فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هجدهم شماره 7 (مهر 1397)
  • سال هجدهم شماره 7 (مهر 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/07/16
  • تعداد عناوین: 27
|
  • امین یوسف پور، محمد صفی خانی محمودی، محمدرضا حائری یزدی *، آرش بهرامی صفحات 1-9
    سیستم های غیرخطی دارای تشدیدهای فوق هارمونیک می باشند. این تشدیدها در کسری از فرکانس طبیعی سیستم رخ می دهند و می توانند پاسخ با دامنه زیادی را فعال کنند. استفاده از این تشدیدها به دلیل پایین بودن فرکانس آن ها برای سیستم های برداشت انرژی می تواند بسیار مفید باشد. هدف از این پژوهش، بررسی سیستم برداشت انرژی ارتعاشی غیرخطی با هندسه پیزومگنتوالاستیک تحت تحریک فوقهارمونیک می باشد. در مقاله پیش رو معادلات حاکم بر سیستم در دو حالت پایداری یگانه و پایداری دوگانه با استفاده از روش مقیاس های چندگانه حل شده و حالاتی که فرکانس تحریک خارجی برابر با فرکانس تشدید فوق هارمونیک است، بررسی می گردد. در این حالات جابجائی نوک تیر و میزان ولتاژ خروجی بدست آمده و نشان داده می شود که تشدید فوق هارمونیک برای بهره برداری از سیستم های برداشت انرژی غیرخطی مفید بوده و باعث افزایش انرژی برداشت شده در این سیستم ها می گردد. همچنین میزان انرژی بدست آمده در سیستم با پایداری یگانه و سیستم با پایداری دوگانه مقایسه گردیده است. مشاهده می شود سیستم با پایداری دوگانه برای برداشت انرژی مناسب تر است. علاوه بر روش مقیاس های چندگانه، با استفاده از روش عددی رانگ کوتا پاسخ ها بدست آمده است. نتایج روش مقیاس های چندگانه با نتایج روش حل عددی مقایسه گردیده است. مشاهده می شود نتایج دو روش تطابق بسیار خوبی دارند.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی، پیزومگنتوالاستیک، تشدید فوق هارمونیک، روش مقایس های چندگانه
  • نعمت الله فولادی* صفحات 10-19
    در تحقیق حاضر عملکرد یک آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع در زمان خاموش شدن یک موتور با رویکرد شبیه سازی عددی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در هسته اصلی شبیه ساز ارتفاع (دیفیوزر گلوگاه ثانویه و محفظه آزمایش) با پروفیل فشار-زمان خاموشی موتور انجام شده است. فیزیک جریان در این سیستم و عملکرد دیفیوزر مورد استفاده در تخلیه خودکار گازهای احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های عددی حاضر نشان می دهند که علی رغم اینکه دیفیوزر مزبور در فشار احتراق بالایی راه اندازی می شود، در زمان خاموشی موتور در فشار احتراق به مراتب پایین تری از حالت راه اندازی خارج می شود. با برگشت گازهای گرم به داخل محفظه آزمایش، دمای متوسط سیال داخل محفظه تا K 2200 افزایش می یابد. این میزان افزایش دمای سیال داخل محفظه آزمایش ممکن است به ابزارهای اندازه گیری موجود در آن آسیب برساند. در ادامه تحقیق، تاثیر نصب محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در تغییرات دمایی سیال داخل محفظه آزمایش در زمان خاموشی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که تاثیر نصب این مانع در کاهش دمای متوسط سیال محفظه آزمایش چشم گیر است، به طوری-که با نصب یک مانع با ارتفاع مناسب، دمای سیال در محفظه به کمتر از یک سوم برابر حالت بدون استفاده از محدود کننده کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، دیفیوزر مافوق صوت، مرحله خاموشی موتور، شبیه سازی عددی، مانع محدود کننده جریان برگشتی
  • فرهاد فصیحی، سحر نوری*، مسعود عیدی عطارزاده صفحات 20-29
    تشعشع حرارتی نقش کلیدی در انتقال حرارت بین شعله و محیط اطراف آن دارد. بنابراین ارائه روشی قابل اعتماد برای اندازه گیری تشعشع شعله در مطالعه احتراق امری ضروریست. این درحالیست که اندازه گیری شار تابشی از شعله در محفظه به دلیل تاثیر دیواره ها چالش برانگیز است. تشعشع ساطع شده توسط دیواره ها و بازتابش تشعشع شعله از دیواره ها باعث مداخله در اندازه گیری تشعشع شعله می شود. دیواره هایی با دمای بالا یا بازتابش بالا، می تواند باعث افزایش خطا در اندازه گیری تشعشع شعله شود. در این مقاله، پارامترهای مختلف موثر در شدت تشعشع شعله مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی ها بر اساس شدت تشعشع دیواره و شار حرارتی تشعشعی دیواره انجام شده است. برای محاسبه تشعشع شعله یک روش نظری ارائه شده است که برای تایید درستی آن، با نتایج شبیه سازی عددی مقایسه شده است. در این شبیه سازی مشعل SM1 دانشگاه سیدنی مورد بررسی قرار گرفته و از مدل احتراقی فلیملت پایا و مدل توربولانسی k-? اصلاح شده، بهره برده شده است. به دلیل پایین بودن ضخامت اپتیکی مدل مورد مطالعه، در شبیه سازی عددی از مدل تشعشعی DO استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی با نتایج تئوری مطابقت خوبی داشت و تخمین تشعشع شعله از دقت قابل قبولی برخوردار بود. نتایج نشان داد اختلاف تشعشع شعله از تشعشع دیواره هنگامی بیشتر از 25% می شود که مقدار ضریب تشعشع دیواره از 0. 8 کوچکتر و یا دمای دیواره از 330k بیشتر شود.
    کلیدواژگان: تشعشع شعله، شار حرارتی تشعشعی، شدت تشعشع دیواره، مشعل SM1، مدل تشعشعی DO
  • محمد شفیعی دهج* صفحات 30-40
    روش فشارگذاری دمش شیمیایی یک روش فشارگذاری مخزن بوسیله احتراق در داخل آن می باشد، این روش در مقایسه با تمام روش های مرسوم فشارگذاری ساده تر (عدم نیاز به مبدل، مخزن ذخیره بزرگ و...) و از لحاظ وزن بسیار سبک تر می باشد. از کاربردهای این روش می توان به فشارگذاری مخازن پیشران ماهواره برها، مراحل بالای راکت ها و موشک های هوا به زمین و... اشاره نمود. در این تحقیق به بررسی ترمودینامیکی سیستم فشارگذاری دمش شیمیایی در حالت ناپایا پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا یک کد نرم افزاری تدوین شده است که برای مخازنی که شعاع آنها بین 13 (شعاع مخزن آزمایشگاهی) تا 60 اینچ (شعاع مخزن واقعی) باشد، قابل استفاده می باشد. با نوشتن کد عددی برای حل معادلات حاکم بر جریان ناپایا درون مخزن سوخت و اکسنده، نحوه مناسب تزریق واکنشگر به درون مخزن برای تامین فشار مورد نیاز به دست آمده است. همچنین با در نظر گرفتن انتقال حرارت از گاز بالشتک به سطح مایع و دیوار مخزن، دمای گاز بالشتک و دیوار مخزن نیز تعیین شده است. در نهایت نتایج عددی به دست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده اند که مطابقت خوبی بین آنها مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: فشارگذاری، دمش شیمیایی، ترمودینامیکی، گذرا
  • مهران بزرگی، مریم کرمی *، شهرام دلفانی صفحات 41-49
    در این مطالعه، بازده انرژی و اگزرژی کلکتور خورشیدی جذب مستقیم نوع مسکونی با بکارگیری نانوسیال نقره با پوشش پلی وینیل پیرولیدن به صورت تجربی تعیین شده است. در مرحله اول، پایداری و خواص ترموفیزیکی و تابشی نانوسیال با استفاده از روش های تئوری و تجربی ارزیابی شده و سپس، عملکرد حرارتی کلکتور با استفاده از دستگاه آزمون در محیط بیرون براساس استاندارد EN12975-2 بررسی شده است. نتایج تحلیل انرژی کلکتور نشان داد که با افزایش دبی و غلظت نانوسیال بازده کلکتور به صورت مجانبی افزایش می یابد. مشاهده شد که با افزایش غلظت نانوسیال، بازده اگزرژی افزایش یافته و پس از رسیدن به مقدار بهینه خود با کاهش همراه است. این مقدار بهینه برای تمامی دبی ها، 500 ppm است. بازده اگزرژی با اختلاف دمای کاهش یافته نیز روندی مشابه غلظت داشته و در 0. 01 m2K/W به مقدار بهینه خود می رسد. کاهش بازده اگزرژی با افزایش دبی نشان می دهد که تلفات ناشی از افت فشار تاثیر چشمگیری بر عملکرد کلکتور از منظر اگزرژی دارد.
    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی، جذب مستقیم، نانوسیال نقره، ضریب میرایی، بازده اگزرژی
  • محمد حمیصی، سید ابراهیم موسوی ترشیزی * صفحات 50-55
    هنگام بهره برداری در شرایط فوق گرمایش بلندمدت، تغییرات ساختاری مهم ترین عامل افت خصوصیات مکانیکی و موجب کاهش عمر قطعات داغ در صنایع می یاشد. با توجه به دشواری یا هزینه بر بودن آزمون های مورد نیاز برای ارزیابی عمر باقیمانده، جستجوی روشی غیرمخرب، آسان و دقیق برای تخمین عمر باقیمانده قطعات داغ و ارزیابی عمر باقیمانده آنها ضروری و دارای مزایای اقتصادی فراوانی است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر تغییرات ساختاری بر فرکانس طبیعی و ضرایب میرایی نمونه هایی از فولاد کربنی SA516-Grade55 می باشد تا در صورت وجود اثرات معنی دار، این روش برای فلزات دیگر و به ویژه قطعات داغ نیروگاهی توسعه داده شود. در این پژوهش با انجام عملیات حرارتی پیرسازی بر روی نمونه ها، تغییرات ساختاری شدیدی ایجاد گردید. به طوریکه پرلیت تجزیه شده و به فریت و کاربیدهای کروی شکل در مرزدانه ها تبدیل شد. با افزایش تغییرات ساختاری مشخص گردید که فرکانس های طبیعی مود اول تا ششم و ضریب کشسانی کاهش و ضرایب میرایی و کاهش لگاریتمی افزایش محسوسی می یابند. این نتایج امیدبخش تدوین یک روش نوین غیرمخرب برای تخمین عمر باقیمانده برای قطعات با جنس های مختلف در شرایط بهره برداری فوق گرمایش بلندمدت می باشد.
