فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال هشتم شماره 3 (پاییز 1397)
  • سال هشتم شماره 3 (پاییز 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/09/03
  • تعداد عناوین: 24
|
  • بهمن صمدی، ایمان معصومی دهقی *، حسن قائدعلی صفحات 1-14
    در این پژوهش، به بررسی جوشکاری گشودگی روی یک پوسته آلومینیومی و بررسی تاثیر ترتیب جوشکاری بر تنش های پسماند و اعوجاج بعد از جوشکاری به کمک شبیه سازی المان محدود در نرم افزار تحلیل گر آباکوس پرداخته شده و با شبیه سازی در نرم افزار سیسولد، نتایج این دو نرم افزار نیز مقایسه شده اند. همچنین با استفاده از داده های تجربی، به مقایسه نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی پرداخته شده است. نتایج نشان داده است که توزیع دمایی در نقاط مختلف مسیرجوشکاری یکنواخت نمی باشد که مهمترین عامل این رخداد، غیریکنواختی هندسه جوشکاری است. هرچه تعداد مراحل جوشکاری بیشتر شود، باز توسعه حرارتی و همچنین اختلاف بین پیک های حرارتی در موقعیت های مختلف بیشتر خواهد شد که این خود بر توسعه تنش های پسماند و همچنین اعوجاج بعد از جوشکاری اثر گذار خواهد بود. نتایج بررسی تنش های پسماند حاکی از آن است که هرچه تعداد ترتیب های جوشکاری بیشتر شود، پیک تنش های پسماند کاهش پیدا می کند و توزیع یکنواخت تری در تنش ها ایجاد می شود. موضوع حائز اهمیت در اعوجاج ایجاد شده در این سازه، میزان کشیدگی به داخل و همچنین تغییر مکان و تغییرشکل مسیرجوشکاری است. نتایج نشان می دهد که هرچه میزان اعوجاج در ناحیه جوش (کشیدگی به بیرون) بیشتر باشد به همان نسبت میزان کشیدگی به داخل بیشتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: ترتیب جوشکاری، المان محدود، تنش پسماند، اعوجاج
  • سید محمد محسن مدرس قیصری، پدرام صفرپور، مجید زندی * صفحات 15-28
    امروزه نانوامولسیون ها و فناوری های تولید آن، به یکی از مباحث مهم در صنایع مختلف از جمله مهندسی شیمی، پزشکی و غذایی تبدیل شده است. موج دهی فراصوتی از مناسب ترین روش های تهیه نانوامولسیون ها است که در مقیاس های مختلف به کار برده می شود. در برخی از کاربردهای خاص، از ریزمحفظه ها برای تهیه نانوامولسیون استفاده می شود. انتشار امواج فراصوتی توسط سرامیک های پیزوالکتریک (پیزو) انجام شده که مهم ترین بخش یک حمام فراصوتی به شمار می رود. نحوه قرارگرفتن و بسامد تحریک پیزو ها تاثیر فراوانی بر برهمکنش امواج و کارآیی حمام فراصوتی دارد. در این مقاله طی شبیه سازی هایی با استفاده از نرم افزار کامسول، به بررسی چهار چیدمان ریزمحفظه های فراصوتی مکعبی، پرداخته شده است. موج دهی فراصوتی در سه بسامد 20، 200 و 300 کیلوهرتز انجام شده و تاثیر افزودن پیزوها در بسامدهای مختلف جهت دستیابی به مناسب ترین چیدمان ارزیابی شده است. نشان داده شد افزودن دو پیزو به صورت روبروی هم به چیدمان، موجب افزایش چگالی انرژی آکوستیکی به صورت نمایی شده و این افزایش در بسامدهای کمتر بسیار محسوس تر می باشد.
    کلیدواژگان: نانوامولسیون ، موج دهی فراصوتی، ریزمحفظه، شبیه سازی انتشار امواج آکوستیکی، نرم افزار کامسول
  • محمد افتخاری، مهدی احمدی نجف آبادی، محمدرضا فراهانی * صفحات 29-47
    یکی از توانایی های روش التراسونیک که در مقایسه با سایر روش های اندازه گیری تنش پسماند، کمتر به آن پرداخته شده است، قابلیت اندازه گیری تنش پسماند در اعماق قطعه است. علت این قابلیت، توانایی نفوذ امواج التراسونیک در اعماق مختلف قطعه، بنا به فرکانس ارسالی آن ها می باشد. در این پژوهش، به بررسی قابلیت روش التراسونیک در اندازه گیری تنش پسماند طولی جوش کاری در عمق قطعه پرداخته شده است. بدین منظور، از چهار نوع سنسور التراسونیک با فرکانس های 1، 2، 4 و 5 مگاهرتز برای دسترسی به چهار عمق از سطح قطعات از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5000 که با روش جوش کاری ذوبی تیگ به هم متصل شده بودند، استفاده گردید. تنش پسماند جوش کاری، در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد و سپس به وسیله ی مقایسه با نتایج روش تجربی پراش پرتو ایکس، اعتبارسنجی گردید. از مدل شبیه سازی صحه سنجی شده با روش پراش پرتو ایکس به منظور تایید اعتبار نتایج اندازه گیری شده با روش التراسونیک در چهار عمق مختلف از سطح قطعه، استفاده گردید که تطابق خوبی مشاهده شد. روش اندازه گیری تنش های پسماند با استفاده از امواج آلتراسونیک توانست تنش های پسماند طولی را با حداکثر خطای معادل 12% تنش تسلیم ورق آلومینیومی، اندازه گیری نماید. دقت این روش در اندازه گیری حداکثر تنش پسماند طولی بالاتر از 92% بود.
    کلیدواژگان: روش التراسونیک، روش شبیه سازی روش پراش پرتو ایکس، تنش پسماند جوش کاری، آلیاژ آلومینیوم سری 5000
  • احمد باقری، سعید نظامیوند چگینی *، میلاد رمضانی دشتمیان، فرید نجفی صفحات 49-64
    در این مقاله، روش جدیدی برای عیب یابی در چرخ دنده ها ارایه شده است. سیگنال های ارتعاشی مجموعه جعبه دنده در سه حالت سالم، لب پریدگی دندانه و ساییدگی دندانه جمع آوری شده اند. این سیگنال ها با استفاده از روش تجزیه مود تجربی به تعدادی توابع مود ذاتی تجزیه شده اند. با توجه به این که همه توابع مود ذاتی به دست آمده از روش تجزیه مود تجربی، مناسب برای عیب یابی نیستند، از مفهوم همبستگی متقابل برای انتخاب مناسب ترین تابع مود ذاتی استفاده شده است. سپس، با به کارگیری توابع آماری مختلف، ماتریس ویژگی متناظر با هر حالت چرخ دنده، استخراج شده است. ماشین بردار پشتیبان چند کلاسه از نوع «یک در برابر یک» برای طبقه بندی عیوب به کار گرفته شده است. از آنجایی که تمامی ویژگی های استخراج شده برای عیب یابی مناسب نیستند و ماشین بردار پشتیبان دارای پارامترهایی است که باید تنظیم شوند، از این رو، از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای انتخاب مناسب ترین ویژگی و تعیین پارامترهای بهینه ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. تابع هدف در این مقاله، دقت طبقه بندی کننده ی ماشین بردار پشتبان در پیش-بینی حالت جعبه دنده می باشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ویژگی های انتخاب شده در این روش و ماشین بردار پشتیبان بهینه شده دارای توانایی عالی در طبقه بندی عیوب می باشند.
