مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 129 (بهمن و اسفند 1398)

توربین بادی مجموعه ای پیچیده از سیستم های الکترومکانیکی است که انرژی جنبشی باد را به توان الکتریکی تبدیل می کند. امروزه استفاده از توربین های بادی بسیار شایع است و این توربین ها بیشتر در محیط های بسیار نامساعد فعال هستند و در معرض انواع خرابی ها قرار می گیرند. طبق تحقیقات صورت گرفته، جعبه دنده سیاره ای توربین بادی سهم بسزایی در از کارافتادگی آن دارد و این در حالیست که تاکنون شمار اندکی از محققان به بررسی خرابی های جعبه دنده توربین بادی و علل ریشه ای این خرابی ها پرداخته اند. در این مقاله، ابتدا خرابی های مختلف جعبه دنده توربین بادی بوسیله عملیات میدانی جمع آوری شده و تحلیل حالات خرابی و اثرات آنها (FMEA) صورت گرفته است. سپس، با بهره گیری از استاندارد MIL-STD-1629A و معیار عدد اولویت ریسک (RPN) به تشخیص خرابی های اصلی و مهم این تجهیز پرداخته شده است؛ اصلی ترین خرابی های حاصل به ترتیب عبارتند از: وجود ترک در چرخ دنده خورشیدی (پینیون)، سایش دندانه های چرخ دنده خورشیدی (پینیون) و ارتعاشات غیر عادی بیرینگ چرخ دنده خورشیدی (پینیون) مرحله سوم. نهایتا، تحلیل درخت عیب (FTA) برای خرابی اصلی ارائه شده است تا بدین ترتیب بتوان علل این خرابی را ریشه یابی نموده و گامی مفید و موثر در جهت کاهش و یا حذف علل آن در تحقیقات آتی برداشت.

اندازه گیری و تعیین مقدار اکسیژن موجود در محیط در صنایع مختلف از جمله صنایع ذوب فلزات و متالورژی، اتومبیل و خودرو، سیمان و نیروگاه های برق نقش کلیدی در کنترل و بهینه سازی فرآیند تولید دارد. آزمون های متنوعی مانند روش های شیمیایی کروماتوگرافی و آزمون های الکتروشیمیایی برای اندازه گیری میزان اکسیژن وجود دارد. حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی (اکسید زیرکونیوم) در زمره روش های الکتروشیمیایی محسوب می گردند. استفاده از این حسگرها برای تعیین میزان اکسیژن موجود در محیط های با دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد بسیار مناسب بوده و از نظر دقت، پاسخ زمانی، صحت و قابلیت اطمینان و مدت زمان عملکرد و قیمت نسبت به حسگرهای دیگر برتری دارد. زیرکونیا به دلیل خواص منحصربه فردی چون دمای ذوب بالا (2680 K)، پایداری شیمیایی و ابعادی مناسب در محیط های خورنده، سختی بالا، مدول یانگ نسبتا پایین و نیز خواص ریزساختاری و شبکه ای، کاربردهای گوناگونی در حوزه های محتلف از جمله حسگرهای گازی و پیل های سوختی دارد. با توجه به ساختار کریستالی یونی، زیرکونیا در ترکیب با برخی اکسیدها تشکیل محلول جامد داده و پدیده هدایت یونی به ویژه در دماهای بالا اتفاق می افتد. در نتیجه با استفاده از مکانیزم هدایت یونی، امکان مانیتورینگ گرادیان اکسیژنی در محیط های مختلف وجود داشته و مقدار اکسیژن موجود در محیط با اندازه گیری نیروهای الکتروموتوری ایجادشده، بدست می آید.

