فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال هفتم شماره 3 (پاییز 1396)
  • سال هفتم شماره 3 (پاییز 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/10/30
  • تعداد عناوین: 15
|
  • محمد افتخاری، مهدی احمدی نجف آبادی، محمدرضا فراهانی* صفحات 1-16
    تنش های پسماند جوشی، به ویژه نوع طولی آن، نقشی اساسی در خستگی و شکست سازه ها دارند. عمده ی روش های اندازه گیری تنش پسماند دارای یک محدودیت بزرگ هستند که قابلیت اندازه گیری تنش پسماند در عمق قطعه را ندارند. در این پژوهش از تلفیق روش شبیه سازی المان محدود و روش تجربی پراش پرتو ایکس به منظور ارزیابی تنش پسماند در عمق قطعه استفاده شد. تنش های پسماند جوشکاری تیگ دو ورق به ضخامت ضخامت 8 میلی متر و از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5086، به صورت تحلیل با استفاده از نرم افزار آباکوس، به صورت تجربی توسط روش پراش پرتو ایکس در سطح قطعه صحه سنجی شدند. مشاهده گردید که در خط مرکزی جوش، با افزایش عمق، تنشهای پسماند طولی تا 37 مگاپاسکال، کاهش و در ناحیه متاثر از حرارت و در فاصله 10 تا 25 میلیمتری از خط مرکزی جوش، نیز تا 70 مگا پاسکال، کاهش می یابد. در نقاط دورتر، همزمان با کاهش تنش های پسماند طولی، تنشهای فشاری در عمق قطعه کار ایجاد می شود. ادعا می شود که با توجه به چشم گیر بودن تغییرات تنش های پسماند در عمق قطعه، برای انجام تحلیل های دقیق تر، محاسبه تنش های پسماند در عمق قطعه ضروری است.
    کلیدواژگان: تنش پسماند جوش کاری، مدل سازی اجزای محدود، روش پراش پرتو ایکس، آلیاژ آلومینیوم سری 5086
  • رضا خرم آبادی، جلیل رضایی پژند * صفحات 17-28
    آلیاژ های حافظه دار عنوان گروهی از مواد هوشمند می باشند که خواص متمایز و برتری نسبت به سایر آلیاژها دارند. رفتار تنش- کرنش این مواد دو پدیده غیرخطی اثر حافظه داری و اثر شبه الاستیک را در برمی گیرد. در این پژوهش اثرات پیچش و تغییر فاز اتفاق افتاده در آلیاژ حافظه دار بر نیروی بحرانی کمانش و همچنین فرکانس طبیعی لوله ای از جنس آلیاژ حافظه دار مورد بررسی قرار خواهد گرفت. لازم به ذکر است که تمام تحلیل ها با استفاده از نرم افزار آباکوس صورت گرفته است. با توجه به عدم تعریف اولیه آلیاژ حافظه دار در نرم افزار آباکوس، با توسعه و استفاده از زیرروال یومت (UMAT) سه بعدی بر پایه سه مدل بوید و لاگوداس، لیانگ و راجرز و همچنین تاناکا در نرم افزار ، تحلیل سه بعدی آلیاژهای حافظه دار ممکن شده است. تهیه زیرروال یومت خواص آلیاژ حافظه دار امکان هرگونه استفاده از امکانات نرم افزار جهت تحلیل رفتار سازه های هوشمند ساخته شده با آلیاژ حافظه دار را برای طراح فراهم می سازد. در پایان این تحقیق، اثرات تغییر قطرهای داخلی و خارجی لوله، با شرط ثابت ماندن وزن، در تسریع و تاخیر شروع و پایان تغییرفاز و همچنین در میزان تغییر مقادیر نیروی بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: پیچش، فرکانس طبیعی، نیروی بحرانی کمانش، آلیاژ حافظه دار، زیرروال یومت
  • مسعود مسیح طهرانی*، رامبد یحیایی صفحات 29-39
    در این مقاله، صندلی کامیونی در نظر گرفته شده است که پشتی آن مجهز به کیسه هوای قابل تنظیم و مفصل پیچشی پشتی آن نیز قابلیت تغییر سختی دارد. به این ترتیب می توان برای هر راننده ضرایب فنریت پشتی و مفصل پیچشی متصل به آن را به نحوی تنظیم کرد که برای آن شخص کمترین ارتعاشات جلو-عقب به راننده وارد شود. دو مقدار بهینه سختی پشتی و سختی پیچشی آن جهت کاهش ارتعاشات جلو-عقب منتقل شده به راننده با جستجوی کامل بازه ممکن سختی ها استخراج می گردد. ریشه میانگین مجذور تابع انتقال ارتعاشات به کمک نرم افزار متلب و با فیلتر فرکانسی ارتعاشات جلو-عقب انسان نشسته، مربوط به استاندارد ایزو 2631، قسمت اول، سال 1997 وزن دار شده و به عنوان تابع هدف جهت کاهش انتقال پذیری ارتعاشات استفاده می شود. در نهایت، جهت بررسی عملکرد پشتی بهینه صندلی در شرایط واقعی، مدل انسان و صندلی از محیط آدامز ویو به محیط آدامز تراک منتقل می شود. به عنوان مورد مطالعاتی، نتایج شبیه سازی کامیون برای راننده 73 کیلوگرمی در قسمتی از سیکل رانندگی کامیون حمل زباله مربوط به صندلی معمولی و بهبودیافته مقایسه شده است. نتایج این مقایسه بهبود 35% ارتعاشات جلو-عقب را نشان می دهد. سپس برای وزن های 40 و 100 کیلوگرم این فرایند تکرار می شود.
