فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 9 (آذر 1396)
  • سال هفدهم شماره 9 (آذر 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/07/13
  • تعداد عناوین: 45
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • آرمین احرامپوش، عقیل یوسفی کما *، سید موسی آیتی، سعید محتسبی صفحات 1-12
    در این مقاله یک الگوریتم دو مرحله ای برای کنترل مایوالکتریک تناسبی بازوی ربات انسان نمای سورنا 3 ارائه می شود که از ترکیب نقاط قوت روش های کنترلی مطرح در این حوزه یعنی کنترل الگو محور و کنترل همزمان تناسبی برای افزایش دقت تخمین ها استفاده می کند. هدف از این تحقیق، ارائه یک واسط کاربری انسان-ربات می باشد که بین فعالیت های الکتریکی ماهیچه ای که به سیگنال های الکترومایوگرام معروف هستند و زوایای درجات آزادی مفصل شانه متناظر با این ماهیچه ها نگاشتی ایجاد کند. در مرحله اول از این الگوریتم، با استفاده از الگوریتم آنالیز تفکیک مربعی و الگوریتم رای اکثریت، درجه آزادی فعال در هر لحظه شناسایی می شود. در این مقاله الگوریتم های طبقه بندی معروف در حوزه کنترل مایوالکتریک به همراه بردار مشخصه هایی متشکل از مشخصه های حوزه های زمان و فرکانس برای رسیدن به روش طبقه بندی آنالیز تفکیک مربعی با دقت بالای 97% و یک بردار مشخصه برتر بررسی شده اند. در مرحله دوم، با استفاده از نتیجه مرحله اول، یک شبکه عصبی با تاخیر زمانی در ورودی از بین چهار شبکه آموزش دیده برای هر چهار کلاس حرکتی مفصل شانه انتخاب می شود. این شبکه برای تخمین زاویه متناظر با سیگنال الکترومایوگرام همان درجه آزادی بکار می رود. مدل شبکه عصبی و آنالیز تفکیک در ابتدا با استفاده از داده های خارج ازخط آموزش می بینند و با استفاده از داده های برخط تست می شوند. دقت بدست آمده از تخمین زوایا مفاصل در حالت خارج ازخط و برخط و شبیه سازی مقاومت این روش در برابر تعدادی اغتشاش خارجی، حاکی از پیشرفت چشمگیری در این حوزه می باشد.
    کلیدواژگان: رابط کاربری انسان-ربات، کنترل مایوالکتریک تناسبی بالاتنه، آنالیز تفکیک مربعی، شبکه عصبی با تاخیر زمانی در ورودی
  • داریوش محمدی پور، امیرفرهاد نجفی*، حامد عالمی آرانی، علیرضا ریاسی صفحات 13-24
    امروزه استفاده از پمپ بجای توربین در پتانسیل های آبی خیلی کوچک (< 500 Kw) به دلیل هزینه تمام شده کمتر، سهولت در نصب و راه اندازی و تعمیر و نگهداری به طور موفقیت آمیزی رواج دارد. البته از آنجا که راندمان پمپ در عملکرد معکوس نسبت به توربین های رایج کمتر می باشد، لذا در ظرفیتهای بالاتر چندان استفاده نمی شوند. در تحقیق حاضر تحلیل اثر پارامترهای هندسی چرخ یک پمپ گریز از مرکز نظیر؛ تعداد و هندسه لبه ورودی پره ها و پره های جداکننده در هنگام عملکرد معکوس (توربینی)، به منظور ارتقای کارائی آن مورد نظر می باشد. از اینرو، ابتدا اسکن هندسه یک پمپ موجود در نرم افزار«سی اف توربو» بازطراحی و سپس در نرم افزار « انسیس سی اف ایکس» شبیه سازی و منحنی های عملکرد حالت کارکرد توربینی آن استخراج گردید. نتایج عددی برای هندسه اولیه، تطابق قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی موجود داشت. پس از اطمینان از روش شبیه سازی عددی، تحلیل عددی با تغییر پارامترهای هندسی چرخ انجام پذیرفت. نتایج عددی نشان دادند که استفاده از تعداد هفت پره، انحنادار کردن لبه ورودی به همراه پخ سمت مکش و پره های جداکننده با طول 20% نسبت به طول کلی پره، به طور مستقل راندمان نقطه طراحی را به ترتیب 0.6%، 1.7% و 1% ارتقا می دهند. در ادامه با بررسی جامع تاثیر هر یک از پارامتر های هندسی، دو هندسه مناسب طراحی گردید. نتایج نشان دادند که طرح اول (تعداد شش پره، گرد کردن لبه ورودی به همراه پخ سمت مکش و پره های جداکننده با طول نسبی 20%) با افزایش راندمان به میزان 2% مناسب ترین هندسه برای شرایط کاری نقطه طراحی می باشد.
    کلیدواژگان: پمپ در کارکرد معکوس، تغییرات هندسی چرخ، راندمان، دینامیک سیالات محاسباتی
  • سید عرفان سلیمی پور، علیرضا تیمورتاش*، مجتبی ماموریان صفحات 25-35
    بهبود دقت هدف زنی با ساچمه های تفنگ بادی اهمیت زیادی در مسابقات تیراندازی داشته و همواره مورد توجه علاقه مندان می باشد. در این مقاله، عملکرد یک پرتابه کروی گذرصوتی به عنوان یک ساچمه تفنگ بادی با کالیبر 4.5 میلی متر تحت مکانیزم هوپ-آپ، به روش عددی بررسی گردیده که حرکت پرتابه را به صورت 4 درجه آزادی، شامل سه حرکت انتقالی و یک حرکت دورانی عرضی شبیه سازی می کند. مکانیزم هوپ-آپ باعث ایجاد حرکت دورانی و تولید نیروی مگنوس شده که می تواند از افت ارتفاع پرتابه جلوگیری کند. استفاده از مکانیزم فوق به عنوان اصلاح کننده مسیر پرتابه در تفنگ های بادی، ایده جدیدی است که تا کنون مطرح نشده است. معادلات ناویر- استوکس سه-بعدی تحت شرایط ناپایای تراکم پذیر آشفته به همراه معادلات دینامیکی حرکت ساچمه به صورت کوپل و در یک شبکه محاسباتی متحرک حل شده اند. شبیه سازی عددی، بر پایه طرح «رو» با دقت مرتبه دو مکانی و به لحاظ اهمیت زمان با مرتبه دو زمانی به شیوه حجم محدود می باشد. برای اعتبارسنجی، پاسخ های حاصل با نتایج تجربی معتبر مقایسه شده اند. نتایج حاصله نشان می دهند که اعمال چرخش مناسب به پرتابه برای هر فاصله معین می تواند از افت ارتفاع آن در هنگام برخورد به هدف جلوگیری نماید. در این ارتباط، از میان یابی داده های حاصل، رابطه ای که بتواند با دقت خوبی سرعت زاویه ای هوپ-آپ را بر حسب تابعی از موقعیت هدف و انرژی جنبشی شلیک برای جبران افت ارتفاع پرتابه در فواصل دلخواه پیش بینی نماید استخراج گردید. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت زاویه ای، وقوع ریزش گردابه، تسریع و مقدار اندازه حرکت پرتابه کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پرتابه تفنگ بادی، مکانیزم هوپ-آپ، بررسی مسیر حرکت، شبیه سازی عددی سه بعدی، حل ناپایا
  • هیربد احمدی فر، امین یاقوتیان* صفحات 36-44
    در این پژوهش، از تئوری بهبودیافته مرتبه سوم تغییر شکل برشی، جهت تحلیل کمانش ترموالاستیک ورق مستطیل شکل ساخته شده از ماده مدرج تابعی استفاده شده است. فرض شده که ورق تحت دو نوع بارگذاری افزایش یکنواخت درجه حرارت و افزایش درجه حرارت خطی در راستای ضخامت قرار دارد و نیز ترکیب مواد تشکیل دهنده ورق مدرج تابعی مطابق با قانون توزیع توانی ردی در راستای ضخامت تغییر می کند. همچنین، ورق بر تکیه گاه های ساده در نظر گرفته شده است. ابتدا روابط کرنش- جابجایی غیرخطی برمبنای تئوری بهبودیافته مرتبه سوم در نظر گرفته شده و معادلات تعادل و پایداری ورق استخراج گردیده است. سپس جابجایی ها و نیروهای پیش کمانش با استفاده از معادلات تعادل به دست آمده و در معادلات پایداری گذاشته می شود. با حل معادلات پایداری، رابطه اختلاف دمای کمانش به دست می آید. مقدار بحرانی اختلاف دمای کمانش، با کمینه کردن رابطه استخراج شده، نسبت به پارامترهای نیم موج به دست می آید. با هدف صحت سنجی نتایج، روابط به دست آمده برای اختلاف دمای کمانش، با مراجع مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد که مقادیر اختلاف دمای بحرانی کمانش حاصل از تئوری بهبودیافته مرتبه سوم، پایین تر از نتایج به دست آمده از تئوری های کلاسیک، مرتبه اول و مرتبه سوم برشی است. همچنین، مقدار اختلاف دمای کمانش در حالت افزایش خطی درجه حرارت از حالت افزایش یکنواخت دما بیشتر است و هرچه ورق ضخیم تر باشد میزان تفاوت بین این دو مقدار بیشتر می گردد.
    کلیدواژگان: کمانش ترموالاستیک، ورق مدرج تابعی، تئوری بهبودیافته مرتبه سوم برشی
  • شیما آهنگر، زهرا رحمانی *، برمک بیگ زاده صفحات 45-54
    کنترل ربات های همکار که یک جسم صلب را حمل می کنند یک مسئله کنترلی پیچیده است. سیستم رباتیک همکار برای کار هماهنگ، یک زنجیره سینماتیکی بسته ای را شکل می دهند که محدودیت های سینماتیکی و دینامیکی اضافی را تحمیل می کند. همچنین حرکات تعاملی میان ربات ها از طریق شئ منجر به نیاز ضروری برای کنترل هم-زمان موقعیت و نیروی تعاملی می گردد. در این مقاله، مسئله کنترل ردیابی موقعیت و نیرو در ربات های همکار که یک شئ صلب را حمل می کنند، با استفاده از روش طراحی کنترل‏کننده پسگام مورد بررسی قرار می‏گیرد. خطاهای ربات همکار با تعریف متغیرهای حالت جدید براساس مشتق و انتگرال خطاهای موقعیت، تعمیم داده می‏شود. سپس با تعریف متغیرهای جدید براساس سیستم خطاهای موقعیت و بکارگیری روش کنترل پسگام، یک کنترل کننده پسگام برای ردیابی موقعیت در سیستم ربات های همکار ارائه شده است. در نهایت به منظور طراحی کنترل کننده ردیاب موقعیت/نیرو و با استفاده از خواص نیروهای داخلی، جملاتی به سیگنال کنترلی طراحی شده اضافه گردیده است. نشان داده می‏شود که سیستم حلقه ‏بسته بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف به طور یکنواخت کراندار است. روش کنترلی بر روی دو ربات سه لینکی شبیه‏ سازی می‏گردد و نتایج شبیه‏سازی بیانگر کارایی روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: سیستم ربات های همکار، کنترل پسگام، پایداری لیاپانوف، کنترل کننده ردیاب موقعیت - نیرو
  • پویا پاشایی، محسن شاکری*، سلمان نوروزی صفحات 55-64
    توسعه ی فناوری پیل های سوختی پلیمری جهت تولید برق و حرارت در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در میان اجزای اصلی پیل های سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی تاثیر قابل توجهی بر هزینه و کارایی سامانه دارند. صفحات دوقطبی فلزی شکل دهی شده با ورق های نازک، به دلیل مزایایی همچون هزینه ، استحکام مکانیکی و چگالی توان مناسب به عنوان جایگزین صفحات مرسوم گرافیتی گسترش یافته اند. انعطاف پذیری این قطعات و برگشت فنری حین شکل دهی، خطاهای ابعادی را اجتناب ناپذیر می نماید و منجر به توزیع نامناسب فشار تماسی صفحات دوقطبی با لایه نفوذ گاز و افت کارایی پیل سوختی می گردد. افزایش بیش از حد دقت تولید صفحات دوقطبی موجب افزایش هزینه و کاهش قابلیت گسترش عمومی فناوری می شود. بنابراین، به منظور کاهش هزینه های غیرضروری، مدیریت طراحی و ساخت، بهبود کارایی و تدوین دانش فنی، تحلیل خطاهای ابعادی صفحات دوقطبی فلزی توسط روش اجزا محدود و شبیه سازی مونت کارلو انجام می گردد. ابتدا مدل تماس صفحه ی دوقطبی و لایه نفوذ گاز توسعه می یابد و ارتفاع کانال ها و دندانه های صفحه ی دوقطبی بصورت پارامتری با تغییرات تصادفی و توزیع نرمال خطای ابعادی مطرح می گردد. سپس، توزیع فشار روی لایه نفوذ گاز (Pave و Pstd) به ازای خطاهای ابعادی مختلف توسط شبیه سازی مونت کارلو به دست می آید. با افزایش مقدار تلرانس ابعادی از mm 015/0± تا mm 075/0±، میانگین فشار تماسی (Pave) 11% افت و انحراف معیار فشار تماسی (Pstd) تا بیش از 90% افزایش یافته است. یعنی توزیع مطلوب فشار لایه نفوذ گاز با افزایش خطای ابعادی کاهش می یابد و می توان تلرانس های ابعادی مناسب برای صفحات دوقطبی فلزی را مطابق نیازهای مهندسی تعیین نمود.
    کلیدواژگان: کارایی پیل سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی فلزی، خطاهای ابعادی، مدل اجزا محدود، روش مونت کارلو
  • صابر یکانی مطلق*، سالار دیهیم صفحات 65-74
    در این مقاله دارورسانی مغناطیسی توسط نانوذرات مغناطیسی که سطح آن با دارو پوشش داده شده است، به صورت عددی مطالعه می شود. بخشی از رگ مربوط به پای سمت راست که از آئورت شکمی جدا شده است به عنوان بافت هدف در نظر گرفته شده است. منبع مغناطیسی مورد استفاده یک تک سیم حامل جریان می باشد. مدل دوفاز بونگیورنو با در نظر گرفتن اثر نیروی مغناطیسی یعنی ترم مگنتو فورسس بهبود یافت. معادلات ناپایای حاکم با در نظر گرفتن نیروی کلوین ناشی از اثرات فروهیدرودینامیکی، به روش حجم محدود و توسط الگوریتم پیزو گسسته سازی شد. تاثیر مکان سیم و مقدار جریان گذرنده از آن (1000، 2000، 3000، 4000 و 5000 آمپر) بر میزان و زمان تجمع دارو در بافت هدف مورد بررسی قرار گرفت. قطر نانوذرات 10 نانومتر و کسر حجمی آن 0.002 در نظر گرفته شده است. با توجه به نتایج، مکان منبع مغناطیسی بهتر است در بالادست بافت هدف و نزدیک به آن باشد. به علاوه استفاده از این روش میزان تجمع دارو در بافت هدف را می تواند تا 7.5 برابر افزایش دهد. از بین جریان های مطالعه شده بهترین عملکرد دارورسانی در جریان 2000 آمپر حاصل شد.
    کلیدواژگان: دارورسانی مغناطیسی، نانوذرات مغناطیسی، فروهیدرودینامیک، آئورت شکمی، نانوسیال
  • محمدرضا قاسمی بوسجین، علی جعفری *، سید سعید محتسبی، کبری قرئلی صفحات 75-85
    تحلیل جریان لایه مرزی، برای بهینه سازی طراحی مزارع بادی، حساسیت بالایی دارد. به ویژه اثر جریان باد، در توربین های بادی نصب شده در زمین های ناهموار و کوهستانی پیچیده می باشد. در این تحقیق، پسباد توربین بادی و جریان باد در زمین ناهموار با دینامیک سیالات محاسباتی و با استفاده از نرم افزار اوپن فوم مورد مطالعه قرار گرفته است. یک مدل دیسک عملگر، که نیروهای وارد شده به توربین را بر روی کل دیسک اعمال می کنند، بر پایه تئوری اجزای پره به کار گرفته شده ا ند. برای شبیه سازی جریان اتمسفری و پسباد توربین بادی محور افقی در مزرعه بادی منجیل، معادلات ناویر-استوکس با رینولدز میانگین حل شده و مدل آشفتگی کی-اپسیون به کار گرفته شده است. در شبیه سازی از شبکه بندی منظم استفاده گردید. همچنین جهت باد غالب، با رسم گلباد منطقه، از شمال به جنوب به دست آمد. بررسی جزئیات توربین بادی با اطلاعات میدانی انجام شده است و نتایج عددی، تاثیرات پسباد تا پنج برابر قطر روتور بعد از توربین را نشان می دهد. کاهش سرعت باد در این فاصله 26% بوده است. توان به دست آمده از مدل برای توربین نمونه با اطلاعات میدانی تطبیق دارد. همچنین رژیم بادی مزرعه برای فصول مختلف سال تحلیل شده و نتایج نشان می دهد که زمان های وزش باد مناسب در سه ماه نوامبر، دسامبر و ژانویه زیر 50% بوده که در طراحی مزرعه بادی و بازده نیروگاه مورد توجه می باشد.
    کلیدواژگان: پسباد، دینامیک سیالات محاسباتی، مزرعه بادی، زمین های ناهموار، رژیم بادی
  • خسرو لاری*، محمد غلامیان، عمید پورامینایی، عماد جمعه زاده صفحات 86-96
    استفاده از کامپوزیت های پایه پلیمری تا به امروز رشد روز افزونی داشته است. کامپوزیت ها به علت خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی خاص، کاربرد زیادی دارند؛ اما احتراق ذاتی این مواد و عدم استحکام آن ها در دماهای بالا بویژه هنگام مواجهه با آتش یکی از چالش های استفاده کامپوزیت در صنایع است. زمانیکه کامپوزیت ها در معرض آتش می-گیرند، ماتریس کامپوزیت همراه با آزادسازی گرما، دود، ذرات دوده و بخارات سمی تجزیه می شود. در اثر تاثیر آتش بر سازه کامپوزیتی فرآیندهای حرارتی متعددی از جمله رسانایی حرارتی در سازه، تجزیه شدن رزین و تولید و خروج گازهای فرار از کامپوزیت رخ می دهد. هدف از این تحقیق، بررسی تاثیرات آتش بر سازه های کامپوزیتی می باشد. تحلیل مقاومت کامپوزیت در برابر آتش، تعیین میزان و مدت زمان دوام آوردن کامپوزیت در برابر آتش و همچنین بررسی اثرات تنش حرارتی ایجاد شده در سازه کامپوزیتی نیازمند تحلیل ترکیبی حرارتی-مکانیکی کامپوزیت می باشد. جهت تحلیل مساله در این پژوهش از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. مدل مناسب جهت تحلیل بخش های حرارتی و مکانیکی مساله با توجه به معادلات حاکم، توسعه یافته و از طریق زیرروال های موجود در نرم افزار آباکوس در این نرم افزار وارد می شود. مدل حرارتی-مکانیکی با نتایج موجود در مطالعات معتبر، اعتبار سنجی شده و در نهایت این مدل، جهت تحلیل حرارتی-مکانیکی یک سازه کامپوزیتی استوانه ای تحت تاثیر آتش مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج نشان دادند که با تخمین زمان شکست کامپوزیت، می توان میزان نیروی قابل تحمل توسط سازه را در شرایط مختلف تاثیر آتش بر سازه، تعیین نمود.
