فهرست مطالب

  • سال بیستم شماره 16 (فروردین 1399)
  • تاریخ انتشار: 1398/12/21
  • تعداد عناوین: 25
|
  • مصطفی سیاح بادخور، توحید میرزابابای مستوفی، هاشم بابایی* صفحات 807-818

    در این مقاله به بررسی تجربی و عددی تغییر شکل غیرالاستیک ورق های دایروی، مستطیلی و مثلثی کاملا گیردار تحت بارگذاری هیدرودینامیکی با سرعت پایین توسط سامانه چکش پرتابه ای پرداخته شده است. در بخش تجربی، ورق های فولادی و آلومینیومی با سه هندسه دایره ای، مستطیلی و مثلثی در ضخامت های 1 تا 3میلی متر مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش ها تحت سطوح انرژی مختلف با تغییر ارتفاع و جرم چکش انجام گرفت و بیشترین خیز دائمی ورق به عنوان خروجی آزمایش ثبت شد. به منظور فهم بهتر اثر پارامترهای مهم این آزمایش ها از نرم افزار طراح آزمایش استفاده شد که با استفاده از روش سطح پاسخ به بررسی تاثیر همزمان این پارامترها پرداخته شد. ضخامت ورق، ارتفاع وزنه و جرم وزنه در این آزمایش به عنوان پارامترهای مستقل کمی و هندسه ورق و جنس ورق به عنوان پارامترهای مستقل کیفی در نظر گرفته شد. مدل رگرسیونی به دست آمده، دارای سطح اطمینان 95% برای پیش بینی خروجی است. بر این اساس، p-value برای مدل کمتر از 0/05 به دست آمد و این یعنی مدل درنظرگرفته شده معنی دار است. در این بررسی مقدار R2 و R2adj به ترتیب برابر 0/9803 و 0/9713 به دست آمده است. نتایج حاصل از مدل رگرسیونی با نتایج تجربی مطابقت خیلی خوبی دارد. در تمامی آزمایش ها، ارتفاع وزنه بیشترین تاثیر و جرم چکش نیز کمترین اثر بر پاسخ را داشت. ضمنا شرایط بهینه برای هرکدام از ورق ها نیز تعیین شده است.

    کلیدواژگان: ورق مستطیلی، ورق دایره ای، ورق مثلثی، چکش پرتابه ای، تغییر شکل غیرالاستیک، روش سطح پاسخ
  • دانیال دیندار، بهزاد جباری پور* صفحات 819-832

    فرآیند تف‌جوشی انتخابی با کمک لیزر به‌دلیل قابلیت تولید قطعات با هندسه پیچیده همراه با عدم نیاز به ساپورت‌گذاری بین روش‌های ساخت افزودنی از استقبال بسیاری برخوردار است. با وجود تحقیقات فراوان در این فرآیند هنوز پژوهش‌ها در زمینه تاثیر تاریخچه حرارتی بر بهبود خواص نهایی قطعات ساخته شده ادامه دارد. در این مطالعه تاثیر روش‌های متفاوت سردکردن قطعات پس از اتمام فرآیند تف‌جوشی انتخابی با کمک لیزر، بر خواص مکانیکی شامل استحکام و ازدیاد طول قبل از شکست قطعات از جنس پلی‌آمید 12 بررسی شده است. برای این منظور پس از اتمام فرآیند قطعات به سه روش با نرخ‌های متفاوت سرد شده و تغییرات دمای قطعات حین سردشدن توسط ترموکوپل‌های تعبیه شده درون پودر ثبت شده است. به‌ منظور تفسیر بهتر نتایج نرخ تشکیل کریستال در پلیمر توسط مدل تشکیل کریستال غیرهم‌ دما بررسی و در حالت‌های مختلف با یکیدیگر مقایسه شده است. برای بررسی وضعیت شبکه کریستالی، از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی و تفرق اشعه ایکس نیز بهره گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که مقدار استحکام مکانیکی در حالت سردشدن آرام حدود 5% و مقدار شبکه کریستالی نیز به میزان 10% نسبت به دو حالت دیگر افزایش داشته است. بررسی نرخ تشکیل کریستال با استفاده از مدل تشکیل کریستال غیرهم‌دمای ناکامورا نیز نشان می‌دهد که هرچه نرخ سردکردن آرام‌تر باشد مدت زمان بیشتری برای تشکیل شبکه کریستالی لازم خواهد بود. نرخ تشکیل کریستال آرام‌تر منجر به افزایش میزان درصد شبکه کریستالی در قطعات شد که استحکام بیشتر این نمونه‌ها را توجیه می‌نماید. نتایج آزمون تفرق اشعه ایکس نیز حاکی از تشکیل یک نوع کریستال از نوع گاما در ساختار تمامی نمونه‌ها بود.

    کلیدواژگان: تراشکاری، فولاد ضدزنگ 304L، خنک کاری کرایوژنیک CO2، سایش ابزار، زبری سطح
  • بهنام حبیب نژاد لداری، مجید سبزپوشانی* صفحات 833-851

    لوله گرمایی وسیله ای کارآمد در انتقال حرارت است و می تواند مقادیر بزرگی از گرما را با اختلاف دمای اندک بین منبع گرم و سرد به سرعت انتقال دهد. در مطالعه حاضر از یک روش شبیه سازی عددی دوبعدی برای تحلیل کارآیی حرارتی لوله های گرمایی دو سر خنک شونده با تبخیرکننده میانی و بررسی تاثیر شرایط عملکرد، مشخصات فتیله و محفظه نگه دارنده روی آن استفاده شد. معادلات حاکم توسط نرم افزار انسیس فلوئنت گسسته سازی شده و سپس با استفاده از شرایط مرزی مناسب حل و پروفیل دمای دیواره لوله گرمایی به دست آورده شد. سپس برای اعتبارسنجی نتایج و همچنین بررسی اثر استفاده از دو چگالنده روی مقاومت حرارتی لوله های گرمایی از یک مجموعه آزمایشگاهی استفاده شد. نتایج حل عددی با نتایج تجربی و عددی معتبر مورد مقایسه قرار گرفت که دارای تطابق بسیار خوب و قابل قبولی بود. نتایج نشان داد که لوله های گرمایی دو سر خنک شونده نسبت به لوله های گرمایی معمولی مقاومت حرارتی کمتری داشتند. مقدار مقاومت حرارتی با افزایش میزان ضخامت و تخلخل فتیله افزایش پیدا می کرد. اما افزایش طول تبخیرکننده و چگالنده ها و همچنین افزایش ضخامت و قطر داخلی محفظه نگه دارنده موجب کاهش مقاومت حرارتی می شد. همچنین نتایج نشان داد که لوله های گرمایی که در ساخت محفظه نگه دارنده و فتیله آنها از موادی با ضریب هدایت حرارتی بالاتری استفاده شده بود مقاومت حرارتی کمتری داشتند. در نهایت مشخص شد که میزان افزایش توان حرارتی روی مقاومت حرارتی تاثیر قابل توجهی نداشت.

    کلیدواژگان: لوله گرمایی مستقیم، پارامترهای موثر، کارآیی حرارتی، دو سر خنک شونده، تبخیرکننده میانی
  • علی کیانی، احسان فروزمهر*، محسن بدرسمای صفحات 853-862

    فرآیند تف جوشی انتخابی با کمک لیزر به دلیل قابلیت تولید قطعات با هندسه پیچیده همراه با عدم نیاز به ساپورت گذاری بین روش های ساخت افزودنی از استقبال بسیاری برخوردار است. با وجود تحقیقات فراوان در این فرآیند هنوز پژوهش ها در زمینه تاثیر تاریخچه حرارتی بر بهبود خواص نهایی قطعات ساخته شده ادامه دارد. در این مطالعه تاثیر روش های متفاوت سردکردن قطعات پس از اتمام فرآیند تف جوشی انتخابی با کمک لیزر، بر خواص مکانیکی شامل استحکام و ازدیاد طول قبل از شکست قطعات از جنس پلی آمید 12 بررسی شده است. برای این منظور پس از اتمام فرآیند قطعات به سه روش با نرخ های متفاوت سرد شده و تغییرات دمای قطعات حین سردشدن توسط ترموکوپل های تعبیه شده درون پودر ثبت شده است. به منظور تفسیر بهتر نتایج نرخ تشکیل کریستال در پلیمر توسط مدل تشکیل کریستال غیرهم دما بررسی و در حالت های مختلف با یکیدیگر مقایسه شده است. برای بررسی وضعیت شبکه کریستالی، از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی و تفرق اشعه ایکس نیز بهره گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که مقدار استحکام مکانیکی در حالت سردشدن آرام حدود 5% و مقدار شبکه کریستالی نیز به میزان 10% نسبت به دو حالت دیگر افزایش داشته است. بررسی نرخ تشکیل کریستال با استفاده از مدل تشکیل کریستال غیرهم دمای ناکامورا نیز نشان می دهد که هرچه نرخ سردکردن آرام تر باشد مدت زمان بیشتری برای تشکیل شبکه کریستالی لازم خواهد بود. نرخ تشکیل کریستال آرام تر منجر به افزایش میزان درصد شبکه کریستالی در قطعات شد که استحکام بیشتر این نمونه ها را توجیه می نماید. نتایج آزمون تفرق اشعه ایکس نیز حاکی از تشکیل یک نوع کریستال از نوع گاما در ساختار تمامی نمونه ها بود.

    کلیدواژگان: تف جوشی انتخابی با کمک لیزر، تاریخچه حرارتی، نرخ تشکیل کریستال، ساختار کریستالی، پیش گرم، پلی آمید 12
  • مصطفی سیاح بادخور، توحید میرزابابای مستوفی، هاشم بابایی* صفحات 863-876

    تولید قطعات به روش تراکم پودر یکی از روش های پرکاربرد و مهم در صنعت است. در این مقاله به مطالعه تجربی تراکم دینامیکی پودرهای آلومینیومی تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین با استفاده از سامانه چکش پرتابه ای و همچنین بهینه سازی پارامترهای موثر در این فرآیند پرداخته شد. در این سری از آزمایش ها مقدار چگالی سبز و مقاومت سبز قطعات تولیدی اندازه گیری شد. به منظور بررسی پارامترهای تاثیرگذار در فرآیند تراکم پودر از روش سطح پاسخ استفاده شد. در این روش اثر پارامترهای مستقل شامل اندازه دانه بندی ذرات، جرم چکش و ارتفاع چکش روی چگالی سبز و مقاومت سبز مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی برای هریک از خروجی ها تحلیلی جداگانه انجام شد و نتایج به دست آمده در جداول ANOVA ارایه شد. نتایج نشان داد که مقدار p-value برای مدل کمتر از 0/05 به دست آمده و این یعنی مدل در نظر گرفته شده معنی دار است. مقدار R2 نیز برای چگالی سبز و مقاومت سبز به ترتیب برابر 0/99560 و 0/9912 به دست آمده است. نتایج بخش بهینه سازی نشان می دهد که بهینه ترین حالت یعنی بیشترین مقدار چگالی سبز و مقاومت سبز، زمانی رخ می دهد که اندازه دانه بندی ذرات، جرم چکش و ارتفاع چکش بیشترین مقادیر خود را داشته باشند. ارتفاع چکش و اندازه دانه بندی ذرات بیشترین و کمترین تاثیر بر پاسخ ها را دارند.

