فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال نوزدهم شماره 9 (شهریور 1398)
  • سال نوزدهم شماره 9 (شهریور 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/04/17
  • تعداد عناوین: 25
|
  • جاسم میراحمدی، سیدهادی حسینی کر، محمد صدیقی* صفحات 2079-2084
    در این مقاله یک روش نوین تغییر شکل پلاستیک شدید لوله تحت عنوان فرآیند اصطکاکی اصلاح شده تغییر شکل پلاستیک شدید لوله برای تولید لوله هایی با ساختار بسیار ریز و خواص مکانیکی مطلوب ارائه شده است. بدین ترتیب با استفاده از چرخش قالب و تغذیه لوله درون کانال انحنادار با تبدیل توان اصطکاک به گرمای ورودی، دما در منطقه تغییر شکل افزایش یافته و باعث ایجاد کرنش های ترکیبی شدید و کاهش نیروی فشاری شده است. آزمایش های تجربی برای بررسی امکان پذیری فرآیند روی لوله های برنجی تکرار شد و پارامترهای بهینه برای انجام فرآیند به دست آمد. مقدار پارامترهای بهینه برای سرعت دورانی 710دور بر دقیقه و برای نرخ پیشروی 08/0میلی متر بر دور انتخاب شد. بررسی میکروساختار نمونه های فرآوری شده کاهش چشمگیر اندازه دانه از مقدار اولیه 76میکرومتر تا 9 و 7میکرومتر به ترتیب در راستاهای طولی و محیطی را نشان داده است. استحکام نمونه های فرآوری شده در راستاهای محیطی و طولی از مقدار اولیه 160مگاپاسکال به ترتیب تا مقادیر 202 و 325مگاپاسکال افزایش یافتند. همچنین سختی از مقدار اولیه 48 تا مقدار 72ویکرز افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، خواص مکانیکی، ریزساختار، لوله، اصطکاک
  • حامد سالاری، مسعود محمودی*، احسان برهانی صفحات 2085-2092
    پیوند نورد سرد یک نوع فرآیند اتصال دهی مابین فلزات مشابه یا غیرمشابه است که پیوند بین فلزات از طریق اعمال تغییر شکل پلاستیک توسط فرآیند نورد در دمای اتاق برقرار می شود. از طرفی، فرآیند پیوند نورد تجمعی به عنوان یکی از روش های اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید با امکان دستیابی به ساختار فوق ریزدانه و خواص مکانیکی بهبودیافته مطرح است. در این پژوهش یک روش ترکیبی متشکل از فرآیندهای پیوند نورد تجمعی و پیوند نورد سرد به منظور ساخت ورق مسی فوق ریزدانه با افزایش هم زمان استحکام و هدایت الکتریکی پیشنهاد شد. ریزساختار خواص مکانیکی و هدایت الکتریکی نمونه تولیدشده با روش ترکیبی و نمونه های حاصل از سیکل های مختلف فرآیند پیوند نورد تجمعی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از بررسی ریزساختار ماده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که در ساختار کریستالی نمونه تولیدشده به روش ترکیبی، طیف گسترده ای از دانه های بسیار ریز در محدوده چندصدنانومتر با توزیع یکنواخت دیده می شوند. همچنین نتایج حاصل از آزمون کشش و سختی حاکی از افزایش پیوسته مقدار استحکام و سختی با افزایش تعداد پاس های نورد بود. در نهایت، بررسی هدایت الکتریکی توسط آزمون پروب چهار نقطه نشان داد که با افزایش تعداد سیکل های فرآیند پیوند نورد تجمعی، هدایت الکتریکی کاهش می یابد، در حالی که در نمونه تولیدشده به روش ترکیبی افزایش همزمان استحکام، سختی و هدایت الکتریکی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: پیوند نورد تجمعی، پیوند نورد سرد، تغییر شکل پلاستیک شدید، هدایت الکتریکی، استحکام
  • احسان بختیاری* صفحات 2093-2104
    یک ایرفویل توربین بادی توسط ابزار دینامیک سیالات به منظور بررسی اثر نوسان ایرفویل و شرط مرزی لغزشی بر کارآیی آن تحلیل شد. شرط مرزی لغزشی ناشی از اعمال سطح فوق آب گریز بوده است، چرا که سیالات روی سطوح فوق آب گریز می لغزند. سطوح فوق آب گریز می توانند یخ زدگی پره را به تاخیر بیندازند. این سطح بر ناحیه لبه جلویی فرض شده است. یخ زدگی پره بیشتر می تواند در این ناحیه رخ دهد. پارامترهای حرکت نوسانی ایرفویل به اندازه ای انتخاب شد که پدیده واماندگی دینامیکی مدل سازی شد. پدیده واماندگی دینامیکی سبب افزایش شدید بارگذاری روی پره می شود. واماندگی دینامیکی با ایجاد دو گردابه لبه جلویی وگردابه پشتی مرتبط است. سه فرکانس کاهیده نوسان 05/0= ، 08/0 و 12/0 و سه اختلاف فاز  در طول های لغزشی متفاوت سطح فوق آب گریز بررسی شد. در این راستا مدل گذار SST برای تحلیل ایرفویل SD7037 در عدد رینولدز 104×4= اعمال شده است. نتایج نشان داده اند که اعمال یک سطح فوق آب گریز با طول های لغزشی نسبتا پایین نمی تواند در حرکت نوسانی ایرفویل مفید باشد؛ اما در طول های لغزشی بیش از 100میکرون، ضرایب آیرودینامیک تغییر زیادی کرد. در بیشترین فرکانس نوسان، ضرایب برآ و پسا به ترتیب به اندازه 12 و 40% کاهش یافت. افزایش طول لغزشی تشکیل گردابه و زاویه ی واماندگی را به تعویق انداخته است.
    کلیدواژگان: ایرفویل توربین بادی، دینامیک سیالات محاسباتی، واماندگی دینامیکی، فرکانس کاهیده، طول لغزشی
  • حسین قادری، علی قاسمی*، سعید روحی، اقلیما مهدوی صفحات 2105-2110
    در این مقاله به بررسی ضریب هدایت حرارتی نانولوله های نیترید بور چندجداره با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بر پایه توابع پتانسیل ترسف و لنارد- جونز پرداخته شده است. اثرات قطر، طول، دما روی ضریب هدایت حرارتی نانولوله های نیتریدبور دوجداره مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با درنظرگرفتن نانولوله های دو، سه، چهار و پنج جداره، اثر تعداد جداره بر ضریب هدایت حرارتی نانولوله های نیتریدبور مطالعه شده است. در ادامه، با در نظرگرفتن نانولوله های آرمچیر و زیگزاگ، اثر کایرالیتی نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که ضریب هدایت حرارتی نانولوله های دوجداره نیتریدبور با افزایش قطر نانولوله، افزایش و با افزایش دما کاهش می یابد، به گونه ای که با افزایش 73 و 82% به قطر خارجی نانولوله های زیگزاگ و آرمیچر به ترتیب 93 و 98% ضریب هدایت حرارتی افزایش می یابد. به علاوه، نانولوله های آرمیچر، ضریب هدایت حرارتی بیشتری نسبت به نوع زیگزاگ دارند. همچنین نتایج شبیه سازی بیانگر افزایش ضریب هدایت حرارتی با افزایش طول نانولوله های نیتریدبور است، به نحوی که افزایش 50% طول موثر نانولوله، افزایش تقریبا 25% ضریب هدایت حرارتی را به دنبال دارد. در نهایت، در بررسی اثر تعداد جداره ها مشخص شد که در طول و دمای برابر، نانولوله های با تعداد جداره های بیشتر، دارای ضریب هدایت حرارتی بیشتری هستند.
    کلیدواژگان: ضریب انتقال حرارت، نانولوله های نیتریدبور چندجداره، دینامیک مولکولی
  • مجتبی طحانی*، مصطفی کاظمی، زهرا بابایی صفحات 2111-2120
    امروزه یکی از پرکاربردترین روش های کنترل جریان در حوزه ی آیرودینامیک به ویژه آیرودینامیک خارجی استفاده از محرک های پلاسمایی است. در این تحقیق تاثیر محرک های پلاسمایی بر دو سیلندر در آرایش پشت سر هم در حالتی که محرک ها روی سیلندر اول اعمال شده، بررسی شده است. سیلندرها در فواصل نسبی (L/D) مختلف از یکدیگر قرار داده شدند و تحقیقات در دو رینولدز 100 و 200 انجام گرفته و در دو شرایط متفاوت اعمال محرک ها انجام شده است. یکی از حالت ها دارای ولتاژ قله به قله 55 کیلوولت و دیگری 1 کیلوولت بوده است که این مقادیر با توجه به نتایجی که اعتبارسنجی با آنها انجام گرفته، انتخاب شده اند. نتایج حاصل از روش عددی با سایر نتایج عددی و تجربی صحه گذاری شد حل معادلات جریان با استفاده از روش حجم محدود انجام گرفته است. اعمال محرک های پلاسمایی سبب شد که سیلندر دوم در تمامی حالت ها ضریب پسا و عدد ناسلت بیشتری را تجربه کند. همچنین تاثیر محرک های پلاسمایی بر روی افزایش ضریب پسا و عدد ناسلت با افزایش رینولدز کمتر شده به گونه ای که افزایش عدد ناسلت در بهترین حالت در رینولدز 100 نزدیک به 2% بیشتر از همین افزایش در رینولدز 200 بوده است.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، محرک های پلاسمایی، اجسام استوانه ای، ضریب پسا، عدد ناسلت
  • محمد نوابی*، علی داوودی صفحات 2121-2128
    تلاطم سوخت یکی از مهم ترین عوامل در برهم خوردن وضعیت فضاپیما از حالت مطلوب در مانور مداری است. بنابراین کنترل این پدیده از اساسی ترین مسائل در کنترل وضعیت به حساب می آید. دو نوع روش کنترلی فعال و غیرفعال برای کنترل تلاطم وجود دارد که با توجه به جواب دهی بهتر کنترل فعال در کنترل هم زمان تلاطم و وضعیت فضاپیما، اغلب از کنترل فعال استفاده می شود. برای این منظور در ابتدا باید دینامیک تلاطم را مدل کرد. در این مقاله، دینامیک تلاطم به وسیله مدل چندآونگی توصیف شده و معادلات دینامیک ترکیب شده فضاپیما و تلاطم به دست آمده است. در مدل ارائه شده، آونگ ها به طور آزادانه می توانند در فضای سه بعدی حرکت کنند و این موضوع باعث می شود که مدل به واقعیت نزدیک تر باشد. معادلات دینامیک ترکیب شده فضاپیما و تلاطم، غیرخطی هستند، بنابراین برای کنترل وضعیت در حالت واقعی تر باید از روش کنترل غیرخطی استفاده کرد. در این مقاله برای این منظور ابتدا دو تابع نامزد لیاپانوف پیشنهاد شده است و پس از آن با استفاده از این توابع کنترلرها به دست آمده اند. تاثیر کنترلرهای به دست آمده بر وضعیت فضاپیما و آونگ ها با انجام یک شبیه سازی نشان داده شده است. نتایج شبیه سازی نشان از عملکرد مناسب کنترلر های طراحی شده دارند، اگرچه تفاوت اندکی در پاسخگویی دو کنترلر نسبت به یکدیگر دیده می شود.