شناسایی فرکانس طبیعی های یک سیستم مکانیکی برای احتراز از رخداد پدیده تشدید همواره مورد توجه بوده است؛ روش های تجربی همواره برای تحلیل های مکانیکی قابل اعتمادتر و البته پرهزینه تر بوده اند. آنالیز مودال تجربی روشی معمول برای شناسایی پارامترهای ارتعاشی یک سیستم مکانیکی است. انجام موفق آزمون مودال سازه های پیچیده همواره با مشکلاتی روبرو است؛ به عنوان نمونه می بایست اندازه گیری های تجربی همواره در خارج از نقاط گره های مودهای ارتعاشی صورت گیرد. در این مقاله تلاش می گردد تا با استفاده از آزمون مودال چکش، فرکانس طبیعی و شکل مودهای دیسک و یک پره، توربین رولزرویس استخراج گردد. برای انجام موفق آزمون مودال تجربی، از تحلیل اجزا محدود مدل سیستم نیز استفاده شده است. نتایج تحلیل عددی در کنار نتایج تجربی مکمل یکدیگر بوده اند و می توان از نتایج عددی برای بهینه کردن فرآیند آزمون استفاده نمود و البته از نتایج تجربی برای اصلاح مدل تحلیلی نیز استفاده کرد. به طور کلی نتایج نشان می دهد که در انجام آزمون مودال تجربی چنین سازه ای تحلیل های عددی می تواند در موفقیت آزمون راهگشا باشد و به عنوان مکمل، در کنار نتایج تجربی مورد استفاده قرار گیرد.

سرعت سنجی تصویر ذرات دیجیتال، یک تکنیک آنالیز غیرنفوذی بسیار مطلوب است که برای بررسی میدان جریان به صورت کمی استفاده می شود. به طور معمول، یک آنالیز DPIV شامل 3 مرحله پیش پردازش تصویر، ارزیابی تصویر و پس پردازش است. هدف پیش پردازش، افزایش کیفیت تصاویر قبل از اعمال همبستگی بر روی تصویر است. قابل ذکر است که حساس ترین قسمت آنالیز DPIV، الگوریتم همبستگی بوده که در مرحله ارزیابی تصویر اعمال می شود. همچنین انجام پس پردازش بر روی داده های حاصل از آنالیز DPIV، به منظور دست یابی به نتایج قابل اعتماد، الزامی است. به منظور دست یابی به نتایج دقیق در میدان های جریان پیچیده، چالش ها و مشکلاتی وجود دارند که باید حل شوند در واقع کیفیت اندازه گیری جریان به جزئیات محاسباتی از قبیل شرایط ابتدایی تصویر (پیش پردازش)، برآوردگر اوج زیر پیکسل، تکنیک اعتبارسنجی داده ها، الگوریتم درون یابی و روش های هموارسازی بستگی دارد. در این تحقیق دقت چندین الگوریتم بررسی شده است. همچنین، تکنیک های موجود در رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند PIVlab که ابزاری بر اساس کدی متن باز تحت نرم افزار متلب به منظور انجام آنالیزها در تکنیک سرعت سنجی تصویر ذرات دیجیتال است، تشریح شده است.

انژکتورهای پیزوالکتریک به عنوان جایگزینی برای انژکتورهای سلونوئیدی شناخته می شوند. این انژکتورها به سبب وجود ماده پیزوالکتریک در عملگر  آنها و خواص منحصربه فرد این دسته از مواد، دارای ویژگی هایی هستند که این انژکتورها را از بقیه نمونه های موجود متمایز می سازد. سرعت عمل بالاتر، اتمیزه شدن بیشتر سوخت و همچنین استفاده از تکنولوژی سیستم های ریل مشترک  باعث شده که این دسته از انژکتورها جایگاه ویژه ای در موتورهای دیزل داشته باشند. همچنین با استفاده از این نوع انژکتور میزان آلایندگی گازهای خروجی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد که ناشی از پودر شدن بهتر سوخت به علت بالا رفتن فشار در سیستم تزریق سوخت تا 2000 bar و همچنین داشتن کنترل کامل بر روی فرآیند تزریق می باشد. در این نوع از انژکتورها می توان تعداد دفعات پاشش سوخت را در طی یک سیکل احتراقی تا پنج مرتبه افزایش داد. با این کار به علت پاشش های چندباره، تورک خروجی موتور افزایش می یابد، همچنین به علت احتراق یکنواخت تر و جلوگیری از انفجار یک دفعه ای میزان ضربه  در موتور کاهش می یابد.