    کلیدواژگان: تراکم پودر، چگالی سبز، مقاومت سبز، جدول ANOVA، بهینه سازی، روش سطح پاسخ
  • امیرسجاد خدامی، بیژن محمدی* صفحات 877-887

    در پژوهش حاضر فرسایش ذره جامد آلیاژ Ti-6Al-4V تحت برخورد ذرات چندگانه با استفاده از مدل سازی المان محدود بررسی شد. رفتار فرسایشی این آلیاژ نرم بر اساس معادلات پلاستیسیته و آسیب جانسون- کوک و به صورت یک مدل ضربه در مقیاس میکرو شبیه سازی شده است. رفتار فرسایشی مواد معمولا با استفاده از پارامتر نرخ فرسایش حجمی توصیف می شود که به صورت نسبت حجم فرسایش یافته از سطح آلیاژ به جرم ذرات فرساینده تعریف می شود. در این مقاله ابتدا نتایج حاصل از مدل المان محدود با نتایج مدل های رایج در فرسایش صحت سنجی شد. سپس عوامل موثر بر رفتار فرسایشی آلیاژ مانند سرعت ذرات برخوردکننده، اندازه ذرات، زاویه برخورد ذرات، اثر دما و همچنین شکل ذرات مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که بین سرعت ذرات و نرخ فرسایش یک رابطه توانی برقرار است. همچنین با افزایش اندازه ذرات، نرخ فرسایش ابتدا افزایش می یابد و پس از یک اندازه ذره مشخص، رفتار ثابتی از خود نشان می دهد. مطابق نتایج حداکثر نرخ فرسایش آلیاژ Ti-6Al-4V برای زاویه برخوردی 40درجه و دمای 473کلوین (دمای میانگین طبقات میانی کمپرسور) به ثبت رسیده است. نشان داده می شود در صورتی که شکل ذرات کروی برخوردکننده به ذرات گوشه دار تغییر کند نرخ فرسایش آلیاژ به بیش از چهار برابر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: فرسایش ذره جامد، برخورد ذرات چندگانه، مدل پلاستیسیته جانسون- کوک، مدل المان محدود
  • مهدی عباسقلی پور* صفحات 889-900

    نظریه برداشت انرژی مکانیکی- ارتعاشی محیط در دهه اخیر مورد بررسی پژوهشگران قرار گرفته است. در تحقیق حاضر به تحلیل ارتعاشات یک تیر یک سر گیردار ویسکوالاستیک با دولایه پیزوالکتریک با اتصال سری و موازی تحت نیروی آیروالاستیک و تحریک پایه به صورت جابجایی و دورانی پرداخته شد. ماده ویسکوالاستیک تیر با استفاده از مدل مکانیکی جامع کلوین- وویت توصیف شد. نیروی آیروالاستیک براساس تئوری پیستون و تحریک پایه به صورت تصادفی و هارمونیک در نظر گرفته شدند. برای استخراج معادله های ارتعاشاتی و الکتریکی تیر به ترتیب از کوپل بین میدان تنش تیر و پیزوالکتریک و معادلات گاوس استفاده شد. معادله ارتعاشی به روش گالرکین، به صورت گسسته نوشته شد و همراه با معادله الکتریکی به کمک روش عددی رانگ- کوتا حل شدند. سپس با بررسی پاسخ معادلات حاکم به مطالعه تاثیر پارامترهای سیستم بر رفتار ارتعاشی تیر و ولتاژ خروجی پرداخته شد. نتایج نشان داد که نوع اتصال مدار (سری یا موازی) تاثیری بر فرکانس های سیستم و پاسخ فرکانسی ندارد. با افزایش سفتی، فرکانس طبیعی ارتعاشی تیر افزایش می یابد. میرایی ساختاری بر مقدار ولتاژ خروجی تاثیر بسزایی دارد. همچنین با افزایش فشار در محیط مقدار ولتاژ خروجی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تیر یک سر گیردار، پیزوالکتریک سری و موازی، برداشت انرژی، نیروی آیروالاستیک، تحریک پایه تصادفی و هارمونیک
  • محسن رشیدی نژاد، رضا مداحیان، علی اکبر عباسیانآرانی* صفحات 901-913

    برج خنک کن مداربسته به عنوان ترکیبی از برج های مرطوب و خشک تعریف شده که در آن آب گرم مانند برج های خشک از درون دسته لوله هایی عبور نموده و هوای محیط به صورت اجباری یا طبیعی از روی آن عبور می نماید. در این روش در زمان هایی که هوای محیط جوابگوی نیاز طرح نیست آب ثانویه به صورت سیکل باز گردش نموده و روی لوله ها پاشیده می شود. در این پژوهش عملکرد یک نمونه از برج خنک کن مرطوب مداربسته به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا تاثیر شرایط محیطی بر تغییرات دمایی آب فرآیند، آب اسپری و هوای عبوری از برج مورد ارزیابی قرار گرفته و مقادیر ضرایب انتقال جرم و حرارت روی سطح لوله های حاوی آب گرم محاسبه شده است. مطابق با این نتایج، افزایش دما و رطوبت هوای محیط منجر به کاهش ضرایب انتقال جرم و حرارت روی سطح لوله ها می شود. نرخ کاهش ضرایب انتقال حرارت و جرم با افزایش دمای هوای ورودی از دمای 278 تا K288 به ترتیب 3% و 4% و از دمای 288 تا K298 نیز به ترتیب 6 و 7% است. با افزایش دما از 298 تا K308 ضرایب انتقال حرارت و جرم هر دو به یکباره 18% کاهش می یابند و پس از آن مجددا این شیب به 4% می رسد. نرخ کاهش ضریب انتقال حرارت و جرم با افزایش رطوبت نسبی از 10% تا 20% بسیار ناچیز و از 20% تا 40% تقریبا ثابت و از 40% تا 50% کاهش 16% در ضرایب انتقال حرارت و جرم مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: برج خنک کن مرطوب مداربسته، مدل سازی عددی، ضریب انتقال جرم، ضریب انتقال حرارت، شرایط محیطی
  • گلبرگ نیک آیین، حسین میرزانژاد، محمدمهدی عاقلی حاجی آبادی* صفحات 915-923

    نقص عملکرد واحدهای حرکتی که در اثر سکته مغزی رخ می دهد اغلب روی توانایی حرکت دست بیمار تاثیرگذار خواهد بود و به دنبال آن فعالیت های روزانه بیمار و مشارکت های اجتماعی وی را دچار محدودیت می کند. این عوامل کیفیت زندگی فرد را پایین می آورند. به این ترتیب جست وجوی راهی که بتواند تا حد امکان در پی جبران محدودیت های یاد شده برآید و سبب بهبود عملکرد دست آسیب دیده شود بسیار حایز اهمیت خواهد بود. تاکنون تلاش های بسیاری در راستای طراحی و توسعه سیستم های توان بخش صورت گرفته و سیستم های گوناگونی معرفی شده اند که از میان آن ها سیستم های نرم به دلیل وزن سبک، قابلیت انعطاف، برهم کنش ایمن و قیمت مناسب بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. هدف از این پژوهش ساخت یک دستکش توان بخش نرم برای کمک به بازیابی عملکرد دست است تا بدین ترتیب بیماری که بر اثر سکته مغزی دچار ضعف عضلانی در ناحیه دست شده بتواند به صورت انفرادی در منزل تمرینات بازتوانی را اجرا کند. سیستم توان بخش ارایه شده در این پژوهش دارای دو حالت کنترلی متفاوت شامل کنترل روشن/خاموش و کنترل تناسبی است که هریک بنابر نوع نیاز بیمار مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش برای حصول اطمینان از مناسب بودن مسیر حرکتی طی شده توسط محرک ها، مسیر حرکت انگشتان در دو حالت "استفاده از دستکش" و "بدون استفاده از دستکش" به دست آمد. نتایج نشان داد که مسیر حرکتی در حالت "استفاده از دستکش" یک مسیر مناسب برای انگشتان دست کاربر است.

    کلیدواژگان: دستکش توان بخش نرم، اورتوز نرم دست، محرک های نرم تقویت شده با فیبر
  • آرمین سیه سرانی، قادر فرجی*، فرشاد صمدپور صفحات 925-932

    منیزیم و آلیاژهای آن به سبب خواص خود نظیر چگالی کم، زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری نه تنها در کاربردهای هوافضا و الکترونیک، بلکه در زمینه پزشکی نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. تنها محدودیت شکل پذیری و کرنش سختی کم آن به منظور ساختار هگزاگونال و تعداد محدود سیستم های لغزش در دمای اتاق است. در نتیجه بهبود خواص مکانیکی با استفاده از تکنولوژی های جدید حایز اهمیت است. در این پژوهش از روش جدید تغییر شکل پلاستیک شدید انبساط- اکستروژن هیدرواستاتیک به منظور بهبود ساختار و میکروسختی آلیاژ منیزیم استفاده شده است. به منظور بررسی اثرات فشار هیدرواستاتیک در بهبود توزیع کرنش و بررسی نیرو نیز از مطالعات عددی استفاده شده است. به منظور تردی منیزیم، فرآیند در دمای بالا انجام شده و با توجه به محدودیت سیال در دماهای بالا از مذاب پلی اتیلن به عنوان سیال مقاوم در دمای بالا استفاده شده است. نتایج نشان داد که استحکام تسلیم و نهایی به ترتیب 54 و 43% بعد از یک پاس از فرآیند افزایش می یابد. همچنین ازدیاد طول نیز از 46% افزایش می یابد. میکروسختی نیز افزایش داشته و میانگین آن از 57 به 70ویکرز رسیده است. نتایج ریزساختار نشان دهنده فوق ریزدانه شدن دانه ها بعد از پاس اول است. مطالعات عددی نشان داده است که وجود فشار هیدرواستاتیک بالا در فرآیند در بهبود توزیع کرنش و بهبود ریزساختار کمک شایانی کرده است. این روش بسیار مناسب برای کاربردهای صنعتی به نظر می رسد چرا که قابلیت استفاده در تولید میله های فوق ریزدانه با طول بلند در دماهای بالا را دارد.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، فشار هیدرواستاتیک، فوق ریزدانه، خواص مکانیکی، آلیاژ منیزیم AM60
  • محمد مطلبی سوارآبادی، قادر فرجی*، محمد افتخاری صفحات 933-941

