فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال نوزدهم شماره 8 (مرداد 1398)
  • سال نوزدهم شماره 8 (مرداد 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/04/29
  • تعداد عناوین: 25
|
  • حامد فداء، علی سلیمانی*، حامد صادقیان صفحات 1827-1836
    میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت (HS-AFM) به دلیل دقت بالا و قابلیت تصویربرداری سه بعدی یکی از پرکاربردترین تکنیک های مورد استفاده در فناوری نانو است. علی رغم مزیت ها و غیرمخرب شناخته شدن این تکنیک، اگر ماکزیمم نیروی دافعه برهمکنش بیشتر از تنش شکست نمونه یا سوزن باشد آسیب نمونه یا سوزن محتمل خواهد بود. تاکنون مطالعات زیادی در مورد نیروهای دافعه در حالت ضربه ای انجام شده اما اکثرا در حالت پایدار بوده است. برای مواد نرم و در حالت گذرا هنگامی که سوزن ناگهان با یک پله رو به بالا مواجه می شود نیروی دافعه می تواند از حالت پایدار بیشتر بوده و در نتیجه باعث ایجاد آسیب به نمونه شود. بنابراین اگر مقادیر پارامترها به طور مناسب انتخاب نشود تنش نمونه- سوزن ممکن است از تنش تسلیم نمونه تجاوز کند. در این مقاله ماکزیمم نیروی برهمکنش گذرا در دو بازه زمانی جاذبه و دافعه با یکدیگر مقایسه و تحلیل اثر پارامترهای مهم اسکن روی ماکزیمم تنش گذرای مواد نرم در میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت در شرایط گذرا به صورت تئوری انجام شده و نمودارهای دقت جانبی و سرعت اسکن نیز ارایه شده که از نوآوری های این تحقیق است به طوری که در میکروسکوپ پرسرعت نمونه های نرم با مدول الاستیسیته در محدوده 2گیگاپاسکال به منظور پیشگیری از آسیب نمونه، استفاده از سفتی فنر در رنج 1-0/1نیوتون بر متر، دامنه آزاد 100-60نانومتر، نسبت دامنه 0/9-0/8، فاکتور کیفیت 100-50، شعاع سوزن 40-10نانومتر و سرعت اسکن 0/3-0/1میلی متر بر ثانیه نسبت به رزولوشن مورد نظر توصیه می شود تا فرآیند اسکن به صورت ایمن و با نتایج دقیق انجام شود.
    کلیدواژگان: یکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت، برهمکنش نمونه- سوزن، ماکزیمم نیروی دافعه، شرایط گذرا، آسیب
  • فرهاد عادل، سعید شکراللهی*، عرفان بیگی صفحات 1837-1844
    در این مقاله، یک روش تجربی برای تعیین دقیق مدول یانگ در المان های سازه ای با استفاده از رویکرد به روزرسانی مدل المان محدود ارایه شده است. به روزرسانی مدل عبارت از تصحیح مدل عددی یک سازه با استفاده از داده های اندازه گیری شده از سازه واقعی است. در این راستا پس از معرفی نمونه مورد تحقیق که یک تیر آلومینیومی با آلیاژ 7075-T651 بوده، فرکانس های ارتعاشات خمشی آن با آزمون مودال اندازه گیری شده و با استفاده از روابط به روزرسانی مدل، مدول یانگ استخراج شده است. در ادامه، مدول یانگ نمونه مورد مطالعه با استفاده از روابط موجود در استاندارد ASTM E1876-01 و همچنین با استفاده از روابط تحلیلی حاکم بر رفتار تیر اویلر- برنولی نیز محاسبه شده است. نتایج حاصل از روش به روزرسانی مدل حاکی از آن است که انطباق بسیار خوبی با نتایج حاصل از دو رویکرد اخیر یعنی استاندارد ASTM و روابط تیر اویلر- برنولی وجود دارد. در نتیجه این روش را می توان با دقت خوبی برای شناسایی مدول یانگ در المان های سازه ای با شکل های پیچیده تر توسعه داد که روابط حاصل از استاندارد فوق الذکر و روابط تحلیلی به دلیل محدودیت های هندسی در آنجا کارآیی ندارند.
    کلیدواژگان: مدول یانگ، تست مودال، به روزرسانی مدل، استاندارد ASTM، تیر اویلر- برنولی
  • سیدعلی سجادی، سعید امینی* صفحات 1845-1854
    از زمان ابداع فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک، این فرآیند به صورت گسترده مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. دلیل این توجه ویژگی های منحصر به فرد این فرآیند شامل کاهش نیروهای ماشین کاری، کاهش سایش و اصطکاک، افزایش عمر ابزار، ایجاد شرایط برشی متناوب، افزایش قابلیت ماشین کاری مواد سخت برش، افزایش کیفیت سطح، ایجاد ساختار سلسله مراتبی (میکرونی- نانویی) روی سطوح و غیره است. تاکنون روش های مختلفی برای اعمال ارتعاشات التراسونیک به نوک ابزار حین فرآیند تراشکاری به کار گرفته شده است. در این پژوهش یک هورن منحصر به فرد به منظور تبدیل ارتعاش خطی پیزوالکتریک ها به ارتعاش سه بعدی (ارتعاش طولی در راستای محور z، ارتعاش خمشی حول محور x و ارتعاش خمشی حول محور y) طراحی و ساخته شده است. امتیاز این ابزار ماشین کاری التراسونیک نسبت به ابزارهای مشابه، آن است که در اکثر ابزارهای دیگر تنها امکان اعمال ارتعاشات یک بعدی (خطی) و دوبعدی (بیضوی) وجود دارد؛ در حالی که در این ابزار ارتعاشات سه بعدی تولید می شود. به علاوه از آنجا که ماهیت منحصر به فرد هورن طراحی شده باعث ایجاد ارتعاشات سه بعدی می شود، دیگر نیازی به نیم حلقه های پیزوالکتریک (که با اختلاف فاز 180 تحریک می شوند)، برای ایجاد ارتعاشات خمشی حول محورهای x و y نیست. کاهش هزینه ها و همچنین سادگی اعمال ارتعاشات سه بعدی در این روش جدید می تواند نقش مهمی را در جهت صنعتی شدن فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک سه بعدی ایفا کند.
    کلیدواژگان: تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک، هورن آکوستیک، ارتعاش دوبعدی، آنالیز مودال، نیروهای ماشین کاری، ارتعاش سه بعدی، توپوگرافی سطح
  • علی جمشید، نادر وحدت آزاد * صفحات 1855-1864
    در این پژوهش فلاتر بال کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی به همراه یک جرم افزوده گسترده تحلیل و ارایه می شود. بال به شکل یک ورق مستطیلی با شرایط مرزی یکسر گیردار مدل شده است. برای تخمین میدان جابجایی ورق نسبتا ضخیم تئوری برشی مرتبه اول و چندجمله ای های چبیشف اعمال شده است. در شبیه سازی اثر جریان هوای فراصوت از تئوری مرتبه اول پیستون استفاده و معادله دیفرانسل حاکم بر سیستم با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. در این بررسی چهار نوع مختلف توزیع نانولوله کربنی در راستای ضخامت در نظر گرفته شده است. این توزیع ها به صورت یکنواخت، کاهشی، کاهشی- افزایشی و افزایشی- کاهشی هستند. در نهایت اثرات اندازه، جرم و محل جرم توزیع شده و همچنین اثرات الگوهای مختلف توزیع نانولوله کربنی و زاویه جهت گیری الیاف برای یک کامپوزیت دو لایه پاد متقارن روی مرزهای فلاتر بال کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله کربنی مطالعه شده است. در مقایسه هایی که با نتایج پژوهش های پیشین صورت پذیرفت تطابق خوبی مشاهده شد. نتایج نشان دادند که مرز فلاتر بال با افزایش نسبت جرمی، کاهش و با بیشترشدن طول جرم افزوده، افزایش می یابد. با زیادشدن زاویه جهت گیری الیاف نانولوله کربنی در کامپوزیت پادمتقارن مرز فلاتر افزایش می یابد و برای الگوهای توزیع مختلف رفتار متفاوتی خواهد داشت.
    کلیدواژگان: ناپایداری فلاتر، ورق کامپوزیتی مدرج تابعی، نانولوله کربنی، ورق یکسرگیردار، جرم افزوده گسترده
  • مصطفی رجایی، سید جمال حسینی پور*، حامد جمشیدی اول صفحات 1865-1873
    در این مقاله تاثیر پارامترهای هندسی لوله و قالب بر رفتار تغییرشکل لوله پله ای در فرآیند شکل دهی داغ با گاز (HMGF)  لوله از جنس آلیاژ آلومینیم 6063 مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از آزمایش های تجربی و شبیه سازی اجزای محدود به کمک نرم افزاز آباکوس استفاده گردید. بررسی ها در نسبت قطر قالب به قطر لوله (D/d)  و نسبت ضخامت به قطر لوله (t/d) متفاوت صورت گرفته است. همچنین یک مدل تئوری ساده برای ارتباط بین پارامترهای هندسی مذکور با پارامترهای فرایندی فشار داخلی و تغذیه محوری ارائه شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که در شرایط فشار داخلی و تغذیه محوری ثابت با افزایش نسبت  D/d  و  t/d درصد پرشدگی قالب کاهش می یابد. همچنین در نسبت  D/d  ثابت، با افزایش نسبت  t/d  تا حدود 0.05 کاهش درصد پرشدگی قالب بصورت تدریجی است، اما با افزایش نسبت   t/d به 0.06 کاهش درصد پرشدگی قالب بشدت رخ می دهد. با استفاده از شبیه سازی مقادیر فشار داخلی و تغذیه محوری متناسب با نسبت های   D/d   و  t/d  مختلف، تغییر داده شد. نتایج حاصل نشان داد که مطابق با پیش بینی مدل تئوری، مقدار فشار داخلی نسبی و تغذیه محوری نسبی باید بطور خطی به ترتیب با افزایش نسبت t/d   و نسبت انبساط (D/d-1) افزایش یابند، تا نمونه هایی با درصد پرشدگی یکسان بدست آید.
