فهرست مطالب

  • سال نوزدهم شماره 11 (آبان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/08/10
  • تعداد عناوین: 25
|
  • ابوذر دادگرفرد، مجید رجبی* صفحات 2581-2588
    در این مقاله مدلی ساده، انجام پذیر و پرکاربرد برای شناگر آکوستیکی خود تحریک کروی شکل که قسمتی از سطح آن می تواند در حالت دوقطبی (مد اول ارتعاشی) نوسان کند، توسعه داده شده است. با توجه به اثرات آکوستیک غیرخطی، برآیند نیروی ارتعاشی آکوستیکی که روی جسم اعمال می شود به صورت تحلیلی به دست آمده و غیرصفربودن آن نیز تایید شده است. با درنظرگرفتن اثرات هیدرودینامیکی در شرایط کاری رینولدز پایین، تاثیر زاویه قسمت فعال و فرکانس کاری روی نیرو، سرعت و توان مورد نیاز شناگر مورد بحث قرار گرفته است. نشان داده شده است که سرعت حرکت شناگر توسعه یافته در مقایسه با انواع شناگرهای مصنوعی یا طبیعی راضی کننده است. چالش هایی نظیر پدیده حرکت تصادفی به دلیل وجود نویزهای اتفاقی در محیط میزبان مورد بحث قرار گرفته شده است و نشان داده شده که مدل پیشنهادی می تواند به پدیده شایع حرکت براونی غلبه کند. به دلیل ساده بودن مدل پیشنهادی که منجر به محاسبه تحلیلی ویژگی های شناگر (نظیر نیرو، سرعت و غیره) شده است، این پژوهش می تواند برای توسعه جابه جایی های دقیق بدون تماس اجسام، سیستم های توزیع و حمل دارو، تکنولوژی به دام انداختن حامل های اکتیو و دستگاه های قابل کنترل خود تحریک که در بسیاری از زمینه های مهندسی و پزشکی، حائز اهمیت هستند مورد توجه قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شناگر آکوستیکی، خودتحریک، عدد رینولدز پایین
  • حامد وطن جو، یوسف حجت*، محمدرضا کرفی صفحات 2589-2597
    در این مقاله رفتار دینامیکی عملگر خمشی الاستومر دی الکتریک یا همان سازه مینیمم انرژی دی الکتریک مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر خاصیت ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک بر پاسخ سیستم بررسی می شود. ابتدا با استفاده از روش اویلر-لاگرانژ و با درنظرگرفتن خواص هایپرالاستیسیته و ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک، معادله حرکت عملگر استخراج می شود، سپس با خطی سازی این معادله حول نقطه تعادل، فرکانس طبیعی سیستم استخراج شده و اثر پیش کشش فیلم دی الکتریک و ولتاژ تحریک بر این فرکانس مطالعه می شود. با استفاده از حل عددی معادله حرکت غیرخطی، نشان داده می شود که عملگر علاوه بر رزونانس هارمونیک دارای رزونانس سوپرهارمونیک و ساب هارمونیک نیز هست. با افزایش ضریب میرایی فیلم دی الکتریک، فرکانس های رزونانس افزایش یافته و دامنه ارتعاشات کاهش می یابد. نتایج تحلیلی همچنین نشان دهنده این واقعیت است که با افزایش ضریب میرایی، ارتعاشات رزونانس هارمونیک از مود آشوبناک به شبه متناوب و سپس متناوب تغییر می کند.
    کلیدواژگان: الاستومر دی الکتریک، ویسکوالاستیسیته، عملگر خمشی، مدل سازی دینامیکی
  • رحیم حسن زاده*، میلاد محمدنژاد صفحات 2599-2606

    در این پژوهش، با استفاده از شبیه سازی عددی، به بررسی تاثیر هم پوشانی داخلی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی دوپره ساونیوس پرداخته می شود. روتور درنظرگرفته شده دردو نوع متعارف و باخ است. به این منظور مشخصه های توان توربین بادی در محدوده نسبت سرعت نوک پره از 0/2 تا 1/2 و سرعت باد 3، 5 و 7متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی مشخصه های آشفتگی، مدل SST k-ω مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج به دست آمده با داده های موجود در ادبیات فن اعتبارسنجی شده اند. رفتار لحظه ای جریان و داده های متوسط زمانی برای دو روتور مورد نظر یعنی نوع متعارف و نوع باخ ارائه شده اند. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان می دهد که به ازای کلیه مقادیر سرعت نوک پره و سرعت باد، مقدار بهینه هم پوشانی به ترتیب برای روتورهای نوع متعارف و نوع باخ برابر 0/2 و 0/1 است. از طرفی، حداکثر ضریب توان روتور متعارف و باخ، بدون توجه به مقدار سرعت باد و نسبت هم پوشانی، به ترتیب در نسبت سرعت نوک پره 0/8 و 0/7 حاصل می شود. نهایتا، مشخص شد که به ازای هر مقدار نسبت سرعت نوک پره و نسبت هم پوشانی در هر دونوع روتور، مقدار ضریب توان با افزایش سرعت باد افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: توربین بادی ساونیوس، مدل متعارف و باخ، هم پوشانی داخلی، ضریب گشتاور، ضریب توان
  • مسعود ایرانمنش*، محمدصالح برقی جهرمی صفحات 2607-2614
    یکی از کاربردهای مهم و گسترده انرژی خورشیدی استفاده در خشک کن های خورشیدی برای محصولات کشاورزی برای نگه داری طولانی مدت آنها است. این خشک کن ها با عبور جریان طبیعی یا اجباری همرفت هوای گرم بین محصولات عمل می کنند و وابستگی مستقیمی به شدت تابش دریافتی خورشید توسط کلکتور دارند که این مساله باعث ایجاد اختلال در فرآیند خشک کردن در صورت عدم وجود منبع انرژی حرارتی در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست می شود. به منظور حل این مشکل از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی استفاده می شود. موادی که ظرفیت جذب انرژی گرمایی (مرحله شارژ) را داشته باشند و در صورت نیاز زمان هایی که شدت تابش خورشید کم بوده یا در طول شب انرژی جذب شده را آزاد کنند (مرحله دشارژ) و موجب تامین انرژی گرمایی لازم در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست شده و افزایش مدت زمان استفاده از خشک کن بشوند. در این پژوهش با طراحی و ساخت خشک کن سینی دار خورشیدی غیرمستقیم مجهز به کلکتور لوله خلا (هیت پایپ) و با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی، بررسی های آزمایشگاهی صورت گرفته است. اثر پارامترهای دماهای ورودی و خروجی کلکتور، محفظه خشک کن و محیط، رطوبت داخل محفظه خشک کن و رطوبت محیط، شدت تابش خورشیدی بر فرآیند خشک کردن برای دوحالت، با استفاده از مواد PMC و بدون استفاده از PMC و در سرعت های مختلف جریان جابجایی اجباری بررسی و مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که اثر جریان جابجایی بر سرعت بخشیدن به فرآیند خشک کردن بیش از اثر استفاده از مواد ذخیره کننده بوده است.
    کلیدواژگان: خشک کن خورشیدی، کلکتور لوله گرمایی تحت خلا، مواد تغییر فاز دهنده، ذخیره کننده گرما
  • سیداحمد خلیل پورسیدی، روح الله خرم بخت، علیرضا بوربور، حمیدرضا تقی راد* صفحات 2615-2625
    علیرغم آن که ربات های کابلی در دهه های اخیر توسعه زیادی پیدا کرده اند اما به لحاظ ساده نبودن فرآیند نصب و راه اندازی آنها کاربرد چندانی پیدا نکرده اند. موضوع اصلی این پژوهش ارائه روش کنترلی مناسبی است که امکان استفاده از ربات کابلی معلق را بدون نیاز به دقت زیاد در فرآیند نصب پدید آورد. توجه به حضور نامعینی های سینماتیکی و دینامیکی در این ربات و ارائه کنترل کننده ای مقاوم با توجه به کران نامعینی ها، از جمله اهداف پژوهشی این مقاله به شمار می آید. نوآوری اصلی این مقاله ارائه روش کنترلی جدیدی است که با اعمال آن، بدون استفاده از تجهیزات دقیق و گران اندازه گیری نظیر دوربین، بتوان موقعیت مجری نهایی را به گونه ای مطلوب کنترل کرد. چنین رویکردی، هدف اصلی ساخت ربات آسان یعنی کاهش هزینه ها در ساخت ربات و افزایش سرعت در نصب و کالیبراسیون را محقق می سازد. علیرغم مزایای فراوان استفاده از ساختارهای کنترلی در فضای مفصلی به منظور کنترل ربات های صلب، اغلب در ربات های کابلی به دلیل پدیده شل کابل ها از این ساختارهای کنترلی استفاده نمی شود. در این مقاله سعی شده است با تصحیح الگوریتم های کنترلی در فضای مفصلی و بهره گیری همزمان از حسگرهای نیرو، این الگوریتم ها به منظور استفاده در ربات های کابلی توسعه داده شود. در نهایت، در این مقاله الگوریتم های پیشنهادی روی ربات کابلی معلق ارس مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و نشان داده خواهد شد که پاسخ های در دسترس برای پایداری ربات وجود خواهد داشت.
    کلیدواژگان: ربات کابلی معلق، طراحی آسان نصب، نامعینی ماتریس ژاکوبین، کنترل نیرو، کنترل مقاوم
  • مهرنوش ریاحی پور، علیرضا شفیعی*، سیدامیرمسعود صالحی زاده صفحات 2627-2634

    روش نقطه مادی، روش عددی توانمند برای مدل کردن تغییر شکل های بزرگ و اثر متقابل بین فازهای مختلف ماده است. این روش ترکیبی از مزایای روش های اویلری و لاگرانژی است در حالی که از معایب آنها اجتناب می کند. در این روش جسم با ذراتی که همه خواص فیزیکی از جمله جرم، مومنتوم، تنش و کرنش را داراست، مدل می شود. شبکه مش پس زمینه برای حل معادلات مومنتوم به کار گرفته می شود. در مرحله اول اطلاعات از ذرات به گره ها نگاشته می شود. در مرحله دوم معادلات مومنتوم برای گره ها حل می شود سپس گره های به روزشده به ذرات برای به روزکردن موقعیت و سرعت آنها نگاشته می شود. در مرحله سوم، شبکه دور ریخته شده و شبکه جدید ایجاد می شود. در شبیه سازی عددی جریان های دانه ای، تغییر شکل های بزرگ و اندر کنش های بین مرزهای جریان دانه ای و بناها منجر به پیچیدگی در رفتارهای ساختاری ماده و در نتیجه پیچیده شدن شبیه سازی ها می شود. از بین تکنیک های عددی مختلف، روش نقطه مادی روشی مناسب برای شبیه سازی اینگونه مسائل است. در این تحقیق فروریزش ستون استوانه ای از مواد دانه ای روی دیواره صلب در دو بعد با روش نقطه مادی شبیه سازی شده و پروفیل سطح و جابجایی جبهه پیشروی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتیجه ها دیده می شود. نتایج نشان می دهد که نسبت ستون اولیه نقش مهمی در گسترش توده دانه ای ایفا می کند.

