فهرست مطالب

  • سال نوزدهم شماره 4 (فروردین 1398)
  • تاریخ انتشار: 1397/11/29
  • تعداد عناوین: 25
|
  • مهرداد خسروی، سعید صالحی، مهدی حسینی آبادشاپوری، مجتبی طالع زاری، محسن عابدی * صفحات 789-800
    کاهش دمای آرایه های خورشیدی ماهواره به منظور افزایش بازده الکتریکی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه با به کارگیری الگوریتم ژنتیک، روش نوینی برای طراحی بهینه پیکربندی لوله های حرارتی ماهواره ها ارایه شد. هدف از این بهینه سازی، تعدیل شرایط دمایی و طراحی حرارتی آرایه های خورشیدی برای یک ماهواره دارای نشانه روی خورشید در مدار پایین است. به منظور شبیه سازی حرارتی ماهواره از نرم افزارهای SINDA/FLUENT و Thermal Desktop استفاده شد. شبیه سازی های عددی با استفاده از نتایج تجربی مدل حرارتی ماهواره در محفظه خلا، صحت سنجی شد و نشان داده شد که تحلیل های عددی می توانند نتایج قابل اعتمادی تولید نمایند. سپس با اعمال قواعد و قیود حاکم بر مساله، یک الگوریتم بهینه سازی نوشته شد. این الگوریتم به حل معادلات حاکم بر مساله به کمک حلگر می پردازد و نتایج را به عنوان خروجی گزارش می کند. بهینه سازی برای داغ ترین حالت ماهواره (زاویه °90=بتا) انجام و پس از انجام فرآیند بهینه سازی، پیکربندی بهینه لوله های حرارتی استخراج شد. در قسمت بررسی نتایج، سه حالت عدم استفاده از لوله های حرارتی، طراحی اولیه پیکربندی لوله های حرارتی و پیکربندی بهینه لوله های حرارتی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. مشخص شد که طراحی بهینه به کمک الگوریتم ژنتیک می تواند تا C°19 دمای آرایه های خورشیدی را نسبت به حالتی که در آن از لوله های حرارتی استفاده نشده است، کاهش دهد. مشاهده شد که افزایش نسبت بازده الکتریکی سلول های خورشیدی حدود 10/4% است. همچنین طراحی بهینه نسبت به طراحی اولیه، تا C°10 دمای آرایه های خورشیدی را کاهش می دهد. طراحی بهینه پیکربندی لوله های حرارتی می تواند باعث کاهش قابل توجه دمای اجزای داخلی ماهواره نیز شود.
    کلیدواژگان: ماهواره، لوله حرارتی، سلول های خورشیدی ، بازده ، الگوریتم ژنتیک
  • شیرین آدمی، امید رحمانی *، پرویز قاسمی صفحات 801-813
    امروزه ساختارهای ساندویچی در زمینه های بسیاری مورد استفاده قرار می گیرند. شناخت رفتار این سازه ها و خواص مکانیکی آنها برای طراحی بهینه و درست مورد نیاز است. تیرهای ساندویچی به دلیل داشتن رویه نازک و همچنین هسته ای با سفتی کم در برابر بارهای محلی بسیار آسیب پذیر هستند. افزایش مقاومت خمشی رویه یکی از راه حل های کاربردی برای افزایش مقاومت تورفتگی ساختار ساندویچی است. نانولوله های کربنی به دلیل ساختاری که دارند دارای خواص مکانیکی بسیار خوبی هستند که افزودن آنها به ماتریس پلیمری سبب بهبود خواص مکانیکی پلیمر می شود. در این مقاله رفتار تورفتگی ساختار ساندویچی به صورت تئوری و تجربی مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین با استفاده از نرم افزار آباکوس، تورفتگی ساختار ساندویچی شبیه سازی می شود. مدول الاستیک رزین اپوکسی تقویت شده با نانولوله های کربنی با درصد جرمی های مختلف توسط ساخت و آزمون کشش نمونه های کامپوزیتی و همچنین با استفاده از تئوری موری- تاناکا به دست آمده است. تحقیقات نشان می دهند که افزودن نانولوله کربنی تا 3/0% جرمی، سبب بهبود مدول الاستیک کامپوزیت می شود. افزودن بیش از این مقدار سبب افت خواص مکانیکی می شود. نهایتا نتایج به دست آمده از حل تحلیلی و مدل سازی آباکوس با نتایج به دست آمده از آزمون های تجربی برای رفتار تورفتگی ساختار ساندویچی با یکدیگر مقایسه شد. تطابق قابل قبولی بین نتایج به دست آمده مشاهده شد.
    کلیدواژگان: ساختار ساندویچی، رفتار تورفتگی، نانولوله کربنی، تئوری ولاسوف، تئوری تغییرشکل برشی
  • مهدی رمضانی زاده*، سامان فرامرزی صفحات 815-823
    صدای منتشرشده از هواپیماها، کاربردهای فراوانی همچون تعیین موقعیت، تعیین کلاس و عیب یابی آنها دارد. بنابراین بررسی عوامل تاثیرگذار بر صدای انواع هواپیماها دارای اهمیت قابل توجهی است. در سال های اخیر، آلودگی ناشی از ریزگردها در تمامی شهرهای ایران رو به افزایش است. در تحقیقات گذشته، تاثیر تمامی متغیرهای دما، فشار و درصد رطوبت بر انتشار صوت مورد بررسی قرار گرفته است اما تاکنون تاثیر وجود ریزگردها بر میرایی محیط بررسی نشده است. اندازه گیری های صوتی در فرودگاه بین المللی امام خمینی (ره) برای شش نوع هواپیما شامل هواپیماهای ایرباس 320، 319 و 321، بوئینگ 747 و 777 و امبرائر 190 در شرایط مختلف جوی توسط 3میکروفون حساس در فاصله 950متری باند پرواز انجام شده است. دما در محدوده C°40-20 و درصد رطوبت نسبی 2 الی 34% بوده است. در مرحله اول، نتایج حاصل از تغییرات پارامترهای دما و رطوبت نسبی با نتایج معتبر مقایسه و اعتبارسنجی شده است. در این تحقیق، متغیر جدید برای بررسی تاثیر وجود ریزگردها معرفی شده است که عبارت از اختلاف تراز شدت صوت محاسبه شده تئوری بدون وجود ریزگردها و تراز شدت صوت اندازه گیری شده به ازای یک میکروگرم بر متر مکعب افزایش غلظت ریزگردها در محیط است. کمترین مقدار ضریب میرایی محیط ناشی از وجود ریزگردها مربوط به هواپیمای ایرباس 320 (0. 01202) و بیشترین آن برای هواپیمای امبرائر 190 (0. 0154) است. نهایتا اینکه افزایش غلظت ریزگردها (10PM و 2. 5PM) موجب افزایش میرایی محیط شده و شدت صوت اندازه گیری شده کاهش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: هوا ، صوتی، ضریب میرایی جو ، ریزگردها ، شدت فشار صوت ، صدای هواپیما
  • امید یوسفی، مهدی اژدری مقدم *، ناصر کی خایی صفحات 825-831
    بسیاری از سازه های فولادی به دلیل عوامل محیطی مانند واردشدن بارهای تصادفی، فرسودگی، زنگ زدگی و پدیده هایی همچون کاویتاسیون و گذر زمان دچار آسیب می شوند. تخلیه کننده تحتانی سدها یکی از اجزای مهم این سازه ها هستند که در معرض مشکلات هیدرولیکی متعددی از قبیل ارتعاش حاصل از کاویتاسیون بوده که باعث ایجاد آسیب در آنها می شود و نیاز به بهسازی و ترمیم دارند. یکی از مصالح نوین برای مقاوم سازی استفاده از کامپوزیت پلیمری مسلح شده به فیبرکربن (CFRP) است. در این مقاله به بررسی اثر الیاف CFRP در مقاوم سازی دریچه تحتانی تحت بار ارتعاشی حاصل از کاویتاسیون و تاثیر آسیب بر ارتعاش حداکثری با نرم افزار ABAQUS پرداخته شد. به منظور مطالعه آسیب بر ارتعاش دریچه، از یک اندازه آسیب که به جلو یا عقب دریچه اعمال شده، استفاده شده است. در نهایت دریچه آسیب دیده با دو لایه الیاف CFRP مقاوم سازی شد. نتایج نشان داد که آسیب به وجودآمده ارتعاش حداکثری را افزایش داده و استفاده از الیاف پلمیری تاثیر بسزایی در کاهش ارتعاش و تنش های حاصل از فشار کاویتاسیون دارد.
    کلیدواژگان: ارتعاش دریچه تحتانی، CFRP ، مقاوم سازی، کاویتاسیون
  • عرفان نعمت الهی، محمد سفید* صفحات 833-844
    میکرومیکسرهای منفعل در مقایسه با میکرومیکسرهای فعال تکنولوژی ساخت ساده تری داشته و تنها انرژی مورد نیاز آنها انرژی پمپاژ جریان است. در این مطالعه رفتار اختلاط سیالات غیرنیوتنی با استفاده از مدل غیرنیوتونی پاورلا در میکرومیکسرهای منفعل مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی در این پژوهش با استفاده از کد تجاری دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوئنت انجام شده و دو رویکرد اختلاط دومولفه ای مورد مطالعه قرارگرفته است. رویکرد اول شامل بررسی رفتار اختلاط سیالات با تغییر شاخص توانی و شاخص پایداری در پنج هندسه سه بعدی شامل دو T میکرومیکسر چندگانه با ورودی های هم راستا و ناهم راستا در یک صفحه و دو صفحه، T میکرومیکسر چندگانه، T میکرومیکسر دوگانه و T میکرومیکسر در سه بعد انجام شده است و رویکرد دوم بررسی رفتار اختلاط با تغییر شاخص توانی و ثابت نگه داشتن شاخص پایداری در دو هندسه چندگانه با ورودی های ناهم راستا در سه بعد بوده است. در هر دو بخش این مطالعه از آب به عنوان سیال نیوتونی و از محلول کربوکسی متیل سلولز به عنوان سیال غیرنیوتونی استفاده شده و محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی در پژوهش حاضر 1 تا 100 بوده است. در هر دو رویکرد بررسی شده نتایج شاخص اختلاط و افت فشار نسبت به اعداد رینولدز براساس معیار شاخص توانی معکوس یکدیگر هستند، به این مفهوم که در رویکرد اول با افزایش شاخص توانی شاخص اختلاط افزایش یافته و افت فشار کاهش یافته و در رویکرد دوم این روند معکوس است. اما روند سرعت های کاملا توسعه یافته بی بعد در دو رویکرد بررسی شده در مقایسه هندسه های با ورودی های ناهم راستا مشابه است.