    کلیدواژگان: پشتی قابل تنظیم صندلی، راحتی سرنشین، کاهش انتقال پذیری ارتعاشات، مدل ارتعاشات جلو-عقب بدن انسان
  • روح الله حسینی*، علی ابراهیمی ممقانی، مریم نوری صفحات 41-51
    هم اکنون برداشت انرژی ارتعاشی با ماده پیزوالکتریک می تواند بیش از 300 میکرووات بر سانتیمتر مربع توان تولید کند و این امر موجب شده تا این روش، به یکی از روش های مناسب برداشت انرژی برای تامین توان وسایل الکترونیکی با توان کم مطرح گردد. استفاده از مواد و تکنولوژی جدید در ساخت برداشت کننده های انرژی می تواند مشکلات موجود در سازه های فعلی را تا حد زیادی رفع نماید. در این کار به کمک مواد پیزوپلیمری EAPap که فیلم نازکی از سلولز می باشند، تیرهای یکسردرگیر برداشت کننده انرژی ساخته شده و سپس به تیرهایی با عرض کوچکتر و یکسان تقسیم گردیده اند. یک بار یک تیر به دو قسمت مساوی و بار دیگر به سه قسمت مساوی تقسیم بندی شدند. سپس تیرهای با عرض کمتر به صورت سری و موازی به یکدیگر متصل شده و اثر نوع اتصال نیز بررسی گردید. مشاهده شد که با تقسیم یک تیر به چند تیر با عرض کمتر و اتصال سری یا موازی تیرها، جریان، ولتاژ و در نتیجه توان خروجی تیرها افزایش می یابد. اتصال موازی تیر ها موجب ایجاد جریان بیشتر و اتصال سری، موجب ایجاد ولتاژ بیشتر گردید.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی ارتعاشی، پیزوالکتریک، توان تولیدی، پیزوپلیمر سلولزی
  • امیرحسین سخایی، عبدالحسین جلالی اقچای *، محمد کاظمی نصرآبادی صفحات 53-66
    در این تحقیق، اثر پارامترهای فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای ورق های آلیاژ آلومینیوم 6T-7075 بر استحکام برشی ناحیه اتصال بررسی شده است. هدف اصلی این تحقیق بررسی تاثیر مقادیر سرعت دورانی و عمق نفوذ ابزار در شرایط استفاده از صفحه پشتیبان با جنس های مختلف بر نیروی شکست برشی و حالت شکست ناحیه جوش است. اتصالات در دو سرعت دورانی با مقادیر800 و 1600 دور در دقیقه و در عمق های نفوذ 3/5، 5/5، 7/5 و 9/5 میلی متر برای ابزار، با استفاده از دو صفحه پشتیبان از جنس های آلیاژ آلومینیوم 1100Al و آلیاژ تیتانیوم V4Al6Ti ایجاد شدند. آزمایش استحکام برشی اتصال جهت بررسی کارآیی اتصال در نمونه ها انجام شد. نتایج بدست آمده حاکی از تاثیر مستقیم جنس صفحه پشتیبان بر استحکام برشی اتصال و ابعاد هندسی ناحیه اغتشاش است. در سرعت دورانی1600 دور در دقیقه با استفاده از صفحه پشتیبان تیتانیومی با افزایش عمق نفوذ، ورق بالایی از ناحیه فلز پایه دچار پارگی و ترک های سطحی شده است. از طرفی مشخص شد که سرعت های دورانی بالا سبب افت استحکام برشی اتصال در مقایسه با سرعت های دورانی پایین شده است. بیش ترین نیروی شکست برشی اتصال در سرعت دورانی 800 دور در دقیقه، عمق نفوذ 9/5 میلی متر و صفحه پشتیبان آلومینیومی بدست آمد. شکست برشی در نمونه ها پس از آزمایش استحکام برشی اتصال، به دلیل گسترش ترک در محیط سوراخ کلیدی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای، صفحه پشتیبان، سرعت دورانی، استحکام برشی
  • رضا فاضل، محمد مهدی جلیلی*، محمد مهدی ابوترابی صفحات 67-82
    پدیده لرزه یک نوع ارتعاش خودتحریک ناپایدار است که در اغلب فرآیندهای ماشینکاری از جمله عملیات سنگ زنی رخ میدهد. در این مقاله، یک مدل سه بعدی غیر خطی از ارتعاشات لرزه در فرآیند سنگ زنی ارائه شده است. قطعه کار به صورت یک محور پیوسته در حال دوران با ارتعاشات عرضی و سنگ ساینده به عنوان یک سیستم یک درجه آزادی جرم-فنر-دمپر مدل شده اند. معادلات حرکت با استفاده از روش پی باکینگهام، بی بعد سازی شده اند. در ادامه با استفاده از روش مودهای فرضی، معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی مربوط به قطعه کار به صورت معادلات دیفرانسیل معمولی درآمده و سپس مجموعه معادلات قطعهکار و سنگ ساینده با استفاده از روش مقیاس های چندگانه به صورت تحلیلی حل شده اند. نواحی پایداری برای قطعه کار و سنگ ساینده برای سرعتهای مختلف قطعه کار و مکانهای مختلف سنگ در طول قطعه کار رسم شده و تاثیر پارامترهای مختلف همچون سرعت دورانی سنگ و شعاع قطعه کار بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ارتعاشات در قطعه کار و سنگ کاملا متفاوت از یکدیگر هستند. زمانی که سنگ زنی در وسط قطعه کار رخ می دهد امکان بروز پدیده لرزه در قطعه کار بیشتر است در حالی که مکان سنگ ساینده تاثیری بر ارتعاشات سنگ ندارد.