    کلیدواژگان: روش های ذره ای، روش نقطه مادی، مواد دانه ای، فروریزش
  • حسین عبدی، محمدجواد شاکرآرانی، حسن سالاریه*، محمدمهدی کاکایی صفحات 2635-2644

    در این مقاله، طراحی یک الگوریتم کنترلری دینامیک مبنا برای تولید فرآیند گام برداری پایدار در یک ربات 4پای 6لینکی ارائه شده است. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه کنترل و حرکت ربات های 4پا انجام گرفته است ولی اکثر کارهای انجام شده بر مبنای مدل سازی دقیق ربات و محیط آن صورت گرفته است. چنین روش هایی به علت تطبیقی نبودنشان توانایی خود را با تغییر محیط از دست می دهند. این در حالی است که ویژگی اصلی حرکت مهره داران، تطبیقی بودن حرکات آنها است. لذا استخراج یک الگوریتم کنترلی که صرفا بر مبنای دینامیک ربات باشد حائز اهمیت است. الگوریتم های کنترلی که بتوانند تضمین پایداری کنند به 2 نوع کلی دینامیک مبنا و تراژکتوری مبنا تقسیم می شوند. در این بین الگوریتم های تراژکتوری مبنا نیاز به داشتن اطلاعات دقیقی از گیت دارند که لزوما در دسترس نیست. اما الگوریتم های دینامیک مبنا از یک سری قیود حرکتی برای رسیدن به یک کنترلر پایدارساز استفاده می کنند که این قیود خود گیت حرکتی مناسب را ایجاد می نمایند. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم کنترلی دینامیک مبنا، یک کنترلر برای پایدارسازی و تولید گیت ترات و پیس در یک مسیر مستقیم و مسطح برای حرکت یک ربات 4پا ارائه شده است. با توجه به اینکه ربات 4پای مورد نظر دارای 4 درجه آزادی است لذا از 3 قید هندسی برای تامین حرکت ریتمیک استفاده شده است. در این مقاله پایداری فرآیند گام برداری ربات 4پا، با استفاده از نگاشت بازگشتی پوانکاره اثبات شده است.

    کلیدواژگان: ربات چهارپا، الگوریتم کنترلی دینامیک مبنا، گیت ترات، گیت پیس، مدل سازی دینامیکی به روش لاگرانژ
  • حسن کشاورزیان، مجید جباری*، مهرداد سهیلی صفحات 2645-2651
    پدیده سایش در خطوط لوله و تجهیزات انتقال سیال به همراه ناخالصی ها در بخش های نفت و گاز و دیگر فرآیندهای صنعتی از مهم ترین مشکلاتی است که صنایع نفت، گاز و پتروشیمی با آنها روبه رو هستند. تعمیر و اصلاح این تجهیزات هزینه زیادی را به خود اختصاص داده و به عنوان یکی از آسیب ها و چالش های مهم در صنایع مطرح اس
     سایش در اثر ضربه ذرات جامد همراه با گاز و مایع یا در اثر برخورد قطرات مایع به دیواره داخلی مجرای عبوری سیال ایجاد می شود. در این پژوهش عوامل تاثیرگذار بر نرخ سرعت سایش پره همانند سرعت دوران پروانه کمپرسور، اندازه ذرات داخل گاز متان، غلظت ذرات در ترکیب ها مورد بررسی قرار گرفته است. برای به دست آوردن و تحلیل میزان و نرخ سایش پره ها، قطعاتی از جنس پروانه کمپرسور تخریب شده تهیه و به عنوان نمونه مطابق با شرایط عملیاتی و بهره برداری و انتقال گاز استفاده شده است. طی مراحل مختلف آزمایش، میزان نرخ سایش با شرایط متفاوت در محلول و ترکیبات ذرات جامد اندازه گیری شده استبر طبق نتایج حاصله سرعت بالای گردش کمپرسورهای گریز از مرکز پارامتری مهم در افزایش راندمان است که برایی حصول این پارامتر باید خواص مکانیکی و متالورژیکی کمپرسورها دارای کیفیت مناسبی باشند. همچنین با اقزایش غلظت ذرات، سایش با توجه به رابطه سهمی شکل افزایش می یابد. نتایج به دست آمده با استانداردهای موجود و تئوری های ارائه شده مورد تحلیل و بررسی قرار داده شده و راهکارهایی برای کاهش تخریب در اثر سایش پره کمپرسورهای گریز از مرکز ارائه شده است.
    کلیدواژگان: نرخ سایش، پروانه کمپرسور، غلظت ذرات، اندازه ذرات
  • مرتضی خیاط*، مائده محبی صفحات 2653-2666
    هدف از این تحقیق، بررسی تجربی اثر نشست نانوذرات روی سطح جوشش در حضور میکروکانال های تغذیه کننده، بر مشخصه های انتقال حرارت جوشش استخری می باشد. در این مطالعه تجربی، از سطوح جوشش مسی شامل سطح دایروی صیقلی و میکروکانال های مستطیلی و ذوزنقه ای استفاده شده است. میکروکانال ها شامل کانال های فرعی تغذیه کننده عمود بر کانال اصلی می باشند که باعث افزایش سطح جوشش و تفکیک مسیر سیال سرد پایین رونده و حباب های داغ بالارونده می شوند. آزمایشات جوشش هسته ای روی سطوح میکروکانال شده، در حضور نانو سیال هیبریدی شامل 70درصد اکسید تیتانیوم و 30درصد نانولوله کربنی چند جداره اصلاح شده با پایه OH و در غلظت های حجمی 0/1 و 0/5درصد، با سیال پایه آب یون زدایی شده انجام گرفته اند. نتایج آزمایشات جوشش نانو سیالات روی هر دو سطح میکروکانال شده نشان می دهند با افزایش غلظت، شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت بهبود یافته و بیشترین افزایش در شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت، مربوط به نانوسیال هیبریدی با غلظت حجمی 0/5درصد روی سطح با میکروکانال های ذوزنقه ای به ترتیب به میزان 64/64 و 344/76درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می باشد. همچنین در جوشش آب خالص بر سطوح نشست یافته توسط نانوذرات، بیشترین افزایش شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت به ترتیب مربوط به سطح با میکرو کانال های ذوزنقه ای نشست یافته 0/1 و 0/5درصد حجمی، به مقدار 120/16 و 149/4درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می باشد.
    کلیدواژگان: جوشش استخری، نانوسیالات هیبریدی، میکروکانال، نشست نانوذرات، شار حرارتی بحرانی
  • محمد حسن شجاعی فرد، آزاده ساجدین، ابوالفضل خلخالی* صفحات 2667-2677
    ضخامت پره های توربین توربوشارژر به دلیل بلاکیج و افت های انتهایی پره محدود می شود و از طرفی به دلیل بارهای آیرودینامیکی در معرض آسیب است. طراحی مناسب پره نیازمند شناخت تمامی بارهای وارده بر پره است. بنابراین نیروی وارده از طرف سیال به پره باید محاسبه شود. اگرچه که ضخیم کردن پره منجر به مقاومت بیشتر در مقابل شکست و ترک می شود ولیکن این امر تاثیر زیادی بر راندمان و اغتشاشات جریان و بارگذاری آن می شود. بنابراین بهترین راه انتخاب ضخامت بهینه مطالعه ایرواستاتیکی و آیرودینامیکی پره در ضخامت های گوناگون برای نقاط مختلف آن است. این مقاله نتایج چگونگی و علت تغییرات راندمان به دلیل تغییر ضخامت لبه ورودی و خروجی، نوک و پایه پره، ضخامت ماکزیمم و محل آن و شکل لبه انتهایی را در یک توربین جریان مخلوط توربوشارژر با ورودی دو گانه شرح می دهد. وجود حلزونی دوگانه منجر به هم پوشانی کمتر پالس های شارژ ورودی به توربوشارژر و نهایتا استفاده بهینه از انرژی جنبشی گازهای خروجی از موتور می شود. در این نوع توربوشارژر علاوه بر اینکه جریان ورودی به هر 180درجه روتور متفاوت است، توزیع جریان هر گذرگاه نیز با دیگری متفاوت است بنابراین برای مطالعه جریان نیاز به مدل سازی کل توربین است. آنالیز بر همکنش سیال و جامد روی پره توربین توسط مدل سازی جریان با CFD و مدل سازی پره توسط FEA و سپس کوپلینگ نتایج در نرم افزار CFX ANSYS انجام شده است. صحه گذاری توربین مبنا براساس نتایج آزمایشگاهی توربوشارژر امتحان شده در دانشگاه امپریال کالج انجام گرفته است.
    کلیدواژگان: توربین جریان مختلط، توربوشارژر ورودی دوگانه، توزیع ضخامت، برهم کنش سیال و سازه
  • طاهره ایزدی*، مظفرعلی مهرابیان، امید ابوعلی صفحات 2679-2687
    سیستم مترو به عنوان سیستم حمل و نقل عمومی امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع سیستم یکی از پرمصرف رین سهم مصرف انرژی در آن به جز مصارف جابجایی مسافران، مربوط به سیستم تهویه تونل و ایستگاه است. در این پژوهش، حرکت قطار درون چهار ایستگاه و تونل های بینابین از سیستم قطار شهری زیرزمینی مدل سازی شده است. مدل تونل و ایستگاه ها با درنظرگرفتن مواردی مثل سالن بلیت، راه پله ها، سکوی تردد مسافران و سیستم تهویه شبیه سازی شده است. ابتدا صحت حل عددی با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی منتشرشده در پژوهش های قبلی بررسی شده، سپس میدان جریان ناشی از حرکت قطار در تونل و ایستگاه ها در حالت های فن روشن و فن خاموش محاسبه و مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که حرکت قطار بر میدان جریان در اطراف بازشدگی فن ها و نیز دریچه های تهویه سقف سکو تاثیر گذار بوده وعملکرد سیستم تعویض هوای طراحی شده را به شدت تغییر می دهد. علاوه بر این میدان جریان در کل تونل و ایستگاه ها به طور کامل متاثر از حرکت قطار و اثر پیستونی ناشی از آن است. حرکت قطار سبب می شود که مقدار دبی تبادل شده از درب های ورودی ایستگاه و نیز دبی تبادل شده بین هر ایستگاه و تونل اصلی تقریبا به ده برابر حالت پایا برسد. همچنین جریان هوایی که از حرکت قطار نشات می-گیرد چندین برابر جریان هوایی است که از عملکرد سیستم تعویض هوا به وجود می آید. بنابراین استفاده بهینه از اثر پیستونی می تواند تاثیر بسزایی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد.
    کلیدواژگان: سیستم قطار شهری زیر زمینی، سیستم تعویض هوا، مقایسه فن روشن و خاموش، اثر پیستونی، مدل سازی عددی
  • علی اصغر خارستانی، سید علی موسوی، محمود کفاش میرزا رحیمی، سعید محجوب مقدس* صفحات 2689-2696
    تیرها از هندسه های اساسی در مهندسی هستند و بسیاری از مسائل مهندسی به صورت تیر ساده سازی می شود. در این مقاله تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی تیر تیموشینکو ساخته شده از لایه های گرافیت اپوکسی به همراه دو لایه پیزوالکتریک در دو طرف آن پرداخته شده است. استخراج معادلات حرکت بر پایه تئوری مرتبه اول برشی تیرها و استفاده از اصل همیلتون انجام شده است. معادلات حرکت که به صورت مشتق های جزئی به دست می آیند، ابتدا به معادلات معمولی کوپل مرتبه اول تبدیل و سپس به روش رانگ کوتای مرتبه چهارم حل شده اند. در نهایت تاثیر پارامترهای پیزوالکتریک در پاسخ ارتعاشاتی و دینامیکی تیر بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش طول تیر فرکانس طبیعی آن کاهش پیدا می کند. در میان پارامترهای پیزو الکتریک پارامتر C11 تاثیر کمتری نسبت به ضریب موثر عرضی e31 در پاسخ فرکانسی دارد. هرچه نسبت طول به ضخامت تیر کمتر باشد تاثیر C11 روی فرکانس طبیعی بیشتر خواهد بود. تاثیر سایر پارامترهای پیزو الکتریک نیز نسبت به این دو پارامتر در پاسخ فرکانسی ناچیز ارزیابی شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، تیر تیموشنکو، پیزو الکتریک، رانگ کوتا
  • محمد حسین شفیعی*، امیر آزادیان صفحات 2697-2704
    در این مقاله با استفاده از روش مد لغزشی انتگرالی نهایی (ITSMC) یک کنترل کننده پیش بین برای بهبود عملکرد حلقه بسته سیستم های غیرخطی گسسته- زمان مستوی (affine) ارائه می شود. در روش مد لغزشی انتگرالی نهایی با وجود مزیت های آن نوسانات نامطلوب موجب کاهش کارآیی و افزایش تلفات سیگنال کنترلی می شود. در این مقاله با استفاده از روش کنترل کننده پیش بین نوسانات در سیستم حلقه بسته به طور چشمگیری کاهش می یابد. در حقیقت در روش پیشنهادی برای طراحی مد لغزشی از دو ویژگی انتگرالی و نهایی بودن برای کاهش خطا نسبت به سطح لغزش (در فاز دستیابی) و تسریع در روند میل کردن به مبدا (در فاز لغزش) استفاده می شود. از دیگر مزیت های روش پیشنهادی امکان مواجهه با اثرات زیان بار اغتشاش خارجی و عدم قطعیت هاست. دراین مقاله نشان داده می شود که این اثرات زیان بار با استفاده از روش پیش بین در مقایسه با استفاده از تابع اشباع در قانون کنترلی روش مد لغزشی، کاهش بیشتری خواهد داشت. در بخش شبیه سازی عملکرد روش پیشنهادی در بهبود کیفیت پاسخ سیستم در مقابله با عوامل خارجی و نامعینی ها با استفاده از مثال های ریاضی و کاربردی نشان داده می شود.
    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مدل، کنترل مد لغزشی انتگرالی نهایی، سیستم غیرخطی گسسته- زمان
  • مهدی سعادت فر* صفحات 2705-2716
    در این مقاله به ارائه یک حل تحلیلی برای بررسی رفتار خزشی وابسته به زمان استوانه جدار ضخیم چرخان از مواد مگنتوالکتروالاستیک پرداخته شده است. ابتدا معادله دیفرانسیلی شامل کرنش های خزشی با استفاده از روابط تنش- کرنش، کرنش- جابجایی، معادله تعادل و حل معادله حرارت در حالت کرنش صفحه ای به دست می آید. در گام نخست با حذف کرنش های خزشی، یک حل تحلیلی برای معادله دیفرانسیل مذکور به صورت تحلیلی به دست می آید که در واقع پاسخ زمان صفر (ابتدایی) است. سپس با اضافه کردن کرنش های خزشی و با فرض ثابت بودن شرایط حرارتی، نرخ تنش های خزشی و میدان های الکتریکی و مغناطیسی با حل یک معادله دیفرانسیل به دست می آیند. در نهایت می توان تنش های شعاعی و محیطی، جابجایی شعاعی و میدان های الکتریکی و مغناطیسی را با استفاده از یک روش تکرارشونده برای هر زمان دلخواه محاسبه کرد. در پایان تاثیر گذشت زمان بر رفتار سازه و پارامترهای موثر همچون شرایط مرزی حرارتی، سرعت چرخش و شرایط مرزی الکترومغناطیسی در مثال های عددی به تفصیل بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: استوانه چرخان، مگنتوالکتروالاستیک، تحلیل ترموالاستیک، خزش وابسته به دما
  • مهشید مهبد، مسعود عسگری* صفحات 2717-2727