    کلیدواژگان: سازه کامپوزیتی، آتش، تحلیل حرارتی-مکانیکی، آباکوس
  • علیرضا با صحبت نوین زاده*، فرهاد توکلی صفحات 97-106
    در این مقاله یک روش هدایت حلقه بسته جدید برای سامانه های زیر مداری ارایه شده است. روش پیشنهاد شده را می توان برای هدایت و کنترل فاز اولیه یک سامانه که در اتمسفر پرواز می کند استفاده کرد. در این روش، حل زیر بهینه یکپارچه سیستم هدایت و کنترل بصورت حلقه بسته انجام گردیده است. این روش هدایت زیر بهینه که به نام برنامه ریزی ایستای مدل پیش بین (MPSP) شناخته می شود بر پایه تئوری کنترل بهینه غیر خطی استوار بوده و از ترکیب فلسفه کنترل مدل پیش بین و برنامه ریزی پویای تقریبی بدست آمده و یک کلاسی از مسائل کنترل بهینه کراندار با محدودیت های نهایی را حل می نماید. همچنین به علت اینکه ماتریس حساسیت مورد نیاز این تکنیک به روش بازگشتی قابل محاسبه است، این روش از نظر محاسباتی بسیار کارآمد بوده و قابل استفاده برای پیاده سازی برخط در سامانه می باشد. در این مقاله معادلات دینامیکی سامانه در حضور نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی مدل شده و اثر دینامیک سرومکانیزم نیز در معادلات در نظر گرفته شده است. بعلاوه با در نظر گرفتن همزمان حلقه های هدایت و کنترل، حل یکپارچه ای از سیستم هدایت و کنترل توسط مدل شبیه سازی سه درجه آزادی زمین کروی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی هدایت حلقه بسته قادر است خطاهای مدل سازی سامانه را توسط بروزرسانی اطلاعات پرواز حذف نموده و سامانه را به نقطه مورد نظر هدایت نماید.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی ایستای مدل پیش بین، هدایت حلقه بسته، هدایت زیر بهینه
  • امیررضا کوثری*، مهدیه بگلری صفحات 107-118
    در این مقاله اثر اندرکنش معادلات دینامیکی حرکت انتقالی و حرکت وضعی ماهواره با هدف طراحی آرایش پروازی در فاز ورود به پنجره ی مداری و تقرب به موقعیت نامی عملیاتی تعریف شده در مدار زمین آهنگ بررسی شده است. در این راستا ابتدا معادلات دینامیکی و سینماتیکی ماهواره مورد مطالعه قرار گرفته اند. سپس با درنظر گرفتن ماهواره به عنوان جسمی صلب، اثر متقابل دینامیک حرکت انتقالی و وضعی ماهواره در تقرب به موقعیت نهایی در مدار هدف استخراج شده است. بر خلاف مطالعات مشابه، که در آن ها از ساده سازی هایی نظیر فرض مدار هدف دایروی و یا خطی سازی معادلات دینامیکی استفاده شده است، تحلیل های ارائه شده در این نوشتار برمبنای کلی ترین حالت معادلات حرکتی غیرخطی است. معادلات کوپل شده ی ارائه شده در فاز تقرب به موقعیتی معین در مدار زمین آهنگ با احتساب شرایط وضعی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و بر اساس نتایج به دست آمده سناریو و الزامات متفاوتی در تقرب به موقعیت هدف در پنجره ی مداری و در حضور ماهواره های دیگر ارائه شده است. موقعیت و وضعیت ماهواره با استفاده از سیستم مبتنی بر منطق کنترلی PD با بهره های کنترلی بهینه شده بر اساس الگوریتم بهینه سازی PSO با هدف کمینه سازی تلاش کنترلی و مصرف سوخت ماهواره و نیز افزایش طول عمر عملیاتی ماهواره، کنترل شده است و نتایج شبیه سازی های ارائه شده مبین کارآیی مناسب طرح پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: آرایش پروازی، فاز دریفت، مدار زمین آهنگ، کنترلر PD، الگوریتم بهینه سازی PSO
  • ایمان کاردان، علیرضا اکبرزاده* صفحات 119-129
    رباتهای اسکلت خارجی یاریگر دسته ای از رباتهای پوشیدنی هستند که در هنگام انجام حرکات مختلف، بخشی از نیروی مورد نیاز کاربر را تامین میکنند. در نتیجه، کاربر با صرف نیروی کمتری حرکات مورد نظر را انجام خواهد داد. الگوریتمهای کنترلی مختلفی برای رباتهای اسکلت خارجی یاریگر پیشنهاد شده و تاثیر آنها بر عملکرد کاربران مورد ارزیابی قرار گرفته است. نویسندگان مقاله حاضر اخیرا یک روش کنترلی جدید، با نام الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی، را برای رباتهای اسکلت خارجی با عملگرهای الاستیک سری ارائه کرده اند. این روش به تعداد بسیار کمی حسگر نیاز داشته، مستقل از نیت کاربر بوده و دارای یک ساختار ساده و غیر مبتنی بر مدل میباشد. در این مقاله، تاثیر الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی بر افزایش چالاکی کاربران مورد ارزیابی قرار گرفته است. یک ربات فیزیوتراپ زانو به عنوان ربات اسکلت خارجی تک مفصله در نظر گرفته شده است. با اتصال یک عملگر الاستیک سری به ربات و پیاده سازی الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی، چالاکی کاربر در یک آزمایش تعقیب هدف بررسی شده است. زاویه مطلوب و واقعی زانو توسط دو نشانگر بر روی یک صفحه نمایش به کاربر نشان داده شده و از کاربر خواسته شده است که با حرکت دادن پای خود، موقعیت مطلوب را تعقیب نماید. دقت کاربر در تعقیب هدف با تکرار آزمایش در دو حالت یاری شده و یاری نشده، اندازه گیری و مقایسه شده است. نتایج آزمایشها به خوبی تاثیر الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی را بر افزایش چالاکی کاربر تایید میکند.
    کلیدواژگان: ربات اسکلت خارجی، الگوریتم کنترلی یاریگر با پسخور خروجی، چالاکی
  • محسن معتمدی*، سعید شیخی صفحات 130-136
    سیستم معادلات تراکم پذیر با استفاده از روش های عددی بالادست برای تحلیل جریان ها با سرعت کم، همگرایی بسیار پایینی دارند. در این نوشتار روش پیش شرطی به عنوان روشی که می تواند مشکل های عددی سیستم معادلات اویلر تراکم پذیر را در سرعت های پایین برطرف کند به معادلات اویلر اعمال گردیده و برای تحلیل جریان حول هندسه های دو بعدی استفاده شده است. روش پیش شرطی با تصحیح قسمت گذرای معادلات، مقادیر ویژه را به یکدیگر نزدیک می کند و باعث افزایش سرعت رسیدن به حل پایا می شود. در نتیجه در اینجا ماتریس پیش شرط ترکل که یکی از پرکاربردترین ماتریس های پیش شرطی است، در سیستم معادلات اویلر استاندارد ضرب می شود. با توجه اینکه در بیشتر حل کننده ها از متغیرهای بقایی استفاده می شود، ماتریس پیش شرط ترکل برحسب متغیرهای بقایی ایجاد شده و مورد استفاده قرار گرفته است. برای گسسته سازی قسمت مکانی معادلات از روش حجم محدود بالادست «رو» در یک شبکه بی سازمان استفاده می شود. بخش زمانی معادلات نیز به کمک روش صریح رانگ کوتا مرتبه چهار گسسته می گردد. جهت بررسی دقت و کارایی روش پیش شرطی ترکل جریان غیرلزج دوبعدی حول ایرفویل NACA0012 با اعداد ماخ مختلف شبیه سازی شده و حل پایا بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که با بکار بردن روش پیش شرطی ترکل در ماخ های پایین سرعت همگرایی را می توان تا دو برابر افزایش داد.
    کلیدواژگان: جریان تراکم پذیر، پیش شرطی، ترکل، ماخ پایین
  • مهدی ظهور*، سید میثم موسوی صفحات 137-144
    امروزه روش های شکل دهی با سرعت بالا به دلیل توانائی آن ها در بهبود شکل پذیدی مواد مختلف در مقایسه با روش های سنتی، مورد توجه شرکت های صنعتی قرار گرفته است. شکل دهی الکتروهیدرولیکی یک فرایند شکل دهی ورق فلزی با سرعت بالا است که در آن دو الکترود در محفظه ای پر از آب قرار دارند و تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا بین آن ها، فشار بالائی جهت شکل دادن ورق ایجاد می کند. در این تحقیق جهت بررسی پارامترهای موثر در شکل دهی الکتروهیدرولیکی (با استفاده از سیم بین الکترودها)، آزمایش های تجربی گسترده ای با استفاده از تکنیک طراحی آزمایش ها طراحی گردیده است. انرژی تخلیه، جنس، طول و قطر سیم بین دو الکترود به عنوان متغیرهای ورودی موثر فرایند در نظر گرفته شده اند. مدل سازی و بهینه‏سازی به روش سطح پاسخ برای بهبود عملکرد فرایند )ازنظر عمق کشش(، بر روی ورق برنجی 260 صورت پذیرفته است. با توجه به نتایج آزمایش ها می توان اظهار داشت بیشترین عمق کشش وقتی به دست می آید که انرژی تخلیه بیشینه باشد. سیم آلومینیومی در مقایسه با سیم مسی و تنگستنی، کارآمدتر می باشد. همچنین برای طول و قطر سیم بین الکترودها، یک مقدار بهینه وجود دارد که با توجه به شرایط آزمایش تعیین می شوند.
    کلیدواژگان: فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیکی، پارامترهای موثر، عمق کشش، بهینه سازی، روش سطح پاسخ
  • سروش فلاح خارمیانی، محمد پسندیده فرد* صفحات 145-152
    در این مقاله یک روش جدید برای دست یابی به نسبت چگالی های بالا و لزجت های کم بر پایه مدل دوفاز شان و چن در روش شبکه بولتزمن ارائه می شود. در این روش جدید، نیروی برهمکنش و به دنبال آن تانسور فشار بصورت هدفمند اصلاح می شود بطوریکه امکان تنظیم چگالی فازها به منظور تطابق با مقادیر متناظر ترمودینامیکی حاصل از قانون مساحت های برابر ماکسول فراهم می گردد. این موضوع سبب افزایش قابل ملاحظه پایداری و در نتیجه دست یابی به اهداف مذکور می شود. از مزایای این روش، سادگی و یکسان بودن روند بکارگیری آن در مسائل دو و سه بعدی با استفاده از توابع برخورد یک زمانه یا چند زمانه است. به منظور اعتبارسنجی این روش، ابتدا تطابق مقادیر چگالی فازها در دماهای زیربحرانی مختلف با مقادیر متناظر حاصل از قانون ماکسول نشان داده می شود، سپس صحت قانون لاپلاس برای قطره بررسی می گردد، در ادامه مقدار سرعت های ساختگی پیرامون سطح منحنی قطره بررسی شده و در نهایت مسئله شکستن سد مایع شبیه سازی و نتایج آن با داده های آزمایشگاهی مقایسه می شود. نتایج نشان از پایداری بالا و توانایی مدل بهبود داده شده برای شبیه سازی مسائل مختلف جریان دوفاز در محدوده وسیعی از نسبت چگالی و لزجت دارد.
    کلیدواژگان: شبکه بولتزمن، شان و چن، نسبت چگالی بالا، لزجت های کم
  • مهدی آقابابایی بنی، محمدرضا قضاوی*، قادر رضازاده صفحات 153-164
    در این مقاله اثر فیلم سیال و اثر اندازه بر روی رفتار دینامیکی میکروصفحه بررسی شده است. میکروصفحه ی مورد نظر یک صفحه ی دوسرگیردار می باشد که توسط نیروی الکترواستاتیک تحریک می شود. فضای بین میکروصفحه و بستر صلب، هوا وجود دارد. معادله حرکت صفحه با استفاده از تئوری مرتبه اول تنش برشی و تئوری کوپل تنش و در نظر گرفتن کرنش های ون کارمن بدست می آید. معادله حاکم بر فشار سیال معادله رینولدز غیرخطی و تئوری میکروپلار برای لحاظ کردن اثر اندازه در سیال می_باشد. با استفاده از روش المان محدود معادلات حرکت ورق و با استفاده از روش اختلاف محدود معادلات رینولدز، خطی سازی می شود. معادلات دیفرانسیل مرتبه اول وابسته به زمان با استفاده از روش انتگرال گیری مستقیم نیومارک حل می شود. اثرات اندازه و اثر کشیدگی صفحه ی میانی بر رفتار دینامیکی ورق و همچنین تغییرات فاکتور کیفیت نسبت به پارامترهای مختلف به عنوان نتایج این مقاله ارائه می شود. بر اساس نتایج، در نظر گرفتن اثر کشش صفحه ی میانی صلبیت میکروصفحه را افزایش داده و بخصوص برای ولتازهای تحریک با دامنه ی بالاتر این اثر واضح تر است. در نظر گرفتن اثر اندازه در صفحه باعث افزایش و در سیال باعث کاهش صلبیت سیستم می شود. افزایش فشار سیال باعث کاهش دامنه نوسان در تحریک پله ای می شود که ناپایداری دینامیکی را به تعویق می اندازد. با افزایش پارامتر کوپلینگ سیال فرکانس طبیعی میکروصفحه افزایش می یابد، اما با افزایش پارامتر مقیاس طول سیال این فرکانس و همچنین فاکتور کیفیت سیستم کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: میکروصفحه، رفتار دینامیکی، اثر اندازه، فیلم سیال، کشش صفحه میانی
  • امین امامیان، محمود نوروزی*، مهدی داودی صفحات 165-174
    در این مقاله، حرکت پایای قطره غیرنیوتنی درون یک سیال نیوتنی در اعداد رینولدز پایین به صورت تحلیلی بررسی شده است. در تحقیق حاضر از مدل فوق همرفتی ماکسول برای فاز قطره و از مدل نیوتنی برای فاز محیط پیرامون آن استفاده شده است. در طول چند دهه گذشته، مطالعاتی مربوط به ناپایداری سیالات غیرنیوتنی به ویژه مواردی که شامل سطوح آزاد میباشد، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این نوع از مطالعات را میتوان برای بهینه سازی فرآیندهای طراحی از جمله: صنعت نفت، فرآیندهای پزشکی، استخراج فلز، رنگها و نیروگاه ها مرتبط دانست. حل تحلیلی با استفاده از روش اغتشاشات بدست میآید. بهمنظور خطیسازی معادلات حاکم بر مسئله در روش تحلیلی از اعداد بیبعد رینولدز و دبورا استفاده شده است. عدد دبورا نشان دهنده خاصیت الاستیک قطره است. با افزایش خاصیت الاستیک قطره غیرنیوتنی، نیروی درگ قطره افزایش پیدا میکند. قطره غیرنیوتنی در حال سقوط، حالت کروی خود را از دست داده و شکل پهن شده به خود میگیرد. با افزایش عدد دبورا (خاصیت الاستیک) حفره انتهای قطره افزایش پیدا کرده و در نتیجه نیروی درگ آن افزایش و به تبع آن سرعت حد قطره کاهش پیدا میکند. دلیل ایجاد حفره در قسمت انتهایی قطره، وجود نیروی لختی و تمرکز مولفه نرمال تنش در قسمت انتهایی قطره میباشد. برتری و نوآوری تحقیق حاضر نسبت به تحقیقات پیشین در نظر گرفتن ترم جابجایی (ترم غیرخطی) معادلات اندازه حرکت میباشد که در مطالعات پیشین به دلیل خزشی بودن جریان، این ترم صرف نظر شده است.