    کلیدواژگان: شکل دهی فلز داغ با گاز، تغذیه محوری، لوله های پله ای، آلیاژ آلومینیم 6063، پارامترهای هندسی
  • حامد عارف خانی، سید حسین ساداتی*، مرتضی شهروی صفحات 1875-1887
    در این مقاله برای کنترل یک ماهواره تحریک شده با عملگرهای مغناطیسی از کنترل کننده غیرخطی وارون دینامیک استفاده شده است. از آنجا که پایداری قوانین کنترل خطی در دینامیک های غیرخطی در شرایط دور از نقطه تعادل تضمین نشده، لذا لزوم طراحی یک قانون کنترل غیرخطی که پایداری آن کلی است، ضروری به نظر می رسد. در این روش طراحی، با تغییر در پارامترهای سیستم، دینامیک غیرخطی سیستم به دینامیک خطی تبدیل می شود و ورودی کنترل کننده، این تغییر را جبران می کند. پایداری سیستم حلقه بسته توسط روش لیاپانوف مورد بررسی و اثبات شد. معادلات دینامیک و سینماتیک ماهواره در حضور گشتاورهای اغتشاشی آیرودینامیک، گرادیان جاذبه، مغناطیسی و تابشی توسعه یافته و خطی سازی معادلات حرکت حول نقطه تعادل انجام شده است. برای ارزیابی عملکرد کنترل کننده وارون دینامیک، قوانین کنترل خطی کلاسیک تناسبی- مشتق گیر و کنترل بهینه رگولاتور مرتبه دوم خطی طراحی شده و نتایج با آن مقایسه شده است. با مدل سازی مدار ماهواره، گشتاورهای اغتشاشی و بردار میدان مغناطیسی زمین محلی، به صورت لحظه ای و با توجه به وضعیت ماهواره در مدار محاسبه می شوند. در انتها پاسخ سیستم با فرض درنظرگرفتن محدوده اشباع برای عملگرهای مغناطیسی نمایش داده شده است. نتایج نمایان گر عملکرد بهتر کنترل کننده غیرخطی وارون دینامیک در معیار دقت و زمان همگرایی است.
    کلیدواژگان: کنترل وضعیت مغناطیسی ماهواره، کنترل غیرخطی وارون دینامیک، پایداری لیاپانوف، کنترل کلاسیک، کنترل بهینه
  • سعیده کوهستانی* صفحات 1889-1896
    در این مقاله اثر شرود در مشخصات دینامیکی یک سیستم چندپره ای چرخان بررسی می شود. هدف اصلی این مقاله، تشخیص اثر سفتی و موقعیت شرود روی فرکانس های طبیعی سیستم است. به همین منظور فرکانس های طبیعی چندین سیستم شامل شرود با موقعیت های مختلف (چه از نظر محل اتصال شرود به پره و چه از نظر تعداد پره هایی که یک شرود به هم متصل می کند) و همچنین با سفتی های متفاوت مقایسه شده اند تا مشخص شود که این پارامترها چگونه روی فرکانس های طبیعی سیستم اثر می گذارد. در این مطالعه اثر شرود به صورت فنر بین پره ها در نظر گرفته شده است. معادلات دینامیکی سیستم با استفاده از روش مدهای فرضی و با کمک قانون هامیلتون حل شده است. از آنجایی که در سیستم های چندپره ای همچون توربین ها، ترجیح بر این است که فرکانس های طبیعی خارج از محدوده کاری قرار گیرند (برای جلوگیری از پدیده تشدید) براساس نتایج به دست آمده در این مقاله نشان داده می شود که چگونه پارامترهای مربوط به شرود می تواند فرکانس های طبیعی مربوط به بعضی از مدهای سیستم را از محدوده کاری خارج کند.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، سیستم چندپره ای، شرود، روش مد فرضی
  • ستار مالکی، عطیه اندخشیده*، علیرضا سیفی صفحات 1897-1906
    یکی از کاربردهای مواد کامپوزیتی در صنعت نفت و گاز، استفاده از این مواد برای تعمیر خطوط لوله فلزی فرسوده است. محاسبه نرخ رهایی انرژی کرنشی مود اول شکست، معیار مهمی در بررسی مقاومت اتصال و پیش بینی خرابی این نوع سازه ها است. در این مقاله، نرخ رهایی انرژی کرنشی حین رشد ترک در اتصال وصله کامپوزیتی به زیر لایه فولادی مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا ابتدا با استفاده از تئوری تیر الاستیک، روشی نوین برای محاسبه ضخامت فلز و کامپوزیت برای داشتن نمونه های یک سرگیردار متقارن ناهمجنس (UDCB) ارایه می شود. این امر به این دلیل صورت می گیرد که استاندارد آزمون تجربی نرخ رهایی انرژی کرنشی (ASTM-D5528)، برای نمونه های تیر یک سرگیردار متقارن است. نمونه های ساخته شده در این پژوهش شامل کامپوزیت ساخته شده از الیاف شیشه تک جهته، رزین اپوکسی به همراه سخت کننده در نیمه بالایی و فولاد در نیمه پایینی تیر است. پس از نمونه سازی، نرخ رهایی انرژی کرنشی شکست نمونه های تیر یک سرگیردار دولبه متقارن و نامتقارن، به صورت تجربی محاسبه می شود. علاوه بر این برای تفکیک مود یک و دوی شکست در نمونه های متقارن و نامتقارن، مدل سازی المان محدود به روش بستن ترک مجازی صورت می گیرد. این تحلیل، صحت رابطه ارایه شده برای ضخامت لایه ها در تیرهای ناهمجنس برای رسیدن به مود یک خالص شکست در نمونه های متقارن را مورد آزمون قرار داده و تایید می کند. همچنین سهم مود اول و دوم شکست را در نرخ رهایی انرژی کرنشی کل نمونه های نامتقارن تعیین می نماید.
    کلیدواژگان: ترمیم کامپوزیتی سازه های فولادی، تیر یک سرگیردار دولبه ناهمجنس، نرخ رهایی انرژی کرنشی، روش بستن ترک مجازی، رشد ترک
  • سعید محمودخانی*، ابوالفضل یزدانی صفحات 1907-1916
    در این مقاله فلاتر و پاسخ آیروالاستیک سازه دیسک پره در حضور نامیزانی و تحت تحریک مرتبه موتور، با هدف بررسی اثر خواص سازه ای دیسک و تدوین روش تحلیل کارآی مساله مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی اندرکنش سازه و سیال از نظریه جریان دوبعدی تراکم ناپذیر وایتهد و برای مدل سازی سازه نیز از مدل چهاردرجه آزادی جرم و فنر شامل خمش و پیچش در مقطع فرضی پره و خمش و پیچش در دیسک استفاده شد که قادر به احتساب اثر وابستگی سازه ای حرکت قطاع های مجاور و همچنین انعطاف پذیری دیسک خواهد بود. برای حل از شکل مودهای موج متحرک سازه دیسک پره بدون نامیزانی برای بسط پاسخ سیستم نامیزان استفاده شد که به علت نیاز به محاسبه نیروهای آیرودینامیک به طور جداگانه برای هر مود موج متحرک، روش مناسبی برای تحلیل آیروالاستیک است. در نهایت از حل به دست آمده برای تعیین اثر انعطاف پذیری دیسک روی ناپایداری، تغییرات فرکانس های طبیعی مودهای پیچشی و خمشی با تعداد گره های قطری و همچنین میزان افزایش دامنه ارتعاش تحت اثر نامیزانی استفاده شد. همچنین اثر دو نوع نامیزانی شامل نامیزانی در فرکانس پیچشی پره ها و نامیزانی در تحریک مرتبه موتور مورد توجه قرار گرفت. مطالعات پارامتریک، امکان وقوع تغییرات قابل توجه در رفتار ارتعاشی و رفتار آیروالاستیک سیستم را در حضور نامیزانی برای دیسک با سفتی خمشی پایین نشان می داد، به طوری که به ازای مقدار خاصی از فرکانس طبیعی دیسک پاسخ بیشینه سیستم در حالت نامیزان نسبت به حالت میزان تا حدود 8برابر افزایش می یافت.
    کلیدواژگان: فلاتر، دیسک پره، نامیزانی، پاسخ آیروالاستیک، مودهای موج متحرک
  • محسن فلاح، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 1917-1928
    در این مقاله، یک مدل دینامیکی کارآمد برای ابزار داخل تراش میراشده مجهز به عملگر الکترومغناطیس ارایه شده است. مدل های دینامیکی عملگر و ابزار با بهره گیری از فرآیند شناسایی نظام مند ارایه شده در این مقاله به دست آمده اند، که مبتنی بر بهره گیری از ابزارها و روش های بنیادین مبحث شناسایی سیستم است. سیستم الکترومکانیکی یا مسیر پیشرو، از سه بخش اصلی تشکیل شده که شامل تقویت کننده توان خطی، شیکر الکترودینامیک و سازه ابزار داخل تراش است. در این مقاله، ابتدا مدل دینامیکی هر یک از زیرسیستم های تشکیل دهنده مسیر پیشرو شناسایی شده اند. بهره گیری از روش شناسایی جزء به جزء، باعث دستیابی به درک قابل توجهی پیرامون منشا رفتار غیرخطی در مدل دینامیکی مسیر پیشرو می شود. براساس مشاهدات تجربی ارایه شده، می توان نتیجه گرفت که عملگر الکترومغناطیس به صورت یک سیستم دینامیکی خطی رفتار می کند، اما در مقابل سازه ابزار داخل تراش رفتار غیرخطی از خود بروز می دهد؛ زیرا با تغییر دامنه تحریک ورودی، دقت تخمین مدل دینامیکی شناسایی شده برای ابزار داخل تراش به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در نتیجه برای توصیف رفتار دینامیکی مسیر پیشرو برحسب فرکانس و شدت تحریک ورودی، در این مقاله یک مدل دینامیکی پارامتر متغیر ارایه شده است. این مدل دارای ساختار معلوم و پایین ترین مرتبه ریاضی ممکن است. مدل دینامیکی ارایه شده می تواند پاسخ حوزه زمان مسیر پیشرو به تحریک ورودی چرپ را با 88% دقت تخمین بزند. همچنین این مدل در مرحله اعتبارسنجی پاسخ حوزه زمان سیستم به تحریک نویز سفید گوسی را با دقت قابل قبولی پیش بینی می نماید. به علاوه مدل دینامیکی عملگر الکترومغناطیس، می تواند سیگنال نیروی دینامیکی عملگر را با دقت بسیار خوب 85% تخمین بزند.
