فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 7 (مهر 1396)
  • سال هفدهم شماره 7 (مهر 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/05/29
  • تعداد عناوین: 46
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • بهزاد سیفی، ناصر فتورایی *، عباس سامانی صفحات 1-8
    بافت چربی، نوعی از بافت همبند خیلی نرم است که در قسمت های مختلف بدن توزیع شده است. از آنجایی که در بسیاری از شرایط پاتولوژیکی خواص ریزساختار بافت چربی دستخوش تغییر می شود، ارائه روشی جهت مشخصه یابی خواص مکانیکی ریزساختار بافت چربی بسیار ارزشمند است. در این مقاله با استفاده از اطلاعات هیستولوژی و مورفولوژی بافت چربی، یک مدل ساختاری بر مبنای روش حل برهم کنش سیال و جامد ارائه شده است. در این مدل سلول های چربی به صورت کره هایی از جنس سیال و ماتریس بین سلولی به صورت جامد مدل شده است. برای توصیف رفتار ماتریس بین سلولی از مدل های بنیادی هایپرالاستیک استفاده شده است. پارامترهای مربوط به هر یک از این مدل ها با حل مساله معکوس با استفاده از داده های تجربی مربوط به آزمایش فشار تک محوری بر روی نمونه های بافت چربی به دست آمدند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل ارائه شده با توجه به تطابق مناسب با داده های آزمایشگاهی، پتانسیل بالایی در مدل سازی بافت چربی با توجه به ریزساختار آن در شرایط نرمال و بیماری را دارا می باشد. مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی با سه مدل هایپرالاستیک آگدن، یئو و چندجمله ای مرتبه دو بیانگر این است که مدل هایپرالاستیک یئو نسبت به دو مدل دیگر با توجه به دقت به دست آمده و هزینه محاسباتی نسبی کمتر دارای عملکرد بهتری است. هم چنین در هر سه مدل ارائه شده، مشخص شد که ماتریس بین سلولی در مقایسه با کل بافت چربی دارای سفتی نسبی بیشتر حدودا 2~3 برابر می باشد.
    کلیدواژگان: بافت چربی، ریزساختار، برهم کنش سیال و جامد، مساله معکوس
  • سیدحمیدرضا حیدری، برهان بیگ زاده *، محمد ریاحی صفحات 9-19
    از جمله ویژگی های انگشتان انسان نرم بودن نوک انگشتان است که در مسئله ی گیرش به ویژه گیرش یک شیء همگن الاستیک منجر به برقراری غلتش ناب می شود و این به خودی خود گیرشی پایدار را به همراه خواهد داشت. در این راستا این مقاله فرآیند گیرش یک شیء نرم نظیر یک توپ کروی همگن الاستیک توسط یک جفت انگشتان موازی با نوک نرم نیمکره ای را مورد بررسی قرار می دهد. در این مقاله پس از مدل کردن سیستم و استخراج معادلات سینماتیکی و دینامیکی آن، روش کنترلی امپدانس بر پایه ی کنترل موقعیت برای کنترل این سیستم در نظرگرفته می شود. به منظور پیاده سازی کنترلر و اعتبار سنجی آن، مدلی از این سیستم در نرم افزار آدامز شبیه سازی می شود. این نرم افزار نیز پس از تعامل با نرم افزار سیمولینک به عنوان بخشی از سیستم کنترلی قرار می گیرد و مسئله ی گیرش به صورت به هنگام شبیه سازی و کنترل می شود. نتایج حاصل از پیاده سازی نشان از توانایی این کنترلر در ردگیری مناسب انگشتان رباتیکی تا قبل از گیرش و تضمین پایداری گیرش به هنگام گیرش یک توپ همگن الاستیک دارد.
    کلیدواژگان: گیرش، انگشتان با نوک نرم، توپ همگن الاستیک، کنترل امپدانس، پایداری
  • علیرضا فلاحی آرزودار، اکبر حسینی* صفحات 20-30
    فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند حالت جامد است که در آن هیچگونه ذوبی صورت نمیگیرد. از این روش برای فلزاتی که قابلیت جوش پذیری پایینی دارند و جوش حاصل از آنها بوسیله روش های ذوبی کیفیت مناسبی ندارد، استفاده میشود. در این مقاله تاثیر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شامل سرعت دورانی، سرعت پیشروی، قطر شانه و قطر پین ابزار بر روی اتصال غیرمشابه آلیاژهای آلومینیوم 5052 به 6-T6061 بررسی شد. این پارامترها با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه سازی شدند. در ادامه شبیه سازی حرارتی فرآیند به کمک نرم افزار آباکوس انجام شد که نتایج توزیع دمایی با نتایج شبیه سازی تطابق خوبی داشتند. نتایج متالوگرافی و آزمون ریزسختی سنجی موید نتایج بدست آمده از تست کشش نمونه ها بودند. با افزایش سرعت پیشروی و کاهش سرعت دورانی، حرارت ورودی کاهش یافته و اندازه دانه ها در تمامی نواحی جوش کاهش یافت. ناحیه پسرونده تمامی نمونه ها دارای اندازه دانه کوچکتری نسبت به ناحیه پیشرونده بود که مربوط به خواص حرارتی آلیاژ 6061 (ضریب رسانش بالاتر و ظرفیت گرمایی پایینتر آن) بود که منجر به پیکهای دمایی پایین تر در این آلیاژ و نفوذ حرارتی بالاتر در آن شد. پارامترهای بهینه شامل سرعت دورانی برابر 1400 دور بر دقیقه، سرعت خطی برابر 80 میلیمتر بر دقیقه، قطر شانه برابر 15 میلیمتر و قطر پین برابر 3.5 میلیمتر بدست آمد. بیشترین استحکام کششی (227.5 مگاپاسکال)، همانطور که انتظار میرفت در جوش با پارامترهای بهینه بدست آمد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، شبیه سازی حرارتی، خواص مکانیکی، طراحی آزمایش تاگوچی، آلیاژهای غیرمشابه
  • موسی رضایی *، وحید عرب ملکی صفحات 31-38
    ارتعاشات ناشی از سیال در لوله های حامل سیال می تواند باعث خستگی و شکست در این سیستم ها شود، از این رو کنترل ارتعاشات ناخواسته و کاهش دامنه نوسانات در لوله های حامل سیال حائز اهمیت می باشد. بدین منظور، در تحقیق حاضر با ارائه جاذب ارتعاشی غیر فعال برای لوله های حامل سیال، تاثیر پارامترهای جاذب بر مشخصه های ارتعاشی سیستم بررسی شده است. معادلات حاکم بر حرکت با استفاده مستقیم از قانون دوم نیوتن استخراج و با حل تحلیلی معادلات بر مبنای سری های توانی، معادله مشخصه و شکل مودهای ارتعاشی سیستم استخراج شده است. پس از صحه سنجی نتایج، تاثیر پارامترهای جاذب ارتعاشی و سرعت سیال بر مشخصه های ارتعاشی لوله حامل سیال بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تاثیر جاذب بر کاهش حداکثر دامنه نوسانات با افزایش جرم جاذب کمتر شده و در سرعت های مختلف سیال، با تعیین مقدار مناسب پارامترهای جاذب، می توان دامنه نوسانات سیستم را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش داد. استفاده از جاذب ارتعاشی مناسب باعث می شود تا در سرعت های سیال نزدیک به سرعت بحرانی سیال که دامنه نوسانات سیستم به بیشترین مقدار خود می رسد، حداکثر دامنه نوسانات سیستم به ازای جاذب واقع در موقعیت 0.07 از انتهای لوله در حدود 98 درصد کاهش یابد. روش ارائه شده در تحقیق حاضر به سهولت می تواند جهت طراحی جاذب ارتعاشی غیر فعال برای لوله های حامل سیال با انواع مختلف شرایط مرزی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: لوله حامل سیال، جاذب ارتعاشی، رفتار ویسکوالاستیک، فرکانس های طبیعی، سرعت بحرانی
  • علی وهابی، مازیار شفایی *، علیرضا سرمدیان، هومن مشعوف صفحات 39-48
    در مقاله حاضر، نقشه الگوی جریان در طی فاز جوشش و چگالش جابجای اجباری هیدروکربن R600-a داخل لوله افقی صاف و دیمپل با استفاده از سیکل طراحی شده برای جریان دوفازی، مورد مطالعه قرار می گیرد. بر اساس داده های تجربی که از این آزمایشات به دست آمده، برازش نتایج تجربی و کمک گرفتن از نرم افزار متلب رابطه تجربی بیان می گردد که بتواند نقشه الگوی جریان را برای این مبرد با دقت مناسب نشان دهد. این سیکل متشکل از یک پمپ، دو پیش گرمکن، دو بخش آزمون، دو چگالنده، جریان سنج و برگردان جریان است. تبخیر کننده آزمایش در این مطالعه، یک لوله مسی به قطر داخلی 7/8 میلی متر و طول 1200 میلی متر می باشد که گرمای مورد نیاز برای تبخیر سیال، به وسیله المنت حرارتی که به دور آن پیچیده شده است، تامین می شود. این لوله به صورت دو مدل دیمپل دار و صاف طراحی گردیده است تا تاثیر قرار گیری دیمپل ها نیز در سطح داخلی لوله ها مورد ارزیابی قرار گیرد. آزمون در دبی جرمی 155 تا 470 kg/m^2 s و کیفیت بخار 05/0 تا 78/0 انجام شد. در طول آزمایش، الگوهای جریان حلقوی، منقطع (تناوبی) و جدا شده ی موجی برای لوله ی صاف مشاهده شد و این در حالی است که برای لوله ی دیمپل تنها الگوهای منقطع و حلقوی قابل مشاهده بودند و الگوی جریان جدا شده ی موجی مشاهده نگردید. مشاهدات نشان دادند که ناحیه ی گذار از الگوی جریان منقطع به حلقوی در لوله ی دیمپل در کیفیت بخار کمتری رخ می دهد که این امر موجب افزایش ضریب انتقال حرارت نیز می شود.
    کلیدواژگان: جوشش، چگالش، سیکل، برازش، رابطه تجربی
  • حمیدرضا ارمگان، روح الله رفعی* صفحات 49-58
    در این مطالعه، عملکرد میکروکانال چاه گرمایی با دیواره های فوق آب گریز برای نسبت های مختلف همگرایی دیواره های کانال مقایسه شده است. بدین منظور، معادلات سه بعدی ناویر-استوکس و معادله ی انرژی با شرایط مرزی لغزش سرعت و پرش دما با روش حجم محدود حل می شوند. سپس برای یک توان پمپاژ ثابت، به بررسی تغییرات مقاومت حرارتی چاه گرمایی با تغییر تعداد کانال و ضرایب همگرایی عرضی و ارتفاع کانال، پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد که در صورت استفاده از دیواره های فوق آب گریز، نسبت بهینه همگرایی عرضی کانال، بزرگ تر از حالتی است که از دیواره های آب دوست استفاده شود. در صورت لغزش مایع بر روی دیواره، تاثیر تعداد میکروکانالها بر عملکرد چاه گرمایی افزایش می یابد. این موضوع کاهش اثر همگرایی عرضی کانال را به دنبال خواهد داشت. همچنین مشخص شده است که در صورت استفاده از دیواره های فوق آب گریز، تعداد بهینه ی کانال ها افزایش می یابد، تا با کاهش کوچک ترین بعد کانال، به افزایش اثر لغزش سطحی کمک کند. درنهایت، نشان داده شده است که برای توان پمپاژ 0.05 وات، استفاده از چاه گرمایی با میکروکانال های همگرا و فوق آب گریز، در مقایسه با میکروکانال های مرسوم، کاهش 28 درصدی مقاومت حرارتی کلی را به همراه خواهد داشت. درواقع افزایش دبی جریان به واسطه ی استفاده از کانال های همگرا با دیواره های فوق آب گریز بر اثر نامطلوب پرش دمایی بر انتقال حرارت غلبه کرده و بهبود قابل توجه عملکرد چاه گرمایی را به دنبال خواهد داشت.
    کلیدواژگان: میکروکانال چاه گرمایی، دیواره های فوق آب گریز، کانال های همگرا، بهبود عملکرد گرمایی
  • زهرا علیزاده کاکلر، محمدرضا انصاری * صفحات 59-67
    در تحقیق حاضر جریان دوفازی داخل اتمایزر گازدار، در نسبت های دبی جرمی گاز به مایع 0.08%، 0.32%، 1.24% و 4.9% و دبی مایع 0.38 L/min، به کمک مدل تعقیب سطح مشترک حجم سیال شبیه سازی شده است. هدف از این شبیه سازی بررسی رژیم های جریان دوفازی داخل اتمایزر گازدار و تآثیر آن بر کیفیت اتمیزاسیون و همین طور بررسی ناپایداری های سطح مشترک مایع- گاز در رژیم های مختلف جریان دوفازی داخل اتمایزر می باشد. با توجه به بالا بودن سرعت فاز گازی در دبی مایع ثابت و نسبت های دبی جرمی گاز به مایع بالا، اثر تراکم پذیری فاز گازی، که در مطالعات قبلی لحاظ نشده، در نسبت دبی جرمی گاز به مایع 1.24% و 4.9% در نظر گرفته شده است. همین طور در تمام شبیه سازی ها، اثر نیروی گرانشی لحاظ شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش دبی جرمی گاز به مایع، رژیم جریان دوفازی داخل مجرای تخلیه اتمایزر گازدار از رژیم جریان حبابی با حباب های کشیده به رژیم جریان حلقوی انتقال می یابد. همین طور با انتقال رژیم جریان از رژیم جریان حبابی به رژیم جریان حلقوی، ضمن کاهش ضخامت فیلم مایع خارج شونده از روزنه تخلیه، ناپایداری-های سطح مایع در رژیم جریان حلقوی افزایش یافته و لیگامنت های جدا شده از سطح مایع کوتاه تر، باریک تر و ناپایدارتر می شوند. این نوع رژیم جریان برای اتمایزر گازدار بسیار موثر می-باشد.
    کلیدواژگان: اتمایزر گازدار، جریان دوفازی گاز- مایع، مدل حجم سیال، نسبت دبی جرمی گاز به مایع
  • هامون جعفریان، حسین صیادی *، فرشاد ترابی صفحات 68-78
    در مقاله حاضر به مدل سازی عددی سیستم نقطه شبنمی به عنوان یک جایگزین برای سیستم های سرمایشی موجود پرداخته شده است. برخلاف مدل های متداول پیشین که با فرض دما ثابت و یا شار ثابت بر روی دیواره جداکننده توسعه یافته اند در مدل حاضر شرط مرزی واقعی محاسبه می شود. محاسبه شرط مرزی واقعی منجر به یافتن توزیع حقیقی دما و نسبت رطوبت بر روی دیواره می گردد به طوری که در هر نقطه روی دیواره مجموع شار حرارتی جریان های دو کانال برابر با گرمای نهان تبخیر باشد. شرط مرزی واقعی با حل هم زمان معادلات مومنتوم، انرژی و انتقال جرم به صورت کوپل شده بر روی دیواره جداکننده حاصل می شود. همچنین با توسعه مدل سه بعدی و در نظر گرفتن اثر ناحیه ورودی، دقت مدل افزایش یافته است. مدل توسعه یافته با استفاده از شرط مرزی ارتقاءیافته توزیع دما و نسبت رطوبت را در کل سیستم تخمین می زند. تخمین به دست آمده از دمای عرضه سیستم در شرایط محیطی مختلف با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده و نتایج نشان می دهد بیشینه خطای موجود 3.3% است. سپس به تحلیل پارامتریک سیستم پرداخته شده و اثر سرعت هوای ورودی، نسبت هوای بازگشتی، ضخامت و طول کانال بر دمای عرضه، کارایی نقطه شبنمی، ظرفیت سرمایشی و افت فشار سیستم مطالعه گردید. نتایج نشان می دهد افزایش طول کانال و نسبت هوای بازگشتی و کاهش ضخامت کانال و سرعت ورودی هوا موجب بهبود کارایی نقطه شبنمی سیستم شده ولی افت فشار و هزینه اولیه را افزایش داده و ظرفیت سرمایشی را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: سرمایش تبخیری غیرمستقیم، سرمایش تبخیری نقطه شبنمی، مدل سازی عددی، انتقال جرم و حرارت
  • جواد صافحیان، علی اکبر اکبری *، سید کمال حسینی ثانی صفحات 79-90
    کنترلر تطبیقی جدید توسعه یافته، مناسب برای سیستم های خطی تغییرپذیر با زمان است که در آن ها سیگنال مرجع، یک تابع هارمونیک با دامنه و میانگین متغیر است. این کنترلر بر روی دستگاه آزمون خستگی با عملگر سیم پیچ صدا، که دارای دینامیک متغیر با زمان است، در فرکانس های بالا به صورت موفق آزموده شده است. در این روش کاربردی سیستم حول نقاط کاری مختلف، خطی و تغییرات آن با زمان، آهسته فرض شده است. سپس کنترل دنبال روندگی سیگنال هارمونیک، به کنترل تنظیمی دامنه و میانگین سیگنال هارمونیک، تبدیل شده است. در روش پیشنهادی، دستگاه آزمون خستگی که با یک مدل مرتبه چهار تک ورودی-تک خروجی قابل تخمین می باشد، به صورت یک مدل دو وروی-دو خروجی جداسازی شده در نظر گرفته شده است. هر ورودی-خروجی مرتبط، مرتبه یک هستند. این مسئله علاوه بر کاهش حجم محاسبات و عدم نیاز به سخت افزار پیچیده، امکان تغییر سریع دامنه و میانگین نیرو را، در بارگذاری های بلوکی فراهم می آورد. برای تکمیل اهداف کنترل، سه بخش: کنترل مقدماتی توسط کنترلر PI، بلوک اشباع دینامیکی و بلوک خطی ساز، در نرم افزار دستگاه لحاظ شده است. با استفاده از سازوکار کنترل کلید زنی، بارگذاری ابتدا توسط کنترل مقدماتی PI، به صورت نرم آغاز می شود. این مسئله با ایجاد زمان کافی برای شناسایی در کنترلر تطبیقی و همچنین ممانعت از بروز ضربه، تضمین کننده ی سلامت آزمون خستگی می باشد. به علاوه استفاده از بلوک خطی ساز و بلوک اشباع دینامیکی، علاوه بر مهار فراجهش ها، مانع از تحریک دینامیک های مختلف سیستم می شوند. در انتها، نمونه های مختلف، تحت فرکانس های متفاوت، توسط دستگاه با موفقیت بارگذاری شده اند.