    کلیدواژگان: قطره غیرنیوتنی، رینولدز، دبورا، مویینگی، حساب اغتشاشات، مدل فوق همرفتی ماکسول
  • محمدرضا نظری*، امین طالع زاده شیرازی، مجتبی دهقان منشادی صفحات 175-184
    بررسی میدان جریان پشت پروانه های دریایی به دلیل کاربرد فراوان در شناسائی شناورها و تخمین نویز هیدرودینامیکی آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تحقیق حاضر، جریان دائم و غیردائم دنباله یک پروانه دریایی توسط نرم افزار متن باز اوپن فوم و حلگرهای سیمپل فوم و پیمپل دایم فوم شبیه سازی شده است. نتایج بدست آمده از منحنی عملکرد و دنباله جریان نزدیک پروانه با داده های آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی شده است که تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد. نتایج مطالعه شبکه در ناحیه دنباله نشان می دهد که بر خلاف کمیت های کلی جریان، شبکه استفاده شده در این ناحیه به شدت بر روی نتایج میدان دنباله تاثیرگذار است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مدل سازی دائم به روش معادلات RANS برای محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی مناسب بوده و با هزینه محاسباتی کمتر و دقت مناسب نسبت به روش غیردائم URANS نتایج را پیش بینی می کنند. از طرف دیگر، بررسی صحیح نوسانات جریان و ناپایداری های جریان گردابه ای، تنها با انجام شبیه سازی های غیردائم و شبکه مناسب امکان پذیر است. در این مقاله همچنین اثر ضریب پیشروی بر ساختار جریان گردابه ای در ناحیه دنباله بررسی شده است. مقایسه کیفی نتایج این تحقیق و نتایج مشابه موجود از مدل دقیق تر DES نشان می دهد که روش URANS به شرط استفاده از شبکه مناسب، توانایی بسیار بالایی در مدل سازی میدان دنباله دارد. این روش حجم شبکه مورد نیاز و زمان اجرا را ضمن حفظ دقت نتایج، به میزان بسیار چشمگیری کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: پروانه دریایی، شبیه سازی دنباله جریان، آشکارسازی گردابه، شبیه سازی غیردائم، الگوی جریان
  • رضا ربانی، قاسم حیدری نژاد *، ابراهیم شیرانی صفحات 185-194
    به منظور شبیه سازی عددی فرآیند انتقال گرما از ساختار دیوار به سیال در نانوکانال ها، بازه ی وسیعی از ثابت فنر بسته به جنس دیوار مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله تاثیر تغییر ثابت فنر دیوار بر انتقال گرما و توزیع خواص ماکروسکوپیک مختلف سیال بررسی شده است. به این منظور، انتقال حرارت در گاز آرگون با عدد نودسن 10 بین دو دیوار ساکن از یک نانوکانال با عرض 5.4 نانومتر با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد که با کاهش ثابت فنر دیوار، دامنه نوسانات اتم های دیوار افزایش یافته و این امر امکان نزدیک تر شدن اتم های گاز به سطح دیوار را افزایش می دهد که در نتیجه شار حرارتی عبوری از گاز و متناظر با آن ضریب هدایت حرارتی افزایش می یابد. بررسی نتایج افزایش ضریب هدایت حرارتی گاز در عرض نانوکانال از 0.11 mW⁄(m-K) به0.27 mW⁄(m-K) را برای کاهش مقدار ثابت فنر از k_s=1100εσ^(-2) به k_s=100εσ^(-2) را نشان می دهد. به علاوه نزدیک تر شدن اتم های گاز به سطح، پرش دمایی بر روی مرز را کاهش داده که این امر موجب افزایش هر چه بیشتر چگالی گاز در مجاورت دیوار سرد و کاهش آن در مجاورت دیوار گرم می گردد. مقایسه ی پروفیل توزیع دما، چگالی و فشار در عرض نانوکانال نشان می دهد که مستقل از تغییرات ثابت فنر، مقدار بیشینه ی کمیت های مذکور در فاصله σ⁄2 از دیواره اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: انتقال گرما، گاز رقیق، ثابت فنر دیوار
  • محمدحسین زاده، علی سالاری، محمد سردارآبادی، محمد پسندیده فرد* صفحات 195-204
    در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، اثر استفاده از سیال کاری آب خالص و نانوسیال اکسید روی-آب بر عملکرد یک سیستم فتوولتاییک حرارتی مورد ارزیابی قرار می گیرد. هم چنین، اثر پارامترهای مستقل از ساختمان سیستم بر بازده الکتریکی و حرارتی سیستم فتوولتاییک حرارتی بر پایه نانوسیال اکسید روی-آب بررسی می شود. پارامترهای بررسی شده در این مطالعه، میزان تشعشع جذب شده توسط سلول های فتوولتاییک، سرعت باد، دمای محیط، دمای سیال خنک کننده ورودی به کلکتور حرارتی، دبی جرمی سیال خنک کننده و درصد جرمی نانوذرات در نانوسیال اکسید روی-آب می باشند. در این پژوهش با ساخت بستر کامل آزمایشگاهی، نتایج مدل عددی سه بعدی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی می شود. آزمایش ها در دانشگاه فردوسی مشهد با عرض جغرافیایی 36 درجه و طول جغرافیایی 59 درجه و در یک روز معین در مرداد ماه انجام می شود. نتایج بررسی عددی نشان می دهد، بازده حرارتی سیستم فتوولتاییک حرارتی با سیال کاری نانوسیال با افزایش تشعشع جذب شده توسط سلول های فتوولتاییک، دمای محیط، دبی جرمی سیال خنک کننده و درصد جرمی نانوذرات در نانوسیال اکسید روی-آب زیاد می شود. در حالی که افزایش سرعت باد و دمای سیال خنک کننده ورودی به کلکتور حرارتی سبب کاهش بازده حرارتی سیستم می شوند. هم چنین، تغییرات پارامترهای بررسی شده در این مطالعه اثر اندکی بر بازده الکتریکی سیستم فتوولتاییک حرارتی دارد. افزایش نسبی بازده الکتریکی و حرارتی سیستم فتوولتاییک حرارتی با سیال کاری نانوسیال اکسید روی-آب با درصد جرمی 12 درصد نسبت به آب خالص به ترتیب 0.28 و 12.58 درصد است.
    کلیدواژگان: سیستم فتوولتاییک حرارتی، نانوسیال، دینامیک سیالات محاسباتی، تحلیل ترمودینامیکی
  • مهدی بقراطی، محمد مقیمان*، سید هادی پورحسینی صفحات 205-213
    حضور ذرات و اتم های کربن در احتراق سوخت های فسیلی، نقش مهمی در انتقال حرارت تابشی و رفتار احتراقی شعله ها دارد. افزایش کربن در شعله می تواند به وسیله استفاده از سوخت های سنگین تر (با نسبت جرمی C/H بزرگتر) یا به وسیله تزریق ذرات کربن به سوخت های سبکتر انجام شود. در این پژوهش اثر افزودن غلظت های مختلف نانو لوله کربنی چند دیواره با گروه عاملی هیدروکسیل (OH) در سوخت هیدرو کربنی مایع بر توزیع دما و تابش حرارتی شعله اندازه گیری شده است و نتایج با رفتار احتراقی سوخت های مایع با C/H مختلف مقایسه شده است. برای اندازه گیری تابش درخشانی (طیف مرئی) و تابش حرارتی (طول موج های تابشی مرئی و مادون قرمز) به ترتیب از یک لوکس متر و ترموپیل استفاده شده است. توزیع دما با استفاده از تصویر برداری حرارتی و غلظت ذرات دوده با توجه به طول موج تابش حاصل از احتراق آنها اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد، افزایش کربن به صورت نانوذرات، موجب افزایش سرعت واکنش ها، کاهش طول شعله، افزایش دما و افزایش تابش حرارتی و افزایش کربن به صورت سوخت سنگین تر (C/H بیشتر) موجب کندی احتراق، افزایش طول شعله، افزایش دما و افزایش تابش حرارتی می گردد. استفاده از سوخت نانوسیال با کسر جرمی 0.01 درصد نانوذرات در سوخت پایه با C/H=5.46، موجب افزایش تابش حرارتی به میزان 3.4 درصد می شود. این میزان افزایش با افزایش تابش حرارتی در سوخت هیدروکربنی با C/H=5.52 برابری می کند. افزایش غلظت نانوذرات موجب افزایش سینتیک شیمیایی، افزایش دما و تابش های حرارتی و درخشانی می شود و نقطه بیشنه دما در شعله به ابتدای شعله نزدیکتر می گردد.
    کلیدواژگان: شعله دیفیوژن، سوخت نانوسیال، نسبت جرمی C-H، تابش حرارتی، تابش درخشانی
  • حسین نیاسری، غلامحسین لیاقت* صفحات 214-224
    در این مقاله به مطالعه عددی تغییر شکل و رشد ترک در لوله فولادی در اثر فشار متحرک داخلی پرداخته شده است. یک روش نظام مند برای تعیین پارامترهای مدل عددی مسئله شکست ناشی از تراک ارائه شده است. شبیه سازی بر روی لوله های فولادی گاز انجام شده است که برای ایجاد پارگی محدود در جداره لوله، از فتیله انفجاری با جنس پتن با سرعت سوزش تراک بالای 7000 متر بر ثانیه استفاده شده است. دو مدل المان محدود یکی برای محاسبه فشار داخلی و دیگری برای شبیه سازی رشد ترک ایجاد گردیدند. مدل اول بر پایه ساختار شبکه اویلرین برای محاسبه پارامترهای فشار متحرک اعمال شده بر روی جداره لوله ایجادشده است. مدل دوم بر پایه شبکه لاگرانژین و با روش های المان چسبنده و حذف المان برای شبیه سازی رشد ترک ایجاد گردید. این مدل برای شبیه سازی رفتار تغییر شکل و پارگی لوله از پارامترهای فشار متحرک داخلی، پارامترهای الاستو پلاستیک فولاد در حالت وابسته به نرخ بارگذاری و پارامترهای شکست دینامیک مربوط به المان های چسبنده، استفاده کرد. در مرحله بعد نتایج مدل المان محدود با مدل تحلیل راستی آزمایی گردید. مدل المان محدود توانست میزان رشد طولی ترک را با خطای کمتر از 7 درصد و محل توقف ترک را با خطای کمتر از 10 درصد نسبت به آزمایش پیش بینی کند.
    کلیدواژگان: رشد ترک، روش المان محدود، المان چسبنده، بار متحرک داخلی
  • احسان ترکان، مصطفی پیرمرادیان *، محمد هاشمیان صفحات 225-236
    در این مقاله، ناپایداری ناشی از وقوع تشدید پارامتریک در ارتعاش عرضی ورق مستطیلی واقع بر بستر الاستیک تحت عبور مجموعه پیوسته ای از جرم های متحرک به عنوان مدلی از تعامل پل با بارهای متحرک، بررسی شده است. برای استخراج معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم بر حرکت عرضی ورق، اصل همیلتون تعمیم یافته بکار گرفته شده است. متعاقبا با استفاده از روش گالرکین، معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم به مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل گردیده است. لحاظ کردن همه ی مولفه های شتاب جرم متحرک از جمله شتاب محلی، کریولیس و مرکزگرا در تحلیل، منجر به ظاهر شدن ماتریس های متغیر با زمان جرم، میرایی و سختی در ضرایب معادله شده است. عبور متناوب و پیوسته ی جرم های متحرک در طول مسیری مستقیم روی سطح ورق، سیستم دینامیکی مورد بررسی را به سیستمی تحت تحریک پارامتریک با ضرایب پریودیک تبدیل می کند. با اعمال روش نیمه تحلیلی هارمونیک بالانس نموی بر معادلات بدست آمده، پایداری سیستم برای مقادیر وسیعی از جرم و سرعت بارهای عبوری و شرایط مرزی مختلف ورق تحلیل شده است. علاوه بر این، تاثیر سختی بستر الاستیک بر پایداری ورق نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از تکیه گاه های گیردار برای لبه های ورود و خروج جرم ها روی سطح ورق، منجر به تشکیل زبانه ای ناپایدار در صفحه ی پارامترهای جرم عبوری می شود؛ زبانه ای که در صورت استفاده از تکیه گاه ساده پدیدار نمی شود. همچنین، مشاهده می شود که با افزایش سختی بستر الاستیک، سرعت های بحرانی جرم های متحرک افزایش می یابد. با انجام شبیه سازی های عددی، صحت نتایج پیش بینی شده با روش نیمه تحلیلی، تایید شده است.
    کلیدواژگان: ورق-جرم متحرک، تحریک پارامتریک، تشدید پارامتریک، پایداری دینامیکی، روش هارمونیک بالانس نموی
  • محمد اعلایی، فتح الله امی*، سعید کریمیان علی ابادی صفحات 237-244
    در این مقاله به اهمیت برآورد صحیح رفتار آیرودینامیکی بال مثلثی در مرحله طراحی مفهومی یک موشک ماهواره بر هواپایه پرداخته شده و چندین روش تخمین و محاسبه ضرایب آیرودینامیکی بررسی و دقت این روش ها سنجیده شده است. نرم افزارهای علمی و تجاری و نیز فلوئنت بعنوان شیوه های مختلف در دسترس انتخاب و از هندسه مشابه بال مثلثی نصب شده بر روی ماهواره بر هواپایه پگاسوس به عنوان الگو استفاده شده است. ویژگی متمایز این بال، عدم استفاده از تونل باد در روند طراحی آن و پرواز در گستره وسیعی از جریانها میباشد. با توجه به اینکه پارامترهای متعددی از جمله ضرایب نیرو و ممان آیرودینامیکی، مشتقات پایداری و کنترل، ضرایب بارگذاری بر روی سازه بال و ضریب انتقال حرارت بال مورد نیاز است، لذا توانمندی روش های مختلف در تخمین و محاسبه ضرایب آیرودینامیکی بعنوان مهمترین پارامترهای موثر بر رفتار سیستم، ارزیابی شده و در هر رژیم جریان، نرم افزار یا تکنیک حل مناسب معرفی شده است. با توجه به قدرت و ظرفیت سامانه پردازش موازی در دسترس، تکنیکهای متفاوت CFD باهم مقایسه شده است. دقت روش های حل معادلات میانگین رینولدز (RANS) و معادلات اویلر بر اساس مقایسه با نتایج حاصل از DES سنجیده شده که محدوده های اعتبار و صحت این شیوه های ساده تر نیز پیشنهاد شده است. نتایج کلی حاصل، نشان دهنده مزیت نسبی روش های CFD بر نرم افزارهای صنعتی و کدهای نیمه تجربی است. نرم افزارهای صنعتی و کد نیمه تجربی عمدتا در محدوده خطی یا زوایای حمله کوچک، پاسخ های مطلوب ارایه میدهند.
    کلیدواژگان: بال مثلثی، ماهواره بر هواپایه، ضرایب آیرودینامیکی، روش نیمه تجربی، دینامیک سیالات محاسباتی
  • سید مجید خطیبی، علی خالقی*، محمود نوروزی صفحات 245-253
    در مقاله حاضر، با رویکردی تجربی به مطالعه ناپایداری انگشتی لزج در جابجایی مخلوط شدنی سیال نیوتنی پرداخته شده است. نتایج بررسی این ناپایداری در انتقال نفت از مخازن نفتی بستر زمین به سطح زمین، کاربرد گسترده ای دارد. به منظور واقعی تر شدن نتایج این پژوهش، محیطی متخلخل با دیواره های شفاف و ساختاری فشرده از دانه های کروی شیشه ساخته شد که نفوذپذیری آن به بستر زمین نزدیک باشد. هدف اصلی این پژوهش، بررسی اثرات نسبت لزجت، میزان دبی و عدد بی بعد بلاک بر نحوه رشد و شکل انگشتی ها و همچنین تاثیر آن ها بر پارامترهای فیزیکی مهمی ازجمله طول اختلاط، بازده جاروبی و رشد اغتشاش به حالت پایه است. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت لزجت، ناپایداری و تعداد شاخه های انگشتی افزایش و انگشتی های ریز بیشتری تشکیل می شود. همچنین افزایش نسبت لزجت باعث افزایش طول اختلاط و کاهش بازده جاروبی می شود. با افزایش میزان دبی نیز مشاهده شد که تعداد انگشتی های پهن افزایش و نوک انگشتی ها تمایل به پخش شدن پیدا می کنند، علاوه بر این با بررسی نتایج مشخص شد که افزایش دبی، راندمان جاروبی را افزایش می دهد، اما تاثیر محسوسی بر طول اختلاط ندارد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش بلاک طول اختلاط کاهش و بازده جاروبی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ناپایداری انگشتی لزج، دانه های شیشه، محیط متخلخل، جابجایی مخلوط شدنی
  • محمدرضا شبگرد*، رضا نجاتی ایلخچی، فرید کبیری نیا صفحات 254-260
    هدف از این کار بررسی تاثیر فشار گپ جهت بهینه سازی مشخصه های هندسی پودر تولید شده به روش تخلیه الکتریکی است. روش تخلیه الکتریکی یکی از روش های مدرن و پربازده برای تولید پودر در ابعاد فوق ریز می باشد. برای بهبود تولید پودر به روش تخلیه الکتریکی در پژوهش حاضر از ایجاد گرادیان فشار در گپ از طریق شست وشوی پالسی با نرخ جریان های مختلف در دی الکتریک آب دی یونیزه و اتانول بهره برده شد. همچنین، برای تولید پودر حاصل الکترودهای گرافیتی و تنگستنی استفاده گردید. بررسی نتایج حاصل از پژوهش تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) نشان می دهد که پودر تولید شده در هردو دی الکتریک دارای ذرات کروی در حدود نانو می باشد که با افزایش اختلاف فشار میزان کلوخگی پودر نیز پایین آمده است. با توجه به نتایج آنالیز اندازه ذرات (PSA) میانگین اندازه ذرات بدست آمده در هر دو دی الکتریک حدود 100 نانومتر می باشد که این میانگین اندازه در اتانول کوچکتر از آب دی یونیزه است. همچنین، اندازه کریستال های تولیدی برای اتانول و آب دی یونیزه به ترتیب در حدود 30 و 44 نانومتر می باشند. از پراش اشعه ایکس (XRD) نیز مشخص شد که فاز غالب در پودر تولید شده در اتانول و آب دی یونیزه به ترتیب WC1-x و W2C می باشد. از این رو نتایج بوجود آمده نشان داد که با ایجاد اختلاف فشار بالا در ناحیه گپ می توان پودری با مشخصه های هندسی مطلوب تر و نرخ تولید بالاتر بوجود آورد.
