فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و هشتم شماره 2 (بهار و تابستان 1396)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و هشتم شماره 2 (بهار و تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/02/12
  • تعداد عناوین: 10
|
  • علمی پژوهشی
  • رضا آقایی طوق، ابوالقاسم مسگرپور طوسی صفحات 1-20
    در این مقاله، ابتدا دلایل استفاده از فن پذیرش جزئی در توربین های فراصوت تشریح شده است. سپس، خلاصه ای از فرآیند طراحی آزمایشگاه توربین های فراصوت به منظور تولید منحنی مشخصه توربین، ارائه شده است. محاسبات مربوط به روش هم سانی گازدینامیکی، تشریح شده و استانداردهای مربوط به نحوه نصب و بهره برداری از سامانه های اندازه گیری در آزمایشگاه معرفی شده اند. منحنی مشخصه های به دست آمده در این آزمایشگاه با نتایج کد پیش بینی عملکرد توربین و نتایج کار دیگران مقایسه شده است. باتوجه به صحه گذاری کد پیش بینی عملکرد با نتایج آزمایش توربین در شرایط واقعی، نتایج حاصل از آزمایش توربین در شرایط هم سانی نتایج قابل قبولی هستند. هم چنین، راندمان توربین در شرایط پذیرش جزئی دست کم 20 واحد کم تر از شرایط پذیرش کامل است.
    کلیدواژگان: توربین فراصوت، منحنی مشخصه توربین، پذیرش کامل، پذیرش جزئی، آزمایشگاه توربین، هم سانی گاز دینامیکی
  • وحید زال، حسن مسلمی نایینی، احمد رضا بهرامیان، بهروز شیرانی، امیر حسین بهروش صفحات 21-34
    در این مقاله، ابتدا دلایل استفاده از فن پذیرش جزئی در توربین های فراصوت تشریح شده است. سپس، خلاصه ای از فرآیند طراحی آزمایشگاه توربین های فراصوت به منظور تولید منحنی مشخصه توربین، ارائه شده است. محاسبات مربوط به روش هم سانی گازدینامیکی، تشریح شده و استانداردهای مربوط به نحوه نصب و بهره برداری از سامانه های اندازه گیری در آزمایشگاه معرفی شده اند. منحنی مشخصه های به دست آمده در این آزمایشگاه با نتایج کد پیش بینی عملکرد توربین و نتایج کار دیگران مقایسه شده است. باتوجه به صحه گذاری کد پیش بینی عملکرد با نتایج آزمایش توربین در شرایط واقعی، نتایج حاصل از آزمایش توربین در شرایط هم سانی نتایج قابل قبولی هستند. هم چنین، راندمان توربین در شرایط پذیرش جزئی دست کم 20 واحد کم تر از شرایط پذیرش کامل است.
    کلیدواژگان: توربین فراصوت، منحنی مشخصه توربین، پذیرش کامل، پذیرش جزئی، آزمایشگاه توربین، هم سانی گاز دینامیکی
  • مهدی نجیمی، فرهاد حاجی ابوطالبی، حمید بهشتی صفحات 35-50
    در این پژوهش، ابتدا معیارهای مختلفی مانند معیار بیشینه تنش مماسی، بیشینه نرخ رهایش انرژی و کمینه چگالی انرژی کرنشی مورد ارزیابی قرار می گیرند. سپس با به کارگیری روش انتگرال تعاملی (انتگرال M) در یک پلیمر مدرج تابعی، ضرایب شدت تنش برای حالت-های مختلف جهت گیری ترک و خواص مکانیکی ماده محاسبه می گردد. با استفاده از نتایج حاصل، زاویه آغاز ترک از معیارهای مختلف به دست آمده و با نتایج تجربی موجود در مقالات مقایسه می شود. نتایج آشکار می کند که پیش بینی های معیارهای بیشینه تنش مماسی و کمینه چگالی انرژی کرنشی به هم نزدیک است ولی معیار کمینه چگالی انرژی کرنشی از دقت بهتری برخوردار است. در آخر، مسیر رشد ترک محاسبه شده با نتایج تجربی موجود در پژوهش ها مقایسه می گردد و دقت معیار کمینه چگالی انرژی کرنشی، نشان داده می شود.