    کلیدواژگان: عیب یابی چرخدنده، انتخاب ویژگی، تجزیه مود تجربی، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
  • امیر قیاسوند *، سوران حسنی فرد صفحات 65-75
    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی FSW یک روش اتصال حالت جامد است که به منظور رفع محدودیت جوشکاری آلیاژ های آلومینیم ابداع شده است. در پژوهش حاضر شیبه سازی عددی فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای FSSW آلیاژ آلومینیم AA6061-T6 به وسیله یک ابزار بدون پین که دارای یک بخش توگذاری شده از جنس ماده قطعه کار می باشد، در چهار قطر متفاوت صورت پذیرفت. پیک دمایی ایجاد شده در فرایند برای همه حالات شبیه سازی ثبت و با داده های آزمایشگاهی استخراج شده از پژوهش های پیشین به منظور صحه سنجی مورد مقایسه قرار گرفت. با توجه به نتایح عددی حاضر مشخص شد که در فرایند FSSW میزان تولید حرارت و افزایش دما بالاتر از فرایندFSW می باشد که این موضوع به دلیل عدم وجود سرعت انتقالی در این حالت و افزایش حرارت در یک بخش با حجم کوچک تر است. بررسی نیروی عکس العمل عمودی وارد بر ابزار در FSSW صورت پذیرفت، مشاهده شد چنانچه از ابزاری که دارای قسمت تعبیه شده است استفاده شود، پیک نیرویی کاهش می یابد و میزان این کاهش نیرو با افزایش در میزان قطر بخش آلومینیمی افزایش پیدا خواهد کرد. به طوری که در حالت استفاده از ابزار d10 پیک نیرو نسبت به ابزار d0 حدود 10 درصد کاهش را تجربه کرد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، شبیه سازی عددی، تکنیک CEL، آلیاژ آلومینیم
  • سحر کرک زن، سید مهدی زندی آتشبار * صفحات 77-90
    تیرورق ها اعضای خمشی فولادی هستند و در مواردی که نیم رخ های نوردشده ی موجود در بازار قادر به تحمل بارهای وارده بر عضو خمشی نباشند، از ترکیب مناسب ورق های فولادی ساخته می شوند. کنترل تنش های برشی در تیرورق های دارای جان نازک از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا در همان مراحل اولیه ی بارگذاری می تواند باعث ایجاد کمانش برشی و در نهایت شکست جان تیر شود. تجربیات نشان می دهند که اگر در تیرورق ها از سخت کننده های میانی عرضی استفاده شود، کمانش برشی منجر به خرابی نمی شود و پس از ایجاد کمانش نیز تیرورق به باربری خود ادامه می دهد. هدف از نگارش این مقاله، بررسی رفتار تیرورق ها با جان موجدار محلی در مقایسه با تیر ورق ها با سخت کننده های عرضی برای کنترل کمانش برشی است. موج محلی روی ورق جان توسط دستگاه پرس ایجاد می شود. با توجه به این که تاکنون مطالعات تحلیلی بر روی تیرورقها با جان موجدار محلی انجام نشده است، در این مقاله به بررسی چگونگی ایجاد موج های محلی، مشخصات موج ها، عمل کرد آن ها در برابر کمانش برشی و تغییرشکل های بزرگ و تحلیل های مختلف از جمله آنالیز کمانش، به صورت عددی پرداخته شده است. نتایج به دست آمده در اکثر تیرورق های مورد مطالعه حاکی از آن است که تیرورق با جان موج دار محلی نسبت به یک تیرورق ساده ی بدون سخت کننده ی میانی عرضی، به ظرفیت برشی بیشتری رسیده است. این ظرفیت در مقایسه با تیرورق با سخت کننده ی میانی عرضی کمتر است.
    کلیدواژگان: رفتار برشی تیرورق، تیرورق با جان موج دار محلی، سخت کننده های میانی، مدل سازی عدد
  • رضا خندابی، حسین خدارحمی، روح الله حسینی *، مجتبی ضیاء شمامی صفحات 91-106
    پانل های ساندویچی معمولا به دلیل نسبت استحکام به وزن و جذب انرژی بالا، کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، صنایع دریایی و خودروسازی دارند. این مطالعه به بررسی استحکام و کارایی پانل های متشکل از فوم های پلی یورتان با چگالی کم که بین دو پوسته آلومینیومی ساندویچ شده، می پردازد. در این مقاله، با تهیه فوم های پلی یورتان با ضخامت های مختلف و ساخت پانل های ساندویچی از ورق های آلومینیومی و هسته فوم پلی یورتان، با استفاده از دستگاه شاک تیوب انفجاری و انجام تعدادی آزمایش انفجاری هدفمند، اثر ضخامت فوم در مقدار جابجایی سطح پشتی ساختار ساندویچی و میزان جذب انرژی آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین با استفاده از نتایج آزمایش فشار انجام شده بر روی فوم، شبیه سازی سازه ساندویچی تحت بار انفجاری به کمک نرم افزار اتوداین انجام شده است. مقایسه نتایج بیانگر این است که بین نتایج تجربی و عددی تطابق خوبی وجود دارد. بررسی های تجربی و مطالعات پارامتریک انجام شده، نشان می دهند که با افزایش ضخامت فوم و ضخامت رویه پشتی ساختار ساندویچی، جابجایی رویه پشتی کاهش یافته و میزان جذب انرژی آن افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: بارگذاری انفجاری، پانل ساندویچی، فوم پلی یورتان، جذب انرژی، شاک تیوب
  • محمدرضا سلطانپور * صفحات 107-122
    در این مقاله، کنترل کننده ی مدلغزشی فازی برای کنترل یک دسته از سیستمهای فروتحریک ارائه شده است. برای ارائه ی روش پیشنهادی، در ابتدا روش طراحی کنترل مدلغزشی برای یک سیستم یک ورودی- یک خروجی بیان می شود. در ادامه بر اساس این روش طراحی، یک کنترل کننده مدلغزشی برای دسته ی خاصی از سیستمهای یک ورودی- چند خروجی ارائه می گردد. اثبات ریاضی نشان می دهد که سیستم حلقه بسته در حضور عدم قطعیتهای ساختاری و غیرساختاری، دارای پایداری مجانبی سراسری است. در کنترل پیشنهادی به دلیل استفاده از تابع ناپیوسته علامت در ورودی کنترل، بروز لرزش در ورودی کنترل امری اجتناب ناپذیر است. به همین دلیل در ادامه، یک سیستم فازی طراحی و به کنترل کننده ی مدلغزشی اضافه می شود. کنترل مدلغزشی فازی پیشنهادی، مشکلات موجود را مرتفع نموده و روش طراحی آن به گونه ای انجام می شود که پایداری مجانبی سراسری سیستم حلقه بسته تضمین می گردد. سرانجام برای نمایش عملکرد کنترل پیشنهادی، شبیه سازی هایی در 3 مرحله بر روی سیستم فروتحریک گاری به همراه پاندول معکوس پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازی ها، عملکرد کنترل پیشنهادی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: سيستم فروتحريک، عدم قطعيت هاي ساختاري و غيرساختاري، لرزش ورودي کنترل، کنترل مد لغزشي فازي
  • علی ابراهیمی ممقانی* ، روح الله حسینی، مجید شاهقلی، هدی سرپرست صفحات 123-135
    در کار حاضر به تحلیل ارتعاشات آزاد تیرهای ناهمگن محوری پرداخته شده است. برای تیرهای مدرج تابعی نمایی، به ازای تمامی شرایط مرزی، معادلات مشخصه فرکانسی سیستم به صورت دقیق ارائه شده اند. همچنین تغییرات شکل مودهای مختلف سازه برحسب تغییرات پارامتر گرادیان مشخص شده اند و در نهایت نیز با مواد ایزوتروپیک مقایسه شده اند. . به منظور صحه سازی، نتایج استخراج شده در این پژوهش با مراجع موجود دیگر مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که فرکانس طبیعی تیر و شکل مودهای سیستم به شرایط مرزی و نرخ گرادیان وابستگی شدید دارند. برای تیرهای مدرج تابعی به ازای هر پارامتر گرادیان، می توان یک فرکانس بحرانی یافت، به نحوی که منجر به پرش در طیف فرکانسی سیستم شود و در فرکانس های کمتر از حد بحرانی یا شبه فرکانس، امواج محوشونده رخ خواهند داد که این یک تفاوت بارز برای تیرهای همگن و ناهمگن است. نتایج پژوهش حاضر می توانند برای مهندسین و طراحان سازه های غیریکنواخت نیز مفید باشند.