    مواد بیولوژیک متخلخل دسته جدیدی از مواد هستند که با توجه به خواص مکانیکی ویژه نظیر سختی و چگالی قابل تعریف و نیز فراهم نمودن امکان رشد استخوان، برای کاربردهای مختلف پروتزهای بیولوژیک از جمله جایگزینی استخوان در نظر گرفته می شوند. از طرفی پیشرفت های اخیر در زمینه ساخت با استفاده از پرینتر 3بعدی، امکان ساخت این مواد را با ریزساختارهای تعریف شده و کارآمد فراهم آورده است. در پژوهش پیش رو یک ماده متخلخل تابعی با تخلخل متغیر در لایه های مختلف مبتنی بر یک سلول واحد ارتوتروپیک جدید توسعه یافته و معرفی شده است. خواص مکانیکی این سازه ارتوتروپیک شامل مدول الاستیسیته و تنش تسلیم در جهات مختلف با توسعه روابط تحلیلی حاکم به شیوه تئوری محاسبه شده است. همچنین برای صحه گذاری نتایج تحلیل تئوری، مدل سازی عددی سازه در نرم افزار اجزاء محدود صورت گرفته است. نتایج تطابق مناسبی را بین روش تئوری و مدل سازی عددی نشان داده است. در ادامه با درنظرگرفتن سه سازه با میزان تخلخل های مختلف، خواص مکانیکی در هریک از لایه ها و نیز خواص کل سازه محاسبه شده است. خواص سازه های معرفی شده با خواص مکانیکی بافت استخوان تطابق خوبی را نشان داده است. در پایان تاثیر تغییرات مشخصه های مختلف سلول واحد ماده بر خواص مکانیکی کل سازه بررسی شده است و مشاهده شد که این تغییرات تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی کل سازه داشته و با تعیین مناسب مشخصه های هندسی می توان به کارآیی مناسب و توزیع مناسب خواص ماده برای کاربردهای مورد نظر دست یافت.

    کلیدواژگان: مواد بیولوژیک متخلخل، مواد تابعی، خواص مکانیکی، حل تئوری، مدلسازی عددی
  • فرید صاحب سرا، افشین تقوایی پور*، حامد غفاری راد صفحات 2729-2735

    اوریگامی که هنر تاکردن کاغذ و همچنین فرهنگ ژاپن می باشد، به صورت گسترده در زمینه های مهندسی مورد بهره برداری قرار گرفته است. ویژگی منحصر به فرد اوریگامی از جمله ضریب پواسون منفی، وزن سبک، قابلیت گسترش یافتن و غیره، به منظور طراحی سازه های قابل گسترش، جان پناه ها، انتقال دارو و ربات ها نظر محققین را به خود جلب نموده است. در این پژوهش، رباتی پیوسته با شش ماژول از مکانیزم موازی اوریگامی، که به عنوان اسکلت و یک فنر در هر ماژول، به عنوان ستون فقرات مورد مطالعه قرار گرفت و سینماتیک انحنا ثابت به منظور ساده سازی و تقریب مدل سینماتیکی ربات پیاده سازی شد. بدین ترتیب ابتدا معادلات سینماتیک برای یک ماژول بدست آمدند و سپس مدل سینماتیکی کل ربات به صورت سری از ماژول های ذکر شده استخراج خواهد شد. به علاوه، ربات پیوسته ی مورد نظر به وسیله یک مکانیزم معادل مدل سازی شده است و مقایسه ای میان دو روش مذکور، برای بدست آوردن فضای کاری صورت پذیرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل سازی مکانیزم معادل از نظر حجم محاسبات نسبت به روش انحنا ثابت ارجحیت داشت و فضای کاری بدست آمده از هر دو روش یکسان بود. ماتریس ژاکوبین، از روش های تقریب انحنا ثابت برای تحلیل تکینگی در شرایط خاص بدست آمده است و تحلیل آن بیانگر بروز تکینگی در مکان هندسی نقاطی از فضا بود که شعاع انحنا با طول قوس یکسان شده و تقارن ایجاد می کرد، و حالت دیگر، ربات بدون انحنا باشد.