    کلیدواژگان: دستگاه آزمون خستگی عملگر سیم پیچ صدا، کنترل تطبیقی خودتنظیم شونده، بارگذاری فرکانس بالا، بارگذاری بلوکی، تبدیل کنترل دنبال روندگی به کنترل تنظیمی
  • محمد قیومی محمدی، علی مهدیان آهی، جلال یوسفی، مهدی احمدی نجف آبادی * صفحات 91-100
    حساسیت سازه های کامپوزیتی نسبت به بارگذاری ضربه سرعت-پایین یکی از ملاحظات اساسی در طراحی آن هاست. چرا که آسیب های ناشی از این ضربه ها از یک سو با بازرسی چشمی قابل تشخیص نیست و از سوی دیگر باعث افت شدید در استحکام سازه می شود. در این پژوهش، برای ارزیابی آسیب های ناشی از ضربه سرعت-پایین، روشی نو بر مبنای آزمون غیر مخرب نشرآوایی ارائه شده که می تواند فرایند بازرسی سازه را برای بررسی این گونه آسیب ها تسریع بخشد. برای بدست آوردن داده های نشرآوایی مبنا در نمونه های کامپوزتی، ابتدا آزمایش شبه استاتیک با شرایط کاملا مشابه با آزمون ضربه صورت گرفت. سپس آزمون های ضربه بر روی نمونه های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی انجام گرفتند و سیگنال های نشرآوایی تولید شده در حین فرایند ضربه ذخیره شدند. پس از ذخیره سازی سیگنال ها، داده ها با استفاده از تبدیل موجک تحلیل شدند تا انرژی آزاد شده مربوط به هر سازوکار خرابی از جمله شکست ماتریس، جدایش الیاف/ماتریس و شکست الیاف تعیین شود. در ادامه، روشی نو برای تخمین آستانه انرژی ضربه قابل تحمل در ورق های کامپوزیتی با استفاده از آزمون شبه استاتیک، ارائه شد و نتایج آن با داده های نشرآوایی حین فرایند ضربه و تصاویر سی-اسکن فراصوتی مقایسه گردید. در آخر، روشی بر پایه سیگنال های نشرآوایی با استفاده از تحلیل موجک برای پیش بینی تصویر مساحت خرابی، تحت انرژی ضربه کم پیشنهاد شد. نتایج این پژوهش نشان داد که روش نشر آوایی می تواند کارایی مطلوبی در ارزیابی آسیب های ناشی از ضربه در کامپوزیت های چندلایه داشته باشد.
    کلیدواژگان: سازوکار خرابی، نشرآوایی، ضربه سرعت-پایین، تبدیل موجک، سی-اسکن فراصوتی
  • ندا رجبی، محمد مقیمان * صفحات 101-108
    در این مطالعه شبیه سازی عددی کوره فلش ذوب مس، با هدف بررسی آلاینده های حاصل از احتراق کنسانتره های سولفیدی و سوخت کمکی انجام شد. این شبیه سازی با استفاده از روش اویلری برای فاز پیوسته جریان و روش لاگرانژی برای فاز گسسته ذرات صورت گرفته است. برای مدل سازی جریان احتراقی و اعمال اثرات آشفتگی بر نرخ واکنش های شیمیایی از ترکیب مدل های تابع توزیع چگالی احتمال (pdf) و k-ε، RNG استفاده شده است. با توجه به شرایط ترمودینامیکی کوره ذوب فلش، احتراق گوگرد موجود در ذرات کنسانتره به صورت انفجاری و با تشعشع زیاد صورت می گیرد. محاسبه اثرات انتقال حرارت تابشی با استفاده از مدل تشعشع مختصات گسسته (DOM) انجام شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد در شرایط احتراقی با هوای اضافی و در دماهای نسبتا بالا (>1273K) مقدار قابل توجهی از گوگرد به گاز SO2 تبدیل و در نقاط سردتر بخشی از گاز SO2 به SO3تبدیل می شود. در مناطقی از کوره که با کمبود اکسیژن همراه است، کسر جرمی گاز SO و نیز مقدار گوگرد نسوخته افزایش پیدا می کند. نتایج همچنین نشان می دهد با افزایش مقدار گوگرد موجود در ذرات کنسانتره به علت افزایش شدت تابش، بیشینه دمای کوره کاهش و کمینه دمای آن افزایش می یابد و درنتیجه توزیع دمای کوره یکنواخت تر می شود. این رفتار اثر زیادی بر کاهش انتشار آلاینده NOx دارد.
    کلیدواژگان: گوگرد، کوره فلش، SOx، NOX، prepdf
  • محمد اکرامی، حامد احمدی، محمد بیات *، هادی صبوری صفحات 109-118
    در این مقاله، ضربه سقوط آزاد پرتابه با دماغه های مختلف بر روی اهداف گلر نوع 3 به صورت تجربی بررسی شده است. این اهداف، از دو لایه آلومینیوم 2024 و 6 لایه کامپوزیت به روش لایه چینی دستی ساخته می شوند. لایه های کامپوزیتی از الیاف شیشه نوع E تک جهته و رزین CY 219 با سخت کننده HY 5161 تهیه می گردد. پرتابه ها با دماغه هایی به شکل تخت، نیم کروی و مخروطی 90̊ با سختی بالا ساخته شده اند و با انرژی ضربه 40، 55 و 70 ژول با اهداف برخورد می کنند. در این تحقیق تاثیر شکل دماغه ها در حداکثر نیروی ضربه، میزان نفوذ پرتابه، میزان جذب انرژی هدف و هندسه و ابعاد ناحیه آسیب دیده مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد اهداف تحت ضربه پرتابه مخروطی در هر سه انرژی ضربه و در پرتابه نیم کروی در 55 و 70 ژول دچار نفوذ کامل می شوند. در سطح بالایی گلرها تحت ضربه پرتابه تخت پلاگ برشی ایجاد می شود و در سطح پایینی آنها در انرژی ضربه 40 و55 ژول تغییر شکل پلاستیک بوجود می آید. در پرتابه نیم کروی با انرژی ضربه 40 ژول و در پرتابه تخت با 70 ژول، تنش های کششی در لایه آلومینیومی زیری هدف ترک طولی ایجاد می کنند. همچنین، نتایج نشان می دهند که بیشترین و کمترین مقدار نیروی تماس و انرژی جذب شده توسط هدف، به ترتیب در برخورد پرتابه تخت و مخروطی 90̊ ایجاد می شوند.
    کلیدواژگان: گلر، ضربه سرعت پایین، شکل دماغه پرتابه، جذب انرژی ضربه، کامپوزیت های الیافی - فلزی
  • سید اسدالله شاکر، محمود خداداد*، حسین اشرفی صفحات 119-130
    در این مقاله شناسایی خواص حرارتی یک ماده مدرج تابعی با حل مسئله انتقال حرارت به صورت معکوس بررسی می شود. مقادیر اندازه گیری شده دما در بخشی از مرز که ‏شار حرارتی به عنوان شرط مرزی داده شده و یا همچنین مقادیر شار در بخش دیگر از مرز که دما به عنوان شرط مرزی مشخص شده است، می توانند به عنوان داده های ‏اضافی در حل مسئله معکوس مورد استفاده قرار گیرند. در اینجا هدایت حرارتی به صورت تابعی درجه دوم در یک راستا فرض می شود و لذا بایستی سه ضریب ثابت بطور ‏همزمان تخمین زده شود. برای حل مسئله مستقیم انتقال حرارت در این نوع مواد، از روش المان مرزی استفاده می شود. در بخش معکوس، از الگوریتم رقابت استعماری که ‏یک روش بهینه سازی همگانی جدید از نوع تکاملی و فراابتکاری است، برای تعیین ضرایب هدایت حرارتی ماده مدرج با تابع درجه دوم استفاده می شود. کد معکوس توسعه ‏داده شده، از مقادیر دما و شار حاصل از حل مستقیم المان مرزی با ضرایب حرارتی معلوم، استفاده می کند. برای نشان دادن قابلیت و کارآیی کد نوشته شده، تعدادی مثال ‏حل و نتایج بررسی و صحه گذاری شده اند. ‏
    کلیدواژگان: مسئله معکوس، شناسایی خواص، الگوریتم رقابت استعماری، روش المان های مرزی، مواد مدرج تابعی
  • احسان شکوری *، مهدی معرفت صفحات 131-140
    استخوان ها بر اثر سانحه، کهولت سن و بیماری دچار شکستگی می شوند. برای درمان شکستگی استخوان ضروری است استخوان در محل مناسب ثابت نگه داشته شود. در شکستگی های پیچیده، برای ثابت نگه داشتن موضع شکستگی از ابزار و تجهیزات ثابت سازی داخلی و خارجی استفاده می شود. به منظور اتصال تجهیزات نگهدارنده، سوراخ کاری استخوان الزامی می باشد. در حین سوراخ کاری استخوان، نیروهای لازم جهت تشکیل براده، باعث افزایش دما می گردند. اگر دما تولید شده از C° 47 فراتر رود، باعث پدیده نکروز حرارتی در استخوان می شود. نکروز حرارتی سبب عدم ثابت سازی و در نتیجه جوش خوردگی نادرست استخوان می گردد. در تحقیق حاضر سعی گردیده است تا با استفاده از تئوری ماشین کاری، حرارت حاصل از فرآیند سوراخ کاری محاسبه شود و بوسیله تئوری Weiner سهم حرارت ورودی به استخوان تخمین زده شود. آزمون های سوراخ کاری بر روی نمونه های استخوان گاو انجام پذیرفته و تغییرات دما در محل سوراخ اندازه گیری شده و با بکارگیری روش انتقال حرارت رسانشی معکوس، میزان حرارت ورودی محاسبه و با حرارت تئوری مقایسه گردیده است. نتایج نشان دادند که حرارت های تئوری و تجربی در شرایط مختلف فرآیندی مختلف به یکدیگر نزدیک بوده و مشخص گردید که تئوری های ماشین کاری و Weiner قادر به پیش بینی میزان حرارت ورودی به استخوان و تغییرات دما در موضع سوراخ می باشند.
    کلیدواژگان: استخوان، ثابت سازی داخلی، سوراخ کاری، ایجاد حرارت، تئوری Weiner، انتقال حرارت معکوس
  • هدی سرپرست، سیامک اسماعیل زاده خادم* صفحات 141-151
    بررسی رفتار ارتعاشاتی سازه های خمیده کامپوزیتی تحت حرکت وسایل نقلیه به ندرت در میان تحقیقات گذشته وجود دارد. در این مقاله به تحلیل پاسخ دینامیکی یک تیر خمیده لایه ای عمیق با تکیه گاه های ساده تحت بار متحرک شعاعی بر مبنای تئوری تیر تیموشنکو پرداخته شده است. به این منظور معادلات حرکت حاکمبا فرض ثابت بودن انحنای تیر، تحت بار متحرک متمرکز با دامنه و سرعت ثابت به روش همیلتون استخراج شده اند. برای حل معادلات سیستم، از روش های تحلیلی و عددی استفاده شده و پاسخ دینامیکی تیر در جهت های محوری، شعاعی و پیچشی به دست آمده اند. سرعت بار متحرک، شعاع و زاویه تیر خمیده در مدت زمان حضور بار متحرک بر روی تیر موثر می باشند. اثرات مشخصات بار متحرک، هندسی و ماده بر روی پاسخ دینامیکی، فرکانس پایه ای تیر و سرعت بحرانی بار متحرک بررسی شده است.نتایج نشان می دهند که در میان انواع مختلف لایه چینی های مورد بررسی، کمترین و بیشترین خیز تیر، برای تیر چهار لایه به ترتیب مربوط به حالت لایه چینی[90/0/90/0]و [45/-45/-45/45] است. علاوه بر این مشاهده می شود که با افزایش سرعت بار متحرک تا قبل از سرعت بحرانی، جابجایی دینامیکی تیر کاهش می یابد. در ضمن نشان داده می شود که افزایش شعاع تیر خمیده منجر به کاهش فرکانس و افزایش سرعت بحرانی بار متحرک می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل دینامیکی، بار متحرک، کامپوزیت لایه ای، تیر تیموشنکو خمیده، سرعت بحرانی
  • حسن ناصح *، علی عالیپور صفحات 152-160
    هدف از ارائه مقاله، روش بهینه طراحی سیستمی سامانه مدیریت پیشرانه یا PMD مخزن حامل سوخت هیدرازین برای استفاده در شرایط بی وزنی می باشد. برای این منظور، از روش های عددی برای تحلیل مخزن و رفتار سوخت درون مخزن به همراه PMD برای بهینه سازی پارامترهای طراحی سامانه استفاده شده است. بدینصورت که، برای بررسی رفتار سوخت، سامانه مدیریت پیشرانه با استفاده از روش حجم سیال (VOF) در نرم افزار انسیس ویرایش 17 مدل سازی نهایی، مش بندی و تحلیل شده است. همچنین مدل سازی اولیه مخزن و سامانه پیشرانه در نرم افزار سالیدورک ویرایش 2016 صورت پذیرفته است. شبیه سازی های عددی به منظور بررسی عملکرد PMD و اثبات پدیده مویینگی برای سوخت رسانی پایدار در شرایط بی وزنی انجام شده است. متغیرهای طراحی در بهینه سازی طراحی مخزن و PMD به ترتیب 1- کمینه نمودن نسبت وزن به ضریب اطمینان، 2- مشخصات ابعادی مخزن و PMD (ارتفاع، قطر، ابعاد طول و عرض). پارامترهای بهینه سازی PMD با هدف دست یابی به بیشترین مقادیر دبی جرمی و نرخ حجمی جریان صورت می پذیرد. به عبارت دیگر، هدف دستیابی به بیشترین مقادیر سوخت به PMD می باشد که در پایان زمان شبیه سازی توسط نمودار نرخ جریان قابل اکتساب است. نتایج تحلیل عددی بدست آمده عبارتنداز: پارامترهای سیستمی بهینه مربوط به مشخصات مخزن و سامانه مدیریت پیشرانه (دستیابی به کمینه وزن و بیشینه ضریب اطمینان و همچنین بیشینه دبی خروجی از سامانه مدیریت پیشرانه). صحه گذاری نتایج با مقایسه پارامترهای سیستمی بهینه بدست آمده از نمونه های موجود با ابعاد مش متفاوت صورت می پذیرد.
    کلیدواژگان: طراحی بهینه، سامانه مدیریت پیشرانه (PMD)، تحلیل عددی، هیدرازین، مخزن سوخت
  • محمد غفاری، علی توکلی صبور، محمود پسندیده فرد * صفحات 161-170
    کاربرد های متنوع و روز افزون وسایلی که در جریان با اعداد رینولدز پایین کار می کنند، باعث بوجود آمدن نیاز گسترده ای جهت بررسی دقیق آن ها شده است. بهینه سازی بخش مهمی از علوم محاسباتی است که موجب بهبود عملکرد و افزایش کارایی هندسه اولیه می شود. بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه بهینه سازی آیرودینامیکی معطوف به جریان هایی با عدد رینولدز بالا می باشد، اما در وسایل آیرودینامیکی که ابعاد کوچکی دارند، مانند ریز پرنده ها، معمولا سرعت جریان پایین بوده و در نتیجه از نوسانات جریان که به دلیل جدایش ایجاد می شوند نمی توان صرف نظر کرد. دراین مقاله ایرفویل نوسانی با حرکت پیچش خالص در جریان مغشوش با عدد رینولدز پایین با استفاده از روش الحاقی پیوسته بهینه سازی شده است. نسبت نیروهای برا بر پسا به عنوان تابع هدف انتخاب شده و از تابع تغییر شکل آزاد برای گسسته سازی هندسه مورد نظر استفاده شده است. با توجه به اینکه بهینه سازی اجسام آیرودینامیکی به طور کلی شامل دو بخش حل معادلات جریان و سپس محاسبه گرادیان ها می باشد، جهت ارزیابی میزان دقت نتایج بدست آمده از فرایند بهینه سازی، در این مقاله، اعتبارسنجی برای هر دو بخش صورت پذیرفته است. نتایج حاکی از همگرایی بسیار خوب معادلات الحاقی است. همچنین با ایجاد محدودیت های مناسب در فرایند بهینه سازی شکل باز طراحی شده دارای بیشترین بازده بوده بدون اینکه قابلیت های اولیه آن دچار تغییر و دگرگونی شوند.
    کلیدواژگان: روش الحاقی ناپایا، بهینه سازی، اعداد رینولدز پایین، جریان مغشوش، شبکه نامنظم
  • سیامک سلیمانی شیشوان * صفحات 171-179
    خزش در دمای بالا در ابرآلیاژ های تک کریستالی پایه نیکل با استفاده از پلاستیسیته نابجایی های گسسته مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور، یک مدل سلول واحد دو بعدی از میکرو ساختار ابرآلیاژ تحت تنش تک محوری ثابت استفاده می شود که متشکل از فاز گاما (به صورت ماتریس) و فاز گاماپریم (به صورت ذره) می باشد. در حالی که تغییرشکل در فاز گاما به صورت الاستیک و پلاستیک ناشی از حرکت گلاید و صعود نابجایی ها می باشد، تغییرشکل در فاز گاماپریم ترکیب رفتار الاستیک و نفوذ سطحی (در سطح مابین فازها) می باشد. حرکت صعود نابجایی ها هم درگیر با نفوذ تهی جایی ها می باشد که به صورت صریح در نظر گرفته شده اند. این مدل، علاوه بر اینکه توصیف مناسبی از شروع مرحله سوم خزش در ابرآلیاژها برای شرایط دمایی و تنشی متوسط را ارائه می دهد، بررسی اثر پارامترهایی مانند درصد حجمی ذرات گاماپریم را در رفتار خزشی ابرآلیاژها فراهم می نماید. شبیه سازی های صورت گرفته برای سه مقدار درصد حجمی ذرات گاماپریم نشان می دهد که این پارامتر نقش مهمی در مقاومت خزشی ابرآلیاژها دارد. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در معادلات ساختاری مربوط به مدل سازی های کانتینیومی از اجزای سازه ای مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ابرآلیاژ تک کریستالی، خزش در دمای بالا، دینامیک نابجایی های گسسته، نفوذ تهی جایی، نفوذ سطحی
  • یادداشت پژوهشی
  • داود رحمت آبادی، مسلم طیبی، رامین هاشمی*، بیت الله اقبالی صفحات 180-184
    در این تحقیق برای اولین بار در ساخت کامپوزیت Al/Cu/SiC از فرآیند نوردتجمعی متقاطع استفاده شد. ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت های فرآوری شده به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ نوری، الکترون روبشی، کشش تک محوره و میکروسختی بررسی شد. نتایج ریزساختاری نشان داد که بعد از هشت مرحله، کامپوزیت تولیدشده، دارای توزیع کاملا یکنواخت از تقویت کننده ها و پیوند قوی بین ذرات می باشد. استحکام کششی در مرحله اول افت پیداکرد و بعد از آن به طور پیوسته افزایش یافت. همچنین روند تغیرات استحکام کششی و ازدیادطول مشابه بود. مقدار میکروسختی نیز برای لایه های آلومینیم و مس نسبت به نمونه های اولیه به ترتیب 1469%و 163% بهبود یافت. بررسی سطوح شکست در مرحله هشتم نشان داد که مکانیزم شکست زمینه آلومینیمی از نوع نرم برشی می باشد.
