فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هجدهم شماره 4 (تیر 1397)
  • سال هجدهم شماره 4 (تیر 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/04/12
  • تعداد عناوین: 27
|
  • طیب نازقلیچی، فرشاد ترابی، وحید اصفهانیان صفحات 1-10
    افزایش ظرفیت باتری های سرب-اسید و کاهش زمان شارژ آن ها در دمای پایین از چالش های اصلی طراحان و سازندگان باتری ها است. خصوصیت های هندسی صفحه های باتری مانند ضخامت و سطح فعال بیشینه از جمله متغیرهای موثر بر عملکرد باتری است. از این رو تعیین بهترین مقدار برای این متغیرهای مستقل، یک مساله مهم برای این صنعت است. در مطالعه حاضر، با استفاده از مدل بی بعد باتری های سرب-اسید یک کد عددی به روش دینامیک سیالات محاسباتی ایجاد شده است تا رفتار باتری توسط آن شبیه سازی شود. در گام بعدی با استفاده از روش صفحه پاسخ، تعداد 50 اجرا برای شبیه سازی پیشنهاد شده است. با استفاده از پاسخ های به دست آمده از اجراها، برای هر پاسخ (ظرفیت، زمان شارژ و دما) یک مدل تجربی به صورت تابعی از متغیرهای مستقل استخراج و از مدل های تجربی به عنوان تابع های هدف برای بهینه سازی استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که در ضخامت های الکترود مثبت 0. 078 cm، الکترود منفی 0. 053 cm و جداکننده 0. 04 cm و هم چنین بیشینه سطح فعال 80 cm-1 برای هر دو الکترود، بیشترین ظرفیت و کمترین زمان شارژ و کمترین دما به دست می آید. برای مطالعه بهینه سازی حاضر، دقت و صحت آزمایش انجام شده توسط یک آزمون صحت سنجی تایید شده است. مطالعه حاضر اثبات کرده است که با تغییر خصوصیت های هندسی باتری می توان عملکرد آن را بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: باتری سرب-اسید، بهینه سازی، روش صفحه پاسخ، الکترود، شبیه سازی
  • مهران عبدالعلی پورعدل، شهرام خلیل آریا، صمد جعفر مدار صفحات 11-22
    استفاده از انرژی های نو از جمله انرژی زمین گرمایی به سرعت در جهان در حال گسترش می باشد، منطقه سبلان در ایران پتانسیل بسیار خوبی برای تولید توان از منابع انرژی زمین گرمایی را دارا می باشد. در این مقاله یک چرخه ی ترکیبی تولید توان جدید (چرخه ترکیبی تبخیر آنی با چرخه دی اکسید کربن فوق بحرانی و رانکین آلی) با توجه به دو چاه با دما و فشار متفاوت برای منابع زمین گرمایی سبلان پیشنهاد شده است. برای چرخه رانکین آلی چهار سیال عامل مناسب در نظر گرفته شده و سپس چرخه ترکیبی پیشنهادی مورد تحلیل انرژی و اگزرژی قرار می گیرد. در این مطالعه برای مبدل های چرخه ی دی اکسید کربن یک روش برای پیدا کردن محل نقطه تنگش پیشنهاد شده و در انتها چرخه پیشنهادی نسبت به فشار جداسازها، دمای اواپراتور دوم و نسبت فشار چرخه دی اکسید کربن مورد بهینهسازی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که سیال ان- بوتان مناسبترین سیال برای چرخه رانکین می باشد، که در حالت بهینه برای چرخه پیشنهادی توان خالص 19934 کیلووات، بازده انرژی %17. 05 و بازده اگزرژی %65. 38 محاسبه شده است. طبق نتایج تحلیل اگزرژی توربین فشار پایین زمین گرمایی دارای بیشترین تخریب اگزرژی می باشد. نتایج نشان می دهد که برای چرخه ی پیشنهادی در این مقاله توان خالص تولیدی %15. 29، بازده حرارتی %17. 06 و بازده اگزرژی %18. 35 نسبت به مطالعات قبلی بهبود یافته اند.
    کلیدواژگان: تحلیل اگزرژی، نیروگاه زمین گرمایی سبلان، چرخه رانکین آلی، چرخه دی اکسیدکربن فوق بحرانی
  • شیدخت رشیدداداش، مجتبی صدیقی، سهیل داریوشی صفحات 23-31
    عموما ساختارهای ساندویچی با ابعاد بزرگ، از اجزاء کوچکتری تشکیل شده اند. این اجزاء با نوع خاصی از اتصالات به یکدیگر متصل می شوند. این اتصالات می توانند فلزی یا چسبی بوده و از نظر هندسی به منظور تحمل بارهای مختلف طراحی شده باشند. این در حالی است که مطالعات محدودی روی رفتار مکانیکی اتصالات سازه های ساندویچی صورت پذیرفته است. مقاله حاضر به بررسی رفتار دو نوع اتصال آلومینیومی با هندسه متفاوت تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین می پردازد که این اتصالات بین دو سازه ساندویچی با رویه های کامپوزیت شیشه/ اپوکسی و هسته لانه زنبوری آلومینیومی استفاده شده و با استفاده از رزین اپوکسی به سازه ساندویچی متصل گردیده است. پس از ساخت نمونه ها، آزمون ضربه سرعت پایین بر روی نمونه های ساندویچی متشکل از دو نوع اتصال انجام شد و رفتار هر یک ار اتصالات تحت این نوع بارگذاری مورد بررسی قرار گرفت. بعلاوه به منظور شبیه سازی رفتار سازه های ساندویچی دارای اتصال، مدلسازی نمونه ها با استفاده از یک نرم افزار بر پایه روش المان محدود صورت پذیرفت. صحه گذاری نتایج شبیه سازی نرم افزاری با مقایسه نتایج عددی و تجربی، انجام شد و تطابق مناسبی بین نتایج حاصل از کار عددی با نتایج تجربی مشاهده گردید. سپس برای هر دو نوع اتصال، تاثیر افزایش طول و ضخامت بر رفتار سازه از طریق تحلیل پارامتری با استفاده از مدل المان محدود، مورد مطالعه قرار گرفت.
    کلیدواژگان: سازه ساندویچی، اتصال، کامپوزیت شیشه، اپوکسی، لانه زنبوری، آزمون ضربه سرعت پایین
  • علیرضا باقری، محمدرضا طرقی نژاد، ابوذر طاهری زاده صفحات 32-38
    در این پژوهش، کامپوزیت سه لایه برنج- فولاد IF- برنج به روش فرایند نورد سرد پیوندی ساخته شد و خواص شکل پذیری آن مورد بررسی قرار گرفت. بدلیل کارسختی بالای کامپوزیت حین فرایند نورد ، نمونه ها در دماهای آنیل 500 تا °C700 و زمان ثابت 10 دقیقه تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. خواص شکل پذیری کامپوزیت به وسیله آزمون های کشش، ناهمسانگردی و اریکسن ارزیابی شد. نتایج نشان داد عملیات حرارتی بعد از نورد باعث رخ دادن پدیده تبلور مجدد در کامپوزیت و در نتیجه کاهش استحکام کششی و افزایش توان کرنش سختی می شود. ارتفاع گنبد ایجاد شده در آزمون اریکسن قبل از عملیات حرارتی، 10/53mm می باشد. با آنیل کردن کامپوزیت در دمای °C500، ارتفاع گنبد به 14/62mm می رسد. با بیشتر شدن دمای آنیل تا دمای °C600 به دلیل انرژی نقص در چیدن نسبتا بالای فولاد IF، تبلور مجدد تنها در لایه برنج رخ می دهد. اما با افزایش دمای آنیل به °C650 و محیا شدن نیروی محرکه، تبلور مجدد در همه لایه ها اتفاق افتاده و شیب تغییرات خواص شکل پذیری بیشتر می شود. به طوری که در دمای °C700 پدیده تبلور مجدد در کامپوزیت کامل شده و ارتفاع گنبد به بیشترین میزان خود یعنی17/29mm می رسد. همچنین با بیشتر شدن دمای آنیل، ناهمسانگردی قائم و صفحه ای به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. با مقایسه خواص ناهمسانگردی کامپوزیت با ورق های برنج و فولاد IF در حالت تبلور مجددکامل، مشاهده شدکه تولیدکامپوزیت برنج- فولاد IF- برنج باعث بهبود ناهمسانگردی قائم در برنج و کاهش اثر منفی ناهمسانگردی صفحه ای در فولاد IF می گردد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت لایه ای، خواص شکل پذیری، تبلور مجدد، آزمون اریکسن، ناهمسانگردی
  • جعفر گردابی، امیر حسین نیک سرشت صفحات 39-50
    مسئله برخورد گوه به سطح آزاد سیال کاربردهای مهمی در زمینه های مختلف مهندسی و در صنایع دریایی دارد و محاسبه نیروی وارد به گوه به خصوص در لحظات اولیه برخورد مورد علاقه بسیاری از محققان می باشد. هدف این مقاله حل عددی برخورد گوه به سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی هرشل بالکلی دایلاتنت با استفاده از روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف است. برخی سیالات غیرنیوتنی مانند سیال دایلاتنت یا هرشل بالکلی دایلاتنت به دلیل داشتن خاصیت غلیظ شوندگی در محل اعمال تنش، در برابر ورود گوه به سیال از خود مقاومت نشان می دهند. در این تحقیق از الگوریتم پیش بینی و تصحیح جهت حل معادلات استفاده شده است. جهت ایجاد پایداری از تصحیح چگالی (در سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی) و ویسکوزیته مصنوعی (فقط در سیال نیوتنی) استفاده شده است. جهت اعتبار سنجی سطح آزاد و بررسی صحت استفاده از سیال هرشل بالکلی دایلاتنت مسئله شکست سد با استفاده از شرط مرزی انعکاسی حل شده است. در ادامه مسئله برخورد گوه به سیال نیوتنی صحت سنجی شده و با تغییر سه پارامتر لزجت، تنش تسلیم و توان نرخ برش در سیال هرشل بالکلی و استفاده از شرط مرزی نیروی دافعه موناقان مسئله برخورد شبیه سازی شده و نتایج آن به صورت مقادیر نیرو، ضریب فشار و سرعت گوه با هم و همچنین با نتایج آزمایشگاهی سیال نیوتنی مقایسه شده است. جهت صرفه جویی در زمان، مقادیر اولیه فشار هیدرواستاتیکی از ابتدا به سیال اعمال می شود.
