فهرست مطالب

  • سال بیستم شماره 17 (اردیبهشت 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/02/12
  • تعداد عناوین: 25
|
  • مجید سبک روح* صفحات 1099-1105

    در این مقاله، عملیات حرارتی نرماله کردن روی جوش حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم و ذرات ریزکاربید تیتانیوم  (فولاد گرید ایکس 65 خطوط انتقال گاز) انجام شد. نتایج آزمون شارپی نشان می دهد که در نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم و ذرات ریزکاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم)، به ترتیب 33 و 18% افزایش پیدا کرده است. همچنین استحکام نهایی نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (ذرات ریزاکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) به ترتیب 9 و 11% افزایش یافته است. نتایج نشان می دهد که در هر دو نمونه نرماله شده میکرو آلیاژی میزان عمر خستگی افزایش یافته است. همچنین میزان عمر خستگی در نمونه نرماله شده ذرات ریزکاربید تیتانیوم نسبت به اکسید تیتانیوم افزایش بیشتری داشته است. نتایج آزمون خستگی نشان می دهد که در نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزکاربید تیتانیوم نسبت به نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم، میزان عمر خستگی (بار 150نیوتن) به میزان 36% افزایش پیدا کرده است. در این بارگذاری عمر خستگی (نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزکاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی) 27% افزایش یافته است. نتایج آزمون کرنش سنجی سوراخ نشان می دهد که در نمونه نرماله شده حاوی ذرات ریزاکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (ذرات ریزاکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) تنش پسماند محیطی به ترتیب 12 و 8% کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری، خستگی، تنش پسماند، مقاومت به ضربه، استحکام کششی
  • مجید سبک روح، محمدرضا فراهانی* صفحات 1107-1113

    تیتانیوم از مهم ترین عناصر میکروآلیاژی مورد استفاده در صنعت انتقال گاز است. در این مقاله به صورت جداگانه نانوکاربید تیتانیوم و نانواکسید تیتانیوم اضافه شد. در ادامه روی نمونه های براساس دستورالعمل ویژه جوشکاری شرکت ملی گاز ایران عملیات جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی انجام شد. عملیات حرارتی آنیل کردن روی جوش حاوی نانواکسید تیتانیوم و نانوکاربید تیتانیوم (فولاد گرید X65 خطوط انتقال گاز) انجام شد. نتایج آزمون شارپی نشان می دهد که در نمونه آنیل شده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) انرژی جذب شده به ترتیب 13 و 9% افزایش پیدا کرده است. همچنین استحکام نهایی نمونه آنیل شده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی (نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم) به ترتیب 8 و 3% کاهش یافته است. در هر دو نمونه آنیل شده نانوآلیاژی میزان عمر خستگی افزایش یافته است. همچنین میزان عمر خستگی در نمونه آنیل شده نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به اکسید تیتانیوم، افزایش بیشتری داشته است. عمر خستگی (نمونه آنیل شده حاوی نانوذرات کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی) 16% افزایش یافته است. نتایج آزمون کرنش سنجی سوراخ نشان می دهد که در نمونه آنیل شده حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم نسبت به نمونه بدون عملیات حرارتی، تنش پسماند محیطی به ترتیب 31 و 19% کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: نانوجوشکاری، آنیل کردن، خستگی، تنش پسماند، مقاومت به ضربه
  • فرید وکیلی تهامی*، محمدرضا خوشروان، تئودور هنری اسمیت، اکبر رسولیان صفحات 1115-1126

    دیسک های بین مهره ای از مهم ترین بافت های موجود در بدن بوده و انعطاف پذیری لازم را به ستون فقرات به هنگام فعالیت های روزمره می دهند. با توجه به ساختار لایه ای بخش انیولس فایبرسس که بخش مرکزی نوکلیس پالپسس را احاطه می کند این احتمال وجود دارد که این بخش از دیسک در برابر بارهای اعمالی، رفتاری ناهمسانگرد از خود نشان دهد. از این رو در پژوهش حاضر به منظور بررسی اثر ناهمسانگردی نمونه های این بافت در سه جهت محوری، شعاعی و پیرامونی، تحت آزمایش تجربی واهلش از نوع فشاری در شرایط فشار محدودشده قرار گرفتند. به منظور تعیین مقادیر تجربی برای ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده، منحنی های حاصل از آزمایش های تجربی در هر سه جهت با معادله اساسی تئوری دوفازی در واهلش برازش شدند. نتایج به دست آمده برای هر دو ویژگی نفوذپذیری و مدول تجمعی در سه جهت، به یکدیگر نزدیک بود که از رفتار همسانگرد بافت انیولس فایبرسس در بارگذاری فشاری حکایت دارد.

    کلیدواژگان: دیسک بین مهره ای، آزمایش فشار محدودشده، اثر ناهمسانگردی، نفوذپذیری، مدول تجمعی، معادلات اساسی
  • مصطفی سیاح بادخور، خداداد واحدی*، علیرضا نداف اسکوئی صفحات 1127-1143

    تلاش برای کاهش اثرات بالستیک پرتابه و دست یابی به نتایج منطقی همواره اهمیت داشته است. در این مقاله به منظور کاهش عمق نفوذ پرتابه از اهداف سوراخ دار استفاده شد. استفاده از این اهداف در برخورد پرتابه های با سرعت بالا موجب کاهش مواردی از قبیل عمق نفوذ، هزینه نهایی ساخت هدف و چگالی سطحی هدف می شود. هدف این مقاله، ارایه یک مدل تحلیلی جدید و کامل برای نفوذ پرتابه در اهداف سوراخ دار نیمه بی نهایت سرامیک/فلز، براساس مدل تحلیلی فلوز که یکی از مدل های مهم و اساسی در زمینه نفوذ است، بود. ابتدا مدل فلوز که برای اهداف بدون سوراخ اما بی نهایت سرامیک/فلز است، مورد اصلاح قرار گرفت. این مدل اصلاحی ضمن بهبود کامل نتایج عمق نفوذ در سرعت های پایین، تطابق بهتری با نتایج تجربی در سرعت های بالا نیز دارد. در مدل تحلیلی جدید، 7 حالت مختلف برای برخورد پرتابه به سوراخ در نظر گرفته شد. در هر کدام از این حالت ها، زاویه تمایل و سرعت پرتابه بعد از رسیدن به فلز با توجه به ضخامت سرامیک و سرعت برخورد پرتابه متغیر بود. با در نظر گرفتن نفوذ مایل در فلز، روابط اصلاح شده برای شرایط جدید بازنویسی شد. در نهایت، عمق نفوذ با توجه به شرایط هدف به دست آمد. به منظور مقایسه نتایج از فرآیند شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس استفاده شد. نتایج مدل تحلیلی جدید با شبیه سازی عددی مطابقت قابل قبولی دارد.

    کلیدواژگان: نفوذ پرتابه، اهداف ترکیبی، شبیه سازی عددی، اهداف سوراخ دار
  • احسان فتحی عسگراباد، سیدحجت هاشمی* صفحات 1145-1156

    یکی از اهداف مهم در آزمایش ضربه سقوطی به دست آوردن مقدار انرژی شکست به منظور ارزیابی بهتر خواص فولاد آزمایش شده است. در تحقیق حاضر اندازه گیری تجربی و برآورد عددی انرژی شکست نمونه آزمایش ضربه سقوطی با شیار ماشین کاری شده در فولاد API X65 انجام شده است. هدف از تعیین این انرژی تخمین مقاومت ماده در برابر شکست است. نمونه آزمایشگاهی از بدنه لوله فولادی با درز جوش مارپیچ با قطر خارجی 1219میلی متر و ضخامت دیواره 14/3میلی متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین کاری شده است. سپس در وسط نمونه شیار شورن به طول 1/5میلی متر ایجاد و نمونه تحت بارگذاری دینامیکی با سرعت اولیه 3/6متر بر ثانیه قرار گرفت. با ترسیم منحنی های نیرو- جابجایی و انرژی- جابجایی مقدار حداکثر نیرو برای داده های آزمایشگاهی 229کیلونیوتن و از طریق مدل سازی کامپیوتری 225کیلونیوتن به دست آمد. با محاسبه سطح زیر منحنی نیرو- جابجایی مقدار انرژی شکست نمونه آزمایشگاهی برای داده های تجربی و مدل سازی کامپیوتری به ترتیب 7085 و 6800ژول به دست آمد. بررسی منحنی های تجربی به دست آمده نشان داد که حدود 59% انرژی صرف رشد ترک شده و مابقی صرف شروع ترک و تغییر شکل پلاستیک در نواحی سندان ها و ناحیه زیر چکش شده است. در انتها با ترسیم منحنی خطی انرژی شکست نمونه برحسب سرعت چکش نشان داده شد که شیب این منحنی معیار خوبی برای بررسی اتلاف انرژی و رفتار شکست ماده است.

    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، لوله فولادی انتقال گاز، فولاد API X65، انرژی شکست، مدل المان محدود
  • شاهرخ شمس*، مرتضی رمضانی، احد مولایی صفحات 1157-1169

    تحلیل آیرودینامیک توربین بادی محور عمودی از پیچیدگی بیشتری نسبت به توربین های محور افقی برخوردار است. در این پژوهش به منظور بررسی رفتار آیروالاستیک مقطع پره توربین باد محور عمودی اچ شکل از ترکیب مدل آیرودینامیک DMST که مربوط به توربین های محور عمودی است و مدل آیرودینامیک ناپایا وگنر و همچنین مدل واماندگی استاتیکی استفاده شده است. بر این اساس از مدل آیرودینامیکی DMST که مربوط به توربین بادی محور عمودی است، برای به دست آوردن دو پارامتر زاویه حمله و سرعت نسبی محلی استفاده شده است. از این دو پارامتر در ترکیب دو مدل آیرودینامیک وگنر و واماندگی استاتیکی که غیرخطی آیرودینامیکی را لحاظ می کنند، استفاده شده است و مدل جدید آیرودینامیک غیرخطی NFDMST ارایه شده است. مقطع پره به صورت یک و دو درجه آزادی به منظور تحلیل آیروالاستیسیته استاتیکی و دینامیکی مدل شده است. پره توربین باد محور عمودی در یک چرخش سرعت و زاویه حمله های متفاوتی را تجربه می کند و هدف از بررسی شناخت رفتار مقطع پره انعطاف پذیر، به دست آوردن سرعت ناپایداری در موقعیت های مختلف پره و مشاهده اثر غیرخطی های آیرودینامیک و سازه است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که با لحاظ کردن آیرودینامیک غیرخطی نتایج از دقت مناسب تری برخوردار است. همچنین با توجه به بررسی مدل یک و دو درجه آزادی نقطه طراحی به لحاظ آیروالاستیک در آزیموس 90- درجه است که کمترین سرعت ناپایداری دینامیکی m/s2/45 است و تغییرات سرعت ناپایداری بالواره چرخان در یک دور چرخش حدود 6% است.

