مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 128 (آذر و دی 1398)

امروزه سیستم های پیش رانش واترجت، در سراسر دنیا به دلایل توان بالا، لرزش کم و... بروی ادوات دریایی استفاده می گردد. در این میان، سیستم پیش رانش واترجت در شناور های تندرو جایگاه ویژه ای دارد. در نسل جدید شناور های تندرو، می توان به وضوح استفاده گسترده از این سیستم پیش رانش را مشاهده نمود. همچنین سیستم پیش رانش واترجت یکی از سیستم های جدیدتر به نسبت دیگر سیستم های پیش رانش دریایی است.  از اینرو تلاش های زیادی بروی بهینه سازی و بهبود عملکرد واترجت ها صورت پذیرفته است. یکی از روش های جدید و پرکاربرد در بهینه سازی ، استفاده از شبیه سازی می باشد. در این مقاله، ابتدا به معرفی اجمالی و خصوصیات این سیستم پیش رانش پرداخته می شود. در ادامه به یکی از روش های جدید در شبیه سازی پرداخته می شود. در این روش شبیه سازی، ابتدا بدنه شناور شبیه سازی می شود و بهینه سازی می شود. در ادامه واترجت شبیه سازی شده بروی بدنه ی بهینه سازی شده قرار می گیرد و  با توجه به آن سیستم شناور بهینه سازی می شود. مزیت مهم این روش اینست که بدنه و سیستم پیش رانش به عنوان یک مجموعه (شناور)  به طراحی بهینه خود می رسند.  در ادامه به بررسی در خصوص تحقیقات صورت پذیرفته و بیان نتایج آن پرداخته می شود.

برخی از سیالات که دارای نقطه انجماد بالاتر از صفر هستند در صنعت به تنهایی با عایق کاری قابل نگهداری نمی باشند و به منظور مایع نگه داشتن آنها جهت مصارف مورد نیاز و قابلیت انتقال آسان در چنین مواقع به یک سیستم کنترل و حفظ دمای سیال در درجه حرارت مورد نیاز به شدت احساس می گردد. یکی از روش های حفظ دمای سیال روش استفاده از انرژی گرمایی برقی می باشد. این روش به سه منظور الف: جلوگیری از انجماد سیال داخل لوله یا تجهیز ب: حفظ و نگهداری دمای آن پ: افزایش و کنترل دمای آن تا رسیدن به دمای مورد نیاز. برای محاسبات اتلاف حرارت و همچنین افزایش درجه حرارت تا دمای مورد نیاز اقدام به محاسبه اتلاف حرارت کلی کرده و با توجه به جداول مربوط به وندور و سازنده سیستم الکتریکال ترسینگ  نسبت به انتخاب نوع  سیستم  الکتریکال همچنین مقدار و نوع کابل مورد نیاز اقدام می کنیم.

با توجه به این که ابتلا به بسیاری از بیماری ها منجر به تغییر در دمای بافت هدف می شوند، لذا آگاهی از تغییرات دمایی بدن می تواند به تشخیص سریع و به موقع بیماری کمک کند. ترموگرافی یا تصویربرداری حرارتی با ثبت پرتوهای مادون قرمز ساطع شده از سطح پوست، بدون نیاز به تماس مستقیم با آن می تواند به عنوان ابزاری کارآمد در تشخیص بیماری ها مورد استفاده قرار گیرد. از آن جاکه دوربین های حرارتی هیچ گونه پرتویی از خود ساطع نمی کنند (روش غیرتهاجمی)، بنابراین بدون آسیب رساندن به بافت موردنظر، موقعیت و میزان تغییرات دمایی آن را گزارش می کنند. در سال های اخیر با ظهور دوربین های حرارتی پیشرفته ، استفاده از آن در طب تصویری به عنوان روشی بی خطر برای تشخیص بیماری ها افزایش چشم گیری داشته است.