    کلیدواژگان: لرزه، سنگ زنی، پایداری، روش مقیاس های چندگانه
  • مریم ملک زاده*، عادل ربیعی، مجید آب نیلی صفحات 83-96
    در مقاله حاضر به موضوع طراحی کنترلر مقاوم برای پرواز هماهنگ ماهواره ها پرداخته می شود. در این راستا دو نمونه از کنترلر مود لغزشی مرتبه بالا برای پرواز هماهنگ غیرخطی ماهواره ها در حالت دنبال کردن رهبر طراحی می شود. از کنترلر مود لغزشی فوق پیچشی برای کاهش چترینگ و کنترلر ترمینال غیر تکین بدلیل رهیابی به پاسخ دقیق در زمان محدود استفاده می شود. در طراحی هر دو کنترلر محدودیت عملگر در نظر گرفته شده است.
    برای کاهش تلاشهای کنترلی از ضرایب متغیر با زمان تطبیقی استفاده شده است. در این حالت ضرایب کنترلرهای مقاوم بسته به میزان خطا، با شرایط تطبیق می یابند. هر دو کنترلر تطبیقی فوق پچشی و ترمینال غیر تکین بر روی پروژه فضایی پروبا-3 شبیه سازی و عملکرد کنترلرها در کنترل پرواز هماهنگ در مانورهایی با خروج از مرکز بزرگ با در نظر گرفتن نامعینی در حضور اغتشاش J2 بررسی می شود.
    کلیدواژگان: الگوریتم دنبال کردن رهبر، پروژه فضایی پروبا-3، کنترلرهای مقاوم، الگوریتم فوق پیچشی تطبیقی، مود لغزشی ترمینال غیر تکین
  • یاسر رستمیان * صفحات 97-112
    در این مقاله، خواص مکانیکی لمینیتهای هیبریدی با ترکیبات اپوکسی/ الیاف کربن / نانو خاک رس/ نانو دی اکسید تیتانیوم و اپوکسی/ الیاف کربن/ نانو خاک رس/ نانو لوله کربنی ، در ابتدا بصورت مجزا و نهایتا بصورت مقایسه ای مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نمونه هایی فاقد نانو ذرات متشکل از اپوکسی و 16 لایه فیبر کربن و همچنین نمونه های اپوکسی و فیبر کربن حاوی نانو ذرات که در چهار درصد وزنی مختلف و دو ترکیب (خاک رس/نانولوله های کربنی) و (خاک رس/ دی اکسید تیتانیوم) به اپوکسی اضافه گردیده بودند ساخته و مورد آزمایش قرار گرفتند. از نکات این پژوهش، بررسی آزمایشگاهی و بهینه سازی به کمک روش تاگوچی ، در جهت کاهش تعداد آزمایشها و کاستن هزینه ها و دستیابی به مقاومت کششی وخمشی بهینه در نمونه های کامپوزیتی ساخته شده می باشد. نتایج حاصله از این پژوهش نشان داد که نمونه های حاوی نانو رس با 5/0درصد وزنی و نانو دی اکسید تیتانیوم با 1 درصد و نانو لوله کربنی با 5/0 درصد وزنی دارای بالاترین مقاومت در نمونه هیبریدی نهای خواهد بود.
    کلیدواژگان: لمینیتهای هیبریدی، نانوخاک رس، نانولوله کربنی، نانو دی اکسید تیتانیوم، کشش
  • مجید برید رضایی، فرشید جندقی علایی*، پویان برومند صفحات 113-131
    بتن مسلح هیبریدی (Hybrid Reinforced Concrete) بتنی است که در آن، علاوه بر میلگرد، از الیاف نیز برای مسلح کردن بتن استفاده می شود. در این تحقیق به بررسی رفتار تیرهای بتن مسلح هیبریدی تحت خمش، پرداخته شده است. برای مدل سازی بتن مسلح هیبریدی، از مدل فولاد و بتن تحت فشار به صورت الاستیک-پلاستیک کامل استفاده شده است. همچنین برای بتن تحت کشش، مدل سه خطی شامل ناحیه الاستیک، ناحیه انتقال و ناحیه مقاومت باقی مانده به کار برده شده است. روابط ارائه شده، برای بتن الیافی با رفتار سخت شدگی یا نرم شدگی کششی و خمشی کاربرد دارد. در این مقاله روابط تحلیلی برای تعیین عمق تار خنثی و منحنی لنگر-انحنا در هر مرحله از بارگذاری بدست آمده است. روابط به دست آمده از این تحقیق، برای بتن الیافی، بتن الیافی مسلح به میلگرد فولادی و همچنین بتن معمولی، قابل استفاده هستند. جهت اعتبار سنجی مدل پیشنهدای، نتایج مدل با نتایج مقالات معتبر مقایسه شد و مشاهده گردید که مدل می تواند با دقت خوبی رفتار بتن الیافی و هیبریدی را تحت خمش پیش بینی کند. مدل پیشنهادی، بار بیشینه تیرهای هیبریدی را با دقتی بیش از 93 درصد نسبت به نتایج آزمایشگاهی پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: بتن الیافی، بتن هیبریدی، خمش، منحنی لنگر-انحنا
  • سجاد پیرمحمد *، سبحان اسماعیلی مرزدشتی صفحات 133-147
    در این مقاله به عملکرد جذب انرژی سازه های دو جداره به همراه صفحات تقویتی که واصل بین این جداره ها می باشد، تحت بارگذاری شبه استاتیکی بصورت محوری و مایل پرداخته شده است. سطح مقطع این سازه ها به دو صورت مربعی و دایروی در نظر گرفته شده است. در این تحقیق گام اول، صحت سنجی درستی نتایج شبیه سازی اجزاء محدود صورت گرفته در نرم افزار ال اس-داینا در مقایسه با نتایج بدست آمده از آزمایشات تجربی بوده است. سپس از مدل اجزاء محدود مذکور جهت بررسی رفتار جذب انرژی سازه های دو جداره مربعی و دایروی با مقیاس های مختلف ( 0، 25/0، 5/0 ، 75/0، 1) در حالت های متفاوت بارگذاری شبه استاتیکی محوری و مایل استفاده شده است. گام دوم تحقیق حاضر به کارگیری روش رتبه بندی کپراس جهت پیدا کردن بهترین سازه از نقطه نظر جذب انرژی بوده است. نتایج حاصل از این روش نشان داد که جذب انرژی سازه های بررسی شده با مقیاس 5/0 بهترین حالت سازه ها بوده و از سوی دیگر طبق داده های استخراج شده، سازه با سطح مقطع دایروی در مقایسه با سطح مقطع مربعی دارای میزان جذب انرژی بالایی می باشد. همچنین با افزایش زاویه ی بارگذاری، میزان جذب انرژی و بیشترین نیروی لهیدگی کاهش یافت. در انتهای تحقیق، با استفاده از روش های سطح پاسخ و طرح ترکیب مرکزی و همچنین شناسایی نقاط مهم، متغیرهای طراحی از قبیل ضخامت و شعاع سازه دو جداره دایروی بهینه گردید.