    کلیدواژگان: آیروالاستیسیته، وگنر، NFDMST، توربین باد، اچ شکل
  • سعیدرضا صباغ یزدی، مجتبی جمشیدی* صفحات 1171-1185

    تاخت باد نوسان با دامنه زیاد و فرکانس کم کابل های خطوط انتقال برق است که در اثر وزش باد به صورت امواج ایستا  با حلقه های تکی یا بیشتر در هر دهنه رخ می دهد. براساس داده های میدانی، تعداد قابل توجهی از رخدادهای تاخت باد به صورت نوسانات تک حلقه اتفاق می افتد که در اثر آن نیروی دینامیکی قابل توجهی به دکل ها وارد می شود. در این مقاله نتایج آزمایش تونل باد روی یک نمونه مقیاس شده خط انتقال برق شامل دو دهنه کابل تکی با در نظر گرفتن دو نوع مقره انتهای بسته و معلق و همچنین بارگذاری ایرودینامیکی یکنواخت و غیریکنواخت (با استفاده از تونل باد جریان آزاد) برای بررسی رفتار ایرودینامیکی کابل ها در تحت تاثیر پدیده تاخت باد ارایه شده است. سپس براساس شناسایی بحرانی ترین حالت نوسان کابل ها، راهکاری بر مبنای افزایش مقاومت خمشی آنها از طریق به کارگیری روکش های موضعی سخت کننده پیشنهاد شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که بحرانی ترین حالت نوسان کابل ها در پدیده تاخت باد، مربوط به نوسان تک حلقه است که در نتیجه اندرکنش بین کابل های دهنه های مجاور تحت بارگذاری ایرودینامیکی غیریکنواخت و به کارگیری مقره های معلق رخ می دهد و طی آن نیروی های دینامیکی وارد بر تکیه گاه ها حدود 20% بیش از حالتی است که کابل ها به دلیل اتصال انتهای بسته به دکل ها به صورت دو حلقه نوسان می کنند. همچنین به کارگیری روکش های موضعی به اندازه 20% طول دهنه کابل باعث کاهش حدود 27% در نیروی دینامیکی وارد بر سازه نگهدارنده نسبت به حالت بدون روکش می شود.

    کلیدواژگان: تاخت باد، تونل باد، روکش موضعی، مدل سازی تحریف شده، بار ایرودینامیکی، مقره
  • امیررضا کوثری*، سیدایمان کسائی، علیرضا رستم پور، سهیل سیدزمانی صفحات 1187-1197

    در این مقاله روشی نوین برای طرح ریزی مسیر و تعیین گذرگاه های قابل پرواز یک هواپیما براساس راهکار نگاشت همدیس معرفی می شود. در اینجا مساله طراحی گذرگاه پروازی ارتفاع پایین برای یک هواپیما مطرح شده است. در این مساله حفظ تلاش کنترلی برای کاهش ارتفاع و افزایش سرعت با محدودیت اجتناب از برخورد با موانع و عوارض زمینی، استراتژی اصلی این مانور عملکری است. در رویکرد ارایه شده سعی بر تبدیل فضای واقعی شامل موانع و عوارض زمینی که عموما اطلاعات آن توسط نقشه های دیجیتالی ماهواره ای یا هوایی موجود است، به یک فضای مجازی شامل موانع هموارشده یا فاقد ارتفاع است. در این راستا از مفهوم نگاشت های همدیس به عنوان یک ابزار ریاضیاتی تسهیل کننده برای این تبدیل فضای حل مساله بهره گرفته شده است. تبدیل فضای حل مساله تحت نگاشت یاد شده به گونه ای منجر به حل مساله ای متاثر از انعکاس دینامیک، معیار عملکرد و محدودیت های ارتفاعی حقیقی روی فضای مجازی می شود. این نکته قابل توجه است که در طراحی مسیر گذر در فضای تبدیل یافته جدید، تاثیر موانع بر شکل دهی مسیر پروازی، به نوعی در معادلات بیان شده در فضای مجازی گنجانده می شود. نتایج مطالعات موردی و بهینه سازی های عددی انجام پذیرفته با لحاظ موانع با اشکال هندسی دوبعدی پایه نشان گر تطبیق مناسب نتایج با قواعد عملکردی پروازی است. روش پیشنهادی پتانسیل پیاده سازی در هر دو حالت برنامه ریزی مسیر به صورت برخط و خارج از خط را داراست.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی مسیر، نگاشت همدیس، اجتناب از موانع و عوارض زمین، پرواز ارتفاع پایین، کنترل بهینه
  • حسین سیفی داوری*، شهریار کوروند، ایمان خاتمی صفحات 1199-1209

    در این تحقیق برای انتخاب ایرفویل پره توربین باد محور عمودی داریوس سه ایرفویل NACA0015، NACA0018 و NACA0021 انتخاب و در نرم افزار Q-Blade نسبت ماکزیمم ضرایب برآ به پسا مشخص و در نهایت ایرفویل ناکا 0015 در سرعت 5 و 10متر بر ثانیه بیشترین مقدار نسبت ضریب برآ به ضریب پسا در زاویه حمله 13درجه برابر 2/58 و زاویه حمله 6/5درجه برابر 15/3 داشت و در ادامه ایرفویل ناکا 0015 انتخاب و برای تحلیل عددی از روش توربولانسی K-ω SST استفاده و با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شد. در ادامه توربین باد در نرم افزار CATIA طراحی و ساخته شد. برای ایجاد جریان باد از دمنده چهار فن و برای محاسبه دقیق تر وسایل مورد استفاده در اندازه گیری، آزمون و ساخت کالیبره شده اند. نتایج نشان داد که توان راه اندازی پره متخلخل در سرعت 3، 4، 5، 7 و 8متر بر ثانیه 35، 33، 31، 37 و 48% کمتر از توربین باد پره مستقیم بوده است.

    کلیدواژگان: سرعت باد، راه اندازی، تخلخل، توان لحظه ای، داریوس
  • احمد شرفی*، داود مختاری صفحات 1211-1221

    در این تحقیق اثر چند نوع مانع غیرمعمول با هندسه های مکعبی، کروی، استوانه ای و مخروطی شکل بر بردار پیشرانش یک میکرو نازل همگرا- واگرا به عنوان یک روش جدید در کنترل بردار پیشران به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یک نازل همگرا- واگرا در ابعاد کوچک طراحی و ساخته شده است. این نازل به صورتی است که عدد ماخ اسمی خروجی آن در شرایط انبساط کامل، 2 است. دیواره این نازل برای اندازه گیری تغییرات فشار، مجهز به سوراخ های فشار شده است. همچنین در دیواره نازل مجرایی برای اعمال یک مانع در درون نازل ایجاد شده است. از سنسورهای فشار برای اندازه گیری فشار و همچنین از سیستم سایه نگاری برای بررسی میدان جریان خروجی از نازل استفاده شده است. فشار کل محفظه آرامش در تمام آزمایش ها ثابت بوده و برابر 5/5بار است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که بیشترین مقدار انحراف، مربوط به مانع با هندسه مکعبی شکل است که برابر 1/2درجه است. همچنین در هندسه هایی که دارای گوشه های تیز هستند، شوک شکل گرفته قوی تر بوده و به دیواره مقابل برخورد می کند. در این تحقیق شوک شکل گرفته با مانع مکعبی و استوانه ای به دیواره مقابل برخورد کرده اما برای موانع کروی و مخروطی شکل، شوک از دهانه نازل خارج می شود. همچنین این نتایج نشان می دهند که نیروی محوری نازل کاهش بسیار جزیی داشته است.

    کلیدواژگان: میکرونازل همگرا- واگرا، کنترل بردار پیشرانش، مانع غیرمعمول، آیرودینامیک تجربی، جریان مافوق صوت
  • حامد صفی خانلو، سجاد علی میرزایی، مهدی احمدی نجف آبادی* صفحات 1223-1234

    موج طولی بحرانی به معنای انکسار امواج طولی گسیل شده از محیط اول در راستای موازی با سطح محیط دوم است. ارتباط بین تنش و سرعت موج با قانون آکوستوالاستیک بیان می شود. تعیین ضریب آکوستوالاستیک به کمک روابط تئوری به علت نیاز به محاسبه ثوابت الاستیک مرتبه دوم و سوم ماده بسیار مشکل است. هدف از این پژوهش ارایه روشی تجربی برای اندازه گیری دقیق ضریب آکوستوالاستیک، بررسی تاثیر ضخامت محیط انتشار بر امواج طولی بحرانی و در نهایت بررسی امکان اندازه گیری تنش در پوسته ها و صفحات نازک است. با ارسال موج در سطح ماده و بررسی امواج دریافت شده توسط سنجشگرهای گیرنده، به گسیختگی و به وجود آمدن گروه های مختلف در انتشار امواج طولی بحرانی پی برده شد. در حالی که موج ارسالی تنها از یک گروه تشکیل شده است. بررسی نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که انتشار موج طولی در ضخامت های کم سبب به وجود آمدن مولفه هایی از امواج لمب متقارن و نامتقارن نیز می شود. با اعمال تنش کششی بر ورقی که در آن موج طولی بحرانی ارسال شده است مشخص شد که تمام گروه هایی که توسط ترانسدیوسر گیرنده دریافت می شوند و دارای ماهیت طولی بحرانی هستند رفتار یکسانی در مقابل تغییرات تنش دارند در حالی که مولفه های لمب رفتار متفاوتی در برابر تغییرات تنش از خود نشان می دهند. همچنین بررسی تغییرات زمان انتشار امواج با تغییرات تنش های کمتر از حد الاستیک نشان می دهد که در نمونه ای با ضخامت 0/5میلی متر، تغییرات زمان پرواز امواج لمب  و ، به ترتیب 3/75 و 1/91 برابر تغییرات امواج طولی بحرانی است.

