فهرست مطالب

  • سال بیستم شماره 18 (خرداد 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/03/07
  • تعداد عناوین: 25
|
  • حامد اسماعیلی، حامد ادیبی*، سید مهدی رضاعی صفحات 1409-1421

    کامپوزیت های پایه سرامیکی برای غلبه بر مشکلات اصلی سرامیک های معمولی به خصوص شکنندگی آنها برای کاربردهای با حساسیت بالا در عملکرد و امنیت طراحی شده اند. به دلیل ویژگی های ذاتی این مواد شامل ساختار غیریکنواخت، خصوصیات مکانیکی و حرارتی ناهمگون و سختی بالای الیاف یا ماتریس، ماشین کاری این کامپوزیت ها با چالش های فراوانی همراه است که باعث می شوند سطوح ماشین کاری شده از کیفیت لازم برخوردار نباشند. با توجه به سختی بالای ماتریس سرامیکی، سنگ زنی با چرخ سنگ الماس تنها روش موفق برای ماشین کاری این مواد است. هدف این پژوهش، بررسی تاثیر پارامترهای سنگ زنی (سرعت برش، سرعت پیشروی و عمق برش) و شرایط خنک کاری و روانکاری (سنگ زنی خشک، نیمه خشک و تر) بر کیفیت سطح، کارآیی فرآیند و سایش ابزار بود. براساس نتایج آزمایشات، سنگ زنی نیمه خشک بهترین کیفیت سطح و کارآیی فرآیند را داشت. همچنین با افزایش سرعت برش و پیشروی، زبری سطح به ترتیب کاهش و افزایش یافت و عمق برش تاثیر چندانی بر زبری سطح نداشت. با توجه به نتایج به دست آمده چهار استراتژی ماشین کاری با در نظرگرفتن کیفیت، کارآیی و بهره وری طراحی شدند. با بررسی مکانیزم برداشت ماده و شکست کامپوزیت ها با توجه به عکس های میکروسکوپ الکترونی از سطح قطعه، شکست ترد، غالب ترین فرآیند شکست در این کامپوزیت هاست.

    کلیدواژگان: سنگ زنی، زبری سطح، کامپوزیت پایه سرامیکی، سایش ابزار
  • محمد صدیقی، محمد اعلایی*، مهدی اغنیا صفحات 1423-1433

    سیستم سوخت رسانی یکی از اجزای مهم و پیچیده میکروتوربین گازی است. با توجه به اینکه شرایط محیطی کارکرد موتور مانند دمای محیط، رطوبت نسبی هوا و ارتفاع کارکرد از سطح دریا بسته به موقعیت جغرافیایی متفاوت است، عملکرد سیستم سوخت رسانی نیز دچار تغییر می شود. در مطالعه حاضر سیستم سوخت رسانی میکروتوربین گازی مدل GTCP85-180 موجود در ایران با استفاده از کنترلر پی آی دی مکانیکی مدل سازی شده است. سپس با زوج نیروکردن معادلات کنترل کننده و معادلات ترمودینامیک کلاسیک حاکم بر موتور، تاثیر شرایط محیطی مختلف بر راه اندازی و کارکرد نامی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. بازه تغییرات شرایط محیطی متناسب با موقعیت جغرافیایی شهرهای ایران انتخاب شده است. با مقایسه نتایج حل عددی توسط کد نوشته شده در نرم افزار متلب با داده های تجربی، دقت حل عددی مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشان داد که دمای محیط بیشترین تاثیر را بر عملکرد سیستم سوخت رسانی میکروتوربین می گذارد و موجب می شود که دمای گاز خروجی از توربین 16/3%، مصرف سوخت 3/7%، زمان راه اندازی موتور 14/7% و فشار سوخت انژکتور 4/7% تغییر کند. همچنین مقایسه نتایج حالت کارکرد نامی موتور با نتایج راه اندازی نشان داد که اثر پارامترهای محیطی بر عملکرد سیستم سوخت رسانی، در زمان راه اندازی موتور بیشتر است.

    کلیدواژگان: میکروتوربین گازی، سیستم سوخت رسانی، شبیه سازی عددی، پارامترهای محیطی، کنترلر پی آی دی مکانیکی
  • شایان جنتی، سید موسی آیتی*، عقیل یوسفی کما صفحات 1435-1448

    هدف این مقاله، طراحی یک رابط کنترلی برخط برای پروتز زانو بر پایه سیگنال های الکترومایوگرافی ماهیچه های فعال بخش ران است. با توجه به ماهیت متغیر با زمان سیگنال های الکترومایوگرافی، ترجمه این سیگنال ها به دستورات مناسب جهت پیاده سازی عملی با چالش هایی همراه است. نخستین گام طراحی رابط مورد نظر، طراحی و ساخت یک بستر آزمون مناسب برای پیاده سازی عملی رابط طراحی شده است. بدین منظور پروتز زانویی با استفاده از مکانیزم عملگر سری الاستیک طراحی و ساخته و با مطالعه مبانی آناتومی ماهیچه ای و شناسایی ماهیچه های فعال در چرخه راه رفتن، نمونه هایی از سیگنال های الکترومایوگرافی اندازه گرفته شده است. سپس، به منظور هموارسازی سیگنال ها، کاهش سطح نویز و کاهش ابعاد سیگنال ها از روش فیلترکردن و تقسیم کردن با پنجره های زمانی مجاور استفاده شده و شبکه عصبی با تاخیر زمانی به منظور نگاشت بین ویژگی های منتخب استخراج شده از سیگنال های الکترومایوگرافی و متغیرهای سینماتیکی مفصل زانو به کار رفته است. شبکه عصبی زاویه و سرعت زاویه ای مفصل زانو در حالت بدون وزن و در حالت راه رفتن به صورت خارج از خط با دقت 0.85 (R2) تخمین زده می شود. جهت پیاده سازی تخمین برخط موقعیت زاویه ای مفصل زانو، آزمون هایی انجام شد که نتایج حاصل بیانگر استفاده از ویژگی های حوزه زمان و شبکه عصبی با تعداد 50 نورون در لایه مخفی و میزان تاخیر 2 ثانیه است. پس از طراحی رابط کنترل برخط برای تخمین موقعیت زاویه ای مفصل زانو، روی بستر آزمون ساخته شده پیاده سازی صورت گرفته که نتایج نشان دهنده ردیابی مناسب ساختار کنترلی برخط طراحی شده است.

    کلیدواژگان: سیگنال الکترومایوگرافی، پروتز زانو، رابط کنترلی برخط، شبکه عصبی تاخیردار
  • سعید اسکوئیان، وحید عابدینی*، علیرضا حاجی علی محمدی صفحات 1449-1462

    در این پژوهش، اثر استفاده از دو نانوذره اکسید آلومینیوم و اکسید سیلیسیم به صورت همزمان با دی الکتریک در فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V بررسی شد. پس از بررسی پارامترهای تاثیرگذار در فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی به کمک نانوذرات، 4 پارامتر شدت جریان، غلظت، زمان روشنی پالس و ترکیب نسبی ذرات به عنوان پارامترهای ورودی در نظر گرفته شدند. اثر هر یک از این پارامترها در سه سطح بر نرخ براده برداری، سایش نسبی ابزار و صافی سطح نهایی قطعه بررسی شد. با توجه به پیشرفت صنعت در زمینه مصرف دی الکتریک های زیست محیطی، در این مطالعه آب دیونیزه شده، دی الکتریک ماشین کاری تخلیه الکتریکی بود. همچنین برای طراحی آزمون ها، تحلیل نتایج و بهینه سازی پارامترها از نرم افزار Design Expert استفاده شد. نتایج نشان داد، بهترین کیفیت سطح ماشین کاری، با افزودن نانوذرات در ترکیب نسبی 50% به دست می آید. در این درصد از ترکیب، سطح دارای کمترین ترک و لایه ذوب شده مجدد است. همچنین در شرایط شدت جریان 12آمپر، زمان روشنی پالس 100میکروثانیه و ترکیب 75% از نانوذرات بیشترین میزان نرخ براده برداری و حداقل سایش ابزار حاصل می شود.