    فرآیند انبساط و روزن رانی تناوبی شکل دهی هیدرواستاتیک لوله روش تغییر شکل پلاستیک شدید جدیدی است که به منظور تولید لوله های بلند فوق ریزدانه و نانوساختار با خواص مکانیکی بالا ابداع شده است. در پژوهش حاضر این فرآیند طی دو پاس در دمای اتاق روی مس خالص تجاری اعمال شد و سپس سختی، خواص کششی، سطح شکست و ریزساختار نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. هدف این پژوهش به دست آوردن ماده ای با استحکام بالا و شکل پذیری مطلوب بود. وجود سیال تحت فشار بین لوله و قالب در این فرآیند اولا موجب بهبود مطلوب خواص مکانیکی، تحت تاثیر تنش های هیدرواستاتیک فشاری می شود ثانیا، با حذف نمودن اصطکاک بین لوله و قالب باعث کاهش نیروی مورد نیاز شکل دهی می شود. این امر تولید لوله های فوق ریزدانه و نانوساختار با طول های نسبتا بلند را تسهیل می کند. پس از انجام دو پاس از فرآیند، ریزساختاری فوق ریزدانه نسبتا همگن و هم محور مشاهده شد. مقدار حد تسلیم و استحکام نهایی به ترتیب از مقادیر 75 و 207مگاپاسکال به 310 و 386مگاپاسکال افزایش یافت ولی درصد ازدیاد طول تا شکست از 55% به 37% کاهش یافت. همچنین سختی لوله به صورت قابل ملاحظه ای از 59ویکرز به 143ویکرز افزایش یافت و توزیع همگنی از سختی در راستای ضخامت لوله به دست آمد. بررسی های شکست نگاری حاکی از اتفاق افتادن، غالبا شکست داکتیل در نمونه های آزمون کشش بودند. فرآیند انبساط و روزن رانی تناوبی شکل دهی هیدرواستاتیک لوله می تواند به صورت صنعتی و کاربردی در تولید لوله های فوق ریزدانه با طول های نسبتا بلند مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، مس خالص، انبساط و روزن رانی تناوبی و شکل دهی هیدرواستاتیک لوله، فوق ریزدانه
  • امیر قاسمخانی، هاشم مظاهری* صفحات 943-951

    هیدروژل ها مواد پلیمری هوشمند هستند که در تماس با سیال تحت تحریک های مختلف فیزیکی و شیمایی تغییر شکل های بزرگ می دهند. همچنین این مواد به عنوان سنسور و عملگر مورد استفاده قرار می گیرند از جمله کاربردهای این مواد می توان به مسائل مربوط به میکروسیال ها اشاره کرد که در آن برهم کنش بین سازه و سیال از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی استفاده از مواد مدرج نیز با توجه به مزایای آنها اهمیت بسزایی دارد. در این پژوهش رفتار یک میکروشیر مدرج هیدروژلی حساس به دما با درنظرگرفتن برهم کنش سیال و سازه مورد مطالعه قرار می گیرد. در این راستا ابتدا ابزار عددی مناسب برای تحلیل اجزاء محدود یک میکروشیر مدرج هیدروژلی توسعه داده شده است که پس از صحت سنجی برای استفاده در روند شبیه سازی برهم کنش سیال و سازه مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی اهمیت مدرج نمودن این میکروشیرها حالت های حدی همگن نیز بررسی شده اند. همچنین رفتار میکروشیرها بدون درنظرگرفتن برهم کنش سیال و جامد نیز شبیه سازی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اثرات برهم کنش سازه و سیال حایز اهمیت بوده و تاثیرات قابل توجهی بر پارامترهای میکروشیر به خصوص دمای بسته شدن و دبی سیال عبوری از آن را دارند. بنابراین با درنظرگرفتن پارامترهای کاری از جمله فشار داخلی سیال و چگالی اتصالات عرضی هیدورژل مورد استفاده در دماهای متفاوت مطالعه ای دقیق روی میکروشیر انجام گرفته است.

    کلیدواژگان: هیدروژل هوشمند مدرج، میکروشیر، برهم کنش سیال و سازه
  • فرزاد پشم فروش، علی حسن پورباباجان*، رامین بیرقی بارانلو صفحات 953-961

    در این تحقیق با استفاده از فرآیند ماشینکاری با جت آب و ساینده، قابلیت ماشینکاری فولاد هاردوکس 400 به عنوان یکی از پرمصرف ترین مواد مورد استفاده در صنعت ورق سازی، مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا زبری سطح و تلرانس های هندسی (تختی، توازی و تعامد) به عنوان خروجی های فرآیند و فشار جت آب، درصد وزنی ذرات ساینده، فاصله نازل تا سطح قطعه کار و سرعت پیشروی نازل نیز به عنوان ورودی های فرآیند در نظر گرفته شدند. پس از انجام آزمون های ماشینکاری، تلرانس های هندسی توسط ماشین اندازه گیری مختصات و زبری سطح توسط دستگاه زبری سنج تماسی اندازه گیری شد. براساس نتایج به دست آمده مشاهده شد که با افزایش فشار، کاهش سرعت پیشروی، کاهش فاصله نازل تا سطح قطعه کار و افزایش درصد وزنی ذرات ساینده، کیفیت سطح بهتر شده و میزان خطاهای هندسی کاهش می یابد. اندازه گیری های صورت پذیرفته نشان داد که بهترین کیفیت سطح و تلرانس های هندسی به ازای فشار 300مگاپاسکال، سرعت پیشروی 10میلی متر بر دقیقه، درصد وزنی ساینده 30% و فاصله نازل 1میلی متر حاصل شده است. همچنین تکرار آزمون های تجربی نشان داد که محدوده خطای نسبی آزمون ها در اکثر حالات کمتر از 10% بوده که بیانگر تکرارپذیری بالای نتایج به دست آمده است.

    کلیدواژگان: ماشینکاری با جت آب و ساینده، زبری سطح، تلرانس های هندسی، فولاد هاردوکس 400
  • محمدرضا تولایی فرد، حمید پرهیزکار*، مصطفی گرشاسبی صفحات 963-971

    در این مقاله هدف بررسی و مقایسه ضرایب آیرودینامیکی حاصل از نتایج تونل باد، حل عددی و روش نیمه تجربی مربوط به یک موشک هواپایه است. نتایج برای حالت کلی بدون انحراف سطوح کنترلی حاصل شده است. بدین منظور تحلیل روی ضرایب آیرودینامیکی در سه عدد ماخ 0/6، 0/75 و 0/85 و زوایای حمله مختلف صورت گرفته است. نتایج نشان از وجود شباهت زیادی بین رفتار تغییرات ضرایب آیرودینامیکی نسبت به زاویه حمله در هر سه روش تجربی، عددی و روش نیمه تجربی دارد. به طوری که پاسخ های حاصل از حل عددی در محاسبه ضرایب نیروهای برآ، پسا، عمودی و محوری به ترتیب با خطای میانگین 8/6، 7/1، 8/3 و 8/4% به نتایج حاصل از تونل باد نزدیک و قابل قبول است. اما نتایج حاصل از روش نیمه تجربی با وجود شباهت در تغییرات ضرآیب آیرودینامیکی تنها برای ضرایب نیروهای پسا و محوری به ترتیب با خطای میانگین 11% و 20% نسبت به نتایج حاصل از تونل باد از خود نشان داده است و همچنین وجود خطاهای ناشی از اثرات دهانه ورودی هوا تنها در راستای محوری دلیل بر قابل اتکا نبودن این روش در پژوهش حاضر دارد. همچنین نمودارهای تغییرات ضریب گشتاور پیچشی برحسب زاویه حمله نشان می دهند که زاویه حمله تریم در ماخ های مختلف بین 6+ تا 7+ درجه متغیر است.

    کلیدواژگان: ضرایب آیرودینامیکی، زاویه حمله تریم، تونل باد، حل عددی، روش نیمه تجربی
  • محسن فلاح، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 973-986

    در این مقاله یک سیستم کنترل فعال ارتعاشات برای حذف لرزه ابزار داخل تراش در فرآیند تراشکاری داخلی ارایه شده است. این سیستم شامل ابزار داخل تراش مجهز به عملگر الکترومغناطیس و سنسور شتاب سنج به همراه یک الگوریتم کنترل تطبیقی بدیع است که معمولا در حوزه کنترل فعال نویز صوتی مورد استفاده قرار می گیرد. الگوریتم کنترل پیشنهادی با نام FxNLMS پس خور شناخته شده و شامل دو فیلتر تطبیقی با پاسخ ضربه محدود است. یکی از این فیلترها با عنوان فیلتر مدل نامیده شده و تخمینی از مدل دینامیکی مجموعه عملگر- ابزار ارایه می دهد. فیلتر تطبیقی دیگر به عنوان فیلتر کنترل بوده و معکوس دینامیک مسیر پیشرو را تخمین می زند. ضرایب وزنی این فیلتر تطبیقی با بهره گیری از الگوریتم حداقل میانگین مربعات نرمال شده تنظیم می شود. ابتدا در آزمون کنترل ضربه نشان داده است که با بهره گیری از این کنترلر تطبیقی، دامنه منحنی پاسخ فرکانسی مسیر پیشرو در مجاورت مود اصلی آن تا میزان 36دسی بل کاهش می یابد. سپس با اجرای تراشکاری داخلی روی قطعاتی از جنس آلومینیوم آلیاژی رده 6063-T6 کارآیی کنترلر پیشنهادی برای حذف ناپایداری لرزه ارزیابی شده است. در اثر عملکرد بهینه کنترلر تطبیقی، دامنه منحنی چگالی طیفی توان سیگنال شتاب نوک ابزار به میزان 68دسی بل کاهش یافته و عمق برش متناظر با آستانه پایداری در فرآیند برش به میزان 10 برابر افزایش یافته است. همچنین مقدار زبری سطح قطعه کار در حالت دارای کنترل، تا 8 برابر نسبت به حالت بدون کنترل بهبود یافته است. به علاوه هزینه عملگر نیز تا 3 برابر نسبت به کنترلر انتگرال گیر بهینه با ضریب بهره ثابت کاهش داشته است.