    کلیدواژگان: تیر ناهمگن محوری، مواد مدرج تابعی نمایی، معادله مشخصه، فرکانس طبیعی پایه، پدیده پرش
  • عطیه اندخشیده، ستار مالکی *، سید صادق مرعشی صفحات 137-151
    در این پژوهش به بررسی رفتار میکروتیر های هدفمند، تحت بارگذاری الکترواستاتیک پرداخته شده است. مدل سیستم، براساس تئوری تیر اویلر-برنولی استخراج شده است. تاثیرات تحریک الکترواستاتیک و کشیدگی لایه میانی در مدل استخراج شده، منظور شده است. برای حل معادله غیر خطی حاکم بر آن، از روش مشتقات تربیعی بهبود یافته و روش نیوتن-رافسون استفاده شده است. به منظور استخراج ولتاژ کشیدگی از نتایج حل عددی، الگوریتمی توسعه داده شده است. برای انتگرال گیری نیز از روش انتگرال تربیعی بهبود یافته استفاده شده است. در این راستا، مشکل اساسی این روش که مانع استفاده گسترده ی آن شده، مورد بررسی قرار گرفته و راهکاری کاربردی برای بر طرف کردن آن ارائه شده است. در نتایج عددی پژوهش، تغییرات ولتاژ کشیدگی بر اثر توزیع سختی تیر هدفمند و فاصله ی اولیه میان تیر و سطح زیرین آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش هریک از متغیر های سختی معادل تیر هدفمند و فاصله ی اولیه ی میکروتیر، ولتاژ کشیدگی افزایش پیدا می کند. در نتایج عددی، تاثیر نوع شرط مرزی بر ولتاژ کشیدگی میکروتیر نیز بررسی شده است.
    کلیدواژگان: میکروتیر، هدفمند، ولتاژ کشیدگی، بارگذاری الکترواستاتیک، بارگذاری غیرخطی
  • ابراهیم عرب یار محمدی، محمد محمدیون *، میثم سعدی، حمید محمدیون صفحات 153-163
    انتقال حرارت و هزینه دو پارامتر مهم در طراحی مبدل ها بشمار می روند. از طرفی، در اغلب مسائل مهندسی، اهداف مورد نظر برای بهینه سازی در تعارض با یکدیگر هستند. بطوریکه با بهبود یک هدف، هدف دیگر بسمت نا مطلوب پیش می رود، این مسئله در این نوع از مبادله کن گرما نیز وجود دارد بطوریکه با افزایش انتقال حرارت (مطلوب) ، سطح حرارت، هزینه و افت فشار نیز بالا می رود. بنابراین بجای یک جواب دسته ای از جواب ها وجود دارند. در این پژوهش ابتدا مدل حرارتی مبدل از روش انتقال حرارت تخمین زده شده و برای محاسبه میزان انتقال حرارت و افت فشار از روش بل دلاوره استفاده شده است. بسیاری از روش های بهینه سازی معمول، برای یافتن این جواب ها کارآمد نمی باشند. این پژوهش روشی کارآمد براساس الگوریتم گروهی دسته ذرات و ژنتیک برمبنای توابع چند هدفه برای بهینه سازی این نوع از مبدل ها ارائه می دهد. بعلاوه در کمینه سازی توسط دو الگوریتم، دو حالت آرایش لوله ها در مبدل بررسی شد، هم آرایش مربعی و هم مثلثی، که در پایان نتایج بدست آمده از دو الگوریتم به ازای حالت های مختلف با یکدیگر و همچنین با نتایج سایر پژوهش های صورت گرفته مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، ژنتیک، مبدل حرارتی پوسته لوله ای، روش بل دلاوره
  • علی نیکخو *، المیرا ربانی، مطهره نیاز صفحات 165-175
    در این نوشتار پاسخ دینامیکی یک ورق مستطیلی ضخیم با لحاظ کردن تغییرشکل های برشی در طول ضخامت آن، تحت اثر یک جرم متحرک که بر مسیری مستقیم الخط و با سرعت یکنواخت حرکت می کند مورد مطالعه قرار می گیرد. حل معادله ی حرکت در شرایط مرزی مختلف از طریق یک روش نیمه تحلیلی و با استفاده از چندجمله ای های متعامد مفسر مرزی (BCOPs) ، صورت می پذیرد. اثرات ضخامت ورق، شرایط مرزی ورق، مقدار وزن و سرعت جرم متحرک بر روی پاسخ دینامیکی ورق مورد بررسی قرار می گیرد. مقایسه نتایج بدست آمده با منابع موجود، نشان دهنده دقت قابل قبول روش به کار گرفته شده می باشد. همچنین نتایج بدست آمده حاکی از اهمیت اینرسی بار متحرک در کنار تغییر شکلهای برشی ورق بر رفتار دینامیکی آن است. اهمیت یافته های این تحقیق در سازه های پل با عرشه ورقی ضخیم که تحت اثر بارهای متحرک با بزرگای قابل توجه نسبت به وزن پل که با سرعتهای بالا حرکت می کنند نمود پیدا می کند.
    کلیدواژگان: تحلیل دینامیکی، ورق میندلین، ورق کیرشهف، جرم متحرک، چند جمله یی های متعامد مفسر مرزی
  • محمد احمدی بلوطکی *، ابوالفضل غلامزاده، مهدی صالحی صفحات 177-192
    اندازه گیری نیروی های تحریک تصادفی سازه های در حین حمل و نقل تحت تحریک های جاده ای و یا ماهواره برهای پرتاب شده تحت تحریک های محیطی جهت شناسایی پارامترهای مودال امری غیرممکن است، از این رو در این پژوهش چالش و هدف ما تعیین خواص مودال سازه ها بدون داشتن نیروی تحریک ورودی و تنها با داشتن پاسخ ها می باشد. در پژوهش هایی که تاکنون در زمینه آنالیز مودال صورت گرفته، توجه کمتری به مقایسه روش های حوزه زمان و فرکانس به خصوص در تعیین میرایی شده است. همچنین تاکنون آنالیز حساسیتی بین تحریک های مختلف نویزسفید، جاروب سینوسی و بررسی تاثیر این تحریک ها بر روش های حوزه زمان و فرکانس آنالیز مودال کارکردی صورت نگرفته است. ابتدا این روش ها بر روی یک مدل گسسته پنج درجه آزادی (جرم، فنر و دمپر) پیاده سازی و صحه سنجی شده است و در نهایت بر روی یک سازه واقعی پیاده سازی صنعتی شده است. این پژوهش نشان می دهد که این روش های تجزیه قادر به استخراج پارامترهای مودال مودهای ابتدایی یک نمونه واقعی هستند. در پایان مقایسه ای بین نتایج به دست آمده صورت گرفته و کارایی هر یک از روش ها مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: آنالیز مودال کارکردی، میرایی، حوزه زمان، شناسایی، حوزه فرکانس
  • سید هادی حسینی، محمد نجفی، جلال جودکی * صفحات 193-204
    یکی از تهدیدات مهم برای سازه بدنه خودروهای زرهی، بارگذاری انفجاری می باشد. در این مقاله به مطالعه تغییر شکل بدنه خودروی زرهی تحت بارگذاری انفجاری با استفاده از مدل سازی اجزای محدود پرداخته خواهد شد و نتایج با کمک آزمایش های تجربی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بدین منظور در ابتدا با استفاده از مدل سازی اجزای محدود اثر موج انفجار حاصل از 10 کیلوگرم تی ان تی در فاصله 97 سانتی متری از کف خودروی زرهی به سازه اعمال می گردد و عکس العمل سازه در مقابل این بار انفجاری مورد بررسی قرار می گیرد. سپس قسمتی از خودرو با میزان تنش-های بیشینه به عنوان سازه منتخب برای بررسی اثرات اتصالات جوشکاری در استحکام سازه انتخاب گردید و فرآیند انفجار با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) مدل سازی شد. میزان ماده منفجره و فاصله آن برای سازه منتخب به گونه ای انتخاب شد که بار معادل با بار انفجاری شرایط واقعی یکسان باشد (500 گرم تی ان تی در فاصله 5/12سانتی متری سازه). برای انجام آزمون تجربی، یک سیستم گیره بندی مخصوص طراحی و ساخته شد و سازه مورد مطالعه بر روی آن قرار داده شد و انفجار صورت پذیرفت. نتایج تحلیل اجزای محدود نشان می دهد که سطح تنش در اتصالات جوشکاری شده از استحکام تسلیم ماده فراتر رفته و قطعه دچار تغییر شکل پلاستیک خواهد شد ولی هیچ گونه شکستی در اتصالات مشاهده نمی شود. همچنین تصاویر ثبت شده از انفجار با دوربین سرعت بالا تطابق خوبی با نتایج مدل سازی با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی اجزای محدود، بارگذاری انفجاری، فولاد های کم آلیاژ فوق مستحکم، روش هیدرودینامیک ذرات هموار
  • سیدامیر حسینی سبزواری *، مجید معاونیان صفحات 205-212
    در این پژوهش اثر دمپرهای الاستیک بر روی امواج بازتابی از مرزهای یک صفحه بررسی شده است. تقریبا در تمامی پژوهش های منتشرشده در حوزه تشخیص موقعیت صدا در صفحات، از اثر بازتاب امواج از مرزها صرف نظر شده است. برای این منظور در بخش آزمایشگاهی تحقیق از صدای اصابت توپ پینگ پنگ به یک صفحه پلکسی، استفاده شده است. در این آزمایش ها اثر دمپرهای الاستیک بر روی امواج بازتابی از مرزها بررسی شده است. در این راستا یک بانک داده ی صدا به وسیله ی یک میکروفن خازنی و یک میکروفون ارتعاشی با نرخ داده برداری پایین ایجاد شده است. بانک داده ی فوق حاوی صدای ایجاد شده ناشی از اصابت توپ به صفحه معلق در حالت مختلف قرارگیری دمپرها می باشد. در روش پیشنهادی نخست داده های مربوط به انتشار امواج در صفحه، جداسازی می گردد. سپس با استخراج یک فضای ویژگی مبتنی بر انرژی سیگنال نحوه ی اثرگذاری دمپرها بر روی امواج بازتابی از مرزهای صفحه مورد اشاره، بحث می شود. در ادامه به منظور بررسی صحت آزمایش های انجام شده، از روش های تحلیل آماری استفاده شده است. نتایج حاصل شده حاکی از تاثیرپذیری مستقیم سیگنال ذخیره شده از لایه های الاستیک در تمامی جهات با شدت های غیر یکسان می باشد.