    کلیدواژگان: مدل سازی تلاطم، مدل سه بعدی، کنترل فعال، کنترل تلاطم
  • محمد موسی زاده، کمال جهانی*، سید صمد صمدانی اقدم صفحات 2129-2138
    هدف این مقاله، بررسی تجربی تاثیر اندازه ذرات پودر آهن کربونیل به عنوان ذرات مغناطیس شونده سیال مگنتورئولوژیک در نیروی میرایی و ظرفیت انرژی اتلافی دمپر مگنتورئولوژیکال دوسرمتحرک است. با وجود اینکه مطالعات بسیاری به بررسی تاثیر اندازه ذرات پودر آهن در خواص رئولوژیک، میزان ته نشینی، پایداری و چگالی میدان مغناطیسی سیال مگنتورئولوژیک پرداخته اند، ولی تاثیر اندازه ذرات کروی شکل آهن کربونیل روی دامنه ماکزیمم نیروی میرایی و ظرفیت اتلاف انرژی دمپر دوسرمتحرک تاکنون در ادبیات فن گزارش نشده است. به دلیل اهمیت بالای خواص رئولوژیک سیال مگنتورئولوژیک و اندازه ذرات مغناطیس شونده سیال در میرایی دمپر، در این مقاله دو نوع سیال با درصد حجمی یکسان 35% از ذرات کروی شکل پودر آهن کربونیل با قطرهای 40 و 63میکرومتر ساخته شد و در دمپر دوسرمتحرک با سه کویل الکتریکی در فرکانس های مختلف و دامنه 15میلی متر برای جریان های مختلف امتحان شد. با ترسیم منحنی های نیرو- جابجایی و نیرو- زمان، اثر نوع سیال بر نیروی میرایی و ظرفیت اتلاف انرژی در جریان های مختلف مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج نشان داد که دامنه ماکزیمم نیروی میرایی دمپر با جریان الکتریکی و فرکانس تحریک، روندی افزایشی دارد. همچنین مقدار این نیرو برای سیال با اندازه ذرات 63میکرومتر در حضور میدان مغناطیسی، با اختلاف کمی بزرگتر از سیال با ذرات 40میکرومتر است که می توان گفت قطر ذرات پودر آهن، تاثیر چشم گیری در دامنه ماکزیمم نیرو ندارد. ولی ظرفیت اتلاف انرژی دمپر برای سیال با ذرات 40میکرومتر در تمام جریان ها و فرکانس ها مقادیر بیشتری از سیال با ذرات 63میکرومتر دارد.
    کلیدواژگان: سیال مگنتورئولوژیک، دمپر مگنتورئولوژیکال دوسرمتحرک، اندازه ذرات پودر آهن، دامنه نیروی میرایی، ظرفیت اتلاف انرژی
  • موسی رضایی*، وحید شاطریان القلندیس صفحات 2139-2148
    در این مقاله معادلات حرکت غیرخطی تیر یک سر گیر دار و یک سر مفصل با ترک باز استخراج شده و با حل آن به مطالعه پدیده تشدید درونی در تیر ترک دار پرداخته شده است. ترک به صورت یک فنر پیچشی مدل سازی شده و تیر ترک دار به صورت دو تیر مجزا که با یک فنر پیچشی به هم متصل شده اند در نظر گرفته شده است. معادله حرکت تیر ترک دار با فرض غیرخطی هندسی استخراج و با استفاده از روش گالرکین به مجموعه ای از معادلات غیرخطی برای مودهای ارتعاشی تبدیل شدند و با استفاده از روش اغتشاشات حل شدند. با توجه به وابستگی انرژی مکانیکی تیر با دامنه نوسان آن، برای بررسی انتقال انرژی بین مودهای ارتعاشی و تاثیر ترک در آن، دامنه آنی مودهای ارتعاشی به دست آمد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در تیر ترک دار مقدار انرژی انتقالی بین مودها کمتر از تیر سالم بوده ولی نرخ تکرار انتقال انرژی بیشتر از تیر سالم است و نرخ جا به جایی انرژی بین مودها با افزایش عمق ترک با شیب تندتری افزایش می یابد. همچنین پاسخ ارتعاشی به دست آمده برای تیر ترک دار با میرائی های مختلف نشان می دهد که مقدار و سرعت انتقال انرژی وابستگی ناچیزی به میرائی سیستم دارد. برای صحه سنجی نتایج به دست آمده از روش اغتشاشات، معادلات حرکت با استفاده از روش عددی حل شده و نتایج به دست آمده حاکی از همخوانی کامل نتایج به دست آمده از روش های تحلیلی و عددی است.
    کلیدواژگان: تیر یک سر گیردار و یک سر مفصل، ترک باز، غیرخطی هندسی، تشدید درونی، تبدیل هیلبرت
  • هوشنگ عراقی*، یاسر نعمتی اصل صفحات 2149-2154
    سرب تیتانات به عنوان یک پروسکایت یونی در پایین تر از دمای 766کلوین که موسوم به دمای گذار است در فاز فروالکتریک و در بالای این دما در فاز پاراالکتریک است. بررسی تاثیر پارامترهای مکانیکی بر خواص فروالکتریک این ماده اهمیت بسزایی در کاربرد صنعتی آن در قطعات الکترونیکی ذخیره اطلاعات دارد. در این مطالعه با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی اثر تنش- کرنش بر قطبش پذیری سرب تیتانات در فاز فروالکتریک بررسی شده است. برای مدل سازی پتانسیل بین اتمی، برهم کنش بین یون ها در فاز پاراالکتریک پتانسیل های باکینگهام کوتاه برد و کولنی بلندبرد و در فاز فروالکتریک علاوه بر پتانسیل های فوق، پتانسیل فنر نیز با استفاده از مدل پوسته ای در نظر گرفته شده است. در این مقاله اثرات ناشی از اعمال تنش- کرنش مکانیکی در فاز فروالکتریک و در دو حالت تنش- کرنش  تک محوری کششی و تراکمی مورد بررسی قرار گرفت. در حالت تنش- کرنش کششی اعمال تنش خارجی منجر به افزایش قطبش PbTiO3 شد در حالی که با اعمال تنش تراکمی قطبش PbTiO3 کاهش می یابد، تاجایی که با اعمال  تنش- کرنش بحرانی قطبش PbTiO3  به صفر می رسد.
    کلیدواژگان: سرب تیتانات، فروالکتریک، دینامیک مولکولی، تنش- کرنش، قطبش
  • پژمان خوشروز، محمدرضا فراهانی*، مجید صفرآبادی فراهانی، سعید ظهوری صفحات 2155-2164
    فرآیند پخت کامپوزیت ها با مشکلاتی از قبیل شکل گیری تنش پسماند و اعوجاج همراه است. با توجه به هزینه هایی که صرف ساخت کامپوزیت ها می شود، شبیه سازی فرآیند ساخت با هدف پیشگیری از هدررفت هزینه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. از روش های متداول و ساده ساخت کامپوزیت ها لایه چینی دستی است. در پژوهش حاضر، تنش صفحه ای حاصل از تغییر دمای چندلایه های کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته و انحنای ناشی از آن تحلیل شده است. بدین منظور دو نمونه متقارن و نامتقارن با هشت لایه دچار 100درجه تغییر دما شده و تنش های نرمال و برشی محاسبه شده اند. ابتدا به کمک نظریه کلاسیک لایه ای که مهم ترین نظریه در تحلیل تنش کامپوزیت هاست، خواص مکانیکی ترکیب اپوکسی و الیاف شیشه با درصد حجمی 70% و میزان تغییر دما و ترتیب لایه ها در برنامه نوشته شده وارد شده اند. سپس مقدار هر سه مولفه تنش درون صفحه ای خوانده شده و مقدار عددی انحنا به دست آمد که میزان آن برای نمونه متقارن ناچیز دیده شد. به منظور تایید صحت میدان تنش های پسماند، شبیه سازی المان محدود برای هر دو نمونه صورت گرفته است که نتایج با خطایی ناچیز مجددا به دست آمدند. فرض هایی که در شبیه سازی المان محدود و نظریه کلاسیک لایه ای فرض شده اند منجر به اختلاف نتایج با واقعیت می شوند. با وجود این فرضیات، شبیه سازی حرارتی چندلایه های کامپوزیتی در نرم افزار آباکوس می تواند پیش بینی مطلوبی از واقعیت داشته باشد. نوآوری پژوهش حاضر در استفاده از این نرم افزار و تایید نتایج کدنویسی است.