    کلیدواژگان: تخمین عمر باقیمانده، فولاد کربنی، پیرسازی، تغییرات ساختاری، خواص مکانیکی و ارتعاشی
  • ستار مالکی، عطیه اندخشیده *، مهدی ملایین صفحات 56-67
    در برخی خطوط حاوی سیالات خورنده دما بالا، لوله های دو لایه شامل لایه ساختاری کامپوزیت پلیمری گرماسخت و لایه آستری گرمانرم تنها راه حل عملی هستند. بررسی مقاومت اتصال کامپوزیت گرماسخت به آستری گرمانرم، در این خطوط اهمیت فراوانی دارد. محاسبه نرخ رهاسازی انرژی کرنشی مود اول شکست، معیار مهمی در بررسی مقاومت اتصال و پیش بینی خرابی این نوع لوله ها می باشد. استاندارد تست تجربی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی برای نمونه های تیر یک سرگیردار متقارن، ASTM-D5528 می باشد. در این پژوهش، رابطه کلی محاسبه ضخامت لایه ها برای هر نوع تیر یک سرگیردار دولبه ناهمجنس، با استفاده از تئوری کلاسیک چندلایه ها برای اولین بار، ارائه شده است. برای بررسی دقت این رابطه، نمونه هایی از دو جنس و دارای ضخامت های متفاوت، جهت تست تجربی ساخته شده اند. جنس نیمه بالایی، کامپوزیت ساخته شده از الیاف شیشه تک جهته و رزین وینیل استر، نیمه پایینی، پلی وینیل کلراید سخت و فصل مشترک دو لایه، دو نوع پرایمر مختلف بر پایه رزین اپوکسی و وینیل استر می باشد. جنس نمونه های ساخته شده در این پژوهش بر مبنای نمونه های عملی مورد استفاده در بسیاری از خطوط انتقال مواد شیمیایی در واحدهای کلرآلکالی در سطح کشور نظیر واحدهای پتروشیمی اروند می باشد. این امر بدین علت است که نتایج حاصل از پژوهش جاری بتواند راهگشای سازندگان تجهیزات این خطوط باشد. برای راستی آزمایی رابطه ارائه شده، مدل سازی اجزای محدود با روش بستن مجازی ترک دو مرحله ای صورت گرفته است. همخوانی عالی نتایج عددی و تجربی، بیانگر کارایی و دقت رابطه پیشنهادی می باشد.
    کلیدواژگان: نرخ رهاسازی انرژی کرنشی، مود اول شکست، تیر یک سرگیردار دولبه ناهمجنس، لایه آستری گرمانرم
  • احسان خرم بخت، جعفر روشنی یان *، امیرحسین خدابخش صفحات 68-78
    استفاده از چندین عامل هوشمند به صورت توزیع شده، به علت مزایای عملیاتی بهتر نظیر مقاوم بودن، پردازش موازی، اسکیل پذیری و بهینگی هزینه، به استفاده از یک سیستم جامع متمرکز ترجیح داده می شود. این امر در ماموریت های هوایی به دلیل ابعاد فضای عملیات و محیط عملکردی نامعین، از اهمیت به مراتب بیش تری برخوردار می گردد. یکی از عملیات های متداول در سامانه های هوایی چند عامله، عملیات جستجو است. در یک عملیات جستجو فضای مورد پویش می بایست به طریقی مطلوب میان عامل ها تقسیم شود و هر عامل به نحوی مطلوب در راستای بهترین پویش ممکنه در فضای اختصاص یافته به آن گام بردارد. با توجه به ساختار شبکه های توزیع شده، نحوه ی تبادل داده، اعم از اطلاعات بدست آمده از محیط و جهت حرکت عامل در آینده ی نزدیک در انتخاب مسیر توسط سایر عامل ها موثر خواهد بود. در این مقاله مسئله جستجوی چند عامله شامل چندین پرنده ی بدون سرنشین، به صورت توزیع شده در نظر گرفته شده است. بر این اساس ابتدا مدل سینماتیکی پرنده های بدون سرنشین، مدل ریاضی فضای جستجو، حسگر تصویری و ارتباط مخابراتی ارائه می شود. سپس با استفاده از قاعده ی بیزین، به روزرسانی و به اشتراک گذاری اطلاعات انجام میگردد. در ادامه، طراحی مسیر پرواز پرنده ها به صورت یک مسئله کنترل پوشش تعریف شده و به کمک چهار الگوریتم بهینه سازی متفاوت بررسی می شود. عملکرد الگوریتم ها با انجام چند شبیه سازی متفاوت، با یکدیگر مقایسه و نتایج تحلیل آن می گردد.
    کلیدواژگان: سیستم چندعامله، جستجوی مشارکتی، کنترل توزیع شده، الگوریتم های بهینه سازی، قاعده بیز
  • نیلوفر فساییان، مجید سلطانی، عرفان طاعتی زاده، مصطفی سفیدگر * صفحات 88-96
    در مدلسازی ریاضی رسانش دارو و جریان ردیاب، می توان گفت که دشوارترین بخش، ترتیب اثر دادن پیچیدگی شبکه مویرگی در هنگام شبیه سازی می باشد. به دلیل نقش کلیدی و مهم جریان خون در رشد تومور و نیز انتقال ردیاب به بافت های نرمال و سرطانی، مطالعات بسیاری به منظور بررسی تشکیل شبکه رگ و جریان خون در اطراف تومور انجام گردیده است. در این پژوهش، با استفاده از یک تصویر ورودی گرفته شده از یک شبکه مویرگی به ساخت هندسه ی حل دو بعدی و همچنین به مدل سازی عددی جریان ردیاب اف. دی. جی پرداخته شد. مراحل ساخت هندسه ی حل شامل پیش پردازش و پس پردازش تصویر رنگی ورودی به منظور آماده سازی و جدا سازی بخش شامل مویرگ ها از پس زمینه تصویر می باشد. پس از ساخت هندسه دامنه ی از تصویر پردازش شده، با حل همزمان جریان خون در مویرگها و جریان مایع میان بافتی درون بافت های نرمال و سرطانی، توزیع فشار و سرعت در شبکه مویرگی و بافت های نرمال و سرطانی به دست می آید و به عنوان ورودی برای مدل سازی عددی جریان ردیاب اف. دی. جی مورد استفاده قرار می گیرد. در نهایت با استفاده از روش مدل سازی عددی بر مبنای معادلات جابجایی-پخش-واکنش، توزیع ردیاب اف. دی. جی در بافت های نرمال و سرطانی در زمان های مختلف به دست می آید.
    کلیدواژگان: ردیاب پت اسکن، ردیاب اف.دی.جی، شبکه ی مویرگی، پردازش تصویر، معادلات جابجایی-پخش-واکنش
  • محمدرضا شبگرد *، احد قلی پور، موسی محمدپورفرد صفحات 97-107
    علیرغم کاربردهای منحصر به فرد فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی در ماشینکاری قطعات با استحکام بالا که قابلیت ماشینکاری با روش های سنتی را ندارند، سلامتی سطح پایین قطعات ماشینکاری شده با این روش، همواره از معایب آن می باشد. در این مطالعه با اعمال همزمان ارتعاشات فراصوتی به ابزار و میدان مغناطیسی خارجی حول فاصله گپ در فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی سعی در بهبود وضعیت سلامتی سطح قطعات ماشینکاری شده با فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی شده است. بنابراین با انتخاب شدت جریان تخلیه و زمان روشنی پالس بعنوان پارامترهای ورودی، آزمونهایی بر اساس روش عاملی کامل طراحی و انجام شد، تا ضمن مطالعه تاثیر شدت جریان و زمان روشنی پالس بر سلامتی سطوح ماشینکاری شده با این فرآیند ترکیبی، تاثیر همزمان ارتعاشات فراصوتی ابزار و میدان مغناطیسی خارجی بر زبری سطح ماشینکاری شده و سلامتی سطوح ماشینکاری شده مطالعه شود. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که زبری سطح ماشینکاری شده با اعمال همزمان ارتعاشات فراصوتی به ابزار و میدان مغناطیسی خارجی حول فاصله گپ در فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی اندکی افزایش می یابد. با این وجود، تصاویر میکروسکوب الکترونی روبشی سطوح ماشینکاری شده با فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به همراه میدان مغناطیسی خارجی و به کمک ارتعاشات فراصوتی ابزار، نشان می دهد که اعمال همزمان میدان مغناطیسی خارجی حول فاصله گپ و ارتعاشات فراصوتی به ابزار در فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی موجب کاهش میزان ترکهای سطحی، چاله ها، کره ها و دانه های باقی مانده تولید شده در سطح ماشینکاری شده و بهبود سلامتی سطوح ماشینکاری شده می شود.