    کلیدواژگان: شناسایی سیستم، مدل دینامیکی، ابزار داخل تراش فعال، عملگر الکترومغناطیس، دینامیک غیرخطی
  • سهیل امیددزیانی، ایمان خزایی، سمیرا قره خانی، مهدی اشجعی*، فرزانه شمیرانی، وحید زندیان صفحات 1929-1941
    امروزه نانوسیالات با توجه به پتانسیل خود در افزایش نرخ انتقال حرات و خنک کاری سیستم های مختلف، توجهات زیادی را در تحقیقات به خود جلب کرده اند. از طرف دیگر، تحقیقات جدید نشان می دهند که نانوسیالات گرافن دار، حتی در غلظت های پایین هم توانایی بیشتری در افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی نسبت به نانوسیالات متداول دارند. با درنظرگرفتن این موضوع در مطالعه حاضر از نانوسیال حاوی نانوذرات فریت کبالت/گرافن به عنوان سیال عامل برای بررسی تجربی تاثیر آن بر انتقال حرارت جابه جایی اجباری سیال عبوری از یک کانال دایروی از جنس مس که تحت شار حرارتی ثابت و در رژیم جریان آرام قرار دارد، استفاده شده است. گفتنی است اثر میدان مغناطیسی بر نانوذرات به عنوان یکی از روش های فعال در بهبود نرخ انتقال حرارت مطرح است. برای نیل به این هدف، تاثیر قدرت میدان مغناطیسی خارجی و همچنین تاثیر اعمال فرکانس های مختلف بر میزان بهبود انتقال حرارت در اعداد رینولدز و غلظت های مختلف بررسی و فرکانس بهینه به دست آورده شده است. نتایج نشان می دهند که نرخ انتقال حرارت نانوسیال هیبریدی مورد آزمایش در حضور میدان مغناطیسی ثابت و متناوب بهبود یافته، به طوری که این افزایش تحت میدان متناوب چشمگیرتر از میدان ثابت است. همچنین نتایج نشان می دهند که در غیاب میدان مغناطیسی و عدد رینولدز 571، میانگین افزایش انتقال حرارت جابه جایی فروفلوید با غلظت 0/6 به 15/2% در مقایسه با آب خالص رسیده است، در حالی که این مقدار با اعمال میدان مغناطیسی ثابت و متناوب به ترتیب به 19/7 و 31% می رسد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابه جایی اجباری، فروفلوید، میدان مغناطیسی، گرافن اکساید، فریت کبالت
  • زیبا زارعی، محمد تلافی نوغانی*، محمدحسین شاعری، ایمان انصاریان صفحات 1943-1952
    در این پژوهش آلیاژ برنج Cu-30Zn به وسیله فرآیند فورج چندگانه (MDF) تا 6 پاس در دمای محیط تغییر شکل پلاستیک شدید یافت. پس از تولید نمونه ها ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی بررسی شد. خواص مکانیکی نمونه ها پس از هر مرحله فرآیند MDF با استفاده از آزمون های سختی و پانچ برشی و کشش در دمای محیط اندازه گیری شد. همچنین خواص الکتریکی نمونه ها به روش جریان گردابی اندازه گیری شد. نتایج حاصل از بررسی ریزساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی همراه با آنالیز EBSD نشان داد که پس از 6 پاس فرآیند MDF، اندازه دانه نمونه اولیه آنیل شده از حدود 230میکرون به کمتر از یک میکرون کاهش یافت. به علاوه کاهش اندازه دانه همراه با فرآیند لغزش، شکل گیری دوقلویی ها و باندهای برشی در جهت مشخص بود. طبق نتایج به دست آمده بعد از 6 پاس MDF، خواص مکانیکی بهبود قابل توجهی داشت. فرآیند MDF منجر به افزایش 212درصدی در سختی، افزایش به ترتیب 105 و 73درصدی در استحکام های تسلیم و نهایی برشی و افزایش به ترتیب 298 و 190 درصدی استحکام های تسلیم و نهایی کششی شد. نتایج بررسی هدایت الکتریکی نشان داد در اثر فرآیند MDF، هدایت الکتریکی آلیاژ Cu-30Z، به مقدار اندکی کاهش یافت. لذا با مقایسه نتایج خواص مکانیکی و الکتریکی می توان گفت در فرآیند MDF می توان به آلیاژی با استحکام بسیار بالا بدون کاهش قابل توجه در هدایت الکتریکی دست یافت.
    کلیدواژگان: فورج چندگانه، آلیاژ برنج Cu-30Zn، خواص مکانیکی، خواص الکتریکی، ریزساختار
  • ابوالفضل فرامرزیان حقیقی، علی حائریان اردکانی، مرتضی کفایی رضوی، احمد مولودی* صفحات 1953-1958
    در این پژوهش خواص مکانیکی، یکی از پرکاربردترین بیومواد پلیمری قابل جذب در بدن به نام پلی لاکتیک اسید (PLA) در حالت متخلخل شده مورد ارزیابی قرار گرفت. ابتدا ساختارهای منظم برگرفته از مدل تتراکایدکاهدرون که مدل کلوین نامیده می شود طراحی شدند و سپس با استفاده از پرینتر سه بعدی با تکنیک FDM ساخته شدند. پس از آن به منظور تعیین خواص مکانیکی و نحوه شکست، از آزمون فشار استفاده شد. در نهایت، نتایج تجربی با نتایج آنالیز نرم افزار شبیه سازی مقایسه شد. نتایج نشان داد افزایش درصد تخلخل منجر به کاهش استحکام و همچنین افزایش اندازه سلول ها در یک تخلخل ثابت منجر به افزایش استحکام فشاری می شود. همچنین با کاهش درصد تخلخل مقدار کرنش تا مرحله شکست در یک تنش نسبتا ثابت، افزایش می یابد. نحوه شکست نمونه های با درصد تخلخل بالا به صورت ترد و با زاویه 45درجه بود. این در حالی بود که نمونه های با درصد تخلخل کمتر، رفتار نسبتا داکتیل داشتند و همراه با افزایش فشار، سلول ها روی یکدیگر جمع شده و تغییر فرم بالاتری تا نقطه شکست داشتند. همچنین مقایسه نتایج تجربی و شبیه سازی نشان دادند که همخوانی مناسبی بین نتایج وجود دارد و مدل پیش بینی نرم افزار از صحت بالایی برای این مدل فومی برخوردار است.
    کلیدواژگان: مواد متخلخل، مدل کلوین، پرینتر سه بعدی، بافت استخوان، پلی لاکتیک اسید (PLA)
  • ایمان ویسی خانقاهی، مهدی فکور*، مهران شهریاری صفحات 1959-1969
    در این مقاله به منظور به حداقل رساندن میزان توان مصرفی زیرسیستم کنترل حرارت ماهواره با در دست داشتن مدل هندسی و شرایط و پارامترهای مداری به طراحی جانمایی بهینه زیرسیستم های ماهواره براساس الزامات حرارتی و کنترلی پرداخته می شود. از آنجایی که تمام زیرسیستم های ماهواره در بازه دمایی معینی می توانند عمل نمایند در اینجا با لحاظ تلفات حرارتی هر زیرسیستم و بارهای حرارتی اعمالی بر هر وجه ماهواره در شرایط مختلف مداری با جانمایی بهینه اجزا و زیرسیستم های ماهواره طرح پیکره بندی مناسب حاصل خواهد شد که در آن الزامات حرارتی زیرسیستم ها با درنظرگرفتن توزیع دما در درون ماهواره تا حد امکان ارضا می شود. در نهایت، با توجه به اینکه هدف اصلی از این جانمایی تامین توان حرارتی است، براساس نتایج به دست آمده علاوه بر اینکه قید سیستمی بودجه توانی ارضا شده، توان زیرسیستم کنترل حرارت به میزان 66% کاهش پیدا کرده است. برتری این روش در این است که با رعایت طرح جانمایی حاصل، مدلی به دست خواهد آمد که نیاز به زیرسیستم کنترل حرارت با پیچیدگی کمتر و توان محدودتری دارد و در نتیجه علاوه بر اینکه جرم ماهواره کاهش می یابد، قابلیت اطمینان ماهواره نیز افزایش خواهد یافت. همچنین نظر به اهمیت تامین پایداری ماهواره، الگوریتم جانمایی و بهینه سازی به گونه ای تعریف می شود که الزامات کنترل وضعیت نیز در کنار الزامات حرارتی در این جانمایی رعایت شود.
    کلیدواژگان: ماهواره، تحلیل حرارتی، زیرسیتم کنترل حرارت، طراحی جانمایی بهینه، بهینه سازی
  • محمدرضا باقری، مسعود مسیبی*، اصغر مهدیان، احمد کشاورزی صفحات 1971-1978
    مقاله حاضر یک الگوریتم ژنتیک چندهدفه را برای طراحی بهینه یک سیستم تعلیق خودرو به کار می برد. مدل خودرو حرکت های سه بعدی بدنه خودرو را در نظر می گیرد. در این مدل کامل خودرو که دارای 8درجه آزادی است، حرکت عمودی صندلی مسافر، بدنه خودرو و چهار تایر و همچنین حرکت های چرخشی بدنه خودرو، درجات آزادی مدل را تشکیل می دهند. در این مقاله پارامترهای کاربردی تعلیق شامل شتاب صندلی مسافر، زاویه کله زنی بدنه خودرو، زاویه غلتش بدنه خودرو، نیروی دینامیکی تایر، سرعت تایر و انحراف تعلیق در نظر گرفته می شوند و در فرآیند بهینه سازی بهینه می شوند. جفت های متفاوتی از این پارامترها به عنوان توابع هدف، انتخاب و در فرآیند بهینه سازی چندهدفه بهینه می شوند و حل های پارتو برای جفت توابع هدف به دست می آیند. در فرآیند بهینه سازی نهایی، حل پارتو مربوط به مجموع پارامترهای بی بعد در یک گروه پارامترهای تعلیق نسبت به گروه دیگر به دست می آید. در این حل های پارتو، نقاط بهینه مهمی وجود دارند و طراحان می توانند هر یک از نقاط بهینه را برای یک هدف خاص انتخاب کنند. بهینه سازی پارتو بهتر از دیگر روش های بهینه سازی چندهدفه است، زیرا تعداد نقاط بهینه بیشتری در جبهه پارتو وجود دارد که هر نقطه معرف یک سطح از بهینه سازی برای جفت توابع هدف است و طراحان هر یک از نقاط را می توانند به دلخواه انتخاب کنند.