اخیرا از گازهایی همچون H2، N2، O2 و... در صنایع پزشکی و نظامی استفاد ه های زیادی می شود. به عنوان مثال در اقدامات پزشکی از این گازها برای برخی عمل های جراحی مانند برداشتن لکه های پوستی استفاده می شود و همچنین اصلی ترین مصرف این گازها در صنایع نظامی، استفاده به عنوان سوخت موتورهای موشک است. معمولا برای ذخیره سازی این گازها، آن ها را به صورت مایع ذخیره می کنند. با توجه به این که رفتار آلیاژها وابسته به دما بوده، از این رو دانستن خواص آلیاژهای مورد استفاده در طراحی و ساخت مخازن مایعات فوق سرد و یا قطعات مکانیکی که در تماس با این نوع مایعات فوق سرد می باشند (مانند قطعات داخلی پمپ های فوق سرد و بدنه مخازن ذخیره) ضروری می باشد. در این تحقیق سعی شده است تا خواص پلاستیک استیل 304 توسط آزمون کشش در دمای -196 درجه سانتی گراد و در قالب تعیین ضرایب مدل توانی بیان شود. برای این کار یک محفظه عایق برای نگهداری نیتروژن مایع طراحی و ساخته شده است و نمونه ها در حین آزمایش در این محفظه و در نیتروژن مایع قرار گرفتند. سپس، از نمودار نیرو-جابجایی حاصل و به کمک روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک خواص الاستیک و پلاستیک نمونه تعیین شدند. سازگاری خوبی بین نتایج تجربی و نتایج حاصل از شبیه سازی توسط نرم افزار آباکوس در خواص بدست آمده از بهینه سازی، وجود دارد.

تنش پسماند تنشی است که پس از حذف تمامی تنش های اعمالی در نمونه باقی می ماند. تنش پسماند از آن جهت اهمیت دارد که سریعا آشکار نمی شود ولی می تواند با تنش های اعمالی ترکیب شده و موجب شکست پیش بینی نشده در زیر مقدار (سطح) شکست در نمونه بدون تنش پسماند شود. پراش سنجی شاید به یکی از مهم ترین روش های غیرمخرب اندازه گیری تنش پسماند در مواد کریستالی و مواد مهندسی تبدیل شده است. اصول این روش ساده است و از شبکه کریستالی به عنوان استرین گیج (کرنش سنج) اتمی استفاه می شود. افزایش و یا کاهش فاصله شبکه ای به شکل جابجایی (شیفت) زاویه ای در مکان پک های پراش ثبت می شود. پراش سنجی حساس به جزء الاستیک کرنش است و کرنش می تواند با استفاده از ضرایب مناسب الاستیک جهت اندازه گیری تنش استفاده شود. سه نوع اشعه اصلی در دسترس  با طول موج های مختلف برای اندازه گیری فواصل شبکه ای مناسب است که شامل: الکترون، فوتون های اشعه ایکس و اشعه نوترون می باشد. این 3 اشعه عمق های نفوذ بسیار مختلفی را در موارد کریستالی فراهم می کنند و در نتیجه کاربره آن ها نیز تا حدودی متفاوت است. در این مقاله اصول اصلی اندازه گیری کرنش با استفاده از پراش سنجی اشعه ایکس بررسی شده است.

در این تحقیق اثرات اضافه نمودن نانوتیوب کربن و گرافن بر خواص ارتعاشی و مکانیکی مواد مرکب (مواد کامپوزیت) زمینه اپوکسی تقویت شده بررسی گردیده است. بدین منظور پنج نوع ماده مرکب شامل ماده مرکب کلاسیک با زمینه اپوکسی و تقویت شده با الیاف کربن و مواد مرکب چند مقیاسه شامل الیاف کربن با زمینه اپوکسی حاوی 0.1% نانوتیوب کربن و 0.5% گرافن با استفاده از روش وکیوم بگینگ ساخته شد. آنالیز ارتعاشی تیرهای ماده مرکب در مد یک انجام گردیده و مقادیر فرکانس طبیعی برای نمونه های مختلف استخراج شد. فرکانس های طبیعی بدست آمده جهت محاسبه مدول الاستیسیته نمونه ها استفاده گردیده و مقادیر بدست آمده با نتایج تست کشش مقایسه شد. نتایج نشان داده اند که افزایش نانو ذرات نانوتیوب کربن و گرافن با افزایش مقاومت مکانیکی زمینه و افزایش میزان چسبندگی زمینه و الیاف، با ایجاد نانو ساختارها در ناحیه فصل مشترک باعث بهبود خواص مکانیکی مواد مرکب پلیمری تقویت شده با الیاف کربن گردیده است. در حالت کلی نانوذرات گرافن با توجه به ساختار صفحه ای و مساحت تماس بالا نسبت به نانوتیوب های کربنی و افزایش احتمال انباشتگی و ایجاد تمرکز تنش در ساختار زمینه ماده مرکب، تاثیر کمتری در بهبود مشخصات مکانیکی و ارتعاشی مواد مرکب داشته اند.