    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی، Ti-6Al-4V، نانوذرات، Al2O3، SiO2
  • محمد آزادی*، سعید رضانژاد، مهرداد ذوالفقاری، محبوبه آزادی صفحات 1463-1473

    آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیوم کاربردهای بسیاری در قطعات خودرو همچون پیستون دارند. معمولا این گونه قطعات، تحت بارهای سیکلی مکانیکی و حرارتی قرار دارند و لذا باید استحکام خستگی کافی را در مقابل این بارگذاری ها داشته باشند. از روش های استحکام بخشی به مواد، اجرای عملیات حرارتی و افزودن نانوذرات است. در این پژوهش، اثر استفاده همزمان از نانوذرات دی اکسید سیلیسیوم و عملیات حرارتی بر عمر خستگی پرچرخه خمشی آلیاژ پیستون بررسی شده است که نوآوری این تحقیق است. از روش ریخته گری گردابی برای اضافه کردن نانوذرات به زمینه آلومینیومی استفاده شد و فرآیند عملیات حرارتی T6 بر روی نمونه ها اجرا شد. ریزساختار توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، بررسی شد و آزمون خستگی پرچرخه خمشی نیز بر روی نمونه های استاندارد، در شرایط بارگذاری کاملا معکوس شونده، اجرا شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، نواحی تجمع و بهم پیوستگی نانوذرات در زمینه مشاهده نشد. همچنین، مشاهده شد که استفاده از نانوذرات دی اکسید سیلیسیوم، عملیات حرارتی T6 و استفاده همزمان از این دو فرآیند، باعث بهبود عمر خستگی به ترتیب به مقدار 304، 411 و 237% شد. مطابق با داده های آزمون خستگی پرچرخه خمشی، ضریب استحکام خستگی آلیاژ پیستون، با عملیات حرارتی و اضافه نمودن نانوذرات، افزایش یافت.

    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم پیستون، نانوذرات دی اکسید سیلیسیوم، عملیات حرارتی، عمر خستگی پرچرخه خمشی
  • مسعود نیک مهر، ولی کلانتر*، محمد سفید صفحات 1475-1485

    استفاده از محفظه های بخار راه کاری مفید برای کنترل دمای قطعات الکترونیکی است. در این تحقیق، دو محفظه بخار با ابعاد یکسان مورد آزمایش قرار گرفته است. بخش چگالش یکی از آنها آبگریزشده و دومی به صورت ساده و بدون عملیات آبگریزنمودن باقی مانده است. در این پژوهش با توجه به تاثیر خاصیت آبگریزی بخش چگالش محفظه بخار، تاثیر عایق نمودن سطح پیرامونی در هر دو محفظه بخار و تاثیر سایر پارامترهای مختلف، شامل زاویه محفظه بخار با افق، حرارت های مختلف تولیدشده توسط منبع حرارتی (برد مدار چاپی)، تغییر شکل هندسی منبع حرارتی در مساحت ثابت و همچنین تغییر محل نصب منبع حرارتی در کف تبخیرکننده، بر عملکرد حرارتی محفظه بخار، به عنوان کاری تجربی، بررسی و با محفظه بخار ساده مقایسه شده است. تاثیر قرارگرفتن منبع حرارتی در تمام کف بخش تبخیر، با افزایش دادن مساحت آن نیز در هر دو محفظه بخار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که آبگریزنمودن و افزایش میزان حرارت، در مجموع و در اکثر حالات آزمایش باعث کاهش مقاومت حرارتی محفظه بخار شده است. همچنین عملکرد حرارتی محفظه بخار با نصب برد مدار چاپی در تمامی کف تبخیرکننده بهبود یافته است و به سایر پارامترهای بررسی شده در این تحقیق وابسته است. همچنین عایق نمودن سطح جانبی در محفظه بخار ساده باعث افزایش مقاومت حرارتی و در محفظه بخار دارای بخش چگالش آبگریز باعث کاهش مقاومت حرارتی شده است.

    کلیدواژگان: آبگریز، انتقال حرارت، محفظه بخار، عایق
  • محسن فلاح*، زهرا مدقالچی صفحات 1487-1500

    در سال های اخیر سیاست گذاری های کشور برای کاهش مصرف انرژی منجر به استفاده هر چه بیشتر از عایق ها در صنعت ساختمان شده و این موضوع وقوع پدیده آنتی اینزولیشن را در آتیه ساختمان محتمل تر می سازد. پدیده آنتی اینزولیشن، اثر معکوس عایق کاری در مصرف انرژی سرمایشی ساختمان است که به عنوان فاکتور بسیار مهم و تاثیرگذار بر مصرف انرژی و آسایش ساکنین به شمار می رود. مطالعات نشان می دهد که این پدیده در مورد ساختمان ها تاکنون آنچنان که باید مورد توجه قرار نگرفته است. بر این اساس در این مقاله برای رفع این مشکل، نقطه دمایی وقوع پدیده آنتی اینزولیشن در محدوده دمایی 20 تا 30درجه سانتی گراد برای 8 اقلیم آب و هوایی رسمی ایران با استفاده از شبیه سازی بارهای حرارتی و برودتی ساختمان نمونه در نرم افزار انرژی پلاس بررسی و اندازه گیری شده است. در هر اقلیم، عایق پلی استایرن در 4 ضخامت برای هر 3 روش عایق کاری داخلی، میانی و خارجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در 6 اقلیم پدیده آنتی اینزولیشن رخ می دهد. اقلیم ها با آب و هوای معتدل و سرد برخلاف اقلیم های بسیار گرم، مستعد وقوع این پدیده هستند. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت عایق، این پدیده در دماهای پایین تری اتفاق می افتد. علاوه بر این، در روش عایق کاری خارجی، وقوع این پدیده به دلیل استفاده از اینرسی حرارتی ساختمان، در دماهای بالاتری نسبت به عایق کاری میانی و داخلی اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: آنتی اینزولیشن، عایق کاری ساختمان، دمای آسایش، کاهش مصرف انرژی
  • امیرمحمد صدری کوپائی، داود سلیمان زاده، حامد غفاری راد* صفحات 1501-1510

    امروزه عملگرهای پیزوالکتریک به دلیل داشتن ویژگی های منحصربه فردی همچون دقت بسیار زیاد، پاسخ سریع و فرکانس طبیعی بالا، به صورت گسترده ای در کاربردهای موقعیت دهی میکرونی مورد استفاده قرار می گیرند. علی رغم ویژگی های مطلوب عملگرهای پیزوالکتریک، وجود رفتار غیرخطی همانند هیسترزیس، می تواند دقت این نوع عملگرها را کاهش دهد. به همین دلیل به منظور کاهش اثر رفتار هیسترزیس در کاربردهای کنترلی، از بازخورد موقعیت با استفاده از حسگرهای خارجی استفاده می شود. اما استفاده از این حسگرها در بسیاری از کاربردها به دلیل محدودیت فضا و همچنین هزینه بالا، امکان پذیر نیست. از این رو، با توجه به وابستگی خواص الکتریکی و مکانیکی در مواد پیزوالکتریک، می توان از روش خودحسگری به عنوان راه حلی جایگزین استفاده نمود. در این پژوهش، از روش خودحسگری به منظور تخمین موقعیت در عملگرهای پیزوالکتریک استفاده شده است. متداول ترین روش برای پیاده سازی سیستم خودحسگری برای عملگرهای پیزوالکتریک، بر مبنای رابطه خطی بار الکتریکی و موقعیت عملگرهای پیزو است؛ به این صورت که با اندازه گیری بار الکتریکی عملگر، موقعیت آن تخمین زده می شود. اما این روش، به علت نشتی بار الکتریکی به خصوص در فرکانس های پایین با چالش جدی همراه است که دقت تخمین موقعیت را از بین می برد. به همین منظور، ابتدا روشی جهت مدل سازی و جبران نشتی بار در خروجی عملگر پیزوالکتریک، پیشنهاد می شود. پس از خطی سازی رابطه بار الکتریکی و موقعیت، سیستم خودحسگری بر مبنای اندازه گیری بار الکتریکی عملگر، پیاده سازی می شود. نتایج نشان می دهد که این روش، با خطای اندک 1/5% می تواند موقعیت عملگر را در حضور نشتی بار تخمین بزند.