    کلیدواژگان: جذب انرژی، سازه دو جداره، تحلیل شبه استاتیکی، بارگذاری محوری و مایل، بهینه سازی
  • مهدی کماسی *، محمدرضا گودرزی، جعفر چلبی صفحات 149-163
    انفجار زیر آب یکی از پدیده های مخرب سازه های دریایی و ساحلی می باشد بنابراین طراحی این گونه سازه ها در برابر بار انفجار از اهمیت بسزایی برخوردار است. از این رو پژوهش حاضر به بررسی و مقایسه عملکرد بتن های الیافی در مقابل بارگذاری انفجار در هوا و زیر آب پرداخته است. بدین منظور در این پژوهش یک بررسی عددی از عملکرد بتن های الیافی تحت بارگذاری انفجار با در نظر گرفتن اثر نرخ کرنش، انجام شده است. در این راستا از مدل های عددی برای انفجار در هوا به دو روش تابع انفجار کان وپ و روش لاگرانژی-اویلری دلخواه استفاده شد و سپس نتایج آن با نتایج داده ها از آزمون انفجار در مقیاس واقعی مقایسه شده است. همچنین برای انفجار زیر آب که از مدلسازی به روش لاگرانژی-اویلری دلخواه انجام شده از روش سیستم تک درجه آزادی جهت صحت سنجی استفاده گردیده است. نتایج جابجایی پانل ها بدست آمده از پژوهش نشان دهنده اختلاف کمتر از 13/3 درصد بین روش های مدلسازی عددی کان وپ، لاگرانژی-اویلری، سیستم تک درجه آزادی و نتایج آزمایشگاهی است. علاوه بر این، نتایج بیانگر جابجایی بیشتر بتن های الیافی تا حدود 74 میلی متر و خسارت مخرب تر پانل بتنی برای انفجار زیر آب نسبت به انفجار در هوا و همچنین تاثیر مستقیم حجم میلگرد مصرفی نسبت به درصد الیاف می باشد.
    کلیدواژگان: انفجار زیر آب، کان وپ، روش لاگرانژی-اویلری، پانل مسلح شده با الیاف، Ls-dyn
  • مهدی یاقوتی، ابولفتح نیکرنجبر* صفحات 165-184
    طراحی کنترل کننده هوشمند خودتنظیم رباتهای زیرآبی خودکار بدلیل محیط پر اغتشاش زیر آب، دینامیک پیچیده غیرخطی و ناقص عملگر، بسیار چالش برانگیز است. در این مقاله کنترل ترکیبی مدل مرجع تطبیقی همراه با جبرانساز شبکه عصبی مصنوعی برای کنترل ردیاب ربات زیرآبی خودکار 6 درجه آزادی ارائه شده است. سیستم دینامیکی غیرخطی ناقص عملگر 4 ورودی - 6 خروجی شناور زیرآبی بر اساس دو رویکرد تفکیک مدل دینامیکی به چهار زیرسیستم و خطی سازی هر زیر سیستم مطابق ساختار ویژه آن با استفاده از روش خطی سازی فیدبک جزئی و یا دینامیک معکوس و روش دینامیک جفت شده، بنا شده است. در هر دو رویکرد دینامیک جفت نشده و یکپارچه، پایداری زیر سیستم ها و فرآیند کل با استفاده از روش پایداری لیاپانف تضمین شده است. به علت عملکرد سیستم در محیط همراه با ورودی های نامطلوب دایمی با هدف مقاوم سازی سیستم تحت کنترل، علاوه بر کنترل کننده مدل مرجع تطبیقی، از جبرانساز اضافی شبکه عصبی مصنوعی با تطبیق برخط پارامترهای وزن ها و بایاس های آن در هر زیرسیستم و نیز سیستم یکپارچه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی های جداگانه کنترل کننده ترکیبی مدل مرجع تطبیقی با جبرانساز شبکه عصبی در محیط نرم افزار سیمولینک متلب، بوضوح نشان از عملکرد چشمگیر کنترل کننده ی بهره مند از جبرانساز شبکه عصبی مصنوعی در مقاوم سازی فرآیند و بهبود عملکرد ربات در ردیابی مسیر مطلوب با دقت قابل توجه در حضور ورودی های نامطلوب دائمی برای هر دو رویکرد را دارد.