    کلیدواژگان: برخورد گوه، سیال غیرنیوتنی، هرسچل بالکلی دایلاتنت، روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف، نیروی دافعه
  • حسن منصوری، حمیدرضا زارعی صفحات 51-61
    در این تحقیق، اثرات برخورد گلوله به یک مخزن سوخت با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج تجربی مقایسه شده است. در اثر نفوذ گلوله یک فشار داخلی بزرگ از جانب سوخت به دیوارهای مخزن وارد می آید که به نوبه خود می تواند آسیب های ساختاری شدیدی را به آن متحمل سازد. مسئله برهم کنش سازه و سیال در نظر گرفته شده با استفاده از دیدگاه اویلری-لاگرانژی و توسط نرم افزار ال اس داینا حل شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی های انجام شده با نتایج تجربی نشان داده است که نرم افزار ال اس داینا با دقت مناسبی قادر است تا فازهای مختلف برخورد را مدل سازی نماید. در تحقیقات پیشین انجام شده بیشتر مرحله نفوذ گلوله و فاز کاویتاسیون به صورت عددی شبیه سازی شده است. در این تحقیق کلیه مراحل شامل نفوذ گلوله، فاز کاویتاسیون، تنشهای وارده به مخزن وخروج گلوله بررسی شده است. مقایسه کانتورهای تنش ون میسز دیواره های مخزن خالی و مخزن حاوی سیال نشان از ازدیاد 30 درصدی ماکزیمم تنش ون میسز ایجاد شده در دیواره مخزن حاوی سیال نسبت به مقدار آن در مخزن خالی دارد. همچنین در این پژوهش علاوه بر آنچه در پژوهش های عددی قبل انجام شده است، مد خرابی مخزن حاوی مایع بصورت عددی تعیین شده است. نتایج عددی نشان می دهند که به دلیل وجود تنش های وارد شده از جانب سیال بر جداره های مخزن حاوی سیال، مد خرابی ایجاد شده در آن با مد خرابی مخزن خالی کاملا متفاوت است.
    کلیدواژگان: اویلری-لاگرانژی، برخورد، گلوله فوق سریع، مخزن حاوی سیال
  • ثارالله عباسی، افشین غلامعلی پور صفحات 62-70
    جریان نشتی نوک پره توربین یکی از عوامل موثر بر کاهش راندمان و عملکرد توربین های محوری است که می تواند موجب تخریب پره های توربین نیز گردد. لذا شناسایی و کنترل جریان نشتی نوک از اهمیت زیادی برخوردار است. در مقاله حاضر به بررسی اثر اندازه درز نوک و اعمال تغییر در شکل نوک پره به عنوان یک روش کنترلی غیرفعال بر ساختار جریان نشتی نوک و عملکرد کلی توربین پرداخته می شود. بدین منظور، تحلیل عددی جریان در یک توربین محوری دو طبقه با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می گردد. به منظور اطمینان از صحت نتایج حاصله، منحنی های عملکرد توربین با نتایج تجربی مقایسه و تطابق خوبی مشاهده گردید. با در نظر گرفتن چهار درز نوک مختلف (از %0. 5 تا %3 اسپن پره) ، منحنی های عملکرد توربین مورد بررسی قرار می گیرند. مشخص می گردد که افزایش اندازه درز نوک منجر به کاهش راندمان و افزایش افتهای موجود در توربین محوری می گردد. در ادامه به بررسی اعمال روش کنترلی غیرفعال (در دوازده حالت مختلف) از طریق تغییر شکل هندسه نوک پره به نحوی که اندازه درز نوک از لبه حمله تا فرار به صورت متغیرمی باشد. نتایج نشان می دهند که با تغییر شکل هندسی نوک پره، جریان نشتی نوک و بالتبع ورتکس های ایجاد شده تضعیف می گردند که این امر منجر به کاهش ضریب افت رتور می گردد. مشاهده کانتورهای جریان از ایجاد دمای کمتر در منطقه نوک پره به واسطه ایجاد جریان نشتی نوک ضعیف تر خبر می دهد که این امر به خنک کاری پره های توربین کمک می کند.
    کلیدواژگان: توربین محوری، جریان نشتی، درز نوک، کنترل غیر فعال
  • نرگس مقدادی، هانیه نیرومند اسکویی، مجید سلطانی صفحات 71-78
    امروزه سرطان یکی از عوامل اصلی مرگ و میر در جهان محسوب می شود و تفاوت بیولوژیکی افراد با یکدیگر موجب می شود که استفاده از یک برنامه ی درمانی واحد برای همه ی بیماران نتیجه ی مطلوبی نداشته باشد. به منظور شخصی سازی درمان، لازم است رفتار تومور در هر بیمار مشخص گردد؛ برای این منظور می توان از اطلاعات کلینیکی بیماران استفاده نمود. از میان روش های مختلف بررسی رشد تومور های سرطانی، روش های مدل سازی به علت انعطاف پذیری بیشتر برای بررسی شرایط مختلف، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته اند. مطالعات متعددی در زمینه بررسی تومورهای مغزی صورت گرفته است اما تنها مطالعات محدودی از تصاویر پزشکی خود بیمار برای شخصی سازی مدل رشد استفاده کرده اند. در مطالعه ی حاضر به بررسی رشد تومور مغزی با استفاده از مدل سازی ریاضی مبتنی بر تصاویر پزشکی ام آر پرداخته شده و اثر جرمی و ترم-های واکنش مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته اند؛ هم چنین برای اولین بار پارامتر کسر درون سلولی برای ایجاد ارتباط میان مدل و تصاویر مربوط به تومور مغزی، به کار رفته است. نتایج پیش بینی شده با استفاده از دو معیار خطای جذر میانگین مربعات کسر درون سلولی و ضریب دایس مورد مقایسه قرار گرفته اند. طبق این نتایج درنظر گرفتن اثر جرمی در مدل ریاضی رشد تومور مغزی موجب بهبود پیش بینی می شود. هم چنین لازم است به منظور بهبود دقت پیش بینی، ترم واکنش مناسب با توجه به اطلاعات پزشکی بیمار در مدل سازی درنظر گرفته شود. از روش ارائه شده در این پژوهش می توان به عنوان مبنایی جهت شخصی سازی درمان در بیماران مبتلا به تومور مغزی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: تومور مغزی، اثر جرمی، ترم واکنش، مدل سازی ریاضی، شخصی سازی درمان
  • امید نجف زاده اصل، نبی الله رضایی، محمدحسین پل صفحات 79-89
    لوله های کامپوزیتی در طول استقرار در محل یا کارکرد، ممکن است تحت بارهای ضربه ای قرار گیرند. با تعیین خواص ضربه ای لوله های کامپوزیتی و بهره گیری از آن ها در فرایند طراحی، صحت رفتار این سازه ها در شرایط بارگذاری ضربه ای تضمین می شود. در این پژوهش، رفتار لوله های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری دینامیکی محوری به صورت تجربی، بررسی شده است. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر چگالی الیاف، زاویه چیدمان الیاف، قطر داخلی لوله و انرژی ضربه بر میزان تخریب لوله ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت. برای تهیه نمونه های کامپوزیتی از الیاف شیشه نوع E با دو چگالی متفاوت 200 gr⁄m^2 و 400 gr⁄m^2 استفاده شد. نمونه ها توسط یک فیکسچر، بر روی دستگاه سقوط وزنه دانشگاه تفرش قرار داده شدند و ضربه زن از ارتفاع 2 متری بر روی آن ها رها شد. نمودارهای نیرو-جابجایی برای هر آزمایش، استخراج و با یکدیگر مقایسه شدند. همچنین پارامتری به نام جذب انرژی ویژه، جهت مقایسه بهتر کارایی نمونه ها به عنوان انرژی ، برای نمونه های تمام آزمایش ها محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش چگالی الیاف، تعداد لایه ها و قطر داخلی لوله، سبب افزایش انرژی جذب شده ویژه می شود. همچنین مشاهده شد که با افزایش انرژی ضربه دینامیکی محوری، خواص مکانیکی نمونه تغییر پیدا کرده و نمونه مستحکم تر خواهد شد.
    کلیدواژگان: لوله های کامپوزیتی، بارگذاری دینامیکی محوری، انرژی جذب شده ویژه، سقوط وزنه
  • مجتبی حقگو، رضا انصاری خلخالی، ابوالفضل درویزه، محمدکاظم حسن زاده اقدم صفحات 90-98
    در این تحقیق، یک مدل تحلیلی برای مطالعه ی رفتار دینامیکی و ویسکوالاستیک نانوکامپوزیت پلیمری استفاده شده است. مدل تحلیلی با استفاده از ادغام مدل میکرومکانیکی سلول واحد و مدل جامد خطی استاندارد به دست آمده است. اصل انطباق بولتزمن برای ایجاد روابط ساختاری استفاده شده است. ابتدا کرنش متناسب با فرایند آسایش به دست آمده است. سپس با استفاده از ایده ی خطی سازی اصل انطباق بولتزمن، پیشینه تنش به دست می آید. در پایان، تابع خزش مرتبط با مدول آسایش به دست می آید و حلقه هیسترزیس برای مواد نانوکامپوزیت ترسیم می شود. پاسخ خزش با زمان به صورت سینوسی تغییر می کند و تابعی از پیشینه تنش است. مدول های اتلاف و انباشتگی و رفتار ماده در فضای لاپلاس به ترتیب توسط مدل جامد خطی استاندارد و مدل میکرومکانیکی سلول واحد به دست آمده است. مدل جامد خطی استاندارد با موازی کردن مدل کلوین و مدل مکسول به دست می آید. مدل با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است. تاثیرات ضخامت فاز میانی، درصد حجمی نانولوله ی کربنی و زاویه ی فازی بر حلقه هیسترزیس بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با افزایش درصد حجمی نانولوله ی کربنی و زاویه ی فازی سطح حلقه هیسترزیس به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. هم چنین ضخامت فاز میانی تاثیرات قابل توجهی بر رفتار دینامیکی نانوکامپوزیت دارد.
    کلیدواژگان: میکرومکانیک، سلول واحد، ویسکوالاستیک، هیسترزیس، جامد خطی استاندارد
  • مجید دامادی پور، رضا تاری نژاد صفحات 99-109
    تحلیل مودال عملیاتی، به عنوان شاخه ای از شناسایی سیستم، نقش بسیار مهم و کاربردی در تعیین مشخصات دینامیکی سازه ها ایفا می کند. در این رویکرد عملیاتی که مبتنی بر آزمایش ارتعاش محیطی تحقق می پذیرد، بارهای محیطی و بهره برداری به عنوان منشا تحریک سازه در نظر گرفته می شوند. در تحقیق حاضر، یک روش تلفیقی تشکیل یافته از تجزیه حوزه فرکانس (FDD) و تبدیل موجک (WT) ، تحت عنوان FDD-WT، به منظور شناسایی فرکانس های طبیعی و نسبت های میرایی یک سد بتنی قوسی پیشنهاد شده است. علاوه بر این، تبدیل موجک پاسخ های لرزه ای نیز به منظور صحت سنجی و مقایسه نتایج محاسبه شده اند. برای این منظور، با استفاده از نمایش زمان- فرکانس بدست آمده از تبدیل موجک، موقعیت زمانی و فرکانسی مودهای سیستم در طی وقوع زلزله های مختلف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در این مقاله، سد بتنی قوسی پاکویما واقع در ایالت کالیفرنیای آمریکا به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است و از رکوردهای لرزه ای مربوط به زلزله های 1994 نورتریج، 2001 سن فرناندو و 2008 چینوهیلز نیز به منظور ارزیابی مشخصات دینامیکی و کنترل سلامت سازه ای، در طول دوره زمانی 1994 تا 2008 استفاده شده است. بررسی تغییرات فرکانس های طبیعی سازه نشان می دهد که سد مذکور در طی زلزله 1994 نورتریج (حدود ثانیه چهارم) دچار آسیب جدی شده بود، در حالی که ارتعاشات این سازه بتنی در طی 4 ثانیه اول این زلزله و نیز زلزله های 2001 و 2008، تقریبا به صورت خطی بوده است.