امروزه در صنایع بزرگ پارامتر های زمان و هزینه دو اصل مهم در بحث تولید حساب می شود. بنا به این دلایل اتلاف زمان و هزینه های اضافی از نظر اقتصادی صرفه ای ندارد، برای همین علم روز دنیا برای رفع این مشکلات به سیستم های کنترل عددی و نمونه سازی سریع رو آورده است. تنوع و انعطاف پذیری از دلایل عمده در تولید قطعات برای بقای واحد های صنعتی بوده، که در روش های نمونه سازی سریع جزو مزایا محسوب می شوند. در صنایع کنونی، با افزایش تنوع طلبی مشتری و تنگ تر شدن عرصه رقابت، تنها کسانی می توانند به حیات خود ادامه دهند که بتواند کالاهای خود را با سرعت بالاتر، در عین حال با کیفیت و عملکرد بهتر روانه بازار مصرف کنند. اگر چه توسعه سیستم طراحی با رایانه و فرآیند کنترل-عددی کاهش زیادی را در زمان تولید به وجود آورده است، اما نیاز صنعت به طراحی برای تولید و مونتاژ بدون صرف زمان و هزینه اضافی، هنوز برطرف نشده است، بنابراین تکنولوژی نمونه سازی سریع در پاسخ به چنین نیازی وارد بازار تولید شده است. هدف اصلی از طراحی و ساخت به کمک کامپیوتر افزایش بهره وری بوده و می توان از روی ایده جدید یا از مهندسی معکوس نمونه ای ایجاد نمود. به منظور اینکه یک طراحی در نهایت ساخته و به محصول تبدیل شود طراحی و ساخت باید با یکدیگر در ارتباط بوده که این منظور در روش های نمونه سازی سریع منظور شده است. بر اساس روش های نمونه سازی سریع می توان میزان بهره وری، اشتغال و مهارت آموزی، سهولت انجام کارها در صنعت برای رونق بنگا ه های کسب وکارهای کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.

فرآیند ماشین کاری قطعات نازک و بلند یکی از چالش های بزرگ و مهم صنعت است. در هنگام انجام فرآیند ماشین کاری قطعات جدارنازک اعوجاج و تغییرفرم ایجاد شده در حین و پس از ساخت باعث معیوب شدن قطعه می گردد. یکی از بهترین و کم هزینه ترین روش ها جهت بررسی و کاهش این تغییر فرم ها روش المان محدود است. این پژوهش به بررسی روش های ماشین کاری قطعات جدارنازک و بدست آوردن شرایط لازم جهت بهبود این فرآیند به صورت عددی می پردازد. برای این منظور یک قطعه جدارنازک آلومینیومی با رعایت کلیه شرایط تست تجربی در نرم افزار آباکوس  به کمک کد نویسی در نرم افزار پایتون  شبیه سازی شد. در انجام شبیه سازی از تکنیکی نوین، به نام مرگ المان استفاده شده است. این تکنیک از شبیه سازی فرآیند جوشکاری الگو برداری شده و جهت شبیه سازی قطعه مذکور بسیار کاربردی است. شبیه سازی مذکور با لحاظ نمودن تمامی فاکتور های موثر انجام شده و نتایج تحلیل عددی فرآیند ماشین کاری با داده های تجربی مقایسه و صحه گذاری شد. بیشترین تغییر فرم برای تحلیل عددی 13 میلیمتر و برای تست تجربی 15 میلیمتر اعلام شد، که نشان می دهد نتایج حاصل از شبیه سازی تطابق نزدیکی با نتایج تست تجربی دارند. همچنین در راستای بهینه سازی و برطرف نمودن مشکلات ایجادشده در تست تجربی (تغییر فرم 15 میلیمتری) پیشنهاد استفاده همزمان از تکیه گاه غلتشی  به همراه گیربندی وکیومی مطرح و شبیه سازی لازم با درنظر گرفتن شرایط جدید انجام شد. با توجه به نتایج به دست آمده میزان تغییر فرم تحلیل عددی با استفاده طرح پیشنهادی به میزان 8 برابر کمتر شده و به عدد 2 میلیمتر رسید.