    کلیدواژگان: تغییر دما، تنش پسماند، انحنا، المان محدود
  • رزگار حسن زاده، طاهر ازدست*، علی دنیوی، ریچارد یونگکی لی صفحات 2165-2173
    فوم های پلیمری یکی از بهترین کاندیداها به منظور ساخت عایق های حرارتی هستند. بر همین اساس بررسی خواص عایق حرارتی فوم های پلیمری، در سالیان اخیر مورد توجه جوامع علمی قرار گرفته است. در تحقیق حاضر بهینه سازی خواص عایق حرارتی فوم های پلیمری از دو جنبه ضریب هدایت حرارتی جامد و تشعشعی صورت گرفته است. به این منظور مدلی تئوری بر مبنای چگالی فوم و اندازه سلولی ارائه شده است. صحت مدل تئوری ارائه شده در قیاس با نتایج تجربی متعددی به اثبات رسیده است. نتایج گویای این است که خطای مدل تئوری ارائه شده کمتر از 5% است. همچنین نتایج نشان دادند که با کاهش چگالی فوم، ضریب هدایت حرارتی جامد و تشعشعی به ترتیب کاهش و افزایش می یابد. ضمن اینکه کاهش اندازه سلولی سبب کاهش ضریب هدایت حرارتی تشعشعی می شود. به منظور بهینه سازی ضرایب هدایت حرارتی جامد و تشعشعی از روش طراحی آزمایش رویه پاسخ استفاده شد. نتایج حاکی از این بود که چگالی فوم 23/5کیلوگرم بر متر مکعب و اندازه سلولی 53میکرومتر، شرایط ساختاری بهینه هستند که در این شرایط هر دو ضریب هدایت حرارتی جامد و تشعشعی کمتر از 3میلی وات بر متر کلوین است. مطابق نتایج آشکار شد که داده های حاصل از مدل تئوری ارائه شده و روش رویه پاسخ تطابق مطلوبی با یکدیگر دارند. در این شرایط بهینه، ضریب هدایت حرارتی کلی فوم پلیمری تقریبا 30میلی وات بر متر کلوین خواهد بود که در بازه اندازه های سلولی مذکور، مقدار بسیار مطلوبی است.
    کلیدواژگان: مدل تئوری، چگالی فوم، اندازه سلولی، ضریب هدایت حرارتی، روش رویه پاسخ
  • فاطمه یوسفی، رضا تقی آبادی*، سعید باغشاهی صفحات 2175-2182
    آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-Ni به سبب قابلیت ریخته گری عالی و استحکام ویژه بسیار مناسب، به ویژه در دماهای بالا، کاربرد گسترده ای در صنایع خودروسازی و هوا فضا دارند. افزودن منگنز به ترکیب این آلیاژها موجب تشکیل رسوبات جدید غنی از منگنز شده و تاثیری مثبت بر استحکام و سختی آنها به خصوص در دماهای بالا دارد. با این حال در غلظت های بیش از حدود 2% وزنی، ابعاد و کسر حجمی رسوبات غنی از منگنز افزایش یافته و موجب افت خواص مکانیکی به ویژه انعطاف پذیری و چقرمگی آلیاژ می شود. بر این اساس در تحقیق حاضر سعی شده است با افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، اثرات منفی افزایش غلظت منگنز بر خواص کششی آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-Ni کنترل شود. بدین منظور نمونه های تهیه شده از آلیاژ غنی از منگنز Al-4Ni-4Mn، منجمد شده تحت دو سرعت 3/5 و  °C/s 10/5، تحت عملیات فرآوری اصطکاکی اغتشاشی (rpm 1600 و mm/min 12) قرار گرفتند. نتایج حاصل از مطالعات ریزساختاری و آنالیز تصویری حاکی از کاهش قابل ملاحظه ی ابعاد و توزیع یکنواخت ذرات بین فلزی غنی از منگنز (و نیکل) در زمینه، کاهش شدید اندازه دانه ها و حذف عیوب ریختگی شامل تخلخل های گازی و انقباضی و لایه های اکسیدی دوگانه محبوس شده است. بررسی تاثیر مشترک افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی آلیاژ حاکی از آن است که استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول، چقرمگی و سختی میکروسکپی آلیاژ به ترتیب حدود 63، 55، 123، 188 و58 % بهبود می یابند.
    کلیدواژگان: سرعت انجماد، فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، خواص مکانیکی، Al-Ni-Mn
  • احمد امین زاده، امیر صفری، علی پرویزی* صفحات 2183-2192
    به علت توسعه استفاده از ورق های ترکیبی در صنعت حمل ونقل، درک رفتار شکل پذیری آنها برای تولید محصولاتی باکیفیت بالا در فرآیندهای شکل دهی به ویژه کشش عمیق، اهمیت بالایی پیدا کرده است. با توجه به استحکام متفاوت مواد پایه و وجود منطقه جوش، شکل پذیری ورق های ترکیبی غالبا کمتر از فلزات پایه است. مقایسه جابه جایی خط جوش و عمق کشش ورق-های ترکیبی تولید شده با دو روش جوشکاری لیزر و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، از جمله اهداف این پژوهش است. به علت ایجاد منطقه محدودتر متاثر از حرارت و سوراخ کلیدی مناسب، جوشکاری لیزر نسبت به سایر روش های جوشکاری برای تولید این ورق ها در اولویت است. پارامترهای فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به دلیل تاثیر زیاد بر تغییرات پیچیده ناحیه پلاستیک و متاثرشدن الگوی سیلان ماده و توزیع دما در ورق های ترکیبی، بسیار با اهمیت هستند. در این مقاله، با طراحی آزمایش های تجربی، تاثیر نیروی ورق گیر و سرعت خطی جوشکاری بر عمق کشش و جابه جایی خط جوش ورق های ترکیبی بررسی شده است. همچنین سختی ناحیه جوش حاصل از این فرآیندها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت خطی جوشکاری لیزر، میزان عمق کشش و جابه جایی خط جوش افزایش یافته است. با افزایش سرعت خطی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نیز میزان جابه جایی خط جوش و عمق کشش افزایش یافته است. همچنین سختی ناحیه جوش لیزر بیشتر از سختی ناحیه مربوط به جوش اصطکاکی است.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزر، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ورق های ترکیبی، جابه جایی خط جوش
  • سید جاوید زکوی*، هادی محمدی اصل، داود بابابی صفحات 2193-2201
    در این مقاله، تحلیل المان محدود با مدل های سختی غیرخطی ترکیبی (مدل سینماتیکی آرمسترانگ- فردریک همراه با قانون سخت شوندگی ایزوتروپیکی) و مدل شابوشی برای بررسی رفتار کرنش های پیش رونده در لوله های سه راهی از جنس فولاد ضدزنگ و تحت بارگذاری ممان های دینامیکی همراه با تاثیر فشار داخلی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که مقدار حداکثر تغییر شکل های پیش رونده در محل اتصال لوله های سه راهی رخ می دهد. همچنین نرخ تغییر شکل های پیش رونده با افزایش سطح بارگذاری خمشی در فشار ثابت افزایش می یابد. ملاحظه می شود که هندسه و ابعاد لوله سه راهی بر میزان و نرخ کرنش های پیش رونده تاثیر بسزایی دارد. مقایسه نشان می دهد نتایج عددی حاصل از کرنش های پیش رونده در نمونه BSS1 (نمونه اول لوله سه راهی از جنس فولاد ضدزنگ) با مدل سختی ترکیبی و شابوشی در مقایسه با نتایج حاصل از مدل سختی آرمسترانگ فردریک بهتر بوده و به داده های تجربی نزدیک تر است. پیش بینی رفتار کرنش های پیش رونده در BSS2 براساس مدل ترکیبی در مقایسه با سایر مدل ها به نتایج تجربی نزدیک تر است. البته در نمونه BSS3 این پیش بینی رفتار، توسط مدل شابوشی در مقایسه با سایر مدل ها بهتر و به نتایج تجربی نزدیک تر است. همانند نمونه های فولاد کربنی ساده که در مقاله اخیر مورد مطالعه قرار گرفته، هر دو مدل سختی شابوشی و ترکیبی در مقایسه با مدل سختی آرمسترانگ- فردریک پیش بینی مناسب و تا حدودی مشابه هم نسبت به نتایج تجربی در نمونه های فولاد ضدزنگ از خود نشان می دهند.
    کلیدواژگان: لوله سه راهی ضدزنگ، رفتار کرنش های پیش رونده، مدل سخت شوندگی ترکیبی، مدل سختی شابوشی، بارگذاری خمشی
  • احسان ترکان، مصطفی پیرمرادیان*، محمد هاشمیان صفحات 2203-2213
    در این مقاله، پایداری دینامیکی ورق مستطیلی نسبتا ضخیم حامل جرم دوار و واقع بر بستر ویسکوالاستیک مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور با در نظر گرفتن همه ترم های اینرسی جرم متحرک و استفاده از تئوری برشی مرتبه اول ورق، معادلات حاکم بر رفتار دینامیکی سیستم استخراج شده است. سپس با به کارگیری روش گالرکین به همراه توابع شکل مثلثاتی، معادلات پاره ای استخراج شده برای ورق نسبتا ضخیم با تکیه گاه های ساده، به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. در اثر حرکت تناوبی جرم در طول مسیری دایره ای روی سطح ورق، معادلات حاکم معادلاتی با ضرایب متناوب هستند. در ادامه با حل این معادلات توسط روش نیمه تحلیلی هارمونیک بالانس نموی، اثرات پارامترهایی شامل ضخامت نسبی ورق، شعاع مسیر حرکتی و ضرایب سفتی و استهلاک بستر ویسکوالاستیک بر ناپایداری سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. با مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط روش هارمونیک بالانس نموی در تعیین نواحی پایدار و ناپایدار با نتایج حل عددی، تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. نتایج حاکی از این است که با افزایش شعاع مسیر حرکتی، وسعت ناحیه ناپایدار در صفحه فرکانس- جرم بار دوار افزایش پیدا می کند. به علاوه، با افزایش سفتی و استهلاک بستر، سیستم به سمت پایداری بیشتر میل می کند.