    کلیدواژگان: معیارهای رشد ترک، پلیمر مدرج تابعی، روش انتگرال تعاملی، روش اجزای محدود
  • سید محمد جوادی، مرتضی عنبرسوز، علی قبادی، محسن کهرم صفحات 51-64
    باتوجه به ارتفاع زیاد مشعل های بلند نیروگاه، سرعت جریان باد نقش مهمی بر شکل شعله و توزیع دمای ناشی از آن در بدنه مشعل دارد؛ لذا در این مقاله با استفاده از شبیه سازی سه بعدی احتراق آشفته در نوک مشعل، موقعیت شعله و دمای بدنه مشعل در سرعت های مختلف جریان باد محاسبه گردیده است. نتایج نشان می دهد در سرعت های بیشتر از 5 متر بر ثانیه، شعله روی بدنه مشعل می خوابد که سبب بالا رفتن دمای بدنه می گردد. جابه جا شدن موقعیت دمای بیشینه بدنه با تغییر سرعت باد، می تواند سبب ایجاد خستگی و گسیختگی طولی در بدنه مشعل گردد.
    کلیدواژگان: مشعل بلند، فلر، اثر باد، شکل شعله
  • غلامحسن پایگانه، کرامت ملک زاده فرد، جواد شهبازی کرمی، اورنگ چاییچی صفحات 65-84
    در کاربردهای خاص نظیر انتقال سیالات خورنده با درجه حرارت بالا که لوله های یک لایه عملکرد مناسبی ندارند، می توان از لوله های چندلایه استفاده نمود. برای شکل دهی این لوله ها فذآیند هیدروفرمینگ استفاده می گردد. در مقاله حاضر ابتدا شبیه سازی فرآیند شکل دهی لوله دولایه آلومینیوم- مس با استفاده از روش اجزای محدود با فرض همسانگرد بودن ماده صورت گرفت. سپس با طراحی و ساخت مجموعه هیدروفرمینگ لوله باقابلیت کنترل فشار داخلی و تغذیه محوری بر نتایج شبیه سازی های عددی صحه گذاری گردید. نتایج نشان دادند در بین سه منحنی بارگذاری خطی، مرحله ای و اسپیلاین، منحنی بارگذاری خطی بهترین حالت برای فرآیند شکل دهی است. هم چنین هیدروفرمینگ لوله دولایه از توزیع ضخامت همگن تری نسبت به لوله یک لایه برخوردار است. نتایج تجربی، نتایج به دست آمده از شبیه-سازی را که برای پیش بینی منحنی بارگذاری استفاده می گردد، تایید می کند.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، اتصالات دولایه، منحنی بارگذاری، توزیع ضخامتک شبیه سازی اجزای محدود
  • حسن جلالی، فهیمه نوحی صفحات 85-96
    سازه های مکانیکی اغلب دارای اتصالات یا شرایط مرزی هستند که دینامیک سازه را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می دهد. مدل سازی دینامیکی سازه های مکانیکی مستلزم شناخت و مدل سازی دقیق اتصالات موجود در سازه و یا شرایط مرزی سازه می باشد. در این مقاله شناسایی سطوح تماس خطی در شرایط مرزی تیر یک سرگیر در تکیه گاه انعطاف پذیر(غیرصلب) مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا روشی بر پایه استفاده از فرکانس های طبیعی برای تعیین پارامترهای شرایط مرزی معرفی می شود. درادامه دقت روش معرفی شده با استفاده از داده-های شبیه سازی شده و داده های تجربی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شناسایی مبین دقت روش مورد استفاده می باشد.
    کلیدواژگان: شرایط مرزی، تکیه گاه انعطاف پذیر_ شناسایی پارامترها
  • محسن محمدرضایی، علی اکبر دهقان، علیرضا موحدی صفحات 97-114
    پارامترهای جریان و سطح فشار صوت در دوردست آکوستیکی و برروی سطح یک سیلندر مربعی در شش زاویه حمله مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی با نرم افزار تجاری فلوئنت و با استفاده از مدل اغتشاشی رهیافت گردابه های بزرگ شبیه سازی شده است. از مقایسه نتایج حل عددی با نتایج تجربی موجود، مشخص گردید که نتایج حل جریان و سطح فشار صوت مطابقت قابل قبولی با نتایج تجربی دارند. کمترین مقدار ضرایب متوسط نیروهای برآ و پسا و مجذور میانگین مربعات نیروی برآ در محدوده زاویه حمله 13 درجه روی داده و نیز کمترین مقدار سطح فشار صوت در دوردست آکوستیکی نیز در این محدوده واقع شده است که متاثر از حداقل شدن نوسانات نیروی برآ و پسا است. میدان آکوستیکی تولید شده ناشی از نوسانات نیروی برآی وارد بر سیلندر می باشد.
