیدواژگان: گاز هیدروژن، معادله ی بولتزمان، تئوری جنبشی گاز، جریان پوازی
  • حسام فلاح قویدل، علی اکبرزاده کلات، وحید قربانی صفحات 286-294
    در این مقاله مدل دینامیکی جدیدی برای سیستم چند ورودی چند خروجی ربات های جابجاگر الکتریکی ارائه شده است، که به وسیله کنترل کننده فازی تطبیقی مقاوم مبتنی بر رویگر کنترل می شود. طرح کنترلی پیشنهادی از ورودی کنترلی جریان استفاده می کند که بسیار موثرتر از روش کنترل گشتاور می باشد. روش پیشنهادی بسیار ساده، دقیق و مقاوم است. بر اساس سیستم فازی تطبیقی، یک تخمینگر مبتنی بر رویتگر ارائه شده است که از یک تابع فیدبک خطا بعنوان ورودی سیستم فازی استفاده می کند تا بطور تطبیقی اثر عدم قطعیت های نامعوم و همچنین اغتشاش خارجی را جبران کند. گرچه در طرح پیشنهادی این عدم قطعیت ها باید محدود باشند، اما نیازی نیست که این محدوده شناخته شده و معلوم باشد. یک کنترل مقاوم H_∞ بکارگیری شده است تا خطای ماندگار را به سمت یک مقدار مطلوب کاهش دهد و همچنین تاثیر خطا های مربوط به تقریب سیستم فازی و رویتگر را تقلیل دهد. این روش پایداری سیستم حلقه بسته را بر اساس شرایط اکیدا حقیقی مثبت و تئوری لیاپانوف تضمین می کند. این طرح کنترل پیشنهادی تنها محدود به ربات ها نمی شود، بلکه آن می تواند برای کلاسی از سیستم های چند ورودی چند خروجی بکار رود. نهایتا در نتایج شبیه سازی، برای نشان دادن تاثیر و کارایی تکنیک پیشنهادی، سیستم یک ربات جابجاگر دو محور مورد بحث قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: دینامیک ربات، کنترل جریان، فازی تطبیقی مقاوم، رویتگر
  • وحید حسنی، مصطفی تقی زاده، محمود مزارع صفحات 295-302
    در این مقاله، به مدلسازی و طراحی کنترل کننده موقعیت برای سیستم غیرخطی عملگر سروو هیدرولیکی تحت بارگذاری متغیر پرداخته شده است. مدل دینامیکی سیستم با در نظر گرفتن معادلات حاکم بر دینامیک شیر، نشتی ها، مدل اصطکاک و... استخراج شده است. برای دستیابی به عملکرد مطلوب در شرایط بارگذاری متغیر با دامنه تغییرات گسترده، باید روش کنترلی بکار گرفته شود که در مقابل تغییرات مقاوم باشد. همچنین، از آنجاییکه سیستم مورد مطالعه دارای دینامیک غیرخطی بوده و مدل استخراجی بیان دقیقی از رفتار سیستم نمی باشد، نیاز به کنترل کننده ای که بتواند در مقابل اثرات غیرخطی و عدم قطعیت مقاوم بوده و دارای سرعت، دقت و پایداری مناسب باشد، نیز ضروری است. لذا، با استفاده از روش های کنترل غیرخطی، کنترل کننده های خطی سازی بازخوردی و مود لغزشی در شرایط بار متغیر نیز طراحی شده است. در ادامه به منظور نشان دادن میزان مقاوم بودن کنترل کننده های طراحی شده، اغتشاش خارجی متغیر با زمان نیز در شبیه سازی در نظر گرفته شده و نتایج با PID مقایسه شده ایست. پارامترهای کنترل کننده های طراحی شده با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده و نتایج شبیه سازی عملکرد بهتر مود لغزشی نسبت به خطی سازی بازخوردی و PID را در برابر تغییر بار نشان می دهند.
    کلیدواژگان: عملگر هیدرولیک، مدل سازی دینامیکی، خطی سازی بازخوردی، کنترل مود لغزشی
  • میلاد شفیعی آشتیانی، عقیل یوسفی کما، حسین کشاورز، سیدمجتبی واردی کولایی صفحات 303-310
    در این مقاله، حل سینماتیک مستقیم ربات موازی 3-آرپی اس برای اولین بار با استفاده از ترکیب یک روش عددی (روش استروسکی) و روش نیمه تحلیلی هوموتوپی کانتینیوشن انجام شده است. ویژگی اصلی روش پیشنهادی، سرعت همگرایی بالای آن می باشد که قابلیت حل بلادرنگ مسئله سینماتیک مستقیم ربات ها را امکان پذیر می سازد. در ربات موردنظر، مفاصل دورانی در هر بازو محرک هستند و معادله سینماتیک مستقیم ربات منتج به یک سیستم سه معادله و سه مجهول به شدت غیرخطی میشود. در این پژوهش از روش استروسکی-هوموتوپی کانتینیوشن برای حل معادلات سینماتیک مستقیم این ربات استفاده شده است. از دیگر مزایای این روش علاوه بر سرعت بالا، می توان به مستقل بودن از انتخاب مقادیر اولیه و یافتن تمام پاسخ های معادلات بدون واگرایی به وسیله ی تغییردادن توابع هوموتوپی اشاره کرد. مثال عددی و شبیه سازی برای حل معادلات سینماتیک مستقیم ربات موازی 3-آرپی اس منتج به7 پاسخ حقیقی میشود. نتایج نشان میدهد که این روش نسبت به دیگر روش های هوموتوپی از جمله روش نیوتون-هوموتوپی کانتینیوشن بسیار سریع تر میباشد بگونه ای که زمان محاسبات را بین 77-97 درصد کاهش میدهد. در نتیجه برای کاربردهای بلادرنگ که سرعت حل و دقت روش اهمیت بالایی دارد، مانند مسائل جلوگیری از برخورد با موانع و یا جلوگیری از تکینگی بسیار مفید است.
    کلیدواژگان: سینماتیک مستقیم، بازوی ماهر موازی، ربات 3-آرپی اس، استروسکی -هوموتوپی کانتینیوشن
  • محمود مرادی، مجتبی کرمی مقدم، جلال زارعی، بهنام گنجی صفحات 311-318
    در این مقاله فرآیند عملیات سختکاری سطحی لیزری بر فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 410 AISI با استفاده از لیزر حالت جامد پالسی Nd:YAG با توان بیشینه 700 وات مورد آزمایش قرار گرفته شد. موقعیت نقطه کانونی (22 تا 34 میلی متر) و انرژی پالس لیزر (14.7 تا 16.8 ژول) پارامترهای متغیر فرآیند در نظر گرفته شدند. میکروسختی در سطح و عمق لایه سخت شده، سختی سنجی گردید. متالوگرافی نمونه ها به منظور بررسی ریزساختار ناحیه سخت شده انجام شد. همچنین ابعاد هندسی منطقه سخت شده (پهنا و عمق نفوذ)، طیف میکروسختی در عمق و سطح لایه سخت شده مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش انرژی پالس لیزر و کاهش موقعیت نقطه کانونی، عمق و میزان سختی لایه سخت شده افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که در نتیجه استحاله حالت جامد و انحلال کاربیدها در زمینه فولاد در فرآیند سختکاری سطحی لیزری، بهبود در سختی سطحی به دست می آید. در ساختار مارتنزیتی تشکیل شده در ناحیه سختکاری شده لیزری، فاز فریت دلتای کمتر منجر به افزایش میکروسختی ماده شده است. بیشترین عمق لایه سخت شده در بیشترین سطح انرژی پالس 16.8 ژول به میزان 350 میکرومتر، پهنای 2208 میکرومتر و بیشینه سختی سطحی معادل 747 ویکرز بدست آمد.
    کلیدواژگان: سختکاری سطحی لیزری، لیزر پالسیNd:YAG، میکروسختی، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 410 AISI
  • علی اصغر معصومی، غلامحسین رحیمی، غلامحسین لیاقت صفحات 319-330
    در این مقاله حل تحلیلی و عددی مخزن استوانه ای فلز کامپوزیت تحت بار دینامیکی به کمک تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و روش حل دیفرانسیل مربعات بررسی شده است. بدین منظور ابتدا معادلات تعادل پوسته بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول استخراج شده است. بار اعمالی به پوسته از نتایج آزمایش تجربی یک سوخت دو پایه بدست آمده و سپس بصورت یک بار دینامیکی به مدل مورد استفاده در تحلیل عددی و تئوری اعمال شده است. هدف از این مقاله بررسی رفتار مخزن استوانه ای فلز کامپوزیت تحت بار دینامیکی با روش تئوری برشی مرتبه اول و مقایسه نتایج آن با حل عددی می باشد. لذا پس از استخراج روابط تعادل پوسته بر اساس تئوری مورد نظر برای حل این روابط از روش دیفرانسیل مربعات استفاده شده است. پس از بدست آوردن روابط حاکم بر مسئله در یک پوسته فلز کامپوزیت این روابط به فرم معادلات ماتریسی مربوط به روش حل دیفرانسیل مربعات استخراج شده است. برای اعمال شرایط مرزی از دو حالت شرایط تکیه گاه ساده و تکیه گاه گیردار استفاده شده و نتایج حاصل از این دو حالت با یکدیگر مقایسه شده است. برای حل معادلات دیفرانسیلی بدست آمده، از کد برنامه نویسی متلب استفاده شده است. برای صحه گذاری نتایج حل تئوری، مدلسازی و تحلیل عددی مدل مورد نظر در نرم افزار المان محدود آباکوس صورت گرفته و نتایج بدست آمده از این نرم افزار با نتایج بدست آمده از برنامه نویسی با روش حل دیفرانسیل مربعات مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: دیفرانسیل مربعات، مخزن فلز کامپوزیت، برشی مرتبه اول، بار دینامیکی، المان محدود
  • یاسر بساطی، امید رضا محمدی پور، حمید نیازمند صفحات 331-341
    در این تحقیق اثرات توزیع پتانسیل سطحی ریزمجرا و تغییرات هندسی آن بر میزان اختلاط در جریان های الکترواسموتیک مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه های مورد بررسی شامل کانال های مستقیم، همگرا، واگرا و همگرا-واگرا است. شبیه سازی جریان الکترواسموتیک با تکیه بر حل معادلات ناویر-استوکس و نرنست – پلانک برای محاسبه توزیع میدان سرعت و بار الکتریکی به کمک روش عددی شبکه بولتزمن صورت گرفته است. صحت شبیه سازی با مقایسه میان حل عددی بدست آمده از روش شبکه بولتزمن و حل تحلیلی موجود در شرایط بارگذاری یکنواخت مورد ارزیابی قرار گرفته است و در نهایت میدان جریان و پدیده اختلاط در حضور بارگذاری های ناپیوسته سطحی به منظور دست یابی به الگوی اختلاطی مناسب بررسی شده است. نتایج عددی حاکی از بهبود قابل ملاحظه اختلاط در ریز مجراهای همگرا است که در عین حال با کاهش نسبتا زیاد دبی همراه بوده است و بالعکس استفاده از میکروکانال های واگرا منجر به افزایش دبی و کاهش اختلاط شده است. از این رو با استفاده از هندسه های همگرا - واگرا می توان به تعادل مناسبی از دبی و راندمان اختلاط دست یافت. نتایج عددی نشان می دهد که استفاده از ریزمجرای همگرا – واگرا سبب ایجاد راندمان اختلاط 90٪ همراه با دبی مناسب در مقایسه با ریز مجرای واگرا- همگرا می شود.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمن، اختلاط، الکترواسموتیک، نرنست، پلانک، میکرو کانال همگرا، واگرا