    کلیدواژگان: فرآیند نورد تجمعی متقاطع، کامپوزیت لایه ای Al-Cu، ذرات تقویت کننده سیلیسیم کاربید، خواص مکانیکی و ریزساختاری
  • مقاله پژوهشی کامل
  • نعمت الله فولادی * صفحات 185-196
    غالبا، در لحظه روشن شدن یک موتور در آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، جریان گازهای احتراقی از هد دینامیکی کافی برای برقراری جریان مافوق صوت در دیفیوزر خروجی گاز این آزمایشگاه برخوردار نیست. در این حالت، وقوع پدیده جریان برگشتی به داخل محفظه خلاء اجتناب ناپذیر است. جریان برگشتی گازهای دما بالا به محفظه خلاء، علاوه بر از بین بردن خلاء مطلوب و کاهش دقت اندازه گیری ها، زمان راه اندازی دیفیوزر را نیز به تعویق می اندازد و ممکن است به سیستم های اندازه گیری آسیب برساند. در تحقیق حاضر ابتدا با شبیه سازی عددی فرآیند روشن شدن موتور در داخل یک آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، پدیده جریان برگشتی در این سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. در گام بعدی، با نصب مانع محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در محل ورودی محفظه خلاء، تاثیر آن در کاهش نرخ جریان برگشتی و عملکرد راه اندازی دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، راهکار مانع جریان برگشتی یکطرفه برای اولین بار در این تحقیق ارائه شده و میزان بهبود عملکرد راه اندازی دیفیوزر با راهکار مزبور مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های عددی حاضر نشان می دهد که استفاده از مانع جریان برگشتی عادی علی رغم تاثیر قابل توجه آن در کاهش بیشینه فشار و دمای محفظه خلاء، کاهش چشم گیری در زمان راه اندازی دیفیوزر ایجاد نمی کند. حتی با حضور این مانع حالت پایای مطلوب در محفظه خلاء با تاخیر ایجاد می شود. در حالیکه بکارگیری مانع جریان برگشتی یکطرفه علاوه بر حفظ مزیت های روش عادی، کاهش قابل توجهی در زمان راه اندازی دیفیوزر و رسیدن به فشار مطلوب در محفظه خلاء ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، محدود کننده جریان برگشتی، زمان راه اندازی دیفیوزر، شبیه سازی عددی جریان
  • امیر ویسی گرگ آباد، قادر رضازاده *، رسول شعبانی صفحات 197-206
    در این مقاله ارتعاشات غیر خطی میکرو تیرهای با رفتار ویسکو-انالاستیک تحت تحریک نیروی الکترواستاتیک و با در نظر گرفتن اثرات اندازه بررسی می شود. فرض می شود که میکرو تیر در ابتدا با ولتاژ مستقیم تحریک شده و سپس حول خیز استاتیکی به وجود آمده ناشی از این ولتاژ، با ولتاژ متناوب مرتعش می شود. با استفاده از رفتار تنش-کرنش وابسته به زمان مواد انالاستیک، معادله ساختاری تیر بر اساس تئوری تنش کوپل بهبود یافته استخراج شده است. همچنین با در نظر گرفتن نیروی الکترواستاتیک و نیروی کشیدگی لایه میانی معادله حرکت استخراج و با استفاده از روش گالرکین، معادله حرکت به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. سپس با استفاده از روش اغتشاشات به حل معادله پرداخته شده و منحنی پاسخ فرکانسی به دست می آید. اثر رفتار های مختلف مواد شامل الاستیک، ویسکو الاستیک و انالاستیک بعنوان مدل های تغییر شکل ماده و اثر پارامترهای شدت انالاستیک و زمان آزاد سازی بر ارتعاشات غیر خطی میکرو تیر ها مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که شناسایی رفتار تنش کرنش مواد استفاده شده در میکرو سازه ها به منظور شناسایی مدل تغییر شکل ماده بسیار مهم بوده و منحنی های پاسخ فرکانسی به شدت متاثر از رفتار های تغییر شکل ماده می باشند. مقاله حاضر نشان می دهد که نتایج به دست آمده از مدل های ویسکو الاستیک و انالاستیک با هم متفاوت بوده ولی شرایطی وجود دارد که دو مدل انالاستیک و الاستیک نتایج مشابه ای را پیش بینی می کنند. همچنین دیده می شود که شدت انالاستیک و زمان آزاد سازی انالاستیک به طور چشمگیری بر منحنی های پاسخ فرکانسی اثر می گذارند.
    کلیدواژگان: انالاستیسیته، ویسکوالاستیسیته، تحلیل غیر خطی، تحریک الکترواستاتیک، میکرو تیر
  • بهمن وحیدی*، اسماعیل رحیم پور، زهرا ملاحسینی صفحات 207-216
    سلول‏های بنیادی مزنشیمال به خاطر داشتن توانایی خودنوزایی و تمایز به رده های گوناگون سلولی گزینه های ایده‏آل مهندسی بافت بازایجادگر هستند. این سلول‏ها در پاسخ به تحریکات مکانیکی مانند کرنش‏های تناوبی به سمت تمایز یافتن به سلول‏هایی که در درون بدن بارگذاری مشابهی را تجربه می‏کنند، مانند سلول‏های استخوانی و غضروفی، هدایت می‏شوند. در این تحقیق هدف بررسی اثر کرنش تناوبی 10 درصد با فرکانس 1 هرتز روی پاسخ مکانیکی یک سلول مزنشیمال کاشته شده درون یک بلوک فیبرینی، به روش اجزای محدود و با در نظر گرفتن نقش اینتگرین ها و به کارگیری مدل هایپرویسکوالاستیک سیمو برای اسکلت سلول است تا زمانی که این بارگذاری تک محوره، از طریق مدولاسیون مکانیکی، سلول را در مسیر تمایز به یک سلول بالغ غضروف لیفی قرار دهد. نتایج مدل ارائه شده نشان می‏دهد که متوسط تنش‏های محیطی، شعاعی و برشی به ترتیب تا 240، 260 و 140 پاسکال و نیروهای متناظر تا 24، 45 و 15 پیکونیوتن می‏رسند که برای انگیزش سلول به پاسخی متفاوت نسبت به شرایطی که در آن بارگذاری وجود ندارد، کافی است. نتایج این پژوهش می تواند در راستای طراحی بهتر آزمایشات زیستی بسیار موثر باشد.
    کلیدواژگان: سلول بنیادی مزنشیمال، بارگذاری تناوبی، هایپرویسکوالاستیسیته، چسبندگی های موضعی، تمایز غضروفی
  • محمدرضا معرف زاده * صفحات 217-224
    آنالیز قابلیت اعتماد سیستم های مکانیکی در شرایط ویژه ای با مشکلاتی مواجه می شود که لزوما تمهیدات خاص خود را می طلبد. از جمله این شرایط، آنالیز در فضاهای متغیر های تصادفی بسیار همبسته و یا متغیر های تصادفی با واریانس های بسیار متفاوت است. اگر در این فضاها، که اصطلاحا «فضاهای بسیار نا متناسب» خوانده می شوند، تابع حالت حدی مسئله نیز بسیار غیر خطی باشد، عموما روش های شبیه سازی، روش های برتر برای آنالیز قابلیت اعتماد شناخته می شوند. شبیه سازی جهتی از اینگونه روش هاست که می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این روش، با این حال، در شکل ساده خود کارایی کمتری را در فضاهای توصیف شده داشته و برای نیل به جواب های معقول، شبیه سازی های فراوانی را لازم می دارد. در این مقاله آنالیز قابلیت اعتماد تیغه یک توربین هیدروکنیتیکی بعنوان یک نمونه مهم از یک سیستم مکانیکی مورد بررسی قرار می گیرد که متغیرهای تصادفی مطرح در آن دارای واریانس های بشدت متفاوتی هستند و بدین ترتیب فضای بسیار نا متناسب و بیماری را برای شبیه سازی جهتی می سازند. به منظور ارتقاء کارایی آنالیز در اینچنین فضای کاری، استفاده از نمونه گیری مهم در این مقاله پیشنهاد می شود و برای کاربرد آن روابط جدیدی برای محاسبات موثرتر ارائه می گردد. این روابط سبب می گردند که نه تنها آنالیز، که در حالت ساده آن تقریبا برای توربین یادشده نا ممکن است، ممکن شود، بلکه با سرعت بسیار بیشتری نسبت به نوع محاسبات معمول که با استفاده از نمونه گیری مهم سنتی انجام می گردند، فرآیند محاسباتی انجام شود.
    کلیدواژگان: قابليت اعتماد، توربين هيدروکنيتيکي، شبيه سازي جهتي، نمونه گيري مهم، شاخص ايمني، احتمال خرابي
  • وحید اصفهانیان، بهنود جدیری حبیبی، مازیار شفایی* صفحات 225-235
    یکی از روش های حل معادلات ناویر- استوکس برای تحلیل جریان های آیرودینامیکی استفاده از روش حجم محدود است. با توجه به اینکه بیشتر این جریان ها در محدوده تراکم پذیر هستند در اینجا به توصیف یکی از روش های چگالی محور CUSP برای حل معادلات پرداخته شده است. در اینجا حالت LD را به روش CUSP اعمال شده و روش LDE را با استفاده از گسسته سازی های جدید و بهبودیافته به وجود آورده و معادلات را برای یک شبکه دو بعدی بی سازمان تعمیم داده شده است. با توجه به اینکه در اینجا از ساختار داده ای ضلع محور استفاده شده در نتیجه قابلیت حل شبکه های بی سازمان و باسازمان را برای شبکه هایی مورد نظر فراهم شده است. همچنین گسسته سازی بخش زمانی معادلات نیز از روش رانگ- کوتا استفاده شده است. در اینجا از رانگ- کوتا مرتبه 4 با توجه به اینکه محدوده پایداری قابل قبولی در مقایسه با حجم محاسبات بکار رفته دارد استفاده شده است. سپس به بررسی نتایج روش بهبود یافته جدید LDE(ECUSP2011) در شبکه بی سازمان دو بعدی پرداخته شده و نتایج آن را با روش قدیم CUSP1995 که این روش را نیز برای شبکه بی سازمان تعمیم یافته مقایسه شده است. نتایج بیانگر آن است که در روش جدید ارتقا یافته زمان همگرایی کاهش پیدا کرده و تعداد تکرار برای رسیدن به خطای مورد نظر کاهش یافته است. همچنین درصد خطای نتایج عددی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی (همانند ضریب فشار) در روش جدید نسبت به روش قبلی کاهش پیدا کرده است. علت این بهبود یافتن نتایج نیز قابلیت ترم استهلاکی روش جدیدتر در درست نشان دادن مکان شوک می باشد.
    کلیدواژگان: جریان غیرلزج دوبعدی، روش E-CUSP or LDE) E-CUSP2011 (Low Diffusion، روش CUSP1995، شبکه بی سازمان و باسازمان ضلع محور، تراکم پذیر
  • سید حسین ساداتی*، محمدرضا چگینی، حسن سالاریه صفحات 236-244
    در این مقاله، به بررسی تحلیلی و عددی پدیده آشوب در دینامیک وضعیت یک ماهواره صلب تحت تاثیر گشتاور اغتشاشی گرادیان جاذبه ناشی از حرکت در یک مدار بیضوی می پردازیم. در بخش تحلیلی، هدف اثبات وجود آشوب و سپس به دست آوردن رابطه ای برای عرض ناحیه آشوب بر اساس پارامترهای سیستم است. در بخش عددی، هدف اعتبارسنجی بخش تحلیلی با کمک دو روش عددی نگاشت پوانکاره و حساسیت به شرایط اولیه است. برای این کار ابتدا همیلتونین سیستم بدون اغتشاش استخراج می شود. این همیلتونین دارای سه درجه آزادی است. این در حالی است که دینامیک وضعیت در حالت بدون اغتشاش دارای دو ثابت حرکت شامل انرژی و ممنتم است. با استفاده از این دو ثابت حرکت و با کمک تبدیل کانونیکال سرت-آندویر، همیلتونین سیستم بدون اغتشاش کاهش مرتبه داده شده و تبدیل به یک سیستم یک درجه آزادی می شود. در ادامه، اغتشاشات ناشی از گرادیان جاذبه به خاطر حرکت در مدار بیضوی بر اساس متغیرهای سرت-آندویر و زمان تخمین زده می شود. در نتیجه این تخمین و ساده سازی، همیلتونین جدید سیستم یک درجه آزادی و تابعی از زمان می شود. پس از آن، تئوری ملنیکف برای اثبات وجود آشوب حول مدارات هتروکلینیک سیستم استفاده می گردد. به کمک این تئوری، ضخامت لایه آشوب در فضای متغیرهای سرت-آندویر به صورت یک رابطه تحلیلی تخمین زده می شود. نتایج نشان می دهد که روابط تحلیلی تطابق بسیار خوبی با نتایج عددی دارند. همچنین نتایج نشان می دهد که حتی برای خروج از مرکزهای بزرگ نیز این روابط صادق است.
    کلیدواژگان: آشوب، ماهواره صلب، مدار بیضوی، تبدیلات سرت-آندوریر، نگاشت پوانکاره
  • علی طالع زاده لاری، غلامحسین رحیمی * صفحات 245-256
    هرچند مطالعات گسترده ای در زمینه اثر نقص هندسی بر کمانش پوسته های ساده انجام شده است، اما پوسته های مشبک کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. در مقاله حاضر اثر نقص هندسی بر کمانش پوسته های ساده و مشبک کامپوزیتی با و بدون گشودگی بررسی شده است. بدین منظور نمونه های آزمایشگاهی مختلفی ساخته و تست شده است. همچنین طبق استاندارد، خواص مکانیکی الیاف و زمینه و نیز درصد حجمی الیاف به کار رفته در پوسته و ریب تعیین شده و نهایتا خواص مکانیکی هر یک از اجزا به کمک روابط میکرومکانیک محاسبه شده است. از این خواص برای مدل سازی دقیق مسئله در نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. دو تحلیل خطی مقدار ویژه و نیز تحلیلی غیر خطی، که امکان در نظر گرفتن نقص هندسی را فراهم می کند، به کار گرفته شده است. نتایج به دست آمده از مدل عددی به کمک نتایج تست تجربی اعتبارسنجی شده است. در نهایت با استفاده از این مدل، اثر اندازه ضریب نقص هندسی بر پوسته های ساده و مشبک با و بدون گشودگی مطالعه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که میزان اثرگذاری نقص هندسی بر بار بحرانی پوسته مشبک کمتر از پوسته های ساده است، با این وجود در نظر نگرفتن این نقایص و استفاده از تحلیل مقدار ویژه بار بحرانی را بسیار بیشتر از مقدار واقعی تخمین می زند. این موضوع به خصوص برای پوسته های بدون گشودگی از اهمیت بیشتری برخوردار است. چرا که در وجود گشودگی در پوسته ها خود به عنوان یک نقص قابل توجه عمل کرده و اثرگذاری نقص هندسی را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: نقص هندسی، پوسته مشبک کامپوزیتی، گشودگی، تست تجربی، مطالعه عددی
  • سید مصطفی خداشناس، مهسا حاجی علی بابایی، علی کشاورز ولیان * صفحات 257-264
    شیرین سازی آب به روش تراکم بخار یکی از روش های موثر در مقیاس کوچک می باشد. این نوع آب شیرین کن دارای دو جریان خروجی گرم است. از این جریان ها در یک مبدل حرارتی برای پیش گرم نمودن آب تغذیه ورودی استفاده می شود. در این پژوهش مبدل حرارتی لوله در لوله به عنوان پیش گرم کن حرارتی با تعداد لوله های داخلی متفاوت، طراحی و ساخته شد. این مبدل شامل تعدادی لوله داخلی است، هر یک از لوله ها مسیری جداگانه برای یک جریان گرم است. آزمایش ها برای مبدل با یک، دو و سه لوله داخلی انجام شد. میزان دبی 30 تا 120 لیتر در ساعت در لوله بیرونی و 20 تا 90 لیتر در ساعت در لوله های داخلی در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد با افزایش تعداد لوله های داخلی از یک به سه، ضریب انتقال حرارت 29 درصد افزایش می یابد. اما کاهش قطر هیدرولیکی معادل لوله بیرونی به میزان 38.4 درصد ، موجب شد، ناسلت میانگین 22 درصد کاهش یابد. برای تعیین تعداد لوله داخلی معیار ضریب بی بعد بهبود عملکرد به صورت نسبت تغییرات نرخ انتقال حرارت به توان لازم برای پمپاژ جریان تعریف شد. بررسی عملکرد مبدل نشان داد که افزایش تعداد لوله های داخلی از 1 به 2 موجب بهبود عملکرد می شود. اما در افزایش تعداد لوله های داخلی از 2 به 3 تاثیر قابل ملاحظه ای بر عملکرد مبدل مشاهده نمی شود .در پایان یک رابطه نیمه تجربی برای عدد ناسلت میانگین در مبدل با دو لوله داخلی که بهترین گزینه برای استفاده در آب شیرین کن، در این محدوده از دبی می باشد، ارایه گردید.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی لوله در لوله، تراکم بخار، آب شیرین کن، ضریب انتقال حرارت
  • حامد محمدزاده *، محمدحسین ابوالبشری صفحات 265-272
    بهینه سازی و قابلیت اطمینان دو کلید اساسی در طراحی سازه ای است. بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان روشی قوی و امیدبخش برای پیدا کردن توپولوژی بهینه با در نظر گرفتن عدم قطعیت است. در این مقاله به جای تقریب تابع حالت حدی و سپس استفاده از الگوریتم های جستجوی محتمل ترین نقطه شکست که به طور معمول در بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان مورد استفاده قرار می‏ گیرد، از الگوریتم ازدحام ذرات با بهره گیری از روش اندازه گیری عملکرد پیشنهاد می شود. در الگوریتم پیشنهادی نیاز به استفاده از ضریب جریمه که انتخاب مناسب آن در همگرایی فرایند جستجو بسیار مهم است، نمی باشد. علاوه بر آن نیاز به تقریب تابع حالت حدی، محاسبه مشتقات تابع حالت حدی نسبت به متغیرهای تصادفی و هم چنین مشکل همگرایی روش های جستجوی محتمل ترین نقطه شکست برای توابع حالت حدی پیچیده را ندارد. در این مقاله بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان با استفاده از بهینه سازی دو جهتی تکاملی سازه ها با طرح فیلتر بهبود یافته ارائه می شود. توپولوژی به دست آمده با بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان با توپولوژی به دست آمده از بهینه سازی توپولوژی قطعی مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد الگوریتم ازدحام ذرات می تواند به طور موثر در بهینه سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان به کار گرفته شود و استفاده از آن نیز ساده و آسان است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، الگوریتم ازدحام ذرات، بهینه سازی دو جهتی تکاملی سازه ها
  • حسین مهدیزاده*، هادی چهاربیدی، صادق مودی صفحات 273-282
    مدل سازی امواج سیلاب در داخل شبکه های فاضلاب شهری بسیار پیچیده است. این پیچیدگی به صورت کلی ناشی از پخش رژیم های مختلفی از جریان در داخل شبکه های فاضلاب می باشد که ممکن است در نقاط تقاطع شبکه، با یکدیگر برخورد نمایند. هدف اصلی در مقاله حاضر، مدل سازی و تقریب هیدرودینامیک این نوع از برخوردهای جریان با استفاده از معادلات آب های کم عمق است. برای حل معادلات آب های کم عمق در این جا، از حل ریمان تقریبی اچ ال ال سی مرتبه دوم بهره گرفته می شود که قادر است با استفاده از نوعی از ترکیب سرعت های ریمان، پخش امواج را بر روی سطوح خشک و تر شبیه سازی نماید. عبارات اصطکاک در مدل مورد نظر به طور جداگانه ای در داخل عبارات منبع لحاظ می گردند. در ابتدا، الگوی عددی معرفی شده بدون در نظر گرفتن عبارات اصطکاک برای شبیه سازی امواج انبساطی و ایستا، بر روی سطح خشک و تر اعمال شده و نتایج حاصل، با حل دقیق مقایسه می گردند. سپس عبارات اصطکاک برای مدل آب های کم عمق معرفی شده، لحاظ گردیده و مساله شکست سد در حالت یک بعدی در حالت های خشک و تر با نتایج حاصل از نرم افزار استار سی دی که یک حل کننده معادلات ناویر استوکس می باشد، مقایسه می گردند. در نهایت، برخورد امواج سیلاب در حالت دو بعدی در یک شبکه فاضلاب با مقطع مستطیلی در نظر گرفته شده و مجددا نتایج با نرم افزار استار سی دی صحت سنجی می گردد. نتایج عددی حاصل نشان می دهد که الگوی عددی ارائه شده در دو حالت یک و دو بعدی تطابق بسیار خوبی با حل دقیق و حل کننده معادلات ناویر استوکس دارد.