    کلیدواژگان: ورق- جرم دوار، تئوری برشی مرتبه اول، پایداری دینامیکی، تشدید پارامتریک، روش هارمونیک بالانس نموی
  • میثم سروش، کرامت ملک زاده فرد، مرتضی شهروی* صفحات 2215-2226
    پژوهش حاضر آغاز و گسترش خسارت درون و برون لایه ای در صفحه چندلایه کامپوزیتی کولار- اپوکسی در معرض ضربه سرعت بالا با استفاده از یک مدل اجزای محدود را ارایه می دهد. خسارت در لایه های کامپوزیت به روش تخریب پیش رونده و تورق بین لایه ها با استفاده از مدل ناحیه چسبنده تعریف شده است. آغاز خسارت درون لایه ای با استفاده از معیار هاشین و آغاز تورق بین لایه ها با استفاده از تئوری کشش- جدایش پیش بینی شده و گسترش خسارت های درون و برون لایه ای به وسیله کاهش سفتی بر پایه انرژی چقرمگی شکست موجود در نرم افزار آباکوس انجام شده است. در این تحقیق، پارامترهای مورد نیاز مدل اجزای محدود از قبیل انرژی چقرمگی شکست به صورت تجربی و با استفاده از آزمایش هایی مانند کشش فشرده و تیر یکسر گیردار دوتایی استخراج شده است. اعتبارسنجی مدل اجزای محدود نیز با استفاده از مقایسه سرعت ضربه زننده پس از برخورد در آزمایش تجربی ضربه با انرژی 160ژول و شبیه سازی عددی انجام شده است. با مشاهده درصد تفاوت پایین بین نتایج آزمایش ضربه با شبیه سازی عددی نتیجه گرفته شد که خواص مورد نیاز شبیه سازی به ‎درستی استخراج شده و معتبر است. در تحقیق حاضر یک مدل معتبر، دقیق و کم هزینه اجزای محدود با درنظرگرفتن خسارت و نفوذ ضربه زننده برای یک کامپوزیت چندلایه تحت ضربه سرعت بالا را ارایه کرده که پارامترهای مورد نیاز آن را می توان به صورت تجربی استخراج کرد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی اجزای محدود، روش آسیب پیش رونده، مدل ناحیه چسبنده، کامپوزیت کولار، اپوکسی، ضربه سرعت بالا
  • محمد حق پناهی*، سمیرا فاضلی ویسری صفحات 2227-2234
    بافت های نرم رفتار ویسکوالاستیک شامل خزش وابسته به زمان، واماندگی تنش و هیسترزیس از خود نشان می دهند. تغییرات در مشخصات ویسکوالاستیک بافت های نرم مانند لیگامان های ستون فقرات، تحت بارگذاری های دینامیکی می تواند منجر به بروز آسیب شود. در این مقاله رفتار ویسکوالاستیک لیگامان ستون فقرات با درنظرگرفتن دو مدل متفاوت ویسکوالاستیک نیمه خطی تحت بارگذاری های دینامیکی برای خزش و واماندگی تنش بررسی شده است. پس از به دست آوردن معادلات حاکم، نتایج حاصل از فرمولاسیون با نتایج آزمایشات مربوطه موجود در منابع، مقایسه شده است و در نهایت مدل ویسکوالاستیکی که رفتار نزدیکتری به نتایج آزمایشات داشت، به عنوان مدل مناسب برای لیگامان های ستون فقرات در نظر گرفته شد. بدین منظور داده های مربوط به مطالعه آزمایشگاهی انجام شده توسط هینگورانی (مربوط به آزمایش خزش و واماندگی روی لیگامان میانی خرگوش) در یک نمودار تمام لگاریتمی ترسیم شدند. طبق نمودارها ملاحظه شد که نرخ کرنش با سطوح بالاتر تنش کاهش یافته و نرخ واماندگی نیز با سطوح بالاتر کرنش کاهش پیدا کرد. با توجه به نتایج حاصله، فرمولاسیون مورد انتخاب و مقادیر حاصله برای ثوابت معادلات، تطابق قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشت و می توان از این معادلات با دقت قابل قبولی برای لیگامان های ستون فقرات استفاده کرد.
    کلیدواژگان: ویسکوالاستیک، غیرخطی، لیگامان، ستون فقرات
  • الهام طغرلی، سید عبدالرضا گنجعلیخان نسب* صفحات 2235-2245
    در مطالعه حاضر برای اولین بار، مشخصه های جریان لایه گاز و رفتار حرارتی پنجره های دوجداره مورب با درنظرگرفتن اثرات تابشی سیال به عنوان یک محیط خاکستری، با توانایی جذب، صدور و پخش تشعشع به صورت عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در سال های اخیر نصب پنجره های دوجداره به صورت شیب دار از حالت عمودی تا افقی به خصوص در معماری جدید زیاد به چشم می خورد. هدف اصلی در مطالعه حاضر، تعیین اثر زاویه شیب پنجره بر عملکرد پنجره های دوجداره و نرخ انتقال حرارت از طریق این بخش از ساختمان ها است. در این راستا، معادلات حاکم شامل پیوستگی، مومنتوم و انرژی توسط روش حجم محدود گسسته شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل می شوند. به منظور محاسبه جمله تشعشع در معادله انرژی، معادله انتقال تشعشع به صورت عددی و با استفاده از روش راستاهای مجزا حل شده است. نتایج حاصل به صورت خطوط جریان، خطوط دما ثابت و همچنین توزیع مولفه های افقی و عمودی سرعت در داخل کل فضای پنجره، شامل جداره های شیشه ای و گاز پرکننده، در زوایای شیب مختلف رسم شده است. نتایج نشان دهنده کاهش شدت جریان در اثر افزایش زاویه شیب است. جریان گاز داخل ضخامت فاصله هوایی چرخشی است، به طوری که با افزایش زاویه شیب تا مقدار معینی گردابه تشکیل شده چندسلولی می شود و بدین ترتیب بر مقدار ضریب انتقال حرارت کلی پنجره تاثیرگذار است.
    کلیدواژگان: پنجره دوجداره مورب، جابه جایی آزاد، تشعشع، روش راستاهای مجزا
  • بهروز شهریاری*، علی کریمیان، محمدرضا نظری صفحات 2247-2254
    مقاله حاضر به مطالعه تحلیلی آستانه تسلیم در یک دیسک ضخامت متغیر دوار ساخته شده از مواد هدفمند (FGM) براساس معیار ترسکا می پردازد. تحلیل بر پایه نظریه تغییر شکل های کوچک و برای حالت تنش صفحه ای انجام شده است. مدول الاستیسیته، چگالی و تنش تسلیم به صورت تابع های توانی از مختصه شعاعی فرض شده اند. ضریب پواسون به علت تغییرات کم در مواد مختلف ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین معادله حاکم بر دیسک دوار به صورت تحلیلی حل شده است. علاوه بر نوع ماده، عامل دیگری که در توزیع میدآنهای تنش موثر است شکل مقطع عرضی (پروفیل) دیسک است. ضخامت مقطع عرضی دیسک، به صورت تابع توانی در جهت شعاعی تغییر می کند. در تحلیل حاضر حالت های مختلفی برای آغاز تسلیم و روند گسترش جریان پلاستیک در نظر گرفته شده است. برای ارزیابی و اعتبار سنجی، نتایج حاصل از تحقیق با نتایج مشابه مربوط به حالت های خاص (دیسک همگن و دیسک هدفمند ضخامت ثابت) که در مراجع پیشین موجود هستند، مقایسه و اعتبار نتایج نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد در نظر گرفتن ضخامت متغیر برای مقطع دیسک، اثر قابل توجهی روی تنش ها و پیش بینی مکان شروع تسلیم دارد.
    کلیدواژگان: دیسک ضخامت متغیر دوار، آستانه تسلیم، مواد هدفمند، معیار تسلیم ترسکا
  • حجت داننده اسکویی، داود جلالی وحید * صفحات 2255-2262
    در این مقاله به چگونگی طراحی، ساخت و آنالیز موتور استرلینگ خورشیدی نوع گاما با استفاده از کلکتور سهموی خورشیدی پرداخته شده است. مبنای محاسبات برای طراحی به گونه ای در نظر گرفته شده است که اندازه کلکتور سهموی خورشیدی مورد نیاز برای راه اندازی موتور بیش از حد بزرگ نباشد. بعد از اتمام مراحل طراحی و ساخت  قطعات، موتور استرلینگ مونتاژشده ابتدا توسط یک هیتر الکتریکی 550واتی راه اندازی شده است که در دو شرایط بدون عایق بندی و عایق بندی شده در توان های ورودی مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است. در حالت بدون عایق بندی حداکثر توان خروجی موتور در حدود 68/69وات با بازدهی 66/12% است و در حالتی که موتور عایق بندی شده است حداکثر 44/86وات توان با بازده 72/15% به دست آمده است. در ادامه با توجه به توان هیتر مورد استفاده اقدام به ساخت کلکتور سهموی خورشیدی کرده ایم. طراحی کلکتور به گونه ای صورت گرفت که توانایی بازتاب حدود 550وات را داشته باشد. بنابراین قطر کلکتور 1متر و عمق آن 12سانتی متر در نظر گرفته شده است. این کلکتور سهموی خورشیدی توان مورد نیاز موتور برای کار در روز را تامین می کند. حداکثر توان خروجی موتور استرلینگ خورشیدی حدود 30وات است.
    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، کلکتور خورشیدی، موتور استرلینگ
  • علیرضا طاهر زاده فرد، مهدی جوانبخت*، مهدی کاروان صفحات 2263-2271
    در پژوهش حاضر، تاثیر وجود درصدهای مختلف گرافیت نانوپلیتلت (GNP) به عنوان فیلر روی خواص ارتعاشی رزین اپوکسی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور نمونه های کامپوزیتی با مقادیر فیلر صفر تا 5 درصد وزنی به روش ترکیب انحلالی ساخته شده و آزمایشات ارتعاش آزاد و اجباری روی تیرهای کامپوزیتی حاصل صورت پذیرفت. براساس اطلاعات حاصل از ارتعاش آزاد، فاکتور اتلاف ساختاری η به صورت تابعی از درصد فیلر به دست آمده و مشاهده شد که با افزایش فیلر از صفر تا 3 درصد وزنی، فاکتور اتلاف کاهش پیدا می کند. با افزایش این درصد از 3 تا 5 روند تغییرات صعودی در فاکتور اتلاف مشاهده شد. در مرحله بعد نمودار پاسخ فرکانسی (FRF) برای اپوکسی خالص در محدوده مود دوم ارتعاشی به دست آمده و به واسطه مجموع اطلاعات حاصل از ارتعاشات آزاد و اجباری، ضرایب میرایی ریلی برای اپوکسی خالص تعیین شد. ضرایب حاصل حاکی از یک وابستگی غیرخطی نسبت میرایی به فرکانس طبیعی برای اپوکسی خالص هستند. در نهایت به منظور مدل سازی رفتار ارتعاشی کامپوزیت های مورد بررسی، یک حجمک نماینده (RVE) با درصدهای وزنی فیلر صفر تا 5 تهیه شد. صحت سنجی نتایج حاصل از مدل سازی از طریق مقایسه نتایج با داده های تجربی انجام شده و اعتبار فرضیات صورت گرفته در مدل سازی بررسی شد.