    کلیدواژگان: مدل سه بعدی ارتعاشی خودرو، مدل کامل تعلیق خودرو، بهینه سازی پارتو، الگوریتم ژنتیک چندهدفه
  • امیر ترابی، فرهاد کلاهان* صفحات 1979-1987
    جوشکاری لیزر پالسی به دلیل تمرکز بالای انرژی، کاربردهای فراروانی در اتصال ورق های نازک دارد. در این تحقیق شبیه سازی المان محدود جوشکاری لیزر پالسی به صورت سه بعدی با نرم افزار آباکوس و به همراه انجام سه آزمایش تجربی با سطوح انرژی کم، متوسط و زیاد روی ورق های نازک فولاد زنگ نزن 316 کم کربن انجام شده است. همچنین برای افزایش دقت شبیه سازی اتلاف گرما از طریق تشعشع، همرفت و هدایت حرارتی در نظر گرفته شده است. مدل های حرارتی مورد استفاده با توزیع شار حرارتی سطحی گوسی، توزیع شار حجمی گوسی و توزیع شار حجمی هرمی استفاده شده است. هدف دستیابی به منطبق ترین مدل حرارتی برای انجام شبیه سازی برای ورق های زنگ نزن آستنیتی نازک است. همچنین به منظور افزایش دقت تحلیل های حرارتی در تخمین ابعاد هندسه جوش، ضریب تصحیح تعریف و در روابط هر سه مدل حرارتی اعمال شده است. پس از انجام تحلیل حرارتی، ابعاد سطح مقطع هندسه جوش برای هر کدام از مدل های حرارتی ذکرشده استخراج و با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند مدل حرارتی سطحی گوسی تنها برای مواردی که سطوح انرژی کم و نفوذ سطحی باشد، دقت کافی دارد. همچنین مدل حرارتی هرمی با تغییر ضریب تصحیح، در تمامی سطوح انرژی نسبت به مدل حرارتی حجمی گوسی، تطابق بیشتری با نتایج تجربی دارد. لذا می توان مدل حرارتی هرمی را به عنوان منطبق ترین مدل در شبیه سازی فرآیند جوشکاری لیزر در ورق های فولادی نازک انتخاب نمود.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزر پالسی، مدل حرارتی، هندسه حوضچه مذاب، ضریب اصلاح
  • حسین فرجی، خلیل خلیلی*، امیر اشرفی صفحات 1989-2000
    در این تحقیق، استفاده از قید مکانیکی داخلی به منظور مهار عیب چروکیدگی در فرآیند هیدروفرمینگ اتصال Tشکل و توسعه پنجره فرآیند آن ارائه شده است. مطالعه به صورت شبیه سازی اجزای محدود و انجام آزمایش های تجربی صورت پذیرفت. در آزمایش های انجام شده در محدوده چروکیدگی، استفاده از قید مکانیکی داخلی برای حالت های مختلف به صورت 100% از ایجاد چروکیدگی جلوگیری به عمل آورده است و اتصال Tشکل به صورت کاملا سالم به دست آمده، به گونه ای که چروکیدگی هایی با طول های بلندی مانند 5/69 و 1/67میلی متر را نیز مهار نموده است. همچنین در حالت فشار داخلی 13مگاپاسکال و جابه جایی 33میلی متر، با وجود مقدار بالای جابه جایی محوری و مقدار پایین فشار داخلی، قید مکانیکی سبب کاهش 06/85% از طول چروکیدگی شده است و مقدار طول چروکیدگی از 3/74 به 1/11میلی متر کاهش یافته است. برای بررسی شرایط فرآیند هیدروفرمینگ، در دو حالت با وجود قید مکانیکی و بدون استفاده از قید مکانیکی آزمایش ها و شبیه سازی اجزای محدود مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برای بررسی درستی نتایج شبیه سازی ها، آزمایش های تجربی مطابق با آنها انجام شد. با مقایسه نتایج به دست آمده از مطالعه تجربی و شبیه سازی ها، تطابق مناسبی میان آنها دیده شد. نتایج به دست آمده نشان دهنده این بود که استفاده از قید مکانیکی داخلی سبب مهار چروکیدگی در قطعه می شود. بنابراین می توان برای تولید قطعه بدون عیب و همچنین توسعه پنجره فرآیند هیدروفرمینگ از آن بهره برد.
    کلیدواژگان: چروکیدگی، اتصال Tشکل، فرآیند هیدروفرمینگ، تحلیل اجزای محدود، قید مکانیکی
  • حسن ناصح*، علی عالی پور، پریسا دانشگر صفحات 2001-2011
    هدف از ارائه مقاله، تبیین روش مدل سازی و شبیه سازی تاثیرات استارت سامانه پیشرانش ماهواره یا فضاپیما بر تلاطم (تکانه) سوخت درون مخزن با استفاده از مدل پاندولی در شرایط جاذبه ناچیز است. به عبارت دیگر، هدف اصلی در این مقاله مطالعه خاص تلاطم سوخت و گاز فشارگذاری (نسبت به یکدیگر)، صرف نظر از نقش سامانه مدیریت پیشرانش در مخزن سوخت است. برای این منظور حرکت تلاطم های سوخت درون مخزن در نرم افزار دینامیک سیالات فلوئنت براساس مدل پاندولی، ایجاد شده است. بر این اساس، روندنمای مطالعه بدین صورت است که ابتدا ورودی های روندنمای (تحریک ورودی به مخزن، حجم سوخت و گاز بالشتک، بارگذاری ها و مشخصات ابعادی و غیره) تعیین و سپس مخزن مدل سازی و طراحی می شود و در نهایت شبیه سازی تلاطم سوخت درون مخزن در شرایط جاذبه ناچیز صورت می پذیرد. خروجی مدل سازی و شبیه سازی تلاطم سوخت که شامل نرخ میرایی تلاطم و تعیین مقدار آن در لحظه 20ثانیه از شبیه سازی، کانتور تغییرات سرعت، کانتور جهت سرعت در مخزن و همچنین کانتور موقعیت سوخت و گاز نسبت به یکدیگر در لحظات 2/0، 4/0 و یک ثانیه است. دقت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی نمونه مشابه مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تلاطم سوخت، مدل سازی و شبیه سازی، مدل پاندولی، گرانش
  • مستوره حیدری، سیدحامد حسینی*، شیرکو فاروقی صفحات 2013-2022
    در این مقاله پاسخ سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار متخلخل شامل تخلخل های کروی شکل و درصد تخلخل مابین 40-5% مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع تخلخل ها با استفاده از برآورد توزیع آنها در عکس های نمونه های آلیاژ نیکل تیتانیوم به دست آمده است. در این روش، توزیع تخلخل ها در عکس های دوبعدی با استفاده از پردازش تصویر به دست آورده شده و سپس توزیع تصادفی تخلخل ها در مدل های سه بعدی با روش مونت کارلو تخمین زده و براساس آنها مدل های سه بعدی تخلخل ایجاد شده است. برای بررسی رفتار سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار متخلخل، از مدل لاگوداس استفاده شده است که در آن یک تابع سختی بهبودداده شده مورد استفاده قرار گرفت. در روش همگن سازی پیشنهادی، مدول الاستیسیته و تابع سختی به صورت توابعی از درصد تخلخل در نظر گرفته می شوند. برای شبیه سازی رفتار ماده، یک الگوریتم عددی پیشنهاد شده و در نرم افزار اباکوس با نوشتن یک برنامه یومت عملیاتی شده است. نتایج حاصل بیانگر تغییرات تقریبا خطی مدول الاستیسیته و تابع سختی نسبت به درصد تخلخل است. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده آن بوده که این روش همگن سازی به خوبی توانسته است رفتار سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار متخلخل را پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: مواد متخلخل، آلیاژهای حافظه دار، همگن سازی، روش مونت کارلو
  • کتایون تقی زاده آذری*، محمدرضا متینی، محمد زارع صفحات 2023-2029
    توسعه محیط های مصنوع و افزایش بهره برداری از منابع انرژی موجب شده است تا ضرورت استفاده از روش های مختلف در بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان ها مورد توجه قرار گیرد. ایجاد پوسته ای ثانویه در اطراف بنا موجب می شود تا ساختمان در شرایط مطلوب تری نسبت به محیط اطراف قرار گیرد و میزان انرژی مصرفی آن برای تامین شرایط آسایش حرارتی فضای داخلی کاهش یابد. هموستازی به عنوان فرآیندی طبیعی که با برقراری تعادل میان راهکارها، موجب بهینه سازی مصرف انرژی می شود، به عنوان الگویی در طراحی این پوسته مورد توجه قرار گرفته است. انواع متفاوتی از پوسته های هوشمند در مرز میان بنا و محیط اطراف وجود دارند؛ نوعی از پوسته هوشمند که مبتنی بر اصل هموستازی طراحی می شود این توانایی را دارد که با سازگاری نسبت به تغییرات محیطی، تعادلی پایدار میان راهکارهای مختلف ایجاد کند و سلسله مراتب استفاده از آنها را در شرایط مختلف مشخص کند تا در نهایت، تامین شرایط آسایش حرارتی درون بنا با بازدهی بالاتری نسبت به پوسته های هوشمند متداول تامین شود. در این تحقیق حدود نوسان مطلوب دما در پوسته هموستاتیک، تعیین و راهکارهایی از یک سیستم هموستاز طبیعی اقتباس و در طراحی پوسته مورد نظر به کار گرفته شده است. هدف از این تحقیق، قیاس میزان بازدهی راهکارهای مختلف کاهنده دما در شرایط متفاوت محیطی است که بر این اساس، راهکار بهینه مشخص می شود. بدین منظور مدولی از پوسته هموستاتیک ساخته می شود و در شرایط آزمایشگاهی، رفتار پوسته مورد ارزیابی قرار می گیرد و ارتباط رفتاری آن با نوسان دما بررسی می شود.