    کلیدواژگان: ماشینکاری تخلیه الکتریکی، میدان مغناطیسی خارجی، ارتعاشات فراصوتی ابزار، سلامتی سطح ماشینکاری شده
  • علی نظری، کرامت ملک زاده فرد *، علی اصغر نادری صفحات 108-118
    یکی از معایب پوسته های کامپوزیتی این است که تحت بارهای دینامیکی دچار تغییر شکل های بزرگ می گردند و این امر منجر به کاهش محسوس استحکام این پوسته ها می گردد. یکی از راه های کاهش این اثرات منفی استفاده از پوسته های کامپوزیتی فلز و الیاف است که به اختصار FML نامیده می شوند. برای کاهش هر چه بیشتر تاثیر منفی بارهای دینامیکی بر استحکام پوسته های FML، در این پژوهش زوایای بهینه قرارگیری فیبرهای تقویت کننده لایه های کامپوزیتی پوسته های FML با هدف دستیابی به بیشترین استحکام ممکن برای پوسته، مشخص گردیده اند. به این منظور در ابتدا پوسته تحت بار استاتیکی عرضی قرار گرفته و با استفاده از نرم افزار آباکوس، تحلیل تنش برای تمامی وضعیت های زوایای قرارگیری فیبرها انجام گرفته و با استخراج تنش های ایجاد شده در تمامی لایه ها و استفاده از نرم افزار متلب زاویه قرارگیری بهینه فیبرهای تقویت کننده که منجر به بیشترین استحکام ممکن برای پوسته مورد بررسی گردیده اند بر اساس معیار شکست تنش ماکزیمم مشخص شده است. سپس به منظور تعیین کارایی و صحت طراحی انجام شده، تحلیل ارتعاشات آزاد ساختارهای طراحی شده انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد قرارگیری فیبرهای تقویت-کننده با زوایای بهینه منجر به افزایش قابل ملاحظه ای در سختی پوسته های FML می گردند. جهت استخراج معادلات حاکم از روش انرژی و تئوری مرتبه بالا و برای اجراء فرایند بهینه سازی از روش شمارش کامل که منجر به جواب دقیق برای مساله می گردد استفاده شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پوسته چند لایه فلز و کامپوزیت، معیار شکست، جهت گیری فیبرها
  • نقی آقازاده، شهرام خلیل آریا، صمد جعفر مدار، عطا چیت ساز خویی * صفحات 119-130
    در این تحقیق، یک چرخه جدید تولید همزمان توان، سرمایش و گرمایش متشکل از پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، مولد بخار بازیافت حرارت، چرخه تبرید جذبی گکس و مبادله کن گرمای بازیافت حرارت از دیدگاه ترمودینامیکی و اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازی این چرخه از طریق حل همزمان معادلات الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی اجزاء و روابط اگزرژی – اقتصادی صورت گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اگزرژی کل چرخه ترکیبی پیشنهادی 14. 9% بیشتر و نرخ بازگشت ناپذیری این چرخه 10. 6% کمتر از چرخه ترکیبی پیل سوختی- توربین گازی – چرخه گکس، در شرایط مشابه می باشد. همچنین، پیل سوختی و پس سوز بدلیل بازگشت ناپذیری ها، بیشترین نرخ تخریب اگزرژی را در بین اجزاء دارند. با توجه به نتایج اگزرژی اقتصادی، به ازای شرایط مشخص، مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات، ضریب اگزرژواکونومیکی، نرخ هزینه خرید کل تجهیزات چرخه و نرخ هزینه تخریب اگزرژی کل سیستم به ترتیب 331. 1 دلار بر گیگا ژول، 29. 3%، 10. 47 دلار بر ساعت و 25. 32 دلار بر ساعت بدست آمد. مطالعات پارامتری نشان داد که افزایش چگالی جریان موجب افزایش توان خالص خروجی، ظرفیت گرمایی مولد بخار بازیافت حرارت، برودت تولیدی، ظرفیت گرمایی مبادله کن بازیافت حرارت و بازگشت ناپذیری کل چرخه می گردد. همچنین با افزایش چگالی جریان، بازده اگزرژی و مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات کاهش پیدا می کنند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، چرخه تبرید گکس، مولد بخار بازیافت حرارت، تولید همزمان، تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی
  • سیدمحمود ناظم سادات ارسنجانی، محسن بدرسمای، احسان فروزمهر * صفحات 131-141
    فرآیندهای ساخت افزودنی یا پرینت سه بعدی که بوسیله آنها قطعات پیچیده کاربردی با استفاده از مدل سه بعدی قطعه مستقیما ساخته می شوند، در سالهای اخیر به عنوان یکی از مهمترین زمینه های تحقیق و توسعه مورد توجه قرارگرفته اند. قابلیتهایی نظیر کاهش زمان و هزینه طراحی تا تولید، امکان فرآوری انواع مواد مهندسی، تولید قطعات با هندسه بسیار پیچیده، و امکان تولید اقتصادی قطعات اختصاصی تعدادی از مزیتهای این روش ها می باشند. تف جوشی لیزری انتخابی غیرمستقیم یکی از روش های ساخت افزودنی می باشد که می تواند برای ساخت قطعات پیچیده و موادی مثل سرامیکها که دارای نقطه ذوب بالایی هستند و با روش های مرسوم تولیدشان سخت و یا غیرممکن می باشد، استفاده شود. در این تحقیق تف جوشی غیرمستقیم ذرات پودر آلومینای کروی با پوشش نازکی از ترموپلاست آمورف پلی استایرن و پلی متیل متاکریلات بررسی شده است. جهت پوشش دهی ذرات آلومینا با درصد وزنی مختلف پوشش مورد نظر، از روش وارونگی فاز استفاده شده است. در این تحقیق نحوه پوشش دهی و چگونگی ارزیابی پوشش شرح داده شده است. تکنیکهای ارزیابی پوشش شامل میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، آنالیز توزین حرارتی و آنالیز گرماسنجی افتراقی می باشد. در نهایت با استفاده از مقادیر مناسب پارامترهای لیزر و همچنین انتخاب ذرات پودر آلومینا با نازکترین پوشش ترموپلاست، قطعات سبز به روش تف جوشی لیزری انتخابی تولید گردید.
    کلیدواژگان: پوشش دهی، آلومینا، تف جوشی لیزری، پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات
  • حسین مرادی، مازیار شفایی *، محمدحسین صبور صفحات 141-148
    در مطالعه ی حاضر، به بررسی مشخصه های افت فشار و ضریب انتقال حرارتی جوششی مبرد هیدروکربنی R-600a (ایزوبوتان) درون یک لوله ی افقی صاف با قطر داخلی 8. 3 mmو یک لوله ی دیگر که سطوح آن به وسیله ی یک سری گودی ها با الگوی مارپیچ ارتقا یافته است ( لوله ی دیمپل (، پرداخته شده است. محدوده ی سرعت جرمی kg/m^2 s 368-114 ، محدوده ی کیفیت بخار. 0/8-0/05 و دمای اشباع میانگین بینC? 38و 42 C? است. سطح درونی لوله دیمپل از طریق بهینه سازی سه بعدی سطح که شامل بیرون زدگی های عمیق و کم عمق به صورت یکنواخت در جهت افقی بر روی دیواره لوله هستند، طراحی و تغییر شکل داده شده است. مشاهدات آزمایشگاهی به وضوح نشان دادند که عملکرد انتقال حرارتی با ایجاد گودی های مارپیچ روی سطح لوله بهبود می یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که ضریب انتقال حرارت جابجایی لوله ی دیمپل 2- 1. 29 برابر لوله ی صاف است و این در حالی است که افت فشار در لوله ی دیمپل بین 7% تا 103% بیشتر از لوله ی صاف است. همچنین،در طول این مطالعه با استفاده از ضرایب انتقال حرارت و افت فشار،شاخصه های ارزیابی عملکردی که با نام های فاکتور جریمه مازاد و جریمه دمای کلی شناخته می شوند و راهکاری مناسب برای مرتبط کردن دو ترم جریمه هستند مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت.
    کلیدواژگان: جوشش، شاخصه های عملکرد، اگزرژی
  • محمد صفی خانی محمودی، امین یوسف پور، آرش بهرامی * صفحات 149-158
    در این پژوهش، استفاده از فرکانس های تشدید بالاتر برای تحریک میکروتیر میکروسکوپ نیروی اتمی در حالت غیرتماسی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. روش های رایج مدلسازی ارتعاشات غیرخطی مانند معادلسازی با سیستم گسسته ی جرم و فنر علاوه بر دقت پایین به دلیل در نظر نگرفتن پیوستگی تیر قابلیت انطباق با مودهای بالاتر را ندارند. در این مقاله، ابتدا معادله ی حاکم بر ارتعاشات غیرخطی میکروتیر با استفاده از اصل همیلتون تعمیم یافته و بر مبنای فرضیات تیر اویلر-برنولی و تغییر شکلهای کوچک به دست آمده است. معادله ی حاصل معادله ای با مشتفات جزئی و شرایط مرزی غیرخطی است. روش متداول در حل چنین معادلاتی، تبدیل معادله ی جزئی به معادلات دیفرانسیل معمولی با استفاده از روش های کاهش مرتبه می باشد. اما در پژوهش حاضر معادله با مشتقات جزئی به طور مستقیم و بدون استفاده از روش های کاهش مرتبه با روش اغتشاشات حل شده است. همچنین با حل عددی معادله دیفرانسیل معمولی حاصل از روش گلرکین صحت روابط به دست آمده از روش اغتشاشات بررسی و مورد تایید قرار گرفته است. رفتار میکروسکوپ در حالت استاتیکی، شکل مودهای خطی میکروسکوپ، معادلات حاکم بر هارمونیک صفر، اصلی و دوم در طول میکروتیر و همچنین پارامترهای تاثیرگذار بر بیشینه دامنه ی سوزن در هر مود و فرکانسی که بیشینه ی دامنه در آن اتفاق می افتد بررسی شده است. مشاهده می شود که با بالاتر رفتن شماره مود، جابجایی غیرخطی فرکانس تشدید کوچک تر می شود. اما مودها و هارمونیک های بالاتر نسبت به فرکانس تشدید اول سرعت بیشتری در ثبت اطلاعات نمونه دارند و همچنین به دلیل حساسیت بیشتر به دامنه ی تحریک کوچکتری نیاز دارند.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی، تحریک مودهای بالاتر، مود غیرتماسی، تئوری اغتشاشات، گسسته سازی گلرکین
  • یوسف غلامی، رضا انصاری خلخالی * صفحات 159-169
    در این مقاله به بررسی رفتار مکانیکی غیرخطی ورقهای مستطیلی مدرج تابعی در جهت ضخامت وابسته به دما با استفاده از تئوری الاستیسیته سه بعدی روی پایه های الاستیک وینکلر-پسترناک پرداخته شده است. فرض می شود خواص مواد سازنده وابسته به دما می باشند و براساس یک قانون توانی در راستای ضخامت تغییر می کنند. با در نظر گرفتن رابطه کرنش غیرخطی گرین-لاگرانژ، اثرات غیرخطی هندسی در محاسبات منظور شده است. پس از بدست آوردن انرژی های کرنشی و جنبشی و کار ناشی از نیروی خارجی و در نظر گرفتن اثرات دما و بستر الاستیک، از اصل همیلتون برای بدست آوردن معادلات حاکم سه بعدی استفاده می شود. برای حل مسائل مربوط به رفتار مکانیکی سیستم، ابتدا از روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته برای گسسته سازی معادلات کوپل غیرخطی در فضای مکان استفاده میشود. سپس، با استفاده از روش گلرکین عددی برای حل مساله ارتعاشات آزاد، معادلات تبدیل به معادلات دیفرانسیل معمولی تابع زمان می شوند و با استفاده از روش گسسته سازی متناوب زمانی در حوزه زمان گسسته می شود. در نهایت، از الگوریتم طول کمان برای یافتن پاسخ فرکانسی سیستم بهره گرفته می شود. برای حل مساله خمش غیرخطی، با صرف نظر کردن از اثر اینرسی و استفاده از الگوریتم طول کمان، ماکزیمم خمش بر حسب نیرو به دست می آید. اثرات پارامترهای مانند نسبت طول به ضخامت، ثابت های وینکلر و پسترناک، تغییر دمای یکنواخت و خطی و شاخص کسر حجمی بر پاسخ فرکانسی و ماکزیمم خمش ورقهای مدرج تابعی با شرایط مرزی مختلف به تفضیل مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ورق مدرج تابعی، رفتار مکانیکی غیرخطی، تئوری الاستیسیته سه بعدی، حل عددی