    کلیدواژگان: ربات پیوسته، مدلسازی سینماتیکی، المان منحنی- ثابت، اوریگامی، ربات اوریگامی
  • سبحان جهان دیده، حسن حسن زاده*، سید احسان شکیب صفحات 2737-2749
    در این تحقیق یک سیستم هیبریدی پیل سوختی- توربین گاز با هدف کوپل شدن با یک سیستم های آب شیرین کن انتخاب، طراحی و شبیه سازی شده است. این سیستم از منظر قانون اول و دوم ترمودینامیک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. همچنین یک تحلیل پارامتری به منظور تعیین عملکرد بهینه سیستم صورت گرفته است. پارامترهای مورد بررسی شامل ضریب مصرف سوخت، نسبت فشار کمپرسور، درصد پیش اصلاح و نسبت بخار به کربن هستند. نتایج نشان می دهند که برای پارامترهای طراحی در نظر گرفته شده توان خالص تولیدی 1215kW، راندمان کلی 81/65% و راندمان اگزرژی 60/7% هستند. همچنین با تحلیل نرخ تخریب اگزرژی مشخص شد که توده پیل سوختی، محفظه احتراق و اصلاح کننده مقدماتی سوخت بیشترین سهم را در تخریب اگزرژی بر عهده دارند. نتایج تحلیل پارامتری نشان می دهند که افزایش فشار، درصد پیش اصلاح و ضریب مصرف سوخت تا حد معینی بر عملکرد سیستم اثر مثبت دارند و محدوده مناسب ضریب مصرف سوخت بین 0/8تا 0/85 است. از سوی دیگر با بررسی اثر فشار و دما روی سیستم مشخص می شود که دمای پیل سوختی نمی تواند ثابت باشد. همچنین نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت بخار به کربن راندمان سیستم کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سیستم هیبریدی، تحلیل انرژی، اگزرژی
  • علی محمد رشیدی*، حیدر رمضانی صفحات 2751-2759

    در این تحقیق برای دستیابی به چدن گرافیت کروی دوفازی فریتی- مارتنزیتی با قابلیت ماشین کاری بهینه، اثر زمان آستنیته کردن جزئی بر این ویژگی بررسی شده است. ابتدا چدن نشکن فریتی غیرآلیاژی با ریخته گری تهیه شد. سپس ساختار زمینه با حرارت دهی در دمای oC900 به مدت 5 تا 25دقیقه و کوئنچ در آب، به ساختار دوفازی فریتی- مارتنزیتی تبدیل شد. سختی نمونه ها با روش سختی سنجی برینل تعیین شد. قابلیت ماشین کاری نمونه های ریختگی با زمینه فریتی و نمونه های با ساختار دوگانه با اندازه گیری زبری سطح و نیروی برش مماسی بررسی شد. مطابق نتایج به دست آمده وابستگی درصد حجمی مارتنزیت به زمان آستنیته کردن مطابق مدل جانسون- مل- اورامی بود. با افزایش زمان آستنیته جزئی تا 12دقیقه و به تبع آن سختی تا  BHN 168، زبری سطح افزایش و نیروی برش مماسی کاهش یافت. زبری سطح نمونه دوفازی به دست آمده با آستنیته به مدت  12دقیقه (حاوی حدود 30% فاز مارتنزیت)، مشابه نمونه فریتی بود اما نیروی برش مماسی آن 16% تا 20% و توان برش ویژه نیز 15% تا 23% کمتر بود. وابستگی نیروی برش مماسی به نرخ پیشروی به صورت یک رابطه توانی با توان 0/77 و 0/73به ترتیب برای نمونه دوفازی فریتی- مارتنزیتی و نمونه ریختگی فریتی تعیین شد.

    کلیدواژگان: چدن نشکن دوفازی، نیروی برش مماسی، زبری سطح، قابلیت ماشین کاری، معادله جانسون- اورامی
  • مهدی مقدسیان، جعفر روشنی یان* صفحات 2761-2769
    در این پژوهش، روشی نوآورانه برای محاسبه متغیرهای حساسیت مرتبه بالا و طراحی فرامین هدایت بر مبنای آن، به منظور فرود بهینه یک پرنده بدون سرنشین ارائه شده است. این روش که اصطلاحا بسط مرتبه بالای برداری نامیده می شود، بر اساس توسعه روش بسط مرتبه بالا و پیاده سازی آن بر اساس محاسبات ماتریس-مبنا شکل گرفته است. با ترکیب بسط مرتبه بالای برداری با تئوری کنترل بهینه، در این تحقیق روشی برای طراحی و استخراج فرامین شتاب به منظور مانور فرود ارائه شده است. با بهره مندی از روش پیشنهادی، متغیرهای حساسیت برای مسئله مورد نظر تا مرتبه 6ام استخراج شده و سپس با اندازه گیری میزان انحراف متغیرهای حالت از مقدار اولیه، فرمان شتاب و مسیر مرجع در شبیه سازی ها به روز می گردند. به منظور ارزیابی عملکرد، 3 سناریوی متفاوت با اغتشاشات اولیه متنوع در نظر گرفته شده و نتایج شبیه سازی قانون هدایت پیشنهادی به طور کامل ارائه شده است.
    کلیدواژگان: بسط مرتبه بالا، کنترل بهینه، مانور بهینه، پرنده بدون سرنشین
  • سام میرزاخانی، مهدی جوانبخت* صفحات 2771-2780
    در این مقاله، روش المان محدود غیرخطی برای حل معادلات میدان فاز یا گینزبرگ- لاندا برای استحاله های مارتنزیتی در ابعاد نانو به کار گرفته شده است. در تئوری میدان فاز برای تعریف نوع فاز ماده از یک پارامتر مشخصه استفاده می شود و معادلات گینزبرگ- لاندا در واقع رابطه خطی بین نرخ تغییرات پارامتر مشخصه و مشتق وردشی انرژی آزاد سیستم نسبت به پارامتر مشخصه یا همان نیروهای ترمودینامیکی مربوطه هستند. با توجه به اینکه انرژی آزاد شامل ترم هایی غیرخطی از پارامتر مشخصه است، نیروهای ترمودینامیکی توابعی غیرخطی از پارامتر مشخصه هستند. در نتیجه، معادلات گینزبرگ- لاندا با استفاده از  روش المان محدود غیرخطی و کد تولید شده حل می شوند. استحاله مورد بررسی، تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت در آلیاژ NiAl است که در اینجا بدون لحاظ کردن اثرات مکانیک و تنها تحت اعمال تغییر دما صورت می گیرد. لذا استحاله از نوع دما القایی بوده و با استفاده از تنها یک پارامتر مشخصه تعریف می شود. به منظور صحت سنجی کارعددی، منحنی پارامتر مشخصه برای صفحه فازی مشترک آستنیت- مارتنزیت، ضخامت، انرژی و سرعت انتشار آن محاسبه و با کارهای پیشین مقایسه شده اند که نتایج نشان از تطابق بسیار خوب کارحاضر با کارهای پیشین دارد. هم چنین مسائل فیزیکی متنوعی نظیر انتشار صفحه مشترک فازی، جوانه زنی مارتنزیت و رشد ساختارهای مارتنزیتی تحت برودت و استحاله معکوس تحت حرارت ارائه شده اند. نتایج این تحقیق، گام مهمی در حل مسائل میدان فازی با در نظر گرفتن اثرات مکانیک و شرایط پیچیده اولیه و مرزی موجود در ابعاد نانو است.
    کلیدواژگان: میدان فاز، استحاله های فازی، المان محدود غیرخطی، ابعاد نانو
  • سیدعلی حسینی مرادی، بهزاد بینش*، محمدرضا یزدان پناه صفحات 2781-2791