    کلیدواژگان: تشخیص موقعیت صدا، استخراج ویژگی، انرژی، امواج لمب
  • مجید سبک روح *، بهروز خوش سیما صفحات 213-219
    تیتانیوم از مهم ترین عناصر میکروآلیاژی فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا و مورد استفاده در صنعت انتقال گاز است. در این مقاله، نانواکسید تیتانیوم و نانوکاربید تیتانیوم (به صورت جداگانه) بر روی دو طرح اتصال مشابه اضافه شد. در ادامه عملیات جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (بر اساس دستورالعمل ویژه جوشکاری شرکت ملی گاز ایران) بر روی نمونه های فولادی گرید ایکس 65 انجام شد. نتایج نشان می دهد، میزان درصد تیتانیوم در هردو نمونه نانوآلیاژی نسبت به میکروآلیاژی افزایش یافته است. همچنین، میزان درصد تیتانیوم در نمونه نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به اکسید تیتانیوم، افزایش بیشتری داشته است. افزایش میزان تیتانیوم و کاهش اندازه آن، باعث افزایش چشم گیر خواص مکانیکی می شود. نتایج آزمون شارپی نشان می دهد، در نمونه حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم نسبت به نمونه حاوی نانوذرات کاربید تیتانیوم، به میزان 70 درصد افزایش پیدا کرده است. همچنین، استحکام نهایی (نمونه حاوی نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و نمونه میکروآلیاژی) 40 درصد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: نانوجوشکاری، فولادهای میکروآلیاژی، خطوط انتقال گاز، خواص مکانیکی
  • مهدی صالحی *، منصور اعظمی صفحات 221-231
    عیب یابی بر اساس مشخصات ارتعاشی سازه در چند دهه اخیر توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. روش های عیب یابی زیادی بر مبنای پارامترهای مودال سازه ارائه شده است اما با توجه به پرهزینه بودن اجرای تست های مودال، استفاده مستقیم از پاسخ های ارتعاشی بیشتر مورد توجه بوده است. در این مطالعه، یک تکنیک جدید برای پردازش پاسخ های ارتعاشی تصادفی با هدف تعیین موقعیت عیب در سازه های تیرشکل تحت اثر نیروی تصادفی ارائه شده است. این تکنیک بر اساس تجزیه چند متغیره مودهای ذاتی سیگنال های پاسخ ارتعاشی تصادفی سازه می باشد. مزیت استفاده از تبدیل چند متغیره مودهای ذاتی نسبت به تجزیه مودهای ذاتی این است که می توان به صورت همزمان و هماهنگ، پاسخ های ارتعاشی تصادفی تمام نقاط سازه را لحاظ کرده و توابع مودهای ذاتی متناظر را به دست آورد. با در نظر گرفتن این نکته که کاهش سختی موضعی ناشی از عیب متناظر با افزایش ناگهانی انحنای تغییر شکل سازه خواهد بود، از توزیع مکانی مودهای ذاتی برای تعیین محل عیب استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی یک تیر معیوب گسسته سازی شده پیاده سازی شده است. به منظور اثبات کارایی روش پیشنهاد شده اثر تعداد المان، محل عیب و همچنین شدت عیب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله در مورد تمام حالات شبیه سازی رضایت بخش بوده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، روش MEMD، تشخیص محل عیب، پاسخ ارتعاشات تصادفی
  • محمدرضا عیسوند زیبایی * صفحات 233-246
    در این مقاله به بررسی فرکانس های طبیعی یک پوسته استوانه ای ایزوتروپیک چند لایه تقویت شده با سه رینگ تحت فشار خارجی پرداخته شده است. پیکربندی پوسته استوانه ای تقویتی تشکیل شده است از سه لایه ایزوتروپیک که لایه های داخلی و خارجی از فولاد ضد زنگ و لایه میانی متشکل از ماده آلومینیوم می باشد. معادلات پوسته استوانه ای ایزوتروپیک چند لایه تقویت شده بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی بدست آمده است. سپس، معادلات حاکم بر حرکت به روش انرژی و بکار بردن تکنیک ریتز استخراج شده اند. تحلیل روی خصوصیات فرکانسهای طبیعی با شرایط مرزی مختلف به وسیله تابع تیر محوری صورت پذیرفت. شرایط مرزی در لبه های دو انتهای پوسته استوانه ای ایزوتروپیک چند لایه به صورت ساده- ساده، گیردار- گیردار و آزاد- آزاد در نظر گرفته شده است. تاثیر فشارهای خارجی، موقعیت رینگ های تقویتی و شرایط مرزی مختلف روی فرکانسهای طبیعی بررسی شده است. نتایج نشان داد که رینگ های تقویتی و فشار خارجی روی پوسته استوانه ای ایزوتروپیک چند لایه اثر می گذارند و منجر به افزایش فرکانسهای طبیعی می گردد. نتایج ارائه شده می تواند به عنوان یک معیار مهم برای محققان جهت اعتبار سنجی روش های تحلیلی استفاده شوند.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، پوسته استوانه ای، ایزوتروپیک، رینگ، فشار
  • سجاد پیرمحمد *، احد کیانی صفحات 247-259
    هندسه قطعه آزمایشگاهی به منظور انجام آزمایش های شکست یکی از چالش های مهم در تعیین استحکام شکست مواد می باشد. در این پژوهش، یک نمونه جدید آزمایشگاهی موسوم به "نیم دیسک خمشی حاوی ترک سه بعدی" جهت بررسی رفتار شکست مواد مهندسی تحت بارگذاری مرکب کششی-برشی خارج صفحه ای (I/III) پیشنهاد شده است. این نمونه نیم دیسک شکل، حاوی ترک مورب بوده و بصورت خمش سه نقطه ای بارگذاری می شود. به منظور محاسبه ضرایب شدت تنش در نوک ترک نمونه پیشنهادی با پارامترهای هندسی و بارگذاری مختلف، تحلیل های گسترده اجزای محدود در نرم افزار آباکوس بصورت سه بعدی انجام گرفته است. نتایج تحلیل ها نشان داد که این نمونه قادر به ایجاد مود مرکب I/III بوده، بطوری که با افزایش زاویه ترک، سهم مود III افزایش می یابد. در مرحله بعد به منظور بررسی قابلیت عملیاتی بودن نمونه پیشنهادی، چند نمونه از جنس بتن آسفالتی ساخته و تحت مودهای مختلف مرکب I/III مورد آزمایش تجربی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه پیشنهادی به درستی می تواند مود بارگذاری I/III را شبیه سازی کند. همچنین نتایج شکست نشان داد که با افزایش مود III، استحکام شکست بتن آسفالتی کاهش می یابد. از طرف دیگر، بررسی سطح شکست نمونه ها نشان داد که در حالت بارگذاری مود III، مسیر رشد ترک بصورت پیچشی بوده است.