    کلیدواژگان: اپوکسی، گرافیت نانو پلیتلت (GNP)، ارتعاشات، میرایی، حجمک نماینده (RVE)
  • رزگار حسن زاده، طاهر ازدست، علی دنیوی*، محمد مهدی درویشی صفحات 2273-2283
    مکانیزم انتقال حرارت فوم های پلیمری متشکل از سه مکانیزم مختلف از طریق فاز جامد، فاز گاز و تشعشع حرارتی است. ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری، متاثر از خواص ساختاری این مواد است. از آنجایی که بررسی خواص عایق حرارتی فوم های پلیمری به دلیل وجود خواص مختلف و اثر متفاوت این خواص بر مکانیزم های انتقال حرارت، مشکل است، لزوم استفاده از مدل های تئوری مشهود است. تاکنون مدل های تئوری مختلفی برای تخمین ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری ارائه شده است ولی در این میان ارائه یک مدل تئوری که براساس تعداد کمتری خواص ساختاری که اندازه گیری آن ها نیز به سهولت انجام گیرد، در کنار دقت و اعتبار کافی می تواند بسیار مفید باشد. بر همین اساس در تحقیق حاضر یک مدل تئوری که صرفا براساس اندازه سلولی و چگالی فوم، ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری را تخمین می زند، ارائه شده است. در قیاس با نتایج تجربی مشخص شد که خطای مدل تئوری ارائه شده، در بیشترین حالت تقریبا 8% است. در ادامه، اثر دو پارامتر مهم ساختاری، شامل چگالی فوم و اندازه سلولی روی ضریب هدایت حرارتی، مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده، برای دست یابی به کمترین مقدار ضریب هدایت حرارتی، چگالی بهینه نیاز به شناسایی دارد. از طرفی دیگر، انتقال حرارت گاز بیشترین نقش را در انتقال حرارت کل داشته و به منظور کاهش آن، ایجاد سلول های نانومتری به دلیل کاهش انتقال حرارت گاز نقش موثری ایفا می کند.
    کلیدواژگان: فوم پلیمری، عایق حرارتی، ضریب هدایت حرارتی، مدل تئوری
  • سبحان فتح اللهی، محمدرضا توکلی*، فرید حسین زاده صفحات 2285-2297
    در این مقاله به مطالعه پارامتری اثر تجمع یخ بر عملکرد آئرودینامیک ایرفویل NACA0012، با استفاده از نرم افزار FENSAP-ICE پرداخته شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که پروفیل یخ تولیدشده روی لبه حمله ایرفویل با زاویه صفر درجه، تقریبا به صورت متقارن، دارای دو ناحیه فرورفتگی با انحنای مشخص است. فرورفتگی های بالا و پایین توده یخ، باعث ایجاد جریان چرخشی در این نواحی شده که این امر سبب افزایش درگ فشاری و کاهش ضریب لیفت، نسبت به حالت بدون یخ می شود. به طوری که در زاویه حمله 12درجه، ضریب لیفت به میزان 20/58% کاهش و ضریب درگ، 15/92% افزایش یافته است. همچنین تاثیر دما و سرعت جریان هوا بر فرآیند تجمع یخ روی ایرفویل NACA0012، در دو رژیم مات و شفاف با جریان برگشتی، مورد مطالعه قرار گرفته است. با کاهش دما از صفر تا °C14- رژیم یخ شفاف با لبه های تیز ایجاد شده و ضخامت یخ افزایش می یابد. در محدوده دمایی  14- تا°C 16-، فرآیند گذار از رژیم یخ شفاف به مات اتفاق افتاده و در دماهای کمتر از °C16- یخ مات ایجاد می شود. در پایان نیز یک سیستم یخ زدای حرارتی به منظور رفع کامل توده یخ، شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهند که با اعمال توان حرارتی به میزان 30وات، توسط سیستم یخ زدا، فرآیند ذوب توده یخ شاخی 21/41گرمی آغاز شده و ضمن تشکیل جریان آب بازگشتی، کل یخ روی سطح ایرفویل به صورت کامل ذوب می شود.
    کلیدواژگان: تجمع یخ، عملکرد آئرودینامیک، یخ مات، یخ شفاف، سیستم یخ زدای حرارتی
  • مصطفی سیاح بادخور، علی مظفری، علیرضا نداف اسکویی* صفحات 2299-2308
    رینگ داخل سوپاپ یک طرفه، در کمپرسور رفت و برگشتی نقش کلیدی و مهمی دارد. در این مقاله دو جنس متفاوت برای رینگ درنظر گرفته شده است. یکی، فولاد ضد زنگ به شماره ماده 1/5022 و با علامت 38si6 و دیگری، کامپوزیت کربن- پیک است. این دو رینگ در سوپاپ های یکسانی از نظر طراحی و ساخت قرار داده شدند. سپس این سوپاپ ها درکمپرسورهایی با کاربرد یکسان مورد آزمایش قرار گرفتند. در آزمایش های تجربی استفاده از این دو رینگ مشاهده شد که عمر سوپاپ با رینگ فولادی، 145 روز است. در حالی که سوپاپ با رینگ کربن- پیک بعد از گذشت 210 روز سالم بود. مهم ترین علت شکست در رینگ فولادی مربوط به توزیع نامناسب نیروهای ناشی از فنرهایی است که در زیر سطح رینگ قرار دارند. یکی دیگر از عوامل شایع خرابی در این سوپاپ ها مربوط به تنش های وارده از طرف فنرها به دیواره های محل قرارگیری آن ها است. بنابراین در این مقاله، به بررسی تنش ها در محفظه قرارگیری فنرها که جزء نقاط بحرانی در طراحی و ساخت سوپاپ ها است، نیز پرداخته شده است. با استفاده از کدهای تجاری کارآ مانند آباکوس، مراحل طراحی و تحلیل سوپاپ در شرایط شبه استاتیکی انجام شده است. فشارها و تنش های وارده به محفظه فنر و خود رینگ در شرایط استفاده از رینگ فولادی بیشتر از رینگ کامپوزیتی کربن- پیک است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی با مشاهدات تجربی مطابقت خوبی را نشان می دهند. ضمنا با استفاده از معادلات جریان مقدار ضخامت مناسب برای رینگ تعیین شده است.
    کلیدواژگان: سوپاپ یک طرفه، کمپرسور رفت و برگشتی، رینگ کربن- پیک، رینگ فولادی
  • علیرضا مختاری، شهرام یوسفی*، مسعود مسیبی صفحات 2309-2320
    در تونل های باد، برای اندازه گیری 6 مولفه نیرو و گشتاور وارد بر مدل هواپیما از وسیله ای به نام بالانس اندازه گیری استفاده می شود. مجموعه بالانس اندازه گیری، شامل 2 بخش اصلی سازه بالانس و تجهیزات الکترونیکی است. در این تحقیق، برای دستیابی به پیکر بندی مطلوب سازه بالانس، یک مکانیزم با لولاهای انعطاف پذیر طراحی شده است. در روند طراحی ساختار هندسی این مکانیزم، چیدمانی 6 ستون لودسل- لولای انعطاف پذیر به صورت هدفمند انجام شده است. از مزایای این لولای انعطاف پذیر نسبت به لولاهای متداول، عدم وجود لقی و اصطکاک، کم حجم بودن، فشردگی و رفتار خطی آن است. در مکانیزم بالانس، اثر تقابلی مولفه های نیرو و گشتاور بر 6 ستون لودسل- لولا، خطای کوپلینگ ایجاد می کند. هر چقدر خطای کوپلینگ بزرگتر باشد، خطای اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور نیز افزایش می یابد. یکی از منابع اصلی این نوع خطا مربوط به سازه مکانیزم بالانس بوده و علت آن ناکافی بودن نسبت انعطاف پذیری محوری به جانبی ستون های یاد شده است. هدف این تحقیق، طراحی بهینه مکانیزم انعطاف پذیر به منظور دستیابی به حداقل خطای کوپلینگ سازه ای است. به همین منظور ابتدا قیدهای طراحی لولای انعطاف پذیر و روابط تحلیلی حاکم بر مکانیزم انعطاف پذیر استخراج شده و سپس با تشکیل ماتریس خطای کوپلینگ سازه ای، طراحی بهینه مکانیزم بالانس انجام شده است. برای اعتبارسنجی روابط تحلیلی و بررسی صحت نتایج، مساله با تحلیل المان محدود نیز مقایسه شده است. با ساخت مکانیزم بالانس و اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور، نتایج نشان می دهد که با کاهش سهم خطاهای کوپلینگ سازه ای لولاها، خطاهای اندازه گیری مقادیر 6 مولفه نیرو و گشتاور بالانس کاهش یافته اند.
    کلیدواژگان: لولای انعطاف پذیر، لودسل، بالانس، نیرو، گشتاور
|
  • J. Mirahmadi, S.H. Hosseini, M. Sedighi* Pages 2079-2084
    This paper presents a novel severe plastic deformation method entitles modified friction assisted tube straining for producing ultrafine-grained cylindrical tubes. Using friction power generates heat to locally increase temperature of the deformation area and creates severe combined strains and lower pressing force. Experimental tests were executed on Cu/30Zn alloy to investigate applicability of the presented method. The optimum process parameters, 710Rev/min rotary speed and 0.08mm/Rev feed rate were found, applying experimental test to process tubs fault free.  Microstructure study of processed specimens showed a significant grain refinement from the initial value of 76μm to 9μm and 7μm in longitudinal and peripheral directions, respectively. Yield stress and ultimate tensile strength of processed specimens increased to 325 and 202MPa from the initial values of 160MPa in peripheral and longitudinal directions, respectively. Also, hardness significantly increased to 72Hv from the initial value of 48Hv.