    کلیدواژگان: کنترل ربات زیرآبی خودکار، کنترل مدل مرجع تطبیقی، جبرانساز شبکه عصبی مصنوعی، دینامیک زیرفعال، خطی سازی فیدبک جزئی
  • حمیدرضا حیدری*، عبدالله مالمیرنسب صفحات 185-197
    در تحقیق حاضر، معادلات انرژی یک بازوی دو لینکی انعطاف پذیر با استفاده از فرضیات تیر اولر – برنولی، استخراج شده است. ربات می تواند با استفاده از پنجه خود در صفحه قائم باری با وزن مشخص را حمل کند. با اعمال روش مودهای فرضی و در نظر گرفتن تعداد محدودی درجه آزادی، معادلات حرکت دینامیکی هر یک از بازوها با استفاده از معادلات اویلر- لاگرانژ به دست آمده است. کنترل و کاهش ارتعاشات لینک های بازو توسط یک کنترلر فعال انجام شده است. به این منظور ولتاژ مشخصی به دو لایه پیزوالکتریک که در ابتدای لینک ها قرار دارند، اعمال شده است. الگوریتم کنترل ارتعاشات با استفاده از روش دوم لیاپانوف طراحی شده است. همچنین مسیر حرکت پنجه با استفاده از بازوی دو لینکی صلب معادل محاسبه و طراحی شده است. چون ربات تحت تاثیر نیروی وزن می باشد و حرکت خود را از حالت سکون آغاز می کند جابه جایی استاتیک هر لینک با استفاده از قضیه کاستیگلیانو محاسبه شده و به عنوان شرایط اولیه در نظر گرفته شده است. شبیه سازی صورت گرفته نشان می دهد که مسیر حرکت پنجه انعطاف پذیر با کنترل، بسیار نزدیک به مسیر حرکت پنجه منیپولاتور معادل صلب خود می باشد.
    کلیدواژگان: منیپولاتور انعطاف پذیر، کنترل فعال ارتعاشات، مبدل پیزوالکتریک، لیاپانوف
  • صابر یکانی مطلق *، پریا سروری صفحات 199-212
    در مقاله حاضر جریان آشفته سه بعدی داخل محفظه دارای تهویه همراه با انتقال حرارت ترکیبی(آزاد-اجباری) به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) حل و با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود اعتبارسنجی شد. انتقال حرارت اجباری در کار حاضر به دلیل ورود سیال از سیستم تهویه به داخل محفظه و انتقال حرارت آزاد به دلیل اختلاف دمای قسمت کف و دیواره های محفظه می باشد. به منظور بررسی اثر مانع بر مشخصه های جریان، شبیه سازی برای مانع با سه ارتفاع متفاوت انجام گرفته است. در ادامه با اعمال الگوریتم تفکیک به مودهای متعامد (POD) بر میدان سرعت نوسانی در جهت x، تاثیر موانع بر ساختارهای منسجم مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشانگر این است که اولا مانع سبب افزایش شدید انرژی ساختارهای منسجم جریان می شود، ثانیا مانع با ارتفاع زیاد ساختارهای منسجم جریان را کوچکتر و مانع با ارتفاع متوسط و کوچک سبب بزرگتر شدن ساختارهای منسجم جریان می شوند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی گردابه های، محفظه دارای تهویه، مانع، ساختارهای منسجم، تفکیک به مود های متعامد
  • رئوف مبشری *، رحمان اکبری صفحات 213-226
    در تحقیق حاضر، شبیه سازی یک موتور مدرن اشتعال تراکمی از نوع پاشش مستقیم سرعت بالا جهت بررسی تاثیرات همزمان فشار پاشش سوخت و بازخورانی گازهای خروجی بر عملکرد و میزان آلاینده های تولیدی موتور انجام گرفته است. برای این منظور ابتدا به مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی موتور پایه و تطبیق شرایط عملکردی موتور به لحاظ مقادیر فشار داخل استوانه و میزان آلاینده های اکسیدهای نیتروژن و دوده پرداخته شده است و سپس مطالعه و بررسی تاثیر فشار پاشش در درصدهای مختلف بازخورانی گازهای خروجی انجام گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد، با ثابت بودن میزان سوخت پاشیده شده و بدون اعمال بازخورانی گازهای خروجی، افزایش فشار پاشش سوخت سبب افزایش فشار موثر متوسط اندیکاتوری و کاهش میزان مصرف سوخت ویژه اندیکاتوری می گردد با این حال میزان آلاینده اکسیدهای نیتروژن تا حد زیادی افزایش یافته و میزان آلاینده دوده با کاهش همراه خوهد بود. با اعمال درصدهای مختلف از بازخورانی گازهای خروجی امکان کاهش آلاینده اکسیدهای نیتروژن با حفظ شرایط کارکردی موتور (میزان مصرف سوخت ویژه اندیکاتوری و فشار موثر متوسط اندیکاتوری) فراهم می گردد اگرچه در این حالت روند افزایشی آلاینده دوده به عنوان عاملی منفی بایستی مورد توجه قرار گیرد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، شبیه سازی، بازخورانی گازهای خروجی، فشار پاشش سوخت
|
  • Mohammad Eftekhari, Mohammadreza Farahani * Pages 1-16
    Welding residual stresses, especially longitudinal ones, have a significant role in the fatigue and fracture of the structures. The common residual stress measurement methods have an important restriction that they are incapable in measuring the residual stresses versus depth. In this study, the combination of FEM simulation and X-ray diffraction experimental method has been used for residual stress measurement along specimen depth. Residual stresses were induced by the TIG welding of two 5086 aluminum plates with a thickness of 8 mm. The welding process was simulated in Abaqus and then the simulation results were validated with X-ray diffraction ones. It was observed that in weld centerline, by increasing depth, maximum longitudinal residual stresses decreased by 37 MPa while this reduction in heat affected zone and in the distance of 10 to 25 mm from the weld centerline was 70 MPa. At farther points from the weld centerline, the longitudinal residual stresses decreased and the compressive residual stresses were formed in the specimen depths. With respect to significant variation of residual stress along the depths of the specimen, residual stress measurement along specimen depths seems to be necessary for performing accurate analysis.