    کلیدواژگان: نمونه نیم دیسک خمشی، مود ترکیبی I-III، ضرایب شدت تنش، بتن آسفالتی
  • میثم خطیبی، میلاد محمدزاده کوثری، حمید نیازمند * صفحات 261-275
    در این پژوهش، به بررسی تاثیر افزودن ذرات آلومینیومی به بستر ذرات جاذب متخلخل بر عملکرد چیلرهای جذب سطحی پرداخته شده است. برای این منظور، یک بستر جاذب با مبدل گرمایی صفحه-تخت و فین های مستطیلی به صورت سه بعدی و به روش حجم محدود شبیه سازی شده است. همچنین از سیلیکاژل SWS-1L-آب به عنوان جفت کاری استفاده شده است. به منظور بررسی اثر افزودن ذرات آلومینیومی بر عملکرد سیستم، بستر جاذب در دو حالت در حضور فین های مستطیلی و عدم حضور فین ها مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج نشان داد، استفاده از ذرات آلومینیومی موجب افزایش ضریب هدایت گرمایی بستر و درنتیجه کاهش زمان چرخه شده و درنهایت سبب افزایش توان سرمایش مخصوص می شود. ولی در مقابل، ضریب عملکرد سیستم را کاهش می دهد. همچنین نتایج نشان داد که افزودن ذرات آلومینیومی در حضور فین موجب افزایش بیشتر توان سرمایش مخصوص شده که این افزایش با افزایش ابعاد بستر تشدید می گردد، هرچند کاهش ضریب عملکرد سیستم در این حالت بیشتر از حالت بدون فین می باشد.
    کلیدواژگان: چیلر جذب سطحی، مبدل گرمایی صفحه تخت، مدل سازی عددی، ذرات آلومینیومی، ضریب هدایت حرارتی
  • سید مصطفی حسینعلی پور، حمیدرضا شهبازیان *، مجتبی قبادی، محمدصادق نوروزی صفحات 277-288
    خنک کاری پره های توربین ارتباط مستقیم با افزایش بازدهی و توان و همچنین افزایش عمر پره دارد. با افزایش دمای سیال ورودی به توربین می توان بازدهی و توان تولیدی توربین را افزایش داد. از آنجا که پره های توربین با سرعت های دورانی بالایی در حال چرخش می باشند لذا خنک کاری پره نیز تحت تاثیر دوران پره دستخوش تغییراتی قرار می گیرد. نیروهای کریولیسی و نیروهای بویانسی دورانی از جمله نیروهایی است که به واسطه چرخش پره ایجاد خواهد شد. لذا در این تحقیق اثرات دوران و بویانسی دورانی در ضریب انتقال حرارت موضعی و کلی در لبه های پیشرو و پسرو و افت فشار سیال خنک کننده به صورت آزمایشگاهی بررسی خواهد شد. نتایج برای اعداد بی بعد 5, 000
    کلیدواژگان: خنک کاری توربین گاز، راندمان حرارتی، نیروی کریولیس، نیروی بویانسی دورانی، تحلیل آزمایشگاه
  • قاسم آبباریکی، علیرضا ریاسی * صفحات 289-302
    ایندیوسر یک توربوماشین محوری است که در ورودی جداکننده های دوار پمپ های دورن چاهی الکتریکی به منظور افزایش هد و غلبه بر افت فشار لوله های خروجی نصب می شود. در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و روش های بهینه سازی، به بهینه سازی ایندیوسر به منظور افزایش هد و بازدهی آن پرداخته شده است. بعد از طراحی اولیه، زاویه ورودی و خروجی روی شرود، موقعیت پره در لبه ورودی و خروجی شرود و همچنین ضخامت پره به عنوان پارامترهای تاثیر گذار انتخاب شده اند. برای کاهش محاسبات از مدل جانشینی بر پایه مدل کریجینگ به منظور پیش بینی تابع هدف استفاده شده است. معادلات سه بعدی ناویر استوکس پایا برای آنالیز جریان تک فاز و دوفاز به کار گرفته شده است. جریان دوفاز غیرهمگن با استفاده از روش اویلری-اویلری و با در نظر گرفتن نیروهای بین فازی در نرم افزار انسیس-سی اف ایکس مدل سازی شده است. از الگوریتم ژنتیک مقادیر پارامترها در نقاط بهینه محاسبه و نتایج برای آنالیز حساسیت استفاده شده است. با توجه به آنالیز حساسیت، پارامترهای زاویه ورودی و ضخامت پره بیشترین تاثیر را روی هد و زاویه خروجی بیشترین تاثیر را روی بازدهی ایندیوسر دارند. نتایج نشان می دهد که هندسه بهینه در شرایط تک فاز و دوفاز هد بیشتری را تامین می کند.
    کلیدواژگان: ایندیوسر، دوفاز، پمپ درون چاهی الکتریکی، بهینه سازی چند هدفه
  • سید علیرضا ذوالفقاری *، علی فوادالدینی صفحات 303-314
    پردازنده گرافیکی همه منظوره کاربر را قادر می سازد تا از پردازنده گرافیکی برای مقاصد محاسباتی عمومی بهره بگیرد. استفاده از این نوع پردازنده ها موجب افزایش سرعت محاسبات در حل مسائل دینامیک سیالات محاسباتی می شود. تحقیقات متعددی جهت بررسی مزیت استفاده از پردازنده گرافیکی در محاسبات از جمله بکارگیری آن برای حل دستگاه معادلات سه قطری صورت گرفته است. در سال 2016 روش توماس شطرنجی برای حل دستگاه معادلات سه قطری در حلگر ADI ارائه شد. در این روش هر دستگاه معادلات به چندین دستگاه معادلات مستقل و با ابعاد کوچکتر تقسیم می شود. سپس هر یک از این دستگاه ها به وسیله الگوریتم توماس به صورت شطرنجی حل می شوند. همچنین، در این روش علاوه بر مشارکت تعداد زیادی نخ محاسباتی در حل امکان ذخیره اطلاعات مربوط به هر دستگاه معادلات در حافظه اشتراکی میسر می گردد. در تحقیق حاضر با توجه ملاحظات مرتبط با استفاده از حافظه اشتراکی، راهبردی جهت بکارگیری این حافظه در روش توماس شطرنجی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که بکارگیری حافظه اشتراکی موجب افزایش سرعتی بین 1. 2 تا 1. 6 برابر نسبت به وضعیت بکارگیری حافظه سراسری شده است. همچنین مشخص شد که تداخل دسترسی به حافظه اشتراکی موجب کاهش سرعتی بین 10. 9 تا 18. 8 درصد در روش توماس شطرنجی می شود.
    کلیدواژگان: روش توماس شطرنجی، پردازنده گرافیکی همه منظوره، حافظه اشتراکی، دستگاه معادلات سه قطری
  • وحید فرهنگ مهر *، سید اسماعیل رضوی صفحات 315-326
    در تحقیق حاضر، یک حل حجم محدود بر پایه مشخصه ها برای حصول جواب های دقیق، بهبود سرعت همگرایی و فراهم نمودن پایداری برای حل عددی جریان های تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی با انتقال گرمای جابجایی اجباری توسعه داده شده است. از تراکم پذیری مصنوعی برای کوپل کردن معادلات پیوستگی و ممنتوم و از الگوریتم رانگ-کوتای مرتبه پنج برای پیمایش زمانی حل استفاده شده است. یک طرح بر اساس مشخصه های مجازی برای محاسبه جملات جابجایی و یک طرح مرتبه دوم برای محاسبه جملات لزج و رسانش گرمایی به کار گرفته شده اند. به منظور سنجش کارامدی این حل حجم محدود توسعه داده شده، جریان صلیبی تراکم ناپذیر، آرام، پایا و دوبعدی هوای گذرنده از روی ایرفویل ناکا0012بدون انتقال گرما و از روی استوانه دایروی افقی بلند با انتقال گرمای جابجایی اجباری شبیه سازی عددی شده اند. نتایج حاصل در این شبیه سازی ها با اطلاعات موجود در ادبیات فن مقایسه شده اند که نشانگر توافق خوب بین آنها می باشد.
    کلیدواژگان: جریان تراکم ناپذیر، انتقال گرمای جابجایی اجباری، روش مشخصه ها، تراکم پذیری مصنوعی، جریان صلیبی
|
  • B. Samadi, I. Masoumi Dehaghi *, H. Ghaedali Pages 1-14
    In this research, opening welding on an aluminum shell and investigating the effect of welding sequence on residual stresses and distortion after welding by finite element simulation have been investigated. Then, the results are compared in ABAQUS and SYSWELD.Using experimental data, simulation and experimental results are compared. The temperature distribution is not uniform in different area of the welding zone, the most important factor in this incident is the non-uniform welding geometry. Thermal retransmission and the difference between thermal pick in different situations increases with increase of welding steps, which will affect the development of residual stresses as well as distortion after welding. The peak of the residual stresses is reduced and more uniform distribution occurs as the number of welding sequences increases.. The results show that the higher the distortion in the weld region (the elongation), the greater the amount of elongation. Also, the amount of elongation will be greater, with the higher the distortion in the weld area.