    کلیدواژگان: امواج طولی بحرانی، ضریب آکوستوالاستیک، امواج لمب متقارن و نامتقارن، آکوستوالاستیک
  • سیداحمد علوی نژاد، سیدهادی قادری* صفحات 1235-1243

    اتصال سرد ورق فلزی، روشی مبتنی بر شکل دهی برای همبندی قطعات ورقی است. برای اطمینان از یک اتصال با استحکام کافی لازم است ابزار شکل دهی به صورت بهینه طراحی شود. این مقاله به مطالعه عددی و تجربی فرآیند اتصال سرد ورق های فولادی با ضخامت ناهمسان با قالب ثابت به منظور بهینه سازی پارامترهای هندسی ابزار اتصال سرد می پردازد. در این مطالعه با استفاده از روش طراحی آزمایش متعامد (OED) و تحلیل المان محدود در نرم افزار آباکوس، شعاع سنبه RP، عمق حفره قالب Pm، عرض شیار کف قالب Lm و زاویه کف سنبه PBA، به عنوان پارامترهای ورودی مهم طراحی ابزار برای رسیدن به بیشترین استحکام کششی F اتصال سرد، به عنوان متغیر هدف، بهینه سازی شد. ورق های بالایی و پایینی به کار رفته در این تحقیق به ترتیب، به ضخامت 1/5 و mm2 از جنس فولاد گالوانیزه DX51D است که براساس استاندارد EN10346/00 توسط شرکت فولاد مبارکه تولید می شود. پس از اجرای رایانه ای آزمایش های طراحی شده با OED، مقادیر mm2/6=RP، mm1/4=Pm، mm1/2=Lm، °1=PBA و N2319=F به عنوان مقادیر بهینه به دست آمد. پس از بهینه سازی هندسه ابزار براساس نتایج آزمایش های المان محدود، طراحی و ساخت ابزار اتصال سرد انجام گرفت. ارزیابی و مقایسه نتایج شبیه سازی اتصال سرد برای طراحی ابزار بهینه، با نتایج تجربی به دست آمده برای هندسه اتصال و استحکام کششی آن انطباق بسیار نزدیکی را نشان داد.

    کلیدواژگان: اتصال سرد ورق فلزی، روش طراحی آزمایش متعامد (OED)، بهینه سازی، تحلیل المان محدود، استحکام اتصال
  • مهران خیرخواهان، خسرو حسینی*، پوریا امیدوار صفحات 1245-1254

    یکی از مطالعات مورد علاقه محققین در علم هیدرولیک و مکانیک سیالات بررسی جریان های چگال حاوی رسوبات چسبنده (جریان های گل آلود) در محیط آبی است. این نوع از جریان ها به علت داشتن چگالی بیشتر نسبت به آب در بستر جریان می یابند و در آب بالای خود نفوذ کرده و منجر به کدرشدن (گل آلود شدن) آن می شوند. در مقاله حاضر این نوع جریان ها به کمک شبیه سازی دوفازی در روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار مدل سازی گشته است. برای مدل سازی از توسعه کد دوبعدی اسفیزیکس بهره گرفته شده است که در آن مقادیر فشار به صورت صریح و به کمک معادله حالت محاسبه می شوند. همچنین برای مدل سازی فاز رسوبات چسبنده از مدل غیرنیوتنی ویسکوپلاستیک تک رابطه ای هرشل بالکی پاپاناستاسیو استفاده شده است. در ادامه برای بررسی میزان نفوذ مخلوط رسوبات چسبنده در آب زلال، از معادله نفوذ و جابجایی در توسعه کد استفاده شد. در نهایت نتایج حاصل از مدل حاضر به صورت تک فازی و دوفازی با مدل های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی ها حاکی از آن است که مدل توسعه داده شده در تحقیق حاضر به طور مطلوبی قادر به مدل سازی این نوع از جریان ها است و می تواند برای بررسی میزان غلظت، نفوذ جریان های چگال و همچنین میزان پیشروی آنها در محیط های آبی به کار گرفته شود.

    کلیدواژگان: مدل دوفازی SPH، جریان چگال، فاز غیرنیوتنی رسوبات چسبنده، مدل هرشل بالکی پاپاناستاسیو، معادله نفوذ و جابجایی
  • کامران تائبی، اسماعیل خان میرزا*، سید محمد امام جمعه صفحات 1255-1269

    در این پژوهش روی توسعه دانش فنی و پیاده سازی راهبردهای کنترل نوین در بستر اینترنت اشیاء تمرکز شده است. در این راستا معماری کنترلی طراحی شد که با استفاده از کنترل چندلایه سلسه مراتبی در بستر اینترنت اشیاء امکان ارتباط گیری و انتقال اطلاعات از لایه های پایین تر به بالاتر در مقیاس جهانی و امکان پردازش داده ها و ارایه راهکار کنترلی متناسب با شرایط جدید از لایه های بالاتر به پایین تر فراهم آمده است. از کاربردهای اصلی این رویکرد می توان به کنترل سیستم های دارای لختی زیاد و هوشمندسازی زیر سیستم ها با هزینه کم برای کنترل سیستم ها با مقیاس بزرگ اشاره کرد. با دو لایه شدن سیستم هایی با لختی زیاد، امکان بهینه شدن کنترل کننده محلی توسط کنترل اصلی فراهم می شود. بدین منظور کنترل کننده دو لایه ای که در لایه پایینی کنترل سیستم های با لختی زیاد دما و رطوبت خاک را به ترتیب در قالب کنترل PID و IFTTT بر عهده داشته و در لایه بالایی با استفاده از اطلاعات دریافتی از لایه پایینی و به کارگیری الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) و کنترل کننده ANFIS، به ترتیب ضرایب کنترل کننده PID اعمال شده در زیر سیستم و نقاط کاری IFTTT کنترل را به طور پیوسته بهینه می نماید، در نظر گرفته شده است. با این عمل حجم و پیچیدگی سخت افزارهای به کار گرفته شده در لایه های پایین تر و به تبع هزینه های ناشی از آنها کاهش پیدا کرده و در عین حال زیر سیستم مربوطه هوشمند شده است. از طرفی امکان پیاده سازی کنترل کننده های پیچیده در لایه های سطح پایینی در سیستم های مقیاس بزرگ فراهم شده و امکان کنترل سیستم های با لختی زیاد نیز فراهم می آید. نتایج شبیه سازی و آزمایش عملی نیز حاکی از آن است که این استراتژی کنترلی در بسترهای اینترنت اشیاء بسیار موثر واقع شده است.

    کلیدواژگان: کنترل کننده چندلایه سلسله مراتبی، اینترنت اشیا، سیستم هایی با لختی زیاد
  • هادی فرزان*، محمد جعفریان، مهران عامری صفحات 1271-1282

    دمای آسفالت در اثر تابش خورشید افزایش می یابد و در طول روز اختلاف قابل ملاحظه ای بین دمای هوای محیط پیرامون و دمای آسفالت شکل می گیرد و این اختلاف دما پتانسیل مناسبی برای گرم کردن سیال عامل مانند آب فراهم می کند. کلکتورهای آسفالت در کنار ساختار بسیار ساده، امکان استفاده از این پتانسیل را فراهم کرده اند. مطالعه تجربی و تحلیلی حاضر پاسخ دینامیکی و راندمان کلکتور آسفالت را در شرایط عملیاتی در شهرستان بم، کرمان مورد مطالعه قرار داده است. در مطالعه حاضر با طراحی و ساخت یک کلکتور آسفالت با مساحت m21/2 و پایش پارامترهای موثر مانند شدت تابش و درجه حرارت ورودی و خروجی از کلکتور به مدت 6ساعت از روز عملکرد این دسته از کلکتورها بررسی شده است. مطالعه اخیر نشان می دهد که با افزایش دبی جریان ورودی به کلکتور به میزان دو برابر، راندمان کلکتور به مقدار متوسط 25% افزایش می یابد در حالی که اختلاف دماهای ورودی و خروجی رو به کاهش می گذارد. از طرفی با بهره گیری از نتایج تجربی در رویکرد تحلیلی راندمان حرارتی برای سایر دبی ها در محدوده رژیم جریان آرام پیش بینی شده است. نتایج به دست آمده از رویکرد تحلیلی با دقت مناسبی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت دارد. استفاده از روش تحلیلی راهکاری مناسب برای تخمین کارآیی کلکتور در مواقعی که نتایج تجربی در دسترس نیست، در اختیار می گذارد.

    کلیدواژگان: کلکتور آسفالت، دبی جریان، راندمان حرارتی، انرژی خورشیدی
  • حمیدرضا حسین پور، پیام سرائیان*، احسان شکوری صفحات 1283-1293

    با توجه به ویژگی های خاص کامپوزیت چوب پلاست و استقبال روز افزون از این محصول به واسطه سازگاری آن با محیط زیست، دست یابی به کیفیت سطح مناسب طی انجام فرآیندهای مختلف ماشین کاری روی این دسته از مواد، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش پس از انجام عملیات تراشکاری با ابزار خودچرخان روی نمونه ها با تغییر پارامترهای سرعت اسپیندل، نرخ پیشروی و عمق برش، به اندازه گیری و مقایسه زبری سطوح تراشکاری شده، بررسی سلامت سطوح توسط میکروسکوپ و همچنین تحلیل عددی فرآیند پرداخته شده است. در نتایج مشاهده شد که طی تراشکاری با ابزار خودچرخان به ازای عمق برش 1میلی متر و نرخ پیشروی 0/22میلی متر بر دور، با افزایش سرعت اسپیندل از 500 به 710دور بر دقیقه، کیفیت سطح در حدود 17% بهتر شد که این مقدار در مقایسه با تراشکاری معمولی نیز در حدود 37% بهبود یافته است. همچنین به علت افزایش نیروهای ماشین کاری، با افزایش نرخ پیشروی از 0/22 به 0/44میلی متر بر دور، کیفیت سطح در حدود 21% کاهش یافته است. مقایسه مقادیر به دست آمده برای زبری سطح نشان داد که بعد از نرخ پیشروی سرعت اسپیندل بیشترین تاثیر را بر کیفیت و سلامت سطوح تراشکاری شده داشته است. همچنین مقایسه زبری سطوح اندازه گیری شده طی روش المان محدود و روش تجربی نیز نشان دهنده دقت و سازگاری مناسب این دو روش با یکدیگر بوده است.