    کلیدواژگان: پوسته هموستاتیک، بازدهی، نوسان دما، هموستازی
  • کاوه کیانفر، ابوالفضل رنجبرنوعی*، بهروز رضایی صفحات 2031-2038
    پیشرفت های علمی در زمینه مبانی ناوبری و همچنین دستیابی به تکنولوژی ساخت حسگرهای مغناطیسی در ابعاد کوچک با توان مصرفی پایین و دقت بالا، طی سال های اخیر، محققان را به فکر استفاده از میدان مغناطیسی زمین برای مکان یابی انداخت. در روش ناوبری با استفاده از میدان مغناطیسی زمین از حسگرهای دقیق مغناطیسی، داده های میدان مغناطیسی زمین قرائت می شود و با مقایسه این اطلاعات با نقشه های مرجع از طریق الگوریتم های تطبیق یا فیلترینگ، امکان تعیین موقعیت فراهم می شود. در این روش تعیین موقعیت، عموما از سامانه اینرسی برای تعیین سرعت و وضعیت استفاده می شود و سامانه ناوبری مغناطیسی، نقش کمک ناوبری را ایفا می کند. در گام نخست برای دستیابی به سیستم تعیین موقعیت مغناطیسی، نیاز به تولید نقشه مرجع مغناطیسی است، لذا نیاز به تحلیل دقیق از میدان مغناطیسی زمین، کمیت و کیفیت تغییرات میدان در طول زمان های مختلف و در نقاط مختلف وجود دارد. در این مقاله از طریق استخراج داده های مغناطیسی یک رصدخانه مغناطیسی، امکان دستیابی به موقعیت جغرافیایی رصدخانه با استفاده از این داده ها مورد بررسی قرار گرفت و سپس با انجام آزمایش عملی به بررسی میزان تاثیر جابه جایی موقعیت جغرافیایی بر مقدار میدان مغناطیسی زمین پرداخته شد. نتایج استخراج شده در بخش های شبیه سازی و داده برداری بر این واقعیت دلالت دارد که دستیابی به موقعیت جغرافیایی برای انواع وسایل نقلیه، تنها با استفاده از اطلاعات میدان مغناطیسی زمین و بدون نیاز به سایر حسگرهای ناوبری امکان پذیر است.
    کلیدواژگان: ناوبری مغناطیسی، موقعیت یابی، مدل مغناطیسی
  • مجید غیوری*، مهدی رشوند صفحات 2039-2046
    با توجه به نیاز بالای شرکت های فولادسازی، ضرورت بومی سازی آب بندهای مکانیکی لامینار از طرف مجتمع فولاد مبارکه اصفهان مطرح شد. در این تحقیق ابتدا اقدام به بررسی شرایط کاری و استخراج نیروهای وارده بر آب بند شد. بررسی ها نشان دادند که نیروهای وارده، شبه استاتیک بوده و مقادیر فشار 225=PH (پاسکال) و 220=PGr (بار) و گشتاور 7/306=TS (نیوتون بر متر) هستند. نتایج آزمایش کشش نشان داد که استحکام نهایی برای آب بند و تسمه به ترتیب 3/620 و 1/594مگاپاسکال هستند. نتایج حاصل از تحلیل استاتیک روی آب بند لامینار و آب بند ساخته شده نشان داد که بیشترین تنش براساس تئوری وون میسز به ترتیب 108×39/1 (پاسکال) و 108×2/3 (پاسکال) و ضریب اطمینان نیز برای هرکدام به ترتیب 808/2 و 338/1 است.
    کلیدواژگان: آب بند مکانیکی، نورد، فولاد ضدزنگ، تحلیل تنش
  • سیدمجتبی واردی کولایی*، فائزه قنبری صفحات 2047-2055
    مکانیزم های دوپایا دارای دو موقعیت پایدار مجزا هستند که می توانند با یک تحریک جزئی از یکی از این موقعیت ها به دیگری حرکت کنند. این نقاط پایدار و همچنین حرکت بین آنها موجب شده است که استفاده از این مکانیزم ها در وسایلی همچون شیرها، کلیدها، سوئیچ ها و دریچه ها روزبه روز در حال افزایش باشد. رفتار دوپایا در این مکانیزم ها نتیجه ذخیره و آزادشدن انرژی است. در نتیجه، بدیهی است که این مکانیزم ها باید دارای یک یا چند عضو یا مفصل انعطاف پذیر باشند. در این مقاله، عضوهای انعطاف پذیر با استفاده از فنرهای پیچشی و براساس مدل شبه جسم صلب مدل می شوند. وجود یک عضو انعطاف پذیر در مکانیزم چهارمیله ای برای ایجاد حالت دوپایاشدن در آن کافی است، اما با تغییر مکان این عضو به عنوان عضو ورودی، عضو خروجی یا عضو رابط (یا تغییر محل فنر پیچشی معادل)، حالت های مختلفی برای طراحی مکانیزم چهارمیله ای دوپایا ایجاد می شود که در این پژوهش مورد بحث قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد برای دوپایاشدن مکانیزم چهارمیله ای در هر یک از حالات لنگ- لنگ، لنگ- آونگ، آونگ- لنگ و آونگ- آونگ، فنر پیچشی معادل باید به عضو کوتاه تر متصل نباشد.
    کلیدواژگان: دوپایا، انعطاف پذیری، مکانیزم چهارمیله ای، فنر پیچشی
  • کامیار ملکی باقرآبادی، مهدی ثانی*، محمدسعید سعیدی صفحات 2057-2066
    میکرومیکسرها از اجزای حیاتی در دستگاه های آزمایشگاه-روی-تراشه به شمار می روند. کاربرد اصلی آنها اختلاط دوگونه سیال با کیفیت مطلوب در حداقل زمان اختلاط است. در این مقاله چند نوع میکسر فعال و غیرفعال با طراحی های نوآورانه به منظور افزایش کیفیت اختلاط و کاهش زمان آن مورد مطالعه عددی قرار گرفته اند. مدل سازی عددی توسط حل معادلات غیرخطی و به هم وابسته پواسون- نرنست- پلنک- ناویر- استوکس و با استفاده از کد خانگی رایان انجام گرفته است. این معادلات که در مقیاس محیط پیوسته پدیده های همرفت، مهاجرت الکتریکی و نفوذ مولکولی را در نظر می گیرند مدل دقیق تری از فیزیک واقعی غالب بر میکرومیکسرهای الکتروسینتیکی فعال با الکترودهای ولتاژ متغیر را ارایه می نمایند. روش های رایج و ساده سازی شده همچون مدل پواسون- بولتزمن بر پایه فرضیات ساده شده بنا شده اند و در نتیجه در مواردی مانند وجود پیچیدگی در هندسه و استفاده از الکترودهای ولتاژ متغیر دقت خود را به شدت از دست می دهند. از طرف دیگر مدل پواسون- بولتزمن از نظر حل عددی به مراتب از مدل پواسون- نرنست- پلنک- ناویر- استوکس ساده تر بوده و مدل سازی بر اساس آن از نظر عددی بسیار ارزان تر است. یکی از دستاوردهای این پژوهش نشان می دهد در میکرومیکسرهای غیرفعال با استفاده از چند مانع کوچک به عنوان جایگزین یک مانع بزرگ کیفیت اختلاط در نمونه مدل سازی شده به مقدار 13% افزایش یافته است. یکی دیگر از دستاوردهای اصلی این پژوهش معرفی چیدمان همزمان الکترودهای عمودی و افقی ولتاژ متغیر با زمان برای اولین بار است. این طرح جدید موجب ایجاد فوران های عمود بر جریان اصلی می شود و اختلاط را بهبود می دهد. در نتیجه تغییرات پیشنهادی در کار حاضر، بهبود افزایش کیفیت اختلاط به 99% و کاهش زمان رسیدن به اختلاط پایدار به 7/2ثانیه حاصل شده است.
    کلیدواژگان: آزمایشگاه روی تراشه، میکرومیکسر فعال، میکسرومیکسر غیرفعال، الکترود عمودی فعال
  • تقی شجاعی، بیژن محمدی*، رضا معدولیت صفحات 2067-2077
    طراحی بهینه چندلایه های حاوی گشودگی تحت فشار به منظور دست یابی به بیشترین مقاومت کمانشی در مقایسه با وزن سازه امری بسیار ضروری، خصوصا در سازه های هوایی است. در این پژوهش رفتار کمانش و پس کمانش ورق چندلایه های کامپوزیتی با لایه چینی متعامد متقارن شامل گشودگی با قطرهای مختلف به صورت تجربی، نیمه تحلیلی و عددی بررسی شده است. برای بررسی نیمه-تحلیلی کمانش ورق کامپوزیتی دارای گشودگی داخلی، یک روش نیمه انرژی نوار محدود توسعه داده شده است. جهت بررسی عددی نیز از روش اجزاء محدود استفاده شده است. پارامترهای مادی لازم برای مدل سازی از آزمایشات استاندارد به دست آمده اند. نتایج حاصل از پژوهش جاری نشان می دهند که ابعاد گشودگی تاثیر قابل ملاحظه ای بر میزان سفتی صفحه ندارد ولی میزان بار کمانش با افزایش اندازه گشودگی کاهش چشمگیری می یابد. همچنین با افزایش تعداد لایه ها هم میزان سفتی و هم میزان بار کمانش افزایش قابل توجهی پیدا می کند. در مقایسه بین دو پارامتر یاد شده، مشاهده می شود که تاثیر افزایش تعداد لایه ها در مقایسه با قطر سوراخ تاثیر بیشتری بر بار کمانش دارد. بررسی ها نشان می دهد، مطابقت مناسبی بین نتایج رفتار کمانشی حاصل از روش های نیمه تحلیلی و اجزا محدود با نتایج تجربی وجود دارد.
    کلیدواژگان: روش نوار محدود، پس کمانش، گشودگی دایروی
|
  • H. Fada, A. Soleimani*, H. Sadeghian Pages 1827-1836
    High speed atomic force microscopy (HS-AFM) is one of the widely used techniques in nanotechnology applications due to high resolution and the ability of 3D imaging. Despite its advantages and although it is known as a nondestructive technique, tip or sample damage can occur if maximum repulsive force is higher than the failure stress of the sample or tip, as a result of tip-sample interactions. Several studies in understanding the peak repulsive forces in tapping mode AFM have been carried out, but mostly in steady state situations. In transient situation when tip encounters a sudden steep upward step, the repulsive force can be much higher than that in the steady state situation and, consequently, damage could happen. Therefore, if appropriate parameters’ values are not tuned, the tip-sample stress may exceed yield stress of the tip or the sample. This paper presents the comparison of maximum transient interaction forces in time periods of net attractive and repulsive forces and the effects of important scanning parameters on maximum transient stress of compliant samples with the elastic modulus in the range of 2GPa together with lateral resolution and scanning speed diagrams, using theoretical analysis as a novelty of this paper, so that selecting cantilever stiffness in the range of 0.1-1N/m, free air amplitude 60-100nm, amplitude ratio 0.8-0.9, quality factor 50-100, tip radius 10-40 nm, and scanning speed 0.1-0.3mm/s relative to required lateral resolution indeed leads to safe high speed microscopy.