    Keywords: Welding sequence, Finite element, Residual stress, Distortion
  • Seyed M. M. Modarres Gheisari, P. Safarpour, M. Zandi * Pages 15-28
    Nanoemulsions and their preparing technologies have become one of the most important fields in various industries such as chemical engineering, pharmaceutics and food. Ultrasonic irradiation is a method for preparing nanoemulsions, which is used in different scales. Microcontainers, by use of piezoelectric ceramic (abbr. piezo), are utilized to prepare nanoemulsions in some special researches. Irradiation of ultrasonic waves by these piezos in microcontainers is the most important part of nanoemulsion preparation process. Piezoes arrangement and their excite frequencies have a great effect on interacting waves and therefore, ultrasonic bath performance. In this paper, four configurations of cubic ultrasonic microcontainer have been analyzed by simulations in COMSOL Multiphysics software. Irradiation of ultrasonic waves performed at three frequencies 20, 200 and 300 kHz. In order to determine the best arrangement, the effect of adding piezoes in different frequencies and arrangements has been analyzed. It has been shown that adding two faced piezos, leads to increasing acoustic energy density logarithmically and this increment is more evident in lower frequencies.
    Keywords: Nanoemulsion, Ultrasonic Irradiation, Microcontainer, Simulating Acoustic Waves Propagation, COMSOL Multiphysics Software
  • M. Eftekhari, M. Ahmadi, M. R. Farahani * Pages 29-47
    One of the abilities of Ultrasonic method which has been less investigated, in comparison with other residual stress measurement methods, is the residual stress measurement capability in specimen depths. this capability is due to ultrasonic waves penetration in different depths of specimen, according to their transmittance frequency. In this research, the capability of Ultrasonic method in measurement of longitudinal welding residual stress in specimen depth has been studied. For this goal, four series of Ultrasonic sensors, including 1, 2, 4 and 5 MHz were used in order to reach four depths of pieces of aluminum alloy series 5000 joined by TIG welding. Welding residual stresses were simulated in Abaqus software. Then, simulation model was validated by comparing with the results of X-ray diffraction experimental method. The validated FEM model with x-ray diffraction method was used for validation of residual stress obtained from Ultrasonic method in four depths. Finally, good agreement was observed. Ultrasonic method could measure longitudinal residual stresses with the maximum error of 12% of yield stress of aluminum plate. The accuracy of this method in measurement of the maximum longitudinal residual stress was greater than 92%.
    Keywords: Ultrasonic method, Simulation Method, X-Ray Diffraction Method, Welding Residual Stress, Aluminum Alloy Series 5000
  • A. Bagheri, S. Nezamivand Chegini*, M. Ramezani Dashtemian, F. Najafi Pages 49-64
    In this paper, a new method is presented for gear fault detection. The vibrational signals of gearbox set are collected in three conditions: normal, chipped and worn teeth. These signals are adaptively decomposed into a number of intrinsic mode functions (IMFs) by the empirical mode decomposition (EMD). Since, all of the IMFs drived from the EMD are not appropriate for fault detection, the cross-corrolation concept is used to select all most apptoptiate IMFs. Then, feature matrix corresponding to each condition, is extracted using statistical functions. “One-against-one” support vector machine (SVM-OAO) is utilized to classify the faults. Since, all of the extracted features are not suitable for fault detection and SVM has parameters to be set, the particle swarm optimization (PSO) is used to select the best feature and detect optimal parameters of SVM. Objective function in this paper is accuracy of the SVM classifier in predicting of gearbox condition. Obtained results show that the selected features in this method and optimized SVM have the excellent ability to classify the faults.
    Keywords: Gearbox Fault Detection, Feature Selection, Empirical Mode Decomposition, Support Vector Machine, Particle Swarm Optimization
  • A. Ghiasvand *, S. Hassanifard Pages 65-75
    Friction Stir welding (FSW) is a solid state technique that was invented to eliminate the limitations of welding of aluminum alloys. In the present study numerical simulation of friction stir welding and friction stir spot welding (FSSW) of AA6061-T6 aluminum alloy by pinless tool which has an embedded part with same material of the workpiece was performed in four different diameters. The temperature peak generated in the process was recorded for all simulation states and compared with previous experimental data for validation purposes. It has been found that in the FSSW process, the heat generation and temperature increase is higher than the FSW process, which is due to the Lack of transitional speed in this case and the increase in heat in a smaller volume section. Investigation of the vertical reaction force of tool was performed in FSSW, it was observed that if an embedded part in tool is used, the peak force is reduced and the amount of this decrease will increase with increasing the diameter of the embedded aluminum section. In the case of using d10 tool, the peak force compared to the d0 tool was about 10% lower.
    Keywords: Friction Stir Welding, Numerical Simulation, CEL Technique, Aluminum Alloy
  • S. Korkzan, Seyed M. Zandi * Pages 77-90
    Plate girders are flexural members and they usually use instead of hot rolled sections in the matter of their high flexural capacity. Plate girders are made by suitable combination of steel plates the reason why monitoring of shear stresses in plate girders with thin-walled webs are important is the probability of shear buckling and failure of web due to the initial steps of loading. Experiences illustrate that if intermediate and bearing stiffeners used in plate girders, not only the shear buckling do not cause failure but also it stay stable for bearing loads. The main objective of this research was study on their behavior of plate girders with corrugated web in comparison with plate girders with bearing stiffeners due to controlling of shear buckling (local corrugated web created by applying incremental static loading). In this research several items got studied like how to create local corrugated web and their properties and performances in shear buckling large deformations and some analytical methods like numerical buckling analysis. Results provides information about the higher shear capacity in plate girders in local corrugated web in comparison with simple plate girders without any stiffeners.
    Keywords: Shear Behavior of Plate Girder, Plate Girders with Local Corrugated Web, Intermediate Stiffener, Numerical modeling
  • R. Khondabi, H. Khodarahmi, M. Zia Shamami , R. Hosseini * Pages 91-106
    Sandwich panels, due to high strength to weight ratio and energy absorption properties, are widely used in various industries including aerospace industries, marine and automotive industries. This study explored the strength and performance of panels composed of low-density polyurethane foam core sandwiched between two aluminum skins. In this article several aluminum sandwich panels with polyurethane foam core having different thickness were designed and tested using a shock tube facility. Some blast test were performed in order to determine the effects of foam thickness on displacement of back face-sheet and energy absorption of sandwich structures. Also using the compression test results performed on the foam, numerical simulation using Autodyn software were performed. There was a good agreement between experimental investigation and numerical results. Using experimental investigation and parametric studies, it is shown that the amount of displacement of back face-sheet of sandwich structures is decreased and energy absorption is increased as foam and back face-sheet thickness is increased.
    Keywords: Blast loading, Sandwich panel, Polyurethane foam, Energy absorption, Shock tube
  • M.R. Soltanpour * Pages 107-122
    In this paper, a fuzzy sliding mode controller is presented for controlling a class of underactuated systems. In order to present the proposed method, at first, the sliding mode method for a single input-single output system is expressed. In the following, based on this design method, a sliding mode controller for a class of single input-multi output systems is presented. The mathematical proof shows that the closed loop system, in the presence of structured and un-structured uncertainties, has global asymptotic stability. In the proposed control due to the use of the sign function in the control input, the incidence of chattering is inevitable. For this reason, a fuzzy system is designed and added to the sliding mode controller. The proposed fuzzy sliding mode control eliminates existing problems and its design is done in such a way as to ensure the global asymptotic stability of the closed loop system. Finally, to demonstrate the proposed control performance, three-stage simulations are implemented on the inverse pendulum system. Simulation results show the performance of the proposed control.