    در این تحقیق فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود به عنوان یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید برای ایجاد ساختار فوق ریزدانه در ورق فولاد عاری از عناصر بین نشین مورد مطالعه قرار گرفت. فرآیند مذکور به طور موفقیت آمیز به تعداد حداکثر چهار پاس روی نمونه ها اعمال شد و تاثیر تعداد پاس ها روی خواص مکانیکی و ریزساختار ورق ها مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نمونه های تغییر شکل یافته بیانگر این واقعیت هستند که پرسکاری شیاری نیمه محدود به طور موثری می تواند اندازه دانه ها/کریستالیت ها را کاهش دهد به نحوی که از حدود 41میکرومتر در حالت آنیل به 232نانومتر بعد از چهار پاس پرسکاری می رسد. همچنین نتایج به دست آمده نشان دادند که با اعمال فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود، استحکام و سختی نمونه ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بیشترین مقادیر استحکام تسلیم و کششی در نمونه دو پاس پرسکاری شیاری نیمه محدود مشاهده شد که به ترتیب در حدود 90% و 75% افزایش در مقایسه با نمونه اولیه را نشان می دهند. حداکثر مقدار سختی 165ویکرز برای نمونه سه پاس پرسکاری شیاری نیمه محدود شده به دست آمد که در حدود 68% افزایش نسبت به نمونه آنیل شده را نشان می دهد. با توجه به نتایج سختی سنجی، با افزایش تعداد پاس های فرآیند میزان یکنواختی تغییر شکل افزایش پیدا کرد. روش المان محدود به منظور شبیه سازی فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود استفاده شد و توزیع کرنش برای نمونه های تغییر شکل به دست آمد. نتایج شبیه سازی المان محدود مطابقت نسبتا خوبی با نتایج محاسبات تحلیلی نشان داد.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، مواد فوق ریزدانه، پرسکاری شیاری نیمه محدود، خواص مکانیکی، ریزساختار
  • محمد مهدی نبوی، سعید خردمند* صفحات 2793-2801
    پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی، عملکرد حرارتی گرماگیر دیود لیزر در حالت های مختلف پیکربندی ساختمان آن، مورد بررسی قرار گرفت. از حل عددی سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت با در نظر گرفتن جابجایی آزاد استفاده شده است.  ابتدا به منظور صحت سنجی، نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شد که مطابقت خوبی داشت. سپس با توجه به الگوی جریان دودکشی، 8 هندسه در دو ارتفاع پره طراحی شده و هر کدام در سه شار حرارتی 200، 400 و 600وات بر متر مربع مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، یافتن حالتی است که متوسط دمای گرماگیر کمینه شود. نتایج نشان دادند که با ایجاد برش در پره تا 40% ضریب انتقال حرارت متوسط در گرماگیر افزایش می یابد. همچنین، در پره هایی با ارتفاع 21/3میلی متر، پره با دو برش متقارن یکسان و در پره هایی با ارتفاع 32/6میلی متر که حجم پره ثابت است و قسمت های برش خورده پره به دندانه های آن افزوده شده است، برای شارهای حرارتی کمتر از 400وات بر متر مربع، پره متقارن با دو برش مشابه در قسمت میانی و حجمی معادل حجم پره اولیه، بهترین عملکرد را داشت و برای شارهای حرارتی بیشتر از 400وات بر متر مربع، دمای متوسط پره متقارن با یک برش در وسط و حجمی معادل حجم پره اولیه، کمینه شد. ضریب انتقال حرارت متوسط پره، عدد ناسلت متوسط، مقاومت حرارتی پره، دمای متوسط پره، خطوط جریان  و خطوط همدما در صفحه پره برای هر حالت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی آزاد، گرماگیر شعاعی، بهینه سازی، شبیه سازی عددی سه بعدی
  • یوسف حجت*، بهزاد قوامی نمین صفحات 2803-2810
    هدف از پژوهش حاضر، طراحی و ساخت عملگری است که با استفاده از نیروهای عکس العمل میان سیم پیچ های حامل جریان در استاتور و چیدمانی از آهن ربای دائمی (چیدمان هالباخ) متصل به متحرک، جابه جایی یک پایه متحرک و موقعیت دهی اجسام انجام گیرد. به این ترتیب با توجه به موقعیت اولیه و موقعیت مطلوب توزیع جریان در سیم پیچ های استاتور به گونه ای تغییر می کند تا نیروی لازم برای انتقال متحرک به موقعیت مطلوب فراهم شود. در این پژوهش از ترکیب موتورهای سنکرون خطی با آهن رباهای دائمی برای ایجاد حرکت در دو بعد استفاده می شود. استاتور شامل دو دسته سیم پیچ مستطیلی است که به صورت عمود برهم نصب شده اند. متحرک شامل چهار چیدمان آهن ربا هالباخ تخت است. دو چیدمان برای ایجاد حرکت در راستای x و دو چیدمان دیگر به منظور ایجاد حرکت در راستای y مورد استفاده قرار می گیرد. ابتدا رابطه بین نیرو و کاموتاسیون جریان به شکل تحلیلی ارائه شد، سپس پارامتر های طراحی از قبیل ابعاد متحرک و فضای کاری انتخاب شده و متناسب با آنها، ابعاد آهن رباهای مورد نیاز برای ساخت چیدمان تعیین شد و با توجه به ابعاد چیدمان، ابعاد و تعداد دور سیم پیچ ها نیز مشخص شد. با استفاده از پارامتر های طراحی به روابط کاموتاسیون، شبیه سازی حرکت صفحه ای عملگر انجام گرفت. نتایج به دست آمده مطابقت زیادی با روابط تحلیلی داشت. آزمایش های تجربی برای بررسی قابلیت موقعیت دهی و حرکت دو بعدی متحرک انجام گرفت. دقت عملگر ساخته شده 5میلی متر و حداقل زمان پاسخ برای عملگر 5/0ثانیه است. کمترین مقدار خطا در موقعیت 25میلی متری اتفاق می افتد. علت آن می تواند در نزدیک بودن این موقعیت به دوره ی تناوب مغناطیسی موتور باشد.
    کلیدواژگان: موقعیت دهی، تحلیل اجزای محدود مغناطیسی، موتور سنکرون خطی، چیدمان هالباخ
  • حنانه منافی فرید، مهدی فکور* صفحات 2811-2822
    در این مقاله تئوری جدیدی برای بررسی رفتار شکست مواد کامپوزیتی ترک دار ارائه شده است. طبق تئوری حاکم ترک داخل ماتریس ایزوتروپ ایجاد شده و رشد می کند. بنابراین بر خلاف تئوری های حاکم بر شکست این مواد که بستر رشد ترک را در ماده ی همگن غیرایزوتروپ فرض می کرد در این تئوری بستر رشد ترک ماده ایزوتروپ در نظر گرفته شده که در اثر قرار گرفتن در ساختار ماده کامپوزیتی تحت تاثیر الیاف رفتار آن تغییر کرده است. در این دیدگاه، الیاف در ساختار یک ماده ارتوتروپ به عنوان تقویت کننده های بستر ایزوتروپ ماتریس در نظر گرفته می شوند که اثرات آنها به صورت ضرایبی در میدان تنش ایزوتروپ تعریف می شوند. این ضرایب که ضرایب استحکام بخش نامیده شده اند به سه روش مختلف برای ترکی که در هر راستای دلخواهی نسبت به الیاف در یک صفحه قرار گرفته اند مطالعه و بررسی شده اند. کمی سازی اثرات استحکام بخشی الیاف با تعریف ضرایب استحکام بخش در مودهای کششی در راستای الیاف و عمود بر آن و مود برشی صورت می پذیرد. ضرایب استحکام بخش حاصل از سه روش مطالعه شده به خواص الاستیک ماده، مسیر رشد ترک و نیز زاویه ای که ترک دلخواه با الیاف می سازد بستگی دارند. با این وجود در یکی از روش های ارائه شده از طریق رویکرد میکرو مکانیکی وابستگی این ضرایب به کسر حجمی الیاف نیز نشان داده شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از این ضرایب و تئوری های موجود شکست مواد ارتوتروپ بیانگر کارآیی و توانایی ضرایب استحکام بخش در بررسی و توجیه رفتار شکست این مواد است.
    کلیدواژگان: مکانیک شکست، ماده ایزوتروپ مقیدشده، ضرایب استحکام بخش، کسر حجمی الیاف، ماده ارتوتروپ
  • زهرا خدامی مرقی* صفحات 2823-2835
    این مقاله به بررسی ارتعاشات در یک ورق ساندویچی متشکل از دو رویه از جنس مواد مگنتوستریکتیو و هسته کامپوزیتی می پردازد. هسته کامپوزیتی با نانوالیاف از جنس نانولوله های کربنی تقویت شده است و خواص آن به کمک روش اختلاط و روابط میکرومکانیکی محاسبه می شود. رویه ها تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی خارجی مگنتیزه شده و کوپل مگنتومکانیکی در آن اتفاق می افتد در این شرایط به کمک یک سیستم کنترلی متاثر از پارامتر تنظیم کننده فرکانس می توان فرکانس ارتعاشات سازه را تغییر داد و از آن برای کنترل ارتعاشات استفاده نمود. معادلات حرکت در سه لایه، به کمک تئوری برشی مرتبه سوم با عنوان تئوری ردی، روش انرژی و اصل هامیلتون استخراج می شود. برای محاسبه فرکانس ارتعاشات ورق ساندویچی  از روش تفاضل مربعات دیفرانسیلی استفاده می شود. این روش عددی به کمک ضرایب وزنی نتایج مطلوب و نزدیک به حل دقیق را ارائه می دهد. یافته های این تحقیق اثر پارامتر تنظیم کننده ارتعاشات و خواص هندسی ورق کامپوزتی را بر فرکانس ارتعاشات سازه نشان می دهد. نتایج این پژوهش می تواند در صنایع دریایی، هوافضا و عمران مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی، پارامتر تنظیم کننده فرکانس، نانوکامپوزیت تقویت شده، مواد مگنتوستریکتیو، تئوری برشی مرتبه سوم
|
  • A. Dadgar Fard, M. Rajabi* Pages 2581-2588
    In this paper, a simple, practical and versatile model has been developed for a self-activated acoustic driven spherical swimmer that its surface may oscillate partially at dipole state (first mode of vibration). Regard to the nonlinear acoustic effects, the net acoustic radiation force exerted on the device is analytically derived and the non-zero states are approved. Considering hydrodynamics effects assuming low Reynolds number operating condition, the effects of active section angle and frequency of operation on the force, velocity and requirement power of swimmer are discussed. It is shown that comparing with many types of artificial and natural living matter swimmers, the swimming velocity of the developed model is satisfactory. The challenge of the random walk due to host medium fluctuations is discussed, and it is shown that the developed model can overcome the ubiquity of the Brownian motion, as well. Due to the simplicity of the developed model which leads to computing the swimmer features (such as force, velocity, etc.) analytically, this study can be considered for development of contact-free precise handling, drug distribution and delivery systems, entrapment technology of active carriers and the self-propulsive controllable devices which are essential in many engineering and medicine applications.
    Keywords: Acoustical Swimmer, Self-Activated, Low Reynolds Number
  • H. Vatanjou, Yousef Hojjat*, M.R. Karafi Pages 2589-2597
    In this paper nonlinear dynamic behavior of bending actuators of dielectric elastomer or Dielectric Elastomer Minimum Energy Structure (DEMES) is studied and the effects of viscoelasticity of dielectric film on system response are investigated. Considering hyper-elasticity and viscoelasticity of dielectric film, the equation of motion of the actuator is extracted using Euler-Lagrange method. The natural frequency of small amplitude oscillations around the equilibrium state is calculated by linearizing the original nonlinear equation and the effects of dielectric film pre-stretch and excitation amplitude on natural frequency is investigated. The numerical simulation of the nonlinear equation of motion for periodic excitation shows that the system possesses harmonic resonances as well as sub-harmonic and super-harmonic resonances. By increasing the damping ratio of the dielectric film, resonance frequency increases for all harmonics and their excitation amplitude decreases. The analytical results show that excitation amplitude of harmonic resonance in chaotic behavior changes to a quasi-alternate and then an alternative behavior by increasing damping ratio.
    Keywords: Dielectric Elastomer, Viscoelasticity, Dielectric Elastomer Minimum Energy Structure, Dynamic Modeling
  • Hassanzadeh R*, Mohammad Nejad M Pages 2599-2606

    In the present research, the effects of the internal overlap ratio on the performance of a two-blade vertical axis Savonius wind turbine is investigated using numerical simulation. Considerations are performed on both conventional and Bach-type rotors. For this purpose, the power characteristics of the wind turbine are examined under tip speed ratios ranging from 0.2 to 1.2 and wind speeds of 3, 5, and 7 m/s. In order to capture the turbulence characteristics, SST k-ω model is used and the obtained results are validated against the available data in the open literature. The instantaneous behavior of flow and the time-averaged data are presented for both conventional and Bach-type rotors. The obtained results of the research reveal that for all tip speed ratios and wind speeds, the optimum overlap ratio for conventional and Bach types rotors, respectively. On the other hand, regardless of the wind speed and overlap ratio, the maximum power coefficients are obtained in tip speed ratios of 0.8 and 0.7 for conventional and Bach-type rotors, respectively. Finally, it is found that in all tip speed and overlap ratios, in both rotors, the power coefficient increases with increasing the wind speed.