    کلیدواژگان: تخلیه الکتریکی، نانوپودر، تنگستن کاربید، اختلاف فشار، نرخ جریان
  • محمدکاظم حسن زاده اقدم، محمد جواد محمودی*، هوشنگ برخورداری صفحات 261-272
    در این پژوهش با استفاده از مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد اثرات اندازه ی نانولوله کربنی بر خواص موثر الاستیک نانوکامپوزیت های هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بررسی می شود. این نوع نانوکامپوزیت هیبریدی از نانولوله کربنی، فیبر کربن، زمینه پلیمری و فاز میانی ناشی از برهمکنش غیر پیوندی واندروالس بین زمینه و نانولوله کربنی تشکیل می شود. ویژگی ساختاری جدید نانوکامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بگونه ای است که نانولوله های کربنی همراستا بصورت شعاعی بر سطح فیبر کربن رشد داده شده اند. نانولوله ی کربنی و فیبر کربن بعنوان یک ماده ایزوتروپیک عرضی مدل می شوند در حالی که زمینه پلیمری و فاز میانی ایزوتروپ فرض می شوند. اثرات اندازه ی نانولوله کربنی بر رفتار کلی نانوکامپوزیت زمینه پلیمری، فیبر فازی کامپوزیتی و کامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که اندازه ی نانولوله کربنی بر خواص موثر عرضی نانوکامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی دارای اهمیت بیشتری می باشد. فهمیده شد که خواص موثر عرضی نانوکامپوزیت هیبریدی با افزایش اندازه ی شعاع نانولوله کربنی بهبود می یابد. همچنین این مدل میکرومکانیکی به منظور بررسی اثرات فاز میانی بر رفتار کلی نانوکامپوزیت زمینه پلیمری، فیبر فازی کامپوزیتی و کامپوزیت هیبریدی تقویت شده با فیبر فازی بکار گرفته می شود. نتایج خواص موثر الاستیک بدست آمده با مدل میکرومکانیکی حاضر برای کامپوزیت هیبریدی تطابق بسیار خوبی با دیگر تحقیقات نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، فیبر فازی، نانولوله کربنی، میکرومکانیک، خواص موثر الاستیک
  • حمید همتی، منصور شیروانی*، امید وحیدی، سلمان موحدی راد صفحات 273-280
    در این مقاله تماس مستقیم آب داغ با هوای سرد برای جریان همسوی رو به پایین درون لوله عمودی بررسی شده است. آزمایش ها در شرایط جریان آشفته، برای لوله هایی به طول 1، 1.5 و 2 متر و قطر 0.021متر انجام شده است. در آزمایش ها دمای آب داغ از 35 تا 50 درجه سلسیوس و دمای هوا از 25 تا 35 درجه سلسیوس تغییر داده شده اند. سرعت هوا در آزمایش های مختلف، در مقادیر 3، 5، 7، 9 و 11 متر بر ثانیه، و نرخ های جریان مایع 5، 8 و 10 لیتر بر دقیقه تغییر داده شدند. الگوی جریان دوفازی بصورت حلقوی در لوله، تشکیل شده است. سطح تماس بین آب و هوا، با استفاده از تابش نور لیزری صفحه ای در مسیر جریان و عکس برداری و پردازش تصویری آن بدست آمده است. آزمایش ها نشان داده است که انتقال حرارت از آب داغ به هوای سرد با افزایش نرخ جریان هوا افزایش پیدا می کند. بیش از 80 درصد حرارت، از طریق تبخیر و کمتر از 20 درصد، از طریق جابجایی منتقل می شود. در هر سه لوله، با افزایش نرخ جریان مایع، عدد ناسلت کاهش پیدا می کند. در تمامی دماها، عدد ناسلت با افزایش طول لوله کاهش یافت. مقادیر عدد ناسلت آزمایشگاهی، با مقادیر تجربی بدست آمده برای لوله های صاف مقایسه شدند. در نهایت، روابط اصلاحی برای عدد ناسلت ، با برازش داده های آزمایشگاهی بر روی روابط مربوط به لوله های صاف، بدست آمد. رابطه پیشنهادی برای انتقال حرارت، عدد ناسلت را با میانگین خطای ±15.26% ، پیش بینی کرد.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی تماس مستقیم، جریان رو به پایین، جریان دوفازی، انتقال حرارت
  • ارسلان قجر، سید آرش سید شمس طالقانی*، محمدرضا سلطانی، مهران مصدری صفحات 281-289
    در این پژوهش نتایج آزمون استاتیکی یک مدل هواپیمای بال مثلثی 60 درجه تحت اثر زمین در تونل باد کم سرعت ملی ارائه می گردد. تونل باد مذکور از نوع مدار بسته و دارای مقطع آزمون باز به ابعاد 2/2 متر در 8/2 متر می باشد. کیفیت جریان در فرآیند کالیبراسیون مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار شدت اغتشاشات جریان مقطع آزمون در مرکز مقطع حدود 13/0 درصد می باشد. عدد رینولدز آزمون ها فراتر از 5/1 میلیون می باشد که دستیابی به این عدد رینولدز در سرعت های پایین در نوع خود در کشور منحصر بفرد است. اثرات زمین با استفاده از یک صفحه ثابت با ارتفاع قابل تغییر اندازه گیری شده است. آزمون ها در فواصل مختلف از زمین جهت اندازه گیری نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی با استفاده از بالانس شش مولفه کرنش سنجی انجام گرفتند. نتایج بدست آمده نشان دادند که ضریب برآی حداکثر به خاطر حضور زمین از مقدار 29/1 به مقدار 38/1 افزایش یافته است. ضریب برآ در کلیه زوایای حمله با حضور زمین افزایش یافته و ضریب پسای القایی کاهش یافته است و در نتیجه ضریب کیفیت آیرودینامیکی کل (نسبت برآ به پسا) از مقدار 8 تا مقدار 5/14 افزایش یافته است. زمانی که فاصله مدل تا صفحه زمین کمتر از نصف طول بال باشد، شیب منحنی برآ با نرخ بالایی از مقدار 66/2 بر رادیان تا مقدار 11/3 بر رادیان افزایش می یابد. با کاهش این فاصله مرکز آیرودینامیکی کل به سمت عقب منتقل می گردد. در نتیجه حضور زمین باعث افزایش پایداری استاتیکی طولی شده است.
    کلیدواژگان: تونل باد، شبیه ساز زمین، بال مثلثی، مشخصه های آیرودینامیکی
  • محمدرضا نظری *، امین طالع زاده شیرازی، مجتبی دهقان منشادی صفحات 290-300
    در تحقیق حاضر، شبیه سازی عددی منحنی عملکرد و مدل سازی میدان دائم دنباله جریان یک پروانه دریایی مورد مطالعه قرار گرفته است. حل با استفاده از نرم افزار متن باز اوپن فوم و حلگر دائم و تراکم ناپذیر سیمپل فوم انجام شده است. گرادیان ها از الگوریتم خطی گاوس محاسبه شده و معادله فشار با استفاده از روش چند شبکه ای حل شده اند. در این پژوهش، شبیه سازی منحنی عملکرد پروانه در کل بازه عملکردی انجام شده و اثر استفاده از دو مدل اغتشاشی Realizable-k-ε و k-ε-v^2-f بر نتایج بررسی شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که استفاده از مدل دو معادله ای در تمامی حالت ها، بجز ناحیه نزدیک به حالت بولارد، تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد. در این حالت، زاویه حمله جریان ورودی به پروانه به شدت افزایش یافته و مدل دو معادله ای ضریب تراست را با 24% خطا پیش بینی می کند، درحالی که استفاده از مدل چهار معادله ای بهبود چشمگیری در نتایج ایجاد کرده و خطا را به 5% کاهش می دهد. در حل عددی، دنباله جریان در مقاطع مختلف طولی و شعاعی بررسی شده است که همخوانی خوبی با نتایج تجربی موجود نشان می دهد. بررسی جریان در ناحیه ویک نشان می دهد که رفتار مقطع طولی پائین دست مشابه مقطع بالادست بوده اما بازه تغییرات آن کمتر است. همچنین، بخاطر چرخشی بودن جریان پشت پروانه، مکان زاویه ای نقاط اکسترمم مولفه های ویک، دوران می کند. همچنین نتایج بدست آمده نشان می دهد که در نزدیکی ناحیه گردابه نوک پره، تغییرات مولفه سرعت محوری ویک بسیار شدید بوده و سهم مولفه های محوری و مماسی سرعت در خارج از این ناحیه، ناچیز است.
    کلیدواژگان: پروانه، ضریب تراست، منحنی عملکرد، شبیه سازی دنباله جریان، اوپن فوم
  • یاسر حسینی، حسین غفارزاده* صفحات 301-308
    شناسایی سیستم با پیشرفت آزمایش های دینامیکی سازه، یکی از روش های مفید جهت پایش سلامتی، اکتشاف خرابی سازه ها و به روز رسانی مدل المان محدود به حساب می آید. شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه براساس اطلاعات تحریک و پاسخ سازه صورت می گیرد و شامل تخمین پارامترهای فیزیکی همانند ماتریسهای جرم، سختی، میرایی و یا پارامترهای مودال از جمله فرکانس های طبیعی، نسبت های میرایی و شکل مودهای سازه می شود. توابع (Block-pulse (BP از جمله توابع متعامد هستند که از آنها می توان برای تقریب انواع توابع استفاده کرد. این توابع با توجه به تعاریف صریح و ساده ای که دارند می توانند فرمول بندی ساده ای از مسائل پیچیده ارائه دهند. در این پژوهش معادلات دینامیکی سازه به معادلات فضای حالت تبدیل شده و براساس ضرایب BP ورودی و ضرایب BP پاسخ جابجایی یک تابع انتقال به ازای هر درجه آزادی استخراج شده است. توابع انتقال شامل اطلاعاتی از قبیل مقادیر ویژه سیستم می باشند که معادل سازی آنها با مدل ARX منجر به تخمین مقادیر ویژه سیستم شده و شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه براساس این مقادیر ویژه صورت گرفته است. به منظور ارزیابی دقت روش پیشنهادی قاب برشی سه طبقه با پاسخ های مشخص در تمام درجات آزادی و تحت ارتعاش در تراز پایه به عنوان شبیه سازی عددی ارائه شده است. همچنین دقت فرایند شناسایی با اعمال نویز در سطوح مختلف به پاسخ سازه، مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج حاکی از آن هستند که الگوریتم پیشنهادی ضمن کاهش هزینه محاسباتی از دقت مناسبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: شناسایی سیستم، توابع Block-Pulse، فضای حالت پیوسته زمان، ماتریس عملگر، مقادیر ویژه
  • غلامرضا زارع پور *، ایلقار جوانشیر صفحات 309-318
    در مقاله حاضر رفتار ارتعاشی تیرهای ویسکوالاستک با تکیه گاه های ساده در دو انتها تحت تاثیر ارتعاشات القائی ناشی از سیال با ارائه روش نیمه تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. با در نظر گرفتن فرم کلی رفتار ویسکوالاستیک و با استفاده از مدل کوپل شدگی جابجایی به منظور مدل سازی اندرکنش سازه و سیال، معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت با اعمال مستقیم قانون دوم نیوتن استخراج شده است. برای اعمال تاثیر گردابه ها در ارتعاشات سیستم از معادله ون در پل غیرخطی استفاده شده است. سپس با استفاده از روش گالرکین، معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی گسسته سازی و دستگاه معادلات دیفرانسیل غیرخطی با استفاده از روش رانگ- کوتا حل شده است. در نهایت، پاسخ سیستم، منحنی های فازی و تغییرات حداکثر دامنه بر حسب سرعت سیال به ازای پارامترهای مختلف استخراج و نتایج مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که رفتار ویسکوالاستیک تاثیر قابل ملاحظه ای بر مشخصه های دینامیکی سیستم دارد و باعث جابجا شدن محدوده قفل شدگی نسبت به سیستم الاستیک متناظر می شود. به عنوان مثال به ازای علاوه بر جابجا شدن موقعیت ناحیه قفل شدگی، حداکثر دامنه به جود آمده در تیر 45 درصد افزایش می شود. با توجه به اینکه عملکرد سیستم در محدوده قفل شدگی می تواند باعث بروز خسارات فاجعه باری شود بنابراین، با استفاده از مواد ویسکوالاستیک علاوه بر کاهش حداکثر دامنه سیستم می توان محدوده قفل شدگی را تغییر داد. بنابراین، با توجه به تاثیرگذاری قابل ملاحظه رفتار ویسکوالاستیک بر مشخصه های دینامیکی سیستم، باید در مدل ریاضی سیستم ها رفتار ویسکوالاستیک در نظر گرفته شود.
    کلیدواژگان: ارتعاشات القائی ناشی از سیال، تیر ویسکوالاستیک، ناحیه قفل شدگی، روش نیمه تحلیلی
  • مهدی حسن زاده، رضا انصاری خلخالی*، محمدکاظم حسن زاده اقدم صفحات 319-326
    در این پژوهش، یک مدل ساختاری الاستوپلاستیک به منظور بررسی اثرات افزودن نانوذرات سیلیکا بر منحنی های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت های زمینه پلیمری ارایه می شود. مدول الاستیک نانوکامپوزیت با ترکیب مدل های میکرومکانیکی موری-تاناکا و اشلبی با در نظر گرفتن ناحیه ی فازمیانی ناشی از واکنش بین نانوذرات سیلیکا و زمینه پلیمری ارزیابی می شود. سپس، منحنی های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک نانوکامپوزیت با بکارگیری یک روش همگن سازی میانگین گیری شده روی حجم های گروهی پایه میکرومکانیکی استخراج می شود. جهت اثبات درستی مدل توسعه داده شده، پیش بینی ها با داده های آزمایشگاهی موجود مقایسه می شوند. اثرات درصد حجمی و قطر نانوذرات سیلیکا، ضخامت و نمای چسبندگی ناحیه فازمیانی بر منحنی های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت های زمینه پلیمری به طور گسترده ای مورد بررسی قرار می گیرد. با در نظر گرفتن اثرات فازمیانی رفتار الاستوپلاستیک سخت تر مشاهده می شود. نتایج مدل سازی میکرومکانیکی به وضوح نشان می دهد که استحکام نانوکامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با نانوذرات سیلیکا یا (1) افزایش درصد حجمی نانوذرات، (2) کاهش قطر نانوذرات، (3) افزایش ضخامت فازمیانی و (4) کاهش نمای چسبندگی فازمیانی بهبود می یابد. در نهایت، منحنی های تنش-کرنش الاستیک-پلاستیک کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با نانوذرات سیلیکا تحت بارگذاری دو محوری به دست خواهد آمد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، میکرومکانیک، نانوذرات سیلیکا، فاز میانی، الاستوپلاستیک
  • علیرضا موحدی، علی اکبر دهقان*، مجتبی دهقان منشادی صفحات 327-338
    در مطالعه حاضر، مشخصات آیروآکوستیکی جریان حول یک سیلندر مربعی متصل به کف با ارتفاع محدود در زوایای حمله مختلف بررسی شده است. نسبت منظری مدل مورد بررسی برابر 7 بوده و ضخامت لایه مرزی در محل نصب مدلδ⁄D=4.27 است. آزمایش ها در تونل باد آیرودینامیکی اصلاح شده آکوستیکی انجام گرفتند. هدف اصلی این مطالعه برقراری ارتباط بین میدان های جریان و اکوستیک حول سیلندر مذکور است. نویز ناشی از جریان با استفاده از یک میکروفون اندازه گیری و با جریان سنج سیم داغ به مشخصات جریان ارتباط داده شده است. مشخصات نویز متشر شده بر حسب فرکانس و اندازه بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که در طیف فشار دوردست برای جریان حول سیلندر مورد بررسی، یک قله در فرکانسی برابر با فرکانس ریزش گردابه (اندازه گیری شده با جریان سنج سیم داغ) دیده می شود. یعنی عامل مهم در انتشار صدا از چنین هندسه هایی پدیده ریزش گردابه است. عدد استروهال به دست آمده برای سرعت سنج سیم داغ و میکروفون برای جریان حول سیلندر با زاویه حمله صفر درجه تقریبا برابر با 0.11 به دست آمد که با مطالعات قبلی سازگاری داشت. ضمنا بیشترین فرکانس ریزش گردابه در سرعت های مختلف مربوط به زاویه حمله 15 درجه به دست آمد. هم چنین مشخص گردید سطح فشار صوتی با افزایش سرعت جریان سطح نویز آیرودینامیکی منتشر شده از سیلندر افزایش می یابد. سطح فشار صوتی کلی در محدوده سرعت بالادست 5-15 m/s در محدوده 84.2-110.95 dB تغییر نمود. زاویه حمله، در مقایسه با سرعت بالادست اثر کمتری بر سطح کلی نویز منتشر شده دارد.
    کلیدواژگان: سیلندر مربعی، نویز آیرودینامیکی، میکروفون، عدد استروهال، ریزش گردابه
  • فاطمه افضلی، حسین امیری *، وحید نخعی، مهران عامری صفحات 339-350
    کلکتورهای هوایی مشبک بدون پوشش خورشیدی تکنولوژی های نسبتا نوینی هستند که می توان از آن ها به منظور گرمایش ساختمان ها و فضاهای بزرگ، خشک کردن محصولات کشاورزی و صنعتی استفاده نمود. در این کلکتورها هوا به وسیله صفحات جاذب مشبک (سوراخ دار) معمولا فلزی گرم می شود. هزینه خرید و آماده سازی صفحات جاذب سهم قابل توجهی از هزینه های این نوع از کلکتورها را به خود اختصاص می دهد. در تحقیق حاضر به صورت آزمایشگاهی و تئوری به بررسی و ارزیابی کارایی صفحات جاذب غیرفلزی موجود در بازار ایران به عنوان جایگزین صفحات جاذب استیل (فلزی) پرداخته شده است. بدین منظور سه کلکتور با صفحات جاذب استیل (فلزی)، پلی کربنات و پلاستیک فشرده طراحی، ساخته و در سه دبی هوا مورد آزمایش قرارگرفته اند. علاوه به راین یک مدل آنالیز حرارتی بر پایه قانون اول ترمودینامیک از رفتار این کلکتورها با در نظر گرفتن تمامی روش های انتقال حرارت (شامل رسانایی، جابجایی و تابش) توسعه داده شده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان دادند که در هر سه دبی موردبررسی همخوانی بسیار خوبی بین نتایج تجربی و نتایج مدل آنالیز حرارتی وجود دارد به طوری که خطای نسبی متوسط در تخمین دمای خروجی از کلکتور برای اکثر شرایط کاری کمتر از 5 درصد بود. علاوه بر این، نتایج نشان داد اختلاف زیادی بین کارایی سه کلکتور خصوصا برای دبی های کم وجود ندارد. بااین وجود برای شرایط بررسی شده کلکتور استیل بهترین کارایی و کلکتور پلی کربنات پایین ترین کارایی را داشت. کارایی و بازده کلکتور پلاستیک فشرده بسیار نزدیک کلکتور استیل بود و با توجه به مزایای کلکتورهای غیرفلزی استفاده از آن به جای کلکتورهای فلزی پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی، کلکتور مشبک بدون پوشش، هوا گرم کن، انرژی خورشیدی، صفحات جاذب غیرفلزی
  • سعید شجاعی، علی رحمانی هنزکی*، شهرام آزادی، محمد امین سعیدی صفحات 351-360
    هدف اصلی در این پژوهش استخراج الگوریتم تصمیم گیری مانور تعویض خط خودروی کشنده نیمه تریلر در محیط دینامیکی واقعی است. برای دستیابی به این هدف از روش نوین تعیین قیود تصمیم گیری براساس سینماتیک خودروی کشنده نیمه تریلر استفاده شده است، در این روش نقاط مختلف از خودروی کشنده نیمه تریلر در هنگام انجام مانور تعویض خط در حالتهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و نقاط بحرانی بر این اساس تعیین شده اند. سپس نقاط بحرانی به عنوان نقاط اعمال قیود فاصله ایمن در روش فوق الذکر در نظر گرفته شده اند. به منظور افزایش کارآمدی این روش، روش جدید واقع گرایانه دینامیک برون خطی بر پایه یک مدل دینامیکی چهار درجه آزادی در خودروی کشنده نیمه تریلر استفاده شده است. بدین ترتیب حداقل زمان انجام مانور تعویض خط خودروی کشنده نیمه تریلر با قابلیت حفظ پایداری و رهگیری، تحت فرمول-بندی جدیدی استخراج شده است. در ادامه بر اساس نتایج آزمون های شبیه سازی شده، بازه زمانی قابل اطمینان برای انجام مانور تعویض خط خودروی کشنده نیمه تریلر در قالب استراتژی تصمیم گیری مانور تعویض خط در شرایط دینامیک واقعی ارائه شده است. به منظور ارزیابی الگوریتم مورد نظر، کاربرد آن در شرایط نمونه مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاکی از صحت و کارآمدی روش مذکور است.