    کلیدواژگان: عملگر پیزوالکتریک، خودحسگری، تخمین موقعیت، نشت بار
  • سامان امیری دوگاهه، ابراهیم جهانشاهی جواران*، مرتضی عبدل زاده دشتخاکی، صابر صادقی صفحات 1511-1523

    در این مطالعه، مقایسه فنی-اقتصادی نیروگاه های فتوولتاییک مونوکریستال و متمرکزکننده برای چند شهر منتخب در استان کرمان انجام شد. پس از مدل سازی سیستم های فتوولتاییک مورد نظر و اعتبارسنجی نتایج مدل سازی نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال با داده های اندازه گیری شده یک نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال 5کیلوواتی نصب شده در دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، تحلیل تولید انرژی الکتریکی روزانه و سالانه برای هر دو نیروگاه ارایه شد. سپس، راندمان و فاکتورهای عملکرد شامل ضریب ظرفیت، عملکرد نهایی، عملکرد مرجع و نسبت کارآیی تعیین شده اند. نتایج آنالیز اقتصادی نشان داد که شهرهای شمالی استان کرمان دارای شاخص های اقتصادی مطلوب تری بود؛ به طوری که نرخ بازده داخلی، هزینه ترازشده الکتریسیته، ارزش خالص فعلی و نسبت منافع به مخارج این شاخص ها برای نیروگاه فتوولتاییک مونوکریستال به ترتیب، 21 تا 22/1%، 3/13 تا 9/13 دلار به ازای هر کیلووات، 2 تا 4/2 هزار دلار و 1/04 تا 1/09 و برای نیروگاه فتوولتاییک متمرکزکننده به ترتیب، 24/9 تا 28/6%، 8/8 تا 10/2 دلار به ازای هر کیلووات، 17/1 تا 30/5 هزار دلار و 1/24 تا 1/43 بودند. در نهایت، مقایسه جامعی بین سیستم های فتوولتاییک مرسوم و سیستم فتوولتاییک متمرکزکننده در دو سناریوی هزینه سرمایه گذاری یکسان و توان نامی نصب شده یکسان انجام شد. نتایج نشان داد که در هر دو سناریو، سیستم های فتوولتاییک متمرکزکننده نسبت به سیستم فتوولتاییک مونوکریستال ارجحیت دارد، به نحوی که شهر کرمان و جیرفت به عنوان بهترین شهرها به ترتیب دارای ارزش خالص فعلی 30/5 هزار دلار و 21 هزار دلار بودند.

    کلیدواژگان: فتوولتاییک متمرکزکننده حرارتی، مونوکریستال، الکتریسیته، اقتصادی
  • محمد حسین زاده، حسین زمانی*، سید مهدی میرزابابائی، علی فائزیان، فرزاد زرین کلام صفحات 1525-1532

    در این مطالعه، یک اجاق خورشیدی سهموی قابل حمل طراحی و ساخته و عملکرد روزانه آن از دو دیدگاه انرژی و اگزرژی بررسی شده است. یکی از مهم ترین چالش های اجاق های خورشیدی سهموی کاهش عملکرد آنها در محیط های بادخیز است. به منظور بررسی این موضوع، اثر سرعت های باد 0/2، 2، 4 و 6متر بر ثانیه بر بازده انرژی و اگزرژی اجاق خورشیدی مطالعه شده است. با توجه به نتایج، بازده انرژی اجاق خورشیدی سهموی در طول آزمایش 34/52 تا 46/19% و بازده اگزرژی آن 2/11 تا 5/60% است. نتایج تجربی نشان می دهد، اجاق خورشیدی ساخته شده امکان به جوش آوردن آب در محیط های بادخیز را دارد. اگرچه زمان لازم برای به جوش آوردن آب با زیادشدن سرعت باد افزایش می یابد. با توجه به نتایج، زمان لازم برای به جوش آوردن 2لیتر آب در سرعت باد 6متر بر ثانیه، حدود 40دقیقه است. همچنین، بازده انرژی و اگزرژی اجاق خورشیدی سهموی در سرعت باد 6متر بر ثانیه نسبت به سرعت باد 0/2متر بر ثانیه به ترتیب 20/80 و 1/99% کمتر است.

    کلیدواژگان: اجاق خورشیدی سهموی، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی، سرعت باد
  • علی عبدالهی طاهری، سعید گلابی* صفحات 1533-1542

    در سال های اخیر، کاربردهای صنعتی ورق های کامپوزیتی به دلیل خواص فوق العاده متفاوت مانند استحکام بالا، چگالی کم و مقاومت به خوردگی خوب در مقایسه با ورق های تک لایه به طور فزاینده ای گسترش یافته است. به همین دلیل در این مقاله فلنج کاری ورق سوراخ دار کامپوزیتی بررسی شده است. در پژوهش حاضر، پارامترهای موثر بر شکل دهی ورق سوراخ دار دولایه جوش انفجاری آلومینیوم- مس مورد بررسی تجربی و عددی قرار گرفته اند. همچنین به منظور اعتبارسنجی شبیه سازی عددی فرآیند شکل دهی از نتایج تجربی کمک گرفته شده است. در ابتدا به منظور درک ماهیت یقه دهی ورق سوراخ دار، تاثیر قطر سوراخ و ترتیب چینش لایه ها بر دقت ابعادی، توزیع ضخامت و نیرو مورد بررسی قرار گرفتند و سپس تاثیر فلنج کاری و یقه دهی با استفاده از دو روش با هم مقایسه شدند. نتایج حاصل نشان می دهند که با کاهش قطر سوراخ اولیه ورق، نیرو بیشینه عمودی متوسط به میزان 9% افزایش می یابد و همچنین کمینه ضخامت کاهش و موقعیتش به سمت مرکز ورق متمایل می شود. چینش آلومینیوم- مس نیز به دلیل خاصیت محافظتی لایه مس در حالت کششی، 7% کاهش نیروی متوسط و 4% افزایش کمینه ضخامت، نسبت به مس- آلومینیوم را تجربه می کند. همچنین روش چندمرحله ای به دلیل جریان مواد بهتر نسبت به روش تک مرحله ای افزایش 6درصدی کمینه ضخامت را ایجاد می کند.