    کلیدواژگان: چوب پلاستیک، ابزار خودچرخان، نرخ پیشروی، سرعت دورانی، زبری سطح، المان محدود
  • محمدمیلاد مروت، مجید صفرآبادی فراهانی*، محمدجعفر صدیق دامغانی، امیرمحمد مشایخ صفحات 1295-1308

    بیماری هایی مانند سکته های قلبی و مغزی که گاهی منجر به اختلالات حرکتی در افراد می شوند با بالارفتن میانگین سنی جامعه، افزایش یافته است. امروزه دانشمندان پزشکی برای درمان این اختلالات استفاده از ربات هایی تحت عنوان ربات های بازتوانی را جایگزین درمانگرهای سنتی کرده اند. هدف اصلی این پژوهش طراحی و ساخت یک ربات بازتوانی با هزینه پایین و با قابلیت استفاده خانگی برای بیمار بود. در این پژوهش رباتی ترکیبی از کابل و فنر برای حرکت در صفحه عرضی بدن انسان معرفی شد. بدین منظور، ابتدا سختی و طول آزاد فنرها، طی یک فرآیند بهینه سازی به دست آمده است. سپس ناحیه کاری استاتیکی و دینامیکی برای شناسایی رفتار مکانیکی ربات محاسبه شده است. در پایان، کنترل پذیری سیستم در مسیرهای مختلف و در دو حالت حضور و عدم حضور دست بیمار بررسی و با نتایج حاصل از دستگاه ساخته شده صحه گذاری شد. نواحی کاری استاتیکی و دینامیکی حاکی از آن است که بیمار به کمک ربات طراحی شده به خوبی می تواند تمارین را انجام دهد. همچنین نتایج کنترلی و نتایج به دست آمده از آزمایش دستگاه ساخته شده نشان دهنده پایداری سیستم کنترلی و توانایی آن در از بین بردن خطاهای به وجودآمده احتمالی طی مسیر است.

    کلیدواژگان: ربات کابلی، ربات بازتوانی، ناحیه کاری استاتیکی، ناحیه کاری دینامیکی، بهینه سازی
  • محسن آقایی، رضا دهقان* صفحات 1309-1320

    جداکننده های دو مرحله ای گریز از مرکز، جدیدترین نسل جداکننده های ثقلی مورد استفاده در پرعیارسازی و جدایش مواد معدنی هستند. روش های پرعیارسازی ثقلی روش هایی هستند که به وسیله آنها می توان مخلوطی از ذرات با ابعاد، شکل و جرم مخصوص مختلف را به کمک نیروی ثقل، نیروی گریز از مرکز و دیگر نیروها به کمک جریان سیال به خصوص آب (یا هوا) از یکدیگر جدا ساخت. جریان داخل این جداکننده ها همواره آشفته است. در شبیه سازی های عددی، انتخاب مدل آشفتگی مناسب از جنبه های مهم و کلیدی برای پیش بینی دقیق الگوی جریان سیال است. هدف از این مقاله یافتن مدل آشفتگی مناسب برای پیش بینی های هیدرودینامیکی در جداکننده دو مرحله ای گریز از مرکز به روش دینامیک سیالات محاسباتی است. بدین منظور شبیه سازی سه فازی جداکننده دو مرحله ای گریز از مرکز با استفاده از مدل های k-e، RNG k-e و RSM انجام شده است. ارزیابی اثر مدل آشفتگی بر میدان جریان با توجه به الگوی هسته هوا، توزیع سرعت و توزیع ذرات جامد بین جریان های مختلف جداکننده انجام شده است. در پایان نتایج حاصل از شبیه سازی CFD دستگاه با قطر 70میلی متر با داده های آزمایشگاهی و تجربی اعتبارسنجی شد. درصد اختلاف نتایج شبیه سازی با استفاده از مدل آشفتگی RSM با نتایج تجربی در مورد بازیابی حجمی سیال و قطر هسته هوا در مراحل اول و دوم به ترتیب 4/73%،4/3% و 5/2% بود. نتایج حاصل از شبیه سازی با مدل های آشفتگی k-e، RNG k-e انطباق خوبی با نتایج تجربی نداشت.

    کلیدواژگان: جداکننده دو مرحله ای گریز از مرکز، مدل آشفتگی، هسته هوا، دینامیک سیالات محاسباتی
  • عباس پاک*، حامد یاقوتی، وحید طهماسبی صفحات 1321-1331

    استفاده از نوسان های فراصوتی برای کاهش دما در سوراخ کاری استخوان یکی از مهم ترین فرآیندهای نوین است که مورد توجه محققین حوزه جراحی استخوان قرار گرفته است. لذا بررسی رفتار دما در فرآیند سوراخ کاری استخوان به کمک نوسان های فراصوتی و پیش بینی رفتار دما نقش مهمی در بهبود استفاده از این روش در عمل های جراحی ارتوپدی دارد. در این پژوهش با استفاده از روش سطح پاسخ و تحلیل آماری اثر پارامترهای فرآیند روی تغییرات دما مورد مطالعه قرار گرفته است. تحلیل آماری برای بررسی اثر هر یک از متغیرهای ورودی شامل سرعت دورانی ابزار، سرعت پیشروی ابزار، دامنه نوسان فراصوتی و برهم کنش آنها روی دما انجام شده است. همچنین با استفاده از روش آماری حساسیت سوبل مقدار تاثیر و حساسیت هر یک از متغیرهای ورودی روی دما مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از نوسان های فراصوتی باعث کاهش دما می شود و سرعت دورانی (48%)، دامنه نوسان (33%) و سرعت پیشروی (19%) به ترتیب بیشترین اثر را بر دمای فرآیند سوراخ کاری به کمک نوسان های فراصوتی داشته اند. استفاده از نوسان های فراصوتی می تواند باعث کاهش وابستگی دمای فرآیند به سرعت پیشروی شده و در نتیجه امکان انجام جراحی در زمان کوتاه تری را ممکن می سازد. کمینه مقدار دما (حدود C°37) در سرعت دورانی 500دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 20میلی متر بر دقیقه و دامنه نوسان 15میکرومتر حاصل شده است.

    کلیدواژگان: مدل سازی، دما، سوراخ کاری استخوان، نوسان های فراصوتی، روش پاسخ سطح، تحلیل حساسیت سوبل
  • علی اکبر رستم نژادچراتی، حسن عبدوس*، احسان برهانی، مجید ناصری صفحات 1333-1346

    در مقاله حاضر نانوکامپوزیت‌های چندلایه با استفاده از ورق‌های آلومینیوم- مس (با دو ضخامت 0/1 و 0/3میلی‌متر) و نانولوله‌های کربنی از طریق فرآیند نورد تجمعی تهیه شدند. فرآیند نورد تجمعی برای تولید نمونه‌های نانوکامپوزیتی تا پنج سیکل ادامه یافت. سپس آزمون‌های بررسی ساختار، سختی، کشش و اندازه‌گیری هدایت الکتریکی به منظور ارزیابی خصوصیات نمونه‌ها انجام پذیرفت. گلویی‌شدن و شکست دو سازوکار مهم در ارتباط با نحوه توزیع فلز مس در زمینه آلومینیم حین نورد تشخیص داده شدند. همچنین افزایش تعداد پاس‌ها ضمن بهبود پیوند لایه‌ها موجب از هم‌پاشیدن خوشه‌های نانولوله‌های‌کربنی و بهبود توزیع آنها در ساختار می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که مقدار سختی آلومینیوم با افزایش ضخامت لایه مس برای کامپوزیت بدون نانولوله‌کربنی و نانوکامپوزیت محتوی نانولوله‌کربنی به ترتیب حدود 30 و 32% به ازای اعمال پنج پاس، افزایش یافته است. بیشترین میزان سختی، معادل 147ویکرز، متعلق به نمونه حاوی نانولوله‌کربنی و تهیه‌شده از ورق مس با ضخامت 0/3میلی‌متر و پس از اعمال پنج پاس نورد است (446% افزایش در مقایسه با آلومینیم). نتایج آزمون استحکام‌سنجی تاثیر ضخامت لایه مسی و نانولوله‌های کربنی را در افزایش استحکام تا پاس چهارم تایید می‌کند. بیشترین استحکام و تغییر طول تا شکست مربوط به نمونه نانوکامپوزیت چندلایه آلومینیم- مس- نانولوله‌کربنی در پاس چهارم است. همچنین نتایج آزمون‌ها مشخص می‌سازد که افزودن مس و نانولوله‌های کربنی به طور همزمان می‌تواند موجب افزایش استحکام و هدایت الکتریکی کامپوزیت‌های مورد مطالعه شود.

    کلیدواژگان: نورد تجمعی پیوندی، نانوکامپوزیت، آلومینیوم، نانولوله های کربنی، خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی
  • مهدی زارع مهرجردی، اصغر دشتی رحمت آبادی*، ابوالفضل رسولی زاده شورکی صفحات 1347-1360

    توانایی فیلم روانکار در حفظ پایداری دینامیکی روتور در فضای لقی در شرایط ویژه ای نظیر کارکرد در سرعت های بحرانی، وقوع اغتشاشات لحظه ای در وضعیت بارگذاری یا مشخصه های روانکار، همواره یکی از بارزترین خصوصیات مورد انتظار یاتاقان های ژورنال تکیه گاهی مورد استفاده در ماشین آلات دوار محسوب می شود. نسبت منظری یا طول به قطر یاتاقان عامل مهمی است که در شرایط متفاوت بارگذاری، تاثیر آشکاری بر کیفیت فیلم سیال محبوس مابین سطح روتور و جدار داخلی پوسته یاتاقان خواهد داشت. به همین علت در پژوهش حاضر تاثیر این عامل بر کیفیت میرایی اغتشاشات حرکتی روتور در فضای یاتاقان های ژورنال غیرمدور دو، سه و چهار لب با مدل های تحلیلی دینامیکی خطی و غیرخطی مطالعه شده است. در ابتدا موقعیت تعادل پایدار روتور در فضای یاتاقان با بکارگیری معادله رینولدز حاکم بر روانکاری میکروپلار به ازای بار معین خارجی برای مقادیر گوناگون نسبت منظری استخراج شده است. در ادامه با فرض نوسانات سیکل محدود روتور حول نقطه تعادل استاتیکی در مدل خطی، مقادیر جرم بحرانی و فرکانس چرخش گردابی مشخص کننده مرز همگرایی اغتشاشات به وضعیت تعادل، تعیین شده اند. در مدل غیرخطی با حل همزمان معادله رینولدز حاکم بر روانکاری یاتاقان و معادلات حرکت روتور در گام های زمانی متوالی با روش رانگ- کوتا، همگرایی یا واگرایی حرکات روتور ارزیابی شده است. نتایج گویای آن است که با کاهش نسبت منظری، دامنه پایداری دینامیکی نوسانات روتور و شانس کنترل اغتشاشات و بازگشت به موقعیت تعادل پایدار، بهبود می یابد. قیاس نتایج دو روش ارزیابی نیز از رفتار محتاطانه تر و دامنه پایداری دینامیکی محدودتر مدل خطی در غالب مقادیر نسبت منظری حکایت دارد.