  • حمیدرضا قنبری، محمود شریعتی صفحات 342-350
    در این مقاله ضمن تولید فولاد دوفازی فریت- مارتنزیت توسط عملیات حرارتی آنیل میان بحرانی، رفتار کششی جوش مقاومت نقطه ای در این نوع فولادها و همچنین اثر پارامتر های جوش مقاومت نقطه ای بر رفتار و حالت های شکست، مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی آزمایش ها بوسیله ی روش آماری تاگوچی انجام گرفته است و با توجه به تعداد پارامترها و عوامل مورد بررسی آرایه ی 8L انتخاب شده است. پارامترهایی که در جوش مقاومت نقطه ای قابل کنترل هستند، شامل زمان جوشکاری، شدت جریان الکتریکی عبوری از الکترودها و نیروی فشاری اعمالی می باشد که در این تحقیق به عنوان عوامل موثر بر عملیات در نظر گرفته شده است. فاکتور استحکام کششی نمونه ی جوش داده شده به عنوان پاسخ آزمایش مورد بررسی قرار می گیرد. برای پیش بینی پارامترهای بهینه ی جوش کاری مقاومت نقطه ای از نسبت سیگنال به نویز در روش آماری تاگوچی استفاده می شود. عموما دو نوع شکست فصل مشترکی و شکست محیطی در جوش های مقاومت نقطه ای مشاهده می شود. نتایج آزمایش کشش نشان می دهد با افزایش قطر دکمه ی جوش، شکست به نوع محیطی و محیطی همراه با پارگی ورق تمایل بیشتری پیدا می کند. نتایج روش آماری تاگوچی نیز نشان می دهد که تاثیر پارامتر جریان دستگاه جوش بر استحکام کششی نقطه جوش نسبت به سایر پارامترها بیشتر بوده و با افزایش شدت جریان این تاثیرگذاری کمتر می شود. همچنین تصویر برداری بوسیله میکروسکوپ الکترونی از ناحیه جوش و سطوح شکست انجام گرفته است که نتایج، شکست نرم را در مود محیطی و شکست ترد را در مود فصل مشترکی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: جوش مقاومت نقطه ای، دکمه ی جوش، فولاد دوفازی، تاگوچی
  • عبدالمجید خشنود، فاطمه خواجه محمدی، سید سینا زهتابچی صفحات 351-356
    در این مقاله در ابتدا با توجه به دسته بندی های مختلف وسایل پرنده؛ ویژگی های کوادروتور و مزیت های این عمودپرواز، نحوه عملکردی و علت گرایش به سمت این وسیله پرنده بیان شده است سپس مهم ترین چالش های کوادروتور که کنترل پذیری و نحوه حرکت در عین حفظ پایداری است مورد نظر قرار داده شده است در این راستا هدف اصلی الگوسازی، طراحی مسیر و کنترلر کوادروتور برای گذر از موانع در شرایطی که بتواند بیشترین موانع را در بهترین فاصله و زمان ممکن پوشش دهد، می باشد. در ادامه بطور دقیق مراحل مسیر حرکتی کوادروتور برای گذر از موانع با موقعیت های مختلف طراحی گردیده و پس از شبیه سازی حرکتی کوادروتور با ایجاد موانع مختلف در موقعیت های متفاوت، نتایج آن با توجه به مسیر طراحی شده بیان شده است. میزان موفقیت این طراحی مسیر و کنترلر برای گذر از موانع بر اساس نتایج بدست آمده به این نحو قابل ارائه می باشد که می تواند تعداد موانع با موقعیت و ابعاد مختلف بیشتر در زمان کمتر با کاهش بکارگیری سنسور در عین اینکه طراحی مسیر تابع شکل خاصی نیست را پوشش دهد و با توجه به دلخواه بودن سرعت اولیه، در مسیرهای چند تکه ای نیز قابل استفاده باشد. از طرفی در نظر گرفتن درگ کلی باعث شده است، در هنگام عبور از موانع، کوادروتور ارتفاع نگیرد و این امر کمک شایانی به میزان موفقیت این طراحی داشته است.
    کلیدواژگان: کوادروتور، کنترل مود لغزشی، گذر از موانع، مسیر
  • محمد صادق حیدرزاده، مهدی رضاعی، نور عزیزی مردی، علی کمالی صفحات 357-364
    با وجود ابداع روش های متنوع میکروساخت، میکروفرزکاری به علت ویژگی هایش در ساخت قطعات سه بعدی، نرخ براده برداری زیاد و دقت بالا مورد توجه ویژه است. با این حال این فرایند با چالش هایی روبروست که از مهمترین آنها خمش ابزار است که گاهی تا 90 درصد از خطای محصول نهایی را نیز در بر می گیرد. در این مقاله، یک روش به هنگام برای تخمین خمش ابزار میکروفرز برای ماشین های میکروفرزی که مجهز به موتورهای خطی هستند، ارائه می شود. در این روش از یک فیلتر کالمن برای تخمین غیر مستقیم نیروی ماشین کاری از پسخوراند موقعیت و جریان ورودی آمپلی فایرهای موتورهای خطی میز تغذیه استفاده می شود. با توجه به اینکه خروجی تخمین گر نیرو، برایندی از تمامی نیروهای وارده به موتور است، بنابراین باید منابع اغتشاشی اضافی که عمدتا اصطکاک و موج های نیرویی است، حذف شود. در پژوهش پیش رو، از شبکه های عصبی برای حذف این نیروها استفاده شده است. برای این هدف از یک شبکه عصبی پرسپترون با یک لایه پنهان 16 گره ای و دو تاخیر زمانی در ورودی استفاده شد. نتایج آزمون های تجربی نشان داد که روش مزبور به طور میانگین تا 75 درصد از خمش ابزار را پیش بینی کند.
    کلیدواژگان: خمش ابزار، میکروفرزکاری، شبکه عصبی، موتورهای خطی، تخمین نیرو
  • مریم گران قراخیلی، حمید گرجی، محمد بخشی جویباری، محمد جواد میرنیا صفحات 365-376
    هیدروفرمینگ لوله فرآیندی است که در سال های اخیر برای تولید قطعه های یکپارچه و بدون درز جوش مورد توجه قرار گرفته است. پیش بینی عددی پارگی در این فرآیند به منظور طراحی مناسب ابزارآلات امری مهم می باشد. در این پژوهش، شکل پذیری لوله فولادی زنگ نزن304 توسط آزمون بالج آزاد بصورت تجربی و عددی به منظور تعیین منحنی حد شکل دهی مورد بررسی قرار گرفت. مدل گارسون- تیورگارد- نیدلمن(GTN) یک مدل میکرومکانیکی برای پیش بینی شکست نرم فلزات می باشد. به منظور تعیین پارامترهای تعریف کننده مدل آسیب GTN، ابتدا تست کشش تجربی از نمونه استاندارد و نیز شبیه سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد. با بکارگیری این معیار در نرم افزار آباکوس و مقایسه نمودار نیرو – جابجایی تست کشش تجربی و حاصل از شبیه سازی اجزا محدود، پارامترهای مدل GTN توسط روش معکوس بدست آورده شد. سپس با استفاده از معیار شکست نرم GTN، پارامتر های هندسی قالب در هیدروفرمینگ بالج آزاد بررسی گردید و نمودار حد شکل دهی لوله فولادی 304 بصورت عددی بدست آمد. برای صحت سنجی نتایج شبیه سازی اجزا محدود، آزمایش های تجربی نیز انجام شد که تطابق قابل قبولی را نشان می دهد. در نهایت بکارگیری مدل مذکور در هیدروفرمینگ قطعه T شکل بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: منحنی حد شکل دهی، معیار شکست نرم GTN، لوله فولادی زنگ نزن، آزمون بالج آزاد
  • علی ریوفیان، افشین تقوایی پور، علی کمالی ایگلی صفحات 377-384
    در پژوهش پیش رو، به معرفی روشی بهینه شده در تحلیل دینامیک مستقیم ربات های موازی سریع پرداخته شده است. بدین منظور، با الهام گیری از روش فنر مجازی لاگرانژ ، روش نیوتنی مکمل متعامد طبیعی جدا شده، اصلاح شده است. از مفاهیم فنرهای مجازی، پیشتر در خصوص روش های انرژی استفاده شده است. استفاده از روش فنر مجازی در روش نیوتونی مکمل متعامد طبیعی جدا شده، شیوه ای جدید است که در این پژوهش معرفی شده است. به منظور شفاف سازی روش اصلاح شده و مقایسه ی ابعاد مختلف آنها، از یک مکانیزم صفحه ای 3RRR به عنوان مدل مرجع استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، فرایند استخراج معادلات در روش دینامیکی جدید بسیار کم هزینه تر است. این در حالی است که دقت این روش مشابه روش فنر مجازی لاگرانژ است و همچنین بر خلاف روش های انرژی، قادر به محاسبه ی عکس العمل های قیدی نیز می باشد. از سویی دیگر، روش اصلاح شده، نسبت به روش مکمل متعامد طبیعی جدا شده، زمان حل بیشتری دارد و برای محاسبات ریل تایم مناسب به نظر نمی رسد. همچنین، در سیستم های حلقه بسته، قیود سیستم باید به گونه ای تعریف شده باشند که بیانگر تغییرات طولی فنرهای مجازی باشند. در غیر این صورت، روش پیشنهادی پاسخ صحیح بدست نمی دهد.
    کلیدواژگان: دینامیک مستقیم، ربات های موازی، فنر مجازی، روش مکمل متعامد طبیعی جدا شده
  • محمدرضا مسلمان یزدی، احمدرضا فقیه خراسانی، شهرام طالبی صفحات 385-392
    در فرآیند ریخته گری پیوسته فولاد، تاندیش به عنوان محفظه واسط مابین پاتیل و قالب، نقش مهمی در جداسازی آخال و کاهش اغتشاشات جریان قبل از ورود به قالب دارد. اساسا میزان تمیزی فولاد مذاب ورودی به قالب، متاثر از نوع الگوی جریان و نحوه عملکرد تاندیش در شناورسازی و حذف ناخالصی های غیرفلزی می باشد. بنابراین ایجاد الگوی جریان مناسب و افزایش زمان ماندگاری آخال در تاندیش، سبب بهبود فرآیند جداسازی آخال و ایجاد فولادی تمیز می گردد. در این تحقیق با ساخت تاندیشی از شیشه با مقیاس 1:4 و شبیه سازی فیزیکی جریان، تاثیر ارتفاع مذاب بر رفتار جریان در تاندیش ساده مورد بررسی قرار گرفته و سپس با بکارگیری مانع در تاندیش، عملکرد آن در جداسازی آخال مقایسه شده است. متغیرهای مستقل در این تحقیق، قطر آخال و تغییر ارتفاع آب در تاندیش و متغیرهای وابسته میزان جداسازی آخال از مذاب و زمان ماندگاری آخال در تاندیش می باشد. با انجام آزمایش ها مشخص گردیده است که افزایش ارتفاع آب در تاندیش، سبب کاهش جداسازی آخال از مذاب و کاهش زمان ماندگاری آخال در تاندیش شده و بکارگیری مانع در محل ورودی جریان، باعث بهبود الگوی جریان و افزایش آخال جدا شده از مذاب به صورت سرباره می گردد.