    کلیدواژگان: شکل دهی نموی تک نقطه ای، ورق دوفلزی آلومینیوم- مس، ایجاد یقه، نیروی شکل دهی
  • علی زاهدی دیزج یکان، بیژن ملائی داریانی*، سید محمدجواد میرنیا صفحات 1543-1554

    شکل دهی تدریجی ورق های فلزی یکی از روش های نوین شکل دهی با انعطاف پذیری بالا در تولید هندسه های پیچیده و در تیراژ متوسط است. با توجه به عدم حضور قالب مادگی در این فرآیند و اعمال تدریجی نیروهای شکل دهی، حد شکل پذیری ورق در این فرآیند نسبت به فرآیندهای شکل دهی سنتی افزایش می یابد. در این پژوهش شکل پذیری و شکل دهی و در نهایت شکست ورق های دولایه آلومینیوم/مس حاصل از روش جوشکاری انفجاری در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای ورق مطالعه شده است. در پیش بینی عددی رشد و شروع شکست ورق های دولایه در این فرآیند، از معیار آسیب ژو-ویرزبیکی در قالب زیربرنامه VUMAT نرم افزار آباکوس استفاده شد. با استفاده از مدل عددی تغییرات تنش سه محوری و کرنش پلاستیک معادل به عنوان متغیرهای موثر بر رشد آسیب در فرآیند شکل دهی تدریجی تحلیل و تبیین شد و نحوه بارگذاری سیکلی و غیرخطی در این فرآیند نشان داده شد. نتایج تجربی نشان دهنده متفاوت بودن ارتفاع شکست هندسه های مختلف به دلیل بروز شرایط بارگذاری متفاوت است. همچنین با استفاده از مدل عددی صحه گذاری شده، علاوه بر پیش بینی محل رشد ترک، ارتفاع شکست در هندسه های مختلف شکل دهی شده با اختلاف 4/06% نسبت به نتایج تجربی پیش بینی شد.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، معیار آسیب، ارتفاع شکست، ورق دو لایه
  • سارا کامکار، مجید محمدی*، محسن کریمی صفحات 1555-1565

    آلیاژ Ti-6Al-4V، به علت داشتن مقاومت بالا نسبت به خوردگی، خواص مکانیکی مطلوب و زیست سازگاری عالی، به طور گسترده در صنایع پزشکی (ایمپلنت های ارتوپدی و دندانی)، نظامی و الکترونیکی استفاده می شود. مشکل اصلی این آلیاژ خواص سایشی ضعیف، مقاومت خستگی کم و خواص تریبولوژی نامطلوب است. هدف از انجام این پژوهش، ایجاد پوششی چسبنده و بهبود مقاومت به خوردگی و سایش آلیاژ Ti-6Al-4V است. برای تحقق این امر، اصلاح سطح نمونه ها توسط نیتروژن دهی در دو محیط پلاسمای الکترولیتی و اتمسفری انجام گرفت. در نهایت، لایه TiN با استفاده از روش تبخیر قوس کاتدی روی نمونه های اصلاح شده در مرحله قبل اعمال شد. ریزساختار، ضخامت پوشش ها و مورفولوژی سطح با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) مجهز به آشکارساز EDS بررسی شد. شناسایی فازهای تشکیل شده در پوشش توسط پراش اشعه ایکس خراشان (GIXRD) مورد بررسی قرار گرفت. مقاومت به خوردگی، توسط آزمون های پلاریزاسیون تافلی و امپدانس الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی مقاومت سایشی و ضریب اصطکاک پوشش ها توسط آزمون پین روی دیسک انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که با اعمال پوشش روی نمونه ها، مقاومت به خوردگی بهبود پیدا کرد و نمونه با پوشش دو لایه نیترید پلاسمایی/نیترید تیتانیوم با دانسیته جریان خوردگی 7-10×1/46آمپر بر سانتی متر مربع و پتانسیل خوردگی 0/3-ولت دارای مقاومت به خوردگی بهتری در مقایسه با سایر پوشش هاست. از طرفی خواص سایشی نمونه ها با اعمال پوشش های دولایه بهبود یافت؛ به طوری که برای هر دو نوع پوشش دولایه ایجادشده، پس از طی مسافت 3متر کمترین کاهش ضخامت در حدود 4میکرومتر به دست آمد.

    کلیدواژگان: نیتروژن دهی پلاسمایی، تبخیر قوس کاتدی، پلاسمای الکترولیتی، نیترید تیتانیوم، سایش، خوردگی
  • علی مهرابی، علیرضا داوری* صفحات 1567-1581

    در این مطالعه، یک سامانه آزمایشگاهی چندمنظوره همراه یک بالگرد مدل با ملخ های پشت سر هم با هدف انجام تعدادی از آزمایش ها برای درک دقیق و به دست آوردن یک الگوی واقعی از رفتار جریان برون ریز دو ملخ پشت سر هم در حضور اثر زمین طراحی و ساخته شده است. آزمایش ها در دو فاصله R5/1 و R3 ریک های اندازه گیری جریان از ملخ (ها) انجام شدند. برخلاف آزمایش های انجام شده در تونل باد یا محفظه های خاص، این آزمایش ها در یک محیط باز و با اثرات دیواره ای کمتر انجام شدند. با توجه به نتایج حاصل برای یک ملخ تکی در ماخ 0/2 نوک پره ها، در یک ارتفاع ثابت ملخ (ها)، همزمان با دورشدن جریان برون ریز از بدنه، سرعت آن کاهش پیدا نمود و بالعکس؛ ولی برای ملخ های پشت سر هم، افزایش فاصله ریک ها از مدل تاثیر خاصی بر مقادیر میانگین سرعت نداشتند. مقایسه نتایج این اندازه گیری ها با الگوهای جریان برون ریز بالگرد CH-47D ضمن تایید درستی الگوهای به دست آمده، نشان دادند که وجود همپوشانی بین ملخ ها باعث افزایش مقادیر سرعت و رخداد سرعت بیشینه جریان برون ریز در ارتفاع های پایین تر می شود. عدم وجود همپوشانی بین آنها نیز باعث می شود تا الگوی جریان برون ریز هر کدام از آنها شبیه به الگوی جریان برون ریز یک ملخ تکی باشد. افزایش اثر زمین همراه با کاهش ارتفاع ملخ ها به ارتفاع R1 باعث شد تا مدل و رفتار جریان در نواحی جلویی و عقبی بالگرد تغییر نماید و بر خلاف کارکرد آنها در ارتفاع R2، سرعت جریان برون وزش همراه با دورشدن آن از ملخ، افزایش یابد.

    کلیدواژگان: سامانه آزمایشگاهی، ملخ های پشت سر هم، همپوشانی، جریان برون ریز، اثر زمین
  • مصطفی باغینی پور، فریدرضا بیگلری* صفحات 1583-1591

    مواد ریزدانه، خواص مکانیکی فوق العاده ای از خود نشان می دهند و کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارند. یکی از راه های تولید میل گرد ریزدانه استفاده از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید است. اکستروژن و انبساط متوالی نمونه به عنوان یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید میل گردهای ریزدانه مورد استفاده قرار می گیرد. با افزایش طول قطعه، نیروی اصطکاک افزایش پیدا می کند، تا جایی که نیروی مورد نیاز برای عملیات شکل دهی به حدی افزایش پیدا می کند که امکان انجام فرآیند وجود ندارد. برای حل این مشکل، در این پژوهش، فرآیند "اکستروژن و انبساط تناوبی تحت فشار هیدرواستاتیک" به عنوان یک روش جدید تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید میل گردهای با ساختار ریزدانه با طول بلند پیشنهاد شده است. در این روش، عملیات شکل دهی با استفاده از روغن تحت فشار انجام می گیرد؛ به همین دلیل، تنش های هیدرواستاتیک فشاری به ماده اعمال می شود و سبب بهبود مناسب خواص مکانیکی می شود. همچنین، نتایج شبیه سازی اجزای محدود این روش، تاثیر میزان ضریب اصطکاک بر نیروی شکل دهی و مستقل بودن نیروی شکل دهی از طول میل گرد را به دلیل انجام فرآیند به صورت هیدرواستاتیک نشان می دهد؛ بنابراین، فرآیند قادر است که میله هایی با طول بلند و ساختار ریزدانه تولید کند. میل گردی از جنس مس خالص تحت این فرآیند قرار گرفت و نتایج، حاکی از آن است که پس از انجام فرآیند، حد تسلیم و استحکام نهایی به ترتیب 200% و 33% افزایش یافت. همچنین سختی نمونه به صورت قابل ملاحظه ای 120% افزایش یافت و توزیع نسباتا همگنی از سختی در قطر میل گرد به دست آمد. نتایج ریزساختار، ریزدانه شدن قابل توجهی را پس از فرآیند نشان داد که اندازه دانه ها تا 8 میکرومتر در مرکز قطعه و 5 میکرومتر در شعاع خارجی کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، مواد فوق ریزدانه، اکستروژن و انبساط تناوبی، فشار هیدرواستاتیک، مس خالص
  • وحید مدانلو، ولی علی میرزالو*، مجید الیاسی صفحات 1593-1599