    کلیدواژگان: تحلیل مودال عملیاتی، آزمایش ارتعاش محیطی، تجزیه حوزه فرکانس، تبدیل موجک، کنترل سلامت سازه ای
  • سعید فرساد، محمد علی اردکانی، فواد فرحانی صفحات 110-116
    در اندازه گیری جریان دوبعدی توسط جریان سنج سیم داغ، حساسیت سنسور به تغییر جهت جریان (حساسیت جهت یا پاسخ زاویه-ای) از اهمیت زیادی برخوردار است. پاسخ زاویه ای سنسور، رابطه بین بردار سرعت جریان و انتقال حرارت از سنسور است که توسط تابع حساسیت تعیین می شود. در این مقاله با هدف بررسی دو تابع حساسیت شناخته شده (قانون کسینوسی و رابطه هینز) با استفاده از آزمایش های تونل باد، تاثیر عوامل مختلفی از جمله شرایط جریان (سرعت و جهت) ، شرایط هندسی پراب (نسبت هندسی طول به قطر سنسور، l/d) و شرایط عملکردی پراب (دمای سنسور) بر محدوده قابلیت استفاده از قانون کسینوسی و مقدار ضریب حساسیت k بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، بازه زاویه ای استفاده از قانون کسینوسی به شرایط جریان و شرایط هندسی پراب وابسته است. در صورتی که خطای اندازه گیری توسط قانون کسینوسی تا 1% قابل قبول باشد، محدوده زاویه ای قابلیت کاربرد این قانون برای اندازه گیری جریان با سرعت هایی بیش از 10 m/s، به حدود ±30° میرسد. در نسبت های هندسی بالاتر از 600، اندازه گیری توسط قانون کسینوسی از دقت خوبی برخوردار است. همچنین ضریب k، کاملا به شرایط جریان و شرایط هندسی پراب وابسته است، به نحوی که مقدار آن با افزایش زاویه و سرعت جریان و همینطور نسبت هندسی l/d، کاهش می یابد. نتایج این تحقیق در انتخاب و طراحی مناسب پراب برای افزایش دقت و بازه اندازه گیری دوبعدی جریان توسط جریان سنج سیم داغ قابل استفاده می باشد.
    کلیدواژگان: جریان سنج سیم داغ، نسبت هندسی پراب، حساسیت جهت، ضریب حساسیت، قانون کسینوسی
  • محمود مزارع، مصطفی تقی زاده، مهدی پورقلی صفحات 117-125
    در این مقاله، کنترل کننده پیش بین غیرخطی مقاوم بهینه بر مبنای الگوریتم جستجوی هارمونی برای یک نوع ربات موازی سه درجه آزادی انتقالی طراحی شده است. مدل دینامیکی مکانیزم با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده و کنترل کننده پیش بین به همراه تخمین گر عدم قطعیت، طراحی و پایداری آن با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات شده است. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، یک مسیر بهینه برای ربات در حضور چهار مانع دایروی طراحی شده و به عنوان مسیر مطلوب به ربات داده شده است. برای تعیین پارامترهای کنترلی بهینه، یک تابع هزینه بصورت ترکیبی از نرخ تغییرات ورودی کنترلی و خطا در نظر گرفته شده و به الگوریتم جستجوی هارمونی جهت کمینه سازی داده شده است. به منظور مقایسه عملکرد کنترل کننده طراحی شده با سایر کنترل کننده های غیرخطی، دو کنترل کننده مود لغزشی بهینه و خطی سازی پسخورد بهینه نیز طراحی و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بیانگر عملکرد مطلوب هر سه کنترل کننده در شرایط وجود اغتشاش و عدم قطعیت های مدل می باشند، اگرچه معیارهای خطا برتری کنترل کننده پیش بین غیرخطی مقاوم را نسبت به دو کنترل کننده دیگر نشان می دهند.
    کلیدواژگان: ربات ها موازی، مدل سازی دینامیکی، معادلات سیستم مقید، کنترل پیش بین
  • مهدی حبیبی، جلال یوسفی، مهدی احمدی نجف آبادی صفحات 126-134
    جدایش بین لایه ای یکی از مهم ترین عیوب در مواد کامپوزیتی لایه لایه می باشد که وجود این عیب در یک سازه باعث کاهش استحکام آن سازه می گردد. در این مقاله، روشی با قابلیت اطمینان بالا برای ارزیابی جدایش بین لایه ای در کامپوزیت های لایه ای با استفاده از روش نشر آوایی پیشنهاد شده است. ابتدا یک روش جدید برای تجزیه بنیادی حالت های موجی در نمونه های کوچک توسعه داده شد. مکانیزم های خرابی در مد II شکست برای نمونه های بافته و تک جهته با استفاده از روش دسته بندی فازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. پس از آن، پدیده توقف ترک در هر نمونه مورد بررسی گردید. در ادامه، تست های تجربی و مدل سازی لایه چسبنده برای مشخص کردن جدایش بین لایه ای در نمونه های مود دو به کار گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که امکان پذیر است اثر پراکندگی صوت نظیر اتلاف سیگنال های نشرآوایی با استفاده از روش پیشنهادی جدید را با موفقیت کاهش داد. به عنوان نکته نهایی، نتایج این مطالعه می تواند انواع خرابی را در کامپوزیت های لایه ای به طور موثر با استفاده از تکنیک موجی انتشار آوایی متمایز سازد.
    کلیدواژگان: موج لمب، نشر آوایی، مکانیزم خرابی، کامپوزیت لایه ای، جدایش بین لایه ای???????
  • داود شاهقلیان قهفرخی، غلامحسین رحیمی صفحات 135-143
    پوسته های کامپوزیتی تقویت شده مشبک به دلیل خواص منحصربفردشان، یکی از سازه های پرکاربرد در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی می باشد. در دهه های اخیر تحقیقات بسیاری زیادی برای پیش بینی بار بحرانی کمانش پوسته های کامپوزیتی تقویت شده مشبک، بدون خرابی یا شکست انجام شده است. یکی از مهم ترین روش های غیرمخرب، روش همبستگی ارتعاشی یا وی سی تی می باشد که مبنای آن آنالیز ارتعاشات غیرخطی می باشد. هدف تحقیق حاضر پیش بینی بار بحرانی کمانش پوسته های استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده با شبکه های لوزی شکل با استفاده از روش وی سی تی می باشد. برای این منظور در ابتدا تحلیل ارتعاشات خطی و غیرخطی پوسته ی استوانه-ای کامپوزیتی با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس و در بارهای فشاری مختلف انجام شد. در مرحله ی بعد با استفاده از نتایج عددی، بار بحرانی کمانش خطی سازه مذکور محاسبه شد. سپس به کمک روش وی سی تی بار بحرانی کمانش غیرخطی پوسته ها ی استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده مشبک پیش بینی گردید. در ادامه و برای صحت سنجی نتایج روش وی سی تی، پنج پوسته ی کامپوزیتی تقویت شده مشابه و با شرایط یکسان و با استفاده از روش پیچش الیاف ساخته شد و تحت آزمون فشار محوری قرار داده شد. در نهایت بار بحرانی کمانش تجربی به دست آمد. نتایج نشان می دهد که اختلاف بار بحرانی کمانش غیرخطی پیش بینی شده به روش وی سی تی با بار بحرانی کمانش به دست آمده از آزمایش تجربی کمتر از 3 درصد می باشد که این موضوع دال بر مناسب بودن روش وی سی تی برای پیش بینی بار بحرانی کمانش با دقت بسیار بالا برای پوسته های استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده با شبکه های لوزی شکل می باشد.
    کلیدواژگان: پوسته های استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده ی مشبک، روش همبستگی با ارتعاشات، کمانش، ساخت، تحلیل عددی
  • علی کیماسی خلجی، مصطفی جلال نژاد صفحات 144-152
    در تحلیل کنترل حرکت خودکار ربات های چرخدار با فرض عدم لغزش چرخ ها (غلتش خالص) نتایج رضایت بخشی وجود دارد، اما متاسفانه در عمل به خاطر وجود عدم قطعیت هایی مانند لغزش چرخ ها به خصوص در کاربردهایی همچون کشاورزی که شرایط کار دارای ناهمواری ها نیز می باشد، نتایج تحت تاثیر قرار گرفته و کیفیت عملکرد روش های کنترلی تحت الشعاع قرار می گیرد. کنترل ایده آل سیستم های چرخدار با فرض وجود قیود عدم لغزش غیرهولونومیک انجام شده در حالی که در سیستم واقعی به خاطر حضور لغزش ها این قیود نقض می شوند. در این مقاله، مسئله کنترل تعقیب مسیر ربات چرخ دار در حضور پدیده لغزش انجام شده است. برای در نظر گرفتن اثرات لغزش ها، مدل آنها وارد معادلات سینماتیک مساله می گردند. به عبارت دیگر این اثرات به عنوان پارامترهای ناشناخته به مدل سینماتیک ایده آل اضافه می شود. این پارامترهای ناشناخته را با یک روش تطبیقی تخمین زده و با الگوریتم کنترلی بازگشت گام به گام سیستم را کنترل می نماییم. قانون کنترلی بازگشت گام به گام برای تعقیب مسیرهای مرجع ربات طراحی گردیده و ربات را به صورت مجانبی حول مسیرهای حرکت زمانی مرجع پایدار می سازد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی می تواند تعقیب مسیر ردیابی را در حضور لغزش چرخ ها تضمین کند. در پایان نتایج بدست آمده برای مسیرهای مرجع ارائه گردیده و نتایج مقایسه ای کارایی استفاده از تخمین لغزش ها در کنترل سیستم را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، سیستم های غیرهولونومیک، تعقیب مسیرهای حرکت زمانی، روش بازگشت گام به گام
  • عارف سلیمی نیا، محمد مهدی ابوترابی صفحات 153-162
    یکی از راه های کاهش دمای ناحیه برش، استفاده از خنک کار مناسب است. خنک کارهای رایج، علاوه بر اثر نامطلوب بر سلامتی اپراتور، باعث آلودگی محیط زیست نیز می شوند. به این دلیل، علاقه به ماشین کاری خشک یا روش های خنک کاری سبز در سال های اخیر افزایش زیادی یافته است. یکی از روش های خنک کاری سبز، خنک کاری تبریدی است که در آن، معمولا از نیتروژن مایع به عنوان خنک کار در فرآیند براده برداری استفاده می شود. در این مقاله، اثر خنک کاری تبریدی به وسیله نیتروژن مایع بر دما و سایش ابزار برشی در فرآیند تراشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 مورد بررسی قرار گرفته است. از بین روش های مختلف خنک کاری تبریدی، روش پاششی به علت تاثیر مستقیم بر ناحیه برش، انتخاب شده است. ماشین کاری با روش های خنک کاری تبریدی و معمولی و همچنین ماشین کاری خشک انجام شده است. مقایسه نتایج به دست آمده نشان می دهد که ترا شکاری تبریدی فولاد 304 در مقایسه با ترا شکاری خشک و معمولی، دما را به ترتیب تا 83 و 67 درصد و سایش در سطح آزاد ابزار را به ترتیب تا 75 و 53 درصد کاهش می دهد. آنالیز واریانس نشان داد که سرعت برشی نسبت به نرخ پیشروی تاثیر بسیار بیشتری بر دما و سایش ابزار دارد. افزایش سرعت برشی در تمام حالت های روانکاری باعث افزایش دما و سایش ابزار شده است.