    Keywords: Sever Plastic Deformation, Mechanical Properties, Microstructure, Friction
  • H. Salari, M. Mahmoodi*, E. Borhani Pages 2085-2092
    The cold roll bonding (CRB) is a type of bonding process between similar and/or dissimilar metals that is bonded through plastic deformation via rolling process at room temperature. In addition, the accumulative roll bonding (ARB) process is considered as one of the methods for applying severe plastic deformation (SPD) with the ability to achieve ultra-fine grains (UFG) structure and improved mechanical properties. In this research, a combined method was suggested consisting of ARB and CRB processes in order to fabricate UFG copper strip with simultaneous increase of strength and electrical conductivity. Microstructure, mechanical properties, and electrical conductivity of copper specimen fabricated via combined method and ARB processes were investigated. Field emission scanning electron microscope (FESEM) micrographs showed in the crystalline structure of the specimen fabricated via combined method, a large amount of the UFG with uniform distribution are observable. Also tensile strength and hardness of strips increased with increasing the number of rolling passes. Finally, investigation the electrical conductivity of the specimens by four-point probes test showed electrical conductivity decreases with increasing the number of ARB cycles, while the specimen fabricated via combined method increased simultaneously strength, hardness, and high electrical conductivity.
    Keywords: Accumulative roll bonding, Cold roll bonding, Severe plastic deformation, Electrical conductivity, Strength
  • E. Bakhtiari* Pages 2093-2104
    A wind turbine airfoil was analysed, using computational fluid dynamics (CFD) to study the oscillating effects and slip boundary conditions. The slip boundary condition is due to applying superhydrophobic surface. Fluids on these surfaces are repelled. The superhydrophobic surface can delay the icing on blades. The surfaces is assumed at the leading edge; the icing can occur on this region. The chosen oscillation parameters was enough for modelling dynamic stall. The dynamic stall cause a severe loading on the blade. This phenomenon is depicted by two vortices: leading edge vortex and trailing edge vortex. Three reduced frequencies are considered:  in a range of  slip lengths. In this regard, the Transition-SST model is applied for SD7037 airfoil with. The results showed that applying a superhydrophobic surface with low values of the slip length cannot be appropriate during the oscillating motion; but at the slip lengths larger than 100 microns, the aerodynamic coefficients are significantly changed. At the highest reduced frequency, the lift and drag coefficients are reduced about 12% and 40%, respectively. Increasing the slip length postponed the vortex formation and stall angle.
    Keywords: Wind Turbine Airfoil, CFD, Dynamic Stall, Reduced Frequency, Slip Length
  • H. Ghaderi, A. Ghasemi*, S. Rouhi, E. Mahdavi Pages 2105-2110
    In this paper, the thermal conductivity coefficient of multi-walled boron nitride nanotubes has been investigated, using molecular dynamics simulation based on the Tersoff and Lenard Jones potential functions. The effects of diameter, length, and temperature on the thermal conductivity of double-walled boron nitride nanotubes have been studied. Also, by considering the 2, 3, 4, and 5-wall nanotubes, the effect of number of walls on the thermal conductivity of boron nitride nanotubes were studied. Finally, by considering of zigzag and armchair nanotubes, the effect of chirality has been investigated. The results showed that the thermal conductivity coefficient of double-walled boron nitride nanotubes increases by increasing the diameter of nanotubes and decreases by increasing temperature. It had been demonstrated that with 73% and 82% increase in the outer diameter of nanotubes, the thermal conductivity increases 93% and 98%, respectively. Furthermore, regarding to the chirality, the armchair nanotubes have a higher thermal conductivity than the zigzag ones. Also, the simulation results showed that thermal conductivity coefficient increases by increasing the length of boron nitride nanotubes and 50% increase of effective nanotube length increases the thermal conductivity by 25% approximately. Finally, by studying the effect of the number of walls, it is concluded that in the same length and temperature, nanotubes with higher number of walls have higher thermal conductivity coefficient in comparison.
    Keywords: Thermal conductivity coefficient, Multi-walled boron nitride nanotubes (DWBNNT), Molecular Dynamics (MD)
  • M. Tahani*, M. Kazemi, Z. Babaie Pages 2111-2120
    Today, one of the useful methods of flow control, especially external aerodynamics, is plasma DBD actuators. In this study, the effect of plasma DBD actuators on cylinders in tandem arrangement is investigated. The actuators are considered on upstream cylinder. The cylinders are placed in distance (L/D) relative to each other. Investigation is done at two Reynolds number (100 and 200) with two different conditions of applying actuators. Cases with Vp-p=55kv and Vp-p=1kv are selected from references. The results of the present study are validated against the previous available experimental and numerical data and close agreement is found. Finite volume method is applied to solve equation of motion. Plasma actuators caused downstream cylinder experience upper values of drag coefficient and Nusselt number in all cases of study. Also, the growth of drag coefficient and Nusselt number are decreased by rising the Reynolds number, so that increasing the Nusselt number is 2% more at cases with Re=100 compared to cases with Re=200.
    Keywords: Flow Control, Plasma Actuators, Bluff Body, Drag Coefficient, Nusselt Number
  • M. Navabi*, A. Davodi Pages 2121-2128
    Fuel sloshing is one of the most important factors in disturb attitude of the spacecraft from desire in orbital maneuver. So, controlling this phenomenon is a critical problem in attitude control. There are active and passive control methods to control fuel sloshing. Active method has better responses to control fuel sloshing and its effect on attitude of the spacecraft in the same time; so, mostly this method is used. For this aim, it is necessary to model slosh dynamic. In this paper, slosh dynamic is modeled by a multi-pendulum model, and, then, coupled equations of the spacecraft and fuel slosh dynamic are derived. In the presented model, pendulums can move freely in 3D atmosphere, and this matter makes presented model closer to real. Coupled equations of the spacecraft and fuel slosh dynamic are nonlinear. Therefore, nonlinear control methods should be used to attitude control in more realistic mode. In this paper, two candidate Lyapunov functions are proposed; then, using these functions, controllers are obtained. The effectiveness of these controllers on attitude of the spacecraft and pendulums is described by a simulation. Although, there are some little differences in time responses based on two controllers, results of simulation illustrate good responsibility of controllers to control aims.
    Keywords: Slosh modeling, 3D model, Active control, Sloshing control
  • M. Mousazadeh, K. Jahani*, S.S. Samadani Aghdam Pages 2129-2138
    In this paper, the effects of particles size of Magnetorheological Carbonyl iron powder on damping force and energy dissipation capacity for a Magnetorheological double ended type damper is investigated experimentally. Despite of the considerable researches on the effects of particles size on the viscosity of Magnetorheological fluids, sedimentation of fluids and electromagnetic field intensity in damper, there is no a published work about the effects of iron particles size on the damping force amplitude and energy dissipation capacity of double-ended Magnetorheological damper. Therefore, in the present research, two different Magnetorheological fluids were prepared with the same volumetric percentage of % 35 from two different sizes of Iron particles i.e. 40 µm and 63µm and filled into a double ended type damper. The double-ended damper had three electric coils and was tested in different frequencies, different electric currents and 15 mm displacement stroke. The effects of Magnetorheological fluid particles on produced damping force and energy dissipation capacity were analyzed by extracting force-displacement and force-time curves from experiments. The results showed that the maximum amplitude of damping force is increased with increasing the applied electric current on the damper and the amount of this force for fluid with 63µm particles size is slightly higher than that for the fluid with 40µm particles size. However, the energy dissipation capacity of the investigated damper in all excitation frequencies with the all applied electrical currents for fluid with 63µm particles size was considerably higher than that for fluid with 40µm particles size.
    Keywords: Magnetorheological Fluids, Magnetorheological Double-Ended Damper, Iron Particle Size, Amplitude Damping Force, Energy Dissipation Capacity
  • M. Rezaee*, V. Shaterian, Alghalandis Pages 2139-2148
    The equations of nonlinear motion of clamped-hinged beam with an open crack were extracted and through solving them, the internal resonance in the cracked beam was studied. To this end, the crack was modeled as a torsional spring and the cracked beam was considered as two beam segments connected by a torsional spring. The equations of motion of the cracked beam were extracted considering the geometrical nonlinearity. Then, using the Galerkin’s method, these equations were changed to a set of nonlinear differential equations for vibration modes which were solved by the perturbation method. Since the mechanical energy of the beam in each mode depends on the instantaneous amplitude of vibration of the beam at the corresponding mode, so to analyze the influence of the crack on the energy exchange between the modes, the instantaneous amplitudes of the vibration modes were obtained. The results show that in the cracked beam the magnitude of the energy exchanged between the modes is less and the frequency is more than that in the intact beam. Also, by increasing the crack depth the frequency of energy exchange between the modes increases. The Vibration response obtained for the cracked beam with various amounts of the damping ratios shows that the frequency and the amplitude of energy exchange between the modes are independent of the system damping. To validate the results by the perturbation method, the equations of motions are also solved by a numerical method and the obtained results are in agreement with the results of the analytical method.
    Keywords: Clamped-Hinged Beam, Open Crack, Geometrical Nonlinearity, Internal Resonance, Hilbert Transform
  • H. Araghi*, Y. Nemati Asl Pages 2149-2154
    Leed titanate as an ionic Perovskite is ferroelectric at the lower of the below 766 K, which is called the transition temperature (Curie temperature), and at the above of this temperature is in the paraelectric phase. Studying the influence of mechanical parameters on the ferroelectric properties of PbTiO3 is important in the industrial application (such as RAM) of PbTiO3. In this study, using the molecular dynamics simulation method, the stress-strain effects on the polarization of lead titanate in the ferroelectric phase have been investigated. For modeling the atomic potential and interactions between ions in the ferroelectric phase, the short-range Buckingham potential and long-range coulombic potential, and, in addition, the fourth-order potential of oscillatory springs using a shell model (a model for calculating the polarization of a system) has been used. In this study, the effects of mechanical stress-strain action in the ferroelectric phase were investigated in two tensile and compression uniaxial stress-strain. In tensile stress-strain mode, the application of external stress leads to an increase in the polarization of the system, while applying compression stress-strain results in the decrease of the polarization of the system, so that by applying stress-strain, the polarization of the system reaches zero.