    کلیدواژگان: کنترل فعال ارتعاشات، فیلتر تطبیقی با پاسخ ضربه محدود، پردازش سیگنال، ارتقای پایداری، حذف ناپایداری لرزه، ابزار داخل تراش فعال، کنترل تطبیقی معکوس
  • مهدی قاسمی، محمدمراد شیخی*، مجتبی ذوالفقاری، وحید طهماسبی صفحات 987-997

    فرزکاری استحوان کورتیکال در جراحی های اورتوپدی مانند تعویض مفصل زانو، اوتولوژیک، ستون فقرات و تعویض مفصل ران استفاده می شود. نیروهای برش ایجاد شده توسط ابزار برشی در طول فرزکاری استخوان کورتیکال به منظور کنترل سایش ابزار و همچنین اعمال نیروی مجاز به استخوان برای جلوگیری از شکستگی باید کنترل شود. این مطالعه به طور مشخص به مدل سازی پارامترهای موثر در فرزکاری استخوان شامل سرعت برش، نرخ پیشروی، عمق برش و قطر ابزار با استفاده از روش سطح پاسخ برای پیش بینی نیروهای برش می پردازد. در این روش می توان به صورت روشمند یک معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش بینی دقیق رفتار فرآیند فرزکاری استخوان ارایه نمود. همچنین از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل برای بررسی دقیق میزان تاثیر پارامترهای ورودی روی رفتار نیروی برش بهره گرفته شده است. در این پژوهش رفتار پارامترهای مختلف ورودی به صورت جداگانه و برهم کنش آنها با یکدیگر روی نیروی ماشین کاری مورد ارزیابی و تحلیل قرارگرفته است. مولفه های نیروی برش در سه جهت پیشروی، عمود بر پیشروی و عمود بر سطح استخوان اندازه گیری و بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد مدل ریاضی حاکم بر مساله عملکرد مناسبی در بازه پارامترهای تعریف شده دارد و می تواند پیش بینی بسیار خوبی از رفتار نیرو ارایه نماید. با انتخاب سرعت دورانی 1500دور بر دقیقه،  نرخ پیشروی 12میلی متر بر دقیقه، قطر ابزار 2میلی متر و عمق برش 0/2 میلی متر می توان به حداقل نیروی برش دست یافت. همچنین در خصوص حساسیت رفتار نیرو براساس تغییر پارامترهای ورودی در بازه آزمایش ها، بیشترین اثر مربوط به اثر عمق برش با36/3% تاثیر و پس از به ترتیب نرخ پیشروی با 28/4%، قطر ابزار با 27/5% و سرعت دورانی با 7/8% است.

    کلیدواژگان: فرزکاری استخوان، پاسخ سطح، نیروهای برش
  • محمود مرادی*، حمید فلاوندی، مجتبی کرمی مقدم، محمدصالح شیخ محمد می آبادی صفحات 999-1009

    فناوری چاپ سه بعدی بدون نیاز به ابزارهای جانبی در صنایع مختلفی به کار می رود زیرا دارای انعطاف پذیری در تولید است و سبب کاهش اتلاف مواد می شود. در این مقاله به بررسی تجربی فرآیند برشکاری لیزری ورقه ساخته شده از پلی لاکتیک اسید توسط چاپگر سه بعدی پرداخته شده است. روش چاپ ورقه ها به کمک روش لایه نشانی هم جوش (FDM) صورت پذیرفت. تولید ورقه ها با ضخامت 3/2میلی متر و با شرایط بهینه (ضخامت هر لایه 27/0میلی متر، کاملا توپر و دمای اکسترودر C°226/62) چاپ شد. لیزر مورد استفاده در این مقاله، لیزر CO2 کم توان با موج پیوسته است. پارامترهای ورودی لیزر شامل سرعت برش لیزر، موقعیت نقطه کانونی و توان لیزر به عنوان متغیر انتخاب شد. با انجام چند آزمایش بازه موثر هر پارامتر مورد ارزیابی قرار گرفته شد. عرض بریدگی بالایی و پایینی، زاویه مخروطی شدن و نسبت عرض بریدگی بالایی به عرض بریدگی پایینی پارامترهای خروجی فرآیند انتخاب شد. میکروسکوپ نوری برای بررسی مشخصات هندسی شیارهای برش نمونه ها مورد استفاده قرار گرفته شد و سپس با استفاده از نرم افزار Imagej تصاویر اندازه گیری شدند. هدف از انجام این مقاله فرآیند برشکاری لیزری برای دستیابی به شیارهای برش باکیفیت مناسب و تنظیمات مناسب پارامترها ورودی لیزر است.

    کلیدواژگان: برشکاری لیزری، لایه نشانی هم جوش (FDM)، پس پردازش، ساخت افزودنی، پلی لاکتیک اسید
  • توحید میرزابابای مستوفی، مصطفی سیاح بادخور* صفحات 1011-1023

    یکی از اهداف اصلی مطالعه حاضر بررسی تجربی و بهینه سازی رفتار دینامیکی ورق های آلومینیومی با روکش پلیمری تحت بار دفعی است. در بخش مطالعه آزمایشگاهی به بررسی پارامترهای مهم بر فرآیند شکل دهی آزاد این ساختارها تحت بار انفجار مخلوط گازها شامل اثر ضخامت لایه آلومینیومی و پلیمری و همچنین اثر بار اعمالی بر میزان بیشترین خیز دایمی پرداخته شد. در بخش بهینه سازی به منظور بررسی تاثیر همزمان پارامترهای اشاره شده روی تغییر شکل پلاستیک ساختار از نرم افزار طراح آزمایش استفاده شده است. در این نرم افزار با استفاده از روش سطح پاسخ تاثیر پارامترهای مستقل یعنی ضخامت ورق فلزی، ضخامت روکش پلیمری و ایمپالس بارگذاری ناشی از بار انفجار مخلوط گازی روی خروجی یعنی تغییر شکل ساختار دولایه بررسی شده است. در این بررسی به منظور معنی دار بودن مدل سطح اطمینان 95% در نظر گرفته شده است. بر این اساس p-value برای مدل کمتر از 0/05 به دست آمده و این یعنی مدل درنظرگرفته شده معنی دار است. مقدار R2 نیز برابر 0/9980 به دست آمده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که مدل ارایه شده برای این آزمایش مناسب بوده و مقادیر به دست آمده از پیش بینی مدل با نتایج تجربی برای خروجی مطابقت دارد. شرایط بهینه برای کمترین تغییر شکل ساختار دولایه نیز تعیین و مورد آزمایش تجربی قرار گرفته است. نتیجه به دست آمده حاکی از تطابق خیلی خوب پیش بینی مدل رگرسیونی و آزمایش تجربی است.

    کلیدواژگان: پاسخ دینامیکی، تغییر شکل پلاستیک، ورق فلزی، روکش پلیمری، بهینه سازی، روش سطح پاسخ
  • محمدجواد پاکروان، محمدرضا فراهانی* صفحات 1025-1031

    امروزه استفاده از سیستم غیرتماسی برهم نگاری تصاویر دیجیتال برای عیب یابی کامپوزیت ها به دلیل مزایای آن مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش با استفاده از روش برهم نگاری تصاویر دیجیتال شکل، موقعیت و مساحت ناحیه خرابی در نمونه های شیشه/اپوکسی دارای سوراخ کور با عمق های متفاوت تحت بارگذاری کششی بررسی شده است. نمونه های دارای سوراخ کور با قطر 10میلی متر به عمق های 0.5، 1 و 1.5میلی متر و ضخامت میانگین 4میلی متر تحت بارگذاری کششی قرار گرفته است. کانتورهای کرنش جانبی برای هر سه نمونه در بارگذاری های مختلف به دست آورده شده است. با افزایش بارگذاری کرنش جانبی در ناحیه ای در سطح هر نمونه متمرکز شده است که با موقعیت سوراخ کور مطابقت دارد. سپس کرنش جانبی در راستای طول و عرض برای هر نمونه به طور جداگانه اندازه گیری شده است. افزیش مقدار بارگذاری و عمق خرابی موجب تمرکز کرنش بیشتر در ناحیه خرابی و همچنین افزایش دقت سیستم برهم نگاری تصاویر دیجیتالی شده است. موقعیت، شکل، مساحت و قطر سوراخ کور اندازه گیری شده توسط روش برهم نگاری تصاویر دیجیتالی با مقادیر واقعی مقایسه شده است که با توجه به تطابق قابل قبول نتایج حاصل از روش برهم نگاری تصاویر دیجیتال با ویژگی های مربوط به هر نمونه می توان این روش را به عنوان یک روش کارآمد در تشخیص و ارزیابی خرابی ها در سازه های کامپوزیتی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: آزمون غیرمخرب، برهم نگاری تصاویر دیجیتال، ورق کامپوزیتی، سوراخ کور
  • مجید سبک روح* صفحات 1033-1039

    عملیات حرارتی تمپرکردن روی جوش حاوی نانواکسید تیتانیوم و نانوکاربید تیتانیوم  (فولاد گرید ایکس 65 خطوط انتقال گاز) انجام شد. نتایج شارپی نشان می دهد که در نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم)، به ترتیب 26 و 15% افزایش پیدا کرده است. همچنین استحکام نهایی نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) به ترتیب 6 و 4% کاهش یافته است. نتایج نشان می دهد که در هر دو نمونه تمپرشده نانوآلیاژی میزان عمر خستگی افزایش یافته است. همچنین میزان عمر خستگی در نمونه تمپرشده نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به اکسید تیتانیوم افزایش بیشتری داشته است. نتایج آزمون خستگی نشان می دهد که در نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم، میزان عمر خستگی (بار 150 نیوتن) به میزان 30% افزایش پیدا کرده است. در این بارگذاری عمر خستگی (نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی) 19% افزایش یافته است. نتایج نشان می دهد که در هر دو نمونه تمپرشده نانوآلیاژی میزان عمر خستگی افزایش یافته است. نتایج آزمون کرنش سنجی سوراخ نشان می دهد که در نمونه تمپرشده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) تنش پسماند محیطی به ترتیب 48 و 45% کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: نانوجوشکاری، تمپرکردن، خستگی، تنش پسماند، مقاومت به ضربه
  • علی عباسی، مهدی مندعلی* صفحات 1041-1052

    در این پژوهش رفتار مکانیکی- حرارتی پلیمرهای تقویت شده با نانولوله کربنی ساده با استفاده از یک روش تحلیلی مبتنی بر مدل سازی مکانیک نیمه پیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یک المان حجمی نماینده از پلیمر تقویت شده با نانولوله استوانه ای شکل با تقارن چرخه ای استفاده می شود که در آن تقویت کننده نانولوله در مقیاس نانو و پلیمر اطرافش به صورت محیط پیوسته مدل شده اند. واردنمودن شرایط متقارن چرخه ای در فرآیند حل مساله سبب هماهنگی هرچه بیشتر نتایج تحلیلی با شرایط واقعی می شود. فاز میانی بین نانولوله و پلیمر نیز با تنش های بین سطحی و خواص مکانیکی برگرفته از اثر نیروهای واندروالسی موثر بین اتم های نانولوله و پلیمر مدل سازی می شود. به طور کلی تنش های پسماند حرارتی در نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل اختلاف قابل توجه بین ضریب انبساط پلیمر و نانولوله به وجود می آید. در مقاله حاضر ابتدا مدل سازی نیمه پیوسته توضیح داده شده است و سپس نقش برخی پارامترهای موثر بر تنش های پسماند حرارتی نظیر نسبت حجمی، نسبت منظری و دما مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه بر اساس برخی از تحقیقات موجود درمقیاس ماکرو به نظر می رسد که افزودن نانولوله ها به پلیمر سبب کاهش ضریب انبساط نانوکامپوزیت و در نتیجه کاهش تنش های پسماند حرارتی آن خواهد بود، لکن نتایج این تحقیق نشان می دهد که با انتخاب نامناسب برخی پارامترها نظیر نسبت حجمی و منظری نانولوله و نیز تغییر دما، تنش های پسماند حرارتی بین نانولوله و پلیمر زیاد می شود که این امر می تواند باعث تضعیف استحکام نهایی ماده پلیمری شود.