    کلیدواژگان: معادلات آب های کم عمق، حل کننده ریمان اچ ال ال سی، برخورد موج ها، شبکه فاضلاب، معادلات ناویر استوکس
  • الیاس لار کرمانی، احسان روحی * صفحات 283-294
    مدل سازی مناسب مقیاس های زیرشبکه ای در تعیین دقت محاسبات روش شبیه سازی گردابه های بزرگ در تحلیل جریان های آشفته از اهمیت به سزایی برخوردار است. در سال های اخیر، شاخه جدیدی از مدل های زیرشبکه ای موسوم به مدل های گرادیانی در محاسبه تانسور تنش و بردار شار حرارتی مقیاس های زیرشبکه ای توسعه یافته اند و در روش شبیه سازی گردابه های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش، برای اولین بار معادلات مدل زیرشبکه ای گرادیانی تنظیم شده در نرم افزار اپن فوم پیاده سازی شده و ایده تصحیح حلگر پیمپل فوم برای بهبود دقت نتایج مدل مذکور استفاده شده است. این مدل بر مبنای بسط سری تیلور تنش مقیاس های زیرشبکه ای بنا شده است و از فرضیه تعادلی محلی به منظور ارزیابی انرژی جنبشی مقیاس های زیرشبکه ای استفاده می کند. برای ارزیابی دقت مدل گرادیانی تنظیم شده و تغییرات اعمال شده در حلگر پیمپل فوم، شبیه سازی جریان کانال آشفته در عدد رینولدز اصطکاکی 395 با استفاده از نرم افزار متن باز اپن فوم انجام شده و نتایج روش فوق با داده های شبیه سازی عددی مستقیم و دیگر مدل های مختلف زیرشبکه ای مانند مدل اسماگرینسکی، اسماگرینسکی دینامیکی و دیردورف مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که مدل گرادیانی تنظیم شده کمیت های آشفتگی مرتبه اول و مرتبه دوم را با دقت بالایی بازیابی می کند.
    کلیدواژگان: مدل گرادیانی تنظیم شده، تانسور تنش مقیاس های زیرشبکه ای، جریان کانال آشفته، نرم افزار اپن فوم
  • علی باستی *، حامد خانی پور صفحات 295-306
    تولید سازه هایی با وزن کم و استحکام بالا در صنایع رو به گسترش می باشد. از این رو استفاده از پروفیل ها و لوله های خمکاری شده در سازه ها رو به افزایش است. در این مقاله روش شکل دهی تدریجی لوله، برای خمکاری لوله بررسی شده است. در این روش استفاده از ترکیب شکل دهی چرخشی و خمکاری لوله بطور همزمان، باعث بهبود فرآیند خمکاری برای فلزات با استحکام بالا می شود. در ابتدا مدلی تحلیلی برای فرآیند شکل دهی تدریجی لوله ارائه شده است. از این مدل برای آشنایی با فیزیک فرآیند و برای تعیین میزان گشتاور خمکاری مورد نیاز استفاده شده است. در ادامه مدلسازی عددی فرآیند شکل دهی تدریجی لوله برای پیش بینی عیوب ناشی از خمکاری نیز انجام گرفته است. از مدلسازی عددی نیز برای بررسی پارامترهای موثر در فرآیند شکل دهی تدریجی لوله، نظیر سرعت تغذیه ی مرحله دوم، سرعت دورانی ابزار شکل دهی چرخشی، سرعت تغذیه محوری لوله در کل فرآیند و اثر زاویه ی حمله ی غلتک های ابزار شکل دهی چرخشی ، استفاده شده است و نتایج بدست آمده نشان دهنده ی آن است که می توان از مدل عددی عیب های وابسته به سرعت فرآیند را مورد بررسی قرار داد و پیش از تولید محصول پارامترهای مناسب را برای تولید محصول نهایی با کیفیت بالاتر انتخاب نمود.
    کلیدواژگان: خمکاری لوله، شکل دهی تدریجی لوله، مدل تحلیلی، مدل عددی
  • مهران چرخی، داود اکبری * صفحات 307-315
    در این مقاله رفتار مکانیکی- حرارتی فرآیند جوشکاری ذوبی برای تعیین میزان اثر هندسه لبه ی جوش بر اندازه و توزیع تنش پسماند در اتصالات غیر همجنس تجزیه و تحلیل شده است. از این رو یک زیر برنامه موثر و کارآمد در یک مدل المان محدود تایید شده جهت در نظرگرفتن اثرات تبدیل فاز در تحلیل عددی توسعه داده شده است. برای تایید مدل از داده های تجربی اتصالات همجنس و غیر همجنس که با روش کرنش سنجی سوراخ بدست آمدند استفاده شده است. ارتباط خوبی بین نتایج المان محدود و داده های تجربی بدست آمد. نتایج نشان داد روش محاسباتی توسعه یافته در این مطالعه یک روش موثر جهت پیش بینی تنش پسماند در اتصالات غیر همجنس است. اثر ضخامت دیواره لوله، شکل شیار جوش و فاصله گشودگی ریشه روی تنش های پسماند جوشکاری در لوله های جوش داده شده بصورت لب به لب با استفاده از مدل المان محدود حاضر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد که با افزایش ضخامت لوله، تنش های پسماند محوری کششی در سطح داخلی اتصالات غیر همجنس در طرف فولاد زنگ-نزن کاهش می یابد اما در طرف فولاد کربنی تاثیر قابل توجهی ندارد. با افزایش ضخامت دیواره لوله به خصوص در طرف فولاد کربنی تنش های پسماند محوری فشاری در سطح داخلی و تنش های پسماند محوری کششی در سطح خارجی افزایش می یابند. افزایش زاویه شیار جوش و فاصله گشودگی ریشه تنها در طرف فولاد کربنی منجر به بالا رفتن تنش های پسماند محوری فشاری در سطح داخلی و تنش های پسماند محوری کششی در سطح خارجی می شوند.
    کلیدواژگان: تنش های پسماند، شکل شیار، گشودگی ریشه
  • علیرضا عباسی، سعید امینی*، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 316-324
    در این تحقیق برای تعیین تنش پسماند غلتک های نورد از جنس فولاد گرافیتی (GSH48) ، روش غیر مخرب پراش اشعه ایکس استفاده شد.در این روش، برای تعیین تنش پسماند از تغییرات فاصله بین صفحات کریستالی به عنوان کرنش استفاده می کند. تعیین تنش پسماند بر روی نمونه ها قبل و بعد از فناوری کوبش التراسونیک (UPT) در عمق های مختلف انجام شد. در فنآوری کوبش التراسونیک با ایجاد کار سختی و فشردگی در لایه های سطحی قطعه کار باعث بهبود برخی خواص مکانیکی از جمله تنش پسماند می شود. با شبیه سازی و ساخت ابزار ارتعاشی التراسونیک و نصب آن بر روی دستگاه تراش، عملیات UPT بر روی نمونه های آماده شده از غلتک های نورد انجام گرفت. اندازه گیری تنش پسماند از سطح تا عمق 0.5 میلیمتر، قبل و بعد از فرایند کوبش التراسونیک انجام شد. با شبیه سازی عددی فنآوری کوبش التراسونیک، توزیع تنش پسماند تجربی و شبیه سازی عددی مقایسه گردید. نتایج مبین افزایش تنش پسماند فشاری در حدود 0.4 میلیمتر از سطح بعد از عملیات UPT می باشد. افزایش تنش پسماند فشاری باعث اقزایش استحکام و عمر خستگی آنها می شود و راندمان کاری آنها اقزایش می یابد. محاسبه اندازه دانه سطح بعد از عملیات کوبش التراسونیک از روی الگوی پراش پرتو X با استفاده از رابطه ویلیامسون – هال انجام گرفت که اندازه دانه 60.2 نانومتر حاصل شد. این ریز دانه شدن ساختار سطح به دلیل چینش مجدد نابجایی ها در اثر ارتعاش با فرکانس بالا و تغییر شکل شدید پلاستیک بعد از عملیات UPT رخ می دهد.
    کلیدواژگان: فنآوری کوبش التراسونیک، آباکوس، پراش پرتو X، تنش های پسماند، اندازه دانه
  • مهدی حاج محمدی، حامد شهبازی *، حسین کریم پور، کمال جمشیدی صفحات 325-332
    در این مقاله، روش کنترل تطبیقی مدل مرجع جهت تنظیم خودکار پارامتر های کنترلر یک پایدار ساز دوربین ارائه می شود، بنحوی که پاسخ سیستم تحت شرایط اینرسی مختلف از پاسخ مدل مرجع واحدی پیروی نماید. پایدار ساز دوربین یا گیمبال مشتمل بر یک پایه متحرک است که با اتصال فعال یا غیر فعال به دوربین، قابلیت هموار سازی حرکت و تثبیت تصاویر در مقابل چرخش ها و لرزش های سکو را دارد. یکی از مشکلات گیمبال های تجاری موجود در بازار این است که فقط قادر به حمل دوربین های مخصوص به خود می باشند و اگر دوربین دیگری بر روی این گیمبال ها بسته شود، نمی توانند عملکرد مناسب اولیه خود را حفظ کنند. این مشکل به دلیل تفاوت اینرسی و محل مرکز جرم دوربین های مختلف با یکدیگر است. در این مقاله، در راستای حل این مشکل، روش کنترلری بلادرنگی به کمک برد آردوینو بر روی سیستم واقعی پیاده سازی عملی شده است. در ابتدا طراحی و ساخت گیمبال دو درجه آزادی انجام گردیده و سپس پیاده سازی عملی کنترلر PID-تطبیقی مدل مرجع بر روی آن صورت پذیرفته است. در انتهای مقاله، تحلیل عددی برای بررسی عملکرد عملی کنترلر تطبیقی مدل مرجع در مقاوم بودن نسبت به اغتشاش های وارده به سیستم مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: پایدار ساز گیمبال، پیاده سازی عملی، کنترلر تطبیقی مدل مرجع، تثبیت کننده
  • نوذر اکبری *، سهیل شیخی صفحات 333-342
    با توجه به قیمت رو به رشد انرژی، کمبود منابع و مسایل محیط زیستی، اهمیت کاهش مصرف انرژی و بهینه سازی صنایع مرتبط با انرژی بیش از پیش اشکار شده است. انرژی خورشیدی نیز از جمله راه حل های مناسب برای بدست اوردن انرژی پاک و ارزان هستند. در مرحله ی اول از Aspen HYSYS برای شبیه سازی سیکل مورد نظر استفاده شده است. در ادامه آنالیز اگزرژی روی سیکل انجام گرفته است که براساس نتایج، سه جزء LPT2،LPT3 و HEX2 بیشترین میزان تخریب اگزرژی سیستم را شامل می شوند و از این منظر در اولویت بازنگری قرار دارند. سپس با انجام آنالیز اگزرژی پیشرفته سعی در تحلیل دقیق تر نتایج آنالیز اگزرژی شده است. در این بخش با جداسازی تخریب اگزرژی اجزای سیستم به چهار بخش درونزا/برونزا و قابل اجتناب/غیر قابل اجتناب، به بررسی عامل اصلی بروز تخریب اگزرژی در اجزا پرداخته شده است. بر طبق نتایج، سه جزئی که دارای بیشترین میزان تخریب اگزرژی هستند، عامل اکثر تخریب اگزرژی برون زای سیستم نیز می باشند که در واقع می توان با بهبود عملکرد این اجزاء، تخریب اگزرژی در اجزای دیگر را نیز کاهش داد. در نهایت با انتخاب متغیرها و توان خروجی سیکل به عنوان تابع هدف و به کارگیری نرم افزار Aspen HYSYS برای بهینه سازی، سیستم بهینه سازی و پارامترهای بهبود یافته ی ان با حالت پایه مقایسه شده است که بر اساس ان توان استحصالی سیستم افزایش و تخریب اگزرژی و هزینه محصولات کاهش یافته است
    کلیدواژگان: نرم افزار اسپن، انرژی خورشیدی، آنالیز اگزرژی پیشرفته، بهینه سازی
  • مبین معصومی، مهدی یوسفی فرد *، عباس رامیار صفحات 343-352
    در این مقاله، مسئله ی ورود گوه ی صلب تحت شرایط مختلف به آب با استفاده از روش تحلیل عددی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این مسئله همچنان بعنوان یکی از موضوعات بنیادی در مطالعات هیدرودینامیکی مطرح بوده و بعنوان مرجعی برای مطالعات پدیده هایی نظیر کوبش شناخته می شود. محاسبه ی دقیق فشار ناشی از پدیده ی برخورد به سطح آب می تواند در تحلیل مناسب سازه ی شناورها بکار گرفته شود. در این پژوهش، با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی بر اساس کد متن باز اوپن فوم و حل عددی معادلات حاکم بر سیال دوفازی، متغیرهای مهمی نظیر سرعت و فشار سیال مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور بررسی صحت نتایج عددی بدست آمده از تحلیل حاضر، مقادیر مربوط به حداکثر فشار و محل و زمان دقیق وقوع آن و همچنین توزیع ضریب فشار در محل برخورد، با نتایج آزمایشگاهی معتبر ارائه شده در سایر پژوهش ها مورد مقایسه قرار گرفته است. این بررسی ها در سرعت ها و زوایای برخود متفاوت انجام شده است. با مقایسه ی نتایج حل عددی و مقادیر آزمایشگاهی، خطایی در محدوده ی 2 تا 9 درصد مشاهده گردید. علاوه بر آن، متغیرهای موثر در مقدار فشار اعمال شده به گوه نظیر سرعت ورود به آب و زوایای ددرایز مختلف بدنه نیز مورد بررسی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: زاویه ی ددرایز، اوپن فوم، گو ه ی صلب، ضریب فشار
  • سهیل سلیقه، حسین محمدی * صفحات 353-362
    در این مقاله، یک سیستم جرم و فنر واقعی در نظر گرفته شده است که تحت تحریک خارجی با فرکانس متغیر با زمان قرار دارد. ارتعاش ایجاد شده توسط تحریک خارجی، مانع از پیروی سیستم واقعی از مسیر دلخواه تعریف شده می گردد. دستور کنترل تطبیقی نوشته شده برای صفر کردن این نوسانات اضافی، معادل با یک جاذب ارتعاش مجازی تعریف می شود که سختی فنر آن بدون در نظر گرفتن نامعینی های سیستم واقعی و تحریک، به نحوی قابل به روز رسانی می باشد تا مطابق با تئوری جاذب های خطی، فرکانس جاذب با فرکانس تحریک برابر گردد تا دامنه نوسان سیستم واقعی صفر شود. تغییر فرکانس تحریک مطابق با توابع پله واحد و شیب معادل سازی شده است؛ به آن معنا که تابع پله همانند تغییرات ناگهانی و تابع شیب همانند تغییرات گذرای فرکانس از مقدار اولیه به ثانویه می باشد. همچنین تاثیر وجود اغتشاش با دامنه های متفاوت در تغییرات گذرای فرکانس بر به روز رسانی سختی فنر جاذب مجازی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ارائه شده است تا نشان داده شود که دستور کنترلی محاسبه شده، روند تطبیق سختی جاذب مجازی را با تغییر فرکانس تحریک مطابق با پله واحد و شیب تضمین می کند و ارتعاشات اضافی سیستم واقعی را از بین می برد.