    کلیدواژگان: تاندیش ریخته گری، شبیه سازی فیزیکی، جداسازی آخال
  • سلمان نورآذر، محمدرضا محمدپور صفحات 393-400
    در این پژوهش انتقال حرارت جابجایی طبیعی و اجباری در فین متخلخل با مقطع مستطیلی با در نظر گرفتن اثر افت فشار سیال عبوری از فین به صورت نیمه تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. برای حل معادله ی بالانس انرژی از روش تبدیل دیفرانسیلی استفاده شده است. دقت این روش با پژوهش های انجام شده ی قبلی صحت سنجی شده و تطابق خوبی با نتایج بدست آمده، وجود دارد. در معادلات حاکم برای مدل کردن انتقال حرارت در محیط متخلخل، مدل دارسی در نظر گرفته شده است. به علاوه ضریب انتقال حرارت جابجایی ثابت فرض شده است. توزیع درجه حرارت بی بعد شده در طول فین به عنوان تابعی از پارامتر های تخلخل و جابجایی در نظر گرفته شده است. همچنین اثر پارامتر افت فشار بر مواردی مانند توزیع دما در طول فین، نرخ انتقال حرارت، بازده حرارتی و ضریب عملکرد فین مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه مقایسه ای بین فین صلب و متخلخل در شرایط یکسان جرم فین انجام شده است. در این حالت مشاهده شده است که در شرایط خاص، فین متخلخل انتقال حرارت بیشتری نسبت به فین صلب دارد . بر اساس نتایج بدست آمده، می توان دریافت که تمامی پارامتر های انتقال حرارت از پارامتر افت فشار تاثیر می پذیرند. پس با انتخاب مناسب این پارامتر می توان انتقال حرارت و بازده مناسبی داشت.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، فین متخلخل، مدل دارسی، روش نیمه تحلیلی، بازده حرارتی
  • محمد عباسی گواری، مهدی مدبری فر، بهمن میرزاخانی، یوسف پاینده صفحات 401-412
    امروزه موتورهای لنگ به عنوان محرکه هایی با قابلیت تولید حرکت دورانی با گشتاور بالا بدون نیاز به گیربکس خارجی مورد استفاده قرار می گیرند. این پژوهش شامل بررسی تئوری، عددی و تجربی عملکرد یک موتور لنگ صفحه ای با مکانیزم انعطاف پذیر است که توسط سیم های آلیاژ حافظه دار راه اندازی می شود. انبساط و انقباض ترتیبی سیم های آلیاژ حافظه دار توسط مکانیزم انعطاف پذیر و سیستم چرخ دنده ای موتور شامل یک چرخ دنده داخلی و یک چرخ دنده خارجی، به یک حرکت منحنی الخط صفحه ای با مسیر دایره ای و سپس به حرکت دورانی پیوسته و نامحدود تبدیل می شود. پس از طراحی سیستم چرخ دنده ای برمبنای محدوده حرکت قابل دستیابی ناشی از تغییر طول سیم های آلیاژ حافظه دار، رابطه بین گشتاور خروجی، پارامترهای هندسی موتور و تنش در سیم آلیاژ حافظه دار استخراج شده است. همچنین پارامترهای مکانیزم انعطاف پذیر، شامل طول، ارتفاع، ضخامت و تعداد تیغه های انعطاف پذیر به منظور تعیین سختی مکانیزم مورد تحلیل قرار گرفته اند. سپس تحلیل فرکانسی با روش اجزای محدود انجام شده است تا میزان استحکام ساختاری و پایداری عملکردی مکانیزم طراحی شده، بررسی گردد. برای بررسی قابلیت اجرایی شدن و کارایی موتور طراحی شده، یک نمونه آزمایشی ساخته شده است. نتایج تجربی نشان از توانایی موتور در تولید حرکت دورانی پیوسته و نامحدود و تکرارپذیری در ماکزیمم گشتاور خروجی موتور دارد. میانگین گشتاور خروجی موتور در ولتاژهای 1.6، 1.8 و 2 ولت به ترتیب برابر با 29.9 ، 32.7 و 34.3 نیوتن-میلیمتر، اندازه گیری شده است. با توجه به ویژگی های موتور، استفاده از آن در کاربری هایی که فضای محدودی داشته و نیاز به گشتاور بالا و سرعت پایین دارند، مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: موتور غلتشی، موتور لنگ، محرکه حافظه دار دورانی، مکانیزم انعطاف پذیر صفحه ای
  • وحید معرفت خلیل آباد صفحات 413-422
    در این مقاله قابلیت اطمینان سامانه موشکی با استفاده از روش حلقه های مارکوف پیوسته زمانی و منت کارلو، در دوره کامل عمر سامانه بر حسب قابلیت اطمینان زیرسامانه های آن، محاسبه و نتایج دو روش مقایسه شده است. دوره عمر سامانه موشکی شامل مراحل انبارداری، قبل از شلیک و عملیات می باشد. شرایط محیطی مختلف و تنش های متفاوت وارد شده به سامانه موشکی در هر مرحله، به دلیل تنوع زیاد قطعات و مواد تشکیل دهنده آن، حالت ها و مکانیزم های خرابی جداگانه ای را تحریک می کند، در نتیجه تابع توزیع خرابی در هر مرحله و برای هر زیرسامانه متفاوت خواهد بود. سامانه موشکی دارای چهار زیرسامانه اصلی، شامل هدایت و کنترل، قطعات و مجموعه های مکانیکی، موتور و سرجنگی می باشد که به صورت سری با هم متصل شده اند و خرابی هر یک منجر به خرابی سامانه می شود. در این تحقیق از توابع توزیع نمایی، ویبال، لاگ نرمال و گمپرتز برای مدل سازی توزیع خرابی هر یک از این زیرسامانه ها در مراحل مختلف دوره عمر استفاده شده است. برخلاف اکثر کارهای انجام شده در این زمینه، نرخ های خرابی، متغیر با زمان می باشند. محاسبات قابلیت اطمینان با فرض تعمیرناپذیری سامانه انجام شده اند. در نهایت برتری روش حلقه های مارکوف پیوسته زمانی در مقایسه با روش منت کارلو از لحاظ دقت و حجم محاسبات لازم، نمایش داده شده و پیشنهاداتی برای افزایش قابلیت اطمینان سامانه موشکی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، دوره عمر، سامانه موشکی، زنجیره های مارکوف، منت کارلو
  • محمد واعظی، مهرداد رئیسی دهکردی صفحات 423-432
    در این مقاله به بررسی عملکرد مدل اغتشاش k-ε غیرخطی عدد رینولدز پایین در پیش بینی جریان آشفته در کانال U شکل سه بعدی مربوط به مسیر خنک کاری داخلی پره ی توربین گازی پرداخته می شود. به منظور مدل سازی میدان اغتشاش از مدل های اغتشاشی k-ε خطی عدد رینولدز پایین، مدل ناحیه ای k-ε/1-eq. و مدل غیرخطی عدد رینولدز پایین استفاده گردیده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که مدل های خطی و ناحیه ای در پیش بینی پروفیل های سرعت و تنش های رینولدز مشابه عمل می کنند و در بخش هایی از ناحیه ی جدایش جریان، تنش های رینولدز را بیشتر از مقدار واقعی پیش بینی می کنند اما مدل غیرخطی عملکرد بهتری را در پیش بینی پروفیل های سرعت و تنش های رینولدز در بیشتر مناطق از جمله ناحیه ی جدایش نشان می دهد. همچنین هر سه مدل خطی، غیرخطی و ناحیه ای تقریبا پیش بینی مشابهی در مورد نقطه ی جدایش جریان داشته اند ولی مدل غیرخطی در پیش-بینی سطوح تنش های رینولدز و نحوه ی تغییرات آن از سطح داخلی به سمت سطح خارجی عملکرد بهتری نسبت به مدل های ناحیه-ای و خطی داشته است و نقاط مربوط به بیشینه ی تنش های رینولدز را خصوصا در صفحه ی نزدیک به دیواره بهتر پیش بینی کرده است.
    کلیدواژگان: خنک کاری داخلی، مدل سازی اغتشاش، مدل غیرخطی، کانال خمیده
  • حسین قاضی زاده احسایی، مهران عامری صفحات 433-443
    در این مقاله یک مدل عددی، جهت آنالیز پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم با استفاده از مبرد دی اکسیدکربن در سیکل فوق بحرانی با در نظر گرفتن اثرات افت فشار مبرد در مبدل های حرارتی سیستم، در حالت پایدار توسعه داده شده است. حل عددی حاضر، آنالیز سیستم در شرایط کارکرد مختلف را در دو بررسی جداگانه شامل حالتی که طول حلقه مبدل زمین ثابت نگه داشته شده و حالتی که بار گرمایشی مشخصی مدنظر باشد ارائه می کند. با استفاده از شبیه سازی، ارزیابی مشخصه های سیستم مانند ظرفیت حرارتی و ضریب عملکرد سیستم در حالت اول و طول مورد نیاز حلقه مبدل زمینی و ضریب عملکرد سیستم در حالت دوم صورت گرفته است. جهت ارزیابی عملکرد سیستم، مطالعه ای پارامتریک بر تاثیر پارامترهای مختلف شامل اختلاف دمای زمین با دمای خروجی تبخیرکننده، سرعت کمپرسور، دما و دبی جرمی آب ورودی به خنک کننده گاز، نسبت مساحت مبدل های حرارتی و دمای زمین انجام شده است. در هر دو بررسی مشخص گردید که در یک مقدار اختلاف دمای زمین با دمای خروجی تبخیرکننده مشخص، مقدار بیشینه ی ضریب عملکرد سیستم وجود دارد. همچنین افزایش دور کمپرسور و دمای آب ورودی به خنک کننده گاز با کاهش ضریب عملکرد سیستم و افزایش دبی جرمی آب ورودی به خنک کننده گاز با افزایش ضریب عملکرد سیستم همراه است. نتایج حاصل از این پژوهش شامل ظرفیت حرارتی، ضریب عملکرد و طول مورد نیاز مبدل زمینی می تواند در طراحی و بهینه سازی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: پمپ حرارتی زمین گرمایی، انبساط مستقیم، دی اکسیدکربن، فوق بحرانی، افت فشار
  • حسین میرزانژاد، اشکان فتحیان، محمد مجربی تبریزی، علی شریف نژاد، محمدمهدی عاقلی حاجی آبادی صفحات 444-450
    مقاله پیش رو به ارائه یک سنسور نیروی نرم با صرفه اقتصادی بالا، مناسب برای کاربردهای رباتیک نرم که مستلزم انعطاف پذیری بالا و گستره اندازه گیری وسیع نه فقط به صورت نقطه ای بلکه به صورت سطحی می باشند، می پردازد. همه سنسورهای نیرویی که با سنسور اثر هال تاکنون ساخته شده اند، با اندازه گیری میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک تکه آهنربای جامد در نزدیکی سنسور اثر هال، به سنجش نیروهای اعمالی می پردازند. سنسور نیروی معرفی شده در این مطالعه، با اندازه گیری تغییرات چگالی شار مغناطیسی حاصل از پودر مغناطیسی مخلوط شده با سیلیکون رابر، هنگامی که تحت فشار حاصل از نیروی عمودی قرار می گیرد، به نیروسنجی می پردازد. سنسور در ابعاد و با غلظت های متفاوت پودر مغناطیسی طراحی و ساخته شده است تا به یک طراحی بهینه ازنقطه نظر حساسیت در کنار خواص خطی قابل قبول منجر شود. بررسی نتایج حاصل از آزمون های تجربی نشان می دهد که با تنظیم خواص فیزیکی و ویژگی های ساختاری سنسور می توان به گستره های کاری مختلف با حساسیت های معین دست پیدا کرد. این سازگاری و انطباق بالا در کنار اعتمادپذیری قابل قبول در بسیاری از اجزای اندازه گیر نیروی نرم در کاربردهای امروزی به خصوص در زمینه رباتیک نرم مورد نیاز می باشد.