    کلیدواژگان: سیلندر مربعی، سطح فشار صوت، آشفتگی، رهیافت گردابه های بزرگ
  • محمد رضایی پژند، حسین استیری صفحات 115-142
    هدف اصلی این مقاله، تحلیل ناخطی صفحه های خمشی با فن تفاوت محدود است. راهکار رهایی پویا بر پایه میرایی متغیر رابطه سازی خواهد شد. برای رسیدن به همگرایی مناسب، از سه معیار سرعت، کارمایه جنبشی و نسبت جا به جایی دو گام پیاپی بهره جویی می شود. برای مسئله های گوناگون صفحه خمشی، مقایسه پاسخ های حل با میرایی متغیر و ثابت انجام می پذیرد. تجربه های عددی نشان می دهند که میرایی متغیر، شایسته تر از گونه ثابت است. با وجود این، روش پیشنهادی نویسندگان سبب کاهش شمار تکرارها و زمان تحلیل خواهد شد. آشکار می شود که با وجود توانایی های تفاوت محدود، این روش به انتخاب پاره ای از عامل ها بسیار حساس می باشد؛ به گونه ای که تغییر اندک در مقدار این عامل ها، سبب افزایش شمار تکرارها و زمان تحلیل و گاه واگرایی پاسخ خواهد شد. دیگر هدف این مقاله، مرور کوتاهی بر پژوهش های راه حل رهایی پویای صفحه های خمشی می باشد.
    کلیدواژگان: رهایی پویا، تفاوت های محدود، میرایی، معیار همگرایی، صفحه خمشی، تغییرشکل های بزرگ
  • یادداشت پژوهشی
  • بهروز کشته گر صفحات 143-152
    روش انتقال پایدار یک روش ساده و موثر در کنترل ناپایدار عددی روش قابلیت اعتماد مرتبه اول (FORM) برمبنای تئوری کنترل اغتشاشات می باشد. کارایی و قدرتمندی روش انتقال پایدار وابسته به انتخاب پارامترهای آن است که شامل ماتریس اجباری و طول گام در تحلیل قابلیت اعتماد می باشد. با انتخاب نامناسب طول گام و ماتریس اجباری رویه تکرار انتقال پایدار ممکن است واگرا، همگرایی نامطلوب و یا همگرایی کندی داشته باشد. در این مقاله رویه انتقال پایدار با پیشنهاد یک طول گام دینامیکی ساده و ماتریس اجباری برابر واحد بهبود بخشیده شده است. طول گام پیشنهادی برمبنای اطلاعات تکرار مراحل جدید و قبلی روش FORM به طور دینامیکی قابل محاسبه است. کارایی و همگرایی روش بهبودیافته انتقال پایدار با روش انتقال پایدار و طول گام بی نهایت به کمک پنج مثال عددی و مکانیکی برگرفته از مراجع مقایسه گردیده است. نتایج حاکی از آن است که روش بهبودیافته انتقال پایدار نه تنها پایداری عددی مسائل غیرخطی قابلیت اعتماد را تضمین می کند بلکه کارایی بیشتری نسبت به روش انتقال پایدارجهت تخمین احتمال خرابی دارد.
    کلیدواژگان: روش اولین مرتبه قابلیت اعتماد، روش انتقال پایدار، طول گام دینامیکی
  • پوریا اکبرزاده، حسین محمودی داریان، محسن نظری، میلاد سوری صفحات 153-164
    در این مقاله سه الگوریتم کاهش متناوب، کاهش متناوب موازی و رهیافت توماس موازی برای حل دستگاه معادلات سه قطری به کمک پردازنده های گرافیکی معرفی و اثر دسترسی هم مکان و غیرهم مکان به حافظه سراسری مورد بحث قرار گرفته است. برای ارزیابی توانایی این الگوریتم ها، نتایج شبیه سازی جریان درون حفره (یک مورد مطالعاتی) با نتایج الگوریتم توماس کلاسیک اجراشده روی پردازنده مرکزی مقایسه شده است. بیشینه افزایش سرعت مشاهده شده در سه الگوریتم مذکور (پردازنده گرافیکی) در برابر الگوریتم توماس کلاسیک (پردازنده مرکزی) به ترتیب حدود 4/4، 2/5 و 45/38 می باشد. هم چنین نشان داده شده است که با دسترسی هم مکان، افزایش سرعت حدودا دوبرابری برای پردازنده گرافیکی حاصل می شود.