    کلیدواژگان: تراشکاری، خنک کاری تبریدی، سایش ابزار، دما، نیتروژن مایع
  • حسین تقی پور، محمد دامغانی نوری صفحات 163-173
    در این پژوهش تاثیر بهینهسازی ساختاری هسته های مشبک در تیرهای ساندویچی به عنوان جاذب انرژی با نرم افزار اباکوس ، مورد مطالعه قرار گرفته است. ارتباط بین نیرو و جابهجایی در مرکز تیر با استفاده از نتایج آزمایشگاهی بدست آمده است. دو نوع هسته مشبک از جنس فولاد با سه جهت گیری متفاوت در سلولهای هسته، تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین به صورت خمش سه نقطه، مورد بررسی قرار گرفته است. هسته تیر ساندویچی از صفحات فلزی گسترش یافته ساخته شده که برای بهینهسازی ساختاری و حذف سلول های ناکارآمد از روش ریزسازه های ایزوتروپیک جامد با تابع جریمه (SIMP) استفاده شده است. در ادامه با انجام بهینهسازی ساختاری، به بررسی پارامترهای ضربه پذیری، از جمله جذب انرژی ویژه، بعنوان اهداف آزمایش پرداخته شده است. این نوع سیستم جاذب انرژی، میتواند در صنایع هوایی، کشتی سازی، خودروسازی، صنایع ریلی و آسانسورها جهت جذب انرژی ضربه مورد استفاده قرار گیرد. نتایج تحلیل آزمایشگاهی و بررسی عددی در بارگذاری خمشی نشان داد، که به کارگیری روش بهینهسازی ساختاری، میتواند ظرفیت جذب انرژی را به صورت قابل ملاحظه ای افزایش دهد. نتایج آزمایشهای خمشی نشان داد که ظرفیت جذب انرژی ویژه در تیر ساندویچی با ساختاربهینه، بین 45 تا 94%افزایش یافته است. همچنین، جهت گیری مناسب هسته مشبک در تیر ساندویچی با ساختاری بهینه موجب افزایش جذب انرژی ویژه تا بیش از 90% میشود. در انتها ساختارهای هندسی بهینه برای سه درصد مختلف کاهش حجمی، و بهترین نمونه ها از لحاظ معیارهای در نظر گرفته شده با توجه به اهداف طراحی، معرفی میشوند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی ساختاری، جذب انرژی، هسته مشبک فلزی، تیر ساندویچی، بارگذاری عرضی
  • حسین قره باغی، محمدرضا محمدعلیها صفحات 174-180
    جوشکاری در صنایع هوافضا از اهمیت بسیاری برخوردار بوده و در اتصالات سازه ‏های هوافضایی کاربرد فراوانی دارد. از مشکلاتی که اغلب صنایع کشور با آن مواجه ‏اند تنش پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری است. تنش پسماند در نواحی اطراف جوش می‏تواند باعث ایجاد و رشد ترک شود به همین علت شناخت و بررسی آن در سازه‏ های جوشکاری شده ضروری می‏باشد. روش‏های مختلفی برای اندازه ‏گیری تنش پسماند وجود دارد. در این مقاله به معرفی انواع روش‏های آزمایشگاهی و عددی در جهت تعیین تنش پسماند پرداخته شده است. سپس به کمک فرآیند جوش آرگون دو ورق آلومینیومی از جنس آلیاژ 6061-T6 به یکدیگر متصل شده‏ و تنش‏های پسماند حاصله به روش سوراخ کاری‏ به دست آمده است. جوشکاری به صورت دو پاسه صورت گرفته و توسط جوش نقطه‏ ای ابتدا، انتها و وسط خط جوش برای جلوگیری از جابجایی ورق‏ها به یکدیگر متصل شده ‏اند. همچنین فرآیند جوشکاری دو ورق آلومینیومی مذکور به صورت سه‏ بعدی در نرم‏ افزار اجزاء محدود آباکوس شبیه‏ سازی شده و تنش‏های پسماند استخراج شده‏ است. تمامی شرایط در تحلیل اجزای محدود مشابه شرایط جوشکاری در آزمایشگاه در نظر گرفته شده است، نتایج حاکی از دقت بالا در مدلسازی اجزای محدود فرآیند جوشکاری دارد. در نهایت تاثیر حضور تنش‏های پسماند در مقادیر فرکانس‏های طبیعی مورد بررسی قرار گرفته شده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی فرآیند جوشکاری، رشد ترک، تنش پسماند، فرکانس طبیعی
  • قاسم حیدری نژاد، امیر یوسفی صفحات 181-190
    با توسعه روزافزون رایانه ها استفاده از روش های عددی برای حل مسائل مهندسی کاربرد بسیاری یافته است. از جمله ی این روش ها می توان به روش هایی همچون تفاضل محدود، المان محدود، حجم محدود، روش المان مرزی و... اشاره نمود. در این پژوهش از روش المان مرزی برای شبیه سازی عددی استفاده شده است. تفاوت روش المان مرزی با روش هایی همچون روش المان محدود در ریاضیات حاکم بر مساله است. در این روش ابتدا از معادله دیفرانسیلی حاکم بر مساله یک بار انتگرال گرفته می شود. این انتگرال گیری منجر به کاهش یک بعد از ابعاد مساله می گردد و سپس اقدام به شبیه سازی می شود. در این پژوهش ابتدا با استفاده از یک تغییر متغیر معادله ناویر استوکس به معادله ناویر در الاستواستاتیک تبدیل می گردد. سپس از روش های پیشنهادی برای مساله الاستواستاتیک، برای حل جریان سیال لزج استفاده می شود. در واقع تفاوت اصلی میان این شیوه و سایر شیوه های پیشنهادی در روش المان مرزی در پاسخ بنیادینی است که در این شیوه از آن استفاده شده است. در واقع در این پژوهش، برخلاف پژوهش های پیشین، از پاسخ بنیادین معادله ناویر استفاده شده است. در پایان با استفاده از ریاضیات حاکم بر مساله یک برنامه کامپیوتری برای حل جریان سیال لزج نوشته شد. این برنامه برای دو هندسه متفاوت داخل حفره و پشت پله اعمال گردید، که به ترتیب تا اعداد رینولدز 600 و 100 موفق به دست یابی به پاسخ های همگرا شدیم.
    کلیدواژگان: روش المان مرزی، جریان سیال لزج، معادله ناویر استوکس، حفره، الاستواستاتیک
  • محمد حیدری رارانی، محسن احمدی جبلی صفحات 191-200
    امروزه هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی سازگار با محیط زیست مورد توجه صنعت حمل و نقل قرار گرفته است. استفاده از مخازن تحت فشار کامپوزیتی نوع IV به دلیل نسبت استحکام به وزن مناسب آن ها، راه حلی مطمئن برای ذخیره گاز هیدروژن متراکم به شمار می آید. مخازن تحت فشار کامپوزیتی نوع IV از سه بخش اصلی، لاینر پلیمری، فلنج فلزی و پوسته کامپوزیتی الیاف کربن/اپوکسی تشکیل شده اند. در ناحیه عدسی های این مخازن به دلیل کاهش شعاع و تجمع رزین، ضخامت لایه های کامپوزیتی و زاویه الیاف افزایش می یابد و این امر مدل سازی این نواحی را در این مخازن به جدی ترین چالش تبدیل کرده است. افزونه WCM به منظور شبیه سازی المان محدود متقارن محوری یا سه بعدی مخازن تحت فشار کامپوزیتی نوع III و IV، برای نرم افزار آباکوس ارائه شده است. در این افزونه علاوه بر کمیت هایی چون ضخامت لایه ها و زاویه الیاف می توان کمیت های ساختی چون پهنای باند، زاویه انتقال و بخش پایانی را نیز تعیین کرد تا مدل سازی دقیق تری حاصل شود. در این پژوهش، مخزن تحت فشار کامپوزیتی نوع IV با حجم داخلی دو لیتر، توسط افزونه WCM در نرم افزار آباکوس مدل شده است. مقایسه نتایج عددی حاصل از این مدل سازی با نتایج تجربی و شبیه سازی های موجود در مقالات، دقت قابل قبول این مدل سازی را نشان می دهد. همچنین در این پژوهش، پس از استخراج تنش های راستای اصلی ماده و کدنویسی روابط حاکم بر معیارهای شکست مواد کامپوزیتی چون تسای-هیل، تسای- وو و هشین، فشار تخریب مخزن پیش بینی شده است که در پژوهش های دیگر به آن پرداخته نشده است.