    کلیدواژگان: بررسی عددی، غیر نیوتونی، Tمیکرومیکسرهای دوگانه و چندگانه، ناهمراستا، پاورلا
  • قادر علیایی، آزاده کبریایی * صفحات 845-853
    مطالعه روی تولید اسپری در حضور جریان عرضی به علت مزایای زیاد آن توسط محققان زیادی مورد توجه قرار گرفته است که با توجه به هندسه انژکتور استفاده شده، سیال خروجی از آن می تواند به صورت جت یا صفحه مایع باشد. تحقیق پیش رو به منظور بررسی تجربی نحوه شکست صفحه مایع و تاثیر اعداد بی بعد در نفوذ و مسیر آن در جریان پاشش متقاطع انجام شده است. برای مطالعه پارامترهای مورد نظر از روش سایه نگاری استفاده شده است. در این کار تاثیر اعداد بی بعد (نسبت مومنتوم و وبر) در نحوه شکست صفحه مایع مورد بررسی قرار گرفته است و همچنین براساس اعداد بی بعد برای مسیر پاشش، طول و ارتفاع صفحه ستون مایع معادلاتی ارایه شده است. آزمایش ها در فشار و دمای محیط صورت گرفته است و عدد وبر گاز از 0/8 تا 12/5، نسبت شار مومنتوم از 17/4 تا 250 و عدد رینولدز هوا از 2400 تا 10227 تغییر می کند. در محدوده وبر گازی ارایه شده سه نوع شکست ستونی، شکست ستونی کیسه ای و شکست کیسه ای اتفاق می افتد که عدد وبر تاثیرگذارترین پارامتر در تعیین رژیم های شکست است. همچنین یافته ها بیانگر آن هستند که افزایش نسبت مومنتوم تاثیر زیادی در عمق نفوذ صفحه مایع داخل جریان عرضی داشته ولی تاثیر خیلی کمی در رژیم های شکست دارد.
    کلیدواژگان: صفحه مایع، تمیزاسیون اولیه، مسیر جت، عدد وبر گازی، نسبت مومنتوم
  • سیدابوذر فنایی *، مجتبی رضاپور صفحات 855-863
    در این مقاله به بررسی تاثیرات پارامترهای جریانی- حرارتی بر جریان درون کویل متخلخل پرداخته شده است. همچنین بررسی ماهیت لایه مرزی، توزیع سرعت، فشار و اثرات توزیع میدان حرارتی درون کویل متخلخل به عنوان محیطی با قابلیت انتقال حرارت بالا انجام شده که این بررسی شامل استفاده از روش برینکمن توسعه یافته برای حرکت سیال و قانون توانی برای محاسبه ضریب انتقال حرارت هدایتی محیط با درنظرگرفتن شار حرارتی متوسط خورشیدی در مقادیر مختلف درصد تخلخل و نفوذپذیری است. برای حل مساله از نرم افزار کامسول بر مبنای روش المان محدود و الگوریتم حلی محیط متخلخل در حلگر MUMPS استفاده شده است. تغییرات دمای بی بعد بین نتایج به دست آمده در مدل حاضر و نتایج آزمایشگاهی با یکدیگر در شرایط مشابه مقایسه شده اند که این مقایسه تطابق قابل قبولی بین نتایج با حداکثر خطای 3% را نشان می دهد. در مقدار نفوذپذیری ثابت با کاهش ضریب تخلخل، پروفیل سرعت به دلیل کاهش وجود خلل و فرج درون کویل کشیده تر می شود به طوری که جریان در کویل متخلخل شتاب گرفته و حداکثر مقدار سرعت پروفیل در ضریب تخلخل برابر با 0/2 و 2/5متر بر ثانیه است. در متخلخل ‎شدن کویل مقدار عدد ناسلت افزایش یافته به طوری که بیشترین اختلاف بین دو حالت متخلخل و بدون تخلخل در ابتدای کویل و برابر با 32% و کمترین مقدار این اختلاف 27% است. در داخل کویل متخلخل جذب انرژی خورشیدی بیشتر و در نتیجه مقدار انتقال حرارت بهبود می یابد. اگر چه مقدار افت فشار نیز افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کویل متخلخل آلومینیومی، معادله برینکمن توسعه یافته، رژیم جریانی-حرارتی، شار خورشیدی، عدد ناسلت
  • سعید نظامی وندچگینی، احمد باقری *، فرید نجفی صفحات 865-875
    در این مقاله، یک روش جدید برای عیب یابی یاتاقان ها در سرعت دورانی های مختلف ارایه شده است. سیگنال های ارتعاشی در چهار حالت سالم، رینگ داخلی معیوب، رینگ خارجی معیوب و المان ساچمه معیوب جمع آوری شده اند. ابتدا 22 ویژگی آماری در حوزه زمان و 4 ویژگی در حوزه فرکانس از سیگنال اصلی، 3 سطح تجزیه حاصل از تبدیل بسته ای موجک (WPD) و 5 مولفه اول حاصل از تجزیه مود تجربی (EMD) استخراج شده اند و در نهایت، بردار ویژگی برای هر نمونه سیگنال دارای 424 ویژگی است. ماتریس ویژگی با ابعاد بزرگ ممکن است شامل ویژگی های غیرحساس به عیب باشد. از این رو در این مطالعه از روش انتخاب ویژگی ارزیابی جبران فاصله (CDET) برای انتخاب ویژگی های بهینه استفاده شده است. سپس، از ویژگی های منتخب به عنوان ورودی طبقه بندی کننده ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای پیش بینی وضعیت یاتاقان استفاده شده است. در روش CDET، شاخص آستانه ای وجود دارد که نقش تعیین کننده ای در انتخاب ویژگی های مطلوب ایفا می نماید. همچنین، روش SVM دارای پارامترهایی است که لازم است حین عیب یابی تنظیم شوند. از این رو در این مطالعه از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای تعیین مقادیر بهینه شاخص آستانه در روش CDET و پارامترهای بهینه SVM استفاده شده است، به طوری که خطای پیش بینی شرایط یاتاقان و تعداد ویژگی های منتخب کمینه شوند. نتایج به دست آمده در این مقاله نشان می دهد که ویژگی های انتخاب شده به خوبی قادر به تفکیک شرایط مختلف یاتاقان در سرعت های مختلف هستند. مقایسه نتایج این مقاله با دیگر روش های عیب یابی، دلالت بر توانمندی روش پیشنهادی می کند.
    کلیدواژگان: عیب یابی یاتاقان، استخراج ویژگی، انتخاب ویژگی، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات
  • نیما پارسامفرد، محمدمهدی توکل * صفحات 877-885
    در این مقاله تاثیر موقعیت مانکن به همراه سیستم تنفسی در اتاق دارای سیستم تهویه بر میدان جریان و پخش ذرات به صورت عددی بررسی شده است. میزان جذب و نشست ذرات درون سیستم تنفسی و اتاق از دیدگاه لاگرانژی مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم تنفسی مورد بررسی شامل بینی، حلق فوقانی، حلق تحتانی، حنجره و نای بوده که توسط عکس های سی تی اسکن تولید و روی مانکنی سه بعدی سوار شده است. مانکن درون اتاقی دارای 4 دریچه خروجی و 2 دریچه ورودی در حالت ایستاده و در حالت خوابیده مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای شبیه سازی میدان جریان از نرم افزار انسیس فلوئنت 17/2 و برای مدل سازی آشفتگی از مدل آشفته چهارمعادله ای انتقال تنش برشی گذار استفاده شده است. شبیه سازی ها در 3 مقدار متفاوت دبی تنفسی در حالت دم و برای ذراتی در 4 قطر متفاوت انجام شده اند. نتایج نشان می دهد که میزان نشست ذرات روی سطوح مانکن خوابیده به علت نیروی گرانش بیشتر از مانکن ایستاده است. میزان ورود ذرات به سیستم تنفسی مانکن کمتر از 0/4% کل ذرات ورودی است. همچنین بینی ذرات بزرگ را جذب می کند، در حالی که با کاهش قطر ذرات، میزان بیشتری از ذرات در قسمت های پایین تر سیستم تنفسی رسوب می کنند.
    کلیدواژگان: مانکن ایستاده و خوابیده ، ذرات معلق سیستم تنفسی ، دینامیک سیالات محاسباتی
  • علی محمدی، احسان عباسی، مصطفی غیور *، محمد دانش صفحات 887-899
    در این تحقیق تلاش شده است تا از چهار کوادروتور به صورت یک گروه برای حمل بار با وزن مشخصی استفاده شود. بار به وسیله طناب به هر یک از کوادروتورها متصل است. معادلات دینامیکی کوادروتورها، به صورت کامل و بدون ساده سازی در نظر گرفته شده اند. بر خلاف دیگر مقالات برای بیان ارتباط بین بار و کوادروتورها، طناب ها به صورت فنر لحاظ شده و لذا کشیده و جمع شدن آنها در طول ماموریت در نظر گرفته می شود. طراحی پروتکل کنترلی برای کنترل آرایش و همچنین ردیابی مسیر توسط گروه به وسیله الگوریتم کنترلی خطی ساز پسخورد انجام می شود. طراحی پروتکل کنترلی هم به صورت ساختار متمرکز و هم به صورت ساختار غیرمتمرکز ارایه می شود. بر خلاف تحقیقات قبلی در ساختار غیرمتمرکز تبادل اطلاعاتی بین عامل ها انجام نمی شود تا هزینه ارتباطی بسیار کاهش یابد. ماموریت تیم به این صورت تعریف می شود که کوادروتورها ابتدا بار را از سطح زمین جدا کرده و سپس مسیر مطلوب تا رسیدن به نقطه هدف را طی می کنند. با رسیدن بار به نقطه هدف، کواروتورها می بایست بار را روی زمین قرار داده و خود نیز فرود بیایند. جداشدن طناب یکی از کوادروتورها به عنوان عیب به سیستم اعمال می شود. علاوه بر ارایه روشی برای تشخیص وقوع عیب، عملکرد کنترل کننده متمرکز در این حالت بررسی می شود.