    کلیدواژگان: سنسور نرم، رباتیک نرم، سنسور نیرو، اثر هال
|
  • Hossein Kalantar-Neyestanaki, Mostafa Mafi, Ali Ashrafizadeh Pages 1-12
    The existence of huge gas resource in Iran and the global demand for the replacement of fossil fuels with this cleaner energy resource has caused that the large-scale gas export becomes an interesting topic. One of the methods for large-scale gas exports is liquefaction which is done by refrigeration cycle. Considering the importance of the efficient use and the reduction in energy consumption, particularly in large energy consumers like liquefaction plants, it is imperative to optimize the refrigeration cycles used in these plants. While there have been many studies focusing on the power consumption minimization of refrigeration cycles, however, in most of these studies the performance limitations of the refrigeration cycle components have not been considered. Therefore, the results of such studies are not practical for in-use refrigeration cycles in gas refineries. The main goal of this paper is to propose a systematic method to minimize the power consumption of in-use refrigeration cycles in gas liquefaction processes by taking into account the performance limitations of refrigeration cycle components and the interactions between the refrigeration cycle and the core process. In this regard, a combination of thermodynamic viewpoints and pinch technology is used as well as considering the above mentioned limitations, to express the multi-stage refrigeration cycles’ power consumption minimization problem as a function of several independent variables. Up to 15% reduction in the specific power consumption is achieved when the proposed method are implemented on the optimization of a typical in-use three-stage refrigeration cycle, used in a propane liquefaction plant.
    Keywords: Multi-stage refrigeration cycle, gas liquefaction, performance limitations of components, minimization of power consumption, independent variables
  • Ghassem Heidarinejad, Mozhdeh Shoaei Pages 13-22
    In recent years, increased pollution and traffic in urban has caused the development of underground transport. One conventional approach for urban tunnel ventilation is construction mid-tunnel shafts. These shafts are usually located in high-density urban areas and emissions from them can be harmful for the residents of adjacent buildings. The geometry of these shafts is determined so far based on taste and only for the purpose of compliance standards criteria for tunnel indoor air. In this paper, pollutant dispersion from different and conventional geometries of mid-tunnel shafts with the assumption of a taller downstream building was investigated for the first time. The results can help to reach a better design of these shafts and surrounding buildings to have healthier air for residents of buildings. For this purpose, simulations were done by OpenFOAM. Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations method and standard k-ε model were used in simulations. The results showed for the same exhaust velocity, the effect of rectangular and square configuration on front wall depends on dimension of the side which is perpendicular to wind direction. For the exhaust velocity less than 6 m/s, the downstream building prevents pollutants to reach higher altitude and the amount of pollutants will be increased around 100 percent and for exhaust velocity of more than 6m/s, increasing velocity will cause to less changes in pollutant concentration at lower level. In addition, the results showed that exhaust velocity has more effect than geometry configuration on pollutant dispersion and this influence will be decreased by increasing the velocity.
    Keywords: geometry, Mid-Tunnel Shaft, numerical simulation, Pollutant
  • Ghassem Heidarinejad, Reza Rabani, Ebrahim Shirani Pages 23-31
    In this paper heat transfer through argon gas between two stationary walls of a nano sized channel, is investigated by the use of molecular dynamic method. Comparison between two and three-dimensional solutions shows that for accurate modeling of wall force filed on heat transfer, the accuracy of two-dimensional molecular dynamic solution is inadequate. Two-dimensional solution predicts the value for density and temperature less than the value of three-dimensional solution near each wall. Considering the effect of domain size on accuracy of thermal solution shows that domain size should be extended at least for one mean free path in periodic direction to have domain independent results. Distribution of fluid properties in the width of the channel shows that independent of implemented temperature difference, presence of the wall force field changes the temperature and density profile in one nanometer from each wall drastically. In addition to variation in density due to the wall force filed, temperature difference between the walls cause additional variation in density profile near walls. Increasing the temperature difference between the walls to value more than 20 degree, make a notable density variation to more than 5 percent in comparison with gas density distribution in isothermal walls case. Variation in density near walls due to temperature differences leads to mismatch between the non-dimensional temperature profiles and calculated thermal conductivity coefficient of the gas for various temperature differences.
    Keywords: Surface effect, rarefied gas, temperature profile
  • Hirad Assimi, Ali Jamali, Nader Nariman Zadeh Pages 32-40
    Implementing spatial structures is common in real-world structures such as bridges, space structures, and ships. This topic has attracted researchers to propose more efficient and pristine methods to obtain more robust and cheaper solutions for spatial structure optimization problems. This paper presents a hybrid approach for simultaneous optimization of sizing and topology of spatial truss structures using genetic programming and local search methods. It aims to find the optimal cross-sectional areas and connectivities between the joints of the truss to achieve minimum structural weight subjected to static constraints. These constraints include structural kinematic stability, maximum allowable stress in elements and maximum nodal displacements in joints. First, this approach utilizes the tree-form representation of trusses and evolves to the optimal structure in search space; afterward, Nelder-Mead algorithm enhances the obtained solution in the final step. The proposed method has the capability of identifying redundant truss members and joints in the design space. Our method applied to some numerical problems and compared with other existing popular and competent techniques in the literature. The findings provided lighter truss structures in comparison with other references.
    Keywords: Genetic programming, Optimization, topology, Truss
  • Ehsan Zamani, Reza Mohammadi Pour, Mohammad Hossein Pol Pages 41-50
    In this paper, a 2D analytical model is introduced for predicting the ballistic behavior of the thin laminated composite plate based on tsai-hill and maximum strain criterions. At first, try to determine the moment deformation along with the expansion of transverse wave from impact point and the nonlinear strains and stresses in the composite plate. Then, the energy absorbed due to failure modes and deflection of composite plate such as elastic deformation energy, longitudinal and lateral fracture energy, kinetic energy of local movement, delamination and matrix cracking energy is calculated. For investigation of the various failed layers is used of tsai-hill and maximum strain criterions. In addition to the effects of strain rate on the mechanical properties of the composite layers is applied momentarily during Penetration process. Finally, the present analytical model based on tsai-hill and maximum strain criterions is compared with experimental results. The maximum strain criterion respect to tsai-hill criterion has shown a good agreement with experimental results in the calculation of ballistic limit velocity. According to the obtained results the share of fracture energy compared to the elastic deformation energy by increasing the thickness becomes more and more. And also, the kinetic energy of the local movement, delamination and matrix cracking energy have lower share in the process of energy absorption.
    Keywords: Ballistic behavior, Composite Material, tsai-hill, maximum strain
  • Mohammad Mehdi Nikoo Hemmat, Iman Khazaei, Arman Mohseni, Seyed Hossein Mohajeri Pages 51-58
    Hydrokinetic turbine performance depends on different parameters such as blade geometrical parameters (i.e. chord length, blade pitch angle, hydrofoil shape, blade yaw angle and etc.) Kinematic parameters (i.e. water speed, rotational speed and etc.) and another important parameters include tip speed ratio (TSR) and The location of turbine in the Channel or river bed. In this project Computational fluid dynamics (CFD) and commercial software ANSYS Fluent 16 are used to simulate hydrokinetic turbine. In numerical simulation used multiple reference frame (MRF) model and the shear-stress transport k-ω SST turbulence model. the grid independency is studied To ensure of numerical results. Also the results are validated with experimental data. At first, for investigate the effect of blade pitch angle and chord length on power coefficient, three different chord length were considered and blade pitch angle over a range of blade pitch angles (0° to 16°) with TSR (2.17 to 6.22) are studied and The results show that maximum power coefficient was found at 10 ° blade pitch angle with 1.676 cm chord length. Based on the results, stall delay depends on blade pitch angle and chord length.
    Keywords: hydro kinetic turbine, chord length, blade pitch angle, Power coefficient
  • Esmaeel Khanmirza, Morteza Haghbeigi, Milad Nazarahari Pages 59-66
    Flight schedule design and fleet assignment are the main sub problems of the airline schedule planning which have the most effect on the costs and profit of the airline. In this paper, integrated flight schedule design and fleet assignment problem is described and genetic algorithm has been developed to solve this problem. It has numbers of constraints and multi-layer permutation chromosomes with variable length. So, creating the initial population randomly and use of customary operators of evolutionary algorithms will not be efficient since the probability of feasibility is very low. For this purpose, a new function based on loop concept to create an initial population and new crossover and mutation operators have been developed. A genetic algorithm has been used within the main loop to optimize the redirection of the passengers. Four models with different numbers of airports and fleets are created as an input for the problem which have been solved by two and three islands genetic algorithms. Results show that in each iteration of the main loop, feasible answers are obtained and finally there was a proper improvement in the costs. In larger models, there is a better Improvement in the costs and more difference between two and three islands algorithms. Three islands mode results in a better solution within a longer time. The developed algorithm can successfully find feasible optimal solution and it can be used for high-dimensional problems in which there is no possibility to find the optimal solution by using conventional methods such as MILP.
    Keywords: Flight Schedule, Fleet Assignment, Multi-Layer Genetic Algorithm, Variable Chromosome Length
  • Mahbod Moein Jahromi, Mohammad Jafar Kermani, Saeed Movahed Pages 67-78
    Degradation of Fuel Cell (FC) components under dynamic loads is one of the biggest bottlenecks in FC commercialization. A novel experimental based model is presented to predict the Catalyst Layer (CL) performance loss under a given cyclic load. It consists of two sub-models: Model 1 computes CL Electro-Chemical Surface Area (ECSA) under an N-cyclic load with aid of an analogy with fatigue phenomena of carbon steel by using some correction factors. Ostwald ripening of agglomerate particles in the CL is also modeled. Model 1 validation shows good agreements between its outputs and a large number of experiments with maximum 7% error. Model 2 is an already-completed task in an earlier study which uses the agglomerate model to calculate the CL performance for a given ECSA. Combination of Models 1 & 2 predicts the CL performance under a dynamic load. A set of parametric studies was performed to investigate the effects of operating parameters on the Voltage Degradation Rate (VDR). The results show that temperature is the most influential parameter; that an increase from 60oC to 80oC leads to 20.26% VDR increase, and pressure is the least effective one; that an increase from 2atm to 4atm leads to 1.41% VDR rise.
    Keywords: Catalyst layer degradation, Load cycling, Electro-chemical surface area, Ostwald ripening, Catalyst layer performance
  • Zafar Namazian, Jafar Namazian Pages 79-89
    In the present study, modeling of two-phase flow through porous medium is performed by Lattice Boltzmann method; moreover, the porous medium with different porosity ratio are examined. The Shan–Chen-type (SC) multiphase lattice Boltzmann model at D2Q9 network is used to simulate the two phase flow. To validate the used Fortran code in the simulations, first, two-phase flow in channel with hydrophobic and hydrophilic surface, and then a droplet on the surface with different hydrophilic and hydrophobic are simulated. Achieving optimized array of porous medium which reduces the leakage flow rate and fluid penetration was the primary aim of our study. To achieve the mentioned purpose, first, the flow penetration through different porous medium arrays is compared; then, effect of hydrophobicity on penetration is studied. Finally, the leakage flow rate of various arrays is investigated. The results indicate that utilizing a combined porous medium can drastically reduce the penetration and leakage. This optimized configuration has lower porosity in underneath part. Also, result show when the surface is hydrophobic, the penetration of fluid through the porous medium is slower, compared with the hydrophilic surface.