    کلیدواژگان: تعویض خط، کشنده نیمه تریلر، واحد تصمیم گیری
  • علی زاهدی دیزج یکان، بیژن ملایی داریانی*، محمد جواد میرنیا صفحات 361-371
    منحنی های حد شکل دهی ورق از ابزارهای مفید در بررسی شکل پذیری ورق به منظور طراحی محصولات صنعتی به شمار می رود. برای تعیین این منحنی ها روش ها و دستورالعمل هایی در قالب آزمایش های تجربی تدوین و ارائه شده است. هزینه بر و زمان بر بودن انجام این آزمایش های تجربی باعث شده است تا پژوهش های متعددی در استفاده از روش های تحلیلی و نرم افزارهای المان محدود در تعیین این منحنی ها صورت بگیرد. در تحقیق حاضر، منحنی های حد شکل دهی گلویی و حد شکست ورق های آلومینیوم آلیاژی 2024 با استفاده از روش اتساع نیم کروی به صورت تجربی و عددی به دست آمده است. برای این منظور هندسه های متفاوتی از ورق فلزی برای ایجاد مسیر کرنش های مختلف به کار گرفته شده است. برای شبیه سازی آزمایش های تجربی، از حل گر صریح نرم افزار تحلیلی آباکوس استفاده گردید. با استفاده از روابط تئوری و آزمایش های تجربی، خواص شکست ورق آلومینیومی برحسب کرنش شکست، تنش سه محوری و پارامتر زاویه لود تعیین و به نرم افزار معرفی شد. با استفاده از مدل آسیب نرم، کرنش های حد شکل دهی شکست توسط مدل عددی صحه گذاری شده، استخراج گردید. برای تعیین کرنش های حد شکل دهی گلویی از روشی بر اساس تغییرات کرنش بیشینه در ناحیه گلویی شدن، بهره گرفته شد. مقایسه نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل عددی به کار گرفته شده، می تواند با بیشترین خطایی حدود %6 کرنش های حد شکل دهی گلویی و شکست ورق آلومینیومی 2024 را پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: شکل پذیری ورق، منحنی حد شکل دهی، المان محدود، معیار آسیب
  • داود اکبری *، حمیدرضا آسمانی، ناصر سلطانی صفحات 372-380
    تداخل سنجی لیزری، یکی از روش های نوین در اندازه گیری مشتقات جابجایی است که قادر است گرادیان جابجایی های بسیار کوچک در ابعاد میکرومتر را اندازه گیری و محدوده ی گسترده ای از سطح جسم را به طور همزمان مورد مطالعه قرار دهد. از پتانسیل این روش می توان به طور بسیار کارآمدی در انجام آزمون های غیرمخرب صنعتی به خصوص در مواد مرکب استفاده نمود. با این حال، استفاده مناسب از این روش، مستلزم شناسایی پارامترهای موثر و آشنایی با نحوه کنترل آنها در آزمون می باشد. اندازه ی برش و میزان بارگذاری مورد نیاز، از جمله مهم ترین پارامترهای این روش هستند که قابلیت شناسایی عیوب بسیار وابسته به انتخاب صحیح آنهاست. در این مقاله، با معرفی روش مذکور و توسعه کاربرد آن در ارزیابی غیرمخرب مواد کامپوزیتی، تاثیر کمی پارامترهای تاثیرگذار در شناسایی عیوبی با اندازه و عمق های مختلف در مواد مرکب مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پس از آماده سازی چیدمان و اثبات کارایی آن، نمونه هایی از مواد مرکب دارای عیوبی با اندازه و زاویه های مختلف، با به کارگیری اندازه بارهای متفاوت مورد آزمایش قرار گرفته است. با بررسی نتایج، محدوده مجاز بارگذاری برای شناسایی ترک ها تعیین شده و سپس با اعمال اندازه برش های مختلف در مجموعه چیدمان آزمون، مناسب ترین اندازه برای تشخیص پذیری عیوب در نمونه ها بدست آمده است. در ادامه تاثیر موقعیت قرار گیری عیب نسبت به راستای بارگذاری مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی نتایج نشان دادند که بهترین پاسخ آزمون زمانی حاصل می گردد که اندازه برش در حدود اندازه ترکهای احتمالی تنظیم شده و بارگذاری نیز در محدوده ی تعیین شده باشد
    کلیدواژگان: تداخل سنجی لیزری، بازرسی غیر مخرب، مواد مرکب زمینه پلیمری، عیوب زیر سطحی
  • مسعود مصلایی پور *، سیده آمنه دانشگر صفحات 381-389
    در این تحقیق ویژگی های ریزساختاری و رفتار تربیولوژیکی کامپوزیت هیبریدی Al/(SiC+BNh) مورد مطالعه و بررسی واقع شد. به منظور بهره مندی همزمان از سختی بالای ذرات کاربیدسیلیسیم (SiC) و روانکاری ذرات نیتریدبور هگزاگونال (BNh)، کامپوزیت هیبریدی Al/(SiC+BNh) توسط فرآیند فرآوری اصطکاکی اغتشاشی (FSP) بر سطح زیرلایه 1050-Al ایجاد شد. مطالعات ساختاری انجام شده توسط میکروسکوپ نوری حاکی از اصلاح دانه بندی و کاهش اندازه دانه ها در منطقه اغتشاشی بود. ارزیابی ریزسختی نمونه ها نشان داد که با اعمال FSP، سختی مقطع اغتشاشی تا حدود 60±5HV افزایش می یابد که افزایش سختی حدود 70% نسبت به سختی فلز پایه را نشان می دهد. همچنین خصوصیات سایشی و خوردگی کامپوزیت هیبریدی تولیدی با کامپوزیت های تک ذره ای تولید شده در شرایط مشابه و همچنین فلز پایه مقایسه شد. بررسی عملیات کامپوزیت سازی سطحی بر رفتار سایشی نمونه ها نشان داد که نرخ سایش فلز پایه، کامپوزیت تک ذره ای Al/SiC، Al/BNh و کامپوزیت هیبریدی (Al/(SiC+BNh به ترتیب 0.075mg/m، 0.047mg/m، 0.046mg/m و 0.039mg/m می باشد. بنابراین کامپوزیت هیبریدی Al/(SiC+BNh) تولیدشده دارای مقاومت به سایش بیشتری از دیگر نمونه ها می باشد. این را می توان به افزایش همزمان سختی و کاهش ضریب اصطکاک سطحی نمونه کامپوزیت هیبریدی نسبت داد. بررسی های رفتار خوردگی نشان داد که اعمال FSP، موجب بهبود مقاومت به خوردگی فلز پایه بیش از 32% می شود.
    کلیدواژگان: FSP، کامپوزیت هیبریدی، BNh، SiC، سایش
  • پژمان مومنی، روح الله جماعتی* صفحات 390-396
    در این پژوهش به بررسی تاثیر فرایند نورد تجمعی (ARB) روی ریزساختار و سختی کامپوزیت ریختگی آلومینیم 356/کاربید تیتانیم که توسط ریخته گری نیمه جامد تولید شده است، پرداخته شد. فرایند ARB تا 4 سیکل روی کامپوزیت زمینه ی آلومینیمی حاوی 10 درصد حجمی کاربید تیتانیم با میانگین اندازه ذرات کمتر از 10 میکرومتر در دمای محیط انجام شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و سختی توسط آزمون های ماکروسختی و میکروسختی انجام گردید. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد سیکل های فرایند ARB، توزیع ذرات کاربید تیتانیم در زمینه ی آلومینیوم همگن شد و ذرات سیلیسیم موجود در زمینه، کوچک تر و کروی تر شدند. از طرفی، مناطق عاری از ذرات حذف شده و کیفیت پیوند بین ذرات کاربید تیتانیم و فاز زمینه بهبود پیدا کرد. علاوه بر آن، تخلخل موجود در ساختار ریختگی نیز به طور قابل توجهی کاهش یافت. بررسی های مربوط به سختی نشان داد که سختی نمونه ها در دو سیکل اول فرایند، افزایش چشمگیری داشت و پس از آن اثر تعداد سیکل ها بر سختی کمتر شد. به طور کلی ریزساختار کامپوزیت ریختگی آلومینیم 356/کاربید تیتانیم بعد از طی کردن 4 سیکل فرایند نورد تجمعی به شکل قابل ملاحظه ای اصلاح گردید به طوری که باعث افزایش ماکروسختی این کامپوزیت به میزان 170 درصد نسبت به نمونه ی ریختگی شد. در نهایت نتایج میکروسختی نشان داد که با افزایش تعداد سیکل ها، مقدار نوسان سختی در طول ضخامت کامپوزیت ها کاهش یافت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی، نورد تجمعی (ARB)، ریزساختار، سختی
  • سید میثاق ایمانی، سید محمود ربیعی، علی معظمی گودرزی*، مرتضی دردل صفحات 397-408
    در سال های اخیر استفاده از داربست های متخلخل برای ترمیم بافت های آسیب دیده استخوانی افزایش یافته است. از آنجایی که بدست آوردن خواص مکانیکی اینگونه داربست ها با استفاده از روش های آزمایشگاهی بسیار زمان بر و پرهزینه است، محققان زیادی مطالعات خود را معطوف روش های ریاضیاتی در این زمینه نموده اند. اما بررسی دقیق مقالات مربوطه مشخص می سازد که اکثر مدل های ارائه شده براساس روش اجزای محدود بوده و کمتر به صورت تئوری به این موضوع پرداخته شده است. در این مقاله روش های میکرومکانیکی مختلف برای بدست آوردن خواص الاستیک موثر داربست های استخوانی ارائه شده اند و از آنها برای بررسی خواص مکانیکی داربست های مختلف، شامل داربست های استخوانی سرامیکی و کامپوزیتی، استفاده شده است. مدل سازی داربست های سرامیکی به صورت تک مقیاسه و مدل سازی داربست های کامپوزیتی به صورت چند مقیاسه انجام گرفته است. همچنین به دلیل کاربرد گسترده ماده هیدروکسی آپاتیت در ساخت داربست های استخوانی، در ادامه این پژوهش خواص مکانیکی داربست های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل های مختلف با روش های ارائه شده بدست آمده است. نتایج نشان می دهند که مدل های دیوی، خودسازگاری و دیفرانسیلی، به ترتیب، دارای بیشترین دقت در محاسبه مقدار مدول یانگ این داربست ها در محدوده تخلخل های زیر 30 درصد، 30 تا 60 درصد و بالای 60 درصد هستند. همچنین روش خودسازگاری تخمین مناسبی از مقدار ضریب پواسون داربست های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل های مختلف ارائه می دهد. با بدست آوردن مقادیر خواص مکانیکی داربست ها در تخلخل های مختلف با استفاده از این مدل ها و استفاده از تحلیل های آماری، رابطه ریاضی میان درصد تخلخل و خواص مکانیکی آنها (مدول یانگ و ضریب پواسون) بدست آمده است.
    کلیدواژگان: مهندسی بافت استخوان، داربست استخوانی، مدل سازی میکرومکانیکی، مدل سازی چندمقیاسه، خواص الاستیک موثر
  • مینا برزگران، حسین مهدیزاده*، سلمان پوراسماعیل صفحات 409-416
    در تحقیق حاضر به منظور مدل سازی انتقال رسوب بستر، از یک روش حجم محدودگودونوف استفاده می شود. معادلات به کار گرفته شده در این مدل سازی شامل معادلات آب کم عمق برای شبیه سازی رفتار هیدرودینامیک و نیز معادله رسوب برای شبیه سازی تغییرات مورفودینامیک می باشند. سپس این دو مجموعه از معادلات توسط روش ریمن تقویت شده بر اساس یک روش جفت شده ضعیف، حل می گردند. درروش جفت شده ضعیف ابتدا معادله رسوب حل می گردد و سپس نتایج به روز شده تغییرات پروفیل رسوب به صورت عبارت منبع در معادلات آب کم عمق با استفاده از یک ساختار ریمان مشابه به کار گرفته می شود. روش عددی موردنظر ابتدا برای شبیه سازی نمونه آزمایشی انتقال لایه رسوب سهموی، استفاده شد و نتایج به دست آمده با داده های آزمایشگاهی در دسترس صحت سنجی گردید. سپس انتقال یک توده رسوب با شرایط اولیه زیر بحرانی که شرایط برخورد ملایم و شدید بین سطح آب و رسوب کف ایجاد می نماید، در نظر گرفته گردید. نتایج حاصل از این پژوهش بیانگر آن است که روش جفت شده ضعیف که بر مبنای روش ریمن تقویت شده، توسعه یافته است، قابلیت مدل سازی تمامی شرایط انتقال رسوب با دقت بالا را دارا می باشد و تطابق بسیار خوبی با حل های مرجع یا تحلیلی در نمونه های آزمایشی برای انواع جریان ها دارد.
    کلیدواژگان: معادلات آب های کم عمق، روش جفت شده ضعیف، حل کننده ریمن تقویت شده، انتقال رسوب کف
  • حجت خزیمه نژاد، حمید نیازمند* صفحات 417-426
    در مقاله حاضر یک شبیه سازی عددی برای تحلیل اثرات نسبت منظری یک همزن مستطیلی با در نظر گرفتن همزمان اثرات دو پارامتر دیگر فرکانس و دامنه همزن، بر بازده اختلاط درون یک ریزمجرای تخت به روش شبکه بولتزمن صورت گرفته است. نتایج نشان دادند که در یک دامنه نوسان کوچک، تغییرات AR در مقادیر St پایین تقریبا بی تاثیر بوده ولی در مقادیر میانی با کاهش AR بازده بیشتر می شود. همچنین در مقادیر بالای St با افزایش AR از 0.1 به 0.5 بازده کم ولی با افزایش بیشتر AR، بازده نیز افزایش یافته است. در یک دامنه نوسانی بزرگتر نسبت به حالت قبل، در مقادیر بالای St با افزایش AR تا میزان 0.7 ابتدا بازده افزایش ولی بعد از این مقدار بازده کم می شود. در مقادیر پایین و میانی St ، اختلاط در مقادیر پایین تر AR دارای عملکرد بهتری نسبت به مقادیر بالاتر آن بوده است. علاوه بر این نشان داده شد که در یک فرکانس کوچک، در تمامی مقادیر K افزایش AR ابتدا باعث کاهش و سپس افزایش بازده شده است به طوری که هر چه AR به 1 نزدیک تر باشد بازده اختلاط بهتر می شود. در یک فرکانس بزرگتر، در مقادیر کوچک K با افزایش AR ابتدا بازده کاهش و سپس افزایش، در حالی که این روند در مقادیر بزرگ K تقریبا معکوس شده است. در مقادیر میانی به طور کلی هر چه نسبت منظری بیشتر و نزدیک تر به 1 باشد بازده اختلاط نیز بیشتر بوده است.
    کلیدواژگان: ریزمخلوط گر فعال، همزن نوسانی، نسبت منظری، روش شبکه بولتزمن
  • سید علی آذرپژو، سید روح الله کاظمی* صفحات 427-438
    طراحی لوله های انتقال گاز، لوله های تفنگ، لوله های موتور انفجار در جت و غیره همگی مرتبط با مساٴله لوله تحت بارگذاری داخلی دینامیکی می باشند. در مقاله حاضر پاسخ دینامیکی پوسته استوانه ای جدار ضخیم، تحت بارگذاری داخلی دینامیکی با در نظر گرفتن تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا و مقایسه آن با تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول میرسکی- هرمان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است و اثر اینرسی دورانی و تغییر شکل های برشی عرضی در معادله های حاکم بر سامانه دینامیکی در نظر گرفته شده است. بدین منظور ابتدا معادلات حرکت پوسته استوانه ای توسط اصل همیلتون به دست می آیند سپس معادله های حرکت پاره ای به دست آمده، با تغییر متغیر به معادله های دیفرانسیلی معمولی تبدیل می شوند که با این روش، مساٴله به صورت تحلیلی تحت انواع بارگذاری های دینامیکی بدون در نظر گرفتن اثر شرایط مرزی دو سر استوانه با فرض بلند بودن طول آن قابل حل است. همچنین مساٴله مورد نظر توسط روش اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکس مدل سازی و سابروتین نویسی شده و با نتایج حل تحلیلی صحه گذاری شده است. مقایسه نتایج روش تحلیلی مرتبه بالا و مرتبه اول با روش اجزا محدود نشان می دهد که تئوری مرتبه بالای استفاده شده برای محاسبه پاسخ دینامیکی استوانه جدار ضخیم در نواحی دورتر از لایه میانی دقیق تر و مطلوب تر است.
    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، پاسخ دینامیکی، بارگذاری دینامیکی، تئوری مرتبه بالا
  • حمید ملکی، محمد ذوالفقار، مهدی محسنی* صفحات 439-449
    در این پژوهش، جریان و انتقال حرارت نانوسیال روی یک صفحه نفوذپذیر در حضور شرط مرزی جابجایی مورد بررسی قرار گرفته است. چهار نوع نانو سیال آب- مس، آب- آلومینا، آب- تیتانیا و آب- نقره برای بررسی انتخاب شده است. معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر مساله با استفاده از حل تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل و سپس با روش محاسبات عددی رانگ-کوتا-فلبرگ مرتبه چهارم-پنجم و استفاده از نرم افزار میپل حل شده است. تاثیرات کسر حجمی نانوذرات، پارامتر شرط مرزی جابجایی و نوع نانوسیال در حالات مکش، صفحه نفوذ ناپذیر و دمش بر پروفیل های سرعت و دما، عدد ناسلت محلی و ضریب اصطکاک پوسته ای محلی به ازای نرخ های مختلفی از نفوذپذیری بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برخی پارامترهای فوق اثر متفاوتی در حالت مکش و دمش دارند. اثر تغییر کسر حجمی نانوذرات بر روی پروفیل های سرعت و دما و در نتیجه ضریب اصطکاک و عدد ناسلت محلی در حالت دمش خیلی بیشتر از حالت های مکش و صفحه نفوذناپذیر می باشد. در همه موارد با افزایش کسر حجمی نانوذرات مقدار عدد ناسلت محلی و ضریب اصطکاک افزایش می یابد. بیشترین مقدار ضریب اصطکاک محلی در حالت های مکش و صفحه نفوذناپذیر، برای نانوسیال آب نقره مشاهده شد در حالی که بیشترین مقدار عدد ناسلت برای حالت مکش مربوط به نانوسیال آب- مس می باشد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، نانوسیال، صفحه نفوذپذیر، مکش و دمش، حل تشابهی
|
  • Armin Ehrampoosh, Aghil Yousefi-Koma *, Moosa Ayati, Seyed Saeid Mohtasebi Pages 1-12
    This paper proposes a two phase strategy for proportional myoelectric control of Surena 3 humanoid robot which benefits from strength of two common myoelectric control methods, Pattern recognition base and simultaneous proportional control, for improving joint angle estimation. The aim of this research is to present a human-robot interface to create a mapping between electrical activities of muscles known as electromyogram (EMG) signals and kinematics of corresponding motion. First phase concerns with motion classification using Quadratic Discriminant Analysis (QDA) and Majority Voting (MV). Several common motion classification algorithms and feature vectors including time domain and frequency domain futures were investigated which lead to QDA and a superior feature vector with more than 97% classification accuracy. The second phase concerns with continuous angle estimation of shoulder joint motion classes using Time Delayed Artificial Neural Network (TDANN) with overall accuracy of 90% R2. QDA serves as a high level controller which decides between four TDANN correspond to each shoulder motion classes. QDA and TDANN models trained with several sets of offline data and were tested with online dataset. Online and offline data estimation accuracy and model robustness against disturbances show a significant improvement compared to similar methods in this field.