    کلیدواژگان: رهیافت توماس موازی، پردازش موازی، دستگاه معادلات سه قطری، پردازنده گرافیکی، الگوریتم کاهش متناوب
|
  • Reza Aghaei Togh, Abolghasem Mesgarpoor Tousi Pages 1-20
    In this paper, the major reasons for using of partial-admission technique in supersonic turbines are described. Then, a summary of the design process of supersonic turbine test rig is presented. This test rig is used to produce the turbine characteristic curves. Gasdynamic similarity calculations are described and the standards for how to install and use the measurement systems in the turbine test rig have been introduced. The turbine characteristic curves obtained in this work have been compared with the results of the turbine performance prediction code and the other works. Considering the validated performance code, the results of the test rig are acceptable. Also, the model turbine efficiency at partial-admission condition is 20 units less than full-admission condition.cceptable.
    Keywords: Supersonic Turbine, Turbine Characteristic Map, Full Admission, Partial Admission, Turbine Test Rig, Gas-Dynamic Similarity
  • Vahid Zal, Hassan Moslemi Naeini, Ahmad Reza Bahramian, Behrooz Shirani, Amir Hossein Behravesh Pages 21-34
    Roll forming of amorphous PVC based composite laminates were studied in this paper for the first time. For this, [0/90]6 and [45/-45]6 lay-ups of this composite laminates with dimensions of 80×12 cm were fabricated using film stacking and hot pressing processes. The suitable forming temperatures of the composites were determined and then, the laminates were roll formed at 170ᵒC with a single stand and also multi stand roll forming process into channel sections. Geometrical defects including warping, flange waviness and spring back of the roll formed profiles were evaluated. Finally it was concluded that [0/90]6 lay-up results in very lower defects in comparison with [45/-45]6 lay-up, and also the final stand of roll forming process has dominant role on the defects of multi stand roll forming.
    Keywords: PVC Thermoplastic, Composite Laminates, Roll Forming, Geometrical defects
  • Mehdi Najimi, Farhad Haji Aboutalebi, Hamid Beheshti Pages 35-50
    In this research first, different fracture criteria such as maximum tangential stress, maximum strain energy release rate, and minimum strain energy density are evaluated. Then, employing the interaction integral (M-integral) method in a functionally graded polymer, stress intensity factors for different directions of the crack orientation and mechanical properties are calculated. Applying the achieved results, the initiation angle of the crack is obtained by the various fracture criteria and compared with the experimental results existed in the papers. The results reveal that the predicted results of the maximum tangential stress and the minimum strain energy density criteria are close to each other but, the minimum strain energy density criterion has better accuracy. Finally, the calculated crack growth path is compared with the experimental results existed in the researches and the accuracy of the minimum strain energy density criterion is shown.
    Keywords: Crack Growth Criteria, Functionally Graded Polymer, Interaction Integral Method, Finite Element Method
  • S. Mohammad Javadi, Morteza Anbarsooz, Ali Ghobadi, Mohsen Kahrom Pages 51-64
    Due to considerable height of the flaring flames, wind speed has siginificant effects on its flame shape and cause consequent damages. In this paper, the effects of wind speed on the flame shape and the temperature distribution of the flare wall are investigated using three-dimensional numerical simulation of turbulent combustion. Results show that at wind speeds higher than 5m/s, the flame lies over the flare wall causing its temperature to increase. Moreover, as the wind speed changes, the position of the maximum temperature point on the flare wall also changes, causing the material to experience fatigue failure.
    Keywords: Numerical simulation, Flares, Wind effects, Flame shape
  • Gholamhasan Payganeh, Keramat Malekzadeh Fard, Javad Shahbazi Karami, Orang Chaeichi Pages 65-84
    Aluminum alloys, due to their light weight and resistant against corrosion, play a significant role in aviation and automobile industries. Hydroforming process can be used for the formation process of Aluminum alloys. In some applications such as in transferring very high temperature corrosive fluids use of multilayered pipes are recommended. This paper is divided in to two parts: in the first part, formation process of a two layered isotrope Aluminum-Copper pipe is simulated using a 3D finite element method. In the second part, to validate the simulation results, an experimental machine of hydroforming pipe with the capability of controlling the internal pressure and axial feeding is designed and built. Linear loading curve was selected as the best loading curve for the formation process based on a comparison between three different types of loading curves (linear, step-wise, and spline). Also, comparison between thickness distribution of hydroforming of single layer and two layered pipes showed that two-layered pipe has more homogenous distribution. According to the results, wrinkles created befor bulging the pipe playes the role of axial feeding very well and the pipes have better thickness distribution.Experimental results verified simulation outcome that can be used to predict loading curves with a reasonable tolerance.