    کلیدواژگان: کوادروتور| حمل بار| کنترل متمرکز| کنترل غیر متمرکز| وقوع عیب
  • محمد ناظمی بابادی، سعید خردمند* صفحات 901-910
    در این مقاله شبیه سازی عددی تزریق سوخت های دیزل و بنزین درون یک محفظه حجم ثابت تحت شرایط کاری یک موتور اشتعال تراکمی با نرم افزار اپن فوم انجام شده است. به منظور بررسی امکان استفاده از بنزین به جای دیزل برای افزایش بازده حجمی موتور اشتعال تراکمی و کاهش آلودگی هوا، مشخصات اسپری های دیزل و بنزین تحت فشارهای پاشش 40 و 80مگاپاسکال و همچنین دماهای 243، 273 و 313کلوین بررسی شده است. نتایج شبیه سازی با داده های تجربی حاصل از روش های عکس برداری سریع، مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که تحت شرایط یکسان، عمق نفوذ بخار هر دو سوخت تقریبا مشابه است. همچنین به دلیل فراریت کمتر سوخت دیزل نفوذ مایع آن در فشارهای 40 و 80مگاپاسکال به ترتیب به میزان 7 و 9میلی متر بیشتر از بنزین مشاهده شده است و همین ویژگی فراریت بیشتر بنزین برای اطمینان از زمان کافی برای تشکیل مخلوط یکنواخت سوخت و هوا در موتورهای اشتعال تراکمی استفاده می شود. علاوه بر این کاهش دمای سوخت از 313 به 243کلوین موجب افزایش نفوذ مایع بنزین و دیزل به ترتیب به میزان 12 و 10میلی متر و کاهش نرخ تبخیر شده است که موجب تشکیل مخلوطی غیریکنواخت می شود و در نتیجه باعث افزایش هیدروکربن های سوخته نشده و آلایندگی می شود.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، دمای سوخت، فشار پاشش، بنزین و دیزل، شبیه سازی عددی
  • میلاد ارواحی، قاسم مسعودی، علی اصغر محمدی * صفحات 911-918
    تراشه های میکروسیالی در دو دهه اخیر به دلیل مزایای فراوانی که دارند پیشرفت چشمگیری در زمینه آنالیز پدیده های بین سطحی داشته اند. برای آنالیز پدیده های بین سطحی از جریان قطره در میکروکانال ها می توان استفاده کرد. در این پژوهش با استفاده از فناوری میکروسیالی، کشش بین سطحی آب- نرمال هگزان در حضور مواد فعال سطحی اندازه گیری شده است. برای این منظور، یک تراشه میکروسیالی شیشه ای برای تشکیل قطرات هگزان در آب ساخته شد. وابستگی اندازه قطرات به غلظت مواد فعال سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. با موازنه نیروهای ویسکوز و بین سطحی در دبی های پایین فاز پراکنده در تراشه میکروسیالی یک معادله به دست می آید که از آن برای اندازه گیری کشش بین سطحی می توان استفاده کرد. با استانداردسازی تراشه میکروسیالی به کمک سیستمی که کشش بین سطحی آن معلوم است (که در اینجا نرمال هگزان و محلول توئین 20 در آب مقطر است) ، می‎توان برای سایر سیستم ها که توانایی تشکیل قطره در میکروکانال را دارند، کشش بین سطحی را با اندازه گیری اندازه قطرات تولیدشده اندازه گرفت. در این پژوهش برای غلظت های مختلف دو ماده فعال سطحی SDS و CTAB آزمایش تشکیل قطره در تراشه میکروسیالی انجام شده است و نتایج اندازه گیری کشش بین سطحی آنها گزارش شده است. نتایج به دست آمده از روش میکروسیالی با روش حلقه مقایسه شده و مقدار خطای آن کمتر از 10% بوده است.
    کلیدواژگان: کشش بین سطحی، میکروسیالی، ماده فعال سطحی
  • پشم فروش فرزاد*، کاظمی مهدی صفحات 919-925
    در فرآیندهای شکل دهی قطعات ورقی، یکی از مهم ترین محدودیت ها، برگشت کشسان ورق بعد از برداشتن نیرو است که معمولا منجر به پدیده بازگشت فنری می شود. در صورت کنترل نشدن این پارامتر، تولید محصولات دقیق امکان پذیر نخواهد بود. لذا هدف اصلی این تحقیق، کمینه کردن میزان بازگشت فنری همراه با جلوگیری از جوانه زنی ترک در فرآیند خمکاری یک طرفه ورق آلومینیومی A1050-H14 است. بدین منظور، ابتدا فرآیند خمکاری ورق در نرم افزار المان محدود آباکوس شبیه سازی شد و تاثیر پارامترهای ضریب اصطکاک بین سنبه و ورق و سرعت پایین آمدن سنبه بر میزان بازگشت کشسان ورق و همچنین بر میزان تنش فون میزز ایجادشده در ورق بررسی شد تا ضمن کمینه کردن میزان بازگشت فنری، از جوانه زنی ترک هم جلوگیری شود. در این راستا، از زبان برنامه نویسی پایتون استفاده شد. سپس با ترکیب الگوریتم بهینه سازی ژنتیک چندهدفه با روش المان محدود در نرم افزار مود فرانتیر، مقادیر بهینه پارامترهای ورودی محاسبه شد. شایان ذکر است که به منظور اعتبارسنجی نتایج، نتایج شبیه سازی این تحقیق با نتایج تجربی سایر محققان مورد مقایسه قرار گرفت که درصد خطای نسبی بین نتایج عددی و تجربی برابر با 3/14% بود.
    کلیدواژگان: فرآیند خم کاری ، بازگشت فنری، الگوریتم ژنتیک چند هدفه ، روش المان محدود جوانه زنی ترک
  • شاهرخ شمس* ، محمد کشت گر، سید محمد منصوری صفحات 927-935
    در این مقاله به بررسی رفتار آیروالاستیک یک بال دوقسمتی که هر قسمت دارای یک زاویه سوییپ است و از دو قسمت فلزی و کامپوزیتی با لایه چینی متقارن ساخته شده می پردازیم. راهکارهای مختلفی برای به تاخیرانداختن ناپایداری آیروالاستیسیته ارایه شده است. یکی از این راهکارها استفاده از کامپوزیت در سازه است. بال هواپیما به صورت یک تیر یک سرگیردار که از تغییر طول محوری آن صرف نظر شده و دارای 3درجه آزادی خمشی/خمشی/پیچشی است، در نظر گرفته شده است. به منظور مدل سازی آیرودینامیک از تئوری جریان ناپایا در حوزه زمان براساس تابع وگنر استفاده می شود و فرآیند محاسبه سرعت وقوع ناپایداری با کمک کد نرم افزاری تهیه شده، انجام می شود. در نهایت تاثیر نسبت طول قسمت فلزی به طول کل بال و همچنین زاویه عقبگرد قسمت کامپوزیتی روی سرعت وقوع ناپایداری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش طول قسمت فلزی به طول کل تا مقدار 0/9 ابتدا سرعت وقوع ناپایداری افزایش می یابد و سپس کاهش خواهد یافت، همچنین زاویه عقبگرد منفی نسبت به زاویه عقبگرد مثبت قسمت کامپوزیتی تاثیر بهتری روی سرعت وقوع ناپایداری دارد. براساس این نتایج بهتربن زاویه عقبگرد منفی زاویه 30 درجه است که در این زاویه سرعت وقوع ناپایداری بیشترین مقدار را داراست. همچنین بررسی ها نشان می دهد که با افزایش زاویه عقبگرد منفی از 90-0درجه در زوایای الیاف مختلف سرعت وقوع ناپایداری تا زاویه عقبگرد 20- کاهش و سپس کمی افزایش می یابد. با افزایش زاویه سوییپ از صفر تا 80درجه در زوایای الیاف مختلف سرعت وقوع ناپایداری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سرعت ناپایداری، آیروالاستیک، ایزوتروپ، کامپوزیت، عقب گرد
  • محمود مزارع، مصطفی تقی زاده *، سید مرتضی آقایی نژاد صفحات 937-945
    اساسا برای کنترل توان خروجی و کاهش بارهای مکانیکی در سرعت های باد بالاتر از مقدار نامی از کنترل کننده زاویه پیچ استفاده می کنند. در این مقاله، توربین باد بر مبنای مدل دوجرمی ساده شده، مدل سازی شده است و کنترل کننده مد لغزشی تطبیقی برای کنترل زاویه پیچ بر مبنای استراتژی کنترل مستقل زاویه پیچ، طراحی شده است. به منظور استفاده از استراتژی کنترل مستقل زاویه پیچ، روش تک پره به کار گرفته شده است. با تقسیم مدل توربین باد به زیرسیستم های آیرودینامیک و مکانیک، معادلات حاکم بر هر کدام از زیرسیستم ها استخراج شد. با طراحی و اعمال کنترل کننده مد لغزشی تطبیقی بر مدل دوجرمی توربین باد، رفتار سیستم نسبت به ورودی های باد پله و توربولانسی مشاهده و شبیه سازی شده و همچنین به منظور اعتبارسنجی عملکرد کنترل کننده مد لغزشی تطبیقی بر رفتار سیستم، شبیه ساز فست استفاده شده است. پروفیل های باد مورد استفاده در شبیه ساز فست با استفاده از نرم افزار توربسیم تولید شده اند. به منظور مطالعه اثرات تغییرات محیطی روی رفتار دینامیکی سیستم، پاسخ کنترل کننده در حضور عدم قطعیت پارامتری سیستم بررسی شده است. لازم به ذکر بوده که در هر یک از این شبیه سازی ها، خطای ردیابی سرعت روتور در معیارهای مختلف محاسبه و ارزیابی شده است.
    کلیدواژگان: توربین باد، کنترل زاویه پیچ، کنترل مستقل زاویه پیچ، مد لغزشی تطبیقی، FAST
  • احمد سلیمانی، مهران نصرت الهی *، سید حسین ساداتی صفحات 947-957
    هدف از این مقاله، طراحی یک سیستم تصمیم گیری برای مدیریت دمایی صفحات ماهواره در حضور عیب عملگرها است. مساله تنش های حرارتی ناشی از تشعشعات خورشیدی به عنوان تهدیدی برای ماموریت ماهواره ها محسوب می شود. در این مقاله از مکانیزم نوینی که شامل چهار عملگر مومنتوم سیالی برای پایداری وضعیت و انجام ماموریت های مختلف ماهواره به صورت هرمی در کنار هم قرارگرفته اند، استفاده شده است. در این حالت فرض شده که صفحات ماهواره در معرض فشار تشعشعات خورشیدی قرار گرفته و برای عملگرهای ماهواره عیب های مختلفی پیش آمده است. برای تشخیص و جداسازی عیب هر عملگر، داده های قابل ثبت از ماهواره و عملگرها گرفته شده و استخراج ویژگی از این داده ها به کمک روش های تحلیل افتراق خطی و تحلیل مولفه های اصلی انجام شده است. ارزیابی این روش ها توسط ماتریس اطمینان انجام شده و روش k همسایگی نزدیک به عنوان روش بهینه برگزیده شده است. برای حل مشکل دمای صفحات، سیستم تصمیم گیری طوری طراحی شده که اگر یکی از صفحات به دمای بحرانی برسد، بعد از بررسی وقوع عیب و اتخاذ استراتژی مناسب با چرخش ماهواره صفحه مورد نظر در سایه قرار گیرد. به این ترتیب دمای صفحه با بیشترین دما شروع به کاهش می نماید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که سیستم تصمیم گیری طراحی شده می تواند با وجود وقوع فشار تشعشعات خورشیدی و عیب در عملگرها، دمای صفحات را به نحوی مدیریت نماید که به نقطه بحرانی وارد نشوند.