    Keywords: High Speed AFM, Tip-sample Interactions, Peak Repulsive Force, Transient Situation, Damage
  • F. Adel, S. Shokrollahi*, E. Beygi Pages 1837-1844
    In this paper, a new method for determining the Young's modulus of structural elements, using the finite element model updating approach, is presented. The model updating is the correction of the numerical model of a structure based on measured data from the real structure. Therefore, after introducing a case study of an aluminum alloy (7075-T651) beam, the frequency of bending vibrations of the case study was measured, using frequency response functions derived from the modal test. Then, Young's modulus for the case study was calculated, using the relationships in the ASTM E 1876-01standard and also the analytical relations governing Euler–Bernoulli beam behavior. The results of the model updating method indicate that there is a very good adaptation with the results of the two recent approaches, the Standard and Euler–Bernoulli beam relations. As a result, this method can be developed with good precision to identify the Young’s modulus in structural elements with more complex shapes, where the relations derived from the aforementioned standard and analytical relations are not efficient due to geometric constraints.
    Keywords: Young's Modulus, Modal Test, Model Updating, ASTM Standard, Euler-Bernoulli Beam
  • S.A. Sajjady, S. Amini* Pages 1845-1854
    Since the invention of ultrasonic vibration assisted turning, this process has been widely considered and investigated. The reason for this consideration is the unique features of this process, which include reducing machining forces, reducing wear, and friction, increasing the tool life, creating periodic cutting conditions, increasing the machinability of difficult-to-cut material, increasing the surface quality, creating a hierarchical structure (micro-nano textures) on the surface and so on. Different methods have hitherto been used to apply ultrasonic vibration to the tip of the tool during the turning process. In this research, a unique horn has been designed and constructed to convert linear vibrations of piezoelectrics to three-dimensional vibrations (longitudinal vibrations along the z axis, bending vibrations around the x axis, and bending vibrations around the y axis). The advantage of this ultrasonic machining tool compared with other similar tools is that in most other tools, it is only possible to apply one-dimensional (linear) and two-dimensional (elliptical) vibrations, while this tool can create three-dimensional vibrations. Additionally, since the nature of the designed horn can lead to the creation of three-dimensional vibrations, there is no need for piezoelectric half-rings (which are stimulated by 180 phase difference) to create bending vibrations around the x and y axes. The reduction of costs as well as simplicity of applying three-dimensional vibrations in this new method can play an important role in industrializing the process of three-dimensional ultrasonic vibration assisted turning.
    Keywords: Ultrasonic Vibration Assisted Turning, Acoustic Horn, 2D Vibration, Modal Analysis, Cutting Forces, 3D Vibration, Surface Topography
  • A. Jamshid, N. Vahdat Azad* Pages 1855-1864
    In this study, flutter of functionally graded carbon nanotube (FG-CNT)-reinforced composite wing carrying a distributed patch mass is analyzed and presented. Wing is modeled by a rectangular plate with cantilever boundary conditions in supersonic flow. To evaluate the displacement fields of the moderately thick plate, First-order shear deformation theory (FSDT) and chebyshev polynomials series are applied. In supersonic airflow simulation effect, the first-order piston theory was used and differential equation governing the system was adapted, using the Hamilton principle. In this study, 4 different types of CNT are considered through the thickness. CNT distribution patterns are as uniform, decreasing, decreasing-increasing, and increasing-decreasing. Finally, the effects of size, mass, and location of the distributed patch mass as well as various CNT distributions and fiber orientation angle in a two-layer anti-symmetric composite on flutter boundaries were studies. In comparisons with the results of previous studies, a good agreement is observed. The results showed that the flutter boundary reduced with increasing mass ratio and increased in longer length of added mass. By increasing orientation's angle of CNT fiber of anti-symmetric composite, the flutter boundary is raised and has different behavior for different distribution patterns.
    Keywords: Flutter Instability, Functional Graded Composite Plate, Carbon Nanotube, Cantilever Plate, Distributed Attached Mass
  • M. Rajaee, S.J. Hosseinipour*, H. Jamshidi Aval Pages 1865-1873
    In this paper, the effect of geometric parameters of tube and die on the forming behavior of AA6061 step tube in hot metal gas forming process (HMGF) is investigated. For this purpose, empirical experiments and finite element simulations with ABAQUS software have been used. Investigations have been made at the different ratios of die to tube diameter (D/d) and the different ratios of tube thickness to diameter (t/d). A simple theoretical model for the relationship between these geometric parameters and the process parameters such as internal pressure and axial feeding is presented. The results show that under constant internal pressure and axial feeding conditions, the die filling percentage decreases with increasing the ratios of D/d and t/d. Also, in the constant D/d ratio, by increasing the t/d ratio to about 0.05, the die filling percentage reduces gradually, but with increasing t/d to 0.06, a sharp decrease occurs in the die filling percentage. Using different simulations, the internal pressure, and axial feeding are changed proportional to the t/d and D/d ratios. The results show that in accordance with the prediction of the theoretical model, the relative internal pressure and relative axial feeding should be increased linearly with increasing the t/d and expansion ratio , respectively, to give specimens with approximately the same die filling percentage.
    Keywords: Hot Metal Gas Forming, Axial Feeding, Step Tubes, AA6063, Geometric Parameters
  • H. Arefkhani, S.H. Sadati*, M. Shahravi Pages 1875-1887
    In this paper, a nonlinear inverse dynamic controller is designed for a magnetic actuated satellite. Since the stability of linear control laws in nonlinear dynamics is not guaranteed far from the equilibrium point, a global stabilizing nonlinear control law is necessary. In this method, by changing the system parameters, the nonlinear dynamics of the system is converted to linear dynamics and the input controller compensates the changes. The stability of the closed loop system was, then, investigated and proved by the Lyapunov method. Dynamic and kinematic equations of satellite are also developed in the presence of aerodynamic disturbance, gravity gradient, magnetic and radiation moments, and the linearization of the motion equations is done around the equilibrium point. In order to evaluate the performance of the dynamic inverse controller, the proportional-derivative linear control law and linear quadratic regulator optimal control law are designed and the results are compared. By modeling satellite orbit, the disturbance moments and the local magnetic field vector are calculated instantaneously according to the satellite's position in the orbit. Finally, the system response is presented by considering the saturation range of magnetic actuators. The results show a better performance of the nonlinear dynamic inversion controllers in both accuracy and convergence time.
    Keywords: Magnetic Attitude Control, Nonlinear Dynamic Inversion Controller, Lyapunov Stability, Classical Control, Optimal Control
  • S. Koohestani* Pages 1889-1896
    In this study, effect of shroud on dynamic characteristics of a rotating multi blade system is investigated. The main aim of this study is to investigate the effect of shroud stiffness and shroud configuration on the system natural frequency. For this purpose, natural frequencies of various systems (in terms of the position, where the blade is connected to the shroud and number of blades, which are connected together with a shroud) via different degrees of shroud stiffness and different configurations of shroud have been compared to show how this parameters affect the natural frequencies of the system. In this study, the shrouds have been considered as the discrete springs with corresponding stiffness values. The vibration frequency characteristics have been analyzed, using assumed mode method along with Hamilton’s law. Since in multi blade systems such as turbines it is crusial to keep the system working frequencies far away from natural frequencies (in order to prevent the resonance phenomenon), based on the results of this paper, it is shown how the parameters of shroud can remove the natural frequencies associated with some of the modes of the system from the work area.
    Keywords: Natural Frequency, Multi Blade System, Shroud, Assumed Mode Method
  • S. Maleki, A. Andakhshideh*, A. Seyfi Pages 1897-1906
    One of the applications of composite materials in the oil and gas industry is to repair worn metal pipelines. Calculating the strain energy release rate of the first failure mode is an important criterion for testing the bond strength and predicting the failure of these types of structures. In this paper, the rate of strain energy release during crack growth in bonding a composite patch to a steel substrate is investigated. In this regard, using the theory of elastic beam first, a new method is proposed to calculate the thickness of the metal and composite for Unlike Double Cantilever Beam (UDCB). This is due to the fact that the standard for experimental test procedure of strain energy release rate (ASTM-D5528) is for symmetric double cantilever beams. In this study, samples are fabricated from composite consisting of unidirectional fiberglass/ epoxy resin with harder in the upper and steel in the lower half of the beam. After sample fabrication, the strain energy release rate of UDCB and Asymmetric Unlike Double Cantilever Beam (AUDCB) are calculated experimentally. In addition, for the separation of first and second failure modes in symmetric and asymmetric samples, finite element simulation based on the virtual crack closure technique is presented. This analysis is to qualify the accuracy of the proposed equation for the thickness of unlike beams to achieve the first failure pure mode of symmetric samples. Also, it calculates the contribution of the first and second modes of failure in the strain energy release rate of AUDCB samples.
    Keywords: Composite Repair of Steel Structures, Unlike Double Cantilever Beam, Strain Energy Release Rate, Virtual Crack Closure Technique, Crack Growth
  • S. Mahmoudkhani*, A. Yazdani Pages 1907-1916
    In the present study, the flutter and aeroelastic response of mistuned bladed disks to the engine order excitation are studied with the aim of determining the effects of disk structural properties and also establishing an efficient method of analysis. For modeling the solid-fluid interaction, the Whitehead’s incompressible, two dimensional cascade theory is used. The structure is also modeled, using a 4 degrees of freedom lumped mass-spring system, which accounts for the bending and torsional deformation of the blade and the disk. This model would enable us to study the effect of structural coupling of adjacent sections as well as the disk flexibility. The solution is based on expansion of the mistuned-blade response in terms of the traveling-wave modes of a tuned bladed disk. The adopted method would be appropriate for determining the aeroelastic response, since the aerodynamic loads are available only for each individual traveling-wave mode. The obtained solution is used to study the effects of disk flexibility on the aeroelastic instability, variations of natural frequencies with different numbers of nodal diameters, and the sensitivity of the vibration amplitude response to the mistuning. Furthermore, the effects of mistuning in blades torsional frequencies and the mistuning in engine order excitation is considered. Parametric studies show that for disks with a lower bending stiffness, the mistuning can significantly influence the aeroelastic behavior such that the for a certain amount of the natural frequency, the disk response could be increased more than 8 times due to the presence of mistuning.