    Keywords: underactuated systems, structured, un-structured uncertainties, chattering, fuzzy sliding mode control
  • A. Ebrahimi Mamaghani*, R. Hosseini, M. Shahgholi, H. Sarparast Pages 123-135
    In this paper, free lateral vibration of exponentially functionally graded beams is studied. For these inhomogeneous axial beams, characteristic equations in closed form are derived under various boundary conditions. The frequency and characteristic equations convert to analytical classical Euler-Bernoulli beams equations with ignoring gradient index. In addition, variation of mode shapes of the structure in terms of gradient parameter is demonstrated and compared with isotropic materials. In order to comparison and validation, the obtained results were compared with other available references. The results show that the natural frequency of the beams and mode shapes of the systems are strongly dependent to end conditions and gradient index. Furthermore, for functionally graded beams, there exists a critical frequency which leads to jump phenomenon in frequency spectrum so that harmonic vibration occurs in frequencies higher than the critical value and in frequencies lower than the critical value or pseudo-frequency, non-propagating fields occur. This feature does not exist in homogeneous beams. The presented results can be used for beams with exponentially decaying width and constant thickness. Moreover, the minimum frequency of the considered systems is helpful for engineers to design optimum non-uniform and nonhomogeneous structures.
    Keywords: Axial inhomogeneous beams, Exponential functionally graded materials, Characteristic equation, Fundamental natural frequency, Jump phenomenon
  • A. Andakhshideh, S. Maleki *, Sayed S. Marashi Pages 137-151
    In this research, the behavior of functionally graded micro-beams under electrostatic excitation is investigated. The system model is developed based on Euler-Bernoulli beam theory. In the developed model, the effects of electrostatic excitation and mid-layer stretching are considered. In order to solve the nonlinear governing equation, Generalized Differential Quadrature method and the Newton-Raphson method are used. To develop the pull-in voltage through the numerical results, a novel algorithm is developed. For numerical integration, Generalized Integral Quadrature is also used. Finally, the major problem of this method that prevent it from being used more frequently is discussed and a solution of that problem is suggested. In numerical results of this research, the pull-in voltage variation with respect to the functionally graded micro-beam stiffness distribution and initial gap of micro-beam is studied. Results show that increasing the micro-beam equivalent stiffness or beams initial gap, will increase the pull-in voltage. The boundary conditions effect on the micro-beam pull-in voltage is also studid in the numerical results.
    Keywords: Micro-beam, Functionally graded material, Pull-in voltage, Electrostatic loading, Nonlinear loading
  • E. Arabyarmohammadi, M. Mohammadiun *, M. Saadi, H. Mohammadiun Pages 153-163
    Heat transfer and cost are two important parameters of designing a heat exchanger. Mostly, in engineering affairs the goals of interest for optimization are in conflict with each other. In the other hand, by making progress in one parameter, an undesirable factor appears. There is the same problem in heat exchangers. By increasing the heat transfer, heat area, cost and pressure drop increase. Thus, instead of one solution, there are several solutions. In this study firstly, the heat model of exchanger is estimated through e-NTU heat transfer method then for computing the heat transfer and pressure drop, Bell Delaware method is used. Lots of usual optimization methods for extracting the solutions are not efficient. At current research an efficient method is presented based on group particle algorithm and genetic, according to multi goaled function for optimizing of these exchangers. In addition, in optimization by two algorithms, two tube arrangement modes were considered, both square and triangular arrangement, which, At the end of this research, the results obtained from two algorithms for different modes and other research results have been compared.
    Keywords: Particle Swarm Optimization, Genetic algorithm, Shell, tube heat exchanger, Bell Delaware method
  • A. Nikkhoo*, E. Rabbani, M. Niaz Pages 165-175
    In this study, dynamic behavior of thick rectangular plates under a moving mass with constant velocity traversing the plate on a rectilinear path is investigated. A semi-analytical method with the aim of BCOPs (Boundary Characteristic Orthogonal Polynomials) is utilized to tackle with the solution of motion equations for different boundary conditions of the plate while accounting for shear deformations. The effects of thickness and boundary conditions of plate and weight and velocity of the moving mass on the dynamic response of plate are scrutinized. The obtained results revealed the accuracy of the proposed method in comparison with the other researchers’ results. The results also demonstrated the importance of the moving load inertia as well as the shear deformations of the host structures on its dynamic behavior. The importance of this study lies on the vibration of bridge-type structures with plate decks, where, the shear deformation of the base structure could be no more ignored, especially for heavy vehicles moving with high speeds.
    Keywords: Dynamic Analysis, Mindlin Plate, Moving Mass, Boundary Characteristic Orthogonal Polynamials(BCOPs)
  • M. Ahmadi Balootaki*, A. Gholamzade, Me. Salehi Pages 177-192
    It is impossible to measure the random excitation loads of structures during transportation under road excitations or satellite carriers thrown under environmental excitations in order to identify modal parameters; thus in this research, our challenge and purpose is to determine the modal properties of structures without having the input excitation load and, but only by having the response. In the studies have been performed so far in the field of modal analysis, less attention has been paid to comparing time and frequency methods, especially in the determination of damping. In addition, no sensitivity analysis between different excitations of white noise, sinusoidal sweep and the effect of these excitations on time and frequency domain methods of modal functional analysis have been performed so far. At first, these methods are implemented and validated on a 5-DOF discrete model (mass, spring, and damper), and finally they are industrially implemented on an actual structure. This paper shows that the decomposition methods are capable to extract the modal parameters of the primary modes of an actual sample. At the end, a comparison is made between the results and the effectiveness of each method is evaluated.
    Keywords: Operational Modal Analysis, Damping, Time Domain, Identification, Frequency Domain
  • Seyed H. Hosseini, M. Najafi *, J. Joudaki Pages 193-204
    Armored vehicles almost experience explosive loading in battle field. In this article, the structural integrity of armored vehicle under explosive loading will be studied experimentally and numerically. A finite element method has been developed to find the effect of explosion by 10 kg TNT at 97 cm distance from bottom of armored vehicle on the structure of vehicle. After determination of stress and strain distribution induced in the structure, part of the vehicle, which has maximum stress, is selected for detail analysis. The selected part consists of welding joints. The selected structure is modeled in the finite element software and an equivalent explosive loading was applied to the structure. The equivalent explosive loading on selected welded structure is so that same loading condition was applied to the structure as the real condition. The equivalent explosive welding is carried out by 500 gr TNT at 12.5cm distance. Experimental tests had been implemented on the selected structure by the equivalent explosive loading. A particular fixture was designed and manufactured for experimental tests. The finite element results show that the stress magnitude in the welded structure exceeds from the yield strength of the used material, the structure experiences plastic deformation. But fracture did not happen in the structure. Similar conditions have been observed in the experimental results. The explosion steps which was recorded by a high-speed camera shows that the blast wave is similar to the results of smoothed particle hydrodynamics (SPH).
    Keywords: Finite Element Analysis, Explosive Loading, High Strength Low Alloy Steel, Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH
  • Seyed A. Hoseini Sabzevari*, M. Moavenian Pages 205-212
    In this study elastic dampers are implemented to a plate edges to find the damper influence on reflected waves. Most of the published papers in the sound localization on plates were not considered the effect of reflected waves on the final localization. As an experimental example, the sound caused by ping pong ball impact on a Plexiglas plate is used. The effect of the elastic dampers on reflected waves are experimentally analyzed. For this purpose, a database is gathered using recorded signals by low sampling rate electret and pickup microphones. These sound’s signals were recorded for different dampers position on the plate edges. In the proposed method, first the data related to the propagated waves are detected and isolated from the whole signals which are sent by the microphone. Then the effect of elastic dampers on reflected waves are analyzed by a space feature extracted from the energy of recorded signals. Furthermore, in order to evaluate experiment results, statistical analysis are used. The results show reflected waves from edges are clearly influenced by all elastic dampers in different efficiency.
    Keywords: Sound Localization, Feature extraction, Energy, Lamb waves
  • M. Sabokrouh*, B. Khosh sima Pages 213-219
    Titanium is one of the most important microalloy elements of high strength low-alloy steels used in gas transmission industry. In this paper, titanium nano -oxide and titanium nano- carbide were added to two separate samples in the binding point. Then the Shielded metal arc welding (SMAW) was performed on high-strength low alloy (HSLA) steel with high grade of X-65 according to the special welding method of the National Iranian Gas Company. The results show that the percentage of titanium in both nano-alloy samples has been increased compared to the microalloy. The percentage of titanium in the sample of titanium carbide nanoparticles has increased more than that of titanium oxide nanoparticles. The charpy test results show that in the sample containing titanium oxide nanoparticles compared to the sample containing titanium carbide nanoparticles, has been increased by 70%. Also, the final strength (sample containing titanium carbide nanoparticles compared to the sample containing titanium oxide nanoparticles) has been increased by 40%.