  • روح الله طالبی توتی*، رحمت شهبازی گندمکاری، حامد درویش گوهری صفحات 170-176
    در کار حاضر کنترل صوت گذرنده از یک پوسته دوانحنایی لایه ای با استفاده از مدار شنت سلفی-مقاومتی مطالعه می شود. از این رو ابتدا معادلات ارتعاشی یک پوسته دوانحنایی به همراه چندلایه پیزوالکتریک با استفاده از اصل همیلتون استخراج و با نتایج سایر محققان اعتبارسنجی می شود. در ادامه با اضافه نمودن یک مدار شنت موازی با یک صفحه پیزوالکتریک، تاثیر روش شنت رزونانسی جهت کنترل غیرفعال افت اتقال صوت گذرنده از این پوسته ها تحلیل می شود. با اضافه کردن مدار شنت به مجموعه مشخص می گردد، در فرکانس تشدید تنظیم شده این روش می تواند تا حدود مطلوبی دامنه صوت گذرنده از پوسته های دوانحنایی را در این فرکانس کاهش دهد. در انتها با به کارگیری سه مدار شنت که هر یک به صورت موازی با یک لایه پیزوالکتریک قرار گرفته می شود، کنترل غیرفعال افت انتقال صوت در پوسته های دوانحنایی مورد بررسی قرار می گیرد. در این بررسی مشخص می گردد، استفاده از چند مدار شنت به صورت همزمان می تواند افت اتقال صوت سازه را در فرکانس تشدید به صورت قابل ملاحظه ای بهبود بخشد. در انتها با بکارگیری الگوریتم ژنتیک، جهت بهینه سازی پارامترهای مدار شنت، کارایی این مدار افزایش داده می شود. نتایج بهبود عملکرد مدارهای بهینه شده بر روی کاهش انتقال صوت گذرنده از پوسته دو انحنایی در فرکانس تشدید تا حدود 80 دسی بل نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کنترل غیرفعال، پوسته دوانحنایی، مدار شنت، الگوریتم ژنتیک
  • گلسا قناتی، شهرام آزادی * صفحات 177-186
    صدای داخل کابین خودرو یکی از مسائل مهم مرتبط با راحتی سرنشینان خودرو می باشد. میدان صوت اکوستیکی در کابین خودرو علاوه بر ویژگی های اکوستیکی و سازه ای کابین، به برهم کنش ناشی از کوپلینک سازه و فضای اکوستیکی نیز وابسته است. در این مقاله تحلیل مودال و هارمونیک کوپل اکوستیک سازه ایی با دو روش کوپلینگ مستقیم با استفاده از نرم افزار المان محدود و کوپلینگ مودال با استفاده از مدهای غیر کوپل سازه و محفظه اکوستیکی، برای یک مدل ساده خودرو انجام شده و دقت روش مودال مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین یک کنترلر فعال و بهینه چند ورودی-چندخروجی به روش تنظیم کننده مرتبه دوم خطی، برای کاهش سطح صدا در محل گوش سرنشینان خودرو طراحی شده است. نتایج تحلیل مودال کوپل و غیر کوپل نشان می دهد که با بررسی فرکانس های کوپل و ضرایب کوپلینگ هندسی می توان میزان مشارکت مدهای سازه ایی و اکوستیکی بر پاسخ کوپل را برآورد نمود. با توجه به اینکه مدهای کوپل عامل ایجاد پدیده بومینگ در کابین خودرو و در نتیجه افزایش سطح فشار صوت می باشند، با شناسایی میزان مشارکت می توان پدیده بومینگ را بهتر بررسی و کنترل نمود. همچنین مشاهده شد که تشکیل فضای حالت سیستم بر اساس شکل مدهای غیرکوپل دقت خوبی داشته و می تواند جایگزین روش مستقیم شود. نتایج پاسخ زمانی و فرکانسی سطح فشار صوت در محل گوش سرنشینان نشان می دهد که کنترلر طراحی شده در کاهش سطح صدا در بازه فرکانسی مطلوب موفق بوده و ناحیه سکوت داخل خودرو، شامل ناحیه اطراف گوش تمام سرنشینان می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل کوپل اکوستیک-سازه ایی، کوپلینگ مودال، روش المان محدود، کنترل فعال صدا، کنترل بهینه چند ورودی چند خروجی
  • سید جواد اعرج خدایی، فرشاد برازنده، مهدی رضاعی *، حامد ادیبی، احمد سرهان صفحات 187-194
    به دلیل برخی از مشکلات در ایمپلنت های دندانی در سال های اخیر تمایل به استفاده از سرامیک زیرکونیا بجای تیتانیوم ایجاد شده است. از اصلی ترین مشکلات در استفاده از تیتانیوم می توان به ایجاد حاشیه و سایه سیاه (نازیبایی) ، رسانایی حرارتی و حساسیت اشاره کرد. به دلیل سختی و تردی بسیار بالای زیرکونیا، جهت دستیابی به دقت-های ابعادی و هندسی، استفاده از فرایند سنگ زنی اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش بررسی جامعی بر تاثیر پارامترهای سنگ زنی بر زبری سطح، هزینه سنگ زنی و تغییر ریزساختار انجام شد. ملاحظه شد افزایش عمق براده و سرعت پیشروی منجر به افزایش تغییر ریزساختار از تتراگونال به مونوکلینیک می گردد. . همچنین ملاحظه شد که استفاده از چرخ سنگ های با باند رزین بجای چرخ سنگ های با باند فلزی، به طور متوسط منجر به 8% زبری سطح کمتر می شود و استفاده از چرخ سنگ با چگالی ذره ساینده بیشتر منجر به کاهش زبری سطح می گردد. معادله ریاضی بین پارامترهای ورودی و خروجی به کمک روش رویه پاسخ به وجود آمد که مقدار ضریب تعیین بزرگ تر از 0. 9، بیانگر انطباق مناسب مدل ریاضی با داده ها می باشد. امکان کنترل زبری سطح و ریزساختار زیرکونیا توسط پارامترهای سنگ زنی و مشخصات چرخ سنگ وجود دارد و استفاده از چرخ سنگ با چگالی ذره ساینده بیشتر و ذره ساینده بزرگ تر، منجر به کاهش هزینه سنگ زنی می شود.
    کلیدواژگان: ایمپلنت دندان، زیرکونیا، سنگ زنی، زبری سطح، هزینه سنگ زنی
  • انور احمدخواه *، ایمان آروین، علیرضا داودی نیک صفحات 195-204
    تاثیر رفتار دینامیکی پره ها بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون یک محفظه مربعی بسته به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفت. پره ها نازک و هادی انتقال حرارت در طول ثابت 0. 2 و در 9 موقعیت مختلف بر روی دیواره های گرم و سرد محفظه مورد بررسی قرار گرفته اند. دیواره های افقی بالا و پایین محفظه عایق و دیواره های گرم و سرد عمودی به ترتیب در شرایط دما ثابتT_h و T_c قرار دارند. برای حل از متد المان محدود مطابق با شبکه بندی مثلثی بی سازمان و الگوریتم غیر خطی استفاده شده است. بعلاوه، به منظور حل معادلات بی بعد بخش ارتجاعی نیز از روش نیوتون - رافسون استفاده شده است. براساس نتایج، رفتار دینامیکی پره ها سبب کاهش میزان انتقال حرارت در مقایسه با پره صلب درون محفظه شده است. بعلاوه، تغییر شکل پره ها و موقعیت قرار گیری آنها تاثیر به سزایی در کاهش یا افزایش میزان انتقال حرارت درون محفظه دارند.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، پره الاستیک، شبکه متحرک، اویلری? لاگرانژی
  • محمدحسن شجاعی فرد *، سید احسان حسینی، جواد زارع صفحات 205-216
    ایندیوسرها قطعات مهمی هستند که برای دستیابی به عملکرد مکش بالاتر در بالادست پروانه اصلی پمپ گریز از مرکز نصب می گردند و با سرعت دورانی پروانه می چرخند. ایندیوسر با افزایش فشار ورودی به پمپ باعث بهبود عملکرد هیدرولیکی و طول عمر پمپ می گردد اما میزان بهبود شدیدا وابسته به پارامترهای هندسی ایندیوسر بوده و بنابراین بهینه سازی پارامترهای هندسی آن اجتناب ناپذیر می باشد. در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن زاویه ورودی نوک پره، زاویه خروجی نوک پره و نسبت قطر خروجی به ورودی توپی به عنوان پارامترهای طراحی و ضریب هد، بازدهی هیدرولیکی و هد مکش مثبت خالص مورد نیاز به عنوان توابع هدف، به تعیین مقادیر بهینه جهت دست یابی به ماکزیمم عملکرد ایندیوسر پرداخته شده است. عملکرد ایندیوسر به صورت سه بعدی شبیه سازی و با نتایج تجربی مقایسه گردیده است که تطابق مناسب نتایج، نشان دهنده صحت روش و فرضیات مورد استفاده می باشد. شبکه عصبی مصنوعی برای استخراج رابطه مابین متغیرهای طراحی و توابع هدف مورد استفاده قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده ژنتیک بر مبنای مرتب سازی نقاط غیر برتر II نمودار پارتو در صفحه توابع هدف مختلف ترسیم شده و مقادیر نقاط بهینه پیشنهادی برای متغیرهای طراحی با استفاده از روش نزدیک ترین نقطه به نقطه ایده آل بدست آمده است. با توجه به بهینه سازی چند هدفی مقدار ضریب هد 14. 3%، بازدهی هیدرولیکی 0. 3% و هد مکش مثبت خالص موردنیاز 30. 2% بهبود پیدا کرده است. نقاط طراحی پیشنهادی حاوی نکات قابل توجهی هستند که بدون استفاده از بهینه سازی چند هدفی قابل محاسبه نمی باشند.
    کلیدواژگان: ایندیوسر، پمپ گریز از مرکز، شبکه عصبی مصنوعی، بهینه سازی چند هدفی
  • محمد موسویون، محمد مشایخی، مصطفی جمشیدیان *، حجت الله بادنوا صفحات 217-225
    اخیرا روش میدان فاز به عنوان یک ابزار کارآ برای شبیه سازی رشد ترک مواد بکار گرفته شده است. هدف از این پژوهش به کارگیری توانایی های روش میدان فاز در مدل سازی رشد ترک در محیط های پیچیده هندسی مانند ساختار متخلخل است. در روش میدان فاز نیازی به تعریف ترک های پیش فرض نیست و این روش می تواند مسیر پیچیده و منحنی شکل ترک را پیش بینی کند. این هدف با رهیافت جایگزینی ناپیوستگی های تیز با متغیر آسیب میدان فاز که به صورت یک ترک پخش شونده نشان داده شده انجام می شود. به منظور شبیه سازی شکست ترد در این پژوهش، ابتدا معادلات میدان جابجایی الاستیک و میدان فاز ترک بیان می گردد. سپس با استفاده از فرم ضعیف معادلات، حل معادلات به صورت غیروابسته صورت می گیرد. برای پیاده سازی معادلات به روش اجزای محدود، نرم افزار اباکوس با زیربرنامه UEL به کار گرفته شده است. با توجه به آنکه ساختار استخوان یک ساختار متخلخل است، یک حجمک نماینده از استخوان برای شبیه سازی میدان فاز انتخاب شده است. به منظور راستی آزمایی مدل توسعه داده شده، آزمون کشش نمونه دارای ترک لبه ای شبیه سازی شده است. در ادامه، رشد ترک در یک محیط متخلخل با درصدهای تخلخل متفاوت تحت بارگذاری کششی، شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد روش میدان فاز می تواند رشد ترک در ساختارهای پیچیده از نظر هندسی را به درستی پیش بینی کند. شبیه سازی های انجام شده نشان داد ظرفیت تحمل بار یا استحکام ساختار متخلخل با افزایش تخلخل به صورت پیوسته کاهش می یابد و این استحکام در مقدار بحرانی تخلخل کاهش ناگهانی دارد.