    Keywords: porous medium, Two-phased flow, Lattice Boltzmann Method, Hydrophilic surface, Hydrophobic surface
  • Omid Jahanian, Atiyeh Mihandoust, Hamid Hassanzadeh Pages 90-100
    Jet engines working near the ground, with low speed and high thrust can experience flow separation between ground and inlet which would lead to vortices, called Ground Vortex that have harmful effects on engine performance and can disrupt integrity of inlet flow. Deep understanding of the physics of this phenomenon could omit the injuries of foreign objects damages, engine surge, compressor stall, and fan vibration. In this study, the ground vortex formation near the inlet air duct of an aircraft engine is investigated using computational fluid dynamics. Simulations are performed for a 1:30 scale. The fluid flow is assumed to be compressible, three-dimensional and steady.The k-ω SST model is employed for incorporating turbulent characteristics. After mesh study, the boundary of Vortex or No-Vortex for results of this study compared with a theoretical and an empirical correlation by Murphy which showed good agreement. Moreover, despite free stream existence, decreasing non-dimensional velocity ratio causes the movement of vortex core and by approaching to the critical non-dimensional velocity ratio; the ground vortex would gradually disappear. For U^*= 33,44,66,132 ground vortex is formed, but for U^*=26.4 ground vortex disappears. The computational method has subsequently been applied to configurations that are difficult to test experimentally including headwind flows. According to this study, the formation of the vortical flow field permanently affects the total pressure distortion on the engine fan face. In this paper, DC60 is calculated under headwind condition. These coefficients are 0.39, 0.391, 0.447 and 0.3957 at U^*=33,44,66,132 respectively.
    Keywords: Computational fluid dynamic, ground vortex, inlet vortex, jet engine, Foreign Object Damage (FOD)
  • Ali Khorram, Akbar Davodi Jamaloei, Abed Jafari, Mahmoud Moradi Pages 101-107
    In this paper, transient liquid phase (TLP) bonding process between Inconel 718 alloy and Inconel 600 alloy using a BNi-2 interlayer with 50 μm thickness was investigated. Transient liquid phase bonding process was performed at 1050 °C for 5, 25 and 45 min. Microstructure evaluation was carried out through optical microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Also, bonding shear strength was measured. The results showed that the joint microstructure was formed of three zones including isothermal solidification zone (ISZ), thermal solidification zone (ASZ) and diffusion affected zone (DAZ). At the time of 5 min, boride intermetallic compounds in thermal solidification zone were formed. Isothermal solidification was completed and thermal solidification zone was vanished by increasing the bonding time from 5 to 45 min. Diffusion affected zone of the Inconel 718 alloy was persistent and expanded by increasing the time and diffusion of B element to parent metals, but this region in Inconel 600 alloy was vanished and the homogenization process was occurred by increasing the bonding time. Also, because of remove of boride intermetallic compounds, changes of hardness in joint region were more smoothly and the hardness value of joint region was about 280 HV. The results of shear strength showed that the bonding strength was increased from 250 MPa to 410 MPa with increasing the bonding time from 5 to 45 min, respectively.
    Keywords: Transient liquid phase bonding (TLP), Inconel 718, Inconel 600, Mechanical Properties
  • Nader Nabavi, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi, Javad Enferadi Pages 108-116
    Todays, parallel robots with six degrees of freedom are widely used in motion simulation industry. Spreading application of motion simulation for different means of transportation has led to advance training in a safe way with less time and equipment cost. Mostly, the 6-UPS structure Stewart parallel manipulator is used as motion simulators due to their large workspace, rigidity and load capacity. Since the massive moving actuated prismatic joint is located between fixed and moving platforms, the dynamic performance of the mechanism is not efficient. The robot with PUS structure can be a good alternative for UPS type as its actuators are fixed to the ground. This results in lowering of the overall robot cost in addition to stiffness increase. In this paper the inverse kinematic and dynamic of a general 6-PUS robot is presented using Newton-Euler method. The theoretical dynamic model results are verified using motion analysis software. A simplified dynamic model is prepared eliminating links’ inertial terms from dynamic equation. The accuracy of the model is evaluated for different link to payload mass properties ratio. The simplified dynamic model used to improve the computational efficiency of the inverse dynamics.
    Keywords: Simulators, Stewart robot, 6-PUS robot, Inverse dynamic, Simplified dynamic model
  • Mousa Farhadi, Seyed Sharafodin Hosseini, Korosh Sedighi Pages 117-127
    High potential regions for using clean and wide solar energy are suitable choices to apply solar distillation systems. Iran has large area with exposed solar radiation and also vast salty water sources at south and north, hence has an appropriate situation to use solar stills and solar distillation equipment. Researchers have focused on development and improvement of working solar distillation champers in recent years to get benefit from this modern technology in water crisis conditions. In this research, effect of storage of further heat and also using PCM were surveyed when flow turbulators were applied in the spiral heat exchanger and the salty water flow rates were changing simultaneously and it is the novelty of this research.. These experiments were carried out in mild and wet region in north of Iran, Babol city. These tests also were done during a year. The experiment results determined that during cold months (December to April) using PCM has no effect on efficiency of system. But in warm months (May to November) the effect of PCM is more than effect of stored heated water. The results show that using heat storage and also applying PCM increase the distilled water gain of system up to 7% and 14% respectively. Furthermore using turbulators can improve system’s water gain by increasing the heat transfer up to 14%. Maximum distilled water gain was equaled to 2250 milliliter/day.
    Keywords: Solar distillation, PCM, Heat transfer, Flow turbulators, Heat storage
  • Mohammad Hossein Mohammadipour, Mohammad Golzar Pages 128-138
    This paper presents a numerical model for predicting pressure, impregnation and pulling force in pultrusion die which circular cross section witch two reinforcement fibrous tows pass through it. Pulling force and degree of impregnation are the most important parameters associated with pultrusion process that determine production cost and quality of pultruded profile respectively. Main idea in this approach is obtaining characteristic equations in purely polymer region and purely fibrous region and establishing relations between them by using conservation law. The superiority of this approach compared to other methods is ability to considering both straight and conical part of the die, calculating pulling force, ability of investigating influence of a variety of parameters such as those associated with die geometry, material rheology and process parameters. In this paper the influence of fibers position and fibers radius on pulling force, impregnation and pressure inside die is investigated. Due to the ability of simultaneous calculation of force and impregnation, this model can be used to establish an optimum condition between cost and quality of produced profiles.
    Keywords: Pultrusion, Pulling Force, Impregnation, Pressure Profile, thermoplastic
  • Amin Shahbani Zahiri, Hassan Hassanzadeh, Mohammad Mohsen Shahmardan, Mahmood Norouzi Pages 139-148
    In this paper, the heat transfer of viscoelastic fluid flow have numerically simulated inside a symmetric planar channel with 1:3 abrupt expansion. For modeling the rheological and nonlinear behavior of inertial flow related to the viscoelastic fluid, exponential form of the Phan Thien-Tanner (EPTT) model has been used. The thermal boundary condition of constant temperature has been considered at the inlet and on the walls of channel. Also, velocity is uniform and constant at the inlet of channel and its value is determined by the Reynolds number of flow. Due to the significant effect of temperature on the viscoelastic fluid properties, viscosity, relaxation time, specific heat capacity and thermal conductivity have been taken as a function of temperature and dissipation term has been employed in the energy equation. For coupling the governing equations, the PISO algorithm is utilized and finite volume method (FVM) is employed for discretizing these equations. In this study, the effect of inertial force is investigated on the velocity distribution, temperature distribution and variation of local and average Nusselt numbers in the expanded part of channel. Despite the symmetry in the planar channel, increasing the Reynolds number forms the symmetric and asymmetric flows inside the expanded part of channel. For asymmetric flows, increase of Reynolds number from 40 to 100 (growth of 2.5 times the Reynolds number) resulted in a 1.7-fold increase for the maximum values of local Nusselt numbers in the vicinity of the upper and lower walls of the channel expanded part.
    Keywords: Viscoelastic fluid, Inertial Force, Nusselt number, Recirculation Regions, Asymmetric Flow
  • Mahdi Hoseiniparast, Behzad Ghadiri, Saleh Fallah Pages 149-156
    The centrifugal pumps are widely used in the oil industry and play a vital role. Thus, performance optimization is very important in the centrifugal pumps. In this paper, 3-D flow of centrifugal ESP pump has been numerically simulated. This study aimed to investigate the geometrical variation effect on the performance and flow pattern inside one stage of the pump. For this purpose, the effect of distance and angle between hub and shroud at passage outlet of impeller on pump performance has been assessed. The presented model is centrifugal pump with 3500 rpm with six blades for impeller and eight blades for diffuser. The ANSYS-CFX software has been used in this investigation. In order to modeling the impeller and diffuser, movement the multi reference frame and for interconnection of them the frozen rotor is used. Furthermore, the K-ω sst turbulence model is applied. The results of simulation are well-adapted with experimental results. The result of this study disclosed that by increasing 8.25 degree of the angle between hub and shroud, the amount of head and efficiency rise up in the pump. It also shows that the optimum distance between hub and shroud by considering a goal of simultaneous maximizing of head and efficiency is 1 mm. Variation of two parameters of one stage of pump, simultaneously, cause to increase head by 7.6% and efficiency by 1.65%. These variations have been occurred due to the separation region of flow decrease on the surface of the diffuser blades.
    Keywords: ESP Pump, Oil pump, Impeller, Head, Efficiency
  • Mojtaba Alavipour, Amirali Nikkhah, Jafar Roshanian Pages 157-167
    In this paper the problem of optimal multiple-burn injection of a satellite into geostationary orbit using an upper stage with a limited thrust and restart capability, and comparison with sub-optimal case is considered. The goal is finding thrust vector angle, times of the engine firings and optimal duration of active phases of the upper stage so as to minimize fuel consumption and to meet desired boundary conditions. The contribution of this research is developing an accurate and rapid convergence algorithm for solving multiple-burn trajectory for satellite injection into geostationary orbit. To solve the multipoint boundary value problem, an improved indirect shooting method with high performance and modified Newton’s method is presented and used for optimal solution. Moreover, the novel method presented for multi burn problem, not only has very good accuracy, but also, it converges very fast to the desired end conditions. Various flight sequences with multiple burns are considered and the optimal trajectory with minimum fuel consumption criteria, for each flight sequence is derived. The verification and validation of the proposed algorithm is made via comparison with references. Finally, the results of optimal solutions are compared with the results of sub-optimal solution which its thrust direction is aligned to the velocity vector direction.
    Keywords: Optimal Injection, Restart Capability, Upper Stage, Geostationary Orbit, Multiple Burn
  • Ahmad Assasi, Mehdi Mirzaei, Rahim Khoshbakhti Saray Pages 168-178
    In this paper, an optimization-based nonlinear control strategy is applied to air path control of a turbocharged diesel engine. For this aim, the air-fuel ratio (AFR) and the pressure of exhaust manifold are controlled by calculating the air mass flow rates of turbocharger and exhaust gas recirculation. Controlling AFR which affects engine power, fuel consumption and exhaust emissions, is carried out by calculating the air mass flow rate with the assumption of known fuel path. For air path modelling, the mean value model which is a suitable method with low computational time is used to achieve the air path equations. Air mass flow is calculated by the developed control laws and applied by the turbocharger and exhaust gas recirculation. In the proposed control method, the nonlinear system response is firstly predicted by Taylor series expansion and then the optimal control law is developed by minimizing the difference between the desired response and the actual response. To compare the performance of the proposed optimal controller, a sliding mode controller has been also designed. The simulation results show that the rate of air mass and the pressure of exhaust manifold are close to their desired values and consequently the AFR is well controlled. Therefore, the designed controller with optimal inputs can successfully cope with the nonlinearities existing in engine dynamics model.