پژوهش حاضر دربرگیرنده خواص سایشی آلیاژ زیست سازگار Mg-5Zn-1Y-xCa با درصدهای مختلف وزنی کلسیم است. آزمایش ها در محیط شبیه ساز بدن انسان برای بارگذاری های 10 تا 40 نیوتن و سرعت 30 دور بر دقیقه، در فاصله ثابت 100 متر و به روش پین بر دیسک، انجام شده است. ضریب اصطکاک و نرخ های سایش در 5 مرحله اندازه گیری و محاسبه شده و با استفاده از رسم نمودار، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز (EDS)، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان دهنده کاهش نرخ سایش و ضریب اصطکاک، به ازای افزایش بارگذاری، در کلیه آلیاژهای مورد بررسی بود. افزایش در محتوای کلسیم نیز کاهش خواص سایشی را نشان داد و مکانیزم سایشی غالب رخ داده در اکثر نمونه ها، خراشان بود. نمونه آلیاژ فاقد کلسیم، کمترین مقدار ضریب اصطکاک را برای بیشترین بارگذاری نشان داد، در حالی که در کمترین بارگذاری، آلیاژ حاوی بیشترین مقدار کلسیم، بیشترین ضریب اصطکاک را به خود اختصاص داد. علاوه بر این، کلیه مقادیر نرخ سایش، بین 0.00019 و 0.00057 میلی متر مربع قرار گرفت و برای هر دو فاکتور ضریب اصطکاک و نرخ سایش، بارگذاری 40 نیوتن نمودارهای یکنواخت تری را نشان داد.

در این مقاله ابتدا توضیح مختصری از مفهوم کنترل جریان سیال و نحوه دسته بندی روش های مختلف آن داده شده است. در ادامه دو دسته مهم از عملگرهای کنترل جریانی مبتنی بر میدان های الکتریکی و مغناطیسی معرفی و نحوه عملکرد آن ها توسط نیروی لورنتس توضیح داده شده است. دسته اول که به عملگرهای الکتروهیدرودینامیک مشهور هستند، صرفا تحت تاثیر میدان  الکتریکی عمل می کنند. این عملگرها با استفاده از تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا توسط الکترودهای هادی جریان الکتریکی، لایه نازکی از هوای گذرنده از روی عملگر را یونیزه کرده و سپس این لایه در حضور میدان الکتریکی شتاب می گیرد. دسته دوم که عملگرهای مگنتوهیدرودینامیک هستند، علاوه بر میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی نیز همزمان به جریان سیال اعمال می کنند. در ادامه کارایی عملگرهای مگنتوهیدرودینامیک در جریان های مافوق صوت برررسی و تاثیرات  آن بر اصلاح زاویه شوک، کاهش جدایش و کنترل رشد لایه مرزی بررسی شده است.

خواص ویژه کربن مانند استحکام و سختی بالا، مقاومت شیمیایی خوب، رسانایی الکتریکی بالا و پایداری حرارتی مناسب در محیط های غیراکسید کننده باعث شده است که مواد کربنی به طور گسترده برای کاربردهای نسوز، صنایع هسته ای، صنایع نظامی و بسیاری دیگر از کاربردهای هوافضا، الکتریکی و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. کامپوزیت های کربن-کربن دسته ای از مواد کربنی دارای دو جزء الیاف و زمینه هستند، به طوری که خواص هر جزء نقش مهمی را در تعیین خواص منحصربه فرد کامپوزیت نهایی ایفا می کنند. حفظ خواص مکانیکی عالی این کامپوزیت ها در دماهای بالاتر از 2000C، باعث برتری آن ها نسبت به سوپرآلیاژها و سرامیک ها در زمینه کاربردهای دما بالا شده است. کامپوزیت های کربن-کربن از طریق نفوذ دادن یک پیش ماده کربنی با قابلیت تبدیل به گرافیت به درون شبکه ای پیش ساخته از الیاف کربنی و انجام فرایندهای حرارتی مختلف به منظور تبدیل پیش ماده به کربن خالص و قرارگیری درون فضاهای خالی میان الیاف کربنی، به دست می آیند. در پژوهش حاضر فرایند ساخت کامپوزیت های کربن-کربن از طریق نفوذ قیر، به عنوان یک ماتریس کربنی، در حالت مایع به درون شبکه ای پیش ساخته با آرایش دو بعدی از الیاف کربنی مورد بررسی قرار گرفته و مراحل مختلف فرایند تولید به طور دقیق معرفی می شود.