    کلیدواژگان: سیستم تصمیم گیری، عملگر مومنتوم سیالی، نامعینی در عیب، زیرسیستم مدیریت دمایی، فشار تشعشعات خورشیدی
  • سارا قربان زاده، محسن نظری *، محمد محسن شاه مردان، امیر حسن نیا، مصطفی نظر صفحات 959-967
    در این مقاله به بررسی عددی انتقال حرارت و میدان مغناطیسی در یک کوره ذوب القایی خلا پرداخته شده است. برای حل معادلات گرمایش القایی از کوپله شدن انتقال حرارت و میدان مغناطیسی به روش المان محدود استفاده شده و با استفاده از یک هندسه صنعتی، مدل کوره القایی شبیه سازی شده است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که تاثیر شکل هندسی بوته و سیم پیچ، بر مدت زمان رسیدن به دمای ذوب به طور کامل بررسی نشده و مطالعات عمیق تری نیاز است. سعی در این است با بهبود هندسه کوره القایی، در مدت زمان کمتری آلومینیوم در کوره ذوب شود. تاثیر نسبت قطر به ارتفاع بوته (در حجم ثابت نمونه) بر مدت زمان رسیدن به نقطه ذوب در کوره القایی مورد بررسی قرار گرفته است. با کاهش نسبت قطر به ارتفاع، دما در زمان کوتاه تری به نقطه ذوب می رسد. نتایج نشان می دهد که به ازای نسبت قطر به ارتفاع کمتر از 0/4 تغییر قابل ملاحظه ای در دمای میانگین حاصل نخواهد شد. با کاهش 10درصدی فاصله بین سیم پیچ ها، میانگین دمای ماده افزایش یافته است. با ثابت درنظرگرفتن چگالی جریان سیم پیچ و جریان القاشده در ماده گرم شونده، اثرات تعداد حلقه سیم پیچ القایی بر توزیع دما و شار مغناطیسی نیز مورد بررسی قرار گرفته است و به همین روش صحت مدل سازی با مباحث گرمایش القایی مقایسه شده است. تاثیر فرکانس بر دما در نسبت های مختلف طول سیم پیچ مورد تحقیق قرار گرفته و نتایج نشان می دهد افزایش 4برابری فرکانس موجب افزایش 1/7برابری دمای میانگین در قطعه کاری می شود.
    کلیدواژگان: حرارت القایی، الکترومغناطیس، حل عددی، کوره
  • ساناز میرزاپری خانی ، محمدرضا انصاری* صفحات 969-979
    در این مقاله با حل معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم و انرژی مدلی برای تبخیر قطره لیدن فراست ارایه شده است. مدل تبخیر قطره یک دستگاه چهارمعادله ای است که با حل این معادلات، ارتفاع لایه بخار زیر قطره، شدت تبخیر قطره از سطح پایینی، حجم قطره حین تبخیر و توزیع دما در لایه بخار محاسبه می شود. این دستگاه معادله به روش پیش بینی، تصحیح و با استفاده از کد فرترن حل می شود. مجهول اصلی این دستگاه معادله، ارتفاع لایه بخار است که در هر مرحله از شبیه سازی پیش بینی شده و با شرط تعادل نیروهای وارد بر قطره تصحیح می شود. در این مطالعه پروفیل سطح بالایی قطره که در تماس با هوا بوده و سطح پایینی قطره که در تماس با لایه بخار است با حل معادله یانگ- لاپلاس با دقت بالایی محاسبه می شوند. نتایج مدل تئوری ارایه شده با نتایج تجربی موجود در منابع تجربی مقایسه شده و توافق بسیار خوبی به دست آمده است.
    کلیدواژگان: قطره لیدن فراست، مدل تبخیر قطره، ارتفاع لایه بخار
  • حامد مظفری، فرشاد اکبری پناه *، سید حسن نوربخش صفحات 981-989
    در این پژوهش 1/5% حجمی از نانوذرات SiC از طریق روش ریخته گری گردابی به آلیاژ منیزیم AZ31 افزوده شد. سپس شمش های ریختگی در دمای °C400 با نسبت اکستروژن 3/78 اکسترود شدند. پس از اکستروژن، مواد برای 2، 4، 6 و 8 عبور در معرض فرآیند فورج چندجهته در دمای °C320 قرار گرفتند. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی مواد اکسترود و MDFشده، از آزمون های سنبه برشی (SPT) و میکروسختی ویکرز استفاده شد. نتایج به دست آمده از این آزمون ها نشان دادند که نانوذرات سرامیکی سخت باعث بهبود استحکام برشی و سختی آلیاژ زمینه شده اند. مقادیر استحکام برشی تسلیم، استحکام برشی نهایی و سختی آلیاژ اکسترودشده به ترتیب MPa86/70، MPa119/43 و HV52/55 به دست آمدند، در حالی که در نانوکامپوزیت AZ31/SiCp اکسترودشده این مقادیر به ترتیب 9/91%، 5/48% و 13/99% افزایش یافتند. همچنین ملاحظه شد که نانوکامپوزیت های فرآوری شده با فرآیند فورج چندجهته خواص مکانیکی بهتری نسبت به مواد MDFنشده ارایه می دهند. نتایج مشخص کردند که پس از دو عبور اول، بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پدید آمده است، به طوری که استحکام برشی تسلیم، استحکام برشی نهایی و سختی نسبت به حالت اکسترودشده به ترتیب 27/12%، 17/95% و 16/03% افزایش یافته اند. خواص مکانیکی طی عبورهای بعدی به صورت تناوبی با کاهش و افزایش همراه بودند. مشاهدات ریزساختاری نیز نشان دادند که روند تغییرات متوسط اندازه دانه، طی افزایش عبورهای MDF تناوبی بوده است. پس از عبور دوم دانه ها نسبت به حالت اکسترود ریزتر شدند و در دو عبور بعدی اندازه آنها افزایش یافت. از عبور چهارم تا عبور ششم اندازه دانه ها کاهش پیدا کرد و کمترین اندازه دانه در این حالت به دست آمد، در حالی که در دو عبور آخر دانه ها کمی رشد کردند. با وجود ساختار ریزتر و همگن تری که در عبورهای ششم و هشتم ایجاد شد اما بهترین خواص مکانیکی در عبور دوم حاصل شد و این یعنی افزون بر تغییرات ریزساختاری تحولات ایجادشده در بافت ماده طی فرآیند MDF نیز خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار داده است.
    کلیدواژگان: ریخته گری، گردابی، نانوذرات ، SiC فورج چند جهته ، خواص مکانیکی، اندازه دانه
  • محسن غفاریان عیدگاهی مقدم، محمدمحسن شاه مردان *، محمود نوروزی صفحات 991-1000
    میراگرهای هیدرولیکی مغناطیسی یکی از پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی هستند که با استفاده از سیال مغناطیسی و سیم پیچ های الکتریکی در داخل خود به عنوان جذب کننده شوک های فیزیکی به کار می روند. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش دینامیک ذره استهلاکی به عنوان یک روش مدل سازی در مقیاس مزو به مدل سازی میراگر هیدرولیکی مغناطیسی و سیال مغناطیسی داخل آن پرداخته شده است. اطلاعات از سه دسته از سیالات مغناطیسی با نام های تجاری 122-ای جی، 132-دی جی و 140-سی جی مورد استفاده قرار گرفته اند و تاثیر خصوصیات فیزیکی آنها بر توان میراگری بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد با افزایش نرخ برش سیال، تنش برشی ابتدا افزایش یافته سپس به مقدار ثابت میل می کند که با اعمال میدان مغناطیسی قوی تر تنش برشی بیشتری ایجاد می شود. همچنین مشاهده می شود با افزایش حداکثر سرعت پیستون و افزایش قدرت میدان مغناطیسی، حداکثر توان میراگری افزایش یافته که این افزایش در سیال 140-سی جی نسبت به بقیه سیال ها بیشتر است. نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان می دهد که وزن ذرات مغناطیسی و قدرت نیروی استهلاکی ذرات سیال بیشترین تاثیر را روی توان میراگری می گذارند، به صورتی که با افزایش وزن ذرات مغناطیسی و کاهش ضریب قدرت استهلاکی ذرات، تجمع ذرات مغناطیسی کاهش یافته و کیفیت میراگری افزایش پیدا می کند. همچنین مشخص شد سیال 122-ای جی نسبت به دیگر انواع سیال مغناطیسی در تشکیل زنجیره های استاندارد ذرات مغناطیسی مناسب تر بوده و توزیع گرانروی مطلوب تری را برای میراگری ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: میراگر هیدرولیکی مغناطیسی، دینامیک ذره استهلاکی، سیال مغناطیسی، توان میراگری
  • سیدعلی رضا اشرف نیا، مصطفی جمشیدیان* صفحات 1001-1007
    ویژگی های منحصربه فرد نانوساختارها عمدتا ناشی از نسبت سطح به حجم بالای آنها است. یکی از مهم ترین کمیت ها برای بررسی ویژگی های سطحی مواد، انرژی سطح آنها است. از این رو، محاسبه انرژی سطح برای درک صحیح رفتار و ویژگی های مواد نانوساختار امری ضروری است. پژوهش حاضر به بررسی انرژی سطح وابسته به اندازه نانوذرات و نانوحفرات کریستالی فلزات آلومینیوم، نقره، مس و آهن می پردازد. بدین منظور برای هر فلز، نانوذرات و نانوحفرات کروی با شعاع های مختلف به روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شده و انرژی سطح آنها به دست آمده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای نانوذرات و نانوحفرات با شعاع های به اندازه کافی کوچک در محدوده چندنانومتر، انرژی سطح به اندازه نانوساختار وابسته است. برای نانوذرات کروی، انرژی سطح با افزایش شعاع نانوذره افزایش می یابد، در حالی که برای نانوحفرات کروی با افزایش شعاع حفره، انرژی سطح کاهش پیدا می کند. همچنین، تغییرات انرژی سطح بر حسب اندازه برای نانوحفرات، شدیدتر از نانوذرات است. انرژی سطح نانوذرات و نانوحفرات با افزایش شعاع به یک مقدار حدی نزدیک می شود که این مقدار حدی، انرژی سطح تخت کریستالی یا انرژی سطح گیبس با جهت گیری کریستالی دارای بیشترین انرژی سطح است.