    Keywords: Savonius Wind Turbine, Conventional, Bach-Type Models, Internal Overlap, Torque Coefficient, Power Coefficient
  • M. Iranmanesh*, M.S. Barghi Jahromi Pages 2607-2614
    One of the most important applications of solar energy is its utilization in solar dryers to maintain agricultural products for long-term storage. These dryers work based on passing warm air through fresh materials by natural or forced convection. So, they have a direct dependence on the intensity of the sun's irradiance to their collector, which it disrupts the drying process in the absence of a thermal energy source in the hours when the sun is not available. In order to solve this problem, the phase change material (PCM) as thermal energy storage is used. The materials that have the capacity to absorb the thermal energy (charge phase) and, they release the absorbed energy (discharge phase) when the intensity of the solar radiation is low or during the night and cause the uniformity of the outlet temperature solar collector, and inside the drying chamber. As well as they provide the necessary thermal energy for hours when the sun is not available and increase the duration of use of the dryer. In the present research, the experimental studies have been carried out through designing and construction of an indirect cabin type solar dryer equipped with a heat pipe evacuated tube collector and using PCM material as energy storage in the expansion tank. In the present research, the experimental studies have been carried out through designing and construction of an indirect cabin type solar dryer equipped with a heat pipe evacuated tube collector and use of PCM material as energy storage in the expansion tank. The effect of various parameters such as inlet and outlet temperatures of the collector, temperature, and humidity of the drying chamber and ambient, the intensity of the solar irradiance on the drying process is investigated, with and without PCM and at two different speed of forced convection through the drying chamber. The results show that the effectiveness of forced convection on the drying process is more than the effect of PCM.
    Keywords: Solar dryer, vacuum tube collector (heat pipe), phase change material
  • S.A. Khalilpour Seyedi, R. Khorrambakht, A.R. Bourbour, H.R. Taghirad* Pages 2615-2625
    Despite the intense development of cable-driven robot in recent years, they have not yet been vastly utilized in their potential applications because of difficulties in their performing accurate installation and calibration. This paper aims to present a suitable control method, relieving the limitation of accurate calibration and installation requirement in the suspended cable-driven parallel robot. In this paper, kinematics and dynamics uncertainties are investigated and based on their bounds, a robust controller is proposed. The main innovation of this article is providing a new control method to cost reduction by eliminating accurate measurement tools such as a camera in position control of a deployable cable-driven robot. Using this approach, reducing costs in building a robot and increasing the speed of installation and calibration is achieved. Another problem investigated in this paper is the problem of joint space controllers applied to redundant cable-driven parallel robots, namely the loosened redundant cable. To solve this problem, the embedded force sensor and a new sliding surface for the controller is proposed. In fact, in this paper, the conventional joint-space controllers are modified to become applicable to the control of cable-driven robots. Finally, by conducting some experiments using ARAS suspended cable-driven parallel robot, the proposed algorithms are verified and it is shown that there are feasible solutions for stable robot maneuvers.
    Keywords: Suspended Cable-Driven Robot, Deployable Design, Uncertain Jacobian Matrix, Force Control, Robust Control
  • Me. Reyahipoor, A.R. Shafiei*, S.A.M. Salehizadeh Pages 2627-2634

    The material point method (MPM) is a numerical technique to modeling the large deformation and interaction between different phases of materials. MPM combines the best aspects of both Lagrangian and Eulerian formulations while avoiding some shortcomings of them. In MPM a body is modeled with the particles which carry all physical properties of the continuum such as mass, momentum, strains and stresses. The background mesh is used to solving the momentum equation. In the first phase, information is mapped from particles to nodes. In the second phase, momentum equations are solved for the nodes, and then the updated nodes are mapped to the particles to updating their positions and velocities. In the third phase the grid is reset. In numerical simulation of granular flows, large deformations and interactions between grain boundaries and buildings lead to the complexity in the structural behavior of the material and, as a result, the complexity of the simulations. From different numerical techniques, the material point method is a suitable method for simulating such problems. In this study, the problem of the collapse of a column of granular material on a rigid wall was simulated in two dimensions through material point method. The surface profile and displacement of the front were compared with the laboratory results which a good accordance is observed between them. The results show that the ratio of the initial column plays an important role in the development of granular mass.

    Keywords: Particle Methods, Material Point Method (MPM), Granular Material, Collapse
  • H. Abdi, M.J. Shaker Arani, H. Salarieh*, M.M. Kakaei Pages 2635-2644

    In this study, a dynamic based control algorithm for a six-link quadruped locomotion is proposed. Up to now, a lot of robotic scientists have researched in quadruped locomotion but most of their researches are based on modeling of robot and its surrounding. Such methods are not able to generate a stable locomotion when the surrounding changes a little. So this is important to propose a dynamic based control algorithm. The algorithms that can guarantee the stability are classified to two categories of dynamic based and trajectory based methods. The trajectory based algorithms need detailed information of gait and surrounding which is not necessarily available. But the dynamic based algorithms use some geometric constraints to reach a stable controller. These geometric constraints generate the proper gaits. So in this study by employing the dynamic based control algorithm, we proposed a controller for generating the Trot and Pace gait on a straight and flat path for quadruped robot locomotion. Given that the quadruped robot has four degrees of freedom so three geometric constraints are needed to provide a rhythmic locomotion. In this study we showed that for step generating by quadruped robot, both the appropriate initial conditions for angular velocities and presence of a point mass on the neck of the robot are needed. Also in this study the stability of quadruped locomotion has been proved using Poincaré return map.