    کلیدواژگان: مخزن تحت فشار، پیچش الیاف، افزونه WCM، فشار انفجار
  • اباذر آباده، محمد پسندیده فرد، محمد جواد مغربی صفحات 201-210
    بهبود انتقال حرارت در صنایع مختلف و مشخصا در مبدل های حرارتی کاربرد فراوان دارد. بهینه سازی انتقال حرارت در مقابل عدم افزایش انرژی مورد نیاز پمپاژ، منتج به افزایش راندمان کل در سیستم های مختلف خواهد شد. در این پژوهش بررسی جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی اجباری در رژیم جریان آرام توسعه یافته هیدرودینامیکی، در یک لوله افقی و تحت شارهای حرارتی یکنواخت و پله، به صورت آزمایشگاهی مورد توجه است. تاثیر استفاده از سه مدل مختلف اعمال شار حرارتی یکنواخت، پله صعودی و پله نزولی بر انتقال حرارت و جریان سیال، بررسی می گردد. مطالعه تاثیر پارامترهای مختلف بر مشخصه های انتقال حرارت و جریان سیال در مدل-های مختلف اعمال شارهای حرارتی، گزارش شده است. آنالیز عدم قطعیت صورت گرفته و حداکثر مقدار قابل قبول 1. 8 درصد بدست آمده است. در این مقاله برای اعتبار سنجی، بررسی نتایج اولیه در قیاس با رابطه معروف شاه و لاندن صورت گرفته است و تطابق نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی با حداکثر خطای 8. 5 درصد گزارش شده است. در این پژوهش دو رویکرد تحلیل انرژی و اگزرژی مورد توجه قرار دارد و در تحلیل با رویکرد انرژی، بهبود ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری 19. 3 و 22. 3 درصد به ترتیب برای مدل دو و سه نسبت به مدل شماره یک بدست آمده و در تحلیل اگزرژی، مقادیر بازگشت ناپذیری 0. 0887، 0. 1037 و 0. 0807 به ترتیب برای مدل های یک، دو و سه گزارش شده است. نتایج نشان می دهد که مدل شماره سه دارای بیشترین مقدار متوسط ناسلت و کمترین مقدار تولید آنتروپی است
    کلیدواژگان: شار حرارتی، بهبود ضریب انتقال حرارت، جریان سیال، اگزرژی، انرژی
  • مجتبی درودی، فرشاد کوثری صفحات 211-222
    شناسایی عیوب واقع بر سطوح داخلی لوله ها، به علت ویژگی ذاتی این سطوح که غیرقابل دسترس می باشند، همواره فرآیندی دشوار بوده است. در این پژوهش به طراحی روشی نوین در شناسایی محل عیوب واقع بر سطوح داخلی لوله ها و تخمین دقیق پارامترهای هندسی آن از قبیل طول عیب و متوسط عمق کاسته شده از دیواره لوله پرداخته شده است. روش کار بدین صورت است که در محل بازرسی، یک گرم کن نواری بر روی سطح بیرونی لوله قرارگرفته و برای مدت کوتاهی شار حرارتی مشخصی به آن سطح اعمال می گردد و دمای حسگرهای واقع در زیر گرم کن در زمان اعمال شار حرارتی و اندکی پس ازآن اندازه گیری می شود. افزایش موضعی درجه حرارت در قسمتی از سطح بیرونی لوله، نشان از وجود عیب بر روی سطح داخلی آن است؛ در این صورت با فرض یک عیب با پارامترهای نامشخص بر روی سطح داخلی لوله و بهره گیری از روش رسانش حرارتی معکوس، فرآیند شبیه سازی عددی در یک الگوریتم تکرارپذیر تا جایی ادامه می یابد که پارامترهای هندسی نامشخص عیب موجود به نحوی تخمین زده شود که اختلاف دمای اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در محل حسگرها حداقل شود.
    کلیدواژگان: شناسایی عیوب، سیستم لوله، معادله رسانش حرارتی، مسئله معکوس
  • صابر یکانی مطلق، محمد مهدیزاده یوشانلویی صفحات 223-231
    امروزه نانو سیالات مغناطیسی به دلیل کاربرد های متنوع در زمینه های مختلف از جمله پزشکی و صنعت توجه بیشتری را به خود جلب کرده اند. در این مقاله، برای اولین بار طرحی برای پمپ کردن فروسیالات و نانو سیالات مغناطیسی توسط نیروی کلوین ناشی از میدان مغناطیسی غیر یکنواخت داخل میکروکانالها ارائه و با عنوان میکروپمپ فروهیدرودینامیکی (FHD) نامگذاری شد. سپس به بررسی عددی جریان نانوسیال مغناطیسی درون میکرو کانال با سطح مقطع چهارگوش در حضور میدان مغناطیسی ناشی از آهنربای دائم پرداخته شد. در کار حاضر، نانوسیال مغناطیسی متشکل از نانو ذرات اکسید آهن که به طور کاملا همگن درون سیال پایه آب مخلوط شده است، استفاده شده است. معادلات حاکم از اضافه کردن ترم نیروی حجمی کلوین به معادلات ناویر-استوکس حاصل شده که به روش حجم محدود و توسط الگوریتم پیزو گسسته شده است. برای مطالعه پارامترهای تاثیر گذار در عملکرد میکرو پمپ FHD، بازه ای منتخب از قطر نانوذرات، کسر حجمی نانوذرات، مغناطیس شوندگی اشباع، طول و عرض آهنربا مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان داده اند که افزایش هر یک از پارامتر های مذکور منجر به افزایش سرعت در کانال میشوند که ناشی از افزایش نیروی کلوین در طول کانال می باشد. تاثیر قطر نانوذرات مغناطیسی بر سرعت ایجاد شده در کانال نسبت به پارامترهای دیگر بیشتر بود. همچنین آهنربا در حالت عمودی سرعت بیشتری را نسبت به حالت افقی ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: نانوسیال مغناطیسی، فروهیدرودینامیک، میکروپمپ فروهیدرودینامیکی، آهن ربای دائم
  • احمد قاسمی قلعه بهمن، علی خاکباز صفحات 232-240
    این مطالعه با هدف بررسی ارتعاشات عرضی صفحات گرافن تک لایه و دو لایه واقع در محیط الاستیک بر اساس تئوری تغییر شکل مرتبه سوم برشی با در نظر گرفتن اثر نیروی محوری و در غالب نظریه الاستیسیه غیرموضعی ارینگن انجام شده است که در آن معادلات حاکم بر حرکت با استفاده از اصل همیلتون بدست آمده است. برتری مدل پیوسته غیرموضعی مورد مطالعه نسبت به همتای موضعی آن، در نظر گرفتن اثر اندازه روی رفتار مکانیکی سازه می باشد. نتایج حاصل از یک تحلیل فرکانس طبیعی برای شرایط مختلف مانند تاثیر اندازه و نسبت ابعادی، نیروی محوری، ضریب غیرموضعی و اثرات ناشی از تغییر در خواص سفتی محیط الاستیک اطراف با استفاده از روش ناویر و برای شرایط مرزی تکیه گاه ساده بدست آمده است. با توجه به اینکه در صفحه گرافن دولایه، سیستم دارای یک مود ارتعاشی هم فاز ویک مود ارتعاشی غیر هم فاز با اختلاف فاز 180 درجه است، تاثیر نیروی ون دروالس در هر دو مود ارتعاشی مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شد که نیروی ون دروالس اثری روی مود ارتعاشی هم فاز نداشته و با افزایش آن فرکانس غیرهم فاز افزایش می یا بد. همچنین مشخص شد که پارامتر غیرموضعی یک پارامتر ثابت نبوده بلکه مقدار آن به اندازه و ساختار اتمی مانند آرایش کایرال یا زیگزاگ و حتی به نوع شرایط مرزی وابسته است.
    کلیدواژگان: نظریه غیرموضعی، ارتعاشات آزاد، صفحه گرافن، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم، نیروی محوری
  • محمدرضا انصاری، مهدی اسماعیل پور صفحات 241-252
    در مقاله حاضر جریان دوفازی آب و هوا روی سرریز پلکانی در حالت دو بعدی، تراکم ناپذیر و ویسکوز شبیه سازی شده است. بدین منظور از یک مدل عددی جدید با توانایی های بالا استفاده شده است که ترکیبی از دو مدل پایه می باشد؛ مدل حجم سیال (VOF) که از یک الگوریتم تعقیب سطح مشترک برای مدلسازی جریان دوفازی استفاده می کند و مدل دو سیالی که بر اساس معادلات متوسط گیری شده مکانی و زمانی بوده و نمی تواند سطح مشترک را به خوبی بازسازی نماید. مدل حاضر کاستی های هر دو مدل را مرتقع و نتایج را با دقت بالا ارائه می دهد. مسئله اساسی در مدل ترکیبی، انتخاب یک معیار مناسب جهت تغییر وضعیت بین دو مدل پایه است. این معیار بر اساس تخمینی از پراکندگی موضعی سطح مشترک در هر سلول می باشد. روش تدوین شده عددی در کار حاضر برای مطالعه تاثیر هوادهی در سرریز پلکانی، حفره هایی را در لبه بالایی پله ها بکار گرفته و مکش هوا و تاثیر آن بر توزیع جریان را بررسی نموده است. . نتایج به دست آمده نشان می دهد در قسمت ابتدایی پلکان میزان پراکندگی پایین بوده و مدل ترکیبی بیشتر از مدل VOF بهره می‏برد اما در پلکان های پایین که جریان پراکنده می شود مدل دوسیالی جایگزین می گردد. نتایج حاصل از مدل ترکیبی با ارائه کانتورهای کسر حجمی، فشار، سرعت و خطوط جریان با نتایج حاصل از مدل دوسیالی مقایسه شده است. مقایسه نتایج با یکدیگر نشان داده است که مدل ترکیبی نسبت به مدل پایه، با نتایج آزمایشگاهی انطباق بیشتری داشته و نتایج فیزیکی واقعی تری ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: هوادهی سرریز پلکانی، جریان دوفازی، مدل ترکیبی، مدل دو سیالی، مدل حجم سیال (VOF)
  • ناصر اسماعیلی، رضا کاظمی، حامد طباطبایی اوره صفحات 253-264
    امروزه استفاده از خودروهای طویل مفصلی رو به افزایش است. از دلایل اصلی گرایش به این نوع خودروها می توان به استفاده از واحد های کشنده کمتر برای حمل دو یا چند تریلر اشاره نمود. به عبارت دیگر برای حمل مقدار بار یکسان، به جای استفاده از چند کشنده شبه تریلر، می توان از تعداد کمتری خودروی طویل مفصلی استفاده نمود. کاهش مصرف سوخت، تولید آلودگی و گاز های گلخانه ای کمتر و همچنین بکارگیری نیروی انسانی کمتر جهت هدایت خودرو برای حمل بار یکسان به نسبت خودروی مفصلی معمولی از دیگر مزایای استفاده از خودروهای طویل مفصلی می باشد. مشکل عمده این خودرو ها مانورپذیری ضعیف در سرعت پایین و عملکرد جانبی نامناسب در سرعت بالا می باشد، که موجب تصادف ها و خسارت های جانی و مالی می شود. بنابراین برای ارتقا ایمنی آن ها به یک سیستم کنترلی نیاز است، که عملکرد خودروهای طویل را بهبود بخشد و از ناپایداری آن ها جلوگیری نماید. در این پژوهش پس از استخراج و صحه گذاری مدل دینامیکی، از یک متد کنترلی جدید مبتنی بر ترکیب کنترل کننده های فعال حذف کننده اختلالات و مد لغزشی بازگشتی، به منظور تنظیم دینامیک سمتی خودروی طویل مفصلی استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان گر برتری این متد جدید نسبت به کنترل کننده های بهینه خطی و مد لغزشی می باشد.
    کلیدواژگان: صنعت حمل و نقل، خودروی طویل مفصلی، پایداری سویی، کنترل کننده حذف کننده اختلالات مد لغزشی بازگشتی
|
  • Tayyeb Nazghelichi, Farschad Torabi, Vahid Esfahanian Pages 1-10
    Increasing of capacity in lead-acid batteries and reducing charging time in lower temperature are considered as some main challenges of designers and manufacturers. Geometrical properties of battery plates such as thickness and maximum activated area are some of effective parameters on battery performance. Thus, determining of optimum values for independent variables is an important problem for battery industry. In the present study, a numerical solution code is developed using computational fluid dynamic method to simulate battery behavior. Numbers of 50 runs are suggested using response surface method. For each response one empirical model is extracted as a function of independent variables and from these models the optimization process is done. The results shows that in positive electrode thickness of 0.078 cm, negative electrode thickness of 0.53 cm, separator thickness of 0.04 cm and maximum activated areas for positive and negative electrode of 80 cm-1 is an optimum condition to get maximum capacity, minimum charging time and temperature. A confirmation test is done and it demonstrates that the results are in good agreement to predicted optimum results. In conclusion, the present study shows that by changing geometrical properties of the battery one can improve its performance.