    کلیدواژگان: روش میدان فاز، شکست ترد، ساختار متخلخل، روش اجزای محدود
  • مجید سبک روح، محمدرضا فراهانی * صفحات 226-232
    در این مقاله، توزیع تنش پسماند در دو راستای محیطی و محوری در مجاورت درز جوش محیطی لوله فولادی انتقال گاز بررسی گردید. ابتدا دو لوله فولادی با قطر خارجی 56 اینچ به صورت سر به سر جوشکاری شد. آزمون کرنش سنجی سوراخ برای اندازه گیری کرنش روی سطح خارجی لوله انجام گردید و مقادیر تنش پسماند با استفاده از نتایج کرنش بر اساس استاندارد ASTM 837 تعیین شد. سپس توزیع تنش پسماند با استفاده از توابع چند جمله ای و اسپلاین ارزیابی گردید. خوش رفتاری منحنی های چند جمله ای مراتب بالا و اسپلاین، صحت نتایج آزمون تجربی تنش پسماند را تایید می نمایند. نتایج نشان می دهد چند جمله ای های درجه پایین تر رفتار مناسب تری در توزیع تنش های پسماند جوشکاری دارند. بنابر این عدم امکان استفاده از آزمون نیمه مخرب کرنش سنجی سوراخ در شرایط واقعی پروژه، می توان از این منحنی ها در بررسی و تخمین توزیع تنش های پسماند جوشکاری های مشابه استفاده کرد. پایدارترین منحنی تقریب چند جمله ای برای ارزیابی توزیع تنش پسماند محیطی و محوری به ترتیب برابر با مراتب 3 و 2 می باشد. نزدیکی و همواری منحنی توزیع تنش پسماند محوری نسبت به منحنی توزیع تنش پسماند محیطی نشان دهنده رفتار متعادل تر توزیع این تنش ها است.
    کلیدواژگان: تنش پسماند، جوش محیطی لوله، آزمون کرنش سنجی سوراخ، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، توابع چند جمله ای و اسپلاین
  • مهرداد هنرمند، مهران مرادی * صفحات 233-239
    در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش نیمه تحلیلی المان محدود مرزی مقیاس شده ، صفحات نانو گرافن کامل و همچنین با نقص ساختاری شبیه سازی شده و رفتار مکانیکی آن مورد بررسی قرار گرفت. در این تحلیل، پیوند اتمی بین اتم های کربن با یک میله با سطح مقطع دایره ای مدل سازی و سپس روابط المان محدود مرزی مقیاس شده بر مبنای هندسه مدل طرح ریزی شد. مقایسه نتایج بدست آمده از روش المان محدود مرزی مقیاس شده با دینامیک مولکولی نشان داد که این روش تحلیل می تواند با دقت بالا به عنوان یک روش محیط پیوسته در تحلیل مکانیکی صفحات نانو گرافن کامل و یا با نقص ساختاری استفاده گردد. وجود نقص ساختاری به میزان قابل توجه ای از استحکام و کرنش شکست صفحه نانوگرافن می کاهد به گونه ای که تنش شکست بیش از 34% و کرنش شکست بیش از 50% کاهش می یابد. همچنین در صورتی که به جای المان میله ، صفحه نانو گرافن یک صفحه محیط پیوسته در نظر گرفته شده و به منظور ایجاد یک هندسه یکسان با مسائل دارای المان میله، محیط عاری از ماده با المان های دارای مدول الاستیسته صفر شبیه سازی گردد، نتایج دارای دقت لازم مشابه نتایج با المان میله نخواهد بود.
    کلیدواژگان: المان مرزی محدود مقیاس شده، صفحات نانو گرافن، نقص ساختاری، رفتار مکانیکی، دینامیک مولکولی
  • مجید دامادی پور، رضا تاری نژاد، محمدحسین امین فر * صفحات 240-250
    در سال های اخیر، رویکرد جدیدی تحت عنوان تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال پذیری مطرح شده است که یک راهکار موثر در زمینه شناسایی سیستم می باشد. این روش جدید قادر به شناسایی پارامترهای مودال سیستم های سازه ای مبتنی بر توابع انتقال پذیری می باشد که در آن، بر خلاف روش های مرسوم تحلیل مودال عملیاتی، هیچ فرض محدود کننده ای در مورد تحریکات ورودی وجود ندارد. در این مقاله، فرم موثری از انتقال پذیری تحت عنوان انتقال پذیری چگالی طیف توان، به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی یک سیستم 5 درجه آزادی بکار گرفته شده است. این سیستم دینامیکی که با استفاده از سیمولینک متلب مدلسازی شده است، تحت تحریک زلزله های مختلف از قبیل السنترو، نورتریج و لوما پرییتا قرار گرفته و نویز سفید گاوسی نیز، با نسبت های مختلف سیگنال به نویز، به پاسخ های آن اضافه شده است. پارامترهای مودال (فرکانس های طبیعی و اشکال مودی) این مدل عددی مبتنی بر مقادیر و بردارهای تکین بدست آمده از تجزیه مقدار تکین ماتریس انتقال پذیری چگالی طیف توان محاسبه و استخراج شده اند. این ماتریس، بر خلاف ماتریس انتقال پذیری طیف فوریه، می تواند بر اساس خروجی های انتقالی بدست آمده از فقط یک شرط بارگذاری ایجاد شود، از این رو نیازی به استفاده از خروجی های چندین شرط بارگذاری نیست، به طوریکه صرفا با یک آزمایش دینامیکی می توان به شناسایی خصوصیات دینامیکی پرداخت. در این تحقیق، نتایج شناسایی مودال از طریق مقایسه با مقادیر بدست آمده از حل دقیق سیستم ارزیابی شده است. این مقایسه نشان می دهد که پارامترهای مودال مستخرج از پاسخ های سیستم با سطوح مختلف نویز، از تطابق خوبی با مقادیر دقیق برخوردار می باشند.
    کلیدواژگان: تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال پذیری، انتقال پذیری چگالی طیف توان، نویز سفید گاوسی، تجزیه مقدار تکین، انتقال پذیری طیف فوریه
  • سارنگ کاظمی نیا *، رضا عبدی بهنق، میلاد کلب خانی صفحات 251-259
    در این مقاله دنبال کننده خورشیدی دومحوره جدیدی ارائه می‏گردد که با توان مصرفی کم، به افزایش 60 درصدی در وات ساعت دریافتی سلول های خورشیدی در طول شبانه روز می‏انجامد. آشکارسازهای مکانیکی و الکترونیکی جدیدی برای حذف خطای زاویه ای انحراف نسبت به خورشید پیشنهاد شده اند که براساس آن، مجموعه دنبال کننده خورشیدی با توان مصرفی کم، ضریب اطمینان بالا و هزینه بسیار پائین‏ قابل پیاده سازی است. جهت بهینه‏سازی فرآیند دریافت انرژی در تمام فصول سال، علاوه بر چرخش در راستای غربی-شرقی، امکان تغییر زاویه در راستای شمالی-جنوبی نیز پیش‏بینی و فراهم شده است. نتایج تست پس از ساخت نشان می‏دهد که با استفاده از آشکارسازهای مکانیکی و الکترونیکی پیشنهادی، توان متوسط مصرفی دو جک پیستونی با تحمل بار 2 کیلوگرمی ناشی از پنل 40 وات، به کمتر از 10 میلی وات در طول 13 ساعت روشنایی روز کاهش می یابد. دستگاه نیاز به منبع تغذیه بیرونی ندارد و توان مورد نیاز جهت چرخش پنل و عملکرد مدار کنترلی از باتری شارژ شده توسط خورشید تامین می شود. با استفاده از طرح پیشنهادی، مجموع وات-ساعت دریافت شده از خورشید در طول روز تابستانی 60 درصد نسبت به حالت پنل ثابت افزایش می یابد. همچنین، درصد جریان متوسط مصرفی مجموعه دنبال کننده به جریان دریافتی پنل، به حدود 0. 13 درصد بهبود یافته است. در فرآیند طراحی قطعات مکانیکی، که با استفاده از نرم افزار CATIA انجام شده است، امکان تحمل وزن مجموعه ای از پنل های خورشیدی تا توان نامی 1200 وات وجود دارد.
    کلیدواژگان: سیستم های مکاترونیکی، پنل خورشیدی، دنبال کننده خورشیدی، تعقیب کننده خورشیدی دومحوره، انرژی های سبز
  • محمد جواد خیامی، علیرضا شاطری نجف آبادی*، محمدمهدی دوستدار صفحات 260-266

    هدف از انجام این تحقیق، بررسی تاثیر استفاده ی همزمان از دو انژکتور تزریق سوخت در یک جریان هوای عرضی است. امروزه روش های متعددی برای بهینه سازی تزریق سوخت در موتورهای احتراق داخلی پیشنهاد می شود. این بهینه سازی ها بدلیل تاثیر بالای این متغیر بر کارایی موتور و کاهش آلاینده ها است. روشی که در این مطالعه پیشنهاد شده است استفاده از دو انژکتور پاشش سوخت بجای تک انژکتور در مسیر ورودی هوا می باشد. استفاده از دو انژکتور به منظور برخورد دادن دو اسپری سوخت به یکدیگر و افزایش اغتشاشات و برخورد قطرات و در نتیجه کمک به شکسته شدن و اتمیزه شدن سریع تر آن ها است. همچنین استفاده از دو انژکتور می تواند امکان کنترل بیشتر بر روی توزیع زمانی و فضایی را فراهم آورد. شبیه سازی ها بصورت عددی و با استفاده از کد تعمیم یافته ی کیوا انجام شده است. این شبیه سازی ها مشابه شرایط تزریق سوخت در مانیفولد موتور احتراق داخلی اشتعال جرقه ای انجام شده است. نتایج بیانگر آن است که قرار گرفتن دو انژکتور در یک فاصله ی طولی، نصب دو انژکتور در زاویه ی 70 درجه با مجرا، قرار دادن دو انژکتور در روبروی هم و یا با زاویه قائمه و زاویه ی مخروطی 15 درجه، سبب کاهش قطر متوسط قطرات می گردد. نتایج این مطالعه می تواند در طراحی سیستم تزریق سوخت یک موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، تزریق سوخت، انژکتور، شبیه سازی اسپری سوخت، جریان عرضی
|
  • Amin Yusefpour, Mohammad Safikhani, Mohammad Reza Hairi Yazdi *, Arash Bahrami Pages 1-9
    Nonlinearities give rise to secondary resonances such as superharmonic and subharmonic resonances. The superharmonic resonance can activate large-amplitude responses when the excitation frequency is a fraction of the fundamental frequency of the system. These low frequency excitations are very beneficial for energy harvesting systems. This paper presents an analytical investigation of vibrational energy harvesters with superharmonic excitation in a pietzomagnetoelastic configuration. A piezomagnetoelastic power generator is assumed to operate in the monostable and bistable modes. Nonlinear differential equations governing the oscillations of the system is solved using the method of multiple scales. System responses to the superharmonic resonance including the cantilever tip displacement and the output voltage are determined. It is found that employing the superharmonic resonance can increase the amount of harvested energy in the system. The root mean square value of the output voltage is obtained for several cases in both monostable and bistable modes. The power generated in monostable and bistable modes is then compared through numerical simulations. It is observed that the bistable mode is more convenient for harvesting energy. In addition, a Rung-Kutta numerical scheme is used to solve the differential equations. It is shown that the perturbation solution is in a close agreement with the numerical solution.