    Keywords: Quadruped robot, Dynamic based algorithm, Trot, Pace, Dynamic modeling by Lagrange method
  • H. Keshaverzian, M. Jabbari*, M. Soheili Pages 2645-2651
    Abrasion in pipelines and fluid transfer equipment along with impurities in oil and gas and other industrial processes is one of the most important problems of oil, gas and petrochemical industries. Repair of this equipment is considered as one of the major challenges in industry. Wearing was created by the impact of solid particles with gas and liquid particles or by the collision of liquid droplets with the inner wall of the fluid passageway. This research aims to examine the factors affecting the rate of vane wearing including circulation speed of compressor vane, size of particles within methane, density of particles in compounds, angle of incidence and target metal stiffness. To obtain and analyze the rate of vanes' wearing, degraded pieces of vanes' substance were provided and were used as specimen according to the operational conditions, exploitation, and transfer of gas. During the experimental steps, the rate of wearing with varying conditions in solution and solid particles' compounds was measured. According to the results, the speed rate of circulation of centrifugal compressor impeller is an important parameter in increasing efficiency. To obtain this parameter, the mechanical and metallurgical properties of the compressors should have a good quality. Also, considering the relationship with a parabola form, the abrasion increases with increasing the density of particle. The results of the research were compared to the existing standards and theories and the approaches were presented to decrease degradation and wearing in centrifugal compressors' vanes.
    Keywords: Erosion Ratio, Compressor Impeller, Density of Particles, Size of Particles
  • M. Khayat*, M. Mohebie Pages 2653-2666
    This study aims to investigate the effect of nanoparticle deposition on the boiling surface in the presence of microchannel on the characteristics of boiling heat transfer. In this experimental study, the copper boiling surfaces including polished circular surface, rectangular and trapezoidal microchannels were used. The microchannels include feeding sub-channels perpendicular to the main channel, which increases the boiling surface and separates the downward cool fluid flow and upward hot bubbles. Nuclear boiling experiments on microchannel surfaces in the presence of a hybrid water-based nanofluid containing 70% titanium oxide and 30% OH-based multi-wall carbon nanotubes in volumetric concentrations of 0.1% and 0.5% have been conducted. The results of nanofluid boiling experiments on both microchannel surfaces show that with increasing concentrations, critical heat flux and heat transfer coefficient increases and the highest increase in critical heat flux and heat transfer coefficient is related to the hybrid nanofluid with 0.5 % volumetric concentration on the surface with trapezoidal microchannel and their values are 64.64% and 344.76%, respectively, compared to pure water boiling on the polished copper surface. Also, in boiling of pure water on the deposited surfaces with nanoparticles, the greatest increase in critical heat flux and heat transfer coefficient is related to the surface with trapezoidal microchannels with 0.1% volumetric concentration  and 0.5% and volumetric concentration  and  their values are 120.16% and 149.4% respectively, compared to pure water boiling on the polished copper surface.
    Keywords: Pool Boiling, Hybrid Nanofluids, Microchannels, Nano Particle Deposition, Critical Heat Flux
  • M.H. Shojaeifard, A. Sajedin, A. Khalkhali* Pages 2667-2677
    Turbocharger turbine blade thickness is restricted by blockage and trailing edge losses and it is exposed to damage due to aerodynamic loads. Proper designing of the blade needs to full recognition of loads on the blade. Therefore, the force from the fluid to the blade should be calculated. Although, thickening the blade results to the more resistance to fracture and cracks, but it affects the aero-structural performance of each section of the blade differently. So, turbocharger turbine blades are exposed to pulsating flow which should be considered in thickness distribution selection. This article reports a comprehensive fluid-solid interaction study of the turbine blades with different thickness distribution which could beneficially investigates the effect of each part thickness on the aerostatic efficiency. Leading edge and trailing edge thickness, maximum thickness and its location, trailing edge shape, hub, and tip blade thickness were the variables which their effects were investigated. Using dual turbocharger turbines leads to lower dissipation of kinetic energy of pulsating charge from the engine. In such turbines, each sector of rotor accepts a different charge from upper and lower entries. The flow distribution of every passage is the difference from the others. Therefore, to the evaluation of the flow, modeling of the entire turbine is needed. 3D CFD model in ANSYS CFX for fluid side and an FEA model in ANSYS Static Structural module for the blade structural responses were used then the results were coupled. Validation was performed by reference to experimental data carried out in imperial college London on a dual turbocharger turbine.
    Keywords: Mixed Flow Turbine, Dual Turbocharger Turbine, Thickness Distribution, Fluid-Solid Interaction
  • T. Izadi*, M.A. Mehrabian, O. Abouali Pages 2679-2687
    Nowadays, metro system is widely used for public transportation. Its regular operation consumes large amounts of electrical energy in comparison to other urban systems, while a considerable part of its non-traction energy is consumed for air exchange and ventilation of tunnels and stations. In this research, the train movement inside the four stations and connecting tunnels of underground subway system is simulated. The tunnel and station models contain important units such as ticket hall, staircases, platforms and ventilation systems.  The numerical model is validated by comparing the results with the experimental data available in the literature.  The flow field inside the tunnel and stations induced by the train movement is calculated and compared in fan-off and fan-on conditions. The results show that the train movement changes the flow direction around the fans and grille openings and can severely affect the air-exchange performance. The flow field inside the tunnels and stations is completely dependent on the piston effect caused by the train movement.  Because of the train movement, the volume OF flow exchange through station entrances, and also through station and tunnel inlets becomes ten times of that on the steady state condition with the stationary train. Also the air flow induced by the train movement is much higher than the flow generated by the air-exchange system. Therefore, the optimal use of the piston effect has a significant effect on reducing the energy consumption.
    Keywords: Underground Subway System, Air-Exchange System, Comparison of Fan-On, Fan-Off Condition, Piston Effect, Numerical Modeling
  • A.A. Kharestani, S.A. Mousavi, M. Kaffash Mirzarahimi, S. Mahjoub Moghadas* Pages 2689-2696
    Beams are the basic geometries in engineering and many engineering issues are simplified as a beam problem. In this paper, the dynamics and vibration analysis of composite Timoshenko beam made of epoxy graphite layers with two piezoelectric layers on both sides have been investigated. Extraction of motion equations has been conducted based on the first-order shear deformation beam theory using the Hamilton principle. The partial differential equations were converted to the first-order coupled differential equations and then they were solved by fourth-order Runge–Kutta method. The effect of piezoelectric parameters on the vibrational and dynamic response of the beam has been investigated. The results show that the natural frequency of the beam decreases with increasing the length of the neam. Among piezoelectric parameters, the parameter of C11 has a lower effect than the effective transverse coefficient of e31 in the frequency response. As the ratio of the length of the beam is lower than the thickness, the effect of C11 will be greater on the natural frequency. The effect of the other piezoelectric parameters in the frequency response has also been evaluated very small relative to these two parameters.
    Keywords: Vibratiions, Timoshenko Beam, Piezoelectric, Runge–Kutta
  • M.H. Shafiei*, A. Azadian Pages 2697-2704
    In this paper, a sliding mode predictive control method is proposed for function improvement of affine discrete-time nonlinear systems using integral terminal sliding mode method (ITSMC). The proposed method is based on the integration of terminal integral sliding mode method and model predictive controller which leads to using the advantages of both methods. Indeed, in the proposed method, integral and terminal characteristics of terminal integral sliding mode method are used to design the sliding surface in order to reduce the error (in reaching phase) and to converge to the origin (in sliding phase). Moreover, the chattering phenomenon which usually exists in sliding mode based methods will be decreased using the model predictive controller. The proposed control method has the capability to eliminate the effect of external disturbances and uncertainties. In this paper, it is shown that the model predictive method decreases the chattering phenomenon more than using the saturation function in the control law of the sliding mode method. In addition, using numerical and functional examples, the performance of the proposed method in improving the quality of the system response in the presence of external disturbances and uncertainties is illustrated.
    Keywords: Model Predictive Control, Terminal Sliding Mode Control, Nonlinear Discrete-Time System
  • M. Saadatfar* Pages 2705-2716
    An analytical solution for the problem of time-dependent stress redistribution of a piezomagnetic rotating hollow cylinder subjected to an axisymmetric thermo-magneto-electro-mechanical loading is derived for the condition of plane strain. A differential equation containing creep strains is found using the constitutive equations, equilibrium equation and solving heat equation in plate strain. In the first step, eliminating creep strains in the differential equation, an analytical solution for the differential equation is obtained. Then, by adding creep strains and assuming constant thermal conditions, the creep stress rates and electric and magnetic potential are obtained using solving a differential equation. Lastly, the history of stresses, radial displacement, magnetic potential, and electric potential during the time can be obtained using an iterative method. In the numerical examples, the effects of time passing on the structure behavior and the effective parameters such as thermal boundary condition, angular velocity, and electromagnetic boundary condition were investigated comprehensively.
    Keywords: Rotating Cylinder, Magneto-Electro-Elastic, Thermoelastic Analysis, Time-Dependent Creep
  • M. Mahbod, M. Asgari* Pages 2717-2727

    Porous biomaterials are known as one of the brand new materials which considering the specific mechanical properties such as hardness and density and enabling bone growth are considered for various applications of biological prostheses including bone replacement. It has been entrenched that porous biomaterials can be produced considering defined representative volume elements by recent developments in additive manufacturing using a 3D printer. In this research, a novel functionally graded porous material is introduced based on a new representative volume element. The theoretical solutions are developed to calculation of the mechanical properties including elastic modulus and yield stress of the orthotropic material. Furthermore, numerical modeling was performed using finite element software to validate the theoretical analysis results. The results show good agreement between the theoretical method and numerical modeling. The mechanical properties of each layer as well as the properties of the whole structure have been studied considering the three structures with different porosity. As the results show, the obtained properties of the proposed structures are suitable for the application of the bone implant. Finally, the effect of geometrical features changes of representative volume elements on the mechanical properties of the structures has been studied. The results show that these changes had a significant impact on the mechanical properties of the structure and the proper efficiency and distribution of the material properties for the considered applications can be achieved by correctly defining the geometrical features.

    Keywords: Porous Biomaterial, Functionally Graded Material, Mechanical Properties, Theorotical Solution, Numerical Modeling
  • F. Sahebsara, A. Taghvaeipour*, H. Ghafarirad Pages 2729-2735

    Origami, as a paper folding art and Japanese culture, has been utilized broadly in engineering areas. The exclusive features of origami such as negative Poisson’s ration, lightweight, deployable and so forth, can be considered in the design of deployable space structures, expandable shelters, drug delivery, and robots. In this study, firstly, the continuum robot with six serial modules of origami parallel structure as its skeleton and the helical springs as the compliant backbone is studied, and constant curvature kinematics was implemented in order to simplify and approximate the kinematic model. Accordingly, the kinematic model of one module was derived. Then, the robot kinematics was obtained as a series of mentioned modules. Furthermore, the proposed continuum robot was modeled by an equivalent mechanism, and a comparison was conducted between the methods to obtain a workspace. Based on the results, the modeling of the equivalent mechanism has an advantage in terms of calculation's volume compared to the constant curvature method and the workspace obtained from both methods was the same. The Jacobian matrix was obtained through the constant curvature approximation methods, which can be considered for singularity analysis in specific conditions and the analysis reveals that the singularities occur when the curve and radius are equal and symmetry is created and the other is when the radius is equivalent to zero. The paper concludes a perspective on several of the themes of current research that are shaping the future of origami-inspired robotics.

    Keywords: Continuum Robot, Kinematic Modelling, Constant-Curvature Element, Origami, Origami Robot
  • S. Jhandydied, H. Hassanzadeh*, S.E. Shakib Pages 2737-2749
    In this study, a hybrid system of fuel cell/gas turbine was designed and simulated with the aim of coupling with desalination systems. This system was analyzed from the viewpoints of the first and second law of thermodynamics. A parametric analysis was also performed to the determination of the system optimal performance. The studied parameters are fuel utilization factor, compressor pressure ratio, pre-reforming percentage, and the steam to carbon ratio. The results show that for the design parameters, the net power is 1215kW, the overall efficiency is 81.65% and the exergy efficiency is 60.7%. Also, by analyzing the rate of exergy destruction, it has been determined that the stack of fuel cells, combustion chamber, and pre-reforming have the most part in the destruction of exergy. Parametric analysis results show that increases in pressure, pre-reforming percentage, and fuel utilization factor have a positive effect on the system performance to a certain extent and the suitable ranges of the fuel utilization factor are from 0.8 to 0.85. On the other hand, by analyzing the effect of pressure and temperature on the system, it is determined that the temperature of the fuel cell cannot be constant. It was also shown that the efficiency of the system decreases with increasing steam to carbon ratio.
    Keywords: Hybrid System, Energy Analysis, Exergy
  • A.M. Rashidi*, H. Ramazani Pages 2751-2759

    In this research, the effects of partially austenitising time on the machinability of spheroidal graphite (SG) cast iron with ferrite-martensite dual matrix structure (DMS) were investigated to optimize its machinability. Specimens with non-alloy ferrite matrix structure were prepared by the casting process. Then the specimens were austenitized at temperatures of 900 oC at various times (5 to 25 min) and subsequently quenched into the water to produce DMS with martensite volume fractions. The Brinell hardness test method was used to determine the hardness of specimens. The machinability of the workpieces with ferrite and dual structures were investigated by measuring the surface roughness and primary cutting force. According to the results, the Johnson-Avram kinetic model was valid for correlation between the martensite volume fraction and autenitising time. The surface roughness was increased and the cutting force was decreased with increasing austentising time to 12 min, and consequently, with increase the hardness to 168 BHN. The heating at 900 oC for 12 min resulted in 16-20% and 15-23% improvement on the cutting force and specific cutting power, respectively, when compared to as-cast specimen, while the surface quality remained at the same level. The cutting force was correlated with feed rate as a power model with exponents of 0.77 and 0.73 for DMS (with 30% martensite) and ferritic as-cast samples, respectively.