    Keywords: Compression ignition engine, Air fuel ratio, Air mass flow rate, nonlinear Control, Optimization, Prediction
  • Masoud Alizadeh, Mehrdad Ebrahimi Dormiani, Mahdi Noori Dabir Pages 179-189
    This paper investigates the Tri-Tilt Rotor VTOL UAV. The aim of this study is to represent a comprehensive dynamic model, eleven degree of freedom at six flight phases (hover, descend, climb, forward, transient and cruise) and control the vehicle to reach best flight condition. For this purpose, the vehicle equations of motion are derived in tensor form and have been expanded in the coordinate systems, based on multi-body (vehicle and three electric motors) modeling approach in order to consideration of motors gyroscope effects on flight dynamic. Depending on vehicle flight phase, propulsion and aerodynamic forces and moments are determined separately. Blade Element Momentum Theory (BEMT) is used to obtain motors propulsion forces and moments at hover, descend, climb and forward phases. After that, with utilizing of controller for each channel flight, the trim condition is calculated and then for the sake of linearization using analytical method, dynamic and control matrixes are derived. This calculated model is qualified as linear model in order to design the model predictive and adaptive controller. For climb phase, as the nonlinear model receding from linear model, the linear model predictive controller performance was diminishing whereas the function of model reference adaptive control in spite of the uncertainties was better.
    Keywords: Tri-Tilt Rotor, Multi-Body Modeling, Blade Element Momentum Theory, adaptive control, Model Predictive Control
  • Mohammad Mahdi Heydary, Ismael Valizadeh, Mustafa Rezvandoost Pages 190-200
    This study is a try to design a spike nozzle and simulate its flow-field in different conditions. Hence, spike nozzle design methods were studied and accordingly the design code was developed. Then the behavior of flow in this type of nozzle was simulated numerically by means of computational fluid dynamics. In order to conduct the simulations, four turbulence models suitable for solving the flow-field of spike nozzle were used, not only to model the performance of the nozzle in design and off-design conditions, but also to identify the best model for the accuracy of the solutions. To ensure the accuracy of the simulations, numerical results and experimental data were compared. It was found that applied models in case of using high quality grids with proper dimension near the nozzle walls, can predict the nozzle flow pattern with acceptable approximation. Also the comparisons revealed that the amount of pressure on the spike wall calculated by Realizable k-ε model, is generally identical with experimental results and in the worst condition the difference between them is 15%, so this model has the best agreement with experimental results. Besides, comparison of taken photos during experiments and extracted contours from numerical analysis, shows the high ability of applied numerical method to predict spike nozzle flow-field. Therefor it can be claimed that by using the proposed method in this research, there is no need to perform cold-flow tests during the design and construction of spike nozzles.
    Keywords: Nozzle, Spike, Plug Nozzle, Aero-Spike, Computational fluid dynamics
  • Ghasem Heidarinejad, Mohammad Hosein Roozbahani Pages 201-212
    One of the focused problem in airway flow simulation is pulmonary airways modeling. There are two kind of Lung models, one is created anatomically based on bronchial data and second is realistic model which is created based on CT scan images. Unfortunately cause of modeling process or simplification cause of restriction of CPU and time, the result model is different from a really pulmonary airways. Anatomically model are many simplification and realistic model from CT scan have major limitation in CT image resolution and smoothing stage of make out the 3D model. Anyway the lung has many rough and the first thing that is vital on this way is cartilage rings as macro scale roughness. So the presented work, compared the airflow in both simple and modified Horsfield model by cartilage rings in term of time averaged wall shear stress which are important in engineering of Cell-Fluid Interactions (CFI). This is shown that cartilage rings affected the trachea and second generation of brunches so this is not reasonable to neglect the cartilage rings.
    Keywords: large eddy simulation, WMLES method, Tracheal Cartilage, Wall shear stress
  • Saeed Khodaei, Akbar Allahverdizadeh, Behnam Dadashzadeh Pages 213-220
    This paper presents a new method based on machine vision for mobile robots to detect and avoid obstacles in unknown environments. One of the challenges of mobile robots trajectory control in unknown environments is that their obstacle avoidance system to be designed robust to material and shape of the obstacle. In this research a mobile robot equipped with a camera is designed and fabricated. Also an algorithm is proposed and implemented on the robot in order to detect obstacles by image processing and to control the robot trajectory. Three color laser pointers are mounted on the robot with certain angles that emit beams to the ground at ahead of the robot. The received images from camera contain these colored points that their coordinates are determined by image processing. Then position of any possible obstacle is detected using the proposed algorithm and the robot is commanded to avoid obstacles by changing its path. These obstacles can be static or dynamic. Our experimental results show that the proposed method, with a high reliability, has the ability to detect and avoid obstacles with any shape and material whereas other similar methods had restrictions in this regard.
    Keywords: Mobile Robot, Machine Vision, Image processing, Obstacle avoidance
  • Hamid Vosoughi, Jafar Keighobadi, Javad Faraji Pages 221-232
    In recent years, to reduce positioning cost for civil and robotic applications, low-cost inertial sensors especially Micro Electro Mechanical System (MEMS) types have been produced. Positioning Error of an inertial navigation system comprising low-cost inertial sensors increases due to significant uncertainty of noises, bias and drift of MEMS sensors in short times. Therefore, combination with an auxiliary system such as the Global Positioning System (GPS) is proposed in order to reduce the errors trough integration estimator algorithms. This paper aims developing a new estimation algorithm for integrated attitude and heading reference system (AHRS) with GPS. Kalman Filter is commonly used for linear systems and its extended version has been used for nonlinear system. Generally, the Kalman type estimators fall in trouble when the system exhibits nonlinear behavior and to overcome these issues, the predictive estimator is considered in the paper. Design process of Model Predictive Observer (MPO) is proposed based on the duality between the problems of control and estimation in linear systems. To assess the performance of the proposed method compared with the extended Kalnman filter, practical tests of AHRS/GPS have been done on car and flight vehicles. The test results of the designed MPO during all tests show the significant superiority in comparison to the extended Kalman filter.
    Keywords: Estimation, Observer, Duality, Uncertainty, Attitude, Heading of reference system
  • Mehrdad Kiani, Paria Amiri, Kazem Esmailpour Pages 233-240
    Nowadays, due to energy crisis and the increase in the energy demand, the use of alternative fuels is essential. Landfill gas (LFG) is a natural product of the decomposition of organic material in landfills which is composed of methane and carbon dioxide. Impinging flames are unique configuration which leads to an increase in the amount of mixing and improving combustion efficiency. In this study, temperature field and flame structure of laminar premixed flame of landfill-air in cross burners have been examined. The flame temperature field of combustion products was obtained by the Mach-Zehnder interferometry method. To validate the results, the obtained temperatures of Mach-Zehnder method were compared to measured data by thermocouples and good agreement was observed. The effects of angle and distance between two burners have been studied to investigate the effect of burner’s configuration on the flame structure. These two parameters in laminar flow regime have been studied, while the angle between two burners varied from 60 to 100 degree and dimensionless distance (S⁄D_h ) varied from 3.44 to 9.63. The obtained results showed the burner’s angle does not have much impact on the maximum flame temperature but the flame structure is very affected by this parameter. On the other hand, the distance between burners has strong effect on the maximum flame temperature, flame structure, and the region of maximum flame temperature.
    Keywords: Temperature Field of Laminar Flame, Impinging Flames, Landfill Gas, Mach-Zehnder Interferometry
  • Behbood Heydari, Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi, Hamid Reza Karimi Zarchi Pages 241-247
    Machining of hard steels has it’s own problems. According to the recent advances in implementing of new cutting tools, the machining of hard steels with operations such as turning and milling is possible and it can replaced with some of grinding operations. Turning of workpieces with 45 HRC or upper hardness, is said hard turning. The aim of this article is the investigation of the effect of workpiece hardness and cutting speed and feed rate parameters on surface roughness in hard turning of cold work tool steel X210Cr12 or SPK in dry condition. For achieving this goal, the workpieces of X210Cr12 steel where hardened with different heat treatments cycles such that their hardnesses lie in the hard turning range. Then the workpieces were machined with different cutting parameters using CBN tool and the resulted surface roughness were compared. Experimental tests designed with full factorial method and totally 36 tests have been done. According to obtained results of experimental tests and analysis of variance, the effect of feed rate and workpiece hardness on surface roughness was 90.4% and 8.3%, respectively. The effect of cutting speed on surface roughness is negligible. Increasing the feed rate results in the upper surface roughness. Increasing the workpieces hardness to 50 HRC, decreases surface roughness and increasing workpieces hardness from 50 to 65 HRC, increased surface roughness.
    Keywords: Hard Turning, Surface Roughness, Workpiece Hardness, Cutting Speed, feed rate
  • Majid Shahravi, Najafali Heidari Pages 248-256
    Detecting and Preventing wheels slipping is at the core of all researches related to railway vehicle dynamics. In this paper, three fast non-elliptic contact models are evaluated and compared to each other in terms of contact patch, pressure and traction distributions as well as the creep forces. Among them Johnson and Kalker method was really useful to the similar problems while the common assumption is elastic half-space that many errors could be made especially in gauge-corner contact. Based on the conclusions drawn from this evaluation, two new methods is proposed which results in more accurate contact patch and pressure distribution estimation while maintaining the same computational efficiency. The Beam and Bristle model are proposed for tire engineering in automotive industries but they can predict slip in wheel-rail contact too. New methods are typically used for tire engineering. Tire engineering usually is dealing with higher values of slippage than there is rail engineering. So that they can be applied into the saturation zone. At last a FEM analysis will be done for evaluating the methods proposed. Also in the special case there is similar experimental projects done by other scientists. It should be noted that good agreement between FEM analysis results, tire engineering models, experimental results has been found for several contact applications including S1002 wheel profile over UIC60 rail profile for four different initial braking speed 30, 60, 100, 140 km/h have been compared with experimental results.
    Keywords: Wheel-rail, rolling-sliding contact, Adhesion, FEM method
  • Mohammad Hadi Ghafari, Afshin Ghanbarzadeh, Ali Valipour Pages 257-264
    Any industry needs an efficient predictive plan in order to optimize the management of resources and improve the economy of the plant by reducing unnecessary costs and increasing the level of safety. Rotating machinery is the most common machinery in industry and the root of the faults in rotatingmachinery is often faulty rolling element bearings. Because of a transitory characteristic vibration of bearing faults, combining Continuous wavelet transforms with envelope analysis is applied for signal proseccing. This paper studies the application of independent component analysis and support vector machines to for automated diagnosis of localized faults in rolling element bearings. The independent component analysis is used for feature extraction and data reduction from original features. The principal components analysis is also applied in feature extraction process for comparison with independent component analysis does. In this paper, support vector machines-based multi-class classification is applied to do faults classification process and utilized a cross-validation technique in order to choose the optimal values of kernel parameters.
    Keywords: Fault Diagnosis, Independent Component Analysis, Principal components analysis, Support vector machines, Ball Bearing
  • Hamid Reza Mottahedi, Morteza Anbarsooz, Mohammad Pasandideh-Fard Pages 265-276
    This study, deals with the investigation of the accuracy and performance of a novel method for simulation of oscillating wave surge converter (OWSC). The OWSC is an instrument with one degree freedom mounted in near shore areas which oscillates back and forth. This device is used to harvest sea wave energy. The developed model is based on the well-known volume of fluid (VOF) method. Due to the nature of the OWSC motion, the VOF method in conjunction with unstructured dynamical grid mesh has been used in the literature. But in this study, a structured grid mesh is employed which facilitates the numerical preparation and the speed of simulation process. The results are compared with the experimental data and the results of numerical method in the literature by dynamical grid mesh. This comparison shows the high accuracy of the developed model in this study. The model validation is performed in an extreme condition with steep waves which need an accurate numerical scheme. The external forces including power take off (PTO) forces are also simulated. The capture factor, energy absorption condition and the effect of PTO on angle, angular velocity and slamming of the OWSC are also investigated. Finally, the effect of wave height and the PTO stiffness on the capture factor and absorbed energy by the OWSC for waves with a specific period are investigated.