    Keywords: Lead-acid battery, Optimization, Response surface method, Electrode, Simulation
  • Mehran Abdolalipouradl, Shahram Khalilarya, Samad Jafarmadar Pages 11-22
    The use of new energies, including geothermal energy, is rapidly devoloping in the world. In Iran, the Sabalan area has a great potential for generating energy from geothermal energy sources. In this paper, a new power generation combined cycle (flash combined cycle with supercritical carbon dioxide and organic Rankine cycle) is proposed with respect to two wells with different temperatures and pressures for Sabalan geothermal sources. For the organic Rankine cycle, four fluids are considered appropriately and then proposed combination cycle is investigated by energy and exergy analysis. In this study, a new method proposed for the determination of Pinch point for carbon dioxide heat exchangers. In the end the proposed cycle has been optimized relative to seprators pressure, the second evaporator temperature and the carbon dioxide cycle pressure ratio. The results show that the n-butane agent has been selected as the most suitable fluid for the Rankine cycle. For the optimal condition, the net power of the proposed cycle is 19934 kW, the cycle efficiency will be 17.05% and the exergy efficiency will be65.38 %.The results of exergy analysis show that the low pressure turbine in geothermal have the highest value of exergy destruction. The results show that net power output, energy and exergy efficiencies of the proposed cycle in this paper is 15.29 %, 17.06% and 18.35% higher than the corresponding values obtained for the previously proposed system.
    Keywords: Exergy analysis, Sabalan Geothermal Power Plant, Organic Rankine Cycle, Supercritical Carbon Dioxide Cycle
  • Shidokht Rashiddadash, Mojtaba Sadighi Pages 23-31
    Large and/or complicated sandwich structures are often manufactured by connecting pre-fabricated sandwich panels by means of connections, adhesive or bolts. In nearly all sandwich constructions certain types of joints have to be used for assembly but little is known about their mechanical behavior. This paper deals with the investigation of the behavior of two aluminum joints with different geometries under low velocity impact tests. These two joints are used to connecting sandwich panels with glass-epoxy skins and aluminum honeycomb core. The joints and sandwich panels are connected by means of epoxy resin. After construction of the specimens, low velocity impact tests were performed on the specimens. Finite element analysis were used to simulate the behavior of sandwich panels with connection. Verification of the numerical results was performed by comparing the numerical and experimental results. There was a good compliance between numerical and experimental results. Also, the effect of increasing the length and the thickness of the connections on the behavior of the sandwich panel was done through a parametric study using the FEM model.
    Keywords: Sandwich panel, connection, glass-epoxy composite, honeycomb, low velocity impact
  • Alireza Bagheri, Mohammad Reza Toroghinejad, Aboozar Taherizadeh Pages 32-38
    In this research, three-layered composite of brass-IF steel-brass was fabricated by cold roll bonding process (CRB) and formability of composite were investigated. Due to high work hardening of composite during rolling process, specimens were heat treated at annealing temperatures at 500°Ϲ through 700 °Ϲ for 10 min. Formability properties of composite were investigated by using tensile, anisotropy and Erichsen tests. The results showed that, heat treatment after rolling resulted in occurrence of recrystallization phenomenon in composite, consequently a reduction tensile strength and rising strain hardening rate. Dome height created by Erichsen test prior to heat treatment was 10/53 mm, by annealing composite at 500℃, Dome height reached at 14.62 mm. By increasing annealing temperature to 600℃ and owing to relatively high stacking fault energies of IF steel, recrystallization solitary occurred in brass layer. Nevertheless, as a result of upward trend of annealing temperature up to 650℃ as well as resultant driving force, recrystallization occurred in all layers and gradient of formability properties increased. As at 700℃, recrystallization phenomenon was completed in the composite and dome height was peaked at 17/29 mm. Moreover, by increasing annealing temperature, normal anisotropy and planer anisotropy respectively increased and decreased. Anisotropy properties of composite in comparison with brass and IF steel during complete recrystallization, it was clear that production of brass-IF steel-brass composite caused to improve normal anisotropy in brass and reduce negative effects of planer anisotropy in IF steel.
    Keywords: Layered composite, Formability properties, Recrystallization, Erichsen test, Anisotropy
  • Jafar Gerdabi, Amir H. Nikseresht Pages 39-50
    The impact problems associated with water entry have important applications in various aspects of naval architecture and ocean engineering. Also the calculation of impact force is favorable to many researchers. The purpose of this study is to simulate the impact problem of a wedge into the Newtonian and also Herschel Bulkley dilatant non-Newtonian fluids using the Weakly Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH) method. Some non-Newtonian fluids, such as dilatant or Herschel Bulkley dilatant fluids can resist against the wedge entry due to their shear thickening effect. In this research a prediction and correction algorithm is used to solve the governing equations. Density correction and also artificial viscosity (which is used only in Newtonian fluids) are used to prevent the numerical instability. To show the validation, ability and robustness of the generated code to capture the free surface in Newtonian and non-Newtonian fluids, the dam break problem with the image boundary condition is simulated. After validating the code and the used method, the impact problem of a wedge with Monaghan repulsive force boundary condition in Newtonian and Herschel Bulkley Dilatant non-Newtonian fluids are investigated and the results of force, pressure coefficient and velocity of the wedge are presented and compared with experiments and also with each other. To save time, the initial values of hydrostatic pressure are imposed as an initial condition of the fluid.
    Keywords: Impact of a wedge, non-Newtonian fluid, Herschel Bulkley Dilatant, WCSPH method, Repulsive force
  • Hasan Mansoori Pages 51-61
    In this study, the effects of impact of a projectile on a fuel tank are studied using the finite element method and compared with experimental method. Due to penetration of the bullet into the tank, large internal pressures from the fluid are imposed on the tank's walls which can damage it. The considered fluid structure interaction (FSI) problem is solved in an Eulerian-Lagrangian reference frame by using the LS-Dyna software. By comparing of the results obtained from the simulations and the experimental data, it can be seen that the LS-Dyna software is able to model the different phases of event accurately. In previous researches mostly the penetration and cavitation phases are investigated numerically. In this paper all phases namely penetration, cavitation, stresses applied to tank’s walls and bullet exit are investigated. The comparison between the Von Mises stress of walls in the fluid-filled tank and the empty one signifies 30 percent growth of the maximum Von Mises stress in the wall of the fluid-filled tank compared to the walls of the empty tank. Also in addition to what has been done in previous numerical works, the failure mode of fluid-filled tanks are determined numerically. The numerical results show that because fluid-filled tank walls are pre-stress due to the fluid shock waves, the failure mode of fluid-filled tank is quite different with the failure mode of the empty one.
    Keywords: Eulerian-Lagrangian, Impact, Hyper Velocity Projectile, Tank
  • Sarallah Abbasi, Afshin Gholamalipoor Pages 62-70
    Turbine tip leakage flow is one of the effective factors in reducing the efficiency and performance of axial turbines, which can also destroy turbine blades. Accordingly, it is important to identify and control the tip leakage flow. In this paper, we investigate the effect of tip clearance sizes and changes in tip shape as a passive control method on tip structure and total turbine flow performance. For this purpose, the flow loss in a two-stage axial turbine is performed using the CFX software. In order to ensure the accuracy of the results, the turbine performance curves were compared with the experimental results which good consistency have been observed. Considering the four cases for tip clearance size, the turbine performance curves and resulting pressure loss have been investigated. It was found that increasing the tip clearance size leads to reduced efficiency and increased losses in the axial turbine. In the following, we examine the application of the passive control method through the change of the tip geometry. In this regard, the shape of the blade tip is somehow considered that the tip clearance size is variable from leading edge to trailing edge. The results show that in these cases, tip leakage flow and the resulting vertices are weakened, which leads to a decrease in the rotor loss coefficient. Observing the flow contours results in lower temperatures in the blade region due to the formation of a weaker tipping leak flow, which helps cool the turbine blades.
    Keywords: Axial turbine, tip leakage flow, passive control, numerical simulation
  • Nargess Meghdadi, Hanieh Niroomand, Oscuii, Madjid Soltani Pages 71-78
    Cancer is one of the main causes of mortality and morbidity worldwide. Using a single treatment plan for all of the patients is not efficient due to the biological heterogeneity in the individuals. In order to personalize the therapy plan, tumors behavior in each patient must be understood. For this purpose clinical information of the patients are used. Mathematical modeling has gained significant interest in tumor growth investigations, due to its higher flexibility than the other methods. Mass effect and the reaction terms are the key parameters that are investigated in this paper. This is the first time that the effects of these parameters are considered in brain tumor growth modeling and there are few researches that have used only MR images in this area. The mathematical models are used for predicting the growth of brain tumors based on personal MRIs and introducing intracellular fraction into the model. Results of the comparisons show that considering the mass effect in the growth model would improve the prediction. Furthermore, it is necessary to define the optimum formulation for reaction term according to patients' medical information, to be used in the personalized model of tumor growth prediction. The represented approach can be used as a basis for personalizing the therapy plan in patients with brain tumors.
    Keywords: Brain tumor, Mass effect, Reaction term, Mathematical modeling, Personalized medicine
  • Omid Najafzade Asl, Mohammad Hossein Pol, Nabiollah Rezaei Golshan Pages 79-89
    Composite tubes may be subjected to impact loads during placement or operation. By determining the impact properties of composite tubes and using them in the design process, the accuracy of the behavior of these structures in the loading condition is guaranteed. In this study, the behavior of glass/epoxy composite tubes under dynamic axial loading was experimentally investigated. Also, the effects of parameters such as fiber density, fiber alignment angle, internal diameter of the tube and impact energy on the amount of pipe damage were also studied. To prepare composite specimens, E-type glass fiber was used with two different densities of 200 gr⁄m^2 and 400 gr⁄m^2 . The specimens were placed on a drop weight machine of Tafresh University by a fixture, and the Impactor was released from the height of 2 meters. The force -displacement diagrams for each test were extracted and compared with each other. Also, a parameter called specific energy absorption was calculated for all samples in order to compare the efficiency of the samples as energy absorber. The results of this study showed that increasing the fiber density, number of layers and diameter of the tube increases the specific energy absorption. It was also observed that with the increase of the axial dynamic impact energy, the mechanical properties of the specimen will be changed and the specimen will be firmly established.