    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، تنش پسماند حرارتی، مدل نیمه پیوسته، شرط مرزی متقارن چرخه ای
  • سیدمهران ماهوری، محمداسماعیل گلمکانی*، افشین توسلی فرشه صفحات 1053-1061

    در این تحقیق رفتار مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده با ماتریس پلی اتیلن و تقویت کننده پودر چوب مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا به منظور رسیدن به خواص مکانیکی بهتر، پودر چوب در سه سطح 30، 40 و 50% وزنی به پلی اتیلن افزوده شده است. این مواد با استفاده از دستگاه مخلوط کن داخلی مخلوط شده و پس از خروج مواد از مخلوط کن این مواد به وسیله دستگاه خردکن به صورت گرانول در آمدند و در نهایت گرانول ها با استفاده از دستگاه تزریق، قالبگیری شده و نمونه های آزمون کشش مطابق با استاندارد ASTM D638 و نمونه های آزمون خمش مطابق با استاندارد ASTM D790 ساخته شدند. پس از آماده سازی نمونه ها آزمون کشش و خمش روی آنها انجام شد. نتایج آزمون های مکانیکی نشان می دهد که مقدار مدول الاستیسیته با افزایش مقدار پودر چوب افزایش یافته به طوری که بیشترین مقدار مدول الاستیسیته در نمونه های حاوی 50% وزنی پودر چوب دیده شده است. همچنین بیشترین مقاومت در آزمون کشش در سطح 30% وزنی چوب و بیشترین مقاومت خمشی در سطح 50% وزنی چوب اتفاق افتاده است. همچنین آزمون های مکانیکی با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد.

    کلیدواژگان: پلی اتیلن، پودر چوب، بررسی تجربی، خواص مکانیکی
  • محمود مرادی*، مجتبی کرمی مقدم، فاطمه عسگری صفحات 1063-1077

    ساخت افزایشی در جهان امروزی با رشد قابل توجهی روبه پیشرفت است که موجب شده کاربردهای ویژه ای در علوم مهندسی، پزشکی و هنر داشته باشد. هنگامی که در دانشگاه MIT مفهوم زمان را به فرآیند چاپ 3بعدی ادغام نمودند، زمان به عنوان بعد چهارم در نظر گرفته شد. با ترکیب بعد چهارم، یعنی زمان، مواد هوشمندی که از ساخت افزایشی ساخته می شوند، توانایی واکنش به محرک های خارجی (گرما، صدا، ضربه و غیره) در مدت زمان معین را دارند. در فرآیند چاپ 4بعدی، پیکربندی ماده در ساخت افزایشی به مبدلی تبدیل خواهد شد که در معرض محرک های خارجی همچون حرارت، آب، مواد شیمیایی، جریان الکتریکی و مغناطیسی قرار داده می شود. انتظار می رود در سال های آتی استفاده از این تکنولوژی به صورت وسیعی مورد استفاده قرار گیرد و این امر مستلزم به کارگیری رشته های مختلف ساخت از جمله مهندسی مکانیک در ساخت و تولید اشیا است، زیرا چشم انداز کلی در فرآیند چاپ 4بعدی این است که مواد هوشمندی ساخته شوند که با استفاده از چالش های محاسباتی و دانش تجربی به حد مطلوب میل نمایند. در این مقاله پس از بررسی چاپ 3بعدی و نیز معرفی مواد هوشمند به موضوع چاپ 4بعدی با استفاده از این مواد پرداخته شده است. مکانیزم، چالش ها، کاربردها و آینده پیش رو چاپ 4بعدی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، چاپ 3بعدی، چاپ 4بعدی، مواد هوشمند، مهندسی ساخت
  • علی عسکری*، محمدحسین علائی، علی مهدی پورعمرانی، خانعلی نکوئی صفحات 1079-1088

    فرآیند قالب گیری تزریقی پودر فلز، روشی نوین به منظور تولید قطعات با هندسه پیچیده در تیراژ بالا است. یکی از مهم ترین ملاحظات این فرآیند، انتخاب خوراک متشکل از درصد حجمی مناسب پودر فلز همراه سیستم چسب مناسب است. عیوبی که در مرحله تزریق در قطعه ایجاد می شود، در مراحل بعدی فرآیند قابل اصلاح نبوده و از این رو بررسی رئولوژیکی خوراک ماده اولیه به منظور حصول اطمینان از داشتن شرایط لازم برای تزریق امری ضروری است. در این مقاله به انتخاب سیستم چسب مناسب به منظور قالب گیری قطعه از جنس فولاد کم آلیاژ Fe-2Ni پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا از یک سیستم چسب پایه واکس چندجزیی با درصدهای مختلف اجزاء تشکیل دهنده برای تولید 11 حالت خوراک حاوی 60% حجمی پودر فلز استفاده شده است. در ادامه به منظور بررسی خوراک ها از دیدگاه رئولوژیکی، ضمن اندازه گیری گرانروی خوراک ها، تغییرات آن نسبت به نرخ برش محاسبه شده است. نتایج نشان داد که خوراک حاوی 66% پارافین واکس، 19% پلی پروپیلن، 10% کارناباواکس و 5% اسیداستئاریک دارای کمترین گرانروی و کمترین حساسیت نسبت به نرخ برش است که منجر به پر کردن کامل حفره قالب و تولید قطعه سالم حتی برای هندسه های بسیار پیچیده می شود. پس از دستیابی به سیستم چسب مناسب، درصد حجمی بحرانی پودر فلز نیز برای سیستم چسب فوق با استفاده از دستگاه رئومتر گشتاور محاسبه شد که برابر با مقدار 58% حجمی است.

    کلیدواژگان: قالب گیری تزریقی پودر فلز، فولاد کم آلیاژ Fe-2Ni، سیستم چسب، خواص رئولوژیکی
  • حمیدرضا آسمانی*، ناصر سلطانی صفحات 1089-1098

    روش برشنگاری روش نوری قدرتمندی است که قابلیت محاسبه مشتقات جابجایی، کرنش های سطحی و بازرسی غیر مخرب را در انواع مواد داراست. روش های برشنگاری زمان میانگین و برشنگاری استروبوسکوپیک از روش های آزمایشگاهی هستند که به منظور مطالعه تمام میدانی مودهای ارتعاشی توسعه داده شده اند. در این مقاله با توسعه چیدمان برشنگاری با امکان بازرسی غیر مخرب به روش های برشنگاری زمان میانگین و برشنگاری استروبوسکوپیک به مقایسه قابلیت های این روش ها در تشخیص عیوب پرداخته شده است. به منظور اعمال بارگذاری ارتعاشی، چیدمان ارائه شده به سیستم تحریک پیزوالکتریک مجهز شده است. بازرسی غیر مخرب به روش های برشنگاری زمان میانگین و برشنگاری استروبوسکوپیک با تغییر فرکانس تحریک پیزوالکتریک انجام شد. روش برشنگاری استروبوسکوپیک در بازه های فرکانسی بین 1300 تا 1600 هرتز، 6000 تا 8000 هرتز و 12600 تا 13300 هرتز عیب را با موفقیت آشکارسازی نمود، در حالی که برشنگاری زمان میانگین فقط در بازه های 6000 تا 8000 هرتز و 12900 تا 13100 هرتز توانایی تشخیص عیب را داشت. بررسی و مقایسه نتایج روی قطعه پروپلینی با عیبی با قطر 10 میلیمتر توانمندی و قابلیت روش برشنگاری استروبوسکوپیک را نسبت به برشنگاری زمان میانگین در بازرسی غیر مخرب نشان می دهد. وضوح هاله های روش برشنگاری استروبوسکوپیک در تمامی فرکانس های تحریک بالاتر از روش زمان میانگین است و روش استروبوسکوپیک قابلیت تشخیص عیب در بازه های فرکانسی بسیار گسترده تری را داراست که باعث می شود ریسک عدم تشخیص عیب در کاربردهای صنعتی بسیار کاهش یابد.

    کلیدواژگان: بازرسی غیر مخرب، برشنگاری استروبوسکوپیک، برشنگاری زمان میانگین، سیستم تحریک پیزوالکتریک
|
  • M. Sayah Badkhor, T. Mirzababaie Mostofi, H. Babaei* Pages 807-818

    In this paper, an experimental and numerical study on the inelastic deformation of fully clamped circular, rectangular and triangular plates under the low-velocity hydrodynamic loads has been conducted using the drop-hammer machine. In the experimental section, steel and aluminum plates with three different geometries of circular, rectangular and triangular in different thicknesses of 1 to 3 mm were examined. Experiments were carried out under different levels of energy by changing the height and mass of the hammer and the maximum permanent transverse deflection was recorded as the test output. For better understanding the effect of effective parameters in these experiments, the Design-Expert software was used. In this software, the simultaneous effect of these parameters was investigated using the response surface method. The plate thickness, the standoff distance of the hammer and the mass of hammer were considered as independent quantitative parameters, and the geometry of the plates along with the material of plates was considered as independent qualitative parameters. The obtained regression model has a confidence level of 95% for output prediction. Accordingly, the p-value for the model is less than 0.05, which means that the regression model is significant. The values of R2 and R2adj was 0.9803 and 0.97131, respectively. The results of the regression model have a good agreement with experimental results. In all experiments, the standoff distance of the hammer was the most effective parameter while the mass of the hammer had the least effect on the response. The optimum conditions for each plate were also determined.