    Keywords: Flutter, Bladed Disk, Mistuning, Aeroelastic Response, Traveling Wave Modes
  • M. Fallah, B. Moetakef, Imani* Pages 1917-1928
    In this paper, a novel dynamic model is proposed for an actively damped boring bar equipped with electromagnetic actuator. The dynamic models of actuator and boring bar are obtained by using the suggested systematic identification approach, which is based upon the fundamental tools and techniques of system identification theory. The electro-mechanical system or the forward path is consisted of 3 basic components, i.e. linear power amplifier, electrodynamic shaker, and boring bar structure. In this paper, the dynamic models of forward path’s sub-systems are simultaneously identified. The component-based identification approach has led to a remarkable finding about the source of nonlinearity in the dynamic model of forward path. According to the presented experimental observations, it has been concluded that electromagnetic actuator can be modeled as a linear dynamic system, while the boring bar structure exhibits nonlinear behavior, since the prediction accuracy of boring bar dynamic model is drastically reduced by changing the amplitude of excitation. As a result, a new parameter varying dynamic model is presented for describing the dynamic behavior of forward path in terms of both frequency and excitation level. The proposed dynamic model has a predefined representation with the least possible mathematical order. It can anticipate the time domain response of forward path due to chirp excitation with 88% accuracy. In addition, during the validation stage, the proposed model forecasts the dynamic response of system due to Gaussian white noise excitation with remarkable accuracy. Moreover, the dynamic model of electromagnetic actuator can predict the dynamic force signature of actuator with 85% accuracy.
    Keywords: System Identification, Dynamic Model, Active Boring Bar, Electromagnetic Actuator, Nonlinear Dynamics
  • S. Omiddezyani, I. Khazaee, S. Gharehkhani, M. Ashjaee*, F. Shemirani, V. Zandian Pages 1929-1941
    Today, nanofluid is attracting intense research due to its potential to augment the heat transfer rate and the cooling rate in many systems. On the other hand, new research progresses indicate that graphene nanofluids even in very low concentrations could provide higher convective heat transfer coefficient in comparison to the conventional nanofluids. For this reason, we used nanofluid containing the CoFe2O4/GO nanoparticles as working fluid to perform experimental investigation of its effect on laminar forced convective heat transfer in the flow passing through a copper tube, which is under a uniform heat flux. It should be noted that utilizing magnetic field on nanoparticles is one of the active methods for improving the heat transfer rate. To achieve this objective, the effect of external magnetic field intensity and also the effect of applying different frequencies on the improvement of heat transfer in Reynolds number and different concentration is also investigated and the optimum frequency were obtained. The results showed that the heat transfer of the studied hybrid nanofluid has been improved in the presence of constant and alternating magnetic fields and the amount of heat transfer increment, due to an alternating magnetic field, is more significant compared with a constant magnetic field. The results also show that in the absence of magnetic field, using ferrofluid with concentration of φ=0.6%, improves the average enhancement in convective heat transfer up to 15.2% relative to the DI-water at Re=571, while this value is increased up to 19.7% and 31% by using constant and alternating magnetic field, respectively.
    Keywords: Forced Convective Heat Transfer, Ferrofluid, Magnetic Field, Graphene Oxide, Ferrite Cobalt
  • Z. Zarei, M. Talafi Noghni*, M.H. Shaeri, I. Ansarian Pages 1943-1952
    In this research, Cu-30Zn alloy was subjected to severe plastic deformation (SPD) by Multi-Directional Forging (MDF) process up to 6 passes at room temperature. After the samples fabrication, microstructure, mechanical, and electrical properties were investigated. Mechanical properties of the samples were measured by shear punch, tensile, and hardness tests at room temperature after each pass of MDF process. In addition, electrical properties of the samples were evaluated by Eddy Current method. The results of microstructure characterization by scanning electron microscopy equipped with EBSD attachment showed that the grain size of the initial annealed specimen reduced from about 230 µm to less than 1 µm, after 6 passes of MDF process. Furthermore, grain size reduction was accompanied by slip process, formation of twinning, and shear bonds in a specific direction. According to the results, mechanical properties were significantly improved after 6 passes of MDF. MDF process led to a 212% increase in hardness, enhancement of 105% and 73% in shear yield and ultimate shear strengths, and also improvement of 298% and 190% in tensile yield and ultimate tensile strengths, respectively. The results of the electrical conductivity showed that the electrical conductivity of the Cu-30Z alloy reduced slightly during the MDF process. Comparison of mechanical and electrical properties results demonstrated that high-strength alloys can be obtained in the MDF process without significantly reduction in the electrical conductivity.
    Keywords: Multi-directional Forging, Cu-30Zn Alloy, Mechanical Properties, Electrical Properties, Microstructure
  • A. Faramarzian Haghighi, A. Haerian Ardakani, M. Kafaee Razavi, A. Moloodi* Pages 1953-1958
    In this study, the mechanical properties of one of the most widely used polymeric biomaterials in the body called Poly Lactic Acid (PLA) in the porous state were evaluated. Firstly, the initial regular porous structures, based on the tetrahedron-catheter model known as Kelvin model, were designed for simulating bone tissue, using 3D design software with FDM technique. Afterwards, pressure test was used to determine the mechanical properties and mode of failure. Finally, experimental results were compared with the simulation software analysis results. The results showed that increasing the porosity reduces the strength and the increasing the cell size in a constant porosity results in increased compressive strength. Also, by decreasing the porosity, the amount of the strain up to fracture increases in a relatively constant stress. The brittle failure at 45° in the samples of high porosity was shown. However, the samples with a lower porosity had a relative ductile behavior and as the pressure rises, the cells accumulate on each other and change the form to the fracture point. Comparing the empirical and the simulation results showed that there is a good agreement between them and the simulation model has a high reliability for the porous model.
    Keywords: Porous Material, Kelvin Model, 3D Printer, Bone Tissue, Poly Lactic Acid (PLA)
  • I. Veisi Khanghahi, M. Fakoor*, M. Shahryari Pages 1959-1969
    In this paper, in order to minimize the required power of satellite thermal control subsystem, considering known geometric model and the orbital parameters and conditions, the optimal layout design of the satellite subsystems will be performed based on thermal and attitude control constraints. Since all of the satellite subsystems can act only in a certain temperature range, here, by considering the thermal dissipations of each subsystem and incoming thermal loads to each satellite faces in different orbital conditions, by optimally layout of components and sub-systems of the satellite, we will arrive to appropriate configuration plan. The constraints of the thermal subsystem should be satisfied by considering the temperature distribution within the satellite as far as possible. Finally, given that the main purpose of this layout is to provide thermal power, in addition to satisfication of the power budget system constraint, the power of the thermal control subsystem has been reduced by 66%. The superiority of this method is that by following the resulting layout, we obtain a model that needs a thermal control subsystem with less complexity and limited power. Consequently, in addition to decreasing the mass of the satellite, reliability will also be increased. Considering the importance of satellite stability, the layout algorithm and optimization are defined in such a way that the attitude control requirements are observed with the thermal requirements in this layout.
    Keywords: Satellite, Thermal Analysis, Thermal Control Subsystem, Optimal Layout Design, Optimization
  • Mohammad Reza Bagheri, Masoud Mosayebi*, Asghar Mahdian, Ahmad Keshavarzi Pages 1971-1978
    The present paper applies a multi-objective genetic algorithm for optimally design of a vehicle suspension. The vehicle model considers three-dimensional movements of vehicle body. In this full vehicle model having 8 degrees of freedom, vertical movement of passenger seat, vehicle body, and 4 tires as well as rotational movements of vehicle body create the degrees of freedom of the model. In this paper, applicable suspension parameters, consisting of passenger seat acceleration, vehicle body pitch angle, vehicle body roll angle, dynamic tire force, tire velocity, and suspension deflections are considered and optimized in optimization process. Different pairs of these parameters are selected as objective functions and optimized in multi-objective optimization processes, and Pareto solutions are obtained for pair of objective functions. In final optimization process, the Pareto solution related to the summation of dimensionless parameters in one suspension parameters group versus other group, is derived. In these Pareto solutions, there are important optimum points and designers can choose any optimum points for a particular purpose. Pareto optimization is better than other multi-objective optimization methods because there are more optimum points on Pareto front, where each point represents a level of optimization for the pairs of objective functions, and designers can choose any of the points to specific purpose.
    Keywords: Three-Dimensional Vehicle Vibration Model, Full Vehicle Suspension Model, Pareto Optimization, Multi-Objective Genetic Algorithm
  • A. Torabi, F. Kolahan* Pages 1979-1987
    Pulsed laser welding have a wide application in welding of thin sheet because of high intensity of its localized heat source. In the current study, 3 experimental tests with low, medium, and large level of energy and also, the 3D finite element simulation of Nd:YAG pulsed laser welding in thin sheet AISI316L have been done. Thermal analyzes were done with ABAQUS software in transient heat transfer. In order to increase the accuracy of thermal model, heat losses were considered as convection, radiation, and thermal conduction. 3 thermal models with different heat flux distribution as Gaussian surface, Gaussian volume, and conical volume were used. The main aim of this study is the selection of best thermal model between 3 mentioned thermal models to estimate the melt pool geometry with high accuracy. In addition, with defining and applying the shape factor in 3 thermal models, the finite element analyses were carried out in order to enhance the precision of estimated melt pool geometry. After thermal analysis, the melt pool geometry dimensions are extracted for each of the mentioned thermal models and compared with experimental results. Results show that thermal analysis with Gaussian surface model have the melt pool geometry accurately just in welding with low energy. Also, the conical model could estimate the melt pool geometry in all levels of energy with acceptable accuracy. Therefore, the pyramidal thermal model can be selected as the most suitable model for simulating pulsed laser welding in thin steel sheets.