    صفحات دوقطبی فلزی به دلیل داشتن خواص مکانیکی و الکتریکی عالی، خواص حرارتی مناسب و سهولت در تولید جایگزین مناسبی برای صفحات گرافیتی و کامپوزیتی هستند. مهرزنی یکی از مهم ترین فرآیندهای کاربردی در تولید این صفحات از نظر هزینه ساخت است. تیتانیوم به دلیل داشتن مقاومت به خوردگی عالی و چگالی پایین به عنوان یک گزینه بالقوه برای ساخت صفحات دوقطبی مطرح می شود. در این مقاله، به بررسی تجربی شکل پذیری صفحات دوقطبی تیتانیومی با ضخامت mm0/1 با الگوی شیاری موازی مستقیم پرداخته شده است. شکل پذیری ورق در دماهای گرم با استفاده از سرعت های شکل دهی و روانکارهای مختلف بررسی شد. پس از انجام تجربی آزمایش های طراحی شده بر اساس روش تاگوچی، عمق پارگی میکروکانال نمونه های مهرزنی شده، استخراج شد. بررسی نتایج نشان داد که بیشترین میزان ازدیاد طول ورق در دمای °C100 به دست می آید. به علاوه، سرعت و دمای شکل دهی به ترتیب تاثیرگذارترین پارامترها بر عمق شکل دهی هستند. از سوی دیگر، تاثیر روانکار در مقایسه با سایر پارامترهای مذکور محسوس نیست. بیشترین عمق شکل دهی به میزان mm0/494 با استفاده از آزمایشی با پارامترهای دمای شکل دهی °C100، سرعت mm/min4/8 و روانکاری با دی سولفید مولیبدن حاصل شد.

    کلیدواژگان: صفحات دوقطبی فلزی، تیتانیوم، مهرزنی گرم، شکل پذیری
  • علی صنعتیان، امین ثقفی*، حبیب الله رستگاری کوپایی صفحات 1601-1609

    فرآیند کشش عمیق از مهم ترین فرآیندهای شکل دهی ورق است که به طور وسیعی در تغییر شکل ورق های فلزی به منظور تولید قطعاتی با هندسه پیچیده کاربرد دارد. پژوهش های مختلفی بر روی برخی فولادها با قابلیت شکل پذیری مناسب مانند فولادهای کم کربن و فولادهای زنگ نزن آستنیتی انجام شده است. از بین انواع فولادهای ساده کربنی، فولادهای پرکربن یوتکتویدی به دلیل ویژگی های منحصربه فردشان از جمله ساختار کاملا پرلیتی بدون حضور فازهای پرویوتکتویدی و همچنین نانوسایزبودن لایه های سمنتیت، قابلیت تحمل تغییر شکل سرد و گرم بدون تشکیل عیوب ریزساختاری را دارند. تاکنون در زمینه کشش عمیق این فولادها تحقیقات جامعی انجام نشده است. در این پژوهش، به منظور بررسی رفتار شکل پذیری این دسته از فولادها، فرآیند کشش عمیق گرم بر ورق های فولاد CK75 در دماهای کمتر و نزدیک به دمای استحاله یوتکتویدی به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده بیانگر توزیع یکنواخت ضخامت و همچنین نازک شدگی کمتر برای نمونه های تغییرشکل داده شده در دمای 700 درجه سانتی گراد (دمای بسیار نزدیک به دمای استحاله یوتکتویدی) است. همچنین، حداکثر ناپایداری در دمای 550 درجه سانتی گراد اتفاق افتاده است. در دماهای بالاتر از دمای استحاله یوتکتویدی، به دلیل عدم تشکیل ساختار کاملا آستنیتی و توزیع غیریکنواخت رسوبات کاربیدی، کاهش کارپذیری و پارگی نمونه ها حین کشش عمیق به وقوع پیوسته است.

    کلیدواژگان: کشش عمیق گرم، فولاد یوتکتویدی، CK75، شکل دهی ورق، دمای استحاله یوتکتویدی، ریزساختار
  • وحید حسینی، محمود شریعتی*، مسعود مهدی زاده رخی صفحات 1611-1623

    در این تحقیق، با استفاده از روش های تجربی و عددی، رفتار پوسته های مخروطی شکل و نیم کروی به ترتیب از جنس فولاد و آلومینیوم، در معرض بارگذاری ضربه ای مورد بررسی قرار گرفته است. ظرفیت جذب انرژی این گونه جاذب ها محاسبه و تاثیر تزریق فوم بر رفتار فروریزش و ظرفیت جذب انرژی پوسته های نیم کروی آلومینیومی تعیین شده است. همچنین تاثیر پارامترهای هندسی پوسته بر رفتار فروپاشی و ظرفیت جذب جاذب های مخروطی فولادی بررسی شده است. شبیه سازی های عددی از طریق نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده و نتایج به دست آمده از آنها با نتایج حاصل از آزمایش ها مقایسه شده است. در تحلیل های عددی از سه مدل آسیب جانسون-کوک، گارسون و روزالر اصلاح شده استفاده شده است. مدل آسیب جانسون- کوک در نرم افزار آباکوس موجود است، ولی مدل های آسیب گارسون و روزالر اصلاح شده از طریق زیرروال نویسی در محیط نرم افزار آباکوس ایجاد شده اند. نتایج نشان می دهد که مدل روزالر اصلاح شده، دقت بیشتری نسبت به سایر مدل های آسیب دارد. تاثیر ضخامت پوسته های مخروطی بر بازده آنها نیز بررسی شد و مشخص شد که افزایش ضخامت، موجب افزایش بازده جاذب می شود. علاوه بر این، تزریق فوم تاثیر مثبتی بر عملکرد جاذب های نیم کروی ندارد.

    کلیدواژگان: پوسته مخروطی فولادی، پوسته نیم کروی آلومینیومی، فوم، جاذب انرژی، مدل آسیب
  • سید فخرالدین عالم، احسان صابونی، فرید شیخ الاسلام*، ایمان ایزدی صفحات 1625-1634

    عملگرهای پیزوالکتریک، پرکاربردترین گزینه برای رسیدن به دقت بالا در کنترل موقعیت هستند. با وجود مزایای قابل توجه این عملگرها، دینامیک های خطی و غیرخطی آنها مثل پسماند می تواند منجر به افت دقت سیستم کنترلی باشد. در این پژوهش، کنترل کننده ای برای کنترل موقعیت عملگر پیزوالکتریک بر اساس روش مد لغزشی ارایه شد. کنترل مد لغزشی یکی از روش های مبتنی بر مدل و پرکاربرد در سیستم های موقعیت دهی دقیق است. در این پژوهش، از مدل بوک ون به منظور توصیف رفتار عملگر استفاده شد. در این مدل، دینامیک خطی با استفاده از جملات جرم، میراگر، سختی و دینامیک پسماند به صورت غیرخطی مدل می شود. اما معمولا بین سیستم فیزیکی عملگر و مدل ریاضی میزانی از نامعینی و عدم تطابق وجود دارد. در آنالیز پایداری روش کنترل مد لغزشی مرسوم، لازم است حد بالای این نامعینی مشخص باشد. این اندازه گیری در سیستم های عملی به سادگی امکان پذیر نیست؛ از طرفی انتخاب مقادیر بالا برای این حد، منجر به افزایش بهره کنترل کننده و فاصله گرفتن آن از مقدار بهینه می شود. روش مقاوم تطبیقی ارایه شده در این پژوهش، وابستگی به حد بالای نامعینی را مرتفع می کند. این کار با معرفی یک قانون تطبیق برخط برای تخمین حد بالای نامعینی انجام می شود. با ارایه این قانون، پایداری مجانبی سیستم حلقه بسته به صورت تیوری اثبات می شود. با پیاده سازی روش پیشنهادی روی تجهیزات آزمایشگاهی و همچنین نرم افزار شبیه ساز، عملکرد آن توسط نتایج شبیه سازی و عملی نشان داده شد.