    Keywords: Dual Phase Ductile Iron, Cutting Force, Surface Roughness, Machinability, Johnson-Avram Kinetic Model
  • M. Moghadasian, J. Roshanian* Pages 2761-2769
    In this research, an innovative approach has been proposed to the calculation of high order sensitivities and designing its guidance commands for an unmanned aerial vehicle landing strategy design. This method, which is called vectorised high order method, has been developed based on high order expansions method and its implementation using matrix-based mathematical calculations. In this research, a method is presented to design and extract the acceleration commands for landing maneuvers, by combining the vectorised high order expansions method and optimal control theory. Accordingly, the sensitivity variables for the given problem are calculated up to the 6th term and then the reference trajectory and acceleration command in the simulations are updated based on the initial deviations. In order to performance evaluation of the proposed method, 3 landing scenarios with the different initial deviations have been considered and the results of simulation of the proposed guidance law have been presented.
    Keywords: High Order Expansions, Optimal Control, Optimal Maneuver, Unmanned Aerial Vehicle
  • S. Mirzakhani, M. Javanbakht* Pages 2771-2780
    In the present work, the nonlinear finite element method is used to solve the phase field equations for phase transformations at the nanoscale. In the phase field theory, the evolution of a martensitic nanostructure is described in terms of several order parameters and the Ginzburg-Landau equation is a linear relationship between the of the change rate of an order parameter and the thermodynamic forces which are the variational derivative of the free energy of the system with respect to the order parameter. Since the free energy includes nonlinear terms of the order parameter, the thermodynamic forces are nonlinear functions of the order parameter. Therefore, the phase field equations are solved using the nonlinear finite element method and the self-developed code. The studied transformation is the conversation of cubic to tetragonal phase in NiAl by temperature changes and neglecting the mechanical effects. Therefore, the transformation is the induction temperature type and is defined using only one order parameter. To validate the numerical work, the profile, width, energy, and velocity of the austenite- martensite interface were calculated and compared to the previous works and a very good agreement is found between them. Also, various physical problems such as plane interface propagation, martensitic nucleation, and propagation undercooling, and reverse phase transformation under heating are simulated. The obtained results present a proper tool to solve more advanced phase field problems for phase transformations at the nanoscale including mechanics effects and complex initial and boundary conditions.
    Keywords: Phase Field, Phase Transformations, Nonlinear Finite Elemen, Nanoscale
  • S.A. Hosseini Moradi, B. Binesh*, M.R. Yazdanpanah ‎ Pages 2781-2791

    In this research, semi-constrained groove pressing (SCGP) as one of the severe plastic deformation techniques was investigated to achieve an ultrafine-grained structure in interstitial free steel sheets. The maximum of four semi-constrained groove pressing passes was successfully applied on the samples and the effects of the number of SCGP passes on the microstructure and mechanical properties of the samples were investigated. The microstructural investigations of the deformed specimens indicate that the semi-constrained groove pressing can effectively reduce the grain/crystallite size so that it ranges from about 41 μm in annealed condition to 232 nm after four passes. The results also showed that the strength and hardness of the samples are increased significantly by applying the pressing process. The highest tensile and yield strengths were observed in the two-pass SCGP processed sample, which showed an increase of about 90% and 75%, respectively, compared to the initial sample. The maximum hardness value of 165 Vickers was obtained for a three-pass SCGP processed sample, which is about 68% higher than the annealed sample. Regarding the hardness tests results, the uniformity of deformation increased with increasing the number of SCGP passes. Finite element method was used to simulate the semi-constrained groove pressing, and the strain distribution was obtained for the deformed samples. The finite element simulation results correlated fairly well with the analytical results.

    Keywords: Sever Plastic Deformation, Ultrafine-Grained Materials, Semi-Constrained Groove Pressing, Mechanical Properties, Microstructure
  • M.M. Nabavi, S. Kheradmand* Pages 2793-2801
    In this research, the heat sink performance of a laser diode with the different geometries was studied. A 3D simulation of flow and heat transfer has been used considering the natural convection. First, in order to test the validity, the simulation results were compared with the experimental results, which were in a good agreement. Then according to the chimney flow pattern, eight geometries were designed with two different heights of the fin and each one of them was evaluated by three heat fluxes of 200, 400 and 600 W/ . The aim of this research is to find the condition that minimizes the average temperature of the heat sink. The results showed that the average heat transfer coefficient in the heat sink is increased up to 40 percent by creating the slice in the fine. In the fins with the height of 21.3 millimeters, the fin with two similar symmetric slices and in the fins with the height of 32.6 millimeters and constant volume that the slices of fine are added to its teeth, for heat fluxes less than 400 W/ , symmetric fin with two similar slices in the middle section and a volume equal to the volume of the primary fin, had the best performance. For heat fluxes, more than 400 W/ , the average temperature of the symmetric fin with one slice in the middle and a volume equal to the volume of the primary fin was minimized. Fin average heat transfer coefficient, average Nusselt number, fin thermal resistance, fin average temperatures, flow streamline and isothermal contour plots in the fin plate were evaluated for each state.
    Keywords: Natural Convection Heat Transfer, Radial Heat Sink, Optimization, 3D Simulation
  • Y. Hojjat*, B. Ghavami Namin Pages 2803-2810
    The aim of this research is to design and fabricate an actuator, which operates based on reaction forces between current carrying stator coils and magnetic arrays (Halbach arrays) connected to the mover, in order to move a motion stage for positioning objects. Thus, according to the initial and intended position of the mover, current commutation in stator coils is changed in a way that required force for transporting the mover to the desired position is provided. In this research, the integration of two perpendicular synchronous linear motors is utilized in order to create the planar motion. The stator consists of two sets of rectangular coils, which are placed perpendicular to each other. Mover consists of four Halbach arrays, which two Halbach arrays are used for x-axis motion and the other two arrays are used for y-axis motion. First, the analytic relationship between the applied magnetic force and current commutation was introduced. Then, the design parameters such as mover dimensions and stator workspace were determined. Concerning these parameters, dimensions of cubic magnets for Halbach array fabrication were obtained and with respect to array dimensions, the dimensions and number of turns for stator coils were determined. Using these design parameters and commutation equations, the planar motion of the actuator was simulated. The simulation results showed good agreement with the analytical results. Experimental tests were conducted in order to investigate the positioning capabilities and 2 dimensional motion. The precision of the fabricated actuator is 5mm and the minimum response time of actuator is 0.5sec. The minimum position error occurs at 25mm position that is due to the closeness to motor magnetic period.
    Keywords: Positioning, Magnetic Finite Element Analysis, Synchronous Linear Motor, Halbach array
  • H. Manafi Farid, M. Fakoor* Pages 2811-2822
    In this paper, the new theory has been3 proposed to investigate the fracture behavior of cracked composite materials. Conforming to this theory, crack is created and distributes in the isotropic matrix. Therefore, contrary to the previous theories related to fracture mechanics of these types of material, which assumes that crack growth occurs in anisotropic homogenous material, the new theory assumes that crack growth occurs in the isotropic matrix, which is affected by fibers in the composite structure of the material. In this approach, fibers are considered as isotropic matrix reinforcements and the reinforcement effects are defined as coefficients in stress state of the isotropic matrix. The coefficients are called reinforcement factors and derived via three different approaches to study the arbitrary crack in 2D materials. Quantifying the reinforcing effects of fibers are conducted when tension across and along fibers and shear loadings exerted on the body. The three methods demonstrate that the reinforcement factors depend on elastic properties, crack growth location and the crack and fiber orientations. However, the method, derived from the micro-mechanic approach, displays their dependence on the fiber volum ratio. Comparing the results of these cofficients with the existing fracture theories illustrates the efficiency and ability of the reinforcement factors in investigation and explanation of the fracture behavior of orthotropic materials.In this paper, the new theory has been3 proposed to investigate the fracture behavior of cracked composite materials. Conforming to this theory, crack is created and distributes in the isotropic matrix. Therefore, contrary to the previous theories related to fracture mechanics of these types of material, which assumes that crack growth occurs in anisotropic homogenous material, the new theory assumes that crack growth occurs in the isotropic matrix, which is affected by fibers in the composite structure of the material. In this approach, fibers are considered as isotropic matrix reinforcements and the reinforcement effects are defined as coefficients in stress state of the isotropic matrix. The coefficients are called reinforcement factors and derived via three different approaches to study the arbitrary crack in 2D materials. Quantifying the reinforcing effects of fibers are conducted when tension across and along fibers and shear loadings exerted on the body. The three methods demonstrate that the reinforcement factors depend on elastic properties, crack growth location and the crack and fiber orientations. However, the method, derived from the micro-mechanic approach, displays their dependence on the fiber volum ratio. Comparing the results of these cofficients with the existing fracture theories illustrates the efficiency and ability of the reinforcement factors in investigation and explanation of the fracture behavior of orthotropic materials.
    Keywords: Fracture Mechanics, Reinforced Isotropic Solid, Reinforcement Coefficients, Fiber Volum Ratio, Orthotropic Material
  • Z. Khoddami Maraghi* Pages 2823-2835
    In this research, the free vibration of a sandwich plate made of smart magnetostrictive face sheets and polymer composite core is studied. The effective elastic properties of carbon nanotube-reinforced composite are obtained by the rule of the mixture and micromechanical approach. A feedback control system follows the magnetization effect of Terfenol-D films on the vibration characteristics of a sandwich plate. Considering velocity feedback control gain value, the dimensionless frequency of sandwich plate can be changed to desired values due to magneto-mechanical coupling in magnetostrictive materials. The equations of motions are derived using Reddy’s third-order shear deformation theory, energy method, and Hamilton’s principle. The differential quadrature method (DQM) as a numerical method is used for calculating the vibration frequency of the sandwich plate. This numerical method presents the optimal results using weighting coefficients. The findings of this study show the effect of the vibration control system and geometrical properties of the composite sheet on vibration frequency of structures. These findings can be used in marine, aerospace, and civil industries.
    Keywords: Sandwich Plate, Feedback Control System, Reinforced Nanocomposites, Magnetostrictive Materials, Third Order Shear Deformation Theory