    Keywords: Human-Robot Interaction, Upper limb proportional myoelectric control, Quadratic Discriminant Analysis, Time delayed Artificial Neural Network
  • Dariush Mohammadipour, Amir Farhad Najafi *, Hamed Alemi Arani, Alireza Riasi Pages 13-24
    Recently, use of PAT (pump as turbine) in mini hydro power plants (
    Keywords: Pump as turbine, Impeller Geometry Variations, efficiency, CFD
  • Seyed Erfan Salimipour, Ali Reza Teymourtash *, Mojtaba Mamourian Pages 25-35
    Improvement of shooting accuracy with air gun pellets is very important in sport competitions which is always questioned by shooting enthusiasts. In this study, the performance of a transonic spherical projectile as an air gun pellet with 4.5 mm-caliber under a mechanism known as Hop-up is numerically examined. The motion of this projectile is assumed in four degrees of freedom including three translational motions and one transverse rotational motion. Hop-up mechanism is resulted in a rotational motion of spherical projectile, so a Magnus Force is generated which prevents the altitude loss of the projectile. The Navier-Stokes equations are solved in compressible non-stationary turbulent conditions with equations of the pellet motion in a coupled form and in a moving computational grid by a computer program. The present numerical simulation is based on “Roe” scheme with second-order accuracy using a finite volume method and because of the importance of time dependent parameters, second-order time accurate was applied. To validate the computer program operation, the results were compared to valid experimental data. The results obtained from these studies showed that proper rotation of the projectile for a certain distance prevents its height drop when hits the target. A relation was also obtained between the target location, shooting kinetic energy and proper angular velocity which can neutralize the projectile altitude loss at arbitrary distavces. It is also demonstrated that by increasing the angular velocity, the vortex shedding onset is accelerated and the projectile momentum is decreased.
    Keywords: Air gun projectile, Hop-Up mechanism, Trajectory Investigation, 3-D numerical simulation, Non-stationary solution
  • Hirbod Ahmadifar, Amin Yaghootian * Pages 36-44
    In this study, an improved third order shear deformation theory is used to analyze the thermoelastic buckling of a functionally graded rectangular plate. The plate is assumed to be under two types of thermal loading, namely, uniform temperature rise across the thickness and linear temperature change across the thickness of the plate. Moreover, the material properties of the functionally graded plate vary linearly through the thickness and simply supported are considered for all edges of the plate. First, the nonlinear strain-displacement relations are considered based on improved third order theory and then the equilibrium and stability equations are derived. In continue, displacements and the pre-buckling forces are calculated using the equilibrium equations. The temperature difference relation of buckling is obtained by solving the stability equations. To obtain the critical temperature difference, the recent relation is minimized with respect to the number of half wave parameters. Resulting equations are compared with the literature. The results show that, the values of temperature difference buckling obtained based on improved third order shear deformation theory, are lower compared with the classical plate theory, first and third order shear deformation theories. Moreover, the value of critical temperature difference under linear temperature change is bigger compared with the uniform temperature rise across the thickness, and the difference between the two values will be bigger with increasing the thickness of the plate.
    Keywords: Thermoelastic buckling, Functionally graded plate, Improved third order shear deformation theory
  • Shima Ahangar, Zahra Rahmani *, Barmak Baigzadehnoi Pages 45-54
    Control of multiple robots, whose end-effects grasp an object, involves complex control tasks. First, the multiple robotic system, for a cooperative task, forms closed kinematic chains that impose additional kinematic and dynamic constraints. Second, the interactive actions among the robots through the object lead to the essential need to control position and interactive force, simultaneously. In this paper, the backstepping control method is studied for tracking control problem of cooperative robot manipulator system handling a common rigid object. The error system of coordinated robot manipulators is developed by defining the new variables based on the integral and differential of position and orientation errors. Then by defining the appropriate change of coordinates and using the backstepping design strategy, a backstepping position tracking control scheme is proposed for multi-robot manipulator systems handling a common object. Additional terms, using the properties of internal forces, are also added to the control signals to consider the force tracking problem. It is proved the closed loop system are uniformly ultimately bounded based on Lyapunov stability theory. Finally, the two three-link planar robot manipulators is applied for simulation, and the simulation results show the effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Cooperative robot manipulator system, Backstepping control, Lyapunov stability, Position-Force tracking control
  • Pouya Pashaie, Mohsen Shakeri *, Salman Nourouzi Pages 55-64
    In recent years, development of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) has been considered to generate electricity and heat. Among main components of PEMFCs, bipolar plates (BPPs) have significant influence on cost and performance of the system. Metallic BPPs, formed using thin sheets, have been developed as alternative to conventional graphite plates because of advantages such as suitable cost, mechanical strength and power density. Flexibility of the sheets and spring back during forming process make dimensional errors inevitable and lead to inappropriate contact pressure distribution between BPPs and gas diffusion layer (GDL), resulting in decrease of fuel cell performance. Excessive accuracy in BPP production leads to increase the final cost and decrease the general usability of the technology. Therefore, to reduce unnecessary costs, managing design process and improving efficiency, analysis of BPP dimensional errors is done using finite element method and Monte Carlo simulation (MCS). First, contact model of the metallic BPP and GDL is developed and heights of each channel and each rib of BPP are fully parameterized due to stochastic variations of dimensional errors with normal distribution. Then, contact pressure distributions of GDL (Pave, Pstd) for different dimensional errors are obtained by MCSs. Increasing dimensional tolerance from 0.015 mm to 0.075 mm, average contact pressure (Pave) has decreased by 11% and standard deviation of contact pressure (Pstd) has increased up to 90%. Namely desirable distribution of GDL pressure is reduced by increasing the dimensional error and suitable dimensional tolerances for BPPs can be determined according to engineering requirements.
    Keywords: PEM fuel cell performance, Metallic bipolar plates, dimensional errors, Finite Element Model, Monte Carlo simulation
  • Saber Yekani Motlagh *, Salar Deyhim Pages 65-74
    In this paper, drug coated magnetic nanoparticle delivery is numerically studied. Specific part of right foot vessel connected to the abdominal aorta is considered as target tissue. Single wire is applied as magnetic source. Buongiorno’s two-phase model is modified by adding the magnetophoresis term to the volume fraction transport equation. Governing unsteady equations with ferrohydrodynamics Kelvin force as a source term is discretized with PISO based finite volume method. Effects of the location of magnetic source and magnitude of current carrying from wire (1000, 2000, 3000, 4000 and 5000 amperes) are investigated on residence time and deposition level of drug on target tissue. Diameter and volume fraction of nanoparticles are 10 nm and 0.002, respectively. From the results, location of wire should be near and upstream the target tissue. Furthermore, by using this method deposition level of drug on target tissue can be increased by 7.5 times. Best drug delivery performance is seen for current magnitude of 2000 amperes.
    Keywords: Magnetic drug delivery (MDD), Magnetic nanoparticles, Ferrohydrodynamics (FHD), Abdominal aorta, Nanofluid
  • Mohammad Reza Ghasemi Bousejin, Ali Jafari *, Seyed Saeid Mohtasebi, Kobra Gharali Pages 75-85
    Research on atmospheric boundary layers in wind farms is an important task. Especially, wind effect on wind turbines installed in mountainous area with complex terrain is complicated. In this research, the wake of a wind turbine and wind flow in complex terrain have studied with computational fluid dynamic (CFD) method in OpenFOAM software. Actuator-disk model with introducing forces, based on Blade Element Momentum Theory, on the disk are used. For simulation of wind turbine in wind farm, Reynolds averaged Navier Stokes equation with k-ɛ turbulence model has been used. Structured mesh was used for simulation domain. Also, main wind direction has been determined from North toward south considering wind rose of area. One of wind turbines is studied by detail. The numerical results show an extended wake effect around 5d (five times the rotor diameter). Wind speed deficit is 26% at this distance. Captured wind power from the simulation is close to real data. Also, wind regime has been studied and analyzed for different seasons. For November, December and January, the time period that wind blows in effective speed, is decreased less than %50 which is important in wind farm design and operation.
    Keywords: Wake, CFD, wind farm, Complex terrain, Wind regime
  • Khosro Lari *, Mohammad Gholamian, Amid Pouraminaei, Emad Jomehzadeh Pages 86-96
    Nowadays, the use of polymer-based composites has been growing. Composites due to mechanical, chemical and physical properties are widely used, but the inherent combustion of these materials and the lack of strength at high temperatures, especially when exposed to the fire is one of the challenges of using composites in industries. When composites are exposed to fire, matrix of composite decomposed with heat release, smoke, soot and toxic fumes. Due to the influence of fire on the composite structure, several thermal processes occur such as thermal conductivity in the structure, production and escape of the gases from the composite and resin decomposition. The aim of this study is the investigation of the effects of fire on the composite structures. Analysis of composite resistance to fire, determine the amount and duration of the fire-resistant composite as well as the effects of thermal stress in composite structure requires thermo-mechanical analysis of the composite. ABAQUS software is used for solving the problem in this study. Appropriate model for analyzing the thermal and mechanical parts of the problem according to the governing equations is developed and imported to the Abaqus software through Abaqus subroutines. Thermo-mechanical model validated with the results of valid studies. Finally, this model is used for thermo-mechanical analysis of a composite cylindrical structure exposed to the fire. The results showed that by estimating the failure time of the composite, it is possible to determine the amount of load that can be applied to the structure under different conditions of fire.
    Keywords: Composites structures, Fire, Thermal-Mechanical Analysis, Abaqus
  • Emad Jomehzadeh *, Farhad Tavakoli Pages 97-106
    In this paper, a novel closed loop guidance method is provided for sub-orbital systems. The proposed method can be used in the first phase of a flying vehicle system that flies in atmosphere. In this method, sub-optimal integrated solution of control and guidance in closed-loop is developed. This Sub-optimal guidance technique has been named Model Predictive Static Programming (MPSP) that based on nonlinear optimal control theory and derived from combined philosophies of Model Predictive Control and Approximate Dynamic Programming solves a class of finite horizon optimal control problems with terminal constraints. Also because sensitivity matrices that are necessary for obtaining this solution can be computed recursively, this technique is computationally efficient and is appropriate for online implementation. In this paper, the system’s dynamic equations are modeled in the presence of aerodynamic forces and moment and the dynamic servo-mechanism effect is also assumed in the equations. Furthermore, by simultaneously considering the guidance and control loops, an integrated solution of the guidance and control system is proposed by three-degree of freedom spherical earth simulation model. Result show that proposed closed-loop guidance is able to remove modeling errors by flight data update and guide flying vehicle to the desired point.
    Keywords: model predictive static programming, closed loop guidance, Sub-optimal
  • Amir Reza Kosari *, Mahdieh Beglari Pages 107-118
    This paper investigates effect of coupling of satellite translational dynamics and rotational kinematic aiming to design of geosynchronous satellite formation flying at drift phase to the determined operational nominal position at the orbital window in the geosynchronous orbit. Firstly, dynamical and kinematical equations of satellite, and then, the interaction of translational and rotational motion at drifting to the final position at the target orbit by considering satellite as a rigid object have been studied. Despite of similar studies utilized simplifications such as circular assumption of target orbit or various linearization methods, presented analysis of this paper are based on the general form of nonlinear translational equations. According to acquired results of investigating the coupled dynamics at the drift phase to the determined position at the orbital window by considering different attitudinal situations, drift considerations and procedure in presents of other satellites at the orbital window have been presented. Position and attitude of satellite have been controlled by utilization of PD control law associated with the optimized gains based of PSO optimization algorithm aiming to minimizing control effort and fuel and consequently minimizing fuel consumption and increasing satellite operational life. Acquired results from simulations represent effectiveness of the proposed methodology.
    Keywords: Flying Formation, Drift Phase, Geosynchronous orbit, PD Controller, PSO Optimization Algorithm
  • Iman Kardan, Alireza Akbarzadeh* Pages 119-129
    Assistive exoskeletons are a category of wearable robots that provide a portion of the forces, required by users in performing different motions. Hence, the users will be able to perform the motions with less effort. Hitherto, different control algorithms for assistive exoskeletons are proposed and their various effects on the users’ performance are evaluated. Recently, the authors of the present paper have proposed a new control method, called output feedback assistive controller, for compliantly actuated exoskeletons. This method is independent from user’s intent, requires a very low number of sensors and possesses a simple model-free structure. This paper evaluates the effect of the output feedback assistive controller on the agility of the users. A knee physiotherapy robot is considered as a single joint exoskeleton. Connecting a series elastic actuator to the robot and implementing the output feedback assistive controller, the agility of the user is evaluated in a target following experiment. Two markers are displayed on a monitor to represent the actual and desired knee angles for the user. The user is asked to follow the desired angles by moving his/her leg. The accuracy of the user in following the target is measured and compared in two assisted and unassisted cases. The results clearly verify the positive effect of the output feedback assistive controller on increasing the user’s agility.
    Keywords: Exoskeleton robots, Output feedback assistive controller, AGILITY
  • Mohsen Motamedi *, Saeed Sheikhi Pages 130-136
    The system of compressible equations using upstream numerical methods has convergence problem to analyze low-Mach number flow. In this study precondition method is employed in Euler equations to solve convergence problem in low-Mach number flow and this preconditioned equations are used to analyze flow around a two-dimensional body. The preconditioner modifies the transient behavior of the Euler equations in manner that the stiffness of the eigenvalues is removed and allows for a faster convergence to the steady state. So, Turkel precondition method, one of the useful preconditioner matrices, is applied in system of Euler equations. As majority of solvers use conservative variables, precondition matrix is recalculated for conservative variables and is employed in Euler equations. The upstream finite volume Roe method in an unstructured grid is employed for space discretization of equations. Transient part of equations also is discretized with fourth order explicit Runge-Kutta method. The performance of the proposed approach is vetted through an inviscid tow-dimensional flow around the NACA0012 airfoil with different Mach number and the steady state solution is calculated. Numerical results showý that Turkel preconditioner allow for a faster convergence to the steady state solution in low-Mach number. . .
    Keywords: Compressible flow, Preconditioner, Turkel, Low Mach number
  • Mehdi Zohoor *, Seyed Meysam Mousavi Pages 137-144
    Nowadays high velocity forming methods have become popular among industrial companies due to their capability at improving formability in various materials in comparison to conventional methods. Electrohydraulic forming (EHF) is a high velocity sheet metal forming process in which two electrodes are positioned in a water filled chamber and a high-voltage discharge between the electrodes generates a high-pressure to form the sheet metal. In this work, extensive experimental tests have been designed based on design of experiments (DOE) technique to investigate the effective parameters in EHF (with bridge wire between electrodes). Discharge energy, material, length and diameter of bridge wire have been considered as effective input parameters. Response surface methodology (RSM) has been used to model and optimize the EHF performance with respect to drawing depth for Brass 260. Base on the results, it can be stated that maximum drawing depth is obtained when discharge energy is maximum. It was found that the aluminum wire was more efficient than copper and tungsten. There also exists an optimum amount of length and diameter of bridge wire determined according to the process conditions.
    Keywords: Electrohydraulic forming process, Effective parameter, Drawing depth, Optimization, Response surface methodology (RSM)
  • Soroush Fallah Kharmiani, Mohammad Passandideh-Fard* Pages 145-152
    In this paper, a new method is proposed to reach high density ratios and low viscosities based on the Shan-Chen multiphase model in the lattice Boltzmann Method. In this new method the interaction force and as a result the pressure tensor is modified purposefully so that the density of the phases can be adjusted to coincide the corresponding values from the Maxwell equal area rule in thermodynamics. This leads to higher stability and therefore the mentioned purposes are achieved. This new method takes advantage of simplicity and the same implementing procedure in 2D and 3D problems with single or multi relaxation time collision operators. In order to validate the new method, first the coexistence densities of the phases at different subcritical temperatures are compared with those of the Maxwell rule, then the validity of the Laplace law for a droplet is evaluated, after that the spurious velocities around the droplet are evaluated, and finally the broken dam problem is simulated and its results are compared with an experimental data. Results show that the developed model is properly stable and is capable of simulating different multiphase flows at a wide range of density ratios and viscosities.
    Keywords: Lattice Boltzmann, Shan-Chen, high density ratio, Low viscosity
  • Mahdi Aghababaie Beni, Mohammad-Reza Ghazavi *, Ghader Rezazadeh Pages 153-164
    This paper analyzes the effect of squeeze film and size effect on dynamic response of microplate. The microplate in this work is a clamped-clamped plate, which is excited using electrostatic force. The gap between microplate and substrate filled with air. First order shear deformation theory (FSDT) and couple stress theory (CST) and considering Von Karman’s strains are used to model the equation of motion of microplate. Non-linear Reynolds equation based on Micropolar theorem is deployed to apply the size effect on the fluid. Afterward, Equations are discretized by applying couple finite element method and finite difference method. The first-order differential equations are solved utilizing Newmark’s method. One of the contribution is presenting the influences of size effect and mid-plane stretching on the microplate dynamic behavior, also the influence of different parameters on the quality factor. According to the results, mid-plane stretching effect increases the microplate rigidity. Interestingly, this effect is more dominant for voltages with higher amplitude. This paper emphasizes that considering the plate size effect will increase the rigidity of the system. Moreover, the plate size effect increases the rigidity whereas, the fluid size effect decreases the rigidity of system. Increasing the fluid’s pressure results in decrease the amplitude of oscillations in step voltage excitation which postpones the dynamic pull-in. This paper concludes that increasing the coupling parameter of fluid increases the natural frequency of microplate, whereas increasing the fluid length scale parameter decreases the natural frequency and quality factor of the system.
    Keywords: Microplate, Dynamic response, size effect, Squeeze film, Mid-plane stretching
  • Amin Emamian, Mahmood Norouzi *, Mahdi Davoodi Pages 165-174
    In this paper, steady motion of non-Newtonian falling drop through a Newtonian fluid at low Reynolds number is investigated analytically. Here, the Upper Convected Maxwell model (UCM) is used for drop phase and Newtonian model is considered for external fluid. During the past few decades, studies relating to non-Newtonian instabilities especially those involving free surfaces are amongst the most striking. These types of studies can be used to optimize design processes in, for example, the petroleum and medicine related processes, metal extraction, and paint and power-plant related fields. Analytical solution is obtained using the perturbation method. Reynolds and Deborah numbers are used to linearize the equations governing the problem in analytical method. Deborah number indicates the elastic effect of drop. The drag force increases by the growth of the elastic effect of non-Newtonian Drop’s. The non-Newtonian drop loses its shape and exchanges to an oblate form. Increment in Deborah number enhances the dimple at the bottom of the drop and results in an increment in its drag force and as a consequence its terminal velocity decreases. A hole is created at the rear of the drop due to the presence of inertia force and focus of normal component of stress at the rear of the drop. The novelty of this study is to consider the convection (non-linear) term of the momentum equations which was neglected in the previous studies due to the creeping flow.