    کلیدواژگان: عملگر پیزوالکتریک، کنترل مقاوم تطبیقی، نامعینی غیرساختاری، سیستم موقعیت دهی دقیق، کنترل مد لغزشی
  • سید جلال هاشمی، فرزاد رحمنی، سید محمدحسین سید کاشی* صفحات 1635-1645

    فرآیند شکل دهی تدریجی توانایی ساخت لوله ها با سطح مقطع و اندازه های مختلف با استفاده از ابزارهای شکل دهی ساده و ارزان را دارا است. در این مقاله برای دست یابی به منحنی حد شکل دهی لوله های آلومینیومی 6061 در دماهای بالا از هفت معیار شکست نرم در شبیه سازی اجزای محدود استفاده شده است. منحنی حد شکل دهی پیش بینی شده به وسیله معیارهای شکست با نتایج تجربی مقایسه شده تا بهترین معیار انتخاب شود. به منظور کالیبراسیون معیارهای شکست از آزمایش کشش تک محوری در دماها و نرخ کرنش های مختلف به همراه پارامتر زنر- هولومن استفاده شده است. اثر پارامترهای فرآیندی شامل دما، گام و عمق شکل دهی نیز در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که معیار شکست می تواند زمان و محل پارگی را در فرآیند شکل دهی تدریجی گرم لوله های آلومینیومی با دقت خوبی معین کند. بر طبق نتایج به دست آمده در دماهای بالا، معیارهای کوکرافت- لاتهام و کوکرافت- لاتهام نرمال که اثر بزرگ. ترین تنش کششی را در معیار شکست در نظر می گیرند، پیش بینی بهتری داشته اند. بررسی تاثیر دما و سرعت شکل دهی فرآیند بر روی حد شکل دهی لوله ها نشان داد که با افزایش دما، منحنی حد شکل دهی بالاتر می رود اما افزایش سرعت باعث پایین ترآمدن منحنی حد شکل دهی خواهد شد.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی گرم لوله، منحنی حد شکل دهی، معیار شکست نرم
  • امیرحسین امیری، محمدحسن شجاعی فرد، علی قاسمیان*، سامان سمیع زاده صفحات 1647-1660

    دوره اولیه گرم شدن موتور، یکی از مهم ترین منابع انتشار آلاینده ها به خصوص هیدروکربن های نسوخته (UHC) است. به دلیل سردبودن دیواره محفظه احتراق در زمان گرم شدن موتور، شعله در نزدیکی دیواره سیلندر و سطح روی پیستون به سرعت خاموش می شود و مخلوط هوا و سوخت موجود در کناره های محفظه احتراق فرصت اشتعال نمی یابند و به صورت نسوخته از محفظه احتراق خارج می شوند که باعث افزایش آلایندگی در موتورهای احتراق داخلی در دوره گرم شدن موتور می شود. در تحقیق انجام شده با بهره گیری از نرم افزار متلب R2018b و استفاده از روش های حل عددی، بر پایه اطلاعات موتور XU7 کدی نوشته شده است تا اثر دمای دیواره بر روی خاموشی شعله را به دست آورد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای دیواره سیلندر فاصله خاموشی شعله طی دوره گرم شدن موتور، به ازای دو حالت پکلت ثابت و متغیر با فشار، به ترتیب 46 و 22%، نسبت به لحظه ابتدایی عملکرد موتور کاهش می یابد. همچنین نتایج حاکی از آن بود که فاصله خاموشی برحسب زمان حاکی از رفتار لگاریتمی نزولی بود که این موضوع به نوعی معکوس رفتار دمایی دیواره های محفظه احتراق طی دوره گرم شدن موتور است که یک رفتار لگاریتمی صعودی است.

    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، خاموشی شعله، هیدروکربن نسوخته، انتقال حرارت گذرا، دوره گرم شدن موتور
  • سید امیر به مونسی، فرزاد جعفرکاظمی* صفحات 1661-1676

    هدف از این مقاله، مقایسه توان الکتریکی خروجی مدول فتوولتاییک (PV) و کلکتور ترکیبی فتوولتاییک- حرارتی (PV/T) با سیال آب است. راندمان الکتریکی مدول فتوولتاییک با افزایش دمای سطح آن به شدت کاهش می یابد. کلکتور ترکیبی فتوولتاییک- حرارتی شامل یک مدول فتوولتاییک است که یک کلکتور حرارتی به پشت آن متصل شده است. با گردش یک سیال با دمای ورودی پایین، حرارت از مدول فتوولتاییک دفع شده و راندمان الکتریکی آن افزایش می یابد. در این تحقیق، ابتدا مدل سازی حرارتی مدول فتوولتاییک و کلکتور PV/T با سیال آب به صورت تیوری و به کمک قانون اول ترمودینامیک انجام شده است. در ادامه برای اعتبارسنجی به نتایج تیوری، یک نمونه کلکتور ترکیبی فتوولتاییک- حرارتی بدون پوشش نوع مارپیچی با سیال آب طراحی و ساخته شد و در مدت سه روز تحت آزمایش قرار گرفت و نتایج حاصل از آن با مدول فتوولتاییک شاهد مقایسه شد. محاسبات تیوری به کمک نرم افزار متلب انجام گرفت و نتایج به دست آمده از آن، مطابقت خوبی را با آزمون تجربی مدول PV و کلکتور PV/T نشان داد. نتایج این تحقیق بهبود عملکرد الکتریکی کلکتور PV/T نسبت به مدول فتوولتاییک شاهد را نشان می دهد؛ به طوری که راندمان الکتریکی آن نسبت به مدول PV شاهد، حداکثر 6% افزایش یافته است. همچنین با درنظرگرفتن مساحت کوچک کلکتور PV/T، دمای آب در خروجی حدود °C5 بیشتر شده است.

    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی، کلکتور فتوولتائیک- حرارتی، PV، T، انرژی خورشیدی
  • سعید میرزایی، مهران عامری*، امین ضیافروغی صفحات 1677-1689

    در مطالعه حاضر یک خشک کن فروسرخ- خورشیدی که انرژی آن به وسیله یک سیستم فتوولتاییک- حرارتی تامین می شد، در دانشگاه شهید باهنر کرمان طراحی، ساخت و مورد آزمایش قرار گرفت. زمان و دمای خشک شدن و مقدار انرژی الکتریکی مصرفی در حین فرآیند خشک شدن برای برش های سیب زمینی با ضخامت 3 و 7میلی متر در سیستم خشک کن ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. پارامتر کنترل شده در این تحقیق، میزان دبی هوای ورودی به سیستم فتوولتاییک- حرارتی بود که تامین این مقادیر مختلف دبی توسط یک فن انجام گرفت. انرژی الکتریکی این فن به صورت مستقیم از پنل های فتوولتاییک تامین شد و مقدار باقی مانده انرژی الکتریکی تولیدی توسط پنل ها به یک منبع تابشی فروسرخ جهت خشک کردن محصول انتقال یافت. بررسی ها نشان داد که بهترین شرایط خشک کردن در دبی 0/004کیلوگرم بر ثانیه همراه با منبع تابشی است. مزیت قابل توجه این سامانه در مقایسه با سامانه هایی که فقط از منبع تابشی یا فقط از هوای داغ استفاده می کنند و همچنین سامانه هایی که بخشی از انرژی الکتریکی یا کل انرژی الکتریکی سامانه توسط جریان برق شهر تامین می شود، کاهش قابل توجه زمان فرآیند خشک شدن و انرژی مصرفی، و همچنین تامین کل انرژی مصرفی آن توسط انرژی خورشیدی است. همچنین این سامانه به صورتی طراحی شد که گرمای پنل های فتوولتاییک به هوای ورودی جمع کننده فتوولتاییک- حرارتی منتقل شود و باعث افزایش دمای هوای عبوری و کاهش دمای پنل ها شود تا بازده حرارتی و الکتریکی سیستم فتوولتاییک- حرارتی افزایش یابد.