    Keywords: Leed Titanate, Ferroelectric, Molecular Dynamics, Stress-Strain, Polarization
  • P. Khoshrooz, M. Farahani*, M. Safarabadi Farahani, S. Zohoori Pages 2155-2164
    Curing process of composites results in the formation of residual stress and distortion. According to costs of composites fabrication, simulation of the fabrication process in order to avoid wasting investment is important. A common and simple method of composite fabrication is hand lay-up. In this research plane stress due to temperature change of composite laminates has been investigated and its resultant curvature has been analyzed. So, two symmetric and un-symmetric laminates with eight plies are subjected to 100-degree centigrade temperature change and normal and shear stresses have been calculated. First, by classical lamination theory which is the most important theory in stress analysis of composites, mechanical properties of glass/epoxy composite with 70 percent volume fraction, temperature change and stacking sequence are input variables of the written program. Three in-plane stress component is read and the amount of curvature has achieved that shows it is negligible for the symmetric sample. To validate the residual stress field, finite element simulation for both samples has been done that resulted in finding the same results with negligible errors. Assumptions are considered in finite element modeling and classical lamination theory which result in deviation of outputs from reality. In spite of these assumptions, the thermal simulation of composite laminations in ABAQUS software can have the desired prediction of reality. The innovation of the research is the use of this software and the verification of code.
    Keywords: Temperature Changes, Residual Stress, Curvature, Finite Element
  • R. Hasanzadeh, T. Azdast*, A. Doniavi, R. Eungkee Lee Pages 2165-2173
    Polymeric foams are one of the best candidates for thermal insulation. Accordingly, to investigate the thermal insulation properties of polymeric foams has attracted the attention of scientific communities in recent years. In this study, optimization of thermal insulation properties of polymeric foams is performed from solid and radiation thermal conductivities points of view. In this regard, a theoretical model based on cell size and foam density is developed. The results of the developed theoretical model are verified in comparison to various experimental results. Based on the results, the error of the theoretical model is lesser than 5%. Decreasing the foam density increases and decreases the solid and radiation thermal conductivity, respectively. Also, the radiation thermal conductivity is decreased by reducing the cell size. Response surface method (RSM) is applied in order to optimize the solid and radiation thermal conductivities. The results illuminate that the foam density of 23.5 kg.m-3 and cell size of 53 μm are the optimum conditions. At the optimum conditions, both of the solid and radiation thermal conductivities are lesser than 3 mW/mK. According to the results, the data obtained from developed theoretical model and RSM are in a good agreement. The total thermal conductivity is 30 mW/mK at optimum conditions which is a desirable value at aforementioned cell size range.
    Keywords: Theoretical model, Foam density, Cell size, Thermal conductivity, Response surface method
  • F. Yousefi, R. Taghiabadi*, S. Baghshahi Pages 2175-2182
    Hypoeutectic Al-Ni alloys are extensively used in automotive and aerospace industries due to their excellent castability and appropriate high-temperature specific strength. The addition of Mn to the composition of these alloys promotes the formation of Mn-rich precipitates and improves their strength and hardness, especially at high temperatures. However, if the Mn content exceeds 2 wt. %, increasing the size and volume fraction of Mn-rich compounds adversely affects the mechanical properties, especially the ductility and toughness of the alloys. On this basis, the current study was aimed to control the negative impact of high Mn content on tensile properties of hypoeutectic Al-Ni alloys by increasing the solidification rate and friction stir processing. For this purpose, the Al-4Ni-4Mn samples, prepared under different solidification rates of 3.5 and 10.4 °C/s, were subjected to friction stir processing (12 mm/min, 1600 rpm). Microstructural characterization and image analysis results show the substantial refinement of Mn-rich particles and their distribution in the matrix, refinement of grains, and elimination of casting defects such as gas/shrinkage porosities and entrained oxide bifilms. According to the results, increasing the solidification rate and applying of friction stir processing improved the tensile strength, yield strength, fracture strain, toughness, and microhardness of alloy by 63, 55, 123, 188 and 58%, respectively.
    Keywords: Solidification rate, Friction stir processing, Mechanical properties, Al-Ni-Mn
  • A. Aminzadeh, A. Safari, A. Parvizi* Pages 2183-2192
    Due to higher demands for tailor welded blanks (TWBs) applications in the transportation industry, it is important to understand their forming characteristics in manufacturing processes, especially the deep drawing, in order to produce products with higher qualities. Due to differences between the base materials strength as well as the existence of the welding zone, the formability of TWBs is frequently less than the base metals. The aim of this study is the comparison of weld line displacement and drawing depth in TWBs designed and produced by laser welding and friction stir welding. Laser welding is more appropriate for TWBs production comparing to the other welding processes because of the creation of limited heat affected zone and suitable keyhole. The parameters of the friction stir welding process are very important due to having a high influence on complicated plastic zone variation, the material flow pattern and temperature distribution in TWBs sheets. In this paper, by design experiments, the effect of blank holder force and linear welding velocity on drawing depth and weld line displacement of TWBs have been investigated. Moreover, the harnesses of the weld zone in both processes have been examined. Results show that by increasing the linear velocity of laser welding, the amount of weld line displacement and drawing depth will be increased. Furthermore, the higher linear velocity of friction stir welding will result in the higher weld line displacement and drawing depth. Likewise, the harnesses of the laser welding zone are higher than those ones for friction stir welding zone.
    Keywords: Laser Welding, Friction Stir Welding, Tailor Welded Blanks (TWBs), Weld Line Movement
  • S.J. Zakavi*, H. Mohammadi Asl, D. Babaee Pages 2193-2201
    In this paper, finite element analysis with combined (nonlinear isotropic/AF kinematic hardening model) and chaboche hardening models are employed to investigate ratcheting behavior in stainless steel branch pipes under dynamic moments and internal pressure. Obtained results show that the maximum value of ratcheting strain takes place in the junction of branch pipes in the hoop stress direction. In this case, the rate of progressive strains increases with the increase of the bending moment levels in constant internal pressure. Furthermore, this study reveals that the geometry and dimensions of branch pipes have a significant impact on the rate of progressive strains. The bending moment levels to initiate strain accumulation phenomena will be increased with the increase of the dimensions of branch pipes. In the BSS1 sample, comparison between results obtained using progressive strains with combined and chaboche hardening models are much better than those of Armstrong-Fredrick hardening model and are near to the experimental data. Of course, in BSS2 sample, the behavior of ratcheting with combined hardening model is near the experimental results. For the BSS3 sample, the prediction of ratcheting with the chaboche hardening model is better than using the other strain hardening models and are near to the experimental data. Like the carbon steel samples studied in the recent paper, compared to the Armstrong-Frederick hardening model, the chaboche and combined hardening models exhibit an appropriate prediction and similar to experimental results in stainless steel samples.
    Keywords: Stainless Steel Branch, Ratcheting Behavior, Combined Hardening Model, Chaboche Hardening Model, Bending Loading
  • E. Torkan, M. Pirmoradian*, M. Hashemian Pages 2203-2213
    In this paper, the dynamic stability of a moderately thick rectangular plate carrying an orbiting mass and lying on a visco-elastic foundation is studied. Considering all inertial terms of the moving mass and using plate first-order shear deformation theory, the governing equations on the dynamic behavior of the system are derived. The Galerkin’s method on the basis of trigonometric shape functions is applied to change the coupled governing partial differential equations to a system of ordinary differential equations. Due to the alternative motion of the mass along the circular path over the plate’s surface, the governing equations are the equations with the periodic constant. Applying the semi-analytical incremental harmonic balance method, the influences of the relative thickness of the plate, radius of the motion path, and stiffness and damping of the visco-elastic foundation on the instability conditions of the system are investigated. A good agreement can be observed by comparing the predicted results of the incremental harmonic balance method with the numerical solution results. Based on the findings, increasing the radius of the motion path broadens the instability regions. Moreover, increasing the stiffness and damping of the foundation cause the system more stable.
    Keywords: Plate-Orbiting Mass, First-Order Shear Deformation Theory, Dynamic Stability, Parametric Resonance, Incremental Harmonic Balance Method
  • M. Soroush, K. Malekzadehfard, M. Sharavi* Pages 2215-2226
    This paper introduces the initiation and evolution of interlaminar and intralaminar damage in the laminated composite plate under high-velocity impact with the finite element model. Damage in composite layers and delamination between layers are defined based on progressive damage model and cohesive zone modeling. Interlaminar and intralaminar damage initiation are predicted with Hashin criterion and traction-separation law and the damage evolution is predicted with reducing the value of stiffness based on fracture toughness energy that is available in ABAQUS. In this study, needed parameters for the finite element model such as fracture toughness energy are measured experimentally with some tests such as CT and DCB. The finite element model is valid with a velocity comparison of the impactor after impact in experimental impact test with 160J and the numerical simulation. The low percent difference between the experimental and numerical impact results is achieved and thus the needed parameters for simulation is extracted correctly. The present paper introduces a validated, accurate and low-cost finite element model with damage consideration and perforation of impactor for a laminated composite under the high-velocity impact that needed parameters could be measured experimentally.
    Keywords: Finite Element Simulation, Progressive Damage Model, Cohesive Zone Model, Kevlar-Epoxy Composite, High Velocity Impact
  • M. Haghpanahi*, S. Fazeli Veisari Pages 2227-2234
    Soft tissues exhibit viscoelastic behavior, which includes time-dependent creep and stress relaxation, and hysteresis in a loading cycle. Changes in the viscoelastic properties of soft tissues such as spinal ligaments under dynamic loading can cause the damages. In this study viscoelastic behavior of spinal ligaments is investigated by considering two different quasi-linear viscoelastic models under dynamic loading for creep and stress relaxation. After developing equations, the results of formulation were compared with the results of experimental data in the literature and finally, the viscoelastic model that had more accurate behavior to the results of experiments, was choose as the appropriate model of spinal ligament. For this purpose, obtained data by Hingoryani in an experimental study (related to creep and relaxation tests on rabbit medial ligament) were plotted in a log-log graph. According to the graphs, it was found that the strain rate decreased with higher levels of stress and relaxation rate decreased with higher levels of strain. According to the results, present formulation and the obtained constants of the equations had acceptable accordance with the experimental results, and therefore these equations can be used for spinal ligaments with acceptable accuracy.