    Keywords: non-Newtonian drop, Reynolds, Deborah, capillary, Perturbation method, Upper Convected Maxwell model
  • Mohammad Reza Nazari *, Amin Talezade Shirazi, Mojtaba Dehghan Manshdi Pages 175-184
    The flow field investigation around marine propellers is of great importance, due to its applications in vessels identification and hydrodynamic noise prediction. In the present research, the steady and unsteady wake flow field was simulated using the open-source OpenFOAM software and the simple-Foam and Pimple-DyMFoam solvers. The obtained characteristic chart and near propeller wake flow results were validated against available experimental data, which shown to be in a very good agreement. The grid study results in the wake region prove that unlike global quantities, the employed wake grid strongly affects the wake parameters. The results obtained from the present research show that employing the RANS models are suitable for the hydrodynamic coefficients calculation and these models predict the results with a low computational cost against the Unsteady RANS approach. On the other hand, an accurate investigation of the flow fluctuations and the vortex flow instabilities can only be accrued performing unsteady simulations with an appropriate refined grid. In this research, the effect of advance coefficient is also investigated on the vortex flow pattern in the wake region. Qualitative comparison of the obtained results and similar available data of the more accurate DES turbulence model shows that the URANS method has great capabilities in wake flow simulation provided that a suitable grid is applied. This method significantly decreases the required cells number and run time while maintaining the results accuracy.
    Keywords: Marine propeller, Wake simulation, Vortex visualization, unsteady simulation, Flow pattern
  • Reza Rabani, Ghassem Heidarinejad *, Ebrahim Shirani Pages 185-194
    In order to simulate the heat transfer process from wall to fluid in nanochannel numerically, extensive range of spring constants with regard to wall material is used. In this paper, the effect of variation in wall spring constant on the heat transfer and distribution of the macroscopic properties of fluid has investigated. In this regard, heat transfer in argon gas between two stationary walls of a 5.4 nm nanochannel with Knudsen number 10 has simulated using the molecular dynamic method. Comparison between the results shows that by reducing the wall spring constant, the amplitude of wall atoms vibration increased so it makes the gas atoms to become closer to the wall surface that results in an increase in the heat flux and thermal conductivity coefficient of the gas. Evaluating the result reveals that while the spring constant reduces from k_s=1100εσ^(-2) to k_s=100εσ^(-2), the thermal conductivity coefficient of the gas changes from 0.11 mW⁄(m-K) to 0.27 mW⁄(m-K). Furthermore, the reduced distance between the gas atoms and wall surface results in a decrease in the temperature jump on the wall so it increases the gas density near the cold wall while it decreases near warm wall. Comparison between temperature, density and pressure profiles in the nanochannel height shows that regardless to the amount of spring constant variation, the maximum of these properties has occurred at σ⁄2 from the walls.
    Keywords: Heat Transfer, rarefied gas, wall spring constant
  • Mohammad Hosseinzadeh, Ali Salari, Mohammad Sardarabadi, Mohammad Passandideh-Fard* Pages 195-204
    In this study, the effects of using pure water and Zinc oxide/water nanofluid as working fluids on the performance of a photovoltaic thermal system are evaluated using computational fluid dynamic approach. Moreover, effects of the parameters that are independent of the system design on the electrical and thermal efficiencies of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid are investigated. The studied parameters are: absorbed solar irradiation, wind speed, ambient temperature, coolant inlet temperature, coolant mass flow rate, and nanoparticles mass fraction in the Zinc oxide/water nanofluid. In this study, using the designed setup, the three-dimensional numerical model is validated by comparing the simulation results with those of the experiments. The experiments are performed on a selected day in August at the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran (Latitude: 36° and Longitude: 59°). Based on the numerical results, the thermal efficiency of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid is enhanced by increasing the absorbed solar irradiation, ambient temperature, coolant mass flow rate, and nanoparticles mass fraction. However, increasing the wind speed and coolant inlet temperature decreases the thermal efficiency of the system. Moreover, the considered parameters in this study have slight effects on the electrical efficiency of the photovoltaic thermal system. The relative increase of the electrical and thermal efficiencies of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid with 12 % by weight compared to that of pure water is 0.28 % and 12.58 %, respectively.
    Keywords: Photovoltaic Thermal System, Nanofluid, Computational fluid dynamic, Thermodynamic Analysis
  • Mehdi Boghrati, Mohammad Moghiman *, Seyed Hadi Pourhoseini Pages 205-213
    The particles and atoms of carbon significantly affect radiation heat transfer and combustion behavior of flames. Number of carbon particles within the flame is increased by utilizing fuel with higher C/H mass ratio or adding carbon particles into lighter liquid fuel. In this study, the effect of adding various concentrations of multi-walled carbon nanotubes with hydroxyl functional group into hydrocarbon liquid fuel has been measured on temperature distribution and thermal radiation of the flame. Furthermore, the measured results compared with results of combustion behavior of liquid fuels with higher C/H value. The thermopile sensor and the lux meter were utilized to measure the flame thermal radiation (visible and infrared spectrum) and luminosity (visible wavelengths). Thermography technic and IR image were applied to determine the distribution of temperature and soot within the flame. The results showed that adding nanoparticles into liquid fuel increased the rate of chemical reaction kinetics, temperature and thermal radiation and decreased flame length. In addition, a rise in value of C/H of the liquid fuel increased temperature, flame length and thermal radiation and reduced the rate of chemical reaction kinetics. By adding 0.01% mass fraction of nanoparticles into the base fuel with C/H=5.46, thermal radiation increased by 3.4% as same as liquid fuel with C/H=5.52. The increase of nanoparticle concentrations increased the rate of chemical reaction kinetics, maximum temperature, thermal radiation and luminosity. In addition, the position of maximum temperature moved closer to the burner.
    Keywords: diffusion flame, Nanofluid fuel, C-H mass ratio, Thermal radiation, Luminosity
  • Hosein Niasari, Gholamhossein Liaghat * Pages 214-224
    This paper reports numerical simulation of deformation and crack growth in steel pipes under internal moving pressure. A systematic method was developed for the determination of the detonation driven fracture problem parameters. The simulations were performed on steel gas pipes. Explosive PETN cords with detonation speed more than 7000 meters per second were used for creating a confined fracture on the pipe shells. Two finite element models were created for calculation of internal moving pressure parameters and simulation of crack growth. The first model was an Eulerian finite element model that was created for calculation of moving pressure parameters that were applied to tube shell. The second model was a Lagrangian finite element model that was created for ductile crack growth simulation with cohesive elements and element deletion methods. The model used the moving pressure parameters, elastoplastic rate dependent and dynamic cohesive element fracture parameters for simulation of deformation and crack growth. In the next step, the results of finite element model were verified using analytical models. The finite element model predicted the axial crack growth length with less than 7 percent error and crack arrest point with less than 10 percent error from experimental results.
    Keywords: Crack growth, Finite element method, Cohesive Element, Internal Moving Pressure
  • Ehsan Torkan, Mostafa Pirmoradian*, Mohammad Hashemian Pages 225-236
    In this paper, instability due to occurrence of parametric resonance in transverse vibration of a rectangular plate on an elastic foundation under passage of continuous series of moving masses is examined as a model of bridge-moving loads interaction. The extended Hamilton’s principle is employed to derive the partial differential equation of motion. Subsequently, the governing partial differential equation is transformed into a set of ordinary differential equations by the Galerkin procedure. Considering local, Coriolis and centripetal acceleration components of the moving masses in the analysis leads to appearance of time-varying mass, damping and stiffness matrices in the coefficients of the governing equation. The passage of continuous series of moving masses along the rectilinear path results in a parametrically excited system with periodic coefficients. Applying incremental harmonic balance method as a semi-analytical method to the governing equations, stability of the system is investigated for a wide range of masses and velocities of the passing loads and different boundary conditions of the plate. Moreover, effect of the foundation stiffness on stability of the plate is examined. Results indicate that using clamped supports for the edges of entrance and departure of masses over the plate’s surface leads to formation of an instability tongue in the parameters plane which does not appear for the case of using simply supports. Also, it is observed that critical velocities of the moving masses will be increased by escalation the foundation stiffness. Numerical simulations confirm the accuracy of the semi-analytical results.
    Keywords: Plate-moving mass interaction, Parametric excitation, Parametric resonance, Dynamic Stability, Incremental harmonic balance method
  • Mohammad Aelaei, Fathollah Ommi *, Saeed Karimian Aliabadi Pages 237-244
    In this paper, the importance of accurate estimation of the aerodynamic performance of delta wing has been mentioned. Some available and conventional methods of estimating the aerodynamic coefficients composed of CFD methods and industrial and commercial software have been selected and for comparison, a wing similar to delta wing mounted on Pegasus Air-launch-to-orbit missile as a template is being selected. The reason for this selection, mainly is the lack of wind tunnel in design process and flying in a wide range of flow regimes. As many parameters may be utilized in design process such as the aerodynamic force and moment coefficients, stability derivatives, heat transfer coefficient and the structural loading parameters are being required. In this study, the accuracy of the results of different methods in estimating the force and moment coefficients, as the most significant quantities for performance analysis, at any flow regime has been checked and the suitable method has been introduced in terms of the flight condition. With respect to available parallel processing system, different CFD methods are compared together. Then validity of solution of Reynolds-averaged equations (RANS) and Euler method have been evaluated based on the comparison by DES solutions. Therefore, the valid intervals of the subsequent methods have been presented. Results are indicating the advantage of computational methods to industrial and semi-empirical software. Semi-empirical code and industrial software are shown satisfactory for computation in the linear range i.e. the small angle of attacks.
    Keywords: Delta wing, Air launch-to-orbit, Aerodynamic Performance, Semi-empirical, CFD
  • Seyed Majid Khatibi, Ali Khaleghi *, Mahmood Norouzi Pages 245-253
    In this paper, the viscous fingering instability in miscible Newtonian fluid displacements is studied experimentally. Studying the results of this instability have widely application in oil extraction from ground bed oil reservoirs to the ground surface. In order to be more actualized results, a porous media with transparent walls and compact structure of spherical glass beads is constructed, that have close permeability to ground bed. The main purpose of this study is to investigate the effects of viscosity ratio, flow rate and Blake dimensionless number on the quality of growth and the shape of the fingers, also their effect on important physical parameters including the mixing length, sweep efficiency and noise growth to base state. The results showed that with increasing the viscosity ratio, instability and number of finger branches increases and more tiny fingers are formed. Also, increasing the viscosity ratio increases the mixing length and decreases the sweep efficiency. Likewise, with increasing the flow rate, it was observed that the number of wide fingers Increased and fingertips tend to spread. Furthermore, by studying the results it was found that increasing the flow rate, increases the sweep efficiency, but have No tangible effect on the mixing length. Also, the results show that increasing the Blake decreases the mixing length and increases the sweep efficiency.
    Keywords: Viscous fingering instability, glass beads, Porous media, miscible displacement
  • Mohammad Reza Shabgard *, Reza Najati Ilkhchi, Farid Kabirinia Pages 254-260
    The aim of the current research was to investigate the effect of pressure gradient in the gap on morphological and geometrical characteristics of the powder synthesized by electrical discharge method and optimizing it. Electrical discharge is a modern and high performance approach towards yielding ultrafine powder. The pressure gradient was inducted by pulsed flushing using various current flows of deionized water and ethanol and, two rods of graphite and tungsten were used to yield tungsten carbide powder. Scanning Electron Microscope (SEM) images show that the powder contains both electrode's material and is within nano range. Furthermore, the SEM images demonstrate that with increasing pressure gradient there is a decline in powder agglomeration. Particle Size Analysis (PSA) results reveal that the mean particle size of the powder produced in deionized water and ethanol is approximately 100nm and the particles produced in ethanol are smaller. Moreover, the size of the crystals of the synthesized particle are within 30-44 nm range. X-ray diffraction showed that the dominant phases of the powder in ethanol and deionized water are WC1-x and W2C respectively. Overall, the results prove that causing steep gradient in the gap, it is possible to synthesize geometrically uniform powder with decent production rate.
    Keywords: Electrical Discharge, Nanopowder, Tungsten Carbide, Pressure Gradient, flow rate
  • Mohammad Kazem Hassanzadeh-Aghdam, Mohammadjavad Mahmoodi *, Hooshang Barkhordari Pages 261-272
    In this work, the effect of carbon nanotube (CNT) size on the effective elastic properties of a hybrid composite reinforced by fuzzy fiber is investigated using a unit cell-based micromechanical approach. This hybrid nanocomposite is composed of the CNT, carbon fiber, polymer matrix and interphase created due to the non-bonded van der Waals interactions between the CNTs and polymer. The novel constructional feature of this hybrid nanocomposite is that the uniformly aligned CNTs are radially grown on the surface of the horizontal carbon fibers. The CNT and carbon fiber are modeled as a transverse isotropic solid, while the interphase and polymer matrix are assumed to be isotropic. The influence of CNT size on the overall behavior of polymer matrix nanocomposite (PMNC), composite fuzzy fiber (CFF) and hybrid composite reinforced with fuzzy fiber is examined. Results show that size of CNT is more significant for the transverse effective properties of the hybrid nanocomposites reinforced with fuzzy fiber. It has been found that the transverse effective properties of hybrid nanocomposite are improved with increasing the CNT size. The micromechanical model is also used to examine the influence of interphase on the overall behavior of the PMNC, CFF and hybrid composite reinforced with fuzzy fiber. The effective elastic properties of the hybrid composite obtained by the present micromechanical model demonstrate very good agreement with those predicted by the other researches.
    Keywords: Nanocomposite, Fuzzy Fiber, Carbon nanotube, Micromechanics, Effective Elastic Properties
  • Hamid Hemmati, Mansoor Shirvani *, Omid Vahidi, Salman Movahedirad Pages 273-280
    In the present study direct contact heat transfer between hot water and cold air in vertical pipes with cocurrent downward flow is investigated. Experiments are performed in turbulent condition using 1, 1.5, 2 meter pipes lengths with 0.021 meter diameter. The hot water temperature was varied between 35 to 50 degrees of Celsius and the air temperature was varied between 25 to 35˚C. Air velocities were chosen to be 3, 5, 7, 9 and 11 m/s and the rates of flow rate of water was selected as 5, 8 and 10 lit/min. Two phase annular flow pattern of water and air is formed in the vertical pipe. The interface area between water and air was measured by Image Processing taken from shining laser light sheet on the transparent tubes. Over 80 percent of heat was transferred by evaporation and less than 20 percent was transferred by convection. In all three pipes, Nusselt number decreased with increase in flowrate of liquid phase. In all the verified temperatures, Nusselt number was decreasing by increasing pipe length. Experimental values for Nusselt numbers were compered to empirical values for smooth surfaces. Finally, some adjustments were suggested for Nusselt number correlation by fitting experimental data into existing correlations for pipes with smooth surface. Proposed correlations for heat transfer resulted in Nusselt number with ±15.26% average error.
    Keywords: Direct contact heat exchanger, Downward flow, two-phase flow, Heat Transfer
  • Arsalan Ghajar, Seyyed Arash Seyyed Shams Taleghani *, Mohammad Reza Soltani, Mehran Masdari Pages 281-289
    In this research experimental results of 60 degree delta wing airplane that conducted in National Low Speed Wind Tunnel is presented. The wind tunnel is closed type has an opened test section that its dimensions are 2.8 m × 2.2 m. Tests Reynolds number is beyond 1.5 million that achievement of this Reynolds number at low speed is unique in the country. Ground effect is measured using a fixed plane that its height is variable. Tests are conducted at the different height and aerodynamics forces and moments are measured using a sting type six component strain gaged balance. The tests results showed that the maximum lift coefficients increased from 1.29 to 1.38 due to presence of the ground plane. The lift coefficient due to ground plane in all range of angle of attack is increased and induced drag coefficient is decreased and consequently, the overall aerodynamics efficiency (lift to drag ratio) is increased from 8 to 14.5. When the distance between model and ground plane is less than half of the wing span, lift curve slope is increased in high rate from 2.66 per radian to 3.11 per radian. Decreasing this distance is caused the aerodynamic center is shifted backward and consequently longitudinal static stability is increased. Consequently presence of ground plane is caused increasing of airplane static stability.
    Keywords: wind tunnel, Ground Simulator, Delta wing, Aerodynamics Coefficients
  • Mohammad Reza Nazari *, Amin Talezade Shirazi, Mojtaba Dehghanmanshadi Pages 290-300
    In the present research, numerical simulation of the characteristic chart and steady-state Wakefield flow around a marine propeller is conducted. Solutions were performed using the open-source OpenFOAM software and the steady incompressible simple-Foam solver. The gradients were calculated using the linear Gauss algorithm, and the pressure equation was solved with the multi-grid method. In this research, characteristic chart simulation of the propeller was carried out for the entire operational conditions and the effect of using Realizable-k-ε and k-ε-v^2-f turbulence models on the results was investigated. The results were found to be in good agreement in all conditions except for the near bollard region. In this region, the propeller inlet angle of attack severely increased, and the two equation model predicted the thrust coefficient with 24% error, while implementing the four equation model significantly developed the results and decreased the error to 5%. The wake region parameters were also investigated in the numerical simulations at different longitudinal and radial cross sections behind the propeller which showed good agreement compared with the available experimental data. Wake region investigation showed that the flow behavior in downstream cross sections is similar to the corresponding upstream section with smaller variation ranges and for the swirling flow behind the propeller, the maximum and minimum angular position of the wake components rotates. The obtained results also show that the wake axial velocity component deviation is extremely large at the blade tip.
    Keywords: Propeller, Thrust Coefficient, characteristic chart, Wake flow simulation, OpenFOAM
  • Hoseiin Ghafarzade *, Yaser Hoseiini Pages 301-308
    System identification with the development of dynamic testing of structures has become one of the useful methods for structural health monitoring and damage detection and also finite element model updating. Identification of structural dynamic parameters is done by using excitation-responses data and includes physical-dynamical parameters such as mass, stiffness and damping matrices and/or modal parameters such as natural frequencies, damping ratios and modal shapes. Block pulse functions (BPFs) are a set of orthogonal functions that are used to approximate the variety of functions. These functions have explicit definition and provide simple formulation of complex problems. In this research, structural dynamic equations have been converted to state space equations and based on input BP coefficients and BP coefficients of displacement responses, a transfer function is extracted for each degree of freedom. Transfer functions include important information such as the eigenvalues of plant matrix. The equalization of transfer functions with ARX model led to estimate the eigenvalues of plant matrix and identification of dynamical parameters of structure is done based on these eigenvalues.To prove the validity and feasibility of proposed method, numerical simulation of the three-story shear frame with determined responses at all degrees of freedom and excited on base level is presented. Also, the accuracy of the identification process by applying noise at different levels to the structure response is investigated. The results reveal the proposed method can be beneficial in structural identification with less computational expenses and high accuracy.