    Keywords: Welding Residual Stress, Finite element analysis, X-ray Diffraction Method, 5086 Aluminum Alloy
  • R. Khorramabadi, J. Rezaeepazhand * Pages 17-28
    Shape Memory Alloys (SMAs) are a group of alloys, which have distinct and superior properties compared to conventional alloys. They demonstrate two particular non - linear stress - strain behavior, Shape Memory Effect and Psedoelasticity (Superelasticity). In this paper, we have studied free vibration response and buckling critical load of SMA tubes under a torsional load and phase changes. All analyzes were done using the ABAQUS finite element software. Since the modeling of SMA are not available in ABAQUS software, the UMAT subroutine in the software is used to implement the three SMA models, Boyd & Lagoudas, Liang & Rogers and Tanaka, to FE analysis. Preparing a user material subroutine enables the designer to analyze any structure that made of shape memory alloys in ABAQUS software. The effect of internal and external diameter of the constant weight tube on phase change delay, critical buckling load and natural frequency is discussed.
    Keywords: Torsion, Free vibration, Buckling Load, Shape Memory Alloys, UMAT Subroutine
  • M. Masih-Tehrani *, R. Yahyaei Pages 29-39
    In this paper, a truck seat backrest is proposed which can be tuned the backrest stiffness (using a special air bag) and torsional backrest stiffness with respect to the driver specification. This driver based tuning can reduce the fore-aft vibration of the human body. The coefficients of the backrest stiffness and the torsional backrest stiffness are optimized by full searching method in the proper intervals. For optimization cost function calculation, the fore-aft vibration transmissibility function in the range of 0.1 to 20 Hz are determined in ADAMS/Vibration using ADAMS/Insight toolkit. The root mean square of vibration transmissibility function is weighted using a frequency filter by MATLAB software. The frequency filter is introduced in ISO 2631-1:1997 standard for the fore- aft vibration of a seated human body. This weighted RMS is assigned as the cost function of the stiffness optimization. The human body and truck seat model is augmented in ADAMS/Truck on a full truck model. As a case study, the truck simulation results are compared for a conventional seat and an optimized seat in a section of a garbage truck driving cycle, when the driver’s weight is 73 kg. The optimized seat backrest has 35% lower fore and aft vibration RMS than the conventional truck seat. Then this Procedure is Repeated for drivers have 40 kg and 100 kg Mass.
    Keywords: Tunable Seat Backrest, Ride Comfort, Vibration Transmissibility Reduction, Human Body Fore-and-Aft Vibration Modeling
  • R. Hosseini *, A. Ebrahimi Mamaghani, M. Nouri Pages 41-51
    Now piezoelectric vibrational energy harvesters can produce more than 300 microwatts per square centimeter and this has led to a suitable method for power energy harvesting for electronic devices with low power problem. The use of new technology and materials in manufacturing energy harvesting devices can greatly fix the problems in the current energy harvesting structures. In this work, using EAPap piezopolymer films, the cantilever energy harvesters are made and are split into equal parts with smaller widths. Once a beam is divided into two equal parts and once again is divided into three equal parts. Then the smaller cantilevers are connected together in series and parallel and the effect of binding were also noted. It was observed that splitting a beam into several beams with less width and connecting the beams in series or parallel, can increase the current, voltage and the resulting power output. Parallel connection create more current flow and series connection, causes more output voltage.
    Keywords: Vibrational energy harvesting, Piezoelectric, Generated Power, Cellulosic piezopolymer
  • A. H. Sakhaie, A.H. Jalali Aghchai *, M. Kazemi Nasrabdi Pages 53-66
    In this paper, the effect of friction stir spot welding process parameters in AA 7075-T6 sheets has been investigated. Also, the effect of different rotational speeds and plunge depths of the tool with different backplate materials on shear failure load of the welding area has been studied. Joints were created in two rotational speeds of 800 and 1600 (rpm). Also, different plunge depths of 5/3, 5/5, 5/7 and 5/9 (mm) with two backplate of AA1100 and Ti6Al4V were used. Shear strength test was performed to evaluate the quality of the weld. Results indicated that the backplate material has a direct effect on the shear strength and geometry of the stir zone. In rotational speed of 1600 (rpm) and by using Ti6Al4V backplate with increasing plunge depth, upper sheet of the base metal zone has been teared. Also, it was found that high rotational speeds is caused a drop in shear strength of welds compared with low rotational speeds. Maximum load for shear failure obtained in 800 (rpm) and 5/9 (mm) with Al1100 backplate. Shear failure was observed in the joints because of propagation of crack in circumference of keyhole.
    Keywords: Friction stir spot welding, Backplate, Rotational speed, Shear strength
  • R. Fazel, M. M. Jalili *, M. M. Abootorabi Pages 67-82
    The chatter phenomenon is a kind of unstable self-excited vibration which occurs in most machining processes including grinding. A 3-D nonlinear model of chatter vibrations in grinding process has been presented in this paper. The workpiece has been modeled as a continuous rotating shaft with transverse vibrations and wheel is regarded as a one degree of freedom damped spring–mass system. The equations of motion have been dimensionless by π-Buckingham theory. Then using assumed modes method, partial differential equations of workpiece changed to ordinary differential equations and then the method of multiple scales is adopted for the approximate solution. Stability regions for workpiece and wheel in various workpiece rotary speeds and various wheel positions drawed and then the effect of various parameters such as rotational speed of the wheel,and the radius of the workpiece have been investigated. Results showed that vibrations in workpiece and in wheel are quite different from each other. When grinding occurs in the middle of the workpiece the possibility of chatter phenomenon is more, while the position of wheel has no effect on the vibration of the wheel.