    کلیدواژگان: خشک کن خورشیدی، فروسرخ، پنل فتوولتائیک، جمع کننده فتوولتائیک- حرارتی
  • سید کاظم یکانی، ابراهیم عبدی اقدم*، فرهاد صادق مغانلو صفحات 1691-1699

    معایب استفاده از دو سوخت بنزین و گاز طبیعی به صورت تک سوز در موتورهای اشتعال جرقه ای، محققان را بر آن داشته است که با استفاده از ترکیب آن دو در موتور، بر مزیت های احتراق از جمله بهبود در عملکرد و کاهش در آلایندگی بیافزایند. از طرف دیگر استفاده از حالت فقیرسوز در موتور می تواند موجب کاهش آلاینده های خروجی شود. در کار حاضر، ترکیب های مختلف بنزین- گاز طبیعی با سوخت غالب بنزین شامل 100، 87/5، 75 و 62/5 درصد وزنی بنزین و مابقی گاز طبیعی (نام گذاری شده به ترتیب 100G، 87/5G، 75G و 62/5G) در حالت فقیرسوز با نسبت هم ارزی 0/9 بررسی شد. در سرعت rpm1800 و نسبت تراکم 10 به ازای هر ترکیب در آوانس های مختلف، تغییرات فشار داخل سیلندر، 350 سیکل پشت سر هم از یک موتور پژوهشی تک سیلندر ذخیره شد. این داده های خام ابتدا پردازش و از نتایج آنها، آوانس بهینه عاری از کوبش هر ترکیب استخراج شد. سپس عملکرد چهار ترکیب در آوانس بهینه مربوط مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش حضور گاز طبیعی در ترکیب میزان آلاینده CO تقلیل و مقدار HC ابتدا افزایش و سپس سیر کاهشی داشت. میزان NOx با افزایش حضور گاز طبیعی روند افزایشی داشت و در مجموع عملکرد 75G در حالت فقیر سوز نسبت به 100G و سایر ترکیب ها بهتر بود.

    کلیدواژگان: موتور اشتعال جرقه ای، فقیرسوز، آلاینده، سوخت ترکیبی
  • مسعود بیات، محمدمهدی ابوترابی* صفحات 1701-1708

    کاهش مصرف انرژی در تولید یک نیاز ضروری است. در فرآیندهای تولید به ویژه ماشین کاری، بیش از 90% اثرات زیست محیطی، ناشی از مصرف انرژی در ماشین های ابزار است. هدف مطالعه حاضر، تخمین و مقایسه انرژی مصرفی فرآیند فرزکاری فولاد AISI 316 در حالت های روانکاری معمولی (تر) و کمینه و همچنین اندازه گیری تجربی انرژی مصرفی در هر کدام از این دو حالت است. بنابر مطالعات انجام شده، انواع مدل سازی انرژی مصرفی در ماشین کاری پیشنهاد شده ولی در مورد کاربرد این مدل سازی ها مطالعات کمی صورت گرفته و روش روانکاری کمینه از نظر میزان مصرف انرژی با روش تر کمتر مقایسه شده است. به منظور تایید مدل سازی انجام شده برای پیش بینی انرژی مصرفی در فرآیند فرزکاری، از آزمایش های تجربی استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد روش ارایه شده برای پیش بینی میزان مصرف انرژی با توجه به خطای 5درصدی، کارآمد و عملی است. پس از تایید مدل سازی انجام شده، با استفاده از 2 سطح برای نرخ پیشروی و سرعت اسپیندل و به کارگیری روش طراحی آزمایش کامل، انرژی و توان مصرفی در حالت های برش کمینه و تر به صورت تجربی با استفاده از توان سنج متصل شده به کابل برق ورودی 3 فاز دستگاه ماشین فرز اندازه گیری شد. مصرف انرژی در روش روانکاری کمینه نسبت به حالت تر 16% کاهش یافته است. متوسط توان مصرفی در فرزکاری با روانکاری کمینه 33% کمتر از فرزکاری در حالت تر است.

    کلیدواژگان: فرزکاری، انرژی مصرفی، روانکاری کمینه، توان، فولاد AISI 316
|
  • H. Esmaeili, H. Adibi*, S.M. Rezaei Pages 1409-1421

    Ceramic Matrix Composites (CMCs) are designed to overcome the main drawbacks of monolithic ceramics, especially their brittleness, in high-performance and safety-critical applications. Owing to the inherent properties of CMCs, especially heterogeneous structure, anisotropic thermal and mechanical behavior, and the hard nature of fibers or matrix, the machining process becomes extremely challenging as the generated surface suffers from undesirable quality. Taking the high hardness of ceramic matrix into account, grinding with diamond abrasives is the only efficient way for machining of CMC materials. The aim of this paper was to study the influence of grinding parameters (cutting speed, feed speed, and depth of cut) and different cooling-lubrication conditions (i.e. dry, fluid, and minimum quantity lubrication) on surface roughness, process efficiency, and tool wear. The results indicated that MQL leads to the best results in terms of surface quality and process performance. Furthermore, increasing of cutting speed and feed speed decreased and increased surface roughness, respectively, while depth of cut had an insignificant effect on the roughness value. Regarding the experimental results, four machining strategies considering quality, productivity, and efficiency criteria were developed. Eventually, the material removal mechanism was evaluated using SEM photos, indicating that brittle fracture is the dominant removal behavior of CMC materials.

    Keywords: Grinding, Surface Roughness, Ceramic Matrix Composite, Tool Wear
  • M. Sedighi, M. Aelaei*, M. Aghnia Pages 1423-1433

    Fuel system is one of the most important parts of the micro gas turbine. Due to the variation of environmental conditions such as temperature, relative humidity of air and height in different geographical locations, the operational features of the fuel system change. In this study, the fuel system of the GTCP85-180 gas turbine is modelled by applying PID mechanical controller. The governing equations of the controller is coupled with classical thermodynamic equations of the gas turbine and the effects of different environmental conditions on start-up and norminal operation of the motor are investigated. The range of variations of the environmental conditions is choosed by considering the geographical locations of Iran. The results of the numerical simulation were verified by comparing the numerical results obtained with written code in Matlab software with experimental measurements. The results showed that the environmental temperature has the strongest effect on the operational features of the fuel control system and causes 16.3% variation of exhaust gas temperature, 3.7% variation of fuel discharge, 14.7% variation of start-up time of the motor and 4.7% variation of fuel pressure in injectors. Also, the start-up operation of the motor showed more sensitivity to environmental conditions compared to normal operation of micro gas turbine.

    Keywords: Micro Gas Turbine, Fuel System, Numerical Simulation, Environmental Parameters, PID
  • Sh. Jannati, S.M. Ayati*, A. Yousefikoma Pages 1435-1448

    The goal of this paper is to design an online control interface for knee prosthesis based on the electromyography (EMG) signals of active thigh muscles. According to the time dependent nature of electromyography signals, translating such signals into precise commands in practical applications is a challenge for scientists. First stage for designing an online control interface is to design and implement a test setup for examining the proposed online control interface. To serve this purpose, active knee prosthesis is designed and manufactured using an elastic actuator mechanism. In order to measure the EMG signals, active muscles were detected based on the fundamental of muscles anatomy. In the second stage, filtering and data segmentation were utilized for electromyography signals smoothing, decreasing noises and reducing signal dimensions. Furthermore, time-delay neural network was used in order to map time domain features of EMG signals onto kinematic variables of knee joint. The angle and angular velocity of knee joint were estimated with accuracy of 0.85 (R2) for two locomotion modes including non-weight bearing and ground level walking. To implement online estimation of angular position, time domain features and neural network with 50 hidden layer’s neurons and 2 seconds time delay were used. Finally, online angular position estimation of knee joint was implemented on the designed test setup and results confirm proper tracking of online control interface.