    کلیدواژگان: نسبت منظری، پایداری دینامیکی، یاتاقان های ژورنال غیرمدور لب دار، روانکار میکروپلار، تحلیل خطی و غیرخطی
  • فرشاد اثناعشری، سیدحسین دیباجیان*، محمدجواد محمودی صفحات 1361-1373

    مقدار آنتروپی تولیدی طی بارگذاری خستگی به عنوان یک شاخص از انباشت آسیب در ماده تلقی می شود. با استفاده از تکنیک ترموگرافی و ثبت توزیع میدان دما در سطح نمونه تحت بارگذاری چرخه ای به وسیله دوربین مادون قرمز و همچنین محاسبه انرژی اتلافی و در نظر گرفتن امکان تبادل حرارت نمونه با محیط، می توان نرخ خالص تولید آنتروپی در سیستم را محاسبه کرد. انتظار می رود که با به کارگیری ابزار مناسب، بتوان این روش را به عنوان یک روش بازرسی غیرمخرب در رابطه با آسیب ناشی از خستگی فلزات مورد استفاده قرار داد. این تحقیق به منظور امکان سنجی و بررسی قابلیت کاربرد روش یاد شده به کمک مدل سازی و تحلیل عددی انجام شده است. در این مقاله با استفاده از روش عددی اجزای محدود و در قالب نرم افزار آباکوس به شبیه سازی آزمون خستگی خمش کاملا معکوس شونده روی نمونه های استاندارد از جنس آلومینیوم (Al6061-T6) که نتایج آزمون آزمایشگاهی آن موجود است، پرداخته می شود. براساس نتایج تحلیل مکانیکی و حرارتی به روش کوپل متوالی، به محاسبه نرخ تولید آنتروپی، آنتروپی شکست خستگی، متغیر آسیب و تخمین عمر باقی مانده براساس این متغیر پرداخته می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج آزمون های آزمایشگاهی مقایسه و اعتبارسنجی می شود. همچنین یک تحلیل عددی برای تخمین افزایش دما و بررسی پدیده خودگرمایی خستگی در اثر بارگذاری چرخه ای براساس مشخصه های منحنی کرنش- عمر و تخمین انرژی اتلافی، با بهره گیری از امکان اسکریپت نویسی پایتون در نرم افزار آباکوس روی نمونه آزمون محوری از جنس فولاد(AISI 4340) صورت می گیرد. نتایج پژوهش حاکی از آن است که کاربرد ترموگرافی مادون قرمز به عنوان یک روش ارزیابی غیرمخرب در محدوده خستگی کم چرخه ابزاری مناسب برای ارزیابی میدان دما و در نتیجه تخمین آسیب انباشته در ماده است.

    کلیدواژگان: آسیب خستگی، انرژی اتلافی، ترموگرافی، تحلیل عددی
  • مهدی عباس زاده گورانی، محمدجعفر حداد*، علی پرویزی صفحات 1375-1385

    نورد حلقه ای یکی از مهم ترین فرآیندهای شکل دهی برای ساخت هندسه های گرد و یکپارچه با خواص مکانیکی مطلوب در جهت محیطی است. توانایی ساخت حلقه های دولایه می تواند کاربرد فراوانی در صنایع مختلف داشته باشد. ازجمله خواص این گونه حلقه ها می توان به داشتن وزن سبک در کنار استحکام بالا یا مقاومت به سایش در کنار استحکام بالا اشاره نمود. در این پژوهش سعی شده است تا به بررسی فرآیند نورد حلقه ای دولایه چسبیده و پارامترهای موثر بر آن در طول فرآیند با استفاده از تحلیل اجزا محدود توسط نرم افزار ABAQUS و آزمون تجربی، پرداخته شود. حلقه ها به صورت چسبیده به یکدیگر برای انجام شبیه سازی فرآیند و آزمون تجربی در نظر گرفته شده و در انتها یک حلقه از دو جنس متفاوت سرب خالص 99/99% و قلع 63% تشکیل شد. با استناد به نتایج به دست آمده از این تحلیل و با توجه به ابعاد و پارامترهای در نظر گرفته شده برای انجام فرآیند، تنش به وجود آمده در حلقه نورد شده دولایه چسبیده، بین مقادیر Pa 107×1/800__105×1/146 و کرنش آن معادل 1/187 __ 0 به دست آمد. همین طور تصاویر کانتورهای تنش و کرنش، برای درک بهتر فرآیند ارایه شد. با توجه به موارد به دست آمده از شبیه سازی به بررسی تجربی نورد حلقه ای دولایه پرداخته شد. روش کار بدین صورت بود که ابتدا توسط نرم افزار مدل سازی به طراحی مدل ریخته گری پرداخته شده و سپس با طراحی آزمایش تعداد آزمون های مورد نیاز به دست آمده و پس از آن میزان مواد مورد نیاز برای انجام آزمون محاسبه شد. بعد از انجام آزمون ها به بررسی خواص مکانیکی و متالورژیکی حلقه های دولایه نورد شده پرداخته شد.

    کلیدواژگان: نورد، حلقه، نورد حلقه ای، رینگ، رولینگ، رینگ رولینگ، دولایه، چسبیده، دولایه چسبیده
  • سعید خداترس، سیدرضا موسوی سیدی*، علی متولی، مهدی منتظری صفحات 1387-1398

    سلول های فتوولتاییک مجهز به جمع کننده حرارتی می توانند انرژی خورشیدی را به صورت های الکتریکی، حرارتی و ترکیبی از این انرژی تبدیل نماید. در این پژوهش یک سامانه متمرکزکننده سهموی خطی مجهز به سلول های فتوولتاییک در نرم افزار Optic Ray Tracing شبیه سازی نوری و در نرم افزار Solidworks شبیه سازی حرارتی صورت گرفت و نتایج آن با ارزیابی تجربی مقایسه شد. شبیه سازی جمع کننده حرارتی در سامانه ترکیبی فتوولتاییک- حرارتی با دو آرایش طولی و عرضی و در 4 سطح قطر داخلی لوله ها (8، 10، 12 و 14میلی متر) و در سه سطح دبی (1، 2 و 3لیتر بر دقیقه) انجام شد. نتایج شبیه سازی دو آرایش طولی و عرضی لوله ها نشان داد که بازده حرارتی در چینش طولی بهتر از چینش عرضی بود. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش قطر لوله ها از 8 تا 120میلی متر روند تغییرات بازده حرارتی افزایشی و از قطر 12 تا 14میلی متر تغییرات چندانی در بازده حرارتی مشاهده نشد. افزایش دبی سیال از 1 به 3لیتر بر دقیقه راندمان حرارتی به دلیل کاهش تلفات حرارتی و راندمان الکتریکی به دلیل کاهش دمای سطح سلول فتوولتاییک افزایش یافت. با توجه به نتایج شبیه سازی سامانه مورد نظر با قطر لوله 10میلی متر ساخته شد و آزمایش های میدانی با سرعت جریان دبی سیال 3لیتر بر دقیقه انجام شد. مقایسه نتایج شبیه سازی و ارزیابی تجربی نشان داد که بیشینه راندمان حرارتی و الکتریکی برای داده های شبیه سازی به ترتیب 61/18 و 12/58% و برای داده های میدانی 58/14% و 12/03% به دست آمد.

    کلیدواژگان: متمرکزکننده سهموی، شبیه سازی، سلول فتوولتاییک
  • میلاد آقایی روزبهانی، داود شاه قلیان قهفرخی، غلامحسین رحیمی* صفحات 1399-1408

    در حال حاضر سازه های کامپوزیتی دارای کاربردهای زیادی در صنایع مختلفی ازجمله هوافضا، خودرو، دریایی و پتروشیمی هستند. در اکثر این کاربردها، سازه تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی قرار می گیرد و ممکن است دچار کمانش، ارتعاش و خستگی شود. بنابراین تحلیل استاتیکی و دینامیکی این سازه ها به منظور شناخت خصوصیات آنها ازجمله بار کمانش، فرکانس طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی بسیار ضروری است. یکی از مهم ترین روش های غیر مخرب برای پیش بینی بار کمانش سازه روش همبستگی ارتعاشی است که اساس آن بر پایه تغییرات فرکانس با تغییر بار محوری بر سازه است. در این تحقیق به بررسی تجربی بار کمانش ورق کامپوزیتی ساندویچی با هسته مشبک لوزی کامپوزیتی پرداخته شده است. برای ساخت ورق های ساندویچی از روش رشته پیچی و لایه چینی دستی استفاده شده است. یکی از نمونه های ساخته شده تحت آزمایش مودال قرار گرفته و با روش همبستگی ارتعاشی تجربی بار کمانش سازه محاسبه شده است. در ادامه برای صحت سنجی نتایج به دست آمده از روش همبستگی ارتعاشی، بار کمانش چهار نمونه از طریق آزمون فشار محوری محاسبه شد. میزان خطا برای پیش بینی بار کمانش به کمک روش همبستگی ارتعاشی تجربی 2/1% به دست آمد و کارآیی روش همبستگی ارتعاشی تجربی برای ورق کامپوزیتی مشبک مورد تایید قرار گرفت. همچنین با بررسی تاثیر بازه بار اعمالی بر دقت روش همبستگی ارتعاشی مشخص شد که به ازای بار اعمالی بیش از 63% بار کمانش تجربی، دقت پیش بینی روش همبستگی ارتعاشی به مقدار قابل قبول می رسد.

    کلیدواژگان: کمانش، رهیافت همبستگی ارتعاشی، ورق کامپوزیتی ساندویچی، ساخت، آنالیز مودال
|
  • M. Sabokrouh* Pages 1099-1105

    In this article, the effects of normalization heat treatment on girth weld with containing titanium oxide and titanium carbide microparticles (X-65 grade of the gas pipeline) were evaluated. The Charpy test results show that in the normalized sample containing titanium oxide microparticles and titanium carbide microparticles compared to the no heat treatment sample (containing titanium carbide microparticles and titanium carbide microparticles), has been respectively increased by 33% and 18%. Also, the ultimate strength of normalized samples containing titanium oxide microparticles and titanium carbide microparticles compared to the no heat treatment sample (containing titanium oxide microparticles and titanium carbide microparticles) has been increased by 9% and 11%, respectively. The results show that the fatigue life in both normalized micro-alloy samples has been increased. The fatigue life in the normalized sample of titanium carbide microparticles has increased more than the titanium oxide microparticles. The fatigue test results show that the fatigue life (150-N force) has been increased by 36% in the normalized sample containing titanium carbide microparticles compared to the normalized sample containing titanium oxide microparticles. In this loading, the fatigue life (normalized sample containing titanium carbide microparticles compared to the no heat treatment sample) has been increased by 27%. The hole-drilling strain-gage results show that in the normalized sample containing titanium oxide and titanium carbide microparticles, hoop residual stresses have been respectively decreased by 12% and 8%compared to the no heat treatment sample (containing titanium oxide microparticles and titanium carbide microparticles).