    Keywords: Tube hydroforming, two-layer connections, loading curve, thickness distribution, Finite element simulation
  • Hassan Jalali, Fahimeh Noohi Pages 85-96
    Mechanical structures usually contain joints or boundary conditions which affect their dynamic characteristics. Dynamic modeling of mechanical structures depends upon precise modeling of joints or boundary conditions. In this paper identification of boundary conditions of a clamped beam in flexible (non-rigid) support is considered. An identification approach for support parameters is introduced based on using natural frequencies. Simulated and experimental case studies are used to show the applicability of the introduced model. The results show the accuracy of the proposed method.
    Keywords: Boundary conditions, flexible support, Parameters identification
  • Mohsen Mohammadrezaei, Ali Akbar Dehghan, Alireza Movahedi Pages 97-114
    Flow characteristics and sound pressure level in the acoustical far field and on the surface of a square cylinder at incidence are investigated for six angles of attacks. Flow around square cylinder is modeled using large eddy simulation method. The flow simulation is conducted using fluent commercial software. The results of the present study showed good agreement with the available experimental results. The minimum of drag coefficient, mean and root mean squared (rms) value of lift coefficient, and sound pressure level in acoustical far field occurred at 13o angle of attack which is due to the lowest values of fluctuating lift and drag forces at this angle of attack. The induced acoustic field is due to the fluctuating lift force acting on the rod.
    Keywords: Square cylinder, sound pressure level, turbulence, large eddy simulation
  • Mohammad Rezaiee-Pajand, H. Estiri Pages 115-142
    The main purpose of this paper is the nonlinear analysis of bending plates with the finite difference. Based on the variable damping, the dynamic relaxation technique will be utilized. In order to achieve proper convergence, the velocity, kinetic energy and two successive displacement ratio criteria are used. For various bending plate samples, the results of constant and variable damping are compared. Numerical examples show that the variable damping is better than the constant damping. However, author's scheme reduces the number of iterations and the time duration. The finite difference method is very sensitive to the choice of some factors. A slight change in the amount of these parameters will increase the number of iterations and the time duration. Moreover, sometimes the solution procedure is divergenced. Another goal of this article is presenting a brief review of the dynamic relaxation approach in solving the bending plates.
    Keywords: Dynamic relaxation, Finite difference, Damping, Convergence criterion, Bending plate, Large deformations
  • Behrooz Keshtegar Pages 143-152
    The stability transformation method (STM) of chaos feedback control is a simple and efficient approach to implement the convergence control of the first order reliability method (FORM). The robustness and efficiency of the STM are depended on selected parameters of this algorithm such that involuntary matrix and step size in structural reliability analysis. When involuntary matrix and step size are inappropriately selected, the STM iterative formula can be prematurely and slowly converged. In this paper, the STM scheme was improved based on a simple dynamical step size and the involuntary matrix equals to unit matrix. The proposed dynamical step size can be computed using the new and previous results of the FORM iterative formula. The efficiency and robustness of improved STM was compared with the STM and finite-step length methods from five numerical and mechanical examples taken through the literature. The results impales that the improved STM not only ensured the numerical stability of nonlinear mechanical problems but also is more efficient than the STM to approximate the failure probability.
    Keywords: First order reliability method, stability transformation method: dynamical step size
  • Pooria Akbarzadeh, Hossein Mahmoodi Darian, Mohsen Nazari, Milad Souri Pages 153-164
    In this paper three algorithms of Cyclic-Reduction, Parallel-Cyclic-Reduction and Parallel-Thomas are introduced to solve the Tridiagonal system of equations using GPUs and the effect of coalesced-memory-access and uncoalesced-memory-access to global memory are studied. To assess the ability of these algorithms, as a case-study the simulation of the lid-driven cavity flow have been compared to the results of Runtimes and physical parameters of the classical Thomas algorithm, executed on CPU. The maximum speed-up of these algorithms against CPU runtime is about 4.4x, 5.2x and 38.5x, respectively. Also, approximately a 2x speed-up achieved in coalesced-memory access on GPU.
    Keywords: Parallel Thomas approach, Parallel Processing, Tridiagonal system of equations, Graphic Processor, Cyclic Reduction algorithm