    Keywords: Oscillating Wave Surge Converter (OWSC), Surface Wave Energy, Numerical modeling, Structured Grid Mesh
  • Masoud Akbari, Majid Ghasemi Pages 277-285
    In this paper, using a solution of the Boltzmann equation along the walls, a new model of slip velocity boundary condition is presented. In the continuation of researches on the effect of gas compressibility on the flow through micro/nano channels, the present slip model shows analytically how the slip velocity boundary condition affected by compressibility of gas. In comparison with shen’s slip velocity model, this model includes an additional term due to compressibility factor gradient along the flow direction. We used the virial equation of state to calculate the compressibility factor gradient along the flow direction. In order to verify the present slip velocity boundary condition and investigate the advantages of it, poiseuille flow through a micro/nano channel in the slip regime and transition regime is studied. The non-dimensional velocity in three inverse Knudsen number calculated. Also, non-dimensional flow rate calculated from Knudsen number 0.005 until 5. The new model accurately predicts minimum flow rate around D=1. In addition, in whole range of Knudsen in comparison with other slip boundary conditions such as first order model, second order model and shen’s model, the present model shows better agreement with that calculated by the linearized Boltzmann equation which is specifically the result of taking the effects of compressibility into account.
    Keywords: Hydrogen gas, Boltzmann equation, The kinetic theory of gas, Poiseuille Flow
  • Hesam Fallah Ghavidel, Ali Akbarzadeh Kalat, Vahid Ghorbani Pages 286-294
    In this paper, a novel dynamical model is proposed for the multi-input multi-output electrically driven robot manipulators, by an observer-based robust adaptive fuzzy controller. The proposed control scheme utilizes current control effort, which is more efficient than the torque control approach. The proposed method is very simple, accurate and robust. Based on the adaptive fuzzy system an observer-based estimator is presented that uses feedback error function as the input of fuzzy system to approximate and adaptively compensate the unknown uncertainties and external disturbance of the system under control. Although the proposed controller scheme requires the uncertainties to be bounded, it does not require this bound to be known. An H_∞ robust controller is employed to an attenuate the residual error to the desired level and recompenses the both fuzzy approximation errors and observer errors. The proposed method guarantees the stability of the closed-loop system based on the Strictly Positive Real (SPR) condition and Lyapunov theory. The proposed control scheme is not limited only for controlling of robotics vehicles, it can be applied for a class of nonlinear MIMO systems. Finally, in simulation study, to demonstrate the usefulness and effectiveness of the proposed technique, a two-link robot manipulator system is employed.
    Keywords: Robot Dynamics, Current Control, Robust Adaptive Fuzzy, Observer
  • Vahid Hassany, Mostafa Taghizadeh, Mahmood Mazare Pages 295-302
    In this paper, dynamic modeling and position control of a nonlinear servo – hydraulic actuator system under variable loads is proposed. In dynamic model of the under studied system, governing equation of valve, leakage and friction is considered. To achieve to the desired performance of the system under variable loads with extend variation amplitude, a one control method is applied which is robust in the presence of the variation. Also, as a nonlinear servo hydraulic actuator system has a nonlinear dynamics and the extracted dynamic model is not accurate to proposed behavior of the system, one controller can be required which is robust against the nonlinearity and uncertainty effects. The controller should be having an appropriate response, more accuracy and stability. Regarding to position control of the nonlinear servo hydraulic actuator system in presence of variable loads, nonlinear controllers are designed using feedback linearization and sliding mode techniques. In addition, in order to show the robustness of proposed controllers, a time varying disturbance and noise are applied in the simulation and results of the simulation are compared with classical PID controller. Controller parameters is optimized using harmony search algorithm and simulation results show the outperforming of sliding mode control in spite of variable loads against feedback linearization technique and PID controllers.
    Keywords: Hydraulic actuator, dynamic modeling, Feedback Linearization, Sliding mode control
  • Milad Shafiee Ashtiani, Aghil Yousefi-Koma, Hossein Keshavarz, S. Mojtaba Varedi Koulaie Pages 303-310
    In this paper, the forward kinematics of a parallel manipulator with three revolute-prismatic-spherical (3RPS), is analyzed using a combination of a numerical method with semi-analytical Homotopy Continuation Method (HCM) that due to its fast convergence, permits to solve forward kinematics of robots in real-time applications. The revolute joints of the proposed robot are actuated and direct kinematics equations of the manipulator leads to a system of three nonlinear equations with three unknowns that need to be solved. In this paper a fast and efficient Method, called the Ostrowski-HCM has been used to solve the direct kinematics equations of this parallel manipulator. This method has some advantages over conventional numerical iteration methods. Firstly, it is the independency in choosing the initial values and secondly, it can find all solutions of equations without divergence just by changing auxiliary Homotopy functions. Numerical example and simulation that has been done to solve the direct kinematic equations of the 3-RPS parallel manipulator leads to 7 real solutions. Results indicate that this method is more effective than other conventional Homotopy Continuation Methods such as Newton-HCM and reduces computation time by 77-97 % with more accuracy in solution in comparison with the Newton-HCM. Thus, it is appropriate for real-time applications.
  • Mahmoud Moradi, Mojtaba Karami Moghadam, Jalal Zarei, Behnam Ganji Pages 311-318
    In this paper the capability of laser surface hardening of martensitic stainless steel AISI 410 is conducted by using a Nd:YAG pulsed laser with a maximum power of 700 W. Focal point position (22mm to 34mm) and laser pulse energy (14.7J to 16.8J) were considered as process variable parameters. microhardness was measured in depth and surface of hardened layer. Metallography of samples was conducted in order to study the microstructure of hardened zone. Also geometrical dimensions of hardened zone (width and depth), microhandness distributions in depth and width of hardened layer, microstructure of hardened layer were investigated. Results show that by increasing laser pulse energy and decreasing the laser focal point position, the hardness and depth of hardened layer increases. Observations indicated that solid state transformation and carbide solution in steel during laser surface hardening process, improved the surface hardness. Lower delta ferrite in martensitic structure in laser hardened layer lead to higher microhardness. Maximum hardened layer of 350 µm in depth and 2208 µm in width and maximum surface hardness of 747 HV0.3 is obtained in maximum pulse energy of 16.8J.
    Keywords: Laser surface hardening, Nd:YAG pulsed laser, Microhardness, AISI 410 martensitic stainless steel
  • Ali Asghar Masoumi, Gholam Hossein Rahimi, Gholam Hosain Liaghat Pages 319-330
    In this paper, numerical and analytical solution of composite metal cylindrical vessel are investigated under dynamic load using first-order shear deformation theory and differential quadrature method. For this purpose, the shell equilibrium equations are derived based on the first order shear deformation theory. The load applied to the shell is achieved from the experimental test of a double-base propellant and then, is applied to the model in numerical and theoretical analysis. The aim of this paper is study and investigate the behavior of the composite metal cylindrical vessel under dynamic load with first-order shear deformation theory and comparing its results with the numerical solution. Therefore, after extracting the shell equilibrium equations are used from differential quadrature method for solve the equations. Then, the governing equations are extracted in a composite metal cylindrical vessel to form the matrix equations to solve with differential quadrature method. To apply boundary conditions from free and support clamping conditions are used and the results of these two modes are compared together. The MATLAB programming code is used to solve differential quadrature equations. To validate theoretical results, modeling and numerical analysis done by Abaqus finite element software and then, results are compared with the analytical solution using the differential quadrature method.
    Keywords: Differential quadrature, composite metal vessel, first-order shear deformation, Dynamic load, finite element
  • Yaser Basati, Omid Reza Mohammadipour, Hamid Niazmand Pages 331-341
    In this study, effects of zeta potential distribution and geometrical specifications are numerically investigated on mixing efficiency in electroosmotic flows. Considered geometries include straight, converging, diverging, and converging-diverging microchannels. Electroosmotic flow simulations are conducted based on the N-S and Nernst-Planck equations for momentum and ionic charges distributions, respectively, by lattice Boltzmann method. Numerical simulations are validated against available analytic electroosmotic flow solutions in homogeneous straight channels, and then flow patterns and mixing performances in the presence of non-uniform zeta potential distributions are investigated in search for enhanced mixing performances. Numerical results indicate that converging channel leads to a sizable increase in mixing efficiencies, while the flow rate decreases at the same time. In contrast, diverging channels increase the flow rate, while decrease the mixing efficiency. Therefore, it is expected to achieve a balance between the mixing efficiency and mass flow rate using converging-diverging geometries. Numerical results indicate that mixing efficiency of about 90% can be reached with a converging-diverging microchannel with a reasonable decrease in mass flow rate as compared to its geometrical diverging-converging counterpart channel.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Mixing, Electroosmotic, Nernst–Planck, converging–diverging microchannel
  • Hamid Reza Ghanbari, Mahmoud Shariati Pages 342-350
    In this paper, we show how Ferrite- martensite steel are produced by annealing operation, meanwhile tensile behavior of resistance spot weld and the effects of the resistance spot welding parameter and tensile failure modes in this type of steel will be examined. Design experiments was done by Taguchi statistical method and because of the number of studied parameters and factors, we choose L8 array. Parameters which could be controlled in resistance spot welding include welding time, the electrical current through the electrodes and the pressure that here considered as factors affecting the operation and tensile strength welded factor is examined as a test answer. In order to predict the optimal parameters of the resistance spot welding, signal to noise ratio is used in Taguchi statistical method. Generally, spot weld failure occurs in two modes: interfacial and pullout. The results show that by increasing the diameter of the weld nugget, pullout failure and the pullout with tear sheets becomes more likely to happen. Results of Taguchi statistical method also shows that the impact of the electrical current parameter of the spot welding machine compared to other properties was higher and it is less effective with increasing current. As well as SEM images of weld fracture surfaces have been taken and the results indicate ductile fracture in pullout mode and cleavage in interfacial mode of fracture.
    Keywords: Resistance spot weld, weld nugget, dual phase steel, Taguchi
  • Abdolmajid Khoshnood, Fatemeh Khajemohammadi, Seyed Sina Zehtabchi Pages 351-356
    In this paper, according to flight devices categories, advantages and features of quadrotors and its performances are investigated. Then, the main challenges in quadrotors control and stability in the presence of obstacles have been considered in such a way that the system crosses the maximum number of obstacles in the best distance and time. For this purpose, the equations of motion of the system are derived and a controller for command tracking is designed without obstacles based on sliding mode method. The simulation results of the controller performances are given in the paper. In continuous, trajectory planning for crossing the system from the obstacles in alternative positions is presented and the quadrotor with the designed control system are simulated using the designed trajectory. The preference of the proposed trajectory planning is that the system can cross the number of obstacles in alternative positions in minimum time and using fewer sensors. Because of free shape of designing method and alternative initial velocity, the proposed method are applicable for piecewise trajectories. As a result of considering the drag force, the proposed approach is more successful in the various problems.