    Keywords: Rectangular Plate, Circular Plate, Triangular Plate, Drop-Hammer, Inelastic Deformation, Response Surface Methodology
  • D. Dindar, B. Jabbaripour* Pages 819-832

    Increasing workpiece surface quality and reducing tool wear are always the most important ones in machining purposes. There are basic challenges to achieve optimum conditions for workpiece surface and tool life in different machining operations of austenitic stainless steel 304L due to low thermal conductivity and creating high temperatures at the cutting zone. Applying conventional cooling methods such as flood techniques does not usually provide desirable control of machining temperature. Also, their use often creates environmental problems. Recently, the cryogenic cooling process has been considered by researchers to reduce these problems in various machining methods. In this research, turning of 304L stainless steel using cryogenic cooling of CO2 have been studied to investigate the effect of flow rate and fluid spraying method on workpiece surface roughness and tool wear. For this purpose, the tool-workpiece contact zone has been cooled in five different methods of CO2 fluid spraying according to the number and position of the spraying nozzles (Up1, Up2, Down, Up1-Down, Up2-Down) and three different flow rates (12, 18 and 24 l/min). The minimum main flank wear of the tool was achieved in the Up1 cooling method and 18 l/min flow rate and the minimum workpiece surface roughness was achieved in the Up1 cooling method and 12 l/min flow rate. Regarding economic considerations to reduce the consumption of spraying flow of CO2 fluid and achieving the minimum main flank wear of the tool, built-up edge and workpiece surface roughness, the optimum spraying method and flow rate were obtained as Up1 and 12 l/min, respectively.

    Keywords: Turning, 304L Stainless Steel, CO2 Cryogenic Cooling, Tool Wear, Surface Roughness
  • B. Habibnezhad Ledari, M. Sabzpooshani* Pages 833-851

    The heat pipe is an efficient heat transfer device and can transfer large amounts of heat with a small temperature difference between the hot and cold sources quickly. In the present study, a two-dimensional numerical simulation method was used to analyze the thermal performance of heat pipes with double-ended cooling with the middle evaporator and to investigate the effect of operating conditions, wick and retaining chamber characteristics on it. The governing equations were discretized by ANSYS Fluent software and then solved using suitable boundary conditions. The wall temperature profile of the heat pipe was obtained. Then, to validate the results and to investigate the effect of using two condensers on the thermal resistance of the heat pipes, an experimental apparatus was used. Numerical results were compared with the valid numerical and experimental results that had very good and acceptable accordance. The results showed that the heat pipes with double-ended cooling with a middle evaporator had a lower thermal resistance than conventional heat pipes. The amount of thermal resistance increased with increasing the thickness and porosity of the wick. However, increasing the evaporators and condensers length, as well as increasing the thickness and internal diameter of the retaining chamber, reduced the thermal resistance. The results also showed that the heat pipes, which the materials with higher thermal conductivity were used in their wick and retaining chamber's manufacturing, had a lower thermal resistance. Finally, it was found that the increase of thermal power had no significant effect on the thermal resistance.

    Keywords: Straight Heat Pipe, Effective Parameters, Thermal Performance, Double-Ended Cooling, Middle-Evaporator
  • A. Kiani, E. Foroozmehr*, M. Badrossamay Pages 853-862

    Selective laser sintering is one of the most popular additive manufacturing techniques used in recent years, due to its capability to build complicated geometries without the support structure. Thermal history plays a major role in the mechanical properties of the final product. In this research, the effects of different cooling down processes on mechanical properties of PA12 parts produced by selective laser sintering have been investigated. For this purpose, temperature changes of different points inside the powder bed during the built and cool down process have been monitored and recorded. Crystallization kinetics for the produced parts has been investigated by the non-isothermal crystallization model to help the interpreting of the results. Differential scanning calorimetry and X-ray powder diffraction (XRD) analysis were performed to find the degree of crystallinity and its possible correlation with mechanical properties. The results indicated that the parts cooled with the lower cooling rate showed 5% higher tensile strength and 10% more crystalline structure fraction comparing with the other two cool down methods. The results of crystallization kinetics for the produced parts by non-isothermal crystallization model showed that a lower cooling down rate led to slower crystallization in the component. The degree of crystallinity of the slow cooling down parts was about 10 percent more than the other samples. Based on the XRD results, the crystalline structure of the parts in all cooling down processes was the same (γ form crystal).

    Keywords: Selective Laser Sintering, Thermal History, Crystallization Rate, Crystalline Structure, Preheat, PA12
  • M. Sayah Badkhor, T. Mirzababaie Mostofi, H. Babaei* Pages 863-876

    Manufacturing products using powder compaction is one of the most widely used methods in the industry. In this paper, dynamic compaction of aluminum powder under low-velocity impact loading was investigated using a drop hammer testing machine along with the optimization of effective parameters in this process. In this series of experiments, the green density and green strength of compacted products were measured. The response surface methodology was used to study the influential parameters in the powder compaction process. In this method, the effects of independent parameters including the grain particle size, the hammer mass, and the standoff distance of the hammer on the green density and green strength were evaluated. In the current study, two separate analyses were performed for each output response and the obtained results were summarized in ANOVA tables. The results showed that the p-value for the model is less than 0.05, which means that the model is significant. The values of R2 for the green density and green strength are equal to 0.9956 and 0.9912, respectively. The results of the optimization section indicate that the optimum case, the maximum green density as well as green strength at the same time, occurs when the grain particle size, the hammer mass and the standoff distance of the hammer have the maximum values. The factors o standoff distance of hammer and grain particle size have the highest and least effect on responses.

    Keywords: Powder Compaction, Green Density, Green Strength, ANOVA Table, Optimization
  • A. Khoddami, B. Mohammadi* Pages 877-887

    In the present study, solid particle erosion of Ti-6Al-4V alloy under multiple particles impact was investigated using finite element modeling. The erosive behavior of this ductile alloy has been simulated as a micro-scale impact model based on Johnson-Cook plasticity and failure equations. Erosive behavior is usually described by the volumetric erosion rate, which is introduced as the eroded volume ratio of alloy surfaces to the mass of the eroding particles. In this paper, the results of the finite element model were validated by comparing with results of typical erosion models. Then, effective factors on erosive behavior of alloy, such as impacting particles velocity, particles size, particles impact angle, temperature effects, and particles shape will be investigated. Results show that there is an exponential relation between particle velocity and erosion rate. Also, as particle size increases, the erosion rate increases at first and after a specific particle size, erosion rate presents a constant trend. The maximum erosion rate has been recorded at an impact angle of 40 degrees and a temperature of 473 Kelvin (average temperature of the middle stages of the compressor). It is shown that when spherical particles shape changes to the angular shape, the erosion rate increases more than four times.

    Keywords: Solid Particle Erosion, Multiple Particles Impact, Johnson-Cook Plasticity Model, Finite Element Model
  • M. Abbasgholipour* Pages 889-900

    The theory of mechanical-vibration energy harvesting from the environment has been studied by researchers in the recent decade. In the present research, the vibration of the viscoelastic cantilever beam was analyzed with two piezoelectric layers including series and parallel connections. The beam was exposed under moving and rotating base excitation and aero-elastic force. The beam viscoelastic material was described using the generalized Kelvin-Voigt mechanical model. The aero-elastic force based on piston theory is considered while the base excitation is selected harmonic and randomly. The stress field coupling among the beam and piezoelectric as well as Gauss equation were utilized to extract the vibration and electrical equations respectively. The vibratory equation was converted into a set of ordinary differential equations using the Galerkin approach. The obtained equations with electrical equation were solved by the Runge-Kutta method numerically. Then, by studying the response of the governing equations, the effect of system parameters on the vibrational behavior of the beam and the output voltage was investigated. The results showed that the system and response frequencies are not affected via circuit connection types (series or parallel). The natural vibratory frequency is increased with enhancing the beam stiffness. The structural damping has a significant effect on the output voltage value. Also, the output voltage is increased by enhancing the environmental pressure.

    Keywords: Cantilever Beam, Series, Parallel Piezoelectric, Energy Harvesting, Aero-Elastic Force, Randomly, Harmonic Base Excitation
  • M. Rashidinejad, R. Maddahian, A.A. Abbasian Arani* Pages 901-913

    The closed-circuit cooling tower is described as the combination of both wet and dry cooling towers that hot water passes through the bundle of tubes as in the dry cooling towers and surrounding air passes around them in a forced or natural regimes. Thus, secondary water circulates as an open cycle and is sprayed on the bundle of tubes to preserve the tower cooling process. In the present research, the operation of a model of the closed-circuit wet cooling tower has been investigated numerically and experimentally. The effects of environmental condition on process water temperature, sprayed water temperature and air temperature have been evaluated, and the mass and heat transfer coefficients on the surface of hot water tubes have been calculated. According to these results, surrounding air temperature and humidity increasing decreases the tube outer surface mass and heat transfer coefficients. The mass and heat transfer coefficients rates are decreased by about 3% and 4% between the 278 and 288 K and are 6% and 7% between the 288 and 298 K inlet air temperature, respectively. The mass and heat transfer coefficients are both 18% for air inlet temperature between the 298 and 308 K. After 308 K these values are 4%. The decreasing rate of heat and mass transfer coefficient with increasing relative humidity from 10% to 20% is very low and from 20% to 40% is almost constant, and from 40% to 50% a 16% decrease in heat and mass transfer coefficients is observed.

    Keywords: Closed Circuit Wet Cooling Tower, Numerical Simulation, Mass Transfer Coefficient, Heat Transfer Coefficient, Environmental Condition
  • G. Nikaeen, H. Mirzanejad, M. Agheli Hajiabadi* Pages 915-923

    Motor units’ malfunction, which happens due to stroke, often affects patients’ hand motion and subsequently restricts their daily activities and social participation. All these factors reduce the patient’s life quality. Therefore, finding a solution to overcome these limitations and improving hand function seems to be valuable. So far, many efforts have been done to design and develop different types of rehabilitation systems. Among all these systems, soft systems have attracted great attention due to their light weight, flexibility, safe interaction and affordability. The goal of this study is to fabricate a soft rehabilitation glove for hand function retrieval so that patients can perform rehabilitation exercises individually. The rehabilitation system presented here includes two different control modes including on/off and proportional modes. Each of them is selected based on patients’ needs. For verification purposes, trajectories of the finger tips were obtained in two modes: “using the glove” and “without using the glove”. Results showed that trajectories of the finger tips in the "using the glove" mode follow a proper path for the user’s digits.