    Keywords: Welding, Fatigue, Residual Stress, Impact Strength, Tensile Strength
  • M. Sabokrouh, M. Farahani* Pages 1107-1113

    Titanium is one of the most important microalloy elements used in the gas transmission industry. In this paper, titanium nano-oxide and titanium nano-carbide were added to two separate samples. Then the shielded metal arc welding (SMAW) was performed on high-strength low alloy steel according to welding procedure specification of the national Iranian gas company. The effects of annealing heat treatment on girth weld with containing titanium oxide and titanium carbide nanoparticles (X-65 grade of gas transmission pipeline) were evaluated. The Charpy test results show that in the annealed sample containing titanium oxide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles compared to the no heat treatment sample (Containing titanium carbide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles), energy absorbed has been respectively increased by %13 and %9. Also, the ultimate strength of the annealed sample containing titanium oxide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles compared to the non-heat treated sample has been respectively decreased by %8 and %3. The fatigue life in both annealed nano-alloy samples has been increased. Also, the fatigue life in the annealed sample of titanium carbide nanoparticles has increased more than fatigue life in the titanium oxide nanoparticles. The fatigue life (Annealed sample containing titanium carbide nanoparticles compared to the no heat treatment sample) has been increased by %16. The hole drilling strain gage results show that in the annealed sample containing titanium oxide nanoparticles and titanium carbide nanoparticles compared to the non-heat treated sample, hoop residual stresses has been respectively decreased by %31 and %19.

    Keywords: Nano-Welding, Annealing, Fatigue, Residual Stress, Impact Strength
  • F. Vakili Tahami*, M. Khoshravan, T. H. Smit, A. Rasoulian Pages 1115-1126

    The intervertebral discs are of the most important body tissues that provides the required flexibility for the spine during daily activities. Due to the lamellar structure of the Annulus Fibrosus, that surrounds the central part of Nucleus Pulposus, it may show anisotropic behavior in carrying the applied loads. Therefore, this aspect was investigated using the experimental data that were obtained by confined compression relaxation tests on samples in three different directions: Axial, radial and circumferential. To obtain the experimental values of the permeability and aggregate modulus as material parameters, test data in three directions were fit to the constitutive equations that were based on the biphasic relaxation model. The results for the permeability and aggregate modulus in three directions show that the material parameters are almost independent of direction and therefore, it is concluded that AF can be treated as an isotropic material under the compressive loads.

    Keywords: Intervertebral Disc, Confined Compression Test, Anisotropic Effect, Permeability, Aggregate Modulus, Constitutive Equations
  • M. Sayahbadkhor, Kh. Vahedi*, A. Naddaf Oskouei Pages 1127-1143

    Efforts to reduce the ballistic effects and achieve the good results have always been important. In this article, perforated targets were used in order to reduce the penetration depth of projectile. The use of these targets in the case of high-speed projectiles reduces the number of parameters, such as penetration depth, cost of target products, and target area density. The goal of this paper was to present a new and complete analytical model for projectile penetration in ceramic/metal semi-infinite perforated targets, based on the Fellows analytical model, one of the most important models for penetration. First, the Fellows model was modified for ceramic/metal semi-infinite none-perforated targets. This modified model, while perfectly improving the results of the penetration depth at low speeds and had a better fit with experimental results at high speeds. In the new analytical model, 7 different states were considered for the projectile to impact the perforated target. In each of these states, the angle of oblique and the speed of the projectile after reaching the metal varied with respect to the ceramic thickness and the speed of the projectile's impact. Regarding the oblique impact on the metal, corrected relations were rewritten for new conditions. Finally, the depth of penetration was achieved according to the target conditions. The numerical simulation in Abaqus software was used to compare the results. The results of the new analytical model has good agreement with numerical simulation.

    Keywords: Projectile Penetration, Hybrid Targets, Numerical Simulation, Perforated Targets
  • E. Fathi Asgarabad, S.H. Hashemi* Pages 1145-1156

    One of the most important purposes of the drop weight tear test (DWTT) is to achieve the value of fracture energy for better evaluation of tested steel properties. In the present research, experimental and numerical measurement of fracture energy in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel has been carried out. The purpose of the determination of this energy is to estimate the strength of material due to fracture. The test specimen was cut from an actual spiral seam welded steel pipe of API X65 grade with an outside diameter of 1219mm and wall thickness of 14.3mm and then it has been machined to standard size. Then chevron notch with a length of 5.1 was placed in the middle of the specimen and the specimen was fractured under dynamic loading with an initial impact velocity of 6.3m/s. The maximum force of 229kN and 225kN were achieved for experimental and numerical data, respectively by drawing force-displacement and energy-displacement curves. The fracture energy of the test sample for experimental and numerical data was obtained as 7085J and 6800J, respectively by evaluation of the area under the force-displacement curve. Based on the results of experimental curves, about %59 of fracture energy was used for crack propagation and the remaining was used for crack initiation and plastic deformation of test sample near anvils and striker regions. In the end, drawing a linear curve for fracture energy of specimen based on the hammer velocity showed that the slope of this curve could be a good criterion for estimating the energy loss and fracture behavior of the test specimen.

    Keywords: Drop Weight Tear Test, Gas Transportation Pipeline Steel, API X65 Steel, Fracture Energy
  • Sh. Shams*, M. Ramezani, A. Molaei Pages 1157-1169

    The aerodynamic of Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) is more complex than a horizontal axis wind turbine. In the present research, the combination of the Wagner unsteady aerodynamic model, static stall and Double Multiple Stream Tube (DMST) aerodynamic model have been used to investigate the aeroelastic behavior of VAWT. For this purpose, the DMST aerodynamic model, which is related to the vertical axis wind turbine aerodynamics model, has been used to obtain two parameters of the angle of attack and relative velocity. Then these two parameters have been applied to the Wagner nonlinear aerodynamics, which considers the effect of the static stall. This flexible nonlinear presented model based on DMST is called NFDMST aerodynamic model. One-degree of freedom of typical section and two-degree of freedom model have been investigated for static aeroelasticity and dynamic aeroelastic behavior, respectively. The VAWT blade experiences a variety of attack angles and relative velocity in a spin, so the goal is to obtain the instability velocity in a different position and consider the effect of aerodynamic and structure nonlinearity. The results show that the nonlinear aerodynamic model has accurate results and the aeroelastic design condition associated with -90degree azimuth angle, in which the minimum instability velocity is 45.2m/s. In addition, the change of instability speed of rotating airfoil in a spin is about 6%.

    Keywords: Aeroelasticity, Wagner, NFDMST, Wind Turbine, Straight Bladed
  • S. Sabbagh Yazdi, M. Jamshidi* Pages 1171-1185

    Galloping is a large-amplitude, low frequency, wind-induced oscillation of overhead power transmission lines with one or multi loops of standing waves per span which occurs due to wind flow. Based on the field data, numerous galloping oscillations occurs in the form of one loop oscillation which whereby high dynamic loads are imported to the support structures. In this research, the results of wind tunnel tests have been performed on a two-span distorted scale model with an ice-accreted cross-section under uniform and non-uniform aerodynamic loadings. Dead-end and suspension insulators have been applied to the support points. Then, based on identifying the most critical state of the lines oscillation, a solution has been proposed based on increasing their bending strength through the application of hardening local covering. The results showed that the most critical state of the cables oscillation in the galloping is related to the one-loop oscillation, which occurs as a result of interactions between the cables of adjacent spans under uneven aerodynamic loading and the use of suspended insulators, and the dynamic forces applied to the supports are about 20% more than the case when the cables oscillate due to the dead-end connections attached to the support structure. Also, applying the local covering with a length of 20% of cable span leads to a 27% reduction in dynamic support reaction of one-loop galloping.

    Keywords: Galloping, Wind Tunnel, Local CoveringDistorted Modelling, Aerodynamic Loading, Insulator
  • A. Kosari*, S.I. Kassaei, A. Rostampour, S. Seyedzamani Pages 1187-1197

    In this paper, a novel method for designing the flight paths of an aircraft is presented based on the concept of conformal mapping. Here, a low-altitude route-planning problem has been considered. In this problem, maintaining the control effort to reduce aircraft's altitude and increasing the speed with the limitations of Terrain Following (TF) and Terrain Avoidance (TA) issues, is the main strategy of this performance maneuver. In the proposed approach, attempts are made to convert the real space including terrains and obstacles, in which their data are provided using a digital elevation map, into a pseudo obstacle-free virtual space with no barriers and altitude constraints. In this regard, the concept of conformal mapping has been used as a facilitating mathematical tool for this problem-solving space transformation. The transformation of the problem-solving spaces under the mapping leads to solving the problem of dynamic reflection, the performance criterion, and the real altitude constraints in the virtual space. It is noteworthy that in designing a path in a newly converted space, the effect of barriers on the formation of flight routes is somehow included in the equations expressed in the virtual space. The results of multiple case studies and numerical optimizations performed for 2D geometrical terrains and obstacles show that the proposed approach is more consistent with the basic flight concepts as well as real-world applications.

    Keywords: Trajectory Planning, Conformal Mapping, Terrain, Obstacle Avoidance Flight, Low Altitude Flight, Optimal Control
  • H. Seifi Davari*, Sh. Kouravand, I. Khatami Pages 1199-1209

    In this research, airfoil turbine blade airfoil Darriues vertical axis selected from three airfoils NACA0015, NACA0018 and NACA0021. The maximum ratio of the lift coefficients to the drag coefficient was determined in the Q-Blade software, and finally the airfoil NACA 0015 at speeds of 5 and 10M/s has the maximum value of the lift coefficient to the drag coefficient at an attack angle of 13 degrees equal to 2.58 and an attack angle of 6.5 degrees equal to 15.3. Then airfoil NACA 0015 was selected for numerical analysis and the turbulence method K-ω SST was used for numerical analysis and the results were verified using laboratory results. The wind turbine was designed and developed in CATIA software. Four wind fans were used to create wind power. The instruments used in measuring, testing and fabricating were calibrated. The results showed that the Self-Starting power of the porous blade in the speeds of 3, 4, 5, 7, 8m/s was %35, %33, %31, %37 and %48 less than the direct blade wind turbine, respectively.