    Keywords: composite tubes, dynamic loading, Specific energy absorption, drop weight
  • Mojtaba Haghgoo, Reza Ansari, Abolfazl Darvizeh, Mohammad Kazem Hassanzadeh, Aghdam Pages 90-98
    In this research, an analytical method is presented for predicting the viscoelastic and dynamic behavior of polymer nanocomposite. The analytical model is achieved by coupling the SUC micromechanical model with standard linear solid model. Boltzmann superposition principle is used to develop the constitutive equations. First, the strain associated with a relaxation experiment is considered, and then by using the idea of linearity as embodied in the Boltzmann superposition principle, the resulting stress history is predicted. Eventually, the creep function corresponding to the relaxation modulus is obtained and the hysteresis loop for nanocomposite material is represented. Creep response is sinusoidal in time and a function of stress history. Loss and storage modulus and material behavior in Laplace domain are obtained using standard linear solid model and SUC micromechanical model, respectively. Standard linear solid model is achieved by paralleling the Kelvin model with Maxwell model. The model is validated with experimental results. Effects of different interphase thickness, CNT volume fraction and phase angle on hysteresis loop is studied. Obtained results reveal that increasing the CNT volume fraction and phase angle leads to decreasing and increasing the nanocomposite hysteresis loop area, respectively. Also, Interphase thickness contains considerable effects on the nanocomposite dynamic behavior.
    Keywords: Micromechanics, Unit cell, Viscoelastic, Hysteresis, Standard linear solid
  • Majid Damadipour, Reza Tarinejad Pages 99-109
    Operational modal analysis (OMA), as a branch of the system identification, plays a very important and practical role in determining the dynamic characteristics of the structures. In the operational approach that is implemented based on the ambient vibration test, the ambient and operation loads are considered as the excitation source of the structure. In the present research, an integrative method composed of frequency domain decomposition (FDD) and wavelet transform (WT) called FDD-WT is proposed in order to identify the natural frequencies and damping ratios of an arch concrete dam. Furthermore, the wavelet transform of the seismic responses is also calculated in order to validate and compare the results. For this purpose, the time and frequency position of the system modes during the different earthquakes is evaluated using the time-frequency representation obtained from wavelet transform. In this paper, Pacoima arch concrete dam located in California, US is selected as the case study and the seismic records related to 1994 Northridge, 2001 San Fernando and 2008 Chino Hills earthquakes are also used to evaluate the dynamic characteristics and structural health monitoring during the period between 1994 to 2008. Investigation of changes in the natural frequencies of the structure indicates that the dam had taken serious damage during 1994 Northridge earthquake (about the fourth second), while the vibrations of the concrete structure has been almost linear during the first 4 seconds of the earthquake and also in 2001 and 2008 earthquakes.
    Keywords: Operational modal analysis, Ambient vibration test, Frequency domain decomposition, Wavelet transform, Structural health monitoring
  • Saeed Farsad, Mohammed Ali Ardekani, Foad Farhani Pages 110-116
    measurement accuracy. The angular response of the sensor describes the relationship between flow velocity vector and heat transfer from the sensor, which is determined by a sensitivity function. In this paper, two sensitivity functions, namely cosine law and Hinze equation, have been studied using wind tunnel experiments to evaluate the effect of various parameters such as flow conditions (velocity and direction), probe aspect ratio (l/d) and probe operational condition (sensor temperature) on the range of applicability of cosine law and magnitude of the sensitivity coefficient, k. Results show that the angular range of applicability of cosine law depends on flow and probe conditions. At 1% measurement error, the range of applicability of cosine law for flow measurements of velocities exceeding 10 m/s was found to be in the range of ±30º. Moreover, at geometrical ratios higher than 600, two-dimensional flow measurements using the cosine law presents results with acceptable accuracy. In addition, the sensitivity coefficient is completely dependent on flow condition and probe aspect ratio, and its value decreases with increase in flow angle and velocity and reduction in probe aspect ratio. The results of this research can be used in the selection and proper design of probes for two-dimensional flow measurements using hot wire anemometers.
    Keywords: Cosine law, Directional sensitivity, Hot wire anemometer, Probe aspect ratio, Sensitivity coefficient
  • Mahmood Mazare, Mostafa Taghizadeh, Mahdi Pourgholi Pages 117-125
    In this paper, an optimal robust nonlinear model predictive controller based on harmony search algorithm is designed for a type of 3-DOF translational parallel robot. Dynamic model of the mechanism is derived using Lagrange method and the model predictive controller augmented by uncertainty estimator is designed and stability is proved by Lyapanov theorem. Performance of the designed controller is evaluated in different conditions such as presence of disturbance and parameter variation. Furthermore, an optimal trajectory consisting four circular obstacles is designed as the reference trajectory of the robot. In order to obtain the optimum control parameters, a cost function combining control signal rate and error is considered and minimized by harmony search algorithm. In order to compare the performance of the designed controller with other nonlinear controllers, two controllers, an optimal sliding mode and a feedback linearization controller are also designed and their results are compared. Simulation results depict the desirable performance of the three controllers in spite of disturbance and model uncertainty, however, error criteria indicate priority of the robust nonlinear model predictive controller over the two other controllers.
    Keywords: Parallel manipulator, dynamic modeling, constrained systems equations, model predictive control
  • Mahdi Habibi, Jalal Yousefi Pages 126-134
    Delamination is one of the major failure modes of the laminated composite material, which is responsible for the stiffness degradation of these materials. Hence, it is necessary to investigate this damage mechanism in these types of materials in order to distinguish their behaviors and their effects on the residual strength of the composite laminates. In this paper, a very capable procedure is proposed to assess delamination using Acoustic Emission (AE) method in composite laminates. Firstly, a novel procedure was established to decompose the fundamental Lamb wave modes in small size specimens. The damage mechanisms in End Notched Flexure (ENF) in woven and unidirectional specimens were then distinguished using Fuzzy Clustering Method (FCM). Subsequently, the crack-arrest phenomenon was inspected in each specimen. Next, experimental and Cohesive Zone Modeling (CZM) methods were done to characterize the delamination using ENF specimens. The results displayed how, it is possible to effectively reduce the effect of propagating media such as attenuation of AE signals using the new proposed procedure. In conclusion, the results of this research could lead to proficiently distinguishing different damages in laminated composite using AE Lamb-based technique.
    Keywords: LambWave, Acoustic Emission, Damage Mechanisms, Composite Laminates, Delamination
  • Davoud Shahgholian Ghahfarokhi, G. H. Rahimi Pages 135-143
    Due to unique properties, grid stiffened composite cylinder shells are used extensively in aviation, marine and automotive industry. In recent decades, several studies are done to predict the critical buckling load of grid stiffened composite cylinder shells without breakdown or failure. Vibration Correlation Technique (VCT) is one of the most important non-destructive methods that based on nonlinear vibration analysis. The aim of this research is the prediction of the critical buckling load of stiffened composite cylinder shells with lozenge grid by using VCT. For this purpose, linear and nonlinear vibration analysis of composite cylindrical shells were performed in different compressive loads by using finite element software ABAQUS, firstly. In the next step, linear buckling critical load was determined by using numerical methods. Then, non-linear critical buckling load of grid stiffened composite cylinder shells was predicted by using VCT. To validate the results of VCT, five composite cylindrical shells were fabricated by using filament winding method with same conditions and was placed under axial compression test. Finally, the critical buckling load was measured experimentally. The results show that the difference between the critical buckling load of VCT with experimental buckling load is less than 3%. This subject implies that VCT is suitable for prediction of critical buckling load of stiffened composite cylinder shells with lozenge grid with very high accuracy.
    Keywords: Grid Stiffened Composite Cylinder Shells, Vibration Correlation Technique, Buckling, Fabrication, Numerical Analysis
  • Ali Keymasi Khalaji, Mostafa Jalalnezhad Pages 144-152
    There exist satisfactory results in the analysis of the motion control of the vehicles with the assumption of nonslip (pure rolling) condition of robot wheeles, But unfortunately in practice due to the presence of uncertainties such as sliding of wheels especially in agriculture applications where working conditions are rough the results and the quality of the control performance of the system are affected. The ideal control of wheeled systems is performed with the assumption of the existence of nonholonomic non-slip constraints, while in the real system these constraints are violated due to the presence of slippages. In this paper the problem of trajectory tracking control of wheeled vehicles in the presence of sliding is addressed. To take sliding effects into account, sliding models are introduced into the kinematic model. In other words, these effects are added as unknown parameters to the ideal kinematic model. For taking into account the sliding effects their mathematical models are introduced in system kinematic model. In another word these effects as an unknown parameters are added to the system ideal kinematics. An integrating parameter adaptation technique and backstepping control algorithm has been utilized in order to control the system. The backstepping control law is designed to track the reference trajectories and make the robot asymptotically stable around the reference trajectories. Finally, the obtained results are presented for tracking reference trajectories and comparison results shows the efficiency of using the estimation of slips in control of the system.
    Keywords: Wheeled mobile robot, Nonholonomic systems, Trajectory tracking, Backstepping method
  • Aref Saliminia, Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi Pages 153-162
    One way of reducing the cutting zone temperature is the use of an appropriate coolant. Common coolants, in addition to the adverse health effects on operator, cause environmental pollution as well. Because of this, interest in dry machining or green cooling methods in recent years has been greatly increased. Cryogenic cooling is one of the green cooling methods where liquid nitrogen is usually used as coolant. In the present paper, the effect of cryogenic cooling by liquid nitrogen on the cutting tool temperature and wear in turning process of AISI 304 austenitic stainless steel has been investigated. Among different methods of cryogenic cooling, the spraying technique due to its direct effect on the cutting zone has been selected. Turning with dry, wet (conventional) and cryogenic cooling methods are done. The obtained results indicated that the cryogenic cooling decreased the tool temperature compared to the dry and wet machining by 83% and 67%, respectively and reduced the flank wear of the tool by 75% and 53%, respectively. Analysis of variance showed that cutting speed relative to feed rate has a much greater impact on the tool temperature and wear. Increase of cutting speed in all cooling cases increased the tool temperature and wear.
    Keywords: Turning, Cryogenic cooling, Flank wear, Temperature, Liquid nitrogen
  • Hossein Taghipoor, Mohammad Damghani Noori Pages 163-173
    In this research, an influence of topology optimization in energy absorption of lattice core sandwich beams by using ABAQUS software was an investigation. Relationships between the force and displacement at the midspan of the sandwich beams were obtained from the experiments. Two types of Steel lattice cores with three cell orientation were subjected to the low-velocity impact test under three-point bending. The core of sandwich beams was made from expanded metal sheets and a topology optimization with Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP) method was used to remove the redundant expanded metal cell. In the following, by studying the topology optimization to evaluate the impact parameters, including Specific Energy Absorption (SEA), as discussed testing purposes. The energy absorbing system can be used in the aerospace industry, shipbuilding, automotive, railway industry and elevators to absorb impact energy. Experimental and numerical results showed that topology optimization could significantly increase specific absorbed energy. Results of three-point bending crushing tests showed that the SEA of a sandwich beam with optimal core structure increased between 45% and 94% compared to the initial design structure of the core. In addition, appropriate orientation of expanded metal cell in the core of sandwich beam caused to increase the specific energy absorption by more than 90%. Finally, an appropriate optimal geometric structure with three tape of volume fraction and the best examples of criteria considered with respect to the objectives were introduced.