    Keywords: Pulsed laser welding, Thermal model, Melt pool geometry, Shape factor
  • H. Faraji, Kh. Khalili*, A. Ashrafi Pages 1989-2000
    In this study, the use of internal mechanical insert to prevent wrinkling defects in the process of T-shape tube hydroforming and expanding the window of the hydroforming process is presented. The study was performed both experimentally and by finite element simulation. In wrinkling limit testing, the use of internal mechanical insert for different modes prevented 100% of wrinkling and the T-joint was formed flawless, so that the wrinkles with high lengths such as 69.5 and 67.1 mm were prevented. Also, in the case of an internal pressure of 13 MPa and displacement of 33 mm, despite the high amount of axial displacement and the low internal pressure, the internal mechanical insert caused a reduction of 85.06% of the wrinkling length and the wrinkling length reduced from 74.3 to 11.1 mm. To study the conditions of the hydroforming process for both cases of with and without internal mechanical insert, the simulation of finite element was used. Experimental tests were also carried out to verify the validity of simulation results. By comparing the results of the experimental study and the simulations, an appropriate match was found between them. The results showed that the use of internal mechanical insert prevents wrinkling in the piece. Therefore, it can be used to produce a piece without defects and develop the window of the hydroforming process.
    Keywords: Wrinkling, T-shape Joint, Hydroforming Process, Finite element Analysis, Mechanical Insert
  • H. Naseh*, A. Alipour, P. Daneshgar Pages 2001-2011
    The aim of this article is to present the methodology for modeling and simulation of start effects in spacecraft or satellite's propulsion system on the fuel sloshing in the tank by pendulum model in microgravity conditions. In other words, the main aim of this paper is pure sloshing study of fuel and ullage gas relative movement, neglecting the role of Propellant Management Device (PMD). To this end, fuel sloshing in tank is performed by utilizing the Fluent software based on pendulum model. Firstly, algorithm inputs are determined (exiting input, fuel and ullage gas volume, loading, dimensional specifications, etc.); then, tank is modeled and designed and, finally, fuel sloshing simulation in micro-gravity conditions is developed. Fuel sloshing modeling and simulation outputs include determining the sloshing damping rate and its value in the simulation at 20 sec, velocity variation contour, velocity direction contour in the tank, and also ullage gas and fuel relative location in 0.2, 0.4, and 1 sec. The accuracy of the obtained results has been evaluated with the similar experimental results.
    Keywords: Fuel Sloshing, Simulation, Modeling, Pendulum Model, Gravity
  • M. Heidary, S.H. Hoseini*, Sh. Faroughi Pages 2013-2022
    In this paper, the superelastic response of porous shape memory alloys (SMAs) containing spherical pore shape with pore volume fraction between 5% and 40% has been considered. Using digital images processing, the distribution of pores in 2D images of porous NiTi SMA has been extracted. In this method, the 3D distribution of pores has been appraised with the Monte Carlo method and 3D porous SMA models have been established. To investigate the superelastic behavior of shape memory alloys, the Lagoudas’s phenomenological model was used, in which a phase transformation function was used. To homogenize the porous SMAs, the Young’s modulus and the phase transformation function have been assumed to be a function of the pore volume fraction. Based on the proposed constitutive model a numerical procedure was proposed and executed by the commercial finite element code ABAQUS with developing a user material subroutine. The numerical results show that the Young’s modulus and the phase transformation function are the approximately linear function of the pore volume fraction; furthermore, these results demonstrate the accuracy of the proposed homogenization method to predict the superelastic behavior of porous SMAs.
    Keywords: Porous Material, Shape Memory Alloys, Homogenization, Monte Carlo Method
  • K. Taghizadeh Azari*, M.R. Matini, M. Zare Pages 2023-2029
    The development of built environment and increase of energy source utilization have led to paying attention to different procedures to optimized energy consumption in buildings. Designing different sort of double skin façade provides opportunities to keep building in more balanced environment and use less energy to provide comfort condition. As a natural process that optimizes energy consumption by balancing between different solutions, homeostasis is used as a pattern in designing this sort of homeostatic façade. Nowadays, different sorts of smart façade have been used on the boundary of building and environment. A sort of smart façade, which is designed based on homeostatic process, is able to create a sustainable balance between different solutions, adapting to environmental changes, and define the hierarchy of their use in different conditions, so as to provide thermal comfort conditions inside the building with higher efficiency than conventional smart façades. In this study, temperature fluctuation limits in homeostatic façade is determined and solutions are derived from a natural homeostasis system, and used in the design of the desired façade. The aim of this research is to compare the efficiency of temperature reduction solutions in different conditions and specified optimal one. For this end, a modulus of homeostatic façade is built and the operation under laboratory condition is evaluated, and also its behavioral relationship is examined with temperature fluctuations.
    Keywords: Homeostatic façade, Efficiency, Temperature fluctuation, Homeostasis
  • K. Kianfar, A. Ranjbar Noiey*, B. Rezaie Pages 2031-2038
    In recent years, scientific advances in navigation systems and technological development of low-power consumption and high-precision in magnetic sensors have made researchers to realize that earth’s magnetic field can be applied for locating purposes. Earth’s magnetic field is applied in the navigation method where the required data from earth’s magnetic field can be read from high accuracy magnetic sensors. It is possible to determine the location by comparing the data with the reference maps through adaption of algorithms and/or filtering. Generally, in this method of locating, the inertia system is used to determine the velocity and condition, and the magnetic navigation system represents navigational assistance. In the first step toward obtaining a magnetic locating system, a reference magnetic map must be created; so, it is required to carefully analyze the earth’s magnetic field, the quantity, and quality of the field variations over different time and places. In this paper, the possibility of obtaining the geographical location of an observatory by extracting available data of a magnetic observatory has been investigated and, then, the effect of the displacement of geographical location on the magnitude of the earth's magnetic field has been examined by an experimental test. The results of simulation and data collection confirm the fact that geographic location for a variety of vehicles can be attainable just using earth's magnetic field data and there is no need to use any other navigation sensors.
    Keywords: Geomagnetic Navigation, Positioning, Geomagnetic Model
  • M. Ghauori*, M. Rashvand Pages 2039-2046
    Due to the high demand of steel factories, the necessity of localization of mechanical laminar was introduced from Mobarakeh Steel Company of Isfahan. In this research, we first studied the working conditions and the extraction of the forces applied to the waterworks. The investigations showed that the forces are quasi-static and the pressure values are PH=225Pa and PGr=220Bar, and the torque TS=306.07N.m. The results of the tensile test showed that the final strength for the waterworks and belt was 620.3 and 594.1 MPa, respectively. In order to make the desired waterworks, the belt was prepared in 6 steps from the mold and formed a circular shape. Using the matrix pitch matrix, the staircase was created on the waterworks. The results of static analysis on the mechanical laminar and domestic laminar showed that the maximum stresses, based on Von Mises theory, were 1.39×108 Pa and 3.2×108 and the confidence coefficient for each was 2.808 and 1.338, respectively.
    Keywords: Laminar Ring, Rolling, Stainless Steel, Stress Analysis
  • S.M. Varedi, Koulaei*, F. Ghanbari Pages 2047-2055
    Bistable mechanisms have two distinct stable positions that can move from one of these situations to other by a small stimulus. These stable positions, as well as the movement between them, have increased the use of these mechanisms in devices such as valves, switches, and etc. This bistable behavior is the result of the storage and release of the potential energy. Therefore, it is obvious that these mechanisms must have one or more flexible links or joints. In this paper, flexible members are modeled, using torsional springs based on the pseudo-rigid-body-model (PRBM). The existence of one flexible member is sufficient for bi-stability of the four-bar linkage. However, with changing the location of this flexible member as the input, the output, or the coupler link (or changing the location of equivalent torsional spring), various conditions are generated for the design of a four-bar linkage, which is discussed in this study. The results show that in all cases (the crank-crank, the crank-rocker, the rocker-crank, and the rocker-rocker), the equivalent torsion spring should not be connected to a smaller link in order to create a bistable four-bar linkage.
    Keywords: Bistable, Flexibility, Four-bar linkage, Torsional springs
  • K. Maleki Bagherabadi, M. Sani*, M.S. Saidi Pages 2057-2066
    Micro-mixers are vital components of “Lab-on-a-Chip” devices. Their main functionality is the mixing of two streams with desired quality and at minimum mixing time. In this work, numerical modelings of some active and passive micro-mixers with innovative designs are reported. Increasing mixing quality and decreasing mixing time are the design objectives. Our numerical model features solving the set of non-linear and inter-coupled Poisson-Nernst-Planck-Naiver-Stokes equations (PNP-NSE) instead of using simplified models like Poisson-Boltzmann (PB). These equations describe a more realistic model of the physics involved at continuum level by incorporating diffusion, electro-migration, and convection, which are the dominant phenomena in electro-kinetic micro-mixers especially those using AC voltage electrodes. The computations are carried out using Rayan (in-house code). The traditional Poisson-Boltzmann (PB) model relies on simplifying assumptions and is proven to lose its accuracy in complex geometries and near active electrodes. On the other hand, the PB model is much less sophisticated and therefore much less computationally expensive. One of the contributions of this research is to show that in passive micro-mixers making the obstacles smaller but more numerous increases the mixing quality (for the case studied by 13%). The other major contribution of this work is the introduction of the combination of the vertical and horizontal AC electrodes. This new design creates jets normal to the direction of the mainstream which is responsible for enhancing chaotic mixing. This results in a stable mixing quality of 99% at 2.7s.
    Keywords: Lab-on-a-chip, Active-Micro-Mixer, Passive-Micro-Mixer, Vertical Active Electrode
  • T. Shojaee, B. Mohammadi*, R. Madoliat Pages 2067-2077
    The optimal design of multilayer substrates containing the cutout under compression is very important to achieve maximum buckling resistance in comparison with structural weight, especially in aerospace structures. In this study, buckling and post-buckling behavior of composite laminated plates with orthogonal and symmetrical layup containing the cutout with different diameters has been investigated experimentally, semi-analytically, and numerically. To study the buckling of the composite plate with cutout semi-analytically, a finite strip method is developed. A finite element method was used for numerical analysis. The required material parameters for modeling were obtained from standard tests. The results of the current study show that the size of diameter of cutout does not have considerable effect on elastic rigidity of plate, but the buckling load significantly decreases by increasing cutout diameter. Also, buckling load and elastic rigidity of plate are considerably increased by increasing the number of composite layers. The thickness of plate has more effect on buckling load than the diameter of hole. Studies show that there is a good match between the results of buckling behavior derived from semi-analytical and finite element methods with experimental results.
    Keywords: Finite strip method, Post-buckling, Circular cutout