    Keywords: Chatter, Grinding, Stability, Method of multiple scales
  • M. Malekzadeh *, A. Rabiei, M. Abnili Pages 83-96
    In this paper, the issue of adaptive robust control of the spacecraft formation flying will be discussed. For this purpose two high order sliding mode controller (HOSMC) are designed for nonlinear spacecraft formation flying in leader-follower structure considering actuator saturation. The SMC- super twisting algorithm is applied due to chattering reduction and so SMC-nonsingular terminal is applied due to finite time convergence.
    in designing both controllers, the actuator saturation is considered.
    To reduce the control effort, the adaptive gains are applied. The gains of super twisting controller are adapted due to the response error. Both adaptive super twisting and terminal sliding mode are proposed on the PROBA-3 Space mission. The controllers’ performances are examined in formation flying maneuvers with large eccentricity considering J2 disturbance effects. The controllers’ performances are examined in formation flying maneuvers with large eccentricity considering J2 disturbance effects. The controllers’ performances are examined in formation flying maneuvers with large eccentricity considering J2 disturbance effects.
    Keywords: Leader - Follower structure, PROBA-3 space mission, Robust controllers, Adaptive Super twisting algorithm, non singular terminal sliding mode
  • Y. Rostamiyan * Pages 97-112
    The effect of three independent variables on tensile and flexural strength properties of hybrid quaternary nanocomposite was investigated in current study. Carbon fiber orientation, weight percentage of nano clay and weight percentage of nano Tio2 were selected as input parameters. Minitab software was selected for design of experiments and Taguchi orthogonal array design was used for generating experiments .16 samples were prepared and tested for each response based on designed levels recommended by Taguchi and test standards. The results collected from tests indicated that the minimum value of flexural strength occurred in design level 13 with the magnitude of 2.8 Mpa and input parameters of 90 degree of fiber orientation, 0.5 wt% of nano clay and 2 wt% ofnano Tio2 respectively and the maximum value of flexural strength was 26.6 Mpa which occurred in design level 2 with 0 degree of fiber orientation, 1.5 wt% of nano clay and 1 wt% of nano Tio2 . Also the maximum value of tensile strength occurred in design level 2 with the magnitude of 470.3 Mpa. The corresponding values of input parameters for this level were 0 degree of fiber orientation, 1.5 wt% of nano clay and 1 wt% of nano Tio2 and the minimum value of tensile strength occurred in design level 16 with related levels of 90 degree of fiber orientation, 3,5wt% of nano clay and 0.5 wt% of Tio2 and the magnitude of 69.5 Mpa.
    Keywords: Hybrid Laminates, Nano Clay, Carbon Nanotube, Nano TiO2, Tensile
  • M. Barid Rezaee, F. Jandaghi Alaee*, P. Broumand Pages 113-131
    Hybrid Reinforced Concrete (HRC) is a composite material with a combination of rebars and fibers to reinforce concrete. In this study, the behavior of HRC beams under flexure is studied. To model HRC, steel and concrete under compression were assumed to be elastic-perfectly plastic. For concrete under tension, a three-linear model including elastic zone, transition zone, and residual tensile strength zone were used. Analytical relations to determine the depth of neutral axis and moment-curvature diagram at each level of loading were studied. In order to verify the model, the results obtained from the model were compared with those of published papers. It was realized that the relations obtained from this study, can predict the behavior of Fiber Reinforced Concrete (without rebar reinforcement), HRC, and traditional Reinforced Concrete under flexure with good accuracy. The proposed model, could predict the maximum load carrying capacity of HRC beams with an accuracy of more than 93% compared to experimental results. Taking into account the mentioned assumptions and proposed procedure it was found that the model is capable of predicting the behavior of all types of cement based composites: materials with strain-hardening, strain-softening, deflection-hardening and deflection-softening behavior.
    Keywords: Fiber Reinforced Concrete, Hybrid Reinforced Concrete, Flexure, Moment-curvature diagram
  • S. Pirmohammad *, S. Esmaeili Marzdashti Pages 133-147
    In this paper, the energy absorption performance of double-walled structures with reinforcements that joint the inner and outer members together were studied under axial and oblique quasi-static loading. These structures were assumed to have square and circular cross-sections. In the first step of this research, the finite element simulations performed in LS-DYNA were validated by comparing with experimental results. This validated code was then used to simulate energy absorption behavior of the double-walled square and circular structures with different scales (0, 0.25, 0.5, 0.75, and 1) under different axial and oblique quasi-static loading. In the second step, a multi-criteria decision-making method namely complex proportional assessment (COPRAS) was employed to select the best possible structure in view point of crashworthiness. The results demonstrated that the cross-sections with the scale of 0.5 were the best energy absorbers. Moreover, the circular cross-section was found to be the best energy absorber due to having higher number of sides. In addition, both energy absorption and peak crushing force reduced by increasing the loading angles. Finally, the response surface (RSM) and central composite design methods were used to optimize the design parameters including the thickness and radius of the double-walled circular structure.