    Keywords: Energy harvesting, piezomagnetoelastic, superharmonic resonance, method of multiple scales
  • Nematollah Fouladi * Pages 10-19
    In this research, the performance study of an altitude test simulator at transient phase of motor burnout is conducted by numerical approach. Using a time dependent pressure profile of a motor in burnout phase, the unsteady exhaust flow is simulated in the main sections of the altitude test simulator, i.e. high expansion ratio nozzle, second throat exhaust diffuser, and vacuum chamber. Present investigation shows that in spite of the high pressure starting condition of the altitude simulator, the supersonic flow in the diffuser tends to breakdown at relatively low combustion pressure in the motor terminating phase. At the breakdown condition, the nozzle exhaust hot gases directed into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. Present simulation shows that the overall temperature of fluid in vacuum chamber is reached up to 2000 K after the motor burnout. Really, It is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. Furthermore; in this research, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber temperature are studied at this transient terminating phase. It has been shown that, the BFA can decrease the exhaust streaming into the chamber in initial breakdown periods. Results show that utilizing a suitable BFA size, the safe temperature condition could be established in vacuum chamber during and after the transient terminating phase of motor.
    Keywords: Altitude test simulator, supersonic diffuser, motor burnout, numerical simulation, backflow arrester
  • Farhad Fasihi, Sahar Noori *, Masoud Eidi Attarzadeh Pages 20-29
    Abstract Thermal radiation plays a key role in the heat transfer between the flame and its surroundings. It is essential to provide a reliable method for measurement of flame radiation in the combustion study. Also, it is challenging to measure the radiation flux from the flame in the chamber due to the effect of the walls. The radiation emitted from the walls and the reflection of the flame radiation from the walls interferes with the measurement of the flame radiation. High temperature or high reflection walls can increase the error in the measurement of flame radiation. In this paper, various parameters affecting the flame radiation have been investigated. These studies are based on the wall incident radiation and the wall radiation heat flux. To calculate the flame radiation, a theoretical method is presented which is compared with the CFD simulation results to confirm its correctness. To simulate the flame SM1 of the University of Sydney, a steady flamelet combustion model has been used with the k-ε modified turbulence model. Due to the low optical thickness of the model, the DO radiation model is used to simulate CFD. The CFD results are in good agreement with theoretical results, and the estimation of flame emission are accurately acceptable. The results show that the flame radiation differs from the wall radiation by more than 25%, when the wall radiation coefficient will be smaller than 0.8 or the wall temperature will be more than 330k.
    Keywords: Flame radiation, Radiative heat flux, Wall incident radiation, SM1 Burner, DO radiation model
  • Mohammad Shafiey Dehaj * Pages 30-40
    Main tank injection (MTI) is a pressurization method which employs through combustion inside a reservoir. MTI is simpler and lighter as compared with the common pressurization methods, hence make in suitable for mission launching applications. In this study we evaluated the MTI pressurization system based on unsteady-thermodynamics approach. We used a numerical code which can be performed for the vessels with diameter in the range of 13inch to 60 inch. The proper model for regent injection into the tank in order to provide the demand pressure of the tank is acquired through transient thermodynamics equations. Composition and properties of the pressurizing gas and rate of ullage saturation with propellant vapors are reported based on extensive mass spectrometer gas analysis, an investigation of propellant-degradation due to the reaction process and dilution by condensate is also-Included. The algorithm also obtains the ullage gas temperature and the wall temperature of the tank by using the heat transfer between the ullage gas, the liquid inside the tank, and tank wall. Finally the numerical results are compared with the experimental data, while shows a good agreement between.
    Keywords: Pressurization, Main tank injection, Thermodynamic, Transient
  • Mehran Bozorgi, Maryam Karami *, Shahram Delfani Pages 41-49
    In this study, energy and exergy efficiency of residential-type direct absorption solar collector using PVP-coated silver nanofluid has been evaluated experimentally. First, stability and thermophysical and optical properties of nanofluid have been considered using the theoretical and experimental methods. Then, outdoor thermal performance of collector is investigated using the experimental setup based on EN12975-2. Results of energy analysis show that the collector efficiency is increased by increase of flowrate and concentration of nanofluid asymptotically. It is observed that exergy efficiency is firstly increased by nanofluid concentration and then, decreased after reaching the optimum value. The optimum concentration was 500 ppm for all flowrates. The variation of exergy efficiency by reduced temperature difference is similar to volume fraction. The optimum exergy efficiency is obtained at 0.01 m2K/W. The decrease of exergy efficiency by flowrate indicated that exergy losses due to pressure drop have the significant effect on the collector performance.
    Keywords: Direct Absorption Solar collector, Silver Nanofluid, Extinction Coefficient, Exergy Efficiency
  • Mohammad Hamisi, Seyed Ebrahim Moussavi Torshizi * Pages 50-55
    In long-terms of overheating conditions, structural changes are the most important cause of mechanical deterioration and reduce the life of hot components. Given the difficulty or costliness of tests needed to assess the remaining life, searching for a non-destructive, simpler and more accurate way to estimate the remaining life of hot components and assess their remaining life is essential and have many economic benefits. The purpose of this study is to investigate the effect of structural changes on natural frequencies and damping coefficients of samples of carbon steel SA516-Grade55 so that, if there are significant effects, this method will be developed for other metals, in particular hot power plant parts. In this research, severe structural changes were observed on the samples by performing heat treatment of aging. As perlite decompose into ferrite and spheroidal carbides in the boundaries. With increasing structural changes, it was found that the natural frequencies of the first to sixth modes and the elastic modulus are decreased and the coefficients of damping and logarithmic decrease are increased significantly. These promising results are the elaboration of a non-destructive new method for estimating the remaining life for components of different types under long-term overheated operation conditions.
    Keywords: Life estimation, Carbon steel, Aging, Microstructural change, Mechanical, Vibrational properties
  • Sattar Maleki, Atieh Andakhshideh *, Mehdi Malaeen Pages 56-67
    Dual laminate pipes made of thermoset polymer composite structure and thermoplastic liner are the only alternative in pipelines conveying high temperature corrosive fluids. Investigating the bonding between thermoset composite and thermoplastic liner is very important in these pipelines. Calculating the strain energy release rate of first mode of failure is very important criteria in bonding strength and failure of doulas pips. ASTM-D5528 is the standard for experimental test procedure of strain energy release rate of symmetric double cantilever beam. In this study, using the classical laminates theory, the general equation for determination the laminates thicknesses in unlike double cantilever beam is presented, for the first time. To study the validity of the equation, in unlike double cantilever beam samples consists of laminates with different thicknesses are manufactured for the experimental tests. Upper, lower and bonding regions consist of composite made of unidirectional fiberglass/Vinylester resin, PVCU and epoxy or Vinylester primers, respectively. The samples of this study are manufactured base on the practical case studies of chemical fluid pipelines with chlor-alkali process like Arvand Petrochemical units. The main aim of this work is to help manufacturers of these unites equipment to have practical guideline. To qualify the efficiency of the proposed equation, finite element simulation base on the virtual crack closure technique is presented. Good agreement is achieved in comparing the numerical and experimental results that shows the efficiency and accuracy of the proposed equation.
    Keywords: Strain energy release rate, First mode of failureI, Unlike double cantilever beam, Thermoplastic liner
  • Ehsan Khorrambakht, Jafar Roshanian *, Amir Hossein Khodabakhsh Pages 68-78
    Vastness of operation airspace and uncertain environment in aerial search missions, makes utilizing multiple intelligent agents more preferable to integrated centralized systems due to robustness, parallel computing structure, scalability, and cost optimality of distributed systems. Cooperative search missions require the search space to be divided properly between agents. In order to minimize the uncertainty, the agents will calculate the best path in the assigned space partition. According to the communication topology, environmental information and the near-future decisions are shared between agents. In this paper, cooperative search using multiple UAVs has been considered. First, mathematical representation of the search space, kinematic and sensor model of UAVs, and communication topology have been presented. Then, an approach has been proposed to update and share information using the Bayes’ rule. Afterwards, path planning problem has been solved using different optimization algorithms namely First-order Gradient, Conjugate Gradient, Sequential Quadratic Programming, and Interior Point Algorithm. Finally, the performance of these algorithms have been compared according to mean uncertainty reduction and target detection time.
    Keywords: Multi-Agent System, Cooperative Search, Distributed Control, Optimization Algorithms, Bayes Rule
  • Niloofar Fasaeiyan, Madjid Soltani, Erfan Ta?Atizadeh, Mostafa Sefidgar * Pages 88-96
    In a computational modeling of drug delivery and PET tracers to cancer tissues, the most difficult part is a consideration of a complexity of capillaries network. Because of the key role of blood flow in tumor feeding and growth that also carrying radiotracer into both normal and cancerous tissues, there are various studies have been done on the formation of new blood vessels and blood flow around a tumor. In this work, we used an image of a complex capillaries network to simulate FGD tracer distribution within both normal and cancerous tissues. Firstly, one RGB image was imported as an input image which consisted of the capillaries network and has been processed and made ready for creating 2D geometry from it. The creation of 2D geometry from the input image is consisted two areas: Pre-processing and Post-Processing the input image for preparation of it for the creation geometry by capturing the capillaries from a background of whole of the picture. In the next stage, with a usage of the achieved geometry and by coupling blood flow and interstitial flow, pressure and velocity distribution in the capillaries and both tumor and normal tissues were accomplished. Finally, by applying CDR (Convection-Diffusion-Reaction) equations for FDG tracer, distribution of it was acquired within the whole normal and cancerous domain. Observing FDG tracer CDR modeling helped us find tracer distribution with both time and space.
    Keywords: PET tracer, FDG tracer, Solid tumor, Capillaries network, Image processing, Convection-Diffusion-Reaction equations
  • Ahad Gholipoor, Mousa Mohammadpourfard, Mohamadreza Shabgard * Pages 97-107
    Despite the unique usage of electrical discharge machining process at machining in small dimensions, machining complex shapes and machining of high-strength parts such as ceramics and heat treated steels, which can’t be machined by traditional machining methods, low machined surface integrity achieved by electrical discharge machining process is one of the most important limitations of this process. In this investigation the machined surface integrity will be improved by applying ultrasonic vibrations to tool electrode and external magnetic field around gap distance of electrical discharge machining process, simultaneously. So several experiments were designed and performed based on full factorial method by selecting pulse current and pulse duration as the most important input parameters, in order to study the effects of pulse current and duration on surface integrity of workpiec machined by this hybrid process and to investigate the effects of tools ultrasonic vibrations and external magnetic field on machined surface roughness and integrity of machined surface. According the results, machined surfaces roughness is increased by applying ultrasonic vibrations to tool electrode and external magnetic field around gap distance of electrical discharge machining process, simultaneously, while the SEM pictures of machined surfaces showed that the, amount of created surface cracks, blowholes, globules and beads of debris are decreased and integrity of machined surfaces by EDM process is improved by applying ultrasonic vibrations to tool electrode and external magnetic field around gap distance, simultaneously.