    Keywords: Wind Speed, Self-Starting, Porous, Instantaneous Power, Darriues
  • A. Sharafi*, D. Mokhtari Pages 1211-1221

    In this research, the effect of several unconventional obstructions with cubic, spherical, cylindrical, and cone geometries on the propulsion vector of a convergent-divergent micro nozzle as a new method in propulsion vector control is experimentally investigated. For this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and constructed in small dimensions. This nozzle is such that the Mach number is its nominal output in full expansion conditions 2. The wall of this nozzle is designed to measure pressure variations with pressure holes. Also, in the nozzle wall, a duct has been created to apply a bulge inside the nozzle. Pressure sensors and the shadograph system have been used to pressure measurement and check the outlet flow field respectively. The total pressure of the calming chamber is constant in all experiments and is equal to 5.5 times. The results of this study show that the maximum deviation is related to an obstruction with a cubic geometry which is 2.1 degrees. Also, the geometries that have sharp corners are more shock-shaped and hit the opposite wall. In this research, the shock formed by a cubic barrier has hit the opposite wall, but with a spherical shaped and cone-shaped barrier, the shock comes out from the nozzle. Also, these results indicate that the axial force of the nozzle has been reduced to a very small extent.

    Keywords: Micro Convergent-Divergent Nozzle, Thrust Vectoring Control, Unconventional Obstacle, Experimental Aerodynamics, Supersonic Flow
  • H. Safikhanlu, S. Alimirzaei, M. Ahmadi Najafabadi* Pages 1223-1234

    Critically refracted longitudinal (Lcr) wave is the refraction of the longitudinal waves emitted from the first medium parallel with the surface of the second medium. The relationship between stress and wave velocity is expressed by acoustoelastic law. The theoretical relations for calculation of the acoustoelastic coefficient are so complex because of the need for measurement of material second and third-order elastic constants. The purpose of this research is the introduction of an accurate experimental method for acoustoelastic coefficient calculation, the effect of thickness of emission environment on the Lcr waves and, finally, the investigation of the stress measurement in shells and thin plates. By transmitting waves at the surface of the substance and investigating the waves received by the receiver transducers, the breakdown and the formation of different groups in the propagation of Lcr waves were detected. While the transmitted wave is composed of only one group. The results of this study show that longitudinal wave propagation in low thickness causes the formation of components of symmetrical and antisymmetric Lamb waves. By applying tensile stress on the sheet in which an Lcr wave was sent, it was determined that all groups received in the middle of the receiver transducer having a critical longitudinal nature behave identically to stress variations, while the Lamb's components behave differently to stress changes. Also, the study of variations of waves with stress less than yield point (up to 30MPa) shows that in a sample with a thickness of 0.5mm, the variations the flight time of the Lamb's S0 and A0 waves are 3.75 and 1.91 times the changes in the Lcr waves.

    Keywords: Critically Refracted Longitudinal Wave, Acoustoelastic Coefficient, Symmetric, Antisymmetric Lamb waves, Acoustoelastic
  • S.A. Alavinejad, S.H. Ghaderi* Pages 1235-1243

    Sheet metal clinching process is a forming-based method for joining sheet metal parts. To ensure sufficient joint strength, it is necessary to design the forming tool optimally. This paper deals with numerical and experimental study of the clinching process of steel sheets of dissimilar thicknesses using a fixed die in order to optimize the geometric parameters of the clinching tool. In this study, using the orthogonal experimental design (OED) method and finite element analysis in Abaqus software, the important input parameters of tool design including punch radius RP, die cavity depth Pm, die groove width Lm and punch face angle PBA were optimized in order to achieve the highest clinch strength F as the target variable. The upper and lower sheets used in this study are 1.5 and 2 mm in thickness, respectively, and made of DX51D galvanized steel, manufactured according to EN10346/00 by Mobarakeh Steel Company. After running the experiments designed based on the OED in the computer, the optimal values of RP= 2.6mm, Pm= 1.4mm, Lm= 1.2mm and PBA= 1° and F= 2319N were obtained. Next, a clinched joint tool was designed and fabricated based on the optimum geometric parameters. The evaluation and comparison of clinch geometry and tensile strength obtained from optimum design simulation and the experimental counterparts demonstrated very close correlations.

    Keywords: Sheet Metal Clinching, Orthogonal Experimental Design (OED) Method, Optimization Finite Element Analysis, Joint Strength
  • Mehran Kheirkhahan, Khosrow Hosseini*, P. Omidvar Pages 1245-1254

    Investigating dense flows containing cohesive sediments (turbidity currents) in water environment has been a main interest for researchers in hydraulic and fluid mechanic science. This kind of flow streams at bed surface because of higher density than water and penetrate to overhead water, which causes turbidness.  In the following research, this kind of flow has been modeled using two-phase simulation with smoothed particle hydrodynamics Lagrangian method. A SPHysics2D code has been developed for modeling, in which pressure value is explicitly calculated using equation of state. Also, Herschel-Bulkley-Papanastasiou single relation non-Newtonian viscoplastic model has been used for modeling cohesive sediment phase. After that for investigating the amount of penetration of cohesive sediment mixture in limpid water, advection-diffusion equation was used for developing code. Finally, one and two phase results obtained from the present model were compared to experimental models. The study shows that the present developed model is able to model these flows desirably and could be utilized for studying concentration amount, dense flow penetration and their propagation in water environment.

    Keywords: two phase SPH model, dense flow, non-Newtonian phase of cohesive sediments, Herschel-Bulkley-Papanastasiou model, advection-diffusion equation
  • K. Taebi, E. Khanmirza*, S.M. Emamjomeh Pages 1255-1269

    In this research, the development of technical knowledge and the implementation of modern control strategies on the IoT platform has been investigated. In this regard, using multi-layer hierarchical control over the IoT platform enables the communication and transfer of information from lower layers to upper layers, and the ability to process data and provide of control solutions considering new conditions from upper layers to lower layers. One of the main applications of this approach is the control of high-inertia systems, by optimizing the local layer by the main layer. For this purpose, a two-layer controller has been considered, that controls the soil temperature and humidity time-delay systems in the bottom layer in the form of PID and IFTTT control, respectively. Meanwhile, the upper layer uses the obtained information and the differential evolution algorithm (DE) and ANFIS controller, adjust the PID controller coefficients applied to the subsystem and IFTTT workstations, respectively. This reduces the size and complexity of the hardware used in the lower layers and consequently reduces the costs involved. It allows the implementation of sophisticated controllers, especially on large-scale plants. On the other hand, it is also possible to control high-inertia systems. The simulation results and practical tests indicated that this control strategy was very effective in IoT platforms.

    Keywords: Multi-Layer Hierarchy Control, Internet of Thing (IOT), High-Inertia System
  • H. Farzan*, S.M. Jaafarian, M. Ameri Pages 1271-1282

    The asphalt pavements are exposed to daily solar radiation; hence the asphalt pavements provide the remarkable potential to heat a working fluid such as water. Simple structure and ease of fabrication of asphalt solar collectors (ASCs) promise applicability and low-cost operation of this class of thermal collectors. The current experimental and theoretical investigation evaluates the performance, efficiency and dynamic of ASCs in real operating condition at Bam County, Kerman. In this research, to investigate the performance of ASCs, a 1.2m2 prototype was fabricated and its dynamics was monitored under 6 hours a day in two different flow rates of water. The results illustrate that increasing the flow rate of water to collector by 2 times improves the collector efficiency by 25%, while the difference in the inlet and outlet water temperatures decreases. Furthermore, by utilizing the experimental data, a theoretical approach was utilized to predict the performance of ASC in the other flow rates of water. The developed analytic approach has good consistency with the obtained experimental test. The analytic approach provides an effective method to estimate the performance of ASCs with appropriate accuracy, when the experimental results are unavailable.

    Keywords: Asphalt Collector, Flow Rate, Thermal Efficiency, Solar Energy
  • H. Hoseinpour, P. Saraeian*, E. Shakouri Pages 1283-1293

    Due to the specific characteristics of composite wood plastic and increasing of this product due to its compatibility with the environment, the quality of the appropriate surface area during the various machining processes on this material has been considered more than before. In this study, after turning operation with self-rotary tool on samples by changing the parameters of spindle speed, the feed rate and cutting depth, to measure and compare the surface roughness of the turning surfaces, the surface quality assessment has been investigated by microscope as well as numerical analysis of the process. The results show that during turning with self-rotary tool, for the cutting depth of 1mm and the feed rate of 22.0mm/rev by increasing the spindle speed from 500 to 710rpm, the surface quality of about 17% improved that this amount compared with conventional turning is also Improved about 37%. Also, due to increasing machining forces, by increasing the feed rate from 22.0 to 44.0mm/rev, surface quality is reduced by about 21%. Comparing the obtained values for surface roughness showed that after the feed rate, the spindle speed had the highest impact on the quality and health of the turning surfaces. Also, comparing the roughness of the measured surfaces during the finite element method and the experimental method showed the proper accuracy and adaptability of these two methods.

    Keywords: Wood Plastic, Rotary Tool, Feed Rate, Spindle Speed, Surface Roughness, Finite Element
  • M. Morovat, M. Safarabadi Farahani*, M. Sadigh Damghani, A. Mashayekh Pages 1295-1308

    Diseases such as heart and brain attacks, which sometimes lead to movement disorders in people, has raised with an increasing community age. Nowadays, medical scientists replaced rehabilitation robots instead of traditional therapeutic methods. Design and implementation of a low-cost and home-like usable device for a patient was the primary goal of this research. In this study, a robot which consisted of cable and springs for movement in the transverse plane of the human body was introduced. For this purpose, stiffness and free length of springs were achieved by an optimization process, firstly. Afterward, static and dynamic workspace calculated to identify robot mechanical characteristic. At the end, controllability of the system in different paths in two conditions of presence and absence of the patient's hand was investigated and verified by the results obtained by the built device. Dynamic and static workspace indicates that a patient can do exercises with the help of the designed robot. Also, the control results and the obtained results from the implemented device test shows the stability of the control system and its ability to eliminate possible error occurring in the path.

    Keywords: Cable Robot, Rehabilitation Robot, Dynamic Workspace, Static Workspace, Optimization
  • M. Aghaei, R. Dehghan* Pages 1309-1320

    Two-stage centrifugal separators are the last generation of gravity separators for the separation and upgrading of minerals. Gravity upgrading techniques are methods by which a mixture of particles with different dimensions, shapes, and masses can be separated by gravity, centrifugal force, and other forces by the flow of fluid, especially water (or air). The fluid flow inside such separators is always turbulent. The selection of a suitable turbulence model is an important stage for the prediction of the fluid flow pattern in numerical simulation. The purpose of this research was to find the suitable turbulence model for the prediction of hydrodynamic parameters in a two-stage centrifugal separator using computational fluid dynamics (CFD) modeling. For this purpose, multiphase simulation of the separator has been performed using five turbulence model including k-e, renormalization group (RNG k-e) and Reynolds stress model (RSM). Air core pattern, velocity distribution and partition curve of discrete phase were used for evaluation of the effect of turbulence model on the flow field. The results of the CFD simulation were validated using experimental data. The difference between the results of RSM simulation with the experimental results for fluid recovery, air-core size in the first and second stage of separator were 4.73%, 4.3% and 5.2%, respectively. The results of turbulence models of k-e and RNG k-e were not in accordance with the experimental results.