    Keywords: Topology optimization, energy absorption, expanded metal sheet, sandwich beam, transverse bending
  • Hussain Gharehbaghi Pages 174-180
    Welding is very important in the aerospace industry and widely used in aerospace structures. One of the problems that most industries are facing is created residual stress by the welding process. Residual stresses in the surrounding areas of welding can cause cracks and crack growth so identify and evaluate of residual stresses in the welded structures is necessary. There are different methods for determining the residual stress. In this paper, the laboratory and numerical methods were presented for determining the residual stress. Then, the welding process of two aluminum sheets of 6061-T6 alloy has been done and the residual stresses have been obtained by drilling method. Welding is done in two passes and by spot welding the first, the end and the middle of the weld line are connected to prevent the sheets from moving. Also, the welding process of the two aluminum sheets was simulated in 3D in the ABAQUS finite element software and the residual stresses were extracted. All conditions in the finite element analysis are similar to the welding conditions in the laboratory. Results show high accuracy in the modeling of finite element processes in the welding process. Finally, the effect of residual stress in the value of natural frequencies is studied.
    Keywords: Simulation of welding process, crack growth, residual stress, Natural frequency
  • Ghassem Heidarinejad, Amir Yousefi Pages 181-190
    With the development of computers, the application of numerical methods in solving engineering problems has increased considerably. Methods such as Finite Element Method, Finite Volume Method and Finite Difference Method can be mentioned as some. In this research a Boundary Element Method is applied for numerical simulation. The main difference among the Boundary Element method and other numerical methods is the governing mathematics. At first In this method the governing equation is integrated. This leads to a decrease in the dimensions of the problem and then the simulation is performed. In this research, by a change of variable, the Navier Stokes equation is transformed to Navier equation in Elastostatics at first. Subsequently the methods proposed for solving the problems in Elastostatics is utilized to solve the viscous fluid flow. In fact, the applied fundamental solution is the main difference among the proposed method and other Boundary Element Methods. In the proposed method, in contrast to previously proposed methods, the fundamental solution of the Navier equation is utilized for simulation. At last, by considering the governing mathematics a computer code is developed for viscous flow simulation. The code is applied to two different geometries, a lid-driven-cavity and a backward facing step. Convergent solutions is achieved up to Reynolsds numbers equal with 600 and 100 respectively.
  • Mohammad Heidari, Rarani, Mohsen Ahmadi, Jebeli Pages 191-200
    Hydrogen has become an attractive source of energy for transportation industry, which is adaptable to the environment. Using composite pressure vessel type IV for storing compressed hydrogen gas seems to be a safety solution because of their ratio of strength to weight. Type IV composite pressure vessels consist of three main parts of polymeric liner, metallic boss and carbon fiber/epoxy composite shell. In the dome zones of these vessels, the thickness of composite layers and the fiber angle would increase because of accumulation of resin and reduction in radius. This issue is caused the modeling of these vessels to be a serious challenge. The WCM plug-in is presented for simulation of axisymmetric or three-dimensional composite pressure vessels type III and IV in ABAQUS software. In addition to the parameters like layer thicknesses and fiber angles, manufacturing parameters such as bandwidth, transition angle and end fraction could be also defined in this plug-in in order to achieve more accurate results. In this study, a type IV high pressure composite vessel with inner volume of two liters is modeled using the WCM plug-in in ABAQUS software. Numerical results are assessed by the available experimental results in the literature. Moreover, failure pressure of this vessel has been estimated by calculating the on-axis stresses and using failure criteria such as Tsai-Hill, Tsai-Wu and Hashin which is not done in other investigations.
    Keywords: Pressure vessel, Filament winding, WCM plug-in, Burst pressure
  • Abazar Abadeh, Mohammad Javad Maghrebi Pages 201-210
    Heat transfer enhancement is widely applicable in various industries, specifically in heat exchangers. Optimizing of heat transfer in the absence of increased pumping energy will result in increased of total efficiency in different systems. In this paper, forced convection heat transfer and fluid flow of fully developed laminar regime in a horizontal tube under uniform and non-uniform step heat fluxes is investigated experimentally. The effect of uniform, non-uniform increasing and decreasing applied heat fluxes on heat transfer and fluid flow are investigated. The effect of various parameters on heat transfer and fluid flow characteristics in these models are reported. Uncertainty analysis is performed and acceptable maximum of 1.8 percent is acquired. The primary results compared to well-known Shah and London equation for validation and maximum error of 8.5 percent is reported. In the present paper, Energy and exergy are two approach of analyzing. Convection heat transfer coefficient enhancement of 19.3 and 22.3 percent compared with model 1 are reported for model 2 and 3 respectively, in energy analysis. Furthermore, in this paper, exergy analysis is done and irreversibility values of 0.0887, 0.0803 and 0.1037 are reported for model 1, model 2 and model 3 respectively. Finally, it is concluded that the model number 3 is the best way to enhance heat transfer because of the maximum averaged Nusselt number and the minimum entropy generation values
    Keywords: Heat flux, Heat transfer coefficient enhancement, Fluid flow, Exergy, Energy
  • Mojtaba Darroudi, Farshad Kowsary Pages 211-222
    Detection of defects in the internal surfaces of pipes due to the inherent feature of these surfaces which is inaccessibility is always a troublesome process. In this study, a novel method has been designed for detection of defect locations on the internal surfaces of pipes and accurate estimation of defect geometrical parameters such as length and average material loss depth. The way that this method works is that a band heater is located on the external surface of the pipe in inspection segment, and specified heat flux is applied to this surface for a short time, and the temperature of these sensors located on rear of the band heater is measured during and after of applying thermal heat flux. The local temperature rise on the section of the external surface of the pipe indicates a defect on its internal surface. In this case, a defect with unknown parameters is supposed on the internal surface of the pipe, and by using the inverse heat conduction method, an iterative numerical simulation procedure continues until the unknown geometrical parameters of defects are estimated in a way to minimize the difference between the measured and simulated temperature in the location of sensors.
    Keywords: Defect Detection, Pipe System, Heat Conduction Equation, Inverse Problem
  • Mohammad Mehdizadeh Youshanloei Pages 223-231
    Nowadays, magnetic nanofluids have drawn a lot of attention toward themselves due to various applications in different fields such as medicine and industry. In this paper, for the first time new pumping method for magnetic nanofluids and ferro-fluids is presented. Moreover, magnetic nanofluid flow inside a rectangular channel under the effect of nonuniform magnetic field of permanent magnet is investigated. Iron oxide nanoparticles which lie completely homogeneous inside the based fluid of water are used. The governing equations obtained by adding the Kelvin body force term to the Navier-Stokes equations, and the equations are discretized using finite volume method and PISO algorithm. In order to study the effective parameters in the function of the FHD micro pump, a selected ranges of nanoparticles size, volume fraction of nanoparticles, saturated magnetization, and the length and width of the magnet are studied. The results demonstrate the increase in any of the mentioned parameters leads to rise in velocity magnitude inside the channel. Change in the diameter of magnetic nanoparticles has greatest effect on the velocity magnitude inside the channel. Furthermore, vertical magnet has better performance than horizontal one in FHD micro pump.
    Keywords: Magnetic nanofluid, Ferrohydrodynamics (FHD), FHD micro pump, permanent magnet
  • Ahmad Ghasemi Ghalebahman, Ali Khakbaz Pages 232-240
    This study aims to investigate the transverse vibration of single- and double-layered graphene sheets embedded in an elastic medium based on the third-order shear deformation theory considering the axial force effect within the framework of Eringen’s nonlocal elasticity theory, where the governing equations of motion are obtained using Hamilton’s principle. The superiority of the studied non-local continuum model to its local counterpart is to consider the effect of size on the mechanical behavior of the structure. The results from a natural frequency analysis are obtained for different conditions such as the effect of size and aspect ratio, axial force, nonlocal coefficient, and change in the stiffness properties of the surrounding elastic medium by using the Navier-type solution for simply supported boundary conditions. Given that in a double-layered graphene sheet, the system has an in-phase vibrational mode and anti-phase vibrational mode with 180-degrees phase difference, the effect of van der Waals force on both vibrational modes is attempted to be investigated and it is shown that the van der Waals force has no effect on in-phase vibrational mode and by increasing it, the anti-phase frequency increases. It is also demonstrated that the nonlocal parameter is not a constant parameter but its value depends on the size and atomic structure, like chiral and zigzag configurations, and even on the type of boundary conditions.
    Keywords: Nonlocal theory, Free vibration, Graphene sheet, Third-order shear deformation theory, Axial force
  • Mohamadreza Ansari, Mahdi Esmailpour Pages 241-252
    In the current study, two-phase flow of water and air over a stepped spillway is probed in the form of a two-dimensional incompressible viscous flow. A novel numerical approach is used for the numerical simulation which is a combination of two models: volume of fluid (VOF) which uses an interface tracking algorithm for the simulation of the two-phase flow and two-fluid model which is based on time and space averaged equations and cannot track the interface explicitly. The most important issue in the introduced approach is to couple the two basic methods and select a proper criterion for status change between two basic methods. The latter criterion is based on an approximation from local distribution of the interface at each cell. In the hybrid method. In order to investigate the aeration effect in the stepped spillway, the air suction is generated by designing some holes at the upper edge of the steps and considering atmosphere pressure for these areas. The obtained results divulge the amount of dispersion is low at the beginning part of the step and also the hybrid model take more advantages from VOF, while in the lower steps where the flow disperses two-fluid model has hegemony. The results are compared in the form of pressure contours and streamlines as well as volume fraction counters. The comparison shows that the results of the proposed method is closer to the experimental results with respect to each of the basic model.
    Keywords: Aerated Stepped Spillway, Two phase flow, Hybrid method, Two-fluid model, VOF
  • Naser Esmaili, Hamed Hamed Tabatabaei Oreh Pages 253-264
    Today, the use of articulated long vehicles is surging. The main reasons for tendency of utilizing these vehicles is use of less tractor unit fitted to carry two or more trailers. In other words, in order to carry the same amount of goods, instead of using some tractor semi-trailers, we can make use of fewer articulated long vehicles. Reduction of fuel consumption, a significant decrease in the production of greenhouse gasses as well as using less manpower to direct the vehicle to carry the same load which is related to typical articulated vehicle is of other advantages of long articulated vehicles. The major problems of these vehicles are poor maneuverability at low speed and inappropriate lateral performance at high speed, which would lead to crashes and financial damages. Hence, a control system is required for enhancing the safety of these vehicles, improving the performance of long vehicles and preventing from being unstable. In this study, after mining and verifying the dynamic model, a new control method based on a combination of active disturbance rejection control and backstepping sliding mode control for adjusting lateral dynamic of articulated long vehicles has been utilized. The results portray the superiority of this new method than LQR and sliding mode controllers.
    Keywords: Transportation Industry, Articulated Long Vehicle, Lateral Stability, Active Disturbance Rejection Backstepping Sliding Mode Controller