    Keywords: Electrical Discharge Machining, External Magnetic Field, Tools Ultrasonic Vibrations, Machined Surface Integrity
  • Ali Nazari, Ali Asghar Naderi, Keramat Malakzadehfar * Pages 108-118
    The big deformation of composite structures under dynamic loads is one of the most disadvantages of these structures that cause to loss of stiffness of them. The using of fiber metal laminated shell that named FML in abbreviation is one of the ways to decrease the adverse effect of dynamic load. In this study the optimum fiber orientation of composite layers of the FML circular cylindrical shells are determined to more decrease the adverse effect of dynamic loads. For this purpose the fiber orientation of composite layers of the FML circular cylindrical shells are changed frequently and each cases being subjected to axial compressive load and with use of ABAQUS program the tension of all composite layers are calculated for all cases. Then with use of MATLAB program the fiber orientation that cause to maximum stiffness based on maximum tension fracture criterion is selected. The free vibration analysis is used for determination the accuracy and performance of design process. The results of free vibration analyses show that determination of the optimum fiber orientation cause to improvement of the FML shell natural frequency. Energy method and high order shear deformation theory is used to define the equation of motion. Full Calculus method is used for optimization in order to apply the exact result.
    Keywords: Free vibration, fiber metal laminated shell, fracture criterion, fiber orientation
  • Naghi Aghazadeh, Shahram Khalilarya, Samad Jafarmadar, Ata Chitsaz Khoyi * Pages 119-130
    In this article, a new power, cooling and heating cogeneration system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) - gas turbine (GT), a heat recovery steam generator (HRSG), Generator-Absorber-heat eXchange (GAX) absorption refrigeration cycle and a heat exchanger for heat recovery (HR) has been studied from a thermodynamic and economic perspective. The modeling of this cycle was done by solving the electrochemical, thermodynamic and exergoeconomic equations for fuel cell and system components, simultaneously. The results showed that the exergy of our proposed combined cycle is 14.9% more and the irreversibility rate of this cycle is 10.6% less than that of the combined SOFC-GT-GAX systems in the same conditions. Also, the fuel cell and the afterburner have the highest rate of exergy destruction among other components due to irreversibility. Exergoeconomic analysis showed that the sum of uint cost of products (SUCP), the exergoeconomic factor, the capital cost rate and the exergy destruction cost rate for the overall system is equal to 331.1 $/GJ, 29.3%, 10.47 $/h and 25.32 $/h, respectively. Parametric studies showed that increasing the current density will increase the net electrical power, heating capacity of HRSG and HR heat exchanger, cooling capacity and total irreversibility. Also, with increasing of the current density, both the exergy efficiency and SUCP decrease.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, GAX, HRSG, Cogeneration, Thermodynamic, Exergoeconomics
  • Sayed Mahmoud Nazemosadat Arsanjani, Mohsen Badrossamay, Ehsan Foroozmehr * Pages 131-141
    Additive manufacturing or 3D printing processes through which applicable complicated parts are directly made based on 3D model of the part has been extensively addressed in numerous research and development tasks for the past years. Certain merits such as decline of time, cost of design and manufacturing of product, processing different engineering materials, manufacturing parts with highly complicated geometries, and manufacturing customized parts should be noted in the case of adopting these methods. Indirect selective laser sintering is one of the interesting methods of integrated manufacturing which could be used for manufacturing of complicated pieces and certain materials such as ceramics with a high melting point and difficult manufacturing process through typical methods. In the present study, indirect SLS of spherical alumina powder particles with a thin layer of amorphous thermoplastic (PMMA and PS). In order to coat alumina particles with different weight percent of thermoplastic, the new method of phase Inversion process was used. Due to significance of geometry and dimensions of the final part, the least probable thickness of thermoplastic was used for manufacturing of parts based on SLS method. In the present study, evaluation of coating and method of coating have been discussed. The evaluative techniques include assessment through scanning electron microscopy, analytical results of Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Finally, green parts where produced based SLS method and through optimal values of laser parameters and selection of alumina powder particles with thinnest thermoplastic coating.
    Keywords: Coating, Alumina, Laser Sintering, Polystyrene, Polymethyl methacrylate
  • Hosein Moradi, Maziar Shafaee *, Mohammad Hossein Sabour Pages 141-148
    In the present study, evaporation heat transfer and frictional pressure drops of refrigerant R-600a (iso-butane) inside a helically dimpled tube and a plain tube of internal diameter 8.3mm were measured and analyzed. All tests were performed at different vapor qualities up to 0.8 and average saturation temperatures ranging between 38 and 42℃. Refrigerant mass fluxes varied in the range of 114-368 kg/m2s. The inner surface of the helically dimpled tube has been designed and reshaped through three-dimensional material surface modifications consists of both shallow and deep protrusions which is placed evenly in helical directions on the tube wall. The experimental results show that the heat transfer coefficients of the dimpled tube are 1.29-2 times larger than a smooth tube with a pressure drop penalty just ranging between 7% and 103% larger than the smooth tube. Moreover, Performance Evaluation Criteria (PEC) dubbed Penalty Factor (PF) and Total Temperature Penalization (TTP) boiling inside a helically dimpled tube and a smooth tube were analyzed which are a convenient way to relate the two penalization components and provides a rational method to compare the exergy losses associated with frictional pressure drop and heat transfer coefficient.
    Keywords: R-600a, evaporation, Performance Criterion, Exergy
  • Mohammad Safikhani Mahmoudi, Amin Yusefpour, Arash Bahrami * Pages 149-158
    In the present research, higher resonance frequencies are employed to improve the performance of the atomic force microscopy in the non-contact mode. Conventional models already used in the literature to study AFM microcantilever dynamics such as point-mass approach are not only incapable of modeling higher vibrational modes but also fail to predict microcantilever complicated dynamics with a sufficient accuracy. In this paper, the Hamilton’s extended principle is used to obtain equations governing the nonlinear oscillations of the AFM probe. Euler-Bernoulli beam assumptions and small deflection theory are assumed. The resulting partial differential equation is often converted to a set of ordinary differential equations and then this set is solved either numerically or based on perturbation methods. In the present research, however, the partial differential equation is attacked directly by a special perturbation technique. The accuracy of the present method is then verified by a combination of the Galerkin discretization scheme and a Rung - Kutta numerical solution. Finally, different behaviors of the AFM probe including static behavior, linear mode shapes and frequency response curves are investigated through several numerical simulations. It is found out that higher vibrational modes have smaller frequency shift. It is also found out that higher modes are faster in gathering surface information and also more sensitive to the excitation.
    Keywords: AFM, higher -mode excitation, non-contact mode, perturbation theory, Galerkin discretization
  • Y. Gholami, Reza Ansari * Pages 159-169
    The temperature-dependent nonlinear mechanical behaviors of functionally graded rectangular plates in the thickness direction resting on Winkler–Pasternak elastic foundation are investigated using the three-dimensional theory of elasticity. The material properties are temperature-dependent and varied in the thickness direction based on a power-law. Considering the nonlinear Green-Lagrange strain relation, the geometric nonlinearity is taken into account. After obtaining the potential strain, kinetic energies, taking into account the effects of the temperature and the elastic foundation, the Hamilton’s principle is used to derive the nonlinear three-dimensional governing equations and corresponding boundary conditions. To solve the nonlinear free vibration problem, first, the generalized differential quadrature (GDQ) method is used to discretize the nonlinear coupled governing equations in the space domain. Then, the obtained equations are converted to the time-dependent ordinary differential equations using the numerical-based Galerkin scheme and the time periodic discretization (TPD) are used to discretize them in the time domain. Finally, the arc-length method is employed to find the frequency-response of system. Also, to solve the nonlinear bending problem, by neglecting the effect of inertia and using the arc length algorithm, the maximum deflection versus the applied load is obtained. The effects of different parameters such as length-to-thickness ratio, Winkler–Pasternak elastic foundation coefficients, uniform and linear temperature rises and volume fraction index on the frequency response and maximum deflection of functionally graded plates with various edge conditions are studied.
    Keywords: Functionally graded plate, Nonlinear mechanical behaviors, 3D theory of elasticity, Numerical solution procedure
  • Rahmat Shahbazi Gandomkari, Hamed Darvish Gohari, Roholah Talebitooti * Pages 170-176
    In this work, transmitted sound power control through a doubly curved laminated shell by the aid of RL-shunt is investigated. Therefore, vibration equations of a doubly curved shell with piezoelectric layers are firstly derived utilizing Hamilton’s principle. Then, the obtained equations are verified considering the results reported by other researchers. In addition, by applying a shunt circuit, which is parallel to the piezoelectric layer, the effect of resonant shunt method in passive control of the sound transmission loss of the shell is explored. It is indicated that with applying the shunt circuit, and then tuning the circuit with the resonance frequency, the amplitude of sound transmission loss has been significantly reduced. In next step, by applying three shunt circuits, parallel with one piezoelectric layer, it is found that passive control of this doubly curved structure can decrease the sound transmitted in resonant frequency. Finally, performance of these circuits is improved by using genetic algorithm to optimize RL-shunt circuit parameters. As a prominent result, it is shown that this method has an excellent effect on improvement of sound transmission loss up to 80dB.
    Keywords: Passive control, doubly curved shell, shunt circuit, genetic algorithm
  • Golsa Ghanati, Shahram Azadi * Pages 177-186
    The sound level inside the automobile cabin plays a major role on passengers’ comfort. The sound field inside the vehicle cabin depends on acoustical and structural characteristics and also interaction of acoustical and structural domains. In this paper, a coupled acoustic structural modal and harmonic analysis of simple automobile is performed with the methods of direct coupling (with finite element tool) and modal coupling. So with comparison of results from these two methods, the accuracy of modal coupling method is investigated. Also the optimal MIMO controller is designed to reduce sound level at occupants’ ear positions. The results of coupled and uncoupled modal analysis show that the contribution of uncoupled acoustical and structural modes on coupled response could be estimated and used to understand booming phenomena. Also the presented state space model, which is constructed based on uncoupled modes, shows a good accuracy and reduces computational costs significantly. The results of time and frequency response of sound pressure level at occupants’ ear positions show that the designed controller is attained to attenuate sound field at desired frequency range and the area of quiet zone inside the cabin consists of all occupants’ hearing positions and therefore controller acts globally successful in desired frequency range.