    کلیدواژگان: انرژی سطح ، نانوذره، نانوحفره ، دینامیک مولکولی
  • سیدشهاب الدین حسینی دهشیری، شهرام طالبی * صفحات 1009-1020
    طرح های جدیدی از میکرومیکسرهای منفعل Lشکل دوگانه براساس رویکرد تجزیه و بازترکیب جریان مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه عددی بر میکرومیکسر ها در محدوده اعداد رینولدز 50 تا 200 انجام شده است. از معادلات سه بعدی ناویراستوکس به منظور تحلیل رفتار جریان و اختلاط استفاده شده است. دو پیکربندی متفاوت از حالت های قرارگیری واحدهای L مورد بررسی قرار گرفته و برای بهبود شاخص اختلاط دو راهکار ارایه شده است. چنانچه دو واحد Lشکل یکسان، در یک صفحه و به صورت هم راستا قرار گرفته باشند (طرح 1) ، شاخص اختلاط به علت عمل تجزیه و بازترکیب نامناسب، کم است. قرارگیری دو واحد Lشکل یکسان، در دو صفحه موازی مختلف و به صورت ناهم راستا (طرح 2) ، شاخص اختلاط را بهبود بخشیده و در اعداد رینولدز 100، 150 و 200 به شاخص اختلاط بالای 95% رسیده است. راهکار متعامدکردن ورودی ها تاثیری بر افت فشار نداشته و تنها در طرح 1، شاخص اختلاط به بالای 95% در تمام اعداد رینولدز رسیده است. راهکار نامتوازن کردن میکرومیکسر با افزایش افت فشار، شاخص اختلاط را بهبود بخشیده است. اثر پارامتر هندسی نسبت نامتوازن میکرومیکسر در هر دو طرح بررسی و طرح 1 در نسبت نامتوازن 2/5 و طرح 2 در نسبت نامتوازن 2 و 2/5 در تمام اعداد رینولدز به اختلاط کامل رسیده اند. همچنین عملکرد میکرومیکسرهای پیشنهادی نسبت به میکرومیکسر Lشکل به علت مکانیزم تجزیه و بازترکیب بهتر بوده است. علاوه بر این، شاخص اختلاط در میکرومیکسر های پیشنهادی نسبت به میکرومیکسر های تجزیه و بازترکیب محققان پیشین به علت استفاده از واحدهای Lشکل بیشتر بوده است.
    کلیدواژگان: میکرومیکسر L شکل، تجزیه و بازترکیب، شاخص اختلاط، مطالعه عددی
  • زهرا ناصری اصل، رسول فشارکی فرد *، حامد غفاری راد صفحات 1021-1028
    امروزه نیاز صنعت جوشکاری، به ارتقای کیفیت جوش سبب شده است تا جوشکاری رباتیک مورد توجه قرار گیرد. به کارگیری ربات های صنعتی مفصلی برای جوشکاری، چالش های فراوانی را به همراه دارد، چرا که برخی از ربات ها قابلیت جبران خطای ردیابی مسیر درز را به صورت برخط ندارند. بنابراین برای اصلاح خطای پیمایش درز جوشکاری، در این مقاله استفاده از یک مکانیزم کمکی پیشنهاد می شود. این مکانیزم یک میز یک درجه آزادی است که می تواند حرکت پیوسته ای در قطعه کار زیر مشعل جوشکاری ایجاد نماید. حرکت دورانی موتور مکانیزم به وسیله یک سیستم بال اسکرو به یک حرکت انتقالی قطعه کار تبدیل می شود که این حرکت خطی خطای ردیابی را جبران می کند. از آنجایی که در فرآیند جوشکاری دقت حرکت نسبی قطعه کار و مشعل جوشکاری اهمیت زیادی دارد، کنترل مناسب میز واسط کیفیت جوش حاصل را تضمین می کند. در این مقاله، دو روش مختلف برای کنترل میز یک درجه آزادی بررسی می شود. در روش اول، با توجه به پیچیدگی مدل اصطکاک مکانیزم بال اسکرو و حضور ترم های غیرخطی، این بخش از مدل به عنوان اغتشاش خارجی در نظر گرفته می شود و سپس یک کنترل کننده PID برای قسمت خطی آن طراحی می شود. در روش دوم، موسوم به خطی سازی پسخورد، یک قانون کنترل به گونه ای طراحی می شود که خطای ردیابی مسیر، با گذر زمان به صفر میل کند. بررسی نتایج به دست آمده از شبیه سازی نشان دهنده برتری نسبی دقت روش دوم کنترلی نسبت به روش اول بوده، در حالی که خطای کنترل کننده PID 3میلی متر و خطای کنترل کننده دوم 0. 5میلی متر است. در انتها مجموعه عملی مورد استفاده در جوشکاری رباتیک برای ارزیابی نتایج معرفی می شود.
    کلیدواژگان: جوشکاری رباتیک، درزهای صفحه ای، مکانیزم کمکی، خطای ردیابی مسیر، خطی سازی پسخورد
  • مهدی مولویان جزی، مصطفی غیور *، سعید ضیایی راد، احسان معانی صفحات 1029-1038
    اساس کار میکروسکوپ نیروی اتمی، استفاده از تغییر شکل استاتیک یا پاسخ دینامیک تیر مرتعش برای تعیین توپوگرافی سطح در مقیاس نانو است. بنابراین پیش بینی صحیح رفتار دینامیک سیستم برای طراحی مناسب و عملکرد دقیق آن ضروری است. بنابر نتایج مطالعات تجربی با کاهش ابعاد یک سازه در مقیاس میکرو و نانو بر خلاف پیش بینی تئوری های کلاسیک، سختی بی بعد آن تغییر می کند. این تغییر که می تواند به صورت سخت شوندگی یا نرم شوندگی باشد، منجر به ارایه روش های مدل سازی غیر کلاسیک وابسته به اندازه شده است. در این مقاله با استفاده از تئوری تنش کوپل بهبودداده شده تاثیر اندازه بر رفتار دینامیک سیستم، بررسیشده و نتایج با پیش بینی های تئوری کلاسیک مقایسه شده است. به این منظور معادلات حاکم بر میکروتیر نیروی اتمی که در معرض نیروهای غیرخطی بین مولکولی و هیدرودینامیک ناشی از سیال قرار دارد، استخراج شده است. با به کارگیری روش گالرکین، معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم به معادلات معمولی تبدیل و مدل گسسته سیستم استخراج شده است. نشان داده شده است که با درنظرگرفتن اثر اندازه، سختی بی بعد و دامنه کاری پیش بینی شده میکروسکوپ در مود غیرتماسی افزایش می یابد. همچنین پارامترهای طراحی نظیر دامنه و فرکانس ارتعاشات به ترتیب کاهش و افزایش می یابد و در ابعاد کوچک تر، شروع ناحیه دوپایا برای فواصل کمتری از میکروتیر تا سطح اتفاق می افتد. در ادامه، روش حل مبتنی بر مود اول گالرکین در قیاس با دو مود اول و همچنین روش عددی معادلات آنالوگ صحت سنجی شده است. همچنین، تاثیر نیروهای هیدرودینامیک سیال بر رفتار دینامیک میکروسکوپ نیروی اتمی مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی، اثر اندازه، تئوری تنش کوپل بهبود داده شده، تحلیل پایداری، دینامیک غیرخطی
  • مهدی کاظمی*، علی علوی نیا صفحات 1039-1047
    در این تحقیق، رفتار هدف های ساندویچی با رویه آلومینیومی و هسته فوم پلی یورتان مدرج با چگالی های مختلف بررسی شده است. تاثیر تغییرات درجه بندی شده چگالی فوم هسته و اثر ترتیب و توالی لایه های فومی با چگالی های مختلف، در جذب انرژی و حد بالستیک سازه های ساندویچی که در سرعت بالا (160 تا 300متر بر ثانیه) تحت ضربه پرتابه های استوانه ای سر نیم کروی قرار می گیرند، به روش تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور کلی پنج نوع پانل متفاوت از نظر چیدمان لایه ها در ابعاد 100×100میلی متر مربع و با تعداد شش عدد از هر نوع تهیه شد. در مجموع تعداد نمونه های تهیه شده برابر 30 نمونه شد. شبیه سازی های عددی با استفاده از نرم افزار ال اس داینا انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان داد که اولا تطابق خوبی بین نتایج تجربی و شبیه سازی برقرار است و ثانیا نتایج تجربی و شبیه سازی نشان داد که حد بالستیک و جذب انرژی سازه های ساندویچی با جرم یکسان با هسته فومی مدرج در حالتی که لایه فومی با چگالی کمتر در سمت ضربه قرار گیرد، برای پانل های سه لایه ای به ترتیب 5/5 و 11/5% بیشتر از هسته فومی تک لایه با چگالی میانگین است.