    کلیدواژگان: جاذب ارتعاش، کنترل تطبیقی، فرکانس تحریک متغیر با زمان، اغتشاش
  • مجید خزایی، علی صالح زاده نوبری*، مقداد خزایی صفحات 363-372
    این مقاله به تشخیص ارتعاشی خرابی در چندلایه کامپوزیت الیاف شیشه با استفاده از آنالیز سیگنال زمانی و شبکه عصبی مصنوعی می پردازد. به منظور کاهش نویز سیگنال های ارتعاشی، نویز زدایی با استفاده از تبدیل موجک به انجام رسید. پس از داده کاوی و استخراج ویژگی های آماری از سیگنال های پردازش شده، شبکه عصبی به عنوان تشخیص دهنده، چندلایه کامپوزیت معیوب را شناسایی نمود. ارزیابی دقت تشخیص عیب توسط ساختارهای مختلف شبکه عصبی مصنوعی به انجام رسید که درنتیجه بهترین عملکرد شبکه عصبی مصنوعی در تشخیص خرابی انتخاب گردید. سپس، مقایسه میان دقت عیب یابی با استفاده از سیگنال های نویززایی شده توسط تبدیل های موجک مادر مختلف در مراحل تجزیه مختلف به انجام رسید تا بهترین تبدیل سیگنال جهت تشخیص خرابی مشخص گردد. نتایج نشان می دهد که ساختار شبکه عصبی مصنوعی بر دقت تشخیص عیب اثر مهمی خواهد داشت و مناسب ترین دقت در تعداد 75 لایه پنهان و اختصاص 80%، 10% و 10% داده ها به آموزش، اعتبارسنجی و تست حاصل گردید. همچنین استفاده از تبدیل های موجک مادر دوبشی 3 و موجک مادر دو متعامد 3.7 در مرحله تجزیه 2 منجر به تشخیص عیب با بالاترین دقت در میان سایر موجک های مادر در زمان مناسب تر خواهد شد. روش مذکور به عنوان روشی مبتنی بر داده های واقعی با داده برداری از نقاط تعیین شده، تشخیص عیب را در صفحات کامپوزیت با دقت مناسب در زمان محاسبه کوتاه انجام می دهد، لذا از این روش می توان جهت پایش وضعیت سازه های کامپوزیتی به صورت آفلاین و آنلاین، با افزودن قابلیت داده برداری برخط، استفاده نمود.
    کلیدواژگان: کامپوزیت الیاف شیشه، تشخیص خرابی، شبکه عصبی، نویز زایی، تبدیل موجک
  • شهروز یوسف زاده، محمدرضا عیسوند زیبایی*، مجید قیصری صفحات 373-385
    در این تحقیق به بررسی کمانش مکانیکی پوسته ی استوانه ای جدار ضخیم از جنس مواد مدرج تابعی با رینگ تقویتی تحت بارهای مجوری و جانبی یکنواخت پرداخته شده است. خواص مکانیکی پوسته در راستای ضخامت متغییر فرض شده است. ابتدا معادلات حاکم بر کمانش پوسته استوانه ای تابعی تقویت شده با رینگ، بر اساس تئوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی بدست آمده است. سپس، معادلات مشخصه حاکم به روش انرژی و بکار بردن تکنیک ریتز استخراج شده اند. در ادامه، با حل معادلات مشخصه، نیروی بحرانی کمانش پوسته استوانه ای جدار ضخیم از جنس مدرج تابعی تقویت شده تحت بارهای مجوری و جانبی محاسبه گردیده است. شرایط مرزی در لبه های دو انتهای پوسته استوانه ای تابعی به صورت گیردار-گیردار و آزاد-آزاد در نظر گرفته شده است. به منظور حصول اطمینان از روش حل تحلیلی ارائه شده، نتایج این تحقیق با نتایج به دست آمده از نرم افزار المان محدود مقایسه قرار گرفته که سازگاری مناسبی را نشان داده اند. در پایان، تاثیر عوامل مختلفی از جمله تغییرات ضخامت، شرایط مرزی، شرایط بارگذاری و پارامترهای هندسی پوسته و رینگ روی رفتار کمانشی پوسته استوانه ای مدرج تابعی تقویتی جدار ضخیم بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش کسر حجمی ماده مدرج تابعی در ساختار پوسته منجر به افزایش بار کمانشی می گردد و محل نصب رینگ تقویتی تاثیر قابل توجهی در بار بحرانی کمانشی آن دارد. نتایج ارائه شده می تواند به عنوان یک معیار مهم برای محققان جهت اعتبار سنجی روش های عددی و تحلیلی استفاده شوند.
    کلیدواژگان: کمانش، ماده تابعی، پوسته، رینگ، بارهای یکنواخت
  • پوریا شاهوردی، مهدی طالع ماسوله * صفحات 386-396
    در این مقاله یکی از پژوهش های موسوم به تعامل انسان و ربات با موضوع تقلید حرکات انسان توسط ربات انسان نمای نائو مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق، ابتدا حرکات انسان به واسطه دوربین دید سه بعدی کینکت که توسط بسته نرم افزاری سیستم عامل ربات (راس) راه اندازی شده است، دریافت می گردد. با توجه به اختلاف ابعادی میان انسان و ربات، حرکات دریافتی به ابعاد ربات نگاشت می شود. بعد از اعمال نگاشت، حل سینماتیک مستقیم و معکوس ربات ارائه می گردد. بدین منظور، فرم دیستال در حل سینماتیک مستقیم مورد استفاده قرار گرفته و بر مبنای آن راه حل تحلیلی برای حل سینماتیک معکوس ارائه شده است. راه حل تحلیلی ارائه شده به عنوان یکی از نوآوری های اصلی مقاله، دلیل اصلی حرکات روان ربات در تقلید حرکات انسان می باشد. به منظور حفظ تعادل ربات در زمان تقلید، استراتژی قوزک پا بر مبنای مدل پاندول معکوس خطی و معیار تصویر زمینی مرکز جرم ارائه شده است. پاندول معکوس مدل شده در دو فاز جفت تکیه گاهی و تک تکیه گاهی توسط کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی کنترل می شود. نتایج پیاده سازی عملی و شبیه سازی روش ارائه شده در مقاله با در نظر گرفتن محدودیت های ناشی از سامانه دریافت حرکات انسان، نمایان گر تقلید حرکات تمام-بدن انسان با دقت، نرمی و سرعت بالا در ربات می باشد.
    کلیدواژگان: تقلید حرکات، سامانه دریافت حرکات، سینماتیک، ربات انسان نمای نائو، کنترل تعادل
  • عبدالله کریمی، رضا حسن زاده قاسمی * صفحات 397-404
    شناورهای زیرسطحی هوشمند نوع هاورینگ، با توجه به قابلیت های و ویژگی های منحصر بفرد، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله مهمترین ویژگی های این نوع شناورها نسبت به سایر ربات های زیر سطحی هوشمند، قابلیت مانور و کنترل پذیری مناسب آنهاست. به منظور افزایش پایداری و کنترل پذیری ربات هوشمند زیرسطحی نوع هاورینگ، در این مقاله مخازن بالاست به عنوان یک ابزار کنترلی متفاوت مورد استفاده قرار گرفته است. پیش از این استفاده از مخازن بالاست برای شناورهای هوشمند زیرسطحی نوع هاورینگ مرسوم نبوده است. در این مقاله یک شناور زیرسطحی جدید ارائه شده است که دارای سه مخزن بالاست و سه تراستر می باشد که نسبت به نمونه های مرسوم، تعداد تراسترهای کمتری دارد. در این مقاله مدلسازی این شناور زیرسطحی جدید و کنترل مسیرهای مشخص مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد، مجهز کردن شناور زیرسطحی نوع هاورینگ به مخازن بالاست می تواند درجات آزادی هیو و پیچ را قابل دسترس کند و ربات را از استفاده از تراستر برای این درجات آزادی بی نیاز نماید.
    کلیدواژگان: شناورهای زیرسطحی هوشمند نوع هاورینگ، مدلسازی دینامیکی، مخازن بالاست
  • محمدحسین فراهانی، محمدحسین صادقی*، امیر راستی صفحات 405-412
    در سال های اخیر دسترسی آسان به منابع نفت و گاز طبیعی به علت بهره برداری و استخراج مستمر به طور چشمگیری کاهش پیداکرده است. لذا بسیاری از حوزه های میادین نفتی وارد فاز تولید و بهره برداری از چاه های عمیق و استفاده از روش حفاری انحرافی و افقی شده اند. با این حال، به علت پیچیده تر بودن شرایط در این گونه چاه ها، اغلب رشته حفاری دچار شکست می شود. این شکست در ناحیه اتصال رشته ها به عنوان ضعیف ترین حلقه به وقوع می پیوندد. در این پژوهش، با درنظرگرفتن شرایط یک چاه نفت واقعی به بررسی اتصال استاندارد API NC46 پرداخته می شود. هدف، بررسی ضعیف ترین نقاط در مجموعه رشته حفاری و ارائه راه کار عملی و اقتصادی جهت افزایش طول عمر آن هاست. نتایج نشان می دهد که بیشترین تنش در اولین رزوه درگیر در پین و آخرین رزوه درگیر در باکس متمرکزشده که این نواحی را آسیب پذیرتر می کند. در ادامه با استفاده از بهینه سازی پارامترهای اساسی اتصال شامل شکل هندسی رزوه ها، میزان گشتاور محکم کردن و طرح آب بندی داخلی شانه ها در اتصالات حفاری، طرح جدیدی ارائه می شود که طول عمر خستگی بالاتری نسبت به اتصال حفاری استاندارد API مشابه خود دارد. ماکزیمم ضریب تمرکز تنش اتصالات بهبودیافته در مقایسه با اتصالات استاندارد به طور نسبی کاهش یافته و مقدار آن از 3.47 به 2.86 می رسد. تست های تجربی نیز نشان می دهند که عمر خستگی اتصالات بهبودیافته نسبت به اتصالات استاندارد به طور میانگین 2.3 برابر می شود.
    کلیدواژگان: حفاری درون چاهی، اتصالات حفاری API، عمر خستگی
  • نیلوفر پرهیزکار، ابوالقاسم نقاش * صفحات 413-420
    این مقاله به مقایسه عملکرد دو کنترلر گام به عقب بهینه شده با الگوریتم ازدحام ذرات و کنترلر LQR بر روی یک کوادروتور در حالت هاور می پردازد. کوادروتور یک سیستم دینامیکی پایدار نیست و توسعه کنترلرهای بهینه با کارایی بالا برای آن حائز اهمیت است. در ابتدا مدل دینامیکی کوادورتور معرفی شده و معادلات فضای حالت به منظور شبیه سازی مدل دینامیکی ارائه می شوند. سپس دو کنترلر گام به عقب و LQR برای کنترل ارتفاع و زوایای کوادروتور طراحی می شوند. به منظور بهینه سازی کنترلر گام به عقب ، پارامترهای آن به کمک الگوریتم ازدحام ذرات به گونه ای تعیین می گردند که تابع هزینه در نظر گرفته شده برای کنترلر LQR کمترین مقدار خود را داشته باشد. هم چنین فرامین ورودی به موتورها به منظور نشان دادن توانایی کنترلر موردنظر محاسبه و ترسیم می شوند. برای رسیدن به مقایسه دقیق تر، تابع هزینه به ازای مقادیر مختلف ماتریس های وزنی Q و R برای دو کنترلر محاسبه شده و نتایج با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهند که کنترلر گام به عقب به کمک الگوریتم ازدحام ذرات توانایی بالاتری در کمینه سازی تابع هزینه دارد و به ازای ماتریس های وزنی مختلف تابع هزینه در کنترلر گام به عقب کمتر بوده است.
    کلیدواژگان: کنترل کننده گام به عقب، کنترل کننده LQR، الگوریتم ازدحام ذرات، تابع هزینه، بهینه سازی
  • عفت سلیمانی، منیژه مختاری دیزجی*، ناصر فتورایی، هژیر صابری صفحات 421-430
    در مطالعه حاضر، با استفاده از هندسه واقعی شریان کاروتید یک مرد سالم که از تصاویر مقطعی متوالی فراصوتی استخراج شده است و نیز شکل موج فشار پالس وارد بر دیواره شریان و پارامترهای مدل ویسکوالاستیک کلوین که هر دو از پردازش تصاویر متوالی فراصوتی با نمای طولی حاصل شده اند، یک مدل اجزای محدود برای شریان کاروتید ارائه شده است. با استخرج شکل موج قطر داخلی از پردازش تصاویر فراصوتی متوالی در امتداد طولی از شریان کاروتید مشترک و کالیبره کردن آن با استفاده از معادله نمایی، شکل موج فشارخون وارد بر شریان کاروتید استخراج شد. با مشتق گیری از معادله گوسی برازش شده بر شکل موج فشارخون، شکل موج مشتق فشارخون وارد بر شریان کاروتید در طول سیکل قلبی به دست آمد. سپس با بهینه سازی مدل ویسکوالاستیک کلوین، پارامترهای مدل تخمین زده شد. مدل اجزای محدود از شریان کاروتید در نرم افزار ادینا ساخته و با بارگذاری در سه سیکل قلبی اجرا شد. برای اعتبارسنجی مدل، شکل موج های جابجایی شعاعی حاصل از مدل اجزای محدود و جابجایی شعاعی حاصل از پردازش تصاویر متوالی فراصوتی در موقعیت فضایی تقریبا یکسانی از شریان مقایسه شد. درصد میانگین اختلاف نسبی جابجایی های شعاعی حاصل از مدل و حاصل از پردازش تصاویر فراصوتی برابر 9.3 درصد بود. از آنجاکه مدل های مکانیکی مناسب می توانند توزیع صحیح تنش/کرنش دیواره و پلاک شریان کاروتید را محاسبه و موقعیت نواحی مستعد آسیب را در پلاک مشخص کنند و با توجه به قابلیت مدل فراصوتی پیشنهادی در این مطالعه در توصیف صحیح رفتار ضربانی دیواره شریان انتظار می رود که مدل دینامیکی پیشنهادی بتواند برای ارزیابی دقیق وضعیت بیماری شریانی به کار رود.
    کلیدواژگان: شریان کاروتید، تصویربرداری فراصوتی، مدل سازی، پردازش تصویر
  • میلاد مسروری، علی پرویزی * صفحات 431-440
    برخی ویژگی های مناسب از جمله مقاومت در مقابل خوردگی، استحکام بالاتر، ضرایب انتقال حرارت و الکتریسیته بالاتر، باعث شده از ورقهای چند لایه، بطور وسیعی در صنایعی نظیر ساخت سوئیچ های الکتریکی و الکترونیکی استفاده شود. در این مقاله، حل تحلیلی بر اساس روش قاچی ارائه شده تا فرآیند نورد نامتقارن ورق دو لایه غیر همجنس غیر متصل، بررسی شود. شعاع غلتک های کاری، سرعت غلتک ها، اصطکاک و همچنین نسبت تنش تسلیم دو ماده نورد شده از مشخصه های فرآیند نورد نامتقارن هستند که در این مقاله مورد مطالعه قرار می گیرند. برای کل ناحیه تغییر شکل پلاستیک، تنش عمودی به صورت یکنواخت و تنش برشی به صورت غیر یکنواخت بر روی هر قاچ در نظر گرفته می شود. رفتار ماده در ناحیه پلاستیک به صورت صلب-پلاستیک کامل فرض می شود. هدف اصلی این مطالعه، بررسی تاثیر همزمان کشش از جلو و عقب و پارامترهای نامتقارنی بر توزیع تنش عمودی و فشار در طول سطح تماس غلتک ها با ورق چند لایه به منظور کاهش فشار و نیرو مورد نیاز فرآیند است که برای اولین بار ارائه می شود. تاثیر پارامترهای فوق بر موقعیت نقاط خنثی در سطوح غلتک های بالایی و پایینی نیز مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین حداکثر مقدار کشش از جلو جهت جلوگیری از ایجاد حالت لغزش ورق مشخص می شود. نتایج نشان می دهد که با اعمال مقادیر مناسب کشش به ورق در ورودی و خروجی منطقه تغییر شکل، مقدار نیرو و گشتاور فرآیند به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تحلیل قاچی، نورد نامتقارن، ورق چند لایه غیر متصل، کشش از جلو و عقب، نیرو
  • بهنام داودی*، سید حسن موسوی، محمد نانکلی صفحات 441-450
    فرآیندهای ماشینکاری یکی از مهمترین روش های تولید قطعات صنعتی است. در این نوع از فرآیندها اصطکاک در سطح تماس ابزار-براده یکی از فاکتورهای اثرگذار بر کیفیت سطح نهایی قطعه کار است. گرمای تولید شده بر اثر اصطکاک، مکانیزم سایش را قوت بخشیده و سرعت سایش لبه برش را افزایش می دهد و موجب کاهش کیفیت سطح می شود. استعداد بالای تشکیل براده با لبه انباشته در ماشینکاری آلومینیم تاثیر نامطلوبی بر کیفیت سطح نهایی اینگونه قطعات دارد. پژوهش حاضر به منظور بهبود شرایط روانکاری-خنک کاری در ماشینکاری آلومینیم آلیاژی 6061، به توسعه ابزار جدید با ایجاد میکروشیارهایی بر روی سطح ابزار با هدف بهبود انتقال سیال برش به منطقه ماشینکاری و کاهش اصطکاک سطح ابزار-براده پرداخته است. دو میکروشیار یکی موازی و دیگری عمود بر لبه برش توسط فرآیند ماشینکاری لیزر بر روی سطح ابزار ایجاد شده اند. با تغییر پارامترهای ماشینکاری (سرعت برش، پیشروی و عمق برش) و نحوه عرضه سیال به منطقه ماشینکاری، قطعات تراشکاری شدند. نتایج حاصل از زبری سنجی همراه با تصاویر تهیه شده از سطح قطعه کار با میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری نشان داد که وجود میکروشیارها شرایط انتقال سیال برش به منطقه ماشینکاری را بهبود بخشیده و تاثیر آن به وضوح در کاهش زبری سطح قابل مشاهده است. مقایسه نتایج حاصل از دو نوع میکروشیار، نشان داد که راستای شیارها یکی از مهمترین پارامترها در طراحی آنها است بنحوی که بافت عمود بر لبه برش نه تنها موجب بهبود کیفیت سطح ماشینکاری شده نمی شود بلکه زبری سطح را نسبت به حالت استفاده از ابزار معمولی افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: ابزار میکروبافت، زبری سطح، حداقل مقدار روانکار، ماشینکاری، آلومینیم آلیاژی 6061
|
  • Behzad Seyfi, Nasser Fatouraee*, Abbas Samani Pages 1-8
    Adipose tissue is a loose connective tissue distributed in two main anatomic depots including subcutaneous and visceral. Since in many pathological condition and diseases associated with adipose tissue alteration, the micro-components of adipose tissue undergoes considerable changes from mechanical characteristics point of view, it is quite vital to present an accurate structural technique for modelling tissue microstructure. Accordingly, this paper presents a structural model based on adipose tissue main components and interaction between them. Adipocytes was considered as a fluidic spheres and extracellular matrix modeled as solid media. The interaction between these two different phases simulated by solving well-known fluid-structure interaction (FSI) problem. In order to obtain the constitutive parameters for ECM, finite element simulation results fitted to experimental uniaxial compression test data. To make a comparison between the performances of different constitutive models, three conventional hyperelastic models were used for describing the mechanical behavior of ECM. The agreement between experimental data and simulation results confirm that the presented technique has a high potential for modeling adipose tissue microstructure both in normal and pathological condition. Considering the accuracy and mathematical complexity, results show that Yeoh hyperelastic model has a better performance than two others. In all three model, results reveals that the stiffness of adipose tissue ECM is ~ (2-3) times higher than that of the adipose tissue.