    Keywords: Two-Stage Centrifugal Separator, Turbulence Model, Air Core, Computational Fluid Dynamics (CFD)
  • A. Pak*, H. Yaghooti, V. Tahmasbi Pages 1321-1331

    The use of ultrasonic vibrations to reduce the temperature in bone drilling is one of the most important advanced processes that has attracted the attention of bone surgeons. Therefore, the study of temperature behavior in the ultrasonic-assisted drilling process and the prediction of temperature behavior have an important effect on improving the use of this method in orthopedic surgery. In this research, the influence of process parameters on change in the temperature was studied using response surface methodology and data analysis. Data analysis was carried out to find the effect of process factors such as rotational speed, feed speed, and ultrasonic vibrational amplitude and their interaction on the temperature. Moreover, using the statistical method of Sobol sensitivity, the effect, and sensitivity of each input factor on temperature were studied. The results show that the use of ultrasonic vibrations reduces the temperature, and rotational speed (%48), vibrational amplitude (%33) and feed speed (%19) had the greatest effect on temperature in ultrasonic-assisted bone drilling, respectively. As a result, the use of ultrasonic vibration can reduce the dependency of process temperature on the feed speed, and thus make it possible to perform surgery in a shorter time. The minimum temperature is 37°C at the rotational speed of 500rpm and the feed speed of 20mm/min and the vibration amplitude of 15μm.

    Keywords: Modeling, Temperature, Bone Drilling, Ultrasonic Vibration, Response Surface Methodology, Sobol Sensitivity Analysis
  • A. Rostamnejad Charati, H. Abdoos*, E. Borhani, M. Naseri Pages 1333-1346

    In the present study, multilayer nanocomposites fabricated by accumulative roll bonding (ARB) process. Aluminum sheets, copper sheets (with 0.1 and 0.3mm thickness) and multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) were used as experimental materials. The rolling process continued to five cycles. ‌Then, microstructure, hardness, tensile strength and electrical conductivity of nanocomposites were investigated. Necking and fracturing recognized as mechanisms of copper layers distribution in the aluminum matrix. The bonding strength between layers increased with the number of cycles due to the improvement of MWCNTs distribution. ‌The results show that the hardness of aluminum increased with increasing copper layer thickness and these increases were about 30 and 32% for composites without nano reinforcements and nanocomposites contain MWCNTs, respectively. The highest hardness (147HV), is related to the sample containing carbon nanotubes and 0.3mm copper sheet, after five rolling cycles (446% increase compared to aluminum sheets). The results confirm the positive effect of copper and the MWCNTs on the improvement of strength. The highest strength and elongation is observed in the aluminum-copper-MWCNTs nanocomposite after four cycles. The results also indicated that the addition of copper and MWCNTs can simultaneously increase the strength and electrical conductivity of the resulted composites.

    Keywords: Accumulative Roll Bonding, Nanocomposite, Aluminum, Carbon Nanotubes, Mechanical Properties, Electrical Conductivity
  • M. Zare Mehrjardi, A. Dashti Rahmatabadi*, A. Rasoolizadeh Shooroki Pages 1347-1360

    The lubricant's ability to maintain the dynamic stability of rotor particularly in special conditions such as operating at critical speeds and instantaneous turbulences in loading or lubricant properties is always one of the most prominent characteristics of the journal bearings. Aspect or length to diameter ratio of bearing is an important factor that in different loading conditions will have an obvious effect on the performance of the trapped lubricant film between the rotor surface and bearings shell. So, the effects of aspect ratio on the damping of rotor disturbances with linear and nonlinear dynamic analysis approaches are studied in this research. Initially, the static equilibrium point of the rotor center in noncircular two, three and four lobe bearings space is obtained using the governing Reynolds equation of micropolar lubrication for different values of aspect ratio. Later, assuming the rotor perturbation as the limit cycle oscillations around the equilibrium point, critical mass and whirl frequency ratio are determined as the linear dynamic stability indexes for recognizing the converging disturbances. In nonlinear analysis model, the simultaneous solving of the lubrication and the rotor motion equations in successive time steps with Runge-Kutta method is done to differentiate the converging or diverging rotor perturbations. Results show that decreasing the aspect ratio improves the stability and the chance of controlling disturbances and returning the rotor center to static equilibrium position. Comparison of linear and nonlinear dynamic analysis results also indicates more cautious behavior and limited stability range of linear model in most of investigated cases.

    Keywords: Aspect ratio, Dynamic stability, Noncircular lobed journal bearings, Micropolar lubricant, Linear, nonlinear analysis
  • F. Asnaashari, S.H. Dibajian*, M. Mahmoudi Pages 1361-1373

    The amount of entropy generation during the fatigue loading is treated as an indicator of the damage accumulation in the material. Using the thermography technique and recognizing the temperature field distribution at a specimen surface under cyclic loading and calculating the dissipated energy and also considering the possibility of the specimen heat transfer with the environment, the net entropy production rate of the system can be computed.  This research has been conducted to feasibility study and applicability of the methodology through numerical modeling and analysis. In this thesis, using the finite element numerical method and in the framework of Abaqus software, simulations of fully reversed bending are carried out on the standard specimens of aluminum (Al6061-T6) whose experimental test results are available in the literature. Based on results of the mechanical and thermal analysis, calculating the entropy production rate, fatigue fracture entropy, damage variable and remaining life assessment based on this variable are performed. The results obtained from the numerical simulation are compared and validated with the results of experimental tests. Also, a numerical analysis is carried out to estimate the temperature enhancement and fatigue self-heating phenomenon due to the cyclic loading based on the strain-life curve characteristics and dissipated energy on the axial specimen made of (AISI 4340). The results obtained from the research indicate that the infrared thermography technique as a non-destructive evaluation method in the low cycle fatigue range, is a suitable tool for the temperature field evaluation and subsequently, the accumulated damage estimation in material.

    Keywords: Fatigue DamageDissipated EnergyThermographyNumerical Simulation
  • M. Abbaszadeh Gorani, M. Hadad*, A. Parvizi Pages 1375-1385

    Rolling ring is one of the most important metal forming processes for fabricating rounded geometries with optimal mechanical properties in the environmental direction. The ability to fabrication of two-layer rings can be used in many industries. One of the properties of these rings is the lightweight with high strength or wear resistance along with high strength. In this research, we have tried to study the ring rolling process of the bonded two-layer ring and its effective parameters during the process using finite element analysis by ABAQUS software and experimental test. The rings are attached for process simulation and empirical testing. In the end, a ring of two-layer of pure Lead 99.99% and Tin 63% was formed. Based on the results obtained from this analysis and according to the dimensions and parameters considered for performing the process, the tension created in the bonded two-layer ring is between the values of 1.146×105-1.800×107Pa and it has a strain of 0-1.187. Its contours of strain and stress are represented to better understand the process. Considering the results obtained from the simulation of the process, an experimental study of the ring rolling process of the bonded two-layer ring was conducted. The method of this study was first designed by the modeling software to design the casting model and then by designing the test, the number of tests required for the experimental test was obtained and then the number of materials needed for the test was calculated. After testing, the mechanical and metallurgical properties of rolled double rolled rings were investigated.

    Keywords: Ring, Rolling, Ring RollingTwo Layers, Bonded, Bonded Two Layers
  • S. Khodatars, S.R. Mosavi Seyedi*, A. Motevali, M. Montazeri Pages 1387-1398

    Now a day most countries are interested in renewable energy due to the many problems with fossil fuel use. One of the best types of renewable energies is solar energy and can be produced in electrical, thermal and hybrid forms by photovoltaic cells equipped with thermal collectors. In this research a systemLinear parabolic focusers equipped with photovoltaic cells were designed and simulated in Optic Ray Tracing and Solidworks software and compared with experimental results. The thermal collector was simulated in a photovoltaic-thermal hybrid system with two longitudinal and transverse arrangements with internal diameters of 8 to 14 mm at three discharge levels.Simulation results of two longitudinal and transverse arrangements showed that the thermal efficiency in the longitudinal arrangement was better than the transverse ones. and by increasing diameter from 8 to 12 mm the thermal efficiency increased and the thermal efficiency from 12 to 14 mm alignment of the pipes did not change much. Also by increasing the fluid discharge from 1 to 3 l/min the thermal efficiency due to the decrease in thermal losses and the electrical efficiency due to the decrease in temperature Photovoltaic cell surface increased. Comparison of the simulation results and the experimental evaluation showed that the maximum thermal and electrical efficiency for the data Simulations were 61.18% and 12.58%, respectively, and for field data is calculated 58.14% and 12.03%, respectively.

    Keywords: Linear parabola, Simulation, Photovoltaic
  • M. Aghaei, Ruzbahani, D. Shahgholian, Ghahfarokhi, Gh. Rahimi* Pages 1399-1408

    Currently, composite structures have many applications in various industries including aerospace, automotive, marine, and petrochemicals. In most of these applications, the structure is under dynamic and static loads and it can cause buckling, vibration, and fatigue. Therefore, the static and dynamic analysis of these structures is essential in order to understand their characteristics, including buckling, natural frequency, and the shape of vibrating modes. One of the most important non-destructive methods for predicting the buckling load of the structure is the vibrational correlation technique (VCT), which is based on frequency variations with the axial load. In this study, an experimental study of the buckling load of composite sandwich plates with lozenge core has been investigated. The hand lay-up method has been used for fabrication of the composite sandwich plates. One of the specimens was used for the modal test. In order to verify the results of the VCT, the buckling load of four specimens was calculated by the experimental buckling test. The error of VCT was 2.1 %. Hence, the efficiency of the VCT for composite sandwich plates with lattice core was confirmed. Also, by investigating the effect of applied load percentage on the accuracy of the VCT, it was found that for the applied load of more than 63% of the buckling load, the accuracy of prediction of the vibrational correlation technique is acceptable.

    Keywords: Buckling, Vibration Correlation Technique (VCT), Composite Sandwich Plate, Fabrication, Modal Analysis