    Keywords: Viscoelastic, Nonlinear, Ligament, Spine
  • E. Toghroli, S.A.R. Gandjalikhan Nassab* Pages 2235-2245
    This study presents a new numerical analysis of thermal behavior and flow of filling gas in inclined double plane windows by considering radiation effects of fluid, as a gray, absorbing, emitting, and scattering medium. In recent years, the installation of inclined double pane windows from the vertical to horizontal sense, especially in the new architecture, is more used. The main goal is to verify the effect of window's inclination angle on the performance of double pane windows in decreasing the rate of heat transfer via this part of the building. The governing equations include the continuity, momentum, and energy, are discretized by using the finite volume method and they are solved with the SIMPLE algorithm. In order to compute the radiative term in the gas energy equation, the radiative transfer equation is solved numerically by the discrete ordinate method. Results are shown as contours of streamlines, isotherms, and distributions of horizontal and vertical components of velocity in the whole cavity of the window and filling gas in different incline angles. The results illustrated that by increasing in incline angle, the rate of flow vortices is decreased. The flow of gas is rotational and the recirculated flow inside the window breaks down to many smaller vortices at a specified inclination angle so it influences the amount of total heat transfer coefficient of the window.
    Keywords: Inclined Double Pane Window, Natural Convection, Radiation, Discrete Ordinate Method
  • B. Shahriari*, A. Karimian, M.R. Nazari Pages 2247-2254
    The present study is an attempt to analyze the yield threshold in a rotating variable-thickness disk made of functionally graded material (FGM) based on the Tresca yield criterion. The analysis was performed based on the small deformation theory and for the plane stress state. The modulus of elasticity, density and yield stress were assumed to be a power function of the radial coordinate. The Poisson’s ratio due to slight variations in engineering materials is assumed constant, and the equilibrium equation governing the rotating disk was solved analytically. In addition to the type of material, the disk cross section profile can affect the distribution of stress fields. The thickness of the disk cross-section varies in the radial direction by a power function. In the present analysis, various states are considered for onset yield and commencement of plastic flow. For evaluation and validation, the results of the study are compared to similar results related to specific states (homogeneous and functionally graded constant-thickness disk) investigated in previous references. The results show that considering variable thickness for disk section has a significant effect on the stress level and the prediction of onset yield point.
    Keywords: Rotating Variable Thickness Disk, Onset Yield Analysis, Functionally Graded Materials, Tresca Criterion
  • H. Danandeh Oskuei, D. Jalali Vahid * Pages 2255-2262
    This paper examines the design, manufacture, and analysis a Gamma-type Stirling engine using the solar parabolic collector. The calculation base for designing is so that the size of the solar parabolic collector needed to start the engine is not too large. After finishing the design and manufacturing of the parts, the assembled Stirling engine was initially initiated by a 550W electric heater tested in two non-insulated and insulated conditions for different input power. In the non-insulated state, the Stirling engine has a maximum power of about 68.69W with an output of 12.66%; and insulated mode of Stirling engine maximum watts with an output of 15.72% was obtained. Then we constructed a solar parabolic collector based on the power of the heater used. Designing the collector is such that it has the ability to reflect around 550W. Thus, the diameter of the collector is 1m and its depth is 12cm. This solar parabolic collector provides the power needed by the engine to work during the day. The maximum output power of the solar Stirling engine is about 30W.
    Keywords: Renewable Energy, Solar Collector, Stirling Engine
  • A.R. Taherzadeh Fard, M. Javanbakht*, M. Karevan Pages 2263-2271
    In the present study, the effect of graphite nano platelet (GNP) as a filler on the vibrational properties of the epoxy EP411 DSM matrix was studied. For this purpose, GNP-epoxy composites samples were fabricated with 0-5 wt.% of GNPs using the solution mixing method. Free and forced vibrations tests on the cantilever composite specimens were conducted. Based on the free vibration results, the structural damping loss factor η was obtained as a function of the GNP loading. It was found that η   decreases as the GNP wt.% increases and reaches to the lowest value at 0-3 wt.% of GNP content, and  increases as the GNP loading increases and reaches to the value at 3-5 wt.% of GNP. Also, the frequency response function (FRF) around the second vibration mode was obtained for the neat epoxy. The Rayleigh damping coefficients were calculated employing the free and forced vibration results. The results revealed a nonlinear dependence of damping ratio η on the natural frequency of the neat epoxy. A representative volume element (RVE) incorporating 0-5 wt.% of GNPs was generated and the vibrational properties were numerically simulated. The modeling results were compared with those obtained from the experiment to verify whether the basic assumptions had been chosen properly.
    Keywords: Epoxy, Graphite Nano-Platelet, Vibration, Damping, Representative Volume Element (RVE)
  • R. Hasanzadeh, T. Azdast, A. Doniavi*, M.M. Darvishi Pages 2273-2283
    Heat transfer of polymeric foams is consisting of three different mechanisms including heat transfer through a solid phase, gas phase, and thermal radiation. Thermal insulation properties of polymeric foams are affected by different structural properties. Also, these structural properties have a different influence on the different heat transfer’s mechanisms. Therefore, it is necessary to use theoretical models. Several theoretical models have been presented so far, meanwhile, providing theoretical models that can estimate the thermal conductivity using the easiest measurable properties along with sufficient accuracy and reliability can be very helpful. In this regard in the present study, a theoretical model based on cell size and foam density is developed in order to predict the thermal properties of polymeric foams. It was concluded that the error of the developed theoretical model is lower than 8% in comparison to the experimental results. In the following, the effect of most important structural parameters i.e. foam density and cell size on the thermal conductivity is investigated. Based on the results, determining the optimum density is necessary to achieve the lowest thermal conductivity. Also, the gas thermal conduction has the most contribution to the overall thermal conductivity and achieving the nanometer cell sizes can be useful in order to decrease it.
    Keywords: Polymeric Foam, Thermal Insulation, Thermal Conductivity, Theoretical Model
  • S. Fathollahi, M.R. Tavakoli*, F. Hoseinzadeh Pages 2285-2297
    In the present study, a parametric study has been carried out to investigate the influence of ice accretion on the aerodynamic performance of NACA0012 airfoil through numerical simulations using FENSAP-ICE. The results reveal that at zero angle of attack the ice profile created on the leading edge of the airfoil is symmetric. The most dominant feature in the flow-field of an iced airfoil is a recirculation zone that forms due to concavity regions created on both upper and lower surfaces of the airfoil. The numerical simulations show that the appearance of the recirculation zone alters significantly the aerodynamic coefficients. At the angle of attack 12°, lift coefficient decreases by %20.58 and the drag coefficient increases by %15.92 in comparison with the clean airfoil. The effects of temperature and air flow velocity on the ice accretion created on the NACA0012 were investigated for glaze ice and rime ice. The thickness of ice increases with decreasing temperature, and glaze ice with the sharp horn is created at the temperatures ranging from 0°C to -14°C. Making the transition from glaze ice to rime ice occurs at temperatures varied from -14°C to -16°C and at temperatures below -16°C rime ice is created. In order to eliminate the ice accretion, a thermal de-icing system is simulated. By applying a heat power of 30 watts, the melting of 21.41 gr horn ice starts and the created ice on the airfoil surface is completely melted. It should be noted that with the introduction of thermal de-icing system the runback water flow on the airfoil’s surface occurs.
    Keywords: Ice Accretion, Aerodynamic Performance, Rime Ice, Glaze Ice, Thermal De-icing System
  • Mostafa Sayahbadkhor, Ali Mozafari, Alireza Naddaf Oskouei* Pages 2299-2308
    The ring inside the one-way valve has an important role in the reciprocating compressor. In this article, two different materials for rings were considered; stainless steel with the material number 1.5022 and sign 38si6, and carbon-peek composite. These two rings were prepared in valves with identical conditions in design and manufacturing and were used in reciprocating compressors with the same applications. The results of this experiment showed that the life of the valve with a steel ring was 145 days, while the valve with a carbon-peek ring was intact after 210 days. The most important reason for early failure in the steel ring is an inappropriate distribution of forces due to the springs below the ring. Another common cause of failure in these valves is the stresses on walls in the location of springs. Therefore, in this paper, the stresses in the chamber of springs, which are critical points in the design and construction of the valves, are also discussed. By using robust business codes like Abaqus software, the design and analysis stages of the valve are carried out in quasi-static conditions. The stresses and tensions on the chamber of spring and the ring are much stronger in the steel ring than the carbon-peek composite ring. The results obtained from numerical simulations are consistent with experimental observations. In addition, accurate thickness for the ring was determined by use of flow relations.
    Keywords: One-way valves, Reciprocating Compressor, Carbon-Peek Ring, Steel Ring
  • A. Mokhtari, S. Yousefi*, M. Mosayebi Pages 2309-2320
    In the wind tunnels, the balance measurement instrument is used to measure six components of force and moment on an airplane model. The balance of measurement consists of two parts of the balance structure and electronic equipment. In this research, a mechanism with flexible hinges is designed to achieve the desired configuration of the balance structure. In the process of designing the geometric structure of this mechanism, an effective arrangement has been implemented for the six load cell - flexure columns. The advantages of flexible hinges in comparison to conventional hinges are the absence of friction, compactness and its linear behavior. The reaction effects of the components of force and moment on each six load cell - flexure columns created the coupling errors. One of the main sources of this kind of error is related to the structure of the balance mechanism. The reason for this type of error is the inadequacy of the axial flexibility to the lateral flexibility of the columns. The aim of this research is to optimize the design of the flexible mechanism in order to achieve the minimum coupling error of the structure. For this purpose, hinge design considerations and analytical equations of the flexible mechanism have been extracted. The design of the balance mechanism is optimized by creating a structure coupling error matrix. To validate the analytic equations and results, the problem is compared with the finite element analysis. The results indicated that the measurement errors decrease in the measurement of six components of force and moment of balance.
    Keywords: Flexible Hinge, Load Cell, Balance, Force, Moment