    Keywords: Acoustic structural coupling, Modal coupling, Finite Element Method, Active Sound Control, MIMO optimal control
  • Seied Javad Aaraj Khodaii, Farshad Barazandeh, Hamed Adibi, Ahmed Sarhan, Mehdi Rezaei * Pages 187-194
    Titanium is currently widely used as dental implant, but it may cause allergic problems. For this reason, the use of partially stabilized zirconia (PSZ) in dental applications has increased in recent years. Because of extreme hardness and brittleness of ceramic (PSZ) and in order to achieve dimensional and geometrical accuracy, grinding is necessary. In this research, a comprehensive study was carried out to investigate the effect of the grinding parameters of PSZ on surface roughness, grinding cost and PSZ phase transformation. It was observed that, increasing both depth of cut and feed rate results in an increase on tetragonal to monoclinic phase transformation. It was also observed that using a metal bond grinding wheel with higher concentration and larger abrasive size results in lower grinding cost. It was observed that using resin bond grinding wheels instead of metal bond grinding wheels, results in average 8% lower surface roughness. However, an increase in grinding wheel concentration results in a decrease in the surface roughness. Response surface method (RSM) was used to find an optimum condition and create a mathematical model between inputs and outputs and it was shown that the average R-square of the model was more than 0.90. PSZ microstructure and surface roughness could be controlled by controlling the grinding parameters. Using a metal bond grinding wheel with higher concentration and larger abrasive size results in lower grinding cost.
    Keywords: Implant, Zirconia, Grinding, Surface roughness, grinding cost
  • Anvar Ahmadkhah*, Iman Arvin, Alireza Davoudinik Pages 195-204
    The effect of the dynamic behavior of fins on the natural convection heat transfer inside a square cavity was studied numerically. Attachment of conductive thin and flexible fins with length equal to 0.2, positioned at 9 locations on both hot and cold wall was examined. The top and the bottom horizontal walls of the cavity were insulated while their left and the right vertical walls were maintained at a constant temperature T_h and T_c. The numerical scheme is based on the finite element method adapted to triangular non-uniform mesh element by a non-linear parametric solution algorithm. Furthermore, the dimensionless equations of flexible parts of the cavity were solved using the Newton-Raphson method. Based on our results, the dynamic behavior of the fins leads to decrease the rate of heat transfer in compared to the rigid fin. It also found the shape of the fins and its positions play an important role in decrease or increase of heat rate inside the cavity.
    Keywords: Natural convection, elastic fin, dynamic mesh, Lagrangian-Eulerian
  • Mohammad Hassan Shojaeefard *, Seyed Ehsan Hosseini, Javad Zare Pages 205-216
    Inducers are important devices which are mounted upstream of the inlet to the main impeller of the centrifugal pump to achieve higher suction performance and rotate with the same speed as the impeller. Inducers improve the hydraulic performance and lifespan of the pump through increasing the inlet pressure, but the quantity of the improvement is dependent on the geometrical parameters of the inducer. Therefore, the optimization of these parameters is crucial. In the present study, the performance of an inducer is optimized by considering the inlet tip blade angle, the outlet tip blade angle and the ratio of the outlet hub radius to inlet hub radius as design variables and the head coefficient, the hydraulic efficiency and the required net positive suction head as objective functions. The inducer performance is simulated using 3-D computational fluid dynamics and compared with experimental data which shows the validity of the used method and assumptions. The artificial neural network is used to relate between design variables and objective functions. Then, the Pareto fronts are plotted using the modified non-dominated sorting genetic algorithm II and the proposed optimum points are presented using nearest point to the ideal point method. Using multi objective optimization, the head coefficient, the hydraulic efficiency and the net positive suction head are improved 14.3%, 0.3% and 30.2%, respectively. Recommended design points unveil important optimal design principles that would not have been obtained without the use of a multi objective optimization approach.
    Keywords: Inducer, Centrifugal pump, Artificial neural network, Multi-objective optimization
  • Mohammad Mousavion, Mohammad Mashayekhi, Mostafa Jamshidian *, Hojjat Badnava Pages 217-225
    Recently, the phase field approach has gained popularity as a versatile tool for simulating crack propagation. The purpose of this study is to employ the capabilities of the phase field method for crack growth modeling in complex structures such as porous media. The phase field method does not need predefined cracks and it can simulate curvilinear crack path. This goal is accomplished by replacing the sharp discontinuities with a scalar damage phase field parameter representing the diffuse crack topology. To simulate brittle fracture in this study, the equations of elastic displacement field and fracture phase field are first introduced. Afterwards, using the weak form of the equations, the staggered solution of the equations is performed. To implement the equations in the finite element method, the Abaqus software with User Element Subroutine (UEL) is used. Given that the bone structure is somehow a porous structure, a representative volume element of the bone is selected for phase field simulation. In order to verify the developed model, the tensile test of the single edge notched specimen has been simulated. Subsequently, crack propagation in a porous media with different porosities under tensile loading was simulated. The simulation results illustrate the capability of the phase field method in predicting crack growth in geometrically complex structures. In addition, the load-carrying capacity or the strength of the porous structure continuously decreases with increasing porosity and noteworthy is that such a strength is suddenly decreased around a critical porosity value.
    Keywords: Phase field method, Brittle fracture, Porous structures, Finite element method
  • Majid Sabokrouh, Mohammadreza Farahani * Pages 226-232
    In this paper, the numerical distribution of residual stresses in the girth weld were determined in two (hoop an axial) direction. Two API X70 steel pipes of 56 inch outside diameter were girth welded first. Hole drilling strain gage test were conducted for strain measurement on the external surface of the pipes. The values of residual stresses were determined then from strain data using ASTM 837 standard. The values of residual stresses were determined. Next, distribution of residual stresses were assessed using spline and approximating polynomials. The well-behaved spline and polynomials, confirm the accuracy of residual stress results from experiment. The result showed lower-order polynomials have more suitable behavior in residual stress distribution. Noting to impossibility of using semi-destructive hole drilling strain gage test in project’s real situations, we can make use of these curves in assessing and estimating residual stresses distribution of similar welding. The most stable polynomial estimation curves for evaluating hoop and axial residual stress distribution are respectively third and second order. The closeness and uniformity of axial residual stress distribution curve compared to the hoop residual stress distribution curve is representative of more balanced behavior of these stresses distribution.
    Keywords: Residual stress, Pipe girth welding, Hole drilling strain gage test, HSLA, Spline, approximating polynomials
  • Mehrdad Honarmand, Mehran Moradi * Pages 233-239
    For the first time in this paper, by using semi-analytical scaled boundary finite element method (SBFM), a perfect nano garphene sheet or defected ones were simulated and their mechanical behavior had been investigated. In this analysis, the atomic carbon bonds were modeled by simple bar elements with circular cross- sections and then the scaled boundary finite element relations were formulated based on the geometry of the model. The obtained results from SBFM were compared to those obtained from molecular dynamic method which showed that the SBFM can be used as a continuum mechanics model with high accuracy in mechanical analysis of both perfect and defected nano graphene sheets. Existence of structural defects in nano grapheme sheets decrease the strength as well as fracture strain in a considerable manner. It can be noted that in a defected nano grapheme sheet, the fracture stress decreases more than 34% while fracture strain decreases more than 50%. In the cases that instead of using bar elements, whole area is considered as a continuum sheet and in order to obtain a similar geometry to those problems have bar elements, no material zone be modeled by zero elastic properties, the results show considerable errors.
    Keywords: Scaled boundary finite element, Nano graghene sheets, Defected, Mechanical behavior, Molecular dynamics
  • Majid Damadipour, Reza Tarinejad, Mohammad Hossein Aminfar* Pages 240-250
    In recent years, a new approach called transmissibility based operational modal analysis has been propounded.The new approach is able to identify the modal parameters of structural systems based on the transmissibility functions, where, unlike conventional methods of operational modal analysis, there is no limiting assumption about the input excitations. In this paper, an effective form of transmissibility called power spectral density transmissibility is used in order to identify the dynamic characteristics of a 5DOF system. The dynamic system that is modeled using MATLAB/Simulink is excited by the different earthquakes such as El Centro, Northridge and Loma Prieta, and white Gaussian noise is also added to its responses with different signal to noise ratios. The modal parameters (natural frequencies and mode shapes) of the numerical model are calculated and extracted based on the singular values and vectors obtained from singular value decomposition of the power spectral density transmissibility matrix. This matrix, unlike the Fourier spectral transmissibility matrix, can be created based on the transferring outputs obtained from just one loading condition; therefore, there is no need to use the outputs of multiple loading conditions, so that it is possible to identify the dynamic characteristics with only one dynamic test. In this research, the modal identification results are evaluated through comparison with the values obtained from exact solution of the system. The comparison shows that the modal parameters extracted from the system responses with different noise levels have a good agreement with the exact values.
    Keywords: Transmissibility based operational modal analysis, Power spectral density transmissibility, white Gaussian noise, Singular value decomposition, Fourier spectral transmissibility
  • Sarang Kazeminia *, Reza Abdi Behnagh, Milad Kalabkhani Pages 251-259
    In this paper the conventional structure of dual-axis sun tracker is modified based on new mechanical and electrical detectors which are proposed to reduce both the angular error and power consumption. Automatic adjustment of the azimuth, latitude and altitude angle for the photovoltaic panels improves the performance of converting solar energy to the electrical energy, throughout all the seasons. In other words, both the north-worth and east-west angular error is continuously minimized until that the panel’s surface is solarized with the maximum energy. Post-Fabrication results show that the proposed control circuit and two actuators consume the average power of less than 10mWatt alongside the 13-hour of a summer day. The external power source is no longer required because the received power is saved in a battery in order to provide the power of the control circuit. The ratio of the required energy to the saved energy is optimized to around 0.13%. Measurement results confirm that the total Watt-hour during a summer day is improved around 60 percent in comparison to the case that a fixed panel is used. Design of the mechanical objects are performed using CATIA software such that endure up to 1200Watt panel array.
    Keywords: Mechatronic Systems, Sun Tracker, Dual-Axis Sun Tracker, Green Energies, Renewable Energies
  • Evaluation The Effect Of Using Two Fuel Nozzles On Droplet Diameter In Cross Flowmohammad Javad Khayyami, Alireza Shateri Najaf Abadi *, Mohammadmahdi Doustdar Pages 260-266

    The purpose of this study is to investigate the effect of the simultaneous use of fuel injection injectors in an air cross flow. Nowadays, several methods are proposed for optimizing fuel injection in internal combustion engines. These optimizations are due to the high impact of this variable on engine performance and reduction of emissions. The method proposed in this study is to use two fuel injectors instead of a single injector in the air inlet manifold. The uses of two injectors in order to impingement two fuel sprays and increase the turbulent and collision of droplets, and so break them up faster. Also, the use of two injectors can provide more control over spatial and temporal distribution. Simulations are performed numerically using the generalized Kiva code. These simulations are similar to the fuel injection conditions in the manifold of the spark ignition internal combustion engine. The results indicate that the placement of two injectors in a longitudinal distance, the installation of two injectors at a 70 ° angle with the duct, placing two injectors in 180° or 90° relative angles and a 15° conical angle reduces the average diameter of the droplets. The results of this study can be used to design an internal combustion engine fuel injection system.

    Keywords: Internal combustion engine, Fuel injection, Injector, Fuel spray simulation, Cross flow