    Keywords: Energy absorption, Double-walled structure, Quasi-static analysis, Axial, oblique loading, Optimization
  • M. Kosmasi *, M. R. Goodarzi, J. Chalabi Pages 149-163
    Underwater blast is a destructive phenomenon for offshore and onshore structures, so it is highly important to design these structures to bear explosive loads. This study has evaluated the performance of fiber reinforced concretes against air blast and underwater blast loadings. For this puropse, the performance of fiber reinforced concretes against explosive loading was analyzed while including the strain rate effect. In this way, two numerical models CONWEP explosion function and arbitrary Euler–Lagrange method were used for air blast, and results were then compared with data from full-scale blast test. A single degree of freedom system was used to validate data for underwater blast obtained through the arbitrary Euler–Lagrange method. Panels displacement results showed that the CONWEP, Euler–Lagrange and single degree of freedom system numerical modeling methods had a difference smaller than 13.3% with experimental results. Additionally, results showed underwater blast led to larger displacements in reinforced concretes up to about 74 mm and more destructive damages to concrete panels than air blast. The amount of rebars had a direct contribution compared to the fiber percentage.
    Keywords: Blast underwater, CONWEP, Euler–Lagrange method, fibre reinforced concrete panel, Ls-dyn
  • M. Yaghoti, A. Nikranjbar * Pages 165-184
    The perturbed and noisy environment of the underwater and complex nonlinear under-actuated dynamic system of the Autonomous Underwater Vehicle (AUV) turns out the design of the usually intelligent and adjustable controller, more challenging. In this paper, the hybrid Model Reference Adaptive Control (MRAC) along with the Artificial Neural Network (ANN) compensator for trajectory tracking of the 6 Degree of Freedom (DOF) AUV is illustrated. 4 Input-6 Output (4I6O) nonlinear under-actuated dynamic system in two individual approaches is divided into first, 4 subsystems and based on the inherent dynamics of the each subsystem, the partial or inverse linearization technique is employed for each one, and second, the coupled linearized model. The stability of the each closed-loop subsystems, and hence the complete controlled model is insured according to the Lyapounve’s stability theory for both approaches. To further increasing the robustness of the closed loop system in such agitated environment, an ANN compensator benefiting online backpropagation learning algorithm to tune the network's parameters is incorporated with each controllers. The results of the simulations of the hybrid MRAC along with ANN compensator in Matlab Simulink environment, clearly indicates the outperformance of the ANN compensated control method versus its non-ANN compensated counterpart in terms of increasing the robustness as well as more accurate trajectory tracking performance of the control system subjected to the continual applied noises for both coupled and decoupled dynamical systems.
    Keywords: Autonomous Underwater Vehicle (AUV), Model Reference Adaptive Control (MRAC), Artificial Neural Network (ANN) compensator, Under-actuated dynamic, Partial feedback linearization
  • H. R. Heidari *, A. Malmirnasab Pages 185-197
    In this paper, the energy equations of a manipulator, including two flexible links, is extracted based on the Euler-Bernoulli beam assumptions. The robot can carry a specified mass as the load on its end-effector. Applying assumed modes method and considering a finite number of modes, the dynamical motion equations of the arm is achieved using Euler-Lagrange equations. The control and the vibration damping of the arm links is implemented using an active controller. This matter is done by applying a specified voltage on two considered piezoelectric layers, the embedding location of which is external layers of beam. The algorithm of vibration control is designed according to the Lyapunov’s second method. In addition, the path planning of the end-effector is performed by making use of an equivalent two link rigid arm. Regarding the fact that the robot weight is included as well, and also it starts its own motion from the rest, the static deflection is calculated from Castigliano’s method and is used as the initial conditions of beam. The performed simulation shows that the path of the controlled motion of flexible robot follows that of equivalent rigid manipulator end-effector with a good approximation
    Keywords: Flexible Manipulator, Active Vibration Control, Piezoelectric transducer, Lyapunov
  • S. Yekani Motlagh *, P. Sarvari Pages 199-212
    In the present paper, three dimensional turbulent mixed convection inside the ventilated cavity is solved using by Large Eddy Simulation (LES) and the results are validated with available numerical and experimental ones. In the present work, the forced convection and free convection are due to the injected flow from ventilation system and temperature difference among floor and other walls of cavity, respectively. The effects of obstacle on flow characteristics such as velocity, temperature and turbulent kinetic energy are investigated for cavity flow containing obstacle with three different height. In continuation, effect of obstacles on coherent structures are investigated by applying the proper orthogonal decomposition (POD) algorithm on velocity fluctuation field in x direction. From the results, firstly, obstacle causes to increase the energy of coherent structures, and secondly, obstacle with large height break the coherent structures to smaller ones, but for obstacles with medium and small height dominant structures are enlarged.
    Keywords: Large Eddy Simulation (LES), ventilated cavity, abstacle, coherent structures, Proper Orthogonal Decomposition (POD)
  • R. Mobasheri *, R. Akbari Pages 213-226
    In the current research, a CFD simulation has been carried out to investigate the simultaneous effects of injection pressure and Exhaust Gas Recirculation (EGR) on the engine performance and the amount of pollutant emissions in a modern High Speed Direct Injection (HSDI) diesel engine. For this purpose, the computational results have been firstly compared to the measured data and a good agreement has been achieved in regard to predicting the in-cylinder pressure and the amount of NOx and soot emissions. Then, the effects of injection pressure has been studied at the various EGR rates. The results show, in the case of a constant injected fuel and without using the EGR, decreasing the nozzle diameter causes increase of Indicated Mean Effective Pressure (IMEP) and reduction of Indicate Specific Fuel Consumption (ISFC). However, the amount of NOx emission has been largely increased and the amount of soot emissions has been decreased. By applying the different percentage of EGR rates, a potential to decrease the amount of NOx emission have been provided while the engine operating conditions (including the ISFC and IMEP) remain constant. However, the increase of soot emissions should be considered as a negative parameter in this case.
    Keywords: Diesel engine, Simulation, EGR, Injection Pressure