    کلیدواژگان: سازه های ساندویچی، حدبالستیک، شبیه سازی، هسته فومی مدرج
|
  • M. Khosravy , S. Salehy , M. Hosseini Abadshapoori, M. Talezari , M. Abedi * Pages 789-800

    Reducing satellite solar panels temperature, to increase their electrical efficiency is of great importance. In this study, a novel methodology for optimal configuration design of heat pipes in a sun-pointing satellite utilizing the genetic algorithm is presented. The purpose of optimization is the thermal adjustment and design improvement of the solar panels for the satellite that is supposed to orbit in the Low Earth Orbit. Thermal simulations of satellite and solar panels are performed using SINDA/FLUINT and Thermal Desktop software. The computations are validated using experimental measurements of the satellite thermal model in a vacuum chamber and it was shown that the numerical analysis can produce reliable results. Then, applying the constraints of the problem, an optimization algorithm is introduced. This algorithm employs the thermal simulation software for solving the governing equations of the problem and then reports the results. The optimization was performed for the satellite hottest case (beta:90) and then, conducting an optimization procedure, the optimal configuration of heat pipes is achieved. In the results section, three different configurations, namely no heat pipes, the initial design for configuration of heat pipes and the optimal configuration of heat pipes, are investigated and compared. It was found that the optimal configuration using the genetic algorithm can reduce the temperature of solar arrays by up to 19°C relative to that in which no heat pipe was used. It was observed that an efficiency ratio enhancement is 10.4% for the solar panels of optimum configuration. The optimization could significantly reduce the temperature of the satellite internal equipment
    Keywords: Satellite, Heat Pipe, Solar Cell, Efficiency, Genetic Algorithm
  • Sh. Adami , O. Rahmani *, P. Ghasemi Pages 801-813
    Today, sandwich structures are being used in many applications. Understanding the behavior of these structures and their properties is necessary for proper and optimum design. Because of thin face sheet and low stiffness of foam core, sandwich beams are very sensitive when exposed to local loading. Due to their structure, carbon nanotubes (CNT) have excellent mechanical properties, which improve the mechanical properties of the polymer when added to polymer matrix. In this article, the indentation behavior of sandwich structure is studied experimentally and theoretically. ABAQUS software is used for modeling the indentation behavior of sandwich beam. Elastic modulus of epoxy resin reinforced with CNT with different weight fractions is obtained with use of Mori-Tanaka theory and also by fabrication and testing of the composite specimens. Results show that adding CNT up to 0.3 %wt improve the elastic modulus of composite, while weight fraction of CNT more than 0.3% decrease the mechanical properties. Finally, the results obtained from the analytical solution and ABAQUS modeling were compared with the results obtained from experimental tests of indentation of sandwich structures. An acceptable agreement was observed between the results.
    Keywords: Sandwich structure, indentation behavior, carbon nanotube, Vlasov theory, Shear deformation theory
  • M. Ramezanizadeh *, S. Faramarzi Pages 815-823
    The sound emission of airplanes has some applications such as localization, classification, and detecting fault. Therefore, investigation of issues, which affects the airplanes sounds, is important. In recent years, pollution of dust in all cities of the Iran shows an increasing trend. In the literature, all variables affecting the sound emission such as temperature, pressure, and relative humidity have been investigated, but there are not any researches about the influence of dust on the atmospheric attenuation coefficient. The experimental tests have been carried out with 3 sensitive microphones, 950m away from the takeoff area of Imam Khomeini international airport for 6 different airplanes, including Airbus 320, 319, 321, Boeing 747, 777, and Embraer 190 at different atmospheric conditions. The air temperature was in the range of 20-40˚C and the relative humidity was in the range of 2-34%. At first, the experimental setup was validated by available data, considering different temperatures and relative humidities. In this research, a new variable, β, has been introduced to detect the dust effect, which is defined as: the difference between the calculated sound pressure level at no dust and the measured sound pressure level while the dust density is 1μgr/m3. Airbus 320 has the minimum dust atmospheric attenuation coefficient value (0.01202db*m3/μgr) and its maximum is related to the Embraer 190 (0.0154db*m3/μgr). Finally, the obtained results show that increasing in dust concentration (PM2.5 and PM10) leads to increase in atmospheric attenuation coefficient between airplane and microphones area, and the measured sound pressure level decreases.
    Keywords: Aeroacoustic, Atmospheric Attenuation Coefficient, Dust, Sound Pressure Level
  • O. Yousefi, M. Azhdary Moghaddam*, N. Keikhaie Pages 825-831
    Many steel structures are damaged due to environmental factors such as accidental loads, exhaustion, rust, and phenomena such as cavitation and time passes. Dams’ bottom outlets are one of the important components of these structures that are subject to numerous hydraulic problems such as cavitation vibration, which causes damage and needs repair. One of the novelties for refining is the use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). In this paper, the effect of CFRP on gate strengthening under cavitation vibration load and the effect of damage on maximum vibration by using ABAQUS were studied. In order to observe the effects of failure on the maximum vibration of the outlet, two damages were applied to the front or back of the gate. Finally, the damaged gates were reinforced with two layers of CFRP. The outcomes showed that damage resulted in maximum vibration increase and polymer fibers has a significant effect on reducing vibrations and stresses caused by cavitation pressure.
    Keywords: Bottom outlet vibration, CFRP, Strengthening, Cavitation
  • E. Nematollahi , M. Sefid * Pages 833-844
    Passive micro-mixers have simpler manufacturing in comparison with active micro-mixers and only require energy for flow pumping. In the present study, non-Newtonian fluids and non-Newtonian power-law fluid’s mixing behavior in passive micro-mixers have been studied. Simulation has been performed, using computational fluid dynamics commecrical code of Ansys fluent and two different approaches of two-component mixing have investigated. The first approach studies fluid’s mixing behavior by changing flow behavior index and flow consistency index in 5 different 3D geometries as multiple T-micromixer with aligned and non-aligned inputs in one and two plane, respectively, multiple T-micromixer, double T-micromixer, and T-micromixer, while the second approach studies mixing behavior by changing flow behavior index while flow consistency index is constant in two multiple 3D geometries with non-aligned inputs. In all studies, water was used as Newtonian fluid and carboxymethyl cellulose solution was used as non-Newtonian fluid. The studied range of Reynolds number was 1 to 100. In both approaches, the results for mixing index and pressure drop for power-law index according to criterion are reverse of each other; it means that in the first approach, with increasing power-law index, the mixing index increased and the pressure drop decreased and in second approach, this procedure is reversed. But, procedure of non-dimensional fully developed velocities in two approaches investigated is similar in comparison to geometries with non-aligned inputs.
    Keywords: Numerical Study, Non-Newtonian, Double, Multiple T-micromixers, Non-alignedPower-law
  • Gh. Olyaei , A. Kebriaee * Pages 845-853
    The present study was performed to experimentally investigate the regime of the liquid sheet breakup and the effects of dimensionless numbers on the penetration and trajectory of the liquid sheet in cross flow condition. The shadowgraphy technique was applied to study the tests. In this work, the effect of the non-dimensional numbers (momentum ratio and Weber number) were surveyed on the breakup of the liquid sheet. Also, some equations for the injection trajectory, the length, and the height of the jet were presented based on these non-dimensional numbers. The tests were done at atmospheric pressure and temperature, where the Weber number range is from 0.8 to 12.5, the variations of the momentum ratio are from 17.4 to 250, and the changes in the Reynolds number are from 2400 to 10227. Three regimes of jet breakup were observed, defined as column breakup, column-bag breakup, and bag breakup. The Weber number is the most effective parameter in the regime change of the liquid sheet breakup. The results also indicated that the increase in the momentum ratio has a great influence on the depth of penetration of the liquid sheet, but it has a very small effect on the breakup regimes.
    Keywords: Liquid sheet, Primary Atomization, Gas Weber number, Momentum ratio
  • S.A. Fanaee*, M. Rezapour Pages 855-863
    In this paper, heat transfer and fluid flow characteristics in a porous coil have been investigated. The characteristic of the boundary layer, distribution of velocity, pressure, and thermal field effects into a porous coil as high heat transfer resource have been analyzed. The developed Brinkman method in fluid flow and power law model of conduction heat transfer coefficient considering porosity and permeability factor is calculated for constant solar heat flux. In order to solve the problem, the COMSOL software based on finite element method with porous medium algorithm is used, using the MUMPS solver. The comparison between variation of normalized temperature at the presented model and experimental data at similar conditions shows an acceptable agreement with an error up to 3%. At constant permeability, decreasing the porosity coefficient, velocity profile is extended due to presence of pores into coil with an accelerated flow, so that the maximum velocity is equal to 2.5m/s at porosity coefficient of 0.2. In porous coil, Nusselt number increased, where the greatest difference between porous and the nonporous coil occurs at the beginning of the coil, with a value of 32%, and the smallest difference is 27%. In the porous coil, absorbing solar energy is higher and the heat transfer is improved. However, the amount of pressure drop also increases.
    Keywords: Porous aluminum coil, Developed Brinkman Equation| Fluid -Thermal regime, Solar flux, Nusselt number
  • S. Nezamivand Chegini, A. Bagheri *, F. Najafi Pages 865-875
    In this paper, a new hybrid intelligent method is presented for detecting the bearing faults in the various rotating speeds. The vibration signals are collected in four conditions, including the normal state, the faulty inner race, the faulty outer race, and the faulty bearing element. Firstly, twenty-two statistical features in the time domain and four frequency features, three Wavelet packet decomposition (WPD), and the first five intrinsic mode functions obtained by the empirical mode decomposition (EMD) are extracted from the original signal; finally, the feature vector for each signal sample has 424 features. However, in the high dimensional feature matrix, there may exist the insensitive features to the presence of defects. Therefore, in this study, the compensation distance evaluation technique (CDET) is used to select the optimal features. Then, the selected features are used as the inputs of the support vector machine (SVM) classifier to diagnose the bearing conditions. In the CDET method, there is a threshold indicator that plays a decisive role in choosing the desired attributes. Also, the SVM method has some parameters that need to be set during the fault detection process. Therefore, the particle swarm optimization (PSO) algorithm is used to determine the optimal threshold in the CDET method and the optimal SVM parameters, so that the prediction error of the bearing conditions and the number of the selected features are minimized. The obtained results demonstrate that the selected features are well able to differentiate between different bearing conditions at various speeds. Comparing the results of this paper with other fault detection methods indicates the ability of the proposed method.
    Keywords: Bearing Fault Diagnosis, Feature Extraction, Feature Selection, Support Vector Machine, Particle Swarm Optimization
  • N. Parsa Mofrad , M.M. Tavakol * Pages 877-885
    In this paper, the effect of a mannequin location with an integrated respiratory system in a ventilated room on the flow field and particle dispersion was evaluated, using numerical simulations. Dispersion and deposition of particles inside the respiratory system and inside the room have been investigated, using a Lagrangian approach. The respiratory system contains the nasal airway, nasopharynx, oropharynx, and larynx, trachea, which has been generated from CT scan images and installed on a 3D mannequin model. The evaluation conditions varied as standing and sleeping mannequins form in a room that includes 2 input dampers and 4 output dampers. For simulation of the flow field, the ANSYS FLUENT software- version 17.2 with the 4-equation SST transition turbulence model have been used. Simulations have been performed for 3 different respiration flow rates and 4 different particle diameters. Results indicate higher deposition on the sleeping model rather than standing model due to gravitational effect. The total aspiration of particles inside the respiratory system was less than 0.4%. In addition, the nasal cavity captures large particles, while for small particles, higher deposition occurs in the lower parts of the respiratory tract.