    Keywords: Adipose Tissue, Micro-structure, Fluid-solid interaction, Invers Problem
  • Seyed Hamidreza Heidary, Borhan Beigzadeh*, Mohammad Riahi Pages 9-19
    Soft- tips, in human fingers, plays a great role in object grasping; specially, when we talk about isotropic and elastic matters. By other word, stability of a typical grasping is really dependent on contact conditions. Well, rolling is the type of constraint approached by this feature and focused in this paper. Grasping an elastic sphere-formed ball by a pair of soft-tip parallel fingers is presented. For starters, by modeling objects as a mass-spring system, dynamic and kinematic systems of equations are derived. Then, a position-based impedance control is developed for the supposed system. To implement and validate the suggested controller, a pair of soft-tip fingers, holding an elastic ball, simulated in ADAMS; this software begets a control block in the Simulink software as a plant of the control system. As a consequence, the process of grasping under the effect of controller can be simulated in real time. The result of the simulation shows the ability of controller in appropriate tracking fingers till making contacts with ball and more importantly, by graphs, stability of grasping is guaranteed.
    Keywords: Grasping, Fingers with soft-tips, Isotropic, Elastic object, Impedance control, Stability
  • Alireza Fallahi Arezoudar, Akbar Hosseini * Pages 20-30
    Friction stir welding is a solid state process in which no fusion occurring on it. This method of welding is uses for metals that have low weldability or their fusion welds haven’t good quality. The effect of friction stir welding parameters, including rotational speed, linear speed, shoulder diameter and pin diameter on AA5052 to AA6061 dissimilar joints was studied in this paper. These parameters were optimized Using Taguchi method of Design of Experiments. then thermal simulation of process was done with ABAQUS software in which the temperature distribution results were in good agreement with the simulation results. The results of specimens tensile tests were confirmed by metallography and micro-hardness tests result. With increasing the linear speed and reducing the rotational speed, heat input reduced and grain size of all weld areas is decreased. The retreating side of all instances had a smaller grain size than advancing side. This is because of the thermal properties of 6061 alloy (higher conductivity and lower heat capacity), which leads to lower peak temperature and higher thermal diffusivity on that. The optimal parameters including rotational speed of 1400 rpm, linear speed of 80 mm/min, shoulder diameter of 15 mm and a pin diameter of 3.5 mm, was achieved. The maximum tensile strength of 228.3 Mpa achieved in rotation speed of 1400 RPM, linear speed of 80 mm/min, shoulder diameter of 15 mm and pin diameter of 3.5 mm.
    Keywords: Friction stir welding, thermal simulation, Mechanical Properties, Taguchi method, Dissimilar Alloys
  • Mousa Rezaee *, Vahid Arab Maleki Pages 31-38
    The fluid induced vibration in fluid conveying pipes can cause fatigue and failure in the system. Therefore, controlling these unwanted vibrations and suppressing the vibrations of the fluid conveying pipe is important. In this paper by considering the passive vibration absorber for the fluid conveying pipe, the influence of the vibration absorber parameters on the dynamic behavior of the system is investigated. The governing equations of motion are obtained via the Newton’s second law, and analytical solutions for the characteristic equation and mode shapes of the system are obtained through the power series method. After verifying the obtained results, the effect of the vibration absorber parameters and the fluid flow velocity on the vibration behavior of the fluid conveying pipe have been investigated. Results show that by increasing the absorber mass, the effect of absorber on decreasing the oscillations amplitude is diminished. At different fluid velocities, the oscillation amplitude of the system can be reduced considerably by specifying proper values of the absorber parameters. At velocities near the critical velocity, where the oscillation amplitude reaches a maximum value, using a suitable vibration absorber may reduce the maximum oscillations amplitude of the system by 98%. The method presented in current study can be easily generalized to design passive vibration absorber for fluid conveying pipes with different boundary conditions.
    Keywords: Fluid Conveying Pipe, Vibration Absorber, Viscoelastic behavior, Natural frequencies, Critical velocity
  • Ali Vahabi, Maziar Shafaee*, Alireza Sarmadian, Hooman Mashoof Pages 39-48
    In present work, heat transfer and flow pattern map of dimpled and horizontal tubes were studied during phases of boiling and condensation of mandatory convection of hydrocarbon R600-a. Empirical relationship will be expressed based on empirical data obtained by such experiments and fit the experimental results and Matlab software to show flow pattern map for such refrigerant with proper accuracy. The cycle consists of a pump, two preheaters, two testing parts, two condensers, flow meter and reversing valve. In this study, experimental evaporator is a copper tube with internal diameter of 8.7 mm and length of 1200 mm. the heat required for fluid evaporation is supplied by thermal element twisted around it. Such tube has been designed in forms of dimpled and straight models to evaluate effect of placement of dimples inside tubes. The test was conducted by refrigerant mass flow between 155 and 470 kg/m^2 s and vapor quality between 0.05 and 0.78. Moreover, flow patterns and their transitions for refrigerant R-600a during flow boiling inside a helically dimpled tube and a smooth tube were visually observed and analyzed. Annular, intermittent, and stratified-wavy flow were recognized for plain tube whereas there was no stratified-wavy flow in flow pattern visualization of dimpled tube. Investigation clearly shows that the dimples in evaporation significantly impact the two phase flow pattern. Inside the helically dimpled tube the intermittent/annular transitions occurs at lower vapor quality value than for the smooth tube.
    Keywords: Boiling, Condensation, cycle, empirical relation, Fitness
  • Hamidreza Ermagan, Roohollah Rafee* Pages 49-58
    In the present study, thermal performance of a microchannel heat sink with superhydrophobic walls is studied for different ratios of the wall convergence. To this end, three-dimensional Navier-Stokes equations and energy equation subject to the slip boundary conditions, viz. velocity slip and temperature jump, are numerically solved using the finite volume method. Then, the variations of thermal resistance of the heat sink with the number of channels, width- and height-tapered ratios, are studied for a fixed pumping power. The results show that by utilizing the superhydrophobic walls, the optimum width-tapered ratio of the channel is higher than that of the hydrophilic walls. The accentuated effect of the number of channels on thermal performance in the presence of liquid-solid interfacial slip weakens the effect of converging the width of the channel. It is also revealed that the optimum number of channels also increases to give prominence to the effect of interfacial slip by diminishing the smallest dimension of the channel. Finally, it is shown that for a pumping power of 0.05 W, using a heat sink with converging microchannels and superhydrophobic walls, reduces the overall thermal resistance by 28 percent, compared to that with conventional microchannels. In fact, the increase in fluid flow rate resulting from the use of converging microchannels with superhydrophobic walls outweighs the undesirable effect of temperature jump on heat transfer, in a sense that the heat sink performance augments considerably.
    Keywords: Microchannel Heat Sink, Superhydrophobic Walls, Converging Microchannels, Thermal Performance Enhancement
  • Zahra Alizadeh Kaklar, Mohamadreza Ansari * Pages 59-67
    In the present study two-phase flow within the effervescent atomizer has been simulated by the volume of fluid interface tracing model using 0.08%, 0.32%, 1.24%, and 4.9% gas-to-liquid mass ratios and 0.38 L/min liquid flow rate. The purpose of this simulation is to study two-phase flow regimes within the effervescent atomizer and their effect on the atomization quality. This study also considers the gas-liquid interface instabilities in different two-phase flow regimes inside the atomizer. The compressibility of gas phase which is rear in literature survey included in gas-to-liquid mass ratios of 1.24% and 4.9%, due to the high gas phase velocity in constant liquid flow rate and high gas-to-liquid mass ratios. The effect of gravitational force is considered in all simulations. The results of the simulation indicate that by increasing the gas-to-liquid mass ratio, the two-phase flow regime inside the discharge passage transfers from bubbly flow regime with long bubbles to annular flow regime. In addition to decreasing the liquid film thickness coming out from discharge orifice (during transform of the flow regime from bubbly flow to annular flow), the liquid interface instabilities increase in the annular flow regime and besides, where segregated ligaments from the liquid interface become shorter, thinner and more unstable. This type of regime is the most efficient flow behavior for the effervescent atomizer.
    Keywords: Effervescent atomizer, Gas-Liquid two phase flow, Volume of Fluid model, Gas-to-Liquid mass ratio
  • Hamoon Jafarian, Hoseyn Sayyaadi *, Farschad Torabi Pages 68-78
    This paper presented a numerical modeling of dew-point counter-flow indirect evaporative coolers as a potential alternative to the conventional cooling systems. Unlike the conventional method of assuming constant surface heat (mass) flux or constant surface temperature boundary condition on the separating wall, the present article calculated real boundary conditions. Real boundary conditions were obtained by simultaneous solving of momentum, energy and mass transfer equations of the two flows coupled on the wall. Calculating real boundary conditions lead to a real distribution of humidity ratio and temperature on the separating wall where at each point, the summation of heat fluxes from air streams in adjacent channels is equal to the latent heat of evaporation at that point. Moreover, the model accuracy was increased through considering hydrodynamic and thermal developing flows of two air streams. The model predicted supply air temperature under different conditions, and the results were compared against experimental data as well as previous numerical models. It was shown that the maximum deviation of the supply air temperature was under ±3.3%. Then, a parametric analysis was conducted, which studies the effects of the inlet air velocity, channel gap, channel length and returned air ratio on the supply air temperature, dew-point effectiveness, cooling capacity and pressure drop. The results indicated that increasing channel length and returned air ratio, and reducing channel gap and inlet air velocity improved the dew-point effectiveness but increased the initial cost and pressure drop and decreased the cooling capacity.
    Keywords: Indirect evaporative cooling, Dew-point coolers, Numerical modeling, Heat transfer, Mass transfer
  • Javad Safehian, Ali Akbar Akbari*, Seyed Kamal Hosseini Sani Pages 79-90
    Developed novel adaptive controller is suitable for time-varying linear system subject to harmonic reference signal with variable average and amplitude. This controller is experienced successfully at high frequencies on voice coil actuator (VCA) fatigue testing machine which has variable time-varying dynamic. In this applicable approach, assuming having linear system around operation point and slow rate time-variation, tracking control of harmonic reference signal is replaced with regulation control of average and amplitude of harmonic reference signal. In the proposed method, a Single-Input Single-Output (SISO) system estimated by a fourth-order model, is considered as the simplest decoupled Multi-Input Multi-Output (MIMO). This causes reduction in the amount of computations and no need to complicated hardware. Consequently, the proposed method provides a real-time control for implementation of random harmonic loading with rapid changes in average and amplitude. To complete control objectives, primary control by the PI controller, dynamic saturation blocks and linearization blocks, are employed. Soft start of loading due to PI controller, provides enough time for system identification of adaptive controller and guarantee avoidance of impact on specimen and credibility of fatigue test. In addition, the using of linearization blocks for trajectory planning of command signal and using of dynamic saturation blocks, restrain the overshoot of loading and prevent excitation of unmodelled dynamics. Finally, different materials under different frequency loading are successfully tested.
    Keywords: Voice coil actuator fatigue testing machine, STR adaptive controller, High frequency loading, Block loading, Tracking control to regulation control
  • Mohammad Ghayoomi Mohammadi, Ali Mahdian Ahi, Jalal Yousefi, Mehdi Ahmadi Najafabadi * Pages 91-100
    One of the main issues associated with application of laminated composites in industrial applications is their brittle-type behavior under impact loading. The low velocity impact may lead to crucial internal damages without being detectable by visual inspection and can significantly reduce the strength of laminated composites. The main purpose of this research is to characterize the damage mechanisms in laminated composites under low velocity impact tests. For this purpose, a quasi-static test was first utilized out to achieve initial information about impact tests. Low velocity impact tests were then employed for unidirectional glass/epoxy composite specimens, and Acoustic Emission (AE) signals were acquired during impact events. Next, AE signals were examined using wavelet approach to discriminate released energy related to each distinct damage mechanism. Besides, a method was obtained to estimate threshold impact energy from the quasi-static test, beyond which damage meaningfully extends. As a final point, the AE based approach using wavelet transform methodology was suggested to forecast the total damage area. Finally, it was figured out that this AE method can be a reliable approach in damage evaluation under impact loads in composite structures.
    Keywords: Damage mechanism, Acoustic Emission, Low velocity impact, Wavelet transform, Ultrasonic C-scan
  • Neda Rajabi, Mohammad Moghiman* Pages 101-108
    In this study numerical simulation of the flash furnace copper smelting, was carried out to investigate the pollutants formation in combustion of sulfide concentrates and ancillary fuels. This simulation was done with use of Eulerian framework for continuous phase flow field and Lagrangian approach for discrete phase particles. For modeling of combustion flow and applying turbulence effects on the rate of chemical reactions used the composition of Probability Density Function (PDF) and RNG, k-ε model. Due to the thermodynamically condition of flash smelting furnace, the combustion of sulfur which is exist in Concentrate particles occurs explosively and with high radiation. Calculation The effect of radiative heat transfer was done by the discrete ordinate method (DOM). The numerical simulation results show, under combustion conditions with extra air and in partly high temperatures (>1273K) the only noteworthy sulfurous species are SO2 and in colder points SO2 is transformed to SO3. In the points which enough oxygen is not available, the concentration of SO, and S2 unburned are increased. The results also show, the maximum temperature is decreased with increase of existing sulfur in the concentrate particles and the minimum temperature is increased, because the radiation intensity is increased so the furnace temperature is more uniformly. This behavior has a significant influence on reduction thermal NOx emission.
    Keywords: Sulfur, Flash Furnace, SOx, NOX, prepdf
  • Mohammad Ekrami, Hamed Ahmadi, Mohammad Bayat*, Hadi Sabouri Pages 109-118
    In this paper, drop weight impact tests using projectiles with different nose shapes on GLARE 3 are examined experimentally. GLARE targets are made of two aluminum sheets and six composite layers by hand lay-up method. The composite layers are constructed using unidirectional E-glass fiber and cy219 resin with adding hy5161 as a hardener. The projectiles are manufactured in flat, hemispherical and conical 90̊ nose shapes and hardened. The projectiles collide to targets with initial impact energies of 40, 55 and 70 Joule. In this study, the effects of nose shape at the maximum impact force, the penetration, the energy absorption, and damage zone are examined. The results show that conical projectile in all three impact energies and hemispherical projectile at 55 and 70 Joule fully penetrate targets. Under impacts of the flat projectile, a shear plug is formed on the upper face of targets and a plastic deformation is created on the bottom face of targets in impact energies of 40 and 55 Joule. For hemispherical projectile at 40 Joule and for flat one at 70 Joule, the tensile stresses in the aluminum sheet located at the bottom face of target result in longitudinal crack. Moreover, results show that the maximum and minimum contact force and energy absorption are occurred in the projectile with flat and conical nose shapes, respectively.
    Keywords: GLARE, Low velocity impact, Projectile nose shape, Impact Energy Absorption, Fiber Metal Laminates
  • Seyed Asadollah Shaker, Mahmud Khodadad*, Hosein Ashrafi Pages 119-130
    Identification of the thermal conductivity of a functionally graded material (FGM) is considered as an inverse heat conduction problem. ýIn this investigation, the measurements of the temperatures on the portion of the 2D body where heat flux is specified as the boundary ýcondition and/or the heat flux on the portion of the boundary where temperature is specified as the boundary condition are used as ýadditional data needed to identify the thermal conductivity of the FGM domain in an inverse procedure. The thermal conductivity is ýapproximated as a quadratic function of only one direction, and therefore three constant coefficients should be estimated simultaneously.ýþ þThe solution of the direct heat conduction problem forþ þFGM domain is obtained using the boundary elements method (BEM).ýþ þThe ýimperialist competitive algorithm (ICA) which is an evolutionary and meta-heuristic global optimization is used to identify the constants ýin the thermal conductivity function of the quadratic FGM. An inverse computer code is developed which employs the boundary ýtemperature and heat flux measurements data obtained by solving the direct boundary elements code with known thermal conductivity. ýTo show the feasibility and effectiveness of the developed inverse code, a number of example problems are solved and results are ýverified.ý
    Keywords: inverse problem, Identification of property, imperialist competitive algorithm (ICA), Boundary Elements Method (BEM), Functionally Graded Material ýý(FGM)ý
  • Ehsan Shakouri *, Mehdi Maerefat Pages 131-140
    Bone fracture occurs as a result of accident, old age and disease. Generally bone fracture treatment consists of stabilizing the fractured bone in the right position. In complex fractures, stabilizing internal and external tools and equipment is used to stabilize the fractured bone in position. Bone drilling is required in order to connect fixating devices. The forces required for chip formation increase the temperature during bone drilling. The phenomenon of thermal necrosis of the bone occurs if the temperature exceeds 47°C. Thermal necrosis inhibit bone fixation and causes the wrong bone healing. In this study has been trying to calculate the heat of drilling process using the machining theory and estimate the share of heat input to the bone by the Weiner theory. Drilling tests conducted on samples of bovine bones and temperature changes in the location of the hole are measured and using inverse conduction heat transfer method, the heat input is calculated and compared with the theoretical heat. Results showed that the experimental and theoretical heats at different processing conditions are close to each other and revealed that the machining and Weiner theories are able to predict the heat input to the bone and temperature changes in the position of the hole.
    Keywords: Bone, Internal Fixation, Drilling, Heat Generation, Weiner Theory, Inverse Conduction Heat Transfer
  • Hoda Sarparast, Siamak Esmaeilzade Khadem* Pages 141-151
    The vibration analysis of curved composite structures under the moving vehicles, is rarely investigated in litreture. Therefore, this paper is studied the dynamic response of a simply supported laminated deep curved beam under a moving load based on Timoshenko beam theory.It is assumed that the curvature of the beam and the amplitude and the speed of the moving load areconstant.The governing equations of motion for the system is extracted by Hamilton principles. A numerical and analytical methods are applied to obtain the dynamic response of the system.Also, the critical speed of the moving load and the fundamental frequency of the beam are obtained. The effects of the moving load characteristics, geometrical and material parameters such as the moving load speed, the radius of curvature and the modulus of elasticity in principal direction on the dynamic responses, fundamental frequency and critical speed of the system are investigated. The results show that the minimum and maximum deflection of the beam are occurred for lay-up [90/0/90/0] and [45/-45/-45/45]respectively. Furethermore, the increasing of the speed movingload leads to the decreasing thedynamic deflection. It is also shown that the increasing of the radius of the curved beams leads to the decreasingof the frequency and critical speed moving load.