    Keywords: Soft Rehabilitation Glove, Soft Hand Orthosis, Soft Fiber Reinforced Actuators
  • A. Siahsarani, Gh. Faraji*, F. Samadpour Pages 925-932

    Magnesium and its alloys have received much attention not only in the aerospace and electronics industry, but also in medical applications due to its low density, excellent physical properties, and biocompatibility. However, magnesium and its alloys have low ductility and poor strain hardening ability because of the hexagonal crystal structure with the limited number of slip systems at room temperature. Therefore, it seems necessary to improve their ductility and other mechanical properties via novel technologies. In this research, hydrostatic cyclic expansion extrusion has been used to produce ultrafine-grained magnesium rod. Properties of produced rods have been investigated morphologically and mechanically. The numerical investigation has also been performed to show the effects of hydrostatic pressure on strain distribution. Due to the brittleness of magnesium, the process has been conducted at elevated temperatures. Also, due to the fluid limitation at high temperatures, melted polyethylene has been used as the fluid in the process. The results showed that the yield and ultimate strength increased by 54% and 43% after only one pass of the hydrostatic cyclic expansion extrusion process, respectively. Also, elongation increased by 46%. Furthermore, microhardness has also increased with an average of 57 Hv to 70 Hv. The microstructure result showed that the grains become ultrafine-grained after only one pass of the process. Finite element investigation revealed that high hydrostatic pressure has a good effect on improving the strain distribution and the microstructure. This process seems very appropriate for industrial applications due to its ability to produce long ultrafine-grained rods.

    Keywords: Severe Plastic Deformation, Hydrostatic Pressure, Ultrafine, Mechanical Properties, AM60 Magnesium Alloy
  • M. Motallebi Savarabadi, Gh. Faraji*, M. Eftekhari Pages 933-941

    Hydrostatic tube cyclic expansion extrusion process is a newly invented severe plastic deformation technique for producing long ultrafine-grained and nanostructured tubes with higher mechanical properties. In the present research, this process was applied through two passes at room temperature on the commercial purity copper. Then, the hardness, tensile properties, fracture surface and microstructure of the samples were evaluated. The main goal of this research was to achieve a material with a simultaneous high strength and desirable ductility. In this process, the utilization of pressurized fluid between the die and the tube leads to first, the desired improvement of mechanical properties due to the effects of hydrostatic compressive stress. Second, the reduction of a required deforming force to eliminating the friction between the die and the tube leads to the facilitation of producing relatively long ultrafine-grained and nanostructured tubes. After two passes of process, a nearly equiaxed and homogeneous ultrafine-grained (UFG) microstructure was observed. The yield strength and ultimate strength increased from 75 MPa and 207 MPa to 310 MPa and 386 MPa, respectively. However, elongation to failure decreased from 55% to 37%. Also, the hardness value of the tube increased significantly from 59 Hv to 143 Hv, and the uniform distribution of hardness was obtained through the thickness of the tube. The fractography evaluations revealed that the predominantly ductile fracture happened in all samples of tensile testing. The hydrostatic tube cyclic expansion extrusion process can be utilized as a practical industrial method for producing relatively long ultrafine-grained tubes.

    Keywords: Severe plastic deformation, AZ31 Alloy, Pure copper, Hydrostatic pressure, Tube, Ultra-fine grain
  • A. Ghasemkhani, H. Mazaheri* Pages 943-951

    Hydrogels are the smart polymeric materials, which undergo large deformation when they are subjected to different physical and chemical stimuli in contact with fluids. These materials can be applied as sensors and actuators for instance in microfluidics in which the fluid-solid interactions have an important effect on its performance. On the other hand, the use of graded materials is also important considering their advantages. In this study, the behavior of a functionally graded temperature sensitive hydrogel micro-valve is investigated through considering the fluid-solid interactions. In this regard, the appropriate numerical tool for finite element modeling of a functionally graded hydrogel micro-valve has been developed that it has been implemented in both non fluid-solid interactions and fluid-solid interactions simulation. The homogeneous cases of the micro-valve have also been considered to distinguish the functionally graded temperature sensitive hydrogel micro-valve effect. The results indicate that the effect of fluid-solid interactions was important and have considerable impact on micro-valve operating parameters particularly its closing temperature and fluid flow rate. Thus, a comprehensive study on hydrogel-based micro-valve has been presented  considering operating parameters such as inlet pressure and cross linking density of hydrogel.

    Keywords: Smart Functionally Graded Hydrogel, Micro-Valve, Fluid Solid Interaction
  • F. Pashmforoush, A. Hassanpour Babajan*, R. Beyraghi Baranlou Pages 953-961

    In this study, an abrasive water jet machining process was used to evaluate the machinability of Hardox 400 steel, as one of the most widely used materials in the sheet metal industry. In this regard, surface roughness and geometrical tolerances (flatness, parallelism, and perpendicularity) were considered as the machining outputs, and water jet pressure, the weight percentage of abrasive particles, nozzle gap and feed rate were considered as the process input parameters. Followed by machining tests, the measurement of geometrical tolerances and surface roughness was performed through coordinate measuring machine (CMM) and surface roughness tester, respectively. The obtained results indicate that by the increase of jet pressure, decrease of feed rate, decrease of nozzle gap and increase of abrasives particles weight fraction, the surface quality improves and the geometrical errors reduce. Also, it was observed that the best surface roughness and geometrical tolerances have been obtained in the case of water jet pressure of 300 MPa, the feed rate of 10 mm/min, the abrasive weight percentage of 30% and nozzle gap of 1 mm. By repeating the experimental tests, it was shown that the relative error of the obtained results is less than 10%, which indicates the high repeatability of the results.

    Keywords: Abrasive Water Jet Machining, Surface Roughness, Geometrical Tolerances, Hardox 400 Steel
  • M. Tavalaee Fard, H. Parhizkar*, M. Garshasbi Pages 963-971

    The purpose of this paper is to investigate and compare the aerodynamic coefficients obtained from the wind tunnel, numerical solution (Fluent) and engineering software (MD) for a cruise missile. The results are obtained in zero deflection of the control surfaces. For this purpose, the analysis has been carried out on the aerodynamic coefficients of the three Mach numbers: 0.6, 0.75, and 0.85, and various angles of attacks. The results of the numerical solution for calculating the coefficients of the lift, drag, normal and axial forces are respectively with a mean difference of 8.6, 1.7, 8.3 and 8.4 percent, respectively, in comparison with the wind tunnel. The results of the MD software for drag and axial forces are acceptable with an average error of 11% and 20%, respectively. Also, the existence of errors in the MD software, such as taking into account the effects of the air inlet opening only in the axial direction, shows that this method is unreliable in the present study. The results show that there is a great similarity between the behavior of the aerodynamic coefficients changes relative to the angle of attack in all three experimental and numerical methods and the MD software. Also, the pitching moment coefficient variation according to the angle of attack indicates that the trim angle varies from +6 to + 7 degrees.

    Keywords: Aerodynamic Coefficients, Thermic Angle of Attack, Wind Tunnel, Numerical Solution, Semiempirical Method
  • M. Fallah, B. Moetakef Imani* Pages 973-986

    In this paper, a new active vibration control system has been proposed for the elimination of boring bar chatter in the internal turning process. The system is composed of a boring bar equipped with electromagnetic actuator and accelerometer, as well as a novel adaptive control algorithm that is widely used in the field of active noise control. The controller is known as feedback FxNLMS and is composed of two finite impulse response adaptive filters. One of the filters is known as a model filter, which predicts the dynamic model of actuator-boring bar assembly. The other is known as the control filter and anticipates the inverse model of forwarding path dynamics. The weight vector of the adaptive filter is adjusted by using the normalized least mean square algorithm. Firstly, the impact test is conducted in the presence of an adaptive controller. It is observed that the magnitude of the dominant mode on the forward path’s frequency response function is drastically suppressed by 36 dBs. Secondly, the internal turning tests are conducted on Aluminum alloy 6063-T6, to investigate the performance of the adaptive controller for the purpose of chatter mitigation. Due to the optimal performance of the adaptive controller, the dominant magnitude of the boring bar’s power spectral density is successfully attenuated up to 68 dBs, and the critical limiting depth of cut is increased by 10 folds. Also, the roughness of the machined surface is remarkably improved by 8 folds compared to the control-off cutting test. Moreover, the actuator cost is considerably reduced by 3 folds in comparison to the optimal constant-gain integral controller.

    Keywords: Active Vibration Control, Adaptive FIR Filter, Signal Processing, Stability Improvement, Chatter Suppression, Active Boring Bar, Adaptive Inverse Control
  • M. Qasemi, M. Sheikhi*, M. Zolfaghari, V. Tahmasbi Pages 987-997

    Cortical bone milling is used in orthopedic surgeries such as knee replacement, otological, spinal cord, and hip replacement. The cutting forces created by the cutting tool during cortical bone milling in order to control the wear of the tool as well as applying allowable force to the bone to prevent fracture should be controlled. In this paper, the effective parameters in the bone milling including cutting speed, feed rate, cutting depth and tool diameter has been investigated using the response surface method in order to predict the cutting forces. In this method, a second-order linear regression equation can be presented in order to predict the behavior of the bone milling process precisely. Also, Sobel's sensitivity analysis method was used to study the effect of input parameters on the behavior of cutting force. In this research, the behavior of different input parameters and the effect of their interactions on the machining force has been evaluated and analyzed. The components of cutting force were measured and investigated in three directions of feed, perpendicular to the feed and perpendicular to the bone surface. The results show that the mathematical model governing the problem has a proper function within the range of the defined parameters and it can provide a good prediction of force behavior. The minimum cutting force can be achieved in a rotational speed of 1500 rpm, feed of 12 mm/min, tool diameter of 2 mm, and cutting depth of 0.2 mm. Also, about the sensitivity of the force behavior based on the input parameters variation in the range of experiments, the greatest effect was related to the cutting depth with 36.3% of the effect, and feed rate with 28.4% of the effect, the diameter of the tool with 27.5% of the effect and the rotational speed with 7.8% of the effect.

    Keywords: Bone Milling, Response Surface Method, Cutting Forces
  • M. Moradi*, H. Falavandi, M. Karami Moghadam, M. Shaikh Mohammad Meiabadi Pages 999-1009

    3D printing technology is used in a variety of industries without auxiliary tools because it is flexible in producing and reduces the waste of material. In this paper, the laser cutting process of polylactic acid sheets has been investigated by a 3D printer. The fused deposition modeling (FDM) method was used for printing the sheets. Production of sheets with a thickness of 2.3 mm by optimal conditions was conducted (each layer was perfectly solid with a thickness of 0.27 mm, and the extruder temperature of 226.62 °C). The laser used in this paper is a CO2 low-power, continuous-wave laser. Laser input parameters including laser cutting speed, focal point position, and laser power were selected as the variables. By performing several experiments, the effective range of each parameter was evaluated. The upper and lower cut width, the angle of cone and the upper cut width ratio to the lower cut width of the process output parameters were selected. The optical microscope was used to examine the geometric characteristics of cutting kerf of the samples and then the images were measured using ImageJ software. The purpose of this paper is the laser cutting process to achieve cutting kerfs with good quality and proper setting of laser input parameters.