    Keywords: Standing, Sleeping Mannequins, Particulate Matter, Respiratory System, CFD
  • A. Mohammadi , E. Abbasi , M. Ghayour *, M. Danesh Pages 887-899
    In this research, the objective is using 4 quadrotors in a group to carry out a certain weighted load. The load is connected by cables to each quadrotor. The equations of motion of the quadrotors are considered completely and without simplification. Unlike other researches, to express the relationship between the load and the quadrotors, the ropes are considered as springs, so they are pulled out and retracted during the mission. Formation control design and path tracking by the group is done by using feedback linearization control. Control protocol design is presented in two structure, centralized, and decentralized. Unlike other papers, in decentralized structure, there is no information communication between the agents to reduce the communication costs. The mission of the group is defined as the quadrotors first pick off the load from the ground and, then, track the desired path to reach the target point. When the load reaches the target point, the quadrotors should put the load on the ground and, then, land themselves. Cutting the cable of one of the quadrotors is applied to the system as a fault and in addition to providing a method to detect its occurrence, the performance of the centralized controller is checked in this situation.
    Keywords: Quadrotor| Load transfer| Centralized control| Decentralized control| fault occurrence
  • M. Nazemi Babadi , S. Kheradmand * Pages 901-910
    In this paper, the numerical simulation of the diesel and gasoline fuels injection in a constant volume chamber is conducted under the operating conditions of a compression ignition engine with openFoam software. In order to check out the possibility of using gasoline instead of diesel to increase the volumetric efficiency of the compression ignition engine and reduction air pollution, the spray characteristics of the gasoline and diesel under injection pressures of 40 and 80MPa, as well as temperatures of 243, 273 and 313K, is investigated. The simulation results are compared with the experimental data derived from fast imaging techniques. The results show that under the same conditions, the vapor penetration length for the two fuels is approximately equal. Also, due to the lower volatility of the diesel fuel, its liquid penetration length in 40 and 80MPa injection pressure was found to be 7 and 9 mm higher than gasoline, respectively, and high volatility of gasoline leads to enough time to make air and fuel mixtures in compression ignition engine. In addition, the reduction in fuel temperature from 313K to 243K resulted an increase in the penetration of gasoline and diesel liquids by 12 and 10 mm, respectively, and decrease in the evaporation rate, which causes a non-homogeneous mixture and an increase in unburned hydrocarbons and emissions.
    Keywords: Compression Ignition Engine, Fuel Temperature, Injection Pressure, Diesel andGasoline, Numerical Simulation
  • M. Arvahi, S.Gh. Masoudi*, A. Mohammadi Pages 911-918
    Microfluidic chips in the last two decades have had significant advances in the analysis of interfacial tension phenomenon due to their many advantages. To analyze interfacial tension phenomena, droplet flow in microchannels can be used. In this study, water-n-hexane interfacial tension in the presence of surface-active agents was measured, using microfluidic tensiometry. For this purpose, a glass microfluidic flow-focusing junction was fabricated for generating n-hexane droplets within an aqueous phase. The dependence of droplet size on the concentration of surfactants has been investigated. A theoretical equation was developed, considering force balance on the droplet generation in the microfluidic device, giving a relation between the interfacial tension and the generated droplet sizes. By standardizing the microfluidic chips with the aid of a system, whose interfacial tension is known (hexane normal and tween 20 in distilled water), interfacial tension can be measured with measuring the size of produced droplets for other systems that can form droplets in the microchannel. In this study, the microfluidic device and the relation were employed to measure the interfacial tension in the presence of either of sodium dodecyl sulphate (SDS) or Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) surfactants. It was found that the measured interfacial tensions deviate less than 10% compared to those measured with a commercially available ring method.
    Keywords: Interfacial Tension, Microfluidics, Surfactant
  • F. Pashmforoush *, M. Kazemi Pages 919-925
    In sheet metal forming processes, one of the most important limitations relates to the elastic recovery after punch unloading, which usually leads to spring-back phenomenon. Production of precise parts without spring-back controlling is not possible. Hence, the main aim of the present research is to minimize the amount of spring-back as well as to prevent the crack initiation during bending process of Aluminum A1050-H14 sheet. For this purpose, firstly, the sheet metal bending process was numerically simulated in ABAQUS finite element package. Then, the effect of friction coefficient and punch velocity was investigated on elastic recovery and von Mises stress in order to minimize the spring-back as well as to prevent the crack initiation. In this regard, python programming language was utilized. Then, by linking multi-objective genetic algorithm and finite element method in modeFRONTIER software, the optimum values of the process parameters were determined. It should be mentioned that for validation purposes, the simulation results of the present study were compared with the experimental data available in literature, showing a 3.14% relative error between the numerical and experimental results.
    Keywords: Bending, Spring-back, Multi-objective Genetic Algorithm, Finite Element Method, Crack Initiation
  • Sh. Shams *, M. Keshtgar , M. Mansouri Pages 927-935
    In this paper, we investigate the aeroelastic behavior of double-sweep metal and symmetric composite layup wings. Various strategies have been proposed to suppuration of instability such as using the composite materials in structure. The wing is considered as a cantilever beam with 3 degrees of freedom of bending/ bending/ torsional. For aerodynamic modeling, the quasi-steady and unsteady flow theory in the time domain is used based on the Wagner function and the process of calculation of the flutter velocity is provided in form of software code. Finally, the effect of the ratio of length of the isotropic on the total length of the wing as well as the swept angle of the composite section on the flutter speed have been investigated. The results show that with increasing the length of ratio of the metal part to the total length up to 0.9, the speed of instability increases and after that position, it decreases. Also, negative sweep angle of the swept part of wing increases the speed of instability than the positive sweep angle of the composite part. The results show the best angle of fiber is 30 degrees in range of negative sweep angle, having the highest speed of instability. Also, studies show that with increasing the negative sweep angle from -90 to 0 degrees at different angles of fiber, the speed of instability decreases till to -20 degrees of sweep angle and, then, increases slightly. With increasing the sweep angle from 0 to 80 degrees at different angles of fiber, the speed of instability decreases.
    Keywords: Speed of instability, aeroelastic, isotropic, composite, sweep
  • M. Mazare , M. Taghizadeh , S.M. Aghaeinezhad* Pages 937-945
    Conspicuously, pitch angle control strategy has been applied to mitigate the influence of mechanical load and also output power control at above-rated wind speeds. In this paper, a wind turbine is modeled based on simplified two-mass model and an adaptive sliding mode controller (ASMC) is designed based on individual pitch control (IPC) strategy. To do this, the single-blade approach is used and the wind turbine was divided into aerodynamics and mechanical subsystems and governing equations of each subsystem were derived. By designing and applying the ASMC to two-mass model, system behavior is observed and simulated in terms of step and turbulent wind speed inputs. In addition, to verify the validity of the ASMC, the proposed controller is implemented in the FAST environment and the wind speed profiles are generated using TurbSim. In order to analyze the environmental effects on the dynamic behavior of the system, the controller performance is explored in presence of parametric uncertainties. It should be noted that rotor speed tracking error is evaluated and demonstrated through different criteria.
    Keywords: Wind Turbine, Pitch Angle Control, Individual Pitch Control, Adaptive Sliding ModeFAST
  • A. Soleymani , M. Nosratollahi *, S.H. Sadati Pages 947-957
    The aim of this paper is designing a decision-making system (DMS) for temperature management of the satellite plates in the presence of actuators faults. The thermal stresses caused by solar radiation pressure perturbations is considered as a threat to the mission of satellites. In this paper, a new mechanism is used, which includes 4 fluidic momentum controller (FMC) actuators for sustaining the situation and performing various satellite missions in a pyramid. In this case, it is assumed that the satellite's plates are exposed to solar perturbations, and as a result, various faults have occurred for satellite actuators. To detect and isolate the defect of each actuator, recordable data from satellite and actuators are stored and feature extraction of these data is executed by linear differentiation analysis methods and analysis of the main components. To evaluate these methods, the confidence matrix is used, and the K-nearest neighborhood method is selected as the optimal method. To solve the temperature problem of the plates, the DMS is designed, so that if one of the plates reaches critical temperature, after examining the occurrence of a fault and adopting the appropriate strategy, the plate's rotation of the target plate is in the shadow. As a result, the temperature of the plate with the maximum temperature will reduce. The simulation results show that despite the perturbations and actuators’ faults, the designed DMS can manage the temperature of the plates somehow that does not enter the critical point.
    Keywords: Decision-Making System, Fluid Momentum Controller (FMC), Fault Uncertainty, Temperature Management Subsystem, Solar Radiation Pressure
  • S. Ghorbanzadeh , Mohsen Nazari* , M.M. Shahmardan , A. Hasannia, M. Nazari Pages 959-967
    In this paper, heat transfer and magnetic fields in a vacuum induction melting furnace have been studied numerically. To solve the coupled equations of thermal and magnetic induction heating, the finite element method has been used. An induction furnace model is simulated using an industrial geometry. The studies indicate that the effect of the geometry of the crucible and the coil on the melting time has not been thoroughly investigated and requires more in-depth studies. It is attempted to improve the shape of the induction furnace, so that in less time aluminum is melted in a small scale furnace. The effect of the diameter-to-height ratio of the crucible on the duration of melting has been investigated. By decreasing the diameter-to-height ratio, the temperature reaches melting temperature in a shorter time. The results show that for the diameter-to-height ratio of less than 0.4, there will not be a significant change at the average temperature. 10% reduction in the distance between the coils leads to an increase in the average temperature of the working material inside the furnace. With considering the constant density of the coil current and the constant induced current in the heated material, the effects of the number of coil turns on the temperature distribution and magnetic flux are investigated. In this way, the accuracy of the model is also checked by induction heating concepts. The effect of frequency on temperature has been investigated in different coil lengths. The results show that an increase of 4 times in the frequency caused an increase of 1.7 times in the average temperature.
    Keywords: Induction heating, electromagnetics, numerical solution, furnace
  • S. Mirzaparikhany, M.R. Ansari * Pages 969-979
    In this paper, a theoretical model is proposed for Leidenfrost droplet evaporation by solving the mass, momentum, and energy conservation equations. This model involves a set of four equations, of which the values of vapor layer thickness, evaporation rate on the lower surface of the drop, the volume of evaporating droplet, and temperature distribution in vapor layer are obtained. This set of equation is solved with Fortran code by the predictor-corrector method. The main unknown value in these equations is the vapor layer thickness, which is predicted in every step of simulation and corrected by the balance of forces that act on the drop. In this study, the upper surface of the drop, where contacts with air and the lower surface of droplet, where contacts with the vapor layer are predicted with high accuracy by solving the Young- Laplace equation. The vapor layer thickness obtained from the proposed model is compared with experimental data and encouraging agreement is observed.