    Keywords: Quadrotors, Sliding mode method, Crossing obstacles, Trajectory
  • Mohammad Sadegh Heydarzadeh, Seyed Mehdi Rezaei, Noor Azizi Bin Mardi, Ali Kamali Pages 357-364
    Micro-milling is prominent among other micro-manufacturing processes due to their abilities in manufacturing of 3D features, high material removal rates and high precision. One of the most important challenges of this process is tool deflections which contribute even up to 90% of dimensional errors of the finished product. This paper addresses a novel method to estimate micro-milling tool deflections applicable in micro-milling machines equipped with linear motors. In this method, position feedbacks and inputs to the amplifiers are used to real-time estimation of cutting forces by applying Kalman filter. Outputs of the estimator include a resultant of all disturbing forces in servo control loop of the motors. Therefore, cutting forces need to be compensated for other disturbing forces that are mostly friction and force ripples in linear motors. To compensate them, neural networks were used. A neural network with a hidden layer and 16 nodes inside, and with two time-delayed lined (TDL) could well model friction and force ripples. Results showed that the proposed tool deflection method is able to estimate 22% of micro-milling tool deflections.
    Keywords: Tool deflection, Micro-milling, Neural networks, Linear motors, cutting force estimation
  • Maryam Geran Gharakheyli, Hamid Gorji, Mohammad Bakhshi, Mohammad Javad Mirnia Pages 365-376
    Tube hydroforming is a process which is considered to produce integrated and seamless parts in recent years. The numerical prediction of tearing to design the right equipment in this process is important. In this study, the formability of 304 stainless steel tube by free bulge test was experimentally and numerically evaluated to determine the forming limit diagram. The Gurson- Tvergaard- Needleman (GTN) is a micromechanical model to predict ductile fracture of metals. In order to determine the defining parameters of the GTN damage model, the experimental tensile test of the standard sample and the finite element simulation using ABAQUS software was performed. Using this criterion in the ABAQUS software and comparing the force-displacement diagram obtained from the experimental tensile test and the finite element simulation, the parameters of the GTN model was obtained by the inverse method. Then, the geometrical parameters of the die in the free bulge hydroforming process were investigated by the GTN ductile fracture criterion and the forming limit diagram of the 304 stainless steel tube was numerically obtained. The experimental tests were also carried out to verify the results of the finite element simulation. It’s shown an acceptable agreement
    Keywords: Forming limit curve, GTN ductile fracture criterion, stainless steel tube, free bulge test
  • Ali Raoofian, Afshin Taghvaeipour, Ali Kamali Eigoli Pages 377-384
    In this study, a modified method has been introduced for forward dynamic analysis of fast parallel robots. For this purpose, inspired by the Lagrange-Virtual Spring (LVS) method, the Decoupled Natural Orthogonal Complement (DeNOC) method is modified which is a Newtonian based method. So far, virtual springs have been already used in energy based methods. However using the virtual springs in DeNOC method is a novel approach which is proposed in current study. In order to clarify the advantages of Modified Decoupled Natural Orthogonal Complement (MDeNOC) method, a planar 3RRR mechanism is chosen as case study. According to the results, the process of deriving the equations of motion is much less costly while the accuracy of MDeNOC is similar to the LVS and unlike the energy methods, the modified method is also able to calculate the constraint reactions, as well. On the other hand, the calculation time of MDeNOC is much more than the DeNOC and hence, is not suitable for real time calculations. Also, in closed loop systems, constraints must be defined in such a way that express the virtual springs’ longitudinal changes; otherwise, MDeNOC will not give proper results.
    Keywords: Forward dynamics, parallel robots, Virtual spring, Decoupled natural orthogonal complement method
  • Mohammad Reza Mosalman Yazdi, Ahmad Reza Faghih Khorasani, Shahram Talebi Pages 385-392
    In the process of steel continuous casting, tundish as an intermediate compartment between the cauldron and mold has an important role in inclusion removal and the turbulence reduction process before entering the mold. Basically, the cleanliness of molten steel entering the mold is effected by the type of tundish flow pattern and the it’s behaviore in the flotation and removal of non-metallic impurities.Therefore, suitable flow pattern and increase of inclusion residence time in tundish improve the process of inclusion removal and lead to get clean steel. In this research, by manufacturing of the glass tundish in 1:4 scale to do flow physical modeling, the effect of melt height on the flow behavior in single tundish was studied, by implementing of dam in tundish then, its performance in inclusion removal is compared. Independent variables in this study are as the diameter of the inclusions and different water levels in the tundish and the dependent variables are as the separation rate of inclusions from the melt and inclusions residence time in the tundish. By increasing the water height in tundish, the inclusion removal and residence time get reduce. In addition, by using the dam near inlet nozzle the flow pattern gets improved and the inclusion removal will be as slag.
    Keywords: Casting Tundish, Physical Modeling, Inclusion Removal
  • Salman Nourazar, Mohammadreza Mohammadpour Pages 393-400
    In this article, the free and forced convectional heat transfer in a rectangular porous fin with considering pressure loss across the fin length is investigated analytically. A well-known Differential transformation method is employed to obtain the solution of energy balance equation. Convergence of obtained solution is examined by previous works and they are found to be in a good agreement. In order to simulate heat transfer through porous media, Darcy model is applied. Also convective heat transfer coefficient is assumed to be constant. Dimensionless temperature distribution is defined as a function of convection and porosity parameters. Also the effects of pressure loss across the fin length on the temperature distribution, rate of heat transfer, fin efficiency and effectiveness of fin are studied. A comparative study is also made between the porous and solid fins for an equal mass of fins. It is highlighted that the porous fin transfer always more heat at specific condition compared to the solid fin. Results show that all of thermal parameters are influenced by pressure loss parameter. So in order to reach to high fin efficiency, pressure loss across the fin length should be controlled.
    Keywords: Heat transfer, porous fin, Darcy model, analytical method, Fin efficiency
  • Mohammad Abbasi, Mehdi Modabberifar, Bahman Mirzakhani, Yousef Payandeh Pages 401-412
    Nowadays wobble motors are widely utilized as actuators with high torque rotary motion producing capability without the need for external gearbox. This study contains theoretical, numerical and experimental analysis of a planar wobble motor with compliant mechanism driven by shape memory alloy (SMA) wires. The cyclic expansion and contraction of SMA wires is converted to the plane curvilinear motion with circular path and then to the continuous unlimited rotary motion by means of a compliant mechanism and a gear system consisting of an internal and an external gear. After gear system designing based on achievable motion range caused by SMA wires length change, the relations between output torque, geometrical properties of motor and stress in SMA wire were derived. Also compliant mechanism parameters consisting of length, height, thickness and number of flexures were analyzed with the aim of mechanism stiffness calculating. Then the frequency analysis with finite element method is performed to investigate structural robustness and operational stability of designed mechanism. The designed motor is fabricated as a prototype to investigate its operational feasibility and working performances. The experimental results demonstrate motor capability in producing unlimited continuous rotary motion and repeatability of maximum output torque. The Maximum output torque was measured as 29.9, 32.7 and 34. 3mN.m for 1.6, 1.8 and 2v applied voltages respectively. With consideration of motor characteristics, it is appropriate for high torque and low speed applications with limited work space.
    Keywords: Rotary motor, wobble motor, rotary shape memory alloy (SMA) actuator, planar compliant mechanism
  • Vahid Marefat Pages 413-422
    In this paper, reliability of missile system in its total life cycle is evaluated in terms of its subsystems’ reliability, using Continuous Time Markov Chains (CTMC) and Monte Carlo simulation method, finally results of both methods are compared. Missile system’s life cycle includes storage, pre-launch and operation states. Missile system is composed of variety of components and materials, hence different environmental conditions and various stresses imposed on missile system in each state during its life cycle, stimulates diverse failure modes and mechanisms. Therefore, failure probability distribution function differs for each subsystem in each state. Flight control, mechanical parts and equipment, engine and warhead are four main subsystems of the missile system. They are linked in series therefore each one’s failure will result in system’s failure. Exponential, Weibull, Lognormal and Gompertz distributions are used for subsystems’ modeling in different life cycle states. Unlike many other researches in this field, failure rates are time variant. System is supposed to be unrepairable during life cycle. Finally, Continuous Time Markov Chain’s superiority in comparison with Monte Carlo method, both in accuracy and required amount of calculations is demonstrated and a few suggestions, based on obtained results, are presented for system reliability improvement.
    Keywords: Reliability, Life Cycle, Missile System, Markov Chains, Monte Carlo
  • Mohammad Vaezi, Mehrdad Raisee Pages 423-432
    In the present study, performance of nonlinear low Reynolds number k-ε model of turbulence has been investigated in order to predict turbulent flow field through three dimensional U bend channel of intercooling passage of gas turbine blade. Finite volume method is used to solve governing equations of mean fluid flow. In this study, linear low Reynold number model of turbulence and Zonal Eddy Viscosity model k-ε/1-eq. and cubic nonlinear low Reynolds number model has been used to model the turbulence field. Results of Computations show that the zonal model predicts the profiles of velocity and turbulent stress as same as linear model and overestimate the turbulent stresses in separated zones but results of nonlinear model shows improvement in prediction of velocity and turbulent stresses in separated zones. Also, linear, nonlinear and zonal models have similar prediction about separation point of flow but nonlinear model has been predicted the level of Reynolds stresses and its changes from inner side toward outer side and maximum level of Reynolds stresses more accurate in comparison with zonal and linear models specially on near-wall plane.
    Keywords: Intercooling, Turbulence Modeling, nonlinear model, bend channel
  • Hossein Ghazizade-Ahsaee, Mehran Ameri Pages 433-443
    This paper presents a steady state simulation model to analyze a direct expansion ground source heat pump that uses carbon dioxide as refrigerant in a transcritical cycle. The analysis considers pressure drop characteristic in heat exchangers of the system. The present numerical model has been developed to examine the system in different operating conditions in two discrete cases. These cases include constant evaporator loop length and specified heating capacity. Then model evaluate the system based on COP and heating capacity in the first case and COP and evaporator loop length in the second case. To evaluate the performance of the system, a parametric study is performed to investigate the effect of different parameters such as difference between soil temperature and evaporator outlet temperature, compressor speed, water inlet temperature, water mass flow rate, area ratio heat exchanger and soil temperature. In both studies, It can be concluded that in a specific temperature difference of the difference between soil temperature and the outlet temperature of the evaporator, there is a maximum value for COP. Also, increasing the compressor speed and the temperature of inlet water to the gas cooler is accompanied with the diminution of COP. Increasing the mass flow rate of inlet water to the gas cooler leads to surge in COP. The results of this study include heat capacity, coefficient of performance and ground heat exchanger loop length can be used for design and optimization of a direct expansion geothermal heat pump.
    Keywords: Ground Source Heat Pump, Direct Expansion, Carbon dioxide, Transcritical, Pressure drop
  • Hossein Mirzanejad, Ashkan Fathian, Mohammad Mojarrabi Tabrizi, Ali Sharifnejad, Mohammad Mahdi Agheli Haji Abadi Pages 444-450
    This paper proposes a new inexpensive soft force sensor suitable for soft robotics applications that require high flexibility and wide range of sensing area. All Hall Effect sensors developed so far use a Hall Effect sensor to detect the magnetic field of a piece of solid magnet. The proposed force sensor in this paper uses a Hall Effect sensor to detect the magnetic flux density change induced by aligned magnetic powder blended with silicone rubber when a normal force is applied. The sensor is designed and tested with different magnetic powder density and sensor dimensions to achieve an optimum design in sensitivity as well as linearity. The experimental results show that different force measurement range with specific desired sensitivity can be achieved by adjusting certain physical properties of the sensor. This is a useful feature for lots of soft sensing elements in today's applications requiring more compliance and reliable sensors, especially in soft robotics applications.
    Keywords: Soft Sensor, Soft Robotics, Force Sensor, Hall Effect