    Keywords: Laser Cutting, Fused Deposition Modeling (FDM), Post Processing, Additive Manufacturing, Poly Lactic Acid
  • T. Mirzababaie Mostofi, M. Sayah Badkhor* Pages 1011-1023

    One of the main aims of the current study is the experimental investigation and optimization of the dynamic response of polymer-coated aluminum plates under impulsive load. In the experimental study, the effect of several important parameters on the free forming of these structures under gas mixture detonation load, including the effect of aluminum plate thickness and polymeric coating, as well as the effect of applied load on the maximum permanent transverse deflection were investigated. In the optimization section, Design Expert Software was used to investigate the simultaneous effect of the mentioned parameters on the plastic deformation of the structure. In this software, the effect of independent parameters such as metal sheet thickness, polymer-coated thickness and loading impulse on the deflection of the two-layer structure has been investigated using the response surface method. Accordingly, the p-value for the model was less than 0.05, which means that the model is significant. The value of R2 is also equal to 0.9980. The results indicate that the presented model is suitable for these experimental data. The values obtained from the prediction of the model are consistent with the experimental results. Optimal conditions for the minimize deflection of the two-layer structure were also determined and tested experimentally. The result indicates that the prediction of the regression model and experimental data have a good agreement.

    Keywords: Dynamic Response, Plastic Deformation, Metal Plate, Polymeric Coating, Optimization, Response Surface Methodology
  • M. Pakravan, M. Farahani* Pages 1025-1031

    Nowadays, the use of a non-contact digital imaging system for non-destructive testing on composite materials has received much attention because of its advantages. In this research, the shape, position and area of ​​the breakdown region in glass/epoxy samples with blind holes and different depths under tensile loading have been investigated using a non-contact digital imaging system. Specimens with a 10 mm diameter blind, depths of 0.5, 1 and 1.5 mm, and an average thickness of 4 mm have been subjected to the tensile loading. Lateral strain contours for all three samples have been obtained at different loads. By increasing the lateral strain loading, it focuses on an area on the surface of each specimen that corresponds to the position of the blind hole. Then the lateral strain is measured separately in length and width for each specimen. Increasing the amount of loading and the depth of the breakdown have resulted in greater strain concentration in the breakdown area as well as increasing the accuracy of the digital images correlation system. The position, shape, area, and diameter of the blind hole measured by digital image correlation method have been compared with real values, which considering the acceptable consistency of the results of the digital image correlation method with the features of each sample, It can be used as an efficient method for detecting and evaluating failures in composite structures.

    Keywords: Nondestructive Test, Digital Image Correlation, Composite Laminate, Blind Hole
  • M. Sabokrouh* Pages 1033-1039

    The effects of tempering heat treatment on girth weld containing titanium oxide and titanium carbide nanoparticles (X-65 grade of the gas pipeline) were evaluated. The Charpy results show that it has been respectively increased by 26% and 15% in the tempered sample containing titanium oxide and titanium carbide nanoparticles compared to the no heat treatment sample (containing titanium carbide and titanium carbide nanoparticles). Also, the ultimate strength tempered sample containing titanium oxide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles compared to the no heat treatment sample (containing titanium oxide and titanium carbide nanoparticles) has been respectively decreased by 6% and 4%. The results show that the fatigue life in both tempered nano-alloy samples has been increased. The fatigue life in the tempered sample of titanium carbide nanoparticles has increased more than the fatigue life in titanium oxide nanoparticles. The fatigue test results show that in the tempered sample containing titanium carbide nanoparticles compared to the tempered sample containing titanium oxide nanoparticles, fatigue life (150-N force) has been increased by 30%. In this loading, the fatigue life (tempered sample containing titanium carbide nanoparticles compared to the no heat treatment sample) has been increased by 19%. The hole drilling strain gage results show that in the tempered sample containing titanium oxide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles, hoop residual stresses have been respectively decreased by 48% and 45% compared to the no heat treatment sample (containing titanium oxide and titanium carbide nanoparticles).

    Keywords: Nano-Welding, Tempering, Fatigue, Residual Stress, Impact Strength
  • A. Abbasi, M. Mondali* Pages 1041-1052

    In this research, the thermo-mechanical behavior of SWCNTs reinforced polymer has been characterized using an analytical method based on semi-continuum modeling. For this reason, a representative volume element of CNT reinforced polymer with cyclic symmetry boundary condition is used while the nanotube reinforcement is modeled in nanoscale and its surrounding polymer is considered as a continuum environment. Applying the cyclic symmetry boundary conditions in the problem-solving procedure causes satisfactory agreement between the results of the analytical method and the actual conditions. The interphase between the nanotube and polymer is also modeled using the cohesive stresses and the mechanical properties extracted from the Vander-Waals forces between the atoms of nanotube and polymer. In general, the thermal residual stresses in polymer/CNT nanocomposites can occur due to the significant differences between the thermal expansion coefficient of polymer and CNT. In the present paper, the semi-continuum modeling has been firstly explained and then the role of some effective parameters such as volume fraction, aspect ratio, and temperature change on the residual thermal stresses has been studied. Although, based on some available researches in macro scale, it seems that adding the CNTs to polymer leads to decreasing the thermal expansion of nanocomposite and consequently decreasing its thermal residual stresses. However, the results of this paper show that by inappropriate selection of some parameters such as the volume fraction and aspect ratio of nanotubes and also the temperature change, the residual thermal stresses increase between the polymer and nanotube which it can weaken the material strength.

    Keywords: Carbon-Nanotube, Thermal Residual Stress, Semi-Continuum Model, Cyclic Symmetry Boundary Condition
  • S.M. Mahoori, M.E. Golmakani*, A. Tavasoli Farshe Pages 1053-1061

    In this research, the mechanical behavior of composites made with polyethylene matrix and wood powder reinforcement have been investigated. In order to improve the mechanical properties, the wood powder has been added to polyethylene at three levels of 30, 40 and 50 wt.%. The material was mixed using an internal mixer Haake and then the material was removed from the mixer and was granulated by a crushing machine. Finally, the granules were molded using an injection molding machine and tensile test specimens were made according to ASTM D638 standard and bending test specimens were made according to ASTM D790 standard. After preparing the specimens, a tensile and flexural test performed on them. The results of the mechanical tests show that the amount of elastic modulus increased with increasing the amount of wood powder so that the highest amount of elastic modulus was observed in the specimens containing 50 wt.% wood powder. Also, the highest strength in the tensile test was observed at the level of 30 wt.% of the wood weight and the highest flexural strength was in the 50% level of wood weight. Also, mechanical tests were simulated using Abaqus software.

    Keywords: Polyethylene, Wood Powder, Experimental Investigation, Mechanical Properties
  • M. Moradi*, M. Karami Moghadam, F. Asgari Pages 1063-1077

    Additive manufacturing in the modern world is progressing significantly, resulting in special applications in engineering sciences, medicine, and art. When the MIT university mixed the concept of time in the 3D printing process, time was considered as the fourth dimension. By combining the fourth dimension, the time, the smart materials made of additive manufacturing are able to a reaction to the external motivations (heat, voice, impact, etc) within a specified time. In the 4D printing process, the material configuration will be converted to a converter that will be exposed to external motivation such as heat, water, chemicals, electrical current and magnetic energy. It is expected that in the future, this technology will be widely used, requiring the application of various engineering disciplines, including mechanical engineering, in the fabrication and production of objects, because the overall perspective of the 4-D printing process is to make intelligent materials that are optimized using computational challenges and empirical knowledge. In this article, after reviewing the 3D printing and introducing smart materials, the issue of 4D printing has been investigated using this material. The mechanism, challenges, applications, and future of 4D printing has been discussed.

    Keywords: Additive Manufacturing, 3D Printing, 4D Printing, Smart Materials, Manufacturing Engineering
  • A. Askari*, M. Alaei, A. Mehdipoor Omrani, Kh. Nekouee Pages 1079-1088

    Metal Injection Molding (MIM) is a novel manufacturing technology, used for complex geometric parts at a high production rate. One of the most important parameters in this method is the selection of proper feedstock consisting of optimal powder loading and an optimized binder system. The defects, which appear during the injection process, cannot be removed in later process stages and this is for the reason that the rheological behavior of the feedstock needs to be checked to make sure that it has the required injection properties. In this study, a multi-component wax-based binder system has been selected in order to inject Fe-2Ni powder. For this reason, a multi-component wax-based binder system with different percentages of constituents was used to produce 11 feed modes containing 60% vol. % of the powder. Further, the viscosity and its variation with the shear rate for 11 developed samples have been measured. The results showed that the feedstock consisting of 66 vol. % Paraffin wax, 19 vol. % Polypropylene, 10 vol. % Carnauba wax and 5 vol. % Stearic Acid has the lowest viscosity and lowest sensitivity to the shear rate and this leads to the complete filling of the mold cavity and production of a healthy component for very complex geometries. After achieving the proper binder system, the critical powder loading for the binder system was measured by 58 vol. % using torque rheometer.

    Keywords: Metal Injection Molding (MIM), Fe-2Ni Low-Alloy Steel, Binder System, Rheological Properties
  • H. Asemani*, N. Soltani Pages 1089-1098

    Shearography is a powerful optics method, which is capable of measuring derivatives of displacement, surface strains, and nondestructive testing. Time-average shearography and stroboscopic shearography have been developed for full-field vibration analysis. In this paper, the capability of time-average shearography and stroboscopic shearography for nondestructive testing has been compared using a proposed shearography configuration. In order to generate vibration, the proposed experimental system was equipped with a piezoelectric excitation mechanism. The time-average and stroboscopic shearography inspections were carried out by sweeping the excitation frequency of the piezoelectric. Stroboscopic shearography successfully detected the defect in the frequency ranges of 1300-1600, 6000-8000 Hz and 12600-13300 Hz, while time-average shearography detected the defect only in the frequency ranges of 6000-8000 Hz, and 12900-13100 Hz. The results of inspections of propylene specimen with a 10 mm circular hole indicated that stroboscopic shearography provides a more reliable assessment than time-average shearography. Compared to time-average shearography, stroboscopic shearography gives more clear fringes in the all frequency range. In addition, stroboscopic shearography could recognize the defect in wider frequency ranges.

    Keywords: Nondestructive Testing, Stroboscopic Shearography, Time-Average Shearography, Piezoelectric Excitation System