    Keywords: Leidenfrost Drop, Droplet Evaporation Model, Vapor Layer Thickness
  • H. Mozafary , F. Akbaripanah *, S.H. Nourbakhsh Pages 981-989
    In this study, 1.5vol.% of SiC nanoparticles was added to AZ31 magnesium alloy via a stir-casting method. Next, the as-cast ingots were extruded at 400°C with the ratio of 3.78. After extruding, the materials were subjected to multidirectional forging (MDF) at 320°C for 2, 4, 6, and 8 passes. In order to evaluate the mechanical properties of extruded and MDFed materials, shear punch (SPT) and Vickers microhardness tests were applied. The results of these tests showed that hard ceramic nanoparticles improved the shear strength and hardness of the matrix alloy. The shear yield strength, ultimate shear strength, and hardness of extruded alloy were 86.70 MPa, 119.43 MPa, and 52.55 HV, respectively, while in extruded AZ31/SiCp nanocomposite, these values increased by 9.91%, 5.48%, and 13.99%, respectively. It was also observed that nanocomposites processed with multi-directional forging offer better mechanical properties than non-MDFed materials. The results indicated that after the first two passes, there was a significant improvement in the mechanical properties of the nanocomposites, such that the shear yield strength, ultimate shear strength, and hardness were improved in contrast with the extruded state by 27.12%, 17.95%, and 16.03%, respectively. Mechanical properties during the next passes were periodically reduced and increased. Microstructural observations also showed that the average grain size variations were periodic during the increase of MDF passes. After the second pass, the grains were finer than the extruded state, and their size increased in the next two passes. From 4th to 6th pass, the grain size decreased and the smallest grains were obtained in this case, while in the last two passes, the grains grew slightly. Despite the smaller and homogeneous structure created by the 6th and 8th passes, the best mechanical properties were obtained in the second pass, which means, in addition to the microstructural changes, also modifications in the material texture during the MDF process had an impact on mechanical properties.
    Keywords: Stir-Casting, SiC Nanoparticles, Multidirectional Forging, Mechanical Properties, Grain Size
  • M. Ghafarian Eidgahi Moghadam , M.M. Shahmardan* , M. Norouzi Pages 991-1000
    Magneto-rheological damper is one of the most widely used mechanical equipment, which absorbs mechanical shocks by use of magnetic fluid and electrical coil in its structure. In this paper, for the first time, dissipative particle dynamics as a mesoscopic scale modeling method was used to simulate a magneto-rheological damper and its magnetic fluid. Data from 3 categories including magnetic fluids with brand names 122-EG, 132-DJ, and 140-CG have been used and effect of their physical properties on power of damping force have been investigated. Results of modeling show that by increasing shear rate of fluid, shear stress is first increased and, then, it is applied to a constant value, which results in a greater shear stress by applying a stronger magnetic field. It is also observed that, with increasing both maximum piston velocity and strength of magnetic field, maximum power of damping force increased, which in 140-CG is higher than the other fluids. Results of sensitivity analysis show that weight of magnetic particles and strength of dissipative forces have the greatest effect on damping force, in such a way that by increasing weight of magnetic particles and decreasing the dissipative force of particles, accumulation of magnetic particles decrease, so, increasing quality of damping. It was also found that 122-EG is more suitable than other types of magnetic fluids in forming standard magnetic particle chains, and provides a more favorable viscosity distribution for damping.
    Keywords: Magneto-rheologica, damper, dissipative particle dynamics, magnetic fluid| damping force
  • S.A. Ashrafnia , M. Jamshidian* Pages 1001-1007
    The unique characteristics of nanostructures are mainly due to their large surface to volume ratio. One of the most important quantities in investigating the surface properties of materials is the surface energy. Therefore, calculating the surface energy is necessary for the proper understanding of the behavior and properties of nanostructured materials. The present study investigates the size-dependent surface energy of crystalline nanoparticles and nanocavities of aluminum, silver, copper, and iron. For this purpose, spherical nanoparticles and nanocavities with different radiuses are modeled by molecular dynamics simulations and their surface energy is obtained. The simulation results demonstrate that for nanoparticles and nanocavities with sufficiently small radiuses in the range of a few nanometers, the surface energy depends on the size of the nanostructure. For spherical nanoparticles, the surface energy increases with increasing nanoparticle radius, while for the spherical nanocavities, the surface energy decreases by increasing nanocavity radius. Also, the surface energy variation with size is more intense for nanocavities in comparison with nanoparticles. By increasing the radius, the surface energy of nanoparticles and nanocavities approaches to an asymptotical value, which is the surface energy of a crystalline flat surface or the Gibbs surface energy for the crystallographic surface orientation with the maximum surface energy.
    Keywords: Surface Energy, Nanoparticle, Nanocavity, Molecular Dynamics
  • S.Sh. Hosseini Dehshiri , Sh. Talebi* Pages 1009-1020
    New passive double L-shaped micromixers have been investigated based on the split and recombination flow. Numerical study on micromixers was performed in the Reynolds number range of 50 to 200. The three-dimensional Navier-Stokes equations have been used to analyze flow and mixing behavior. Two different configurations from the positioning of L units have been investigated and two solutions have been proposed to improve the mixing index. If two L units are same shaped, aligned on one plate (design 1), the mixing index is low due to inappropriate split and recombination. The placement of two L units of the same shape on a two-plane parallel and non-aligned (design 2) improve the mixing index and increase to over 95% in Reynolds numbers of 100, 150, and 200. The orthogonal solution to the inputs did not affect the pressure drop and only in design 1, the mixing index could exceed 95% in all Reynolds numbers. Unbalanced micromixer solution improves mixing index by increasing pressure drop. The effect of geometric parameter of asymetric width ratio in both designs was studied and design 1 in asymetric width ratio 2.5 and design 2 in asymetric width ratio 2 and 2.5 have been completely mixed in all Reynolds numbers. Also, the performance of proposed micromixers was better than L-shaped micromixer due to the split and recombination mechanism. In addition, the mixing index was higher in porposed micromixers compared to the split and recombined micromixers of previous researchers due to the use of L-shaped units.
    Keywords: L shaped micromixer, split, recombine, mixing index, numerical study
  • Z. Naseriasl, R. Fesharakifard* , H. Ghafarirad Pages 1021-1028
    Nowadays, the need of welding industry's to improve weld quality has led to the consideration of robotic welding. The use of articulated industrial robots for welding has many challenges. Because some robots do not have the capability of online error compensating of the seam track. Therefore, in order to remove the welding seam tracking error, the use of an auxiliary mechanism is proposed in this article. This mechanism is a table with 1-degree of freedom (dof), which produces a continuous motion in workpiece under the welding torch. The rotational motion of the motor is transformed into a translational motion of the workpiece by a ball-screw system, where this linear motion compensates the tracking error. Since in the welding process, relative motion accuracy of the workpiece and the welding torch is crucial, proper control of the interface table ensures the weld quality. In this paper, two different methods for controlling the table with 1-dof are studied. In the first method, due to the complexity of friction model of the ball-screw mechanism and the presence of nonlinear terms, this part of the model is considered as an external disturbance, and, then, a PID controller for the linear part is designed. In the second method, known as feedback linearization, a control law is designed for that the tracking error tends to zero by passing time. Throught a comparison between the simulation results, the second control method demonstrates better precision relating the first controller. While the error of PID controller equals to 3 mm and the second controller’s error does not go beyond 0.5 mm. At last, the experimental cell used for the robotic welding is introduced to evaluate the mentioned results.
    Keywords: Robotic welding, Planar seams, Auxiliary mechanism, Trajectory tracking error, Feedback linearization
  • M. Molavian Jazi , M. Ghayour*, S. Ziaei, Rad, E. Maani Pages 1029-1038
    The atomic force microscope (AFM) determines the topography of surfaces in nano scale based on the changes in the exited micro-cantilever’s dynamic characteristics. Therefore, it is essential to simulate and predict more accurately the dynamic behavior of cantilever beams for use in design and fabrication of AFM. Based on the experimental observations, in contrast to the classic theory, the normalized stiffness of structures is not constant with the reduction of dimensions in micro and nano scales. This change, which can be either softness or stiffness, results in size-dependent behavior, non-classic continuum theories. This paper studies the effect of size on the dynamic behavior of AFM based on modified couple stress theory, and compares the results with those obtained from classic theory. The nonlinear partial differential governing equation of the system is derived, considering intermolecular and hydrodynamic forces, based on the modified couple stress theory. By applying Galerkin projection method, partial differential equations are transformed into ordinary equations and the discrete system is extracted. It is shown that considering size effect leads to enlargement of expected working domain of AFM, and also predicted amplitude and frequency of oscillations decreases and increases, respectively. Moreover, two theories predict different start point of bi-stability region. Solution approach is verified by comparing the results with two degrees-of-freedom model and analogue equations method. Furthermore, effect of hydrodynamic forces of fluid on dynamic behaviour of AFM is investigated.
    Keywords: Atomic Force Microscope, Size Effect, Modified Couple Stress Theory, Stability Analyses, Nonlinear Dynamic
  • M. Kazemi *, A. Alavi nia Pages 1039-1047
    In this research, the ballistic strength of sandwich structures with aluminum face-sheet and polyurethane foam cores of various densities have been investigated. The effect of graded changes in the density of foam core and arrangement of foamed layers with different densities on the absorption of energy and the ballistic limit of sandwich structures at high velocity (160-300 m/s) under the impact of semi-spherical nosed cylindrical projectiles were investigated. Generally, five different types of panels were designed in dimensions of 100×100 mm2, 6 in each. In total, the prepared samples were 30. Numerical simulations were performed, using Ls-dyna software. The results of this study showed that, firstly, there is good agreement between the experimental and simulation results and, secondly, the experimental and simulation results showed that the ballistic limit and energy absorption of sandwich structures of the same mass with the graded foam core in the case a less density foam layer is on the side of the impact for the three-layer panels is, respectively, 5.5% and 11.5% higher than the panel with single-layer foam core and average density.
    Keywords: Sandwich structures, Ballistic limit, Simulation, Graded foam core