    Keywords: dynamic analysis, Moving Load, Laminated composite, Curved Timoshenko Beam, Critical Speed
  • Hassan Naseh*, Ali Alipour Pages 152-160
    The purpose of this article is to design the optimum method of Propellant Management Device (PMD) of hydrazine fuel tank which used in zero-gravity conditions. To this end, numerical methods are used to analysis of the tank and the fuel behavior inside the tank with PMD to optimize system design parameters. Hence, Ansys version 17 software used to finalize modelling, analysis, meshing and consideration of fuel behavior in PMD by utilizing the Volume Of Fluid (VOF) method. Also Solid Works software version 2016 is used to primary PMD and tank modeling. Then, numerical simulation is performed to consider PMD's performance and to illustrate the capillary phenomenon for continues fuel transferring in zero-gravity conditions. The design variables in tank and PMD optimization respectively are: minimizing the tank weight to safety factor ratio; dimensional specifications of tank and PMD (height, diameter, length and width dimensions). The objectives of PMD optimization are to achieve maximum volumetric and mass flow rate values. On the other hands, to achieve the most desirable amount of fuel to PMD, that at the end of the time of simulation used by flow rates curves. Numerical analysis results that are obtained include: optimal system parameters related to the specifications of the tank with minimum weight and maximum safety factor and also optimal system parameters related to specifications of PMD with maximum performance of mass and volume flow rates in zero gravity. In conclusion, by comparing the existing systems with the optimal system parameters results will be verified.
    Keywords: optimal design, Propellant management Device (PMD), Numerical analysis, Hydrazine, Fuel tank
  • Mohammad Ghaffari, Ali Tavakoli Sabour, Mahmoud Passandideh Fard* Pages 161-170
    The growing and diverse applications of low Reynolds number operating vehicles impose the need for their accurate study. Optimization is an important part of computational science that can improve the performance and increase the efficiency of the initial geometry. most of the research studies on aerodynamic optimization were focused on high Reynolds number airfoils. But for aerodynamic devices that have small dimensions, like MAVs, usually the flow speed is low and thus the unsteady effects caused by boundary layer separation cannot be neglected. In this article, oscillating airfoil with pitching motion in turbulent and low Reynolds flow has been optimized with the continuous adjoint method. Drag to lift ratio was chosen to be the objective function and free form deformation parameters is adopted for the surface geometry perturbations. Since aerodynamic optimization generally consists of two parts, first solving the flow equation and then computing the gradient of the objective function, in this article in order to evaluate the accuracy of the optimization process both has been validated. The results show that the adjoint equation converges well and with specifying the suitable constraints, the designed shape approaches to the most optimized level without the loss of performance.
    Keywords: Unsteady Adjoint Method, Optimization, Low Reynolds Numbers, Turbulent Flow, Unstructured grids
  • Siamak Soleymani Shishvan* Pages 171-179
    High temperature creep in nickel-based superalloys is investigated by discrete dislocation plasticity (DDP). A two-dimensional unite cell model representing micro-structure of superalloy and comprising γ^' particles in γ matrix phase is considered under uniaxial constant stress loading. While plastic deformation of γ phase occurs by a combination of dislocation glide and dislocation climb coupled to the diffusion of vacancies, elastic γ^' particles undergo deformation due to the stress-driven interfacial diffusion at the γ/γ^' interfaces in addition to bulk elastic deformation. It is noted that diffusion of vacancies is explicitly considered where local concentration of vacancies determines climb of dislocations. This model predicts the onset of tertiary creep in superalloys as extensively observed in experiments for commercially important nickel-based superalloys at moderate stress and temperature levels. Possible associated mechanisms are accordingly discussed. Moreover, effects of parameters such as volume fraction of γ^' particles are studied and discussed. Superalloys with three values for volume fraction of γ^' particles are investigated and obtained results indicate that the volume fraction of γ^' particles plays an important role in the creep behaviour of superalloys. Results of this study can be used in a continuum constitutive rule to investigate structural components under operational conditions.
    Keywords: Single crystal superalloy, high temperature creep, discrete dislocation plasticity, vacancy diffusion, interfacial diffusion
  • Davood Rahmatabadi, Moslem Tayyebi, Ramin Hashemi *, Beitallah Eghbali Pages 180-184
    In this investigation, for the first time, used from Cross Accumulative Roll Bonding to produced Al/Cu/SiC composite. Microstructure and mechanical properties of produced composite were evaluated by using of optic microscopy, scanning electron microscopy, uni-axial tensile test, microhardness, respectively. Results of microstructure showed that after eight pass, has a perfectly uniform distribution of reinforcing and strong bond between particles. Tensile strength fell at the first and then continuously increased. Also trend of tensile strength and elongation was similar. Microhardness value for aluminum and copper layers of produced composite 1469% and 163% enhanced compare to annealed samples, respectively. Investigation of tensile fracture surface after eight pass showed that the mechanism of fracture in shear ductile for Al matrix.
    Keywords: CARB process, layered Al-Cu composite, reinforcement SiC particles, mechanical properties, microstructure
  • Nematollah Fouladi * Pages 185-196
    During transient phase of motor burning in an altitude test simulator, the low momentum exhaust combustion gases could not establish supersonic flow in the exhaust diffuser. This leads to a reverse flow of the exhaust gases into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. This spoils the vacuum in the chamber and it is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. In this research; at the first, the physics of the flow at initial transient phase of motor burning is investigated numerically and the backflow phenomenon is illustrated. Then, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber pressure and temperature are studied at the transient starting phase. It has been found that applying BFA to decrease the backflow to the vacuum chamber has no significant effect on starting time of the diffuser but it has strong effect on peak pressure and temperature reduction of the vacuum chamber. It is although found that attaining to the steady condition in vacuum chamber is delayed with this instrument. However, using one-way backflow arrester of reasonable size, both the starting time of diffuser and the peak temperature of the vacuum chamber experience a strong reduction. Although, the vacuum chamber steady condition is accelerated with this alternative. Therefore, this device is more suitable than conventional BFA for transient starting phase of the altitude test simulators.
    Keywords: Altitude test simulator, backflow arrester, diffuser starting time, Computational fluid dynamics
  • Amir Veysi Gorgabad, Ghader Rezazadeh*, Rasoul Shabani Pages 197-206
    In this paper the nonlinear dynamic of an electrostatically actuated microbeam with viscoelastic-anelastic behavior considering size effect is studied. The micro-beam is deflected using a bias DC voltage and then driven to vibrate around its deflected position by a harmonic AC load. Regarding the stress-strain behavior of anelastic materials, the constitutive equation of microbeams is derived based on the modified couple stress theory (MCST). Assuming electrostatic and mid-plane stretching forces as the main sources of the nonlinearity and taking advantage of the Galerkin projection method, the partial differential equation is transformed to a set of nonlinear ordinary differential equation (ODE). Multiple scales method is used to obtain an approximate analytical solution for nonlinear resonant curves. The effect of different mechanical behaviors of materials including elasticity, viscoelasticity and anelasticity, length scale parameter, anelastic relaxation time and relaxation intensity on the nonlinear vibration analysis are studied. The results demonstrate that there is very large dependence of resonance curves on the different mechanical behavior of materials. It is seen that there are special conditions which the elastic and anelastic models predict similar results while the predicted results from anelastic and viscoelastic models are different from each other. It is found that the relaxation intensity and anelastic relxation time can change the resonant curves significantly.
    Keywords: Anelasticity, Viscoelasticity, Nonlinear analysis, Electrostatic Actuation, Microbeam
  • Bahman Vahidi *, Esmaeel Rahimpour, Zahra Mollahoseini Pages 207-216
    Stem cells due to their ability of self-renewing and the potential of differentiating to different cell lineages are the ideal choices in regenerative tissue engineering. Under cyclic loading, these cells could differentiate to those kind of cells that experience similar conditions inside the body, like osteocytes and chondrocytes. In this research, the purpose is to investigate the effect of the 10 percent cyclic strain with the frequency of 1 Hertz on the mechanical response of a single mesenchymal stem cell cultured in a fibrin hydrogel block, using the finite element method and considering the role of integrins and implementing the Simo’s hyper-viscoelastic model for the cytoskeleton as long as the uniaxial loading leads the cell to differentiate toward Fibrochondrocyte. The results of presented model show that the averages of the circumferential, radial and shear stresses are 240, 260 and 140 Pascal, respectively and corresponding forces are 24, 45 and 15 Pico-Newton. The results imply that stresses and forces generated inside the cytoskeleton are large enough to elicit a different response from the cell. This research results can be very effective for better designing of biological experiments.
    Keywords: Mesenchymal stem cells, Cyclic loading, Hyper – viscoelasticity, Focal adhesions, Chondrogenic differentiation
  • Mohammad Reza Moarefzadeh* Pages 217-224
    Reliability analysis of mechanical systems, in some special circumstances, may suffer technical difficulties which need desirable solutions. One such a case may exist when working in a space of highly correlated random variables and/or the space of random variables with extremely different variances. If in these spaces; which are so-called "extremely non-proportional spaces"; the relevant limit state function is also highly nonlinear, simulation methods are normally preferred for reliability analysis. Directional simulation is one of these methods which is fully well-known. This method, however, may be not efficient if it is crudely applied in these spaces. In such conditions, directional simulation often needs a massive computational effort in order to achieve good and reasonable results. In this paper reliability analysis of a blade of a hydro-kinetic turbine (as an important mechanical system) is performed whose random variable's variances are extremely different and thus create a non-proportional space for directional simulation. To make the analysis more efficient, use of an importance sampling technique with a set of novel relationships is proposed in this paper. These relationships make the required calculations not only possible, they facilitate the computations to be very fast and efficient compared to those normally used in conjunction with traditional importance sampling methods.
    Keywords: Reliability, hydrokinetic turbine, directional simulation, Importance Sampling, safety index, Probability of failure
  • Vahid Esfahanian, Behnoud Jodeiri Habibi, Maziar Shafaee* Pages 225-235
    One of the methods for solving Navier-Stokes equations in order to analyse aerodynamic flows is using finite volume method. Since aerodynamic flows are mostly in the range of compressible flows, here one of the density based algorithm (CUSP) have been studied to connecting equations. So here by adding LD (Low diffusion) part to the CUSP method a new method LDE (Low diffusion E-CUSP) have been created which containing new improved discretizations and it has been extended for a unstructured two dimensional mesh. Because of using edge-based data structure it gives the ability to solve the unstructured and structured meshes. Also the discretization of time section is done explicitly by Runge-Kutta method. It has acceptable stability range in compare with the amount of calculation utilized. Then, the results of new improved method (LDE) have been studied for a unstructured 2d mesh and compared with old method which it has been improved for unstructured mesh. The results show that the convergence time and the number of iterations to reach desired error are reduced. Also error percentage of numerical results like pressure coefficient is reduced. Moreover, dissipation of this new method does better than first method in terms of capturing shock location in a proper way.
    Keywords: Inviscid 2D Flow, CUSP2011Method (Low Diffusion E-CUSP or LDE), CUSP1995 Method, Unstructured, structured edge-based grid, Compressible flow
  • Seyed Hossein Sadati *, Mohammad Reza Chegini, Hassan Salarieh Pages 236-244
    In this paper, we investigate chaos in attitude dynamics of a rigid satellite in an elliptic orbit analytically and numerically. The goal in the analytical part is to prove the existence of chaos and then to find a relation for the width of chaotic layers based on the parameters of the system. The numerical part is aimed at validating the analytical method using the Poincare maps and the plots obtained on the sensitivity to initial conditions. For this end, first, the Hamiltonian for the unperturbed system is derived. This Hamiltonian has three degrees of freedom due to the three-axis free rotation of the satellite. However, the unperturbed attitude dynamics has two first-integrals of motion, namely, the energy and the angular momentum. Next, we use the Serret-Andoyer transformation and reduce the unperturbed system Hamiltonian to one-degree of freedom. Then, the gravity gradient perturbation due to moving in an elliptic orbit is approximated in Serret-Andoyer variables and time. Due to this approximation and simplification, the system Hamiltonian transforms to a one-degree-of-freedom non-autonomous one. After that, Melnikov’s method is used to prove the existence of chaos around the heteroclinic orbits of the system. Finally, a relation for calculating the width of chaotic layers around the heteroclinic orbits in the Poincare map of the Serret-Andoyer variables is analytically derived. Results show that the analytical method gives a good approximation of the width of chaotic layers. Moreover, the results show that the analytical method is accurate even for orbits with large eccentricities.
    Keywords: Chaos, Rigid satellite, Elliptic Orbit, Serret-Andoyer Transformation, Poincare map
  • Ali Talezadehlari, Gholam Hossein Rahimi * Pages 245-256
    Although many researchers investigated the effect of geometrical imperfection on the buckling load of unstiffened shells, the stiffened shells were not studied yet. In this paper, the effects of geometrical imperfection the buckling load of unstiffened and stiffened composite shell with and without cutout are investigated. For this goal, several specimens are manufactured and tested. The mechanical properties of fibers and resin matrix and volume fraction of fibers in the shell and the stiffeners are determined based on the standard tests. Finally, the mechanical properties of each component are calculated by micromechanical relations. These properties are used for finite element modeling by ABAQUS package. Linear eigen value analysis and nonlinear RIKS method -which can consider the geometrical imperfection- are used. FE results are validated in comparison with experimental tests. Using FE model, the effects of imperfection amplitude on the buckling behavior of unstiffened and stiffened shell with and without cutout are studied. The results show that geometrical imperfections have more effect on the buckling load of unstiffened shells in comparison with stiffened ones. Nevertheless, ignoring these imperfections and using eigen value analysis overestimate the buckling load. This fact is more evidence for shells without an opening. In perforated shells, the cutout itself represents an imperfection that is much more significant than geometric imperfections.
    Keywords: Geometrical Imperfection, Stiffened Composite Cylinder, opening, Experimental study, Numerical analysis
  • Seyed Mostafa Khodashenas, Mahsa Hajialibabaie, Ali Keshavarz Valian* Pages 257-264
    Vapor compression is an effective method of desalination in a small scale system. Such system has two hot outlet flows. These flows are used to preheat the feedwater. In this research, tube-in-tube heat exchanger with different number of inner tubes was designed and constructed as preheater. This heat exchanger contains many inner tubes where each tube is a separate inner flow line for hot flow. Heat exchanger was tested with one, two and three inner tubes. Volumetric flow rates varried from 30 to 120 lit/hr in annulus and 20 to 90 lit/hr for inner tubes respectively. The results showed that by changing number of inner tubes from 1 to 3, heat transfer increased 29%. However, 38.4% decrease in equivalent hydraulic diameter led to 22% drop in average nusselt number. Afterward, a dimensionless coefficient of performance enhancement, defined as the ratio of heat transfer rate variation and the required pumping power, used to determine number of inner tubes. The results implied that heat exchanger performance improved by increasing the number of inner tubes from 1 to 2. But there is no significant improvement when number of inner tubes changes from 2 to 3. Finally, a semi-emperical equation is presented for determination of Nusselt number in a heat exchanger with two inner tubes. This study indicated that this type of heat exchanger has the best performance for the system within the tested range.
    Keywords: tube-tube heat exchanger, Vapor compression, Desalination system, Heat Transfer Coefficient
  • Hamed Mohammadzadeh *, Mohammad Hossein Abolbashari Pages 265-272
    Reliability and optimization are two key elements for structural design. The reliability-based topology optimization (RBTO) is a powerful and promising methodology for finding the optimum topologies with the uncertainties. In this paper, the particle swarm algorithm (PSO) using performance measure approach (PMA) is proposed in the RBTO procedure. Conventionally, the approximate limit state function along with the most probable point (MPP) search algorithms is used for calculation the reliability index. On the other hand, the choice of penalty function for having a convergent search plays a critical role. In addition one does not need to use approximate limit state function and calculating the derivatives of limit state function with respect to random variables. Furthermore, the convergence problem of the MPP search algorithms for complicated limit state functions does not exist. This paper presents RBTO using bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) with an improved filter scheme. The topologies obtained by RBTO are compared with that of obtained by deterministic topology optimization (DTO). Results of the RBTO using PSO show that PSO can be effectively applied to RBTO and its use is quite simple.
    Keywords: Reliability, Particle Swarm Algorithm, Bidirectional evolutionary structural optimization
  • Hossein Mahdizadeh*, Hadi Cheharbidi, Sadegh Moodi Pages 273-282
    Modelling of flood waves within surface and subsurface network is quite complicated. This complexity is mainly with respect to different flow regimes propagation into the sewer network which interacts with each other at connections between underground networks. The main purpose of the present paper is modelling and hydrodynamic prediction of these types of bore interactions using the shallow water equations. The shallow water equations are then solved using a second-order accurate HLLC Riemann which is able to model the wave propagation over wet and dry states based upon a combination of particular Riemann wave speeds. Friction terms are treated in a separate way within the associated source terms. First, the numerical solver is employed to model the shock and rarefaction waves over the wet and dry states and the achieved numerical results are compared with the exact solution. Then, the effect of friction terms for the one-dimensional dam failure propagation over wet and dry bed is considered and the computed results are compared with the STAR-CD which is a Navier-Stokes solver. Finally, two-dimensional flood wave propagation is modelled within a rectangular sewage section and the obtained results are validated with the three-dimensional STAR-CD results. The numerical results demonstrate that the defined numerical solver in both one and two-dimensional provides very good agreement with the exact solution and Navier-Stokes solver.
    Keywords: Shallow Water Equations, HLLC Riemann solver, Interacting bores, Sewer network, Navier-Stokes Equations
  • Elyas Kermani, Ehsan Roohi * Pages 283-294
    Accurate modeling of the sub-grid scales (SGS) is crucial in determining the accuracy of the large eddy simulations (LES) in turbulent flow analysis. In recent years, new branches of the sub-grid scales models called gradient-based models were developed in computing the sub-grid scales stresses and heat fluxes and used in large eddy simulations. In this work, the modulated gradient model (MGM) equations were implemented in the OpenFOAM package, and pimpleFoam solver was modified to improve the solution accuracy. The modulated gradient model is based on the Taylor-series expansion of the sub-grid scales stress and employs the local equilibrium hypothesis to evaluate the sub-grid scales kinetic energy. To assess the accuracy of the modulated gradient model as well as the improved pimpleFoam solver, turbulent channel flow at a frictional Reynolds number of 395 was simulated via the OpenFOAM package and results were compared with the direct numerical simulation (DNS) data as well as the numerical solution of the Smagorinsky, Dynamic Smagorinsky, Deardorff models. The results show that modulated gradient model evaluates first and second order turbulence parameters with a high-level of accuracy.