    Keywords: Nano-Welding, HSLA, Gas Transmission Pipelines, Mechanical Properties
  • M. Salehi*, M. Azami Pages 221-231
    A lot of researchers have focused on vibration-based structural damage detection in last few decades. Most of proposed methods are based on modal parameters. Due to difficulties in performing modal tests, response- based methods have got much more attention. In this paper, a new technique for processing random vibrational response with the aim of structural damage localization is introduced. The technique is based on Multi-channel Empirical Mode Decomposition of random response of the structure. The main advantage of Multi-channel Empirical Mode Decomposition over traditional Empirical Mode Decomposition is its ability to extract consistent Intrinsic Mode Functions in the case of multi-channel measurements. Regarding the fact that a local stiffness reduction in a beam causes an abrupt change in the curvature of deformation, spatially distributed Intrinsic Mode Functions are employed for damage localization. The proposed method has been carried out on a finite element model of a damaged cantilever beam. To investigate the efficiency and robustness of the method, the effect of number of measurement points, damaged zone location as well as damage intensity have been studied in detail. The results in all cases are satisfactory.
    Keywords: Vibration, MEMD, Damage localization, Random response
  • M. R. Isvandzibaei * Pages 233-246
    This paper presents the study on natural frequency of reinforced multi-layered isotropic cylindrical shells with three rings under external pressures. The multi-layered cylindrical shell is formed by three layers of isotropic where the inner and outer layers are stainless steel and the middle layer is aluminum. The reinforced multi-layered shell equations with three rings and external pressures are established based on first order shear deformation theory (FSDT). The governing equations of motion were employed, using energy functional and by applying the Ritz method. The boundary conditions represented by end conditions of the multi-layered cylindrical shell are simply supported-simply supported (SS-SS), clamped-clamped (C-C) and free-free (F-F). This research was solved with computer programming using MAPLE package. The influence of external pressure, rings position and different boundary conditions on natural frequencies characteristics is studied. The results shows that reinforced rings and external pressures have effect on the natural frequency of multi-layered isotropic cylindrical shell and cause the natural frequency to increase. The results presented can be used as an important benchmark for researchers to validate their analytical methods.
    Keywords: Natural frequency, Cylindrical Shell, Isotropic, Ring, Pressure
  • S. Pirmohammad*, A. Kiani Pages 247-259
    Geometry of the specimen has been known to be one of the main challenges of determining the fracture strength of the materials. In this paper, a new specimen called "semi-disc bend specimen containing a 3D crack" has been proposed in order to study mixed mode I/III fracture behavior of the materials. This SCB specimen contains a tilted crack and is loaded by three-point bend fixture. Extensive three dimensional finite element analyses were carried out for different geometrical and loading parameters to obtain the stress intensity factors at the crack tip. The results showed that this specimen was capable of creating the mixed mode I/III loading such that the mode III component increases as the crack angle enhances. In the next step, in order to consider practicability of the proposed specimen, several specimens made of asphalt concrete were produced, and were then tested under different mixed mode I/III loading. The results showed that the suggested specimen can correctly simulate the mixed mode I/III loading. In addition, based on the experiments, fracture resistance of the asphalt concrete reduces as the mode III component increases. On the other hand, twisted fracture trajectory was observed from considering fracture surface of the specimens.
    Keywords: Semi-disc bend specimen, mixed mode I-III, stress intensity factors, asphalt concrete
  • M. Khatibi, M. Mohammadzadeh Kowsari, H. Niazmand * Pages 261-275
    In this study, the effects of aluminum particle additives in porous beds on the adsorption chillers performance have been investigated. For this purpose, an adsorbent bed with rectangular finned flat-tube heat exchanger by employing a three-dimensional control volume scheme is simulated. Furthermore, silica gel SWS-1L-water has been used as a working pair. The effects of aluminum particle additives on the system performance is investigated in the presence and absence of the fins. The results showed that the use of aluminum particles increases the thermal conductivity coefficient of the bed and, consequently, leads to reduction and increment of the cycle time and the specific cooling power, respectively, while it decreases the coefficient of performance. Moreover, the results indicated that employing the aluminum particles in the presence of fins has led to a greater increase in the specific cooling power which this effect is more pronounced in larger bed dimensions, while the coefficient of performance reduction is lower in the absence of fins.
    Keywords: Adsorption chiller, Flat-tube heat exchanger, Numerical study, Aluminum particles, Thermal conductivity coefficient
  • S. Mostafa Hosseinalipour, H.R. Shahbazian *, M. Ghobadi, M.S. Noruzi Pages 277-288
    Turbine blade cooling system is directly related to increasing the efficiency and power output and also growing the life time. By increasing the turbine inlet temperature, the efficiency and power output can be increased. Since the turbine blades are rotating at high rotational speeds, the blade cooling is also influenced by the rotation state. The Coriolis and centrifugal buoyancy forces are two important forces that will be created by the rotation. Therefore, in current study, the effects of Coriolis and centrifugal buoyancy forces on local and overall heat transfer coefficients in leading and trailing edges will be investigated. The experimental study will consider 5,000
    Keywords: Gas Turbine cooling, thermal efficiency, Coriolis force, centrifugal buoyancy force, experimen
  • Gh. Abbariki, A.R. Riasi * Pages 289-302
    The inducer is an axial Turbo-machinery installed at the inlet of Rotary Gas Separators of Electrical Submersible Pump to increase the head and overcome the pressure drop of the outlet pipes. In this study the inducer optimization in order to increase the head and the efficiency has been addressed using the computational fluid dynamics,. After the initial design, the inlet angle and outlet angle on the shroud, the position of the leading edge and trailing edge on the shroud as well as the blade thickness, selected as effective parameters. To reduce the computational cost a Surrogates model based on the Kriging model is used to predict the objective function. Flow analysis of the single and two phases are conducted by solving three-dimensional steady Navier–Stokes equations. Inhomogeneous two-phase flow is modeled in the ANSYS-CFX software using the Euler-Euler approach and considering interphase forces. From the genetic algorithm, the values of the parameters in the optimal points are calculated and the results are used for sensitivity analysis. Regarding the sensitivity analysis, the input angle and the blade thickness have the greatest impact on the head and also the outlet angle has the greatest impact on the inducer efficiency. Numerical simulation results show that the optimum geometry in single-phase and two-phase conditions provide more head.
    Keywords: Inducer, Two-phase, Electrical Submersible Pump, Multi-objective optimization
  • A.R. Zolfaghari*, A. Foadaddini Pages 303-314
    General Purpose Graphics Processing Unite (GPGPU) allows the user to utilize GPU for general computing purposes. Using these processors can cause a significant speedup in numerical calculation for solving CFD problems. Several studies have been performed to investigate the advantages of using the GPGPU in numerical calculations including solving tridiagonal set of equations. In 2016, Checkerboard method introduced for solving tridiagonal set of equations in ADI solvers. In this method each set of equations is divided in to several smaller independent set of equations. Then each one of them will be solved by Thomas algorithm in checkerboard style. In addition to the participation of many threads, in this method it is possible to store the information of each set of equation in shared memory. In the present research, according to consideration around using shared memory, a strategy for using this memory in checkerboard Thomas method has been offered. Results shows that utilizing shared memory has been caused to computing speedup between 1.2x to 1.6x, compared with utilizing global memory. Also, it was found that bank conflict causes to decrease the speed from 10.9% to 18.8% in checkerboard Thomas method.
    Keywords: Checkerboard Thomas method, GPGPU, shared memory, tridiagonal set of equations
  • V. Farhangmehr *, Seyed E. Razavi Pages 315-326
    In this study, a characteristic-based finite-volume solution has been developed to obtain accurate results, improve the convergence rate, and provide the stability for the numerical solution of incompressible, steady, laminar, and two-dimensional flows with heat transfer. The artificial compressibility in order to couple the continuity and momentum equations and the fifth-order Runge-Kutta algorithm in order to marching the solution in time have been used. The convective terms have been calculated by a scheme based on the virtual characteristics and the viscous and thermal conduction terms have been calculated by a second-order scheme. In order to assess the capability of aforementioned developed finite-volume solution, the laminar, incompressible, steady, and two-dimensional cross flow of air on a NACA0012 airfoil without heat transfer and on a long horizontal circular cylinder with the forced convective heat transfer have been numerically simulated. The results obtained in these simulations have been compared with the data available in the literature. This comparison showed a good agreement between them.
    Keywords: Incompressible Flow, Forced Convective Heat Transfer, Characteristic-Based Method, Artificial Compressibility, Cross Flow