    Keywords: System Identification, Block pulse functions, Continuous time state space, Operational matrix, Eigenvalues
  • Gholam Reza Zarepour *, Ilghar Javanshir Pages 309-318
    In this paper, vortex induced vibration of simply supported viscoelastic beam were investigated using semi-analytical method. By applying the general form of the viscoelastic model, the nonlinear partial differential equations of motion based on the Euler Bernoulli beam’s theory and displacement coupling fluid-structure interaction model were obtained via the Newton’s second law. A classical nonlinear van der Pol equation was taken as the governing equation for one component of the vortex shedding force on the beam. Employing the Galerkin discretization method, the equations of motion are reduced to a set of nonlinear ordinary differential equations with coupled terms and then there have been solved numerically by Runge-Kutta method. Finally, the effect of system parameters on the time response, phase plane and maximum amplitude of the beam are investigated. The results indicate that the viscoelastic behavior have a significant influence on the dynamic characteristics of the system and causes to change the Lock-in phenomenon with respect to corresponding elastic system. For example, for E2=10E1 the viscoelastic behavior can change the position of the locking area, and the maximum amplitude of the beam is increased by 45%. Lock-in from of vortex-induced vibrations was considered as a possible source of increased fatigue and damage. Therefore, by using viscoelastic materials the maximum amplitude of the system is reduced and the Lock-in condition can be changed. Additionally, based on the significant influence of viscoelastic behavior on the dynamic characteristics of the system, viscoelastic behavior should be considered in the mathematical model of the systems.
    Keywords: Fluid Induced Vibration, Viscoelastic beam, Lock-in area, Semi-analytical methods
  • Mahdi Hasanzadeh, Reza Ansari *, Mohammad Kazem Hassanzadeh-Aghdam Pages 319-326
    In this work, an elastoplastic constitutive model is planned to analyze the effects of adding silica nanoparticles on the overall elastic-plastic stress-strain curves of the polymer matrix nanocomposites. The elastic modulus of the nanocomposites are evaluated by the combination of the Mori-Tanaka and Eshelby micromechanical models considering interphase region formed due to the interaction between silica nanoparticles and the polymer matrix. Then, the elastic-plastic stress-strain curves of nanocomposites are extracted by employing a micromechanics-based ensemble-volume averaged homogenization procedure. To prove the validity of the developed method, the predictions are compared to the experimental data existing in the literature. The effects of volume fraction and diameter of silica nanoparticles, thickness and adhesion exponent of the interphase on the polymeric nanocomposite elastic-plastic stress-strain curves are extensively examined. Stiffer elastoplastic behavior is found in the presence of interphase region. The results clearly indicate that the strengthening of the silica nanoparticle-reinforced polymer nanocomposites is improved with (1) increasing nanoparticle volume fraction, (2), decreasing the nanoparticle diameter, (3) increasing the interphase thickness and (4) decreasing the interphase adhesion exponent. Finally, the elastic-plastic stress-strain curves of silica nanoparticle/polymer nanocomposites under biaxial loading is achieved.
    Keywords: Nanocomposite, Micromechanics, Silica nanoparticle, Interphase, Elastoplastic
  • Alireza Movahedi, Ali Akbar Dehghan *, Mojtaba Dehghan Manshadi Pages 327-338
    In the present research aeroacoustic characteristics of flow over a finite height wall mounted square cylinder at different angles of attack is investigated. The aspect ratio of the model and the boundary layer thickness were 7 and δ⁄D=4.27, respectively. The experiments were done in a acoustically improved aerodynamic wind tunnel. The purpose of this study is to identify correlation between the fluid and the acoustic fields. The flow-induced noise was measured using single microphone. The measured noise is related to aerodynamic characteristics of the flow using a single hot wire. The flow-induced noise of the cylinder is characterized in terms of frequency and magnitude. A sharp pick was observed in the far-field pressure at the vortex shedding frequency in which measured with hot wire anemometer. So, one could be concluded that vortex shedding is a source of aerodynamic noise generation. The strouhal number obtained from two devices was almost equal to 0.11 that is in agreement with previous studies. Also, maximum vortex shedding frequency was measured for α=15°. It is observed that sound pressure level is increased with increasing upstream velocity. The overall sound pressure level ranged between 84.2 and 110.95 (dB) for upstream velocities in the range of 5-15 (m/s). The angle of attack has no important effect on overall sound pressure level.
    Keywords: Square cylinder, Aeroacoustic Noise, Microphone, Strouhal number, Vortex Shedding
  • Fatemeh Afzali, Hossein Amiri *, Vahid Nakhaei, Mehran Ameri Pages 339-350
    Unglazed transpired solar air heater collectors are relatively new solar technologies that can be used for air heating or pre-heating ventilation air and drying agricultural and industrial products. Passing air through the perforated plate, which is usually metallic is the main mechanism of heat transfer. The cost of buying and preparing the absorber plate is the dominant share of costs allocated to this type of collector. In the present study, performance of non-metallic absorber plates available in the Iranian market, as an alternative to metal absorber plates are examined experimentally and theoretically. Therefore, three collectors with Metallic, Polycarbonate and Compressed-Plastic are designed, fobricated and tested in real conditions. In addition, a thermal modelbased on the first law of thermodynamic is developed for these collectors. In this model, all mood of heat transfer (including conduction, convection and radiation) are considered. Results show that there is a good agreement between experimental and theorical results (For most test condition, average relative error in estimation of the outlet temperature of the collectors is less than 5%). The results showed that the performance of three collector’s, espisially for low mass flow rates, was not too different. However, for considered condition Steel (metallic) collector has the best performance and the polycarbonate collector the worse performance. The performance of the Compress plastic was close to the Steel collector and given the low cost of non-metallic collectors, it can be used as a convenient alternative to metal collectors.
    Keywords: Unglazed Transpired Collectors, Air heaters, Solar Energy, Non-Metalic Absorber
  • Saeed Shojaei, Ali Rahmani Hanzaki *, Shahram Azadi, Mohammad Amin Saeedi Pages 351-360
    The main goal of this study is to extract an algorithm for truck-semitrailer lane change maneuver decision-making in real dynamic environment. In order to accomplish this aim, a new method for determining decision-making constraints is applied based on the kinematics of the truck-semitrailer. In this approach, the various points of the truck-semitrailer are evaluated in different conditions when lane change maneuver is in progress, and the critical points of the truck-semitrailer are defined according to the present method. Critical points are used as the main points of the truck-semitrailer to apply the constraints. In order to enhance the efficiency of the methodology, new offline dynamic realistic method is used based on a four DoF dynamic model of the truck-semitrailer. By this approach, a relation for minimum time of the maneuver is extracted based on the dynamic model of the truck-semitrailer and environment features. Based on the results of the simulation assays, the minimum reliable time for lane change maneuver is chosen and decision-making strategies are proposed for the lane change maneuver of the vehicle in real dynamic environment. To evaluate the algorithm, it applied to a sample of the truck-semitrailers. The results predict the methodology is accurate and applicable.
    Keywords: Truck-semitrailer, Lane Change, decision making strategy
  • Ali Zahedi, Bijan Mollaei-Dariani *, Mohammadjavad Mirnia Pages 361-371
    Forming limit diagram (FLD) is one of the useful tools in the assessment of the sheet formability for designing industrial products. Experimental methods have been developed to determine FLDs. Costly and time-consuming experiments have led to several studies on the use of analytical methods and finite element softwares for predicting FLDs. In the present study, the necking and fracture forming limit curves of AA2024 aluminum alloy sheet were experimentally and numerically obtained through the hemispherical stretching test. Different geometries of the initial blank were considered to create different strain paths. The commercial finite element code Abaqus/Explicit was utilized to simulate experimental tests. Using theoretical equations and experimental results, fracture properties of the aluminum sheet in terms of the equivalent plastic strain at fracture, the stress triaxiality and the Lode angle parameter were captured and implemented in the Abaqus software. In order to capture necking forming limit strains, a numerical criterion based on the major strain variation in the necking zone has been considered. The comparison of the results shows that the numerical model can predict the forming and fracture limit strains with the maximum error of about 6%.
    Keywords: Sheet formability, Forming Limit Diagram, finite element, Damage Criterion
  • Davood Akbari *, Hamidreza Asemani, Naser Soltani Pages 372-380
    Laser interferometry is one of the most applicable methods of calculating the surface displacement derivatives that can visualize very small displacement gradients, in µm/m level, on a relatively large area of a sample surface at once. This method can be beneficially used in industrial non-destructive tasting of materials, especially composites. However, getting an acceptable result of this inspection method, depends on the identification and properly adjusting the test parameters to a great extent. Shear size and loading amount, are the most important factors affecting crack detection ability in laser interferometry technique, which are both investigated in this paper. In this regard, several composite specimens with several cracks in different lengths have been prepared and tested with different parameters. Various tensile loading are applied to specify the allowable limit load in different shear sizes. Eventually, the effects of the crack inclination relative to the load direction are studied. The test results show that the best responses are observed with a shear size equal to the approximated defect sizes and a limited band of the loading range can be used to reveal the cracks.
    Keywords: Laser interferometry, Non-destructive testing, Polymer Matrix Composite, Sub surface cracks
  • Masoud Mosallaee? *, Ameneh Daneshgar Pages 381-389
    In this study, the microstructural and tribological properties of surface Al/(SiCӘ) hybrid composite was investigated. Al/(SiCӘ) hybrid composite was produced on the surface of Al-1050 substrate via friction stir processing to achieve simultaneous high hardness of SiC particle and lubricating property of BNh particles. Microstructural studied revealed that grain refinement and significant reduction of grain size occurred in the stirred zone. Micro hardness evaluation illustrated that friction stir processing (FSP) increased hardness of stirred zone to about 60± 5HV that was 70% more than the hardness of base metal. Wearing and corrosion properties of Al/(SiCӘ) hybrid composite were investigated and compared with those of base metal, friction stir processed, Al/SiC and Al/BNh surface composite. Evaluation of wearing property indicated that the wear rate of base metal, Al/SiC surface composite, Al/BNh surface composite and Al/(SiCӘ) surface composite were 0.075, 0.047, 0.046 and 0.039mg/m, respectively which indicated the highest wearing resistance of Al/(SiCӘ) in comparison to the base metal and mono SiC or BNh surface composite. This could be related to the simultaneous increase of hardness and reduction in the friction coefficient of hybrid surface composite. . Investigations of corrosion properties showed that FSP improved the corrosion resistance of base metal more than 30%.
    Keywords: FSP, Hybrid composite, BNh, SiC, wear
  • Pejman Momeni, Roohollah Jamaati * Pages 390-396
    In this study, the effect of accumulative roll bonding (ARB) process on microstructure and hardness of cast A356/titanium carbide composite produced by semi-solid processing evaluated. ARB process up to 4 cycles on the composite containing 10 vol.% titanium carbide with an average particle size less than 10 μm performed at ambient temperature. Microstructural examination by optical microscope and harness tests including macrohardness and microhardness performed. The results showed that by increasing the number of process cycles, the distribution of the Si and TiC in the aluminum matrix homogenized, the particles became finer and more spheroidal. On the other hand, particle free zones removed and the quality of the bond between the particles and the matrix improved. In addition, the porosity in the casting structure significantly decreased. It was found that the hardness in the first two cycles greatly increased, and then the number of cycles had less effect on the hardness value. In general, the microstructure of the composite after 4 cycles of ARB process considerably refined so that the increased hardness of the composite was 170% compared to the cast. The results showed that by increasing the number of ARB cycles, the amount of fluctuation in the thickness of the composite decreased.
    Keywords: Metal matrix composite, Accumulative roll bonding (ARB), Microstructure, Hardness
  • Sayed Misagh Imani, Sayed Mahmood Rabiee, Ali Moazami Goudarzi *, Morteza Dardel Pages 397-408
    The use of porous scaffolds for repairing the damaged bone tissues has been increased in recent years. As exploration of the mechanical properties of the scaffolds on the basis of experiments is time consuming and uneconomic, mathematical models are increasingly being introduced into the field, but most of them rely on finite element method and theoretical studies are rarely found in the literature. In this paper, different micromechanical models are presented for obtaining the effective elastic properties of bone scaffolds. Using these models, the mechanical properties of different scaffolds, including ceramic and composite bone scaffolds, are investigated. Single scale and multi-scale modeling approaches are used to simulate the ceramic and composite scaffolds, respectively. Furthermore, because of the wide application of hydroxyapatite in fabrication of bone scaffolds, the mechanical properties of hydroxyapatite scaffolds in different porosities are obtained in the current study by means of the presented methods. Results show that Dewey, self-consistent and differential schemes are the best methods in calculation of the value of Young’s modulus of these scaffolds in porosity ranges of less than 30 %, 30 to 60 % and more than 60 %, respectively. Moreover, self-consistent scheme gives good estimation of the value of Poisson’s ratio of hydroxyapatite scaffolds in different porosities. By obtaining the values of the mechanical properties of the scaffolds in different porosities by these models and using the statistical analysis, the mathematical relationship between the porosity and the mechanical properties of this kind of scaffolds (Young’s modulus and Poisson’s ratio) is obtained.
    Keywords: Bone Tissue Engineering, Bone Scaffold, Micromechanical Modeling, Multi-scale Modeling, Effective Elastic Properties
  • Mina Barzgaran, Hossein Mahdizadeh *, Salman Pouresmaeil Pages 409-416
    In this paper a Godunov-type finite volume method is used for the solution of bedload sediment transport dynamics. The utilised equations for this modelling comprise the shallow water equations used for the hydrodynamic phase and also the Exner equation applied for the morphodynamic variations. These set of equations are then solved using a weakly-coupled scheme based on an augmented Riemann solver. In this approach the morphodynamic equation is first solved and the updated bedload changes with the same Riemann structure are used as a source term within the shallow water equations. The proposed numerical model is first used for the simulation of the parabolic sediment layer and the obtained numerical results are validated with the exact solution. Then, a bedload hump propagation with an initial subcritical condition which is able to create both mild and strong sediment and free-surface interactions is considered and the computed results are compared with the reference solution. These numerical results indicate that the defined weakly coupled method developed based on an augmented Riemann technique is able to be used for modelling bedload sediment transport for all flow regimes and exhibits a very good agreement with analytical or reference solutions for the given test cases.
    Keywords: Shallow Water Equations, Weakly Coupled Scheme, Augment Riemann Solver, Bedload Sediment Transport
  • Hojjat Khozeymeh-Nezhad, Hamid Niazmand * Pages 417-426
    In the present paper, a numerical simulation is performed to analyze aspect ratio effects of a rectangular stirrer along with two other parameters, frequency and amplitude of stirrer on the mixing efficiency inside a straight microchannel by LBM. Results showed that in a low frequency amplitude, AR variations are not effective on the efficiency in low values of St, however, in the intermediate values, the efficiency increases with the increase of AR. Moreover, in high values of St, the rise in AR up to 0.5 leads to the efficiency reduction, but further increase of AR, increases the mixing efficiency too. In a larger amplitude than the previous case, in high values St, increasing AR up to 0.7 rises efficiency, but further increase of AR, decreases the mixing efficiency. In low and intermediate values of St, the mixing performance in low values of AR has been more efficient than high values of AR. Furthermore, it was shown that in a low frequency, the mixing efficiency decreases and then increases with rise in AR for all values of K so that the closer to 1 the AR, the better the mixing efficiency. In a higher frequency, the efficiency decreases and then increases with the growth in AR in small value of K, while this trend become inverse in large values of K. Generally, in intermediate values, the larger and nearer to 1 the AR, the larger the mixing efficiency.
    Keywords: Active Micromixer, Oscillating Stirrer, Aspect Ratio, LBM
  • Sayyed Ali Azarpazhoo, Sayyed Roohollah Kazemi * Pages 427-438
    Designing explosion of gas pipelines, gun tubes, pulse detonation engine tubes and etc, all related to problem of cylindrical shell subjected to dynamic internal loads. In this paper, dynamic response of the thick cylindrical shell subjected to dynamic internal load with considering the high order shear deformation theory (HODT) is investigated and compared with the first order shear deformation theory of Mirsky- Hermann (FSDT). The effects of transverse shear deformation and rotatory inertia were included in the governing equations of the dynamic system. First, the equations of motion have been derived by using Hamilton’s principle then by changing variables the obtained partial differential equations have been converted to ordinary differential equations. With this method, the problem can be solved for various mechanical moving pressure loads without considering the effect of boundary conditions with long length assumption. The results of the present analytical method have been verified by comparing with finite element results, by using software. The comparison of the results with the finite element method shows that the high order theory and first order Mirsky-Hermann theory can predict the dynamic response of the thick cylindrical shell and the high order theory in areas away from the middle layer is more successful.
    Keywords: Thick Cylindrical Shell, Dynamic response, Dynamic Load, High Order Deformation Theory
  • Hamid Maleki, Mohammad Zolfaghar, Mahdi Mohseni * Pages 439-449
    In this study, flow and heat transfer of some nano-fluids over a permeable surface with convective boundary condition has been investigated. Four types of nano-fluids, i.e. Cu-water, Al2O3-water, TiO2-water and Ag-water are considered for investigation. The governing partial differential equations (PDEs) first transformed to ordinary differential equations (ODEs) using similarity solution method. The obtained equations then, solved numerically by making use of Runge–Kutta–Fehlberg fourth–fifth order’s (RKF45) method. The effects of nanoparticles type, volume fraction of nanoparticles, the type of permeability and convective boundary condition in three cases, i.e. suction, injection and impermeable surface, on the velocity and temperature variations as well as the local Nusselt number and skin friction coefficient are examined. The results show that some of above parameters have different effects in suction and injection states. The effect of nanoparticle volume fraction on velocity and temperature variations and then the local skin-friction coefficient and local Nusselt number are noticeably larger than in injection rather than suction or impermeable surfaces. In all cases, the increase of volume fraction lead to enhancement of local skin friction as well as Nusselt number. In the cases of suction and impermeable surfaces, the maximum friction coefficient was found with Ag-water as nano-fluid while the maximum Nusselt number observed with Cu-water nanofluid in suction.
    Keywords: Heat Transfer, Nano-fluid, Permeable Surface, Suction, Injection, Similarity Solution