    Keywords: Modulated Gradient Model (MGM), Sub-Grid Scale Stress Tensor, Turbulent channel flow, OpenFOAM software
  • Ali Basti *, Hamed Khanipoor Pages 295-306
    Manufacturing structures with light weight and high strength in the industry is growing. Therefore, use of bent profiles and tubes in structures is increasing. In this paper, method of the incremental tube forming for bending tube is investigated. In this method using combination of spining and bending tube simultaneously improves the bending process for high-strength metals. The analytical model for incremental tube forming process is provided. The model is used for understanding the physics of the process and determine the amount of the required bending moment. In addition, numerical modeling of the incremental tube forming process for to forecast failures caused by bending is performed. The numerical modeling has been used to evaluate the effective parameters on the incremental tube forming process, such as feeding the second step, the rotational speed of spinning tool, feeding tube axis in the whole process and the effect of attack angle the spinning rolls and the results show The numerical model can be used to examine defects related to the speed of the process and Before producing the appropriate parameters to produce higher quality final product selected.
    Keywords: Bending tube, Incremental tube forming, analytical model, Numerical model
  • Mehran Charkhi, Davood Akbari * Pages 307-315
    In this paper, thermo-mechanical behavior of the welding process was analyzed to determine the effect of edge preparation on the residual stress magnitude and distribution in dissimilar joints. By using a verified finite element model, an efficient user subroutine was developed to consider the effects of phase transformation. In order to verify the model, experimental data for similar and dissimilar joints, obtained by deep hole drilling method, were utilized. Good agreement was observed between the finite element and experimental data. The results indicated that the developed computational method is an effective tool to predict the residual stress of dissimilar weld joints. The present finite element model was developed in a butt-welded pipe to consider the effect of pipe wall-thickness, groove shape and root opening distance. It was observed that the pipe wall-thickness has important influences on the distribution and magnitude of residual stress. Moreover, By increasing the pipe thickness in the dissimilar butt-welded pipes, tensile axial residual stresses on the inner surface of the dissimilar joint decreased on the stainless steel side, but only a small variation was observed on the carbon steel side. compressive axial residual stresses on the inner surface and the tensile axial residual stresses on the outer surface increased by increasing the pipe wall thickness especially on the carbon steel side. Increasing of the weld groove shape and root opening distance lead to higher compressive axial stresses on the inner surface and higher tensile axial stresses on the outer surface, only on the carbon steel side.
    Keywords: Residual stresses, groove shape, root opening distance
  • Alireza Abbasi, Saeid Amini *, Ghanbarali Shikhzade Pages 316-324
    In this study, a non-distractive method of x-ray diffraction (XRD) was used to determine residual stress of rolling mill rolls made of graphite steel (GSH48). This method utilizes the variations of distance between crystal planes as strain. The determination of residual stress was performed samples in different depths before and after conducting ultrasonic peening technology. In UPT process, impacts were exerted on the workpiece ball tool, resulting in the improvement of some mechanical properties such as residual stress by creating work hardening and compression. After the simulation and manufacturing of ultrasonic vibratory tool and then the installation of that on lathe machine, UPT operations were conducted on the prepared samples. Measuring residual stress from surface to 0.5 mm depth was performed before and after the UPT process. After the numerical simulation of the UPT, the distribution of experimental residual stress and numerical simulation was compared that the results suggested the increase of compressive residual stress about 0.4 mm from the surface after the UPT process. The rise of compressive residual stress in the rolling mill rolls leads to the increase of their strength and fatigue life and as a result, their working efficiency is boosted. After the UPT process, the grain size of the surface was calculated from the model of the x-ray diffraction using Viliamson-Hall relation that grain size was obtained 60.2 nm. The refinement of surface structure arises because of displacement arrangement again due to vibration with high frequency and severe plastic deformation after the UPT process.
    Keywords: Ultrasonic Peening Technology (UPT), Abaqus, X-ray diffraction, Residual stresses, Grain size
  • Mahdi Haj Mohammadi Hossein Abadi, Hamed Shahbazi *, Hossein Karimpour, Kamal Jamshidi Pages 325-332
    Using model reference adaptive control, we are looking for automatic setting of controller parameters such that the system response under different inertial conditions follows a single reference model. A camera stabilizer or gimbal consists of a movable stand for camera that enables a smooth picture capture. One of the inconveniencies of the commercial gimbals is that they are specific to carry their own cameras. If a new camera is installed on them, the gimbal cannot maintain its primary function properly. This problem occurs because of the different mass, inertia and centroid position of cameras. One of the important aspects in this particular application is the real-time implementation of control laws developed on software environments such as MATLAB on the real system. In this paper, a two-degrees of freedom gimbal has been designed and fabricated with paying attention to use hardwares ith fast response time. Then a PID- Model Reference Adaptive Control has been implemented on this hardware. Finally, the efficiency and robustness of this model reference adaptive controller was investigated both numerically and practically against various sources of disturbances .
    Keywords: Gimbal, Model Reference Adaptive Control, stabilizer
  • Nozar Akbari *, Soheil Sheikhi Pages 333-342
    Regarding the growing cost of energy, shortage of resources, and environmental issues, the importance of reducing energy consumption and optimization of related industries has been revealed more than anytime. Solar energy is one of the suitable solutions to acquire clean and cheap energy. The first step is to design the cycle using Aspen HYSYS simulator. After that exergy analysis is carried out on the proposed system. Results show that LPT2, LPT3 and HEX2 have the highest exergy destruction and should be considered for revision. Results of exergy analysis are then examined more deeply with the help of advanced exergy analysis. In this section exergy destruction is divided into four parts, endogenous/exogenous and avoidable/unavoidable to investigate the precise reason of the components’ exergy destruction. Results show that the three components which had the most exergy destruction, are the real reason behind exogenous exergy destruction of the system so by optimizing these components we can also decrease the total exergy destruction of the system too. At last by choosing the right variables and total produced work as the primary function, the optimization is done using the Aspen HYSYS optimizer and the optimized parameters are compared to the basic parameters which resulted in more power production and less exergy destruction and production cost.
    Keywords: Aspen HYSYS, Solar Energy, Advanced exergy analysis, Optimization
  • Mobin Masoomi, Mahdi Yousefifard *, Abas Ramiar Pages 343-352
    In this article, rigid wedge water entry problem under different conditions are evaluated using numerical scheme. It continues to be one of the fundamental issues raised in the hydrodynamics studies and known as a reference for the study of slamming phenomena. The exact calculation of the pressure caused by the slamming phenomenon can be used to analyze the appropriate structural analysis of the ships. In the current study, important variables such as speed and fluid pressure is investigated using computational fluid dynamics method based on the open source OpenFOAM code by numerical solution of the governing equations of tow phase fluid. In order to verify the simulation results obtained from this research, he values of the maximum pressure and t he location and exact time of its occurrence and also pressure coefficient distribution at the impact region have been compared by experimental results of other studies. These investigations have been utilized at different impact velocities and angles. By comparing the numerical results and experimental values, an error was found in the range of 2 to 9%. In addition, variables affecting the pressure applied to the wedge such as water entry velocity and different deadrise angles have been studied.
    Keywords: Deadrise Angle, OpenFOAM, Rigid Wedge, Pressure coefficient
  • Soheil Salighe, Hossein Mohammadi * Pages 353-362
    In the present article, a real mass-spring system under external excitation with time-varying frequency is studied. The external excitation causes additional oscillations in the real mass-spring system response which disrupt the path tracking procedure. Adaptive control law, which is considered for annihilating the additional oscillations, is equal to a virtual vibration absorber which its stiffness regardless of the real system and external excitation uncertainties, can be updated based on the linear absorber theory until the natural frequency of the absorber reaches the excitation frequency. The variation of the frequency is based on the step and ramp function which relatively are equal to the sudden and transient change from the initial value to the final value of the frequency. Besides, the effects of the noise with various amplitudes existed in the transient variation of the frequency on updating the virtual absorber stiffness is developed. Simulation results are presented to demonstrate that the determined adaptation law guarantees the adaptation of virtual absorber stiffness considering excitation frequency variation based on both step function and ramp function and eliminates additional vibrations of the real system.
    Keywords: Vibration Absorber, adaptive control, Time-varying Excitation Frequency, Noise
  • Majid Khazaee, Ali Salehzadeh Nobari *, Meghdad Khazaee Pages 363-372
    In this paper, a vibration-based damage detection approach for multi-layered woven glass laminate using time signal processing and Neural Network (NN) is presented. In order to reduce noise in the experimental extracted signals, wavelet-based denoising has been applied. After data mining and feature extraction from processed signals, NN as a classifier is employed to detect the damaged GFRP. Different NN structures were tested in order to enhance the damage detection performance to recognize the most remarkable performance. Also, the performance of the presented method was evaluated when different mother of wavelets at different decomposition levels denoise signals so that the best signal processing method is selected. The results demonstrate the effect of NN structure on the damage detection technique, which in this research the best NN performance was obtained with 75 hidden layers and allocating 80%, 10% and 10% of data to training, evaluation and testing, respectively. Furthermore, denoising using db3 and bior3.7 mother wavelets at 2nd decomposition level leads to the highest accuracy as well as suitable calculation time compared to other mother wavelets. The proposed method based on real data at the data acquisition points detects damage in composite laminate with high accuracy at reasonable calculation time, hence it can be used for condition monitoring of composite laminate either offline or online, provided that adding online data acquisition equipment.
    Keywords: GFRP, Damage Detection, Neural Network, Denoising, Wavelet transform
  • Shahrooz Yoosefzadeh, Mohammad Reza Isvandzibaei *, Majid Gheysari Pages 373-385
    This research presents the study on mechanical buckling of thick-walled cylindrical shell made of functionally graded materials with ring supported under uniform axial and lateral loads. The mechanical properties of shell are variable along the thickness direction. First the governing equations on the buckling of the FGM cylindrical shell supported with ring are established based on third-order shear deformation theory. Then the governing characteristic equations were employed, using energy method and by applying the Ritz technique. In the following with solving characteristic equations, the critical load buckling of the FGM thick-walled cylindrical shell supported with axial and lateral loads are calculated. The boundary conditions represented by end conditions of the FGM shell are the following: clamped-clamped and free-free. To verify the validity of the proposed analytical method the results of this research are compared with the results came from using the finite element software. Finally, the effects of the different parameters such as thickness variations, boundary conditions, loading conditions and geometrical parameters of shell and ring on the buckling behavior of FGM thick-walled cylindrical shell are investigated. The results showed that by increasing the FGM volume fraction power in the shell structure, the critical buckling load increases and the location of the ring support has the significant effect on the critical buckling load. The results presented can be used as an important benchmark for researchers to validate their numerical and analytical methods.
    Keywords: Buckling, FGM, Shell, Ring, Uniform Loads
  • Pourya Shahverdi, Mehdi Tale Masouleh * Pages 386-396
    This paper investigated the imitation of human motions by a NAO humanoid robot which can be regarded as a human-robot interaction research. In this research, first, human motion is captured by a Kinect 3-dimentional camera through a Robot Operating System (ROS) package. Captured motion is then mapped into the robot’s dimension due to the differences between human and humanoid robot dimensions. After performing the mapping procedure, the solution of both forward and inverse kinematic problem of the robot are solved. To this end, a “Distal” form of forward kinematics solution of the NAO humanoid robot is computed and based on the latter form an analytical inverse kinematics solution for the whole-body imitation purpose is used. The foregoing issue, as one of the contributions of this paper, can be regarded as one of the main reason for obtaining a smooth imitation. In order to keep the robot’s stability during the imitation, an ankle strategy based on a Linear Inverted Pendulum Model (LIPM) and the Ground projection of the Center of Mass (GCoM) criteria is introduced. Moreover, the latter LIPM is controlled by a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller for two cases, namely, double and single support phases. Considering the limitation on the motion capture device, from experimental and simulation results obtained by implementing the proposed method on a NAO-H25 Version4 it can be inferred that the robot exhibits an accurate, smooth and fast whole-body motion imitation.
    Keywords: Motion Imitation, Motion Capture System, Kinematics, Nao Humanoid Robot, Balance control
  • Abdollah Karimi, Reza Hasanzadeh Ghasemi * Pages 397-404
    Currently, hovering type autonomous underwater vehicles (HAUV’s) are very noteworthy, due to theirs unique capabilities and features. Appropriate maneuverability and controllability is the most important feature for a HAUV that, make it better than other AUV’s. In order to increase stability and controllability of robot, the ballast tank is applied for a HAUV. Using of ballast tank in HAUV was not common before. In this paper a new underwater vehicle is presented, including three ballast tanks and three thrusters. In this underwater vehicle, the number of thrusters is less than original robot. In this paper, dynamics modeling and tracking control of this new underwater vehicle is investigated. The results show that the heave and pitch DOF’s can be reachable by using of the ballast tanks and we don’t need to use extra thrusters for these degrees of freedoms.
    Keywords: Hovering Type Autonomous Underwater Vehicle, dynamic modeling, Ballast tank
  • Mohammad Hossein Nodeh Farahani, Mohammad Hossein Sadeghi *, Amir Rasti Pages 405-412
    Nowadays, Ease of accessibility to natural oil and gas wells has fallen significantly due to continues drilling operations. Therefore, oil fields came after deep drilling and horizontal and directional drilling methods. However, due to more complex conditions in these wells, rods fails mostly. This failure occurs in rod joints as the weakest link. In this research, API NC46 standard tool joint has been investigated considering real oil well condition. The goal is to find the weakest points in the drilling rod and present an economical and practical solution to increase the life time. Results show that the maximum stress occurs in the first engaged thread of pin and last engaged thread of box which makes these areas more vulnerable. In the following, using optimization of joint main parameters including threads geometry, make-up torque and shoulder sealing design, a new plan will represent that have higher fatigue life than the similar API standard tool joint. Maximum stress concentration factor of improved tool joints relatively decrease from 3.47 to 2.86 compared to standard joint. In addition Experimental tests show that the average fatigue life of improved joint is 2.3 times more than the standard tool joint.
    Keywords: Down-hole drilling, API tool joints, Fatigue Life
  • Niloofar Parhizkar, Abolghasem Naghash* Pages 413-420
    Comparison of Back stepping method optimized via particle swarm optimization algorithm and LQR method for hovering control of a quadrotor is presented in this paper. Quadrotor is not a stable dynamical system and development of high performance controllers for it is important. First the dynamic model of a quadrotor is introduced and state-space equations are presented in order to simulate the dynamic model. Then two Back stepping and LQR controllers are designed to control Euler angles and height of the quadrotor. In order to optimize back stepping controller, its parameters are determined using particle swarm optimization algorithm to minimize cost function considered for LQR controller. Also commands to the motors are calculated and plotted to show the feasibility of the controller. To obtain better comparison, the cost function is calculated for different weighting matrices of Q and R for two controllers and the results are compared. The results show that Back stepping controller has more ability to minimize the cost function in comparison to LQR and the cost function in Back stepping has less values for several choices of weighting matrices.
    Keywords: Back stepping, LQR, PSO algorithm, cost function, Optimization
  • Effat Soleimani, Manijhe Mokhtari Dizaji *, Nasser Fatouraee, Hazhir Saberi Pages 421-430
    In the present study, a finite element model has been presented using both the in-vivo geometry of a healthy man carotid artery, which was extracted from consecutive transverse ultrasound images and the pulse pressure waveform and Kelvin viscoelastic model parameters that were obtained from processing the consecutive longitudinal ultrasound images. Extracting the internal diameter waveform from longitudinal ultrasonic image processing and calibrating it via an exponential equation, blood pressure waveform of the carotid artery was extracted. A Gaussian function was fitted to the blood pressure waveform. Differentiating the fitted Gaussian equation resulted in the pressure differentiation of the carotid artery over the cardiac cycle. Kelvin viscoelastic parameters were estimated using an optimization method. Finite element model of the carotid artery was reconstructed in ADINA software and implemented by loading over three cardiac cycles. To validate the model, radial displacement waveform resulted from finite element model and that resulted from image processing were compares in nearly the same spatial position. Percentage of the mean proportional differences between the radial displacement resulted from finite element model and that from consecutive ultrasound images was 9.3. Since the appropriate mechanical models can calculate true stress/strain distribution of the carotid artry wall and plaque and distinguish the location of the plaque areas prone to vulnireability; and because of the capability of the ultrasonic model proposed in this study for describing the pulsatile behavior of artery wall accurately, it is expected that the introduced dynamic model to be applied for accurate evaluation of the arterial disease.
    Keywords: carotid artery, ultrasound imaging, Modeling, Image processing
  • Milad Masrouri?, Ali Parvizi? * Pages 431-440
    Some appropriate characteristics like corrosion resistance, higher strength, and higher thermal and electrical conductivities cause that applications of clad sheets have been recently increased significantly in industries like production of electrical and electronic switches. In this paper, an analytical solution based on the slab method analysis is presented to investigate the asymmetrical rolling of unbonded clad sheet. Roll radii, roll speeds, friction condition between surfaces, as well as the yield stress ratio of material of sheets are parameters of the asymmetrical rolling that considered in this paper. The non-uniformity of the shear stresses and the uniformity of the normal stresses at the vertical sides of each slab across the portion of the deformation material is taken into account through the plastic region. The behavior of material in plastic region is considered to be rigid-perfectly plastic. The main goal of this paper is to investigate the simultaneous effect of back and front tension and asymmetrical parameters on normal stresses and pressure distributions along the contact area of rolls and sheets for the first time in order to decrease pressure and force in the process. The effects of these parameters on the positions of the neutral points on the upper and lower rolls are also investigated. Moreover, the maximum back and front tensions to avoid slipping of the sheet are determined. The results show that by applying the proper amounts of tensions to the sheet at the entry and exit of deformation zone, pressure and force values could be reduced, considerably.
    Keywords: Slab Analysis, asymmetrical rolling, unbonded clad sheet, back, front tension, Force
  • Behnam Davoodi *, Seyed Hasan Musavi, Mohammad Nankali Pages 441-450
    Machining processes are the most important method to production in the industry. In these processes, the friction in tool-chip surface during the machining is one of the affecting factors on surface quality of work piece. The generated heat by friction, augment the tool wear mechanism and increase the wear rate of cutting edge which leads to reduction the surface quality. The high talent of aluminum to built-up edge formation during machining has the undesirable effect on the surface quality. In the present study in order to improvement the cooling-lubrication conditions in machining of 6061 aluminum alloy, a new cutting tool with creating micro-grooves on its rake face was developed to achieve the improving of cutting fluid transfer to machining zone and reducing the friction between tool-chip surface. Two types of micro-grooves have been created by laser machining process. Specimens by changing the machining parameters and types of the applying of cutting fluid to machining zone were machined. The experimental results obtained from surface roughness survey and prepared images of work piece surface by scanning electron microscope (SEM) and optical microscope showed that by creating the micro-grooves, the delivery conditions of cutting fluid to machining zone has improved and its effect to reduction of surface roughness is clearly visible. By comparison the results of two micro-grooves showed that direction of grooves is the most important parameters in its design, so that the perpendicular texture is not only improves the surface quality but also increase the surface roughness compared to non-texture tool.
    Keywords: Micro- texture tool, Surface Roughness, Minimum quantity lubrication, Machining, 6061 aluminum alloy