    Keywords: Knee Prosthesis, Electromyography Signals, Online Control Interface, Time-Delayed Neural Network
  • S. Oskueyan, V. Abedini*, A. Hajialimohammadi Pages 1449-1462

    In this study, the effect of using of aluminum oxide and silicon oxide nanoparticles simultaneously into dielectric has been investigated in the process of electrical discharge machining of titanium alloy Ti-6Al-4V. After analyzing the parameters affecting the process of the electrical discharge machining using nanoparticles, intensity of the current, concentration, pulse on time, and particle composition were considered as input parameters. The effect of each parameters has been investigated on three levels; the material removal rate (MRR), the tool wear rate (TWR) and the surface roughness (SR) of the work piece. With respect to the development of the industry in the use of environmentally friendly dielectrics, deionized water was used as the dielectric fluid. Also, Design Expert software has been employed for the design of the experiments, analysis of the results and optimization of the parameters. The results showed that the best surface morphology is obtained by machining with the addition of nanoparticles in the relative composition of 50%. In this percentage of the composition, the surface roughness has the least value of the crack and the recast layer. In addition, the maximum value of the MRR and minimum value of TWR can be achieved in 12A of current intensity, 100µs of pulse on time and 75% of relative composition.

    Keywords: Electrical Discharge Machining, Ti-6Al-4V, Nanoparticles, Al2O3, SiO2
  • M. Azadi*, S. Rezanezhad, M. Zolfaghari Pages 1463-1473

    Aluminum-silicon alloys have vast applications in-vehicle components, such as the piston. Usually, such parts are under thermal and mechanical cyclic loadings, and therefore, they should have enough fatigue strength. For strengthening methods, the heat treatment and the addition of nanoparticles could be mentioned. In this research, the effect of the simultaneous use from SiO2 nanoparticles and the heat treatment was investigated on the high-cycle fatigue lifetime of the piston alloy, which is the novelty of this study. The stir-casting method was used for adding nanoparticles into the aluminum matrix, and the T6 heat treatment was done on samples. The microstructure was examined by the optical microscopy and also the field-emission scanning electron microscopy (FESEM), and high-cycle bending fatigue tests were performed, under fully-reversed loading conditions. Based on FESEM images, no agglomeration of nanoparticles was observed in the matrix. In addition, it was found that using SiO2 nanoparticles, heat treatment, and the combination of two approaches, caused to the improvement of the fatigue lifetime, for 304, 411 and 237%, respectively. According to high-cycle bending fatigue data, the fatigue strength coefficient of the piston alloy increased by the heat treatment, and the addition of nanoparticles.

    Keywords: Piston Aluminum Alloy, Silica Nano-Particles, Heat Treatment, High-Cycle Bending Fatigue Lifetime
  • M. Nikmehr, V. Kalantar*, M. Sefid Pages 1475-1485

    Using vapor chambers is a useful way to control the temperature of electronic components. In this study, two vapor chambers with identical dimensions have been tested. The condensation part of one of them is hydrophobic, the second is simple and there is no hydrophobic operation. In this study, the effect of lateral surface insulation on both vapor chambers, the effect of other parameters, including vapor chamber angle with the horizon, different heat loads produced by the heat source (printed circuit board), geometric deformation of the heat source in a fixed area, and also, change the location of the heat source installation on the evaporator floor, on the thermal performance of the vapor chamber, due to the hydrophobicity of the condensation part of the vapor chamber, has been studied as experimental work and compared with the simple vapor chamber. Also, the impact of installing the heat source on the entire floor of the evaporation section, by increasing the area of it, in both vapor chambers have been investigated. Experimental results show that hydrophobicity and increase of heat, in total and in most cases, decrease the thermal resistance of the vapor chamber. The thermal performance of the vapor chamber has also been improved by installing the printed circuit board across the evaporator floor and it depends on other parameters investigated in this study. Also, insulating the side surfaces, increases the thermal resistance in the simple vapor chamber and reduces thermal resistance in the vapor chamber with the hydrophobic condensation section.

    Keywords: Hydrophobic, Heat Transfer, Vapor Chamber, Insulation
  • M. Fallah*, Z. Medghalchi Pages 1487-1500

    Recent energy-saving policies in Iran led to more insulation implementation in buildings. Therefore, the occurrence of anti-insulation increases in the building industry. The anti-insulation phenomenon is the reverse function of insulation that causes cooling energy increment rather than energy saving. This phenomenon is an important and effective factor in energy consumption and the resident’s comfort. However, it has not been considered in thermal insulation studies worthily. Therefore, in this study, the anti-insulation occurrence temperature set-point is detected under eight climates of Iran by simulation in the EnergyPlus software. Four thickness of polystyrene insulation is evaluated under three insulating methods including external, mid and internal insulation. Results indicate that the anti-insulation occurs in six climates of Iran. Furthermore, cold and marine climates are more likely to anti-insulation occurrence than hot climates. The anti-insulation happens at a lower temperature by increasing the insulation thickness. In external insulation, due to usage of the wall’s thermal mass, anti-insulation occurs in high temperatures compared with mid and internal insulation methods.

    Keywords: Anti-Insulation, Building Insulation, Comfort Set-Point, Energy Saving
  • A. Sadri Koupaei, D. Soleymanzadeh, H. Ghafarirad* Pages 1501-1510

    Today, piezoelectric actuators are widely used in micro-positioning applications due to unique features such as high precision, fast response and high natural frequency. Despite the aforementioned characteristics, nonlinear characteristics such as hysteresis deteriorate the precision of piezoelectric actuators. In order to reduce the effect of hysteresis in control applications, external sensors are used for feedback control schemes. But, high costs and space limitations are prohibitive factors which limit the application of external sensors. Hence, an alternative is using self-sensing methods that is based on electromechanical characteristics of piezoelectric materials which eventually eliminate external sensors. In this research, self-sensing method is applied for position estimation in piezoelectric actuators. The most conventional method is based on the linear relation of electrical charge and actuator position which the position can be estimated by measuring the actuator charge. But this method is faced with serious challenges due to charge drift, especially at low frequencies. For this purpose, a method for modeling and compensating of charge drift is proposed. Then, by linearization of the electric charge-position relation, the self-sensing method is implemented based on the compensated electric charge measurement. Experiments have confirmed that this method can effectively estimate the actuator position with 1.5% estimation error in the presence of charge leakage.

    Keywords: Piezoelectric Actuator, Self-Sensing, Position Estimation, Charge Leakage
  • S. Amiri Dogahe, E. Jahanshahi Javaran*, M. Abdolzadeh Dashtkhaki, S. Sadeghi Pages 1511-1523

    In this study, techno-economic comparison of monocrystalline and concentrating photovoltaic power plants for the selected cities of Kerman province was carried out. After modeling the implied photovoltaic systems and validating the modeling results of the monocrystslline photovoltaic system with the measured data of an installed 5kW monocrystalline photovoltaic power plant at the Graduate University of Advanced Technology, daily and yearly electrical energies production analysis for both plants was presented. Then, the electrical efficiency and the performance factors, including capacity factor, final yield, reference yield and the performance ratio were determined. The economic analysis results showed that the northern cities of Kerman province had more favorable economic indicators, so internal rate of return, balanced cost of electricity, net present value, and benefit-cost ratio for the monocrystal photovoltaic plant were 21-22.1%, 13.3-13.9 dollars per kilowatt, 2-4.2 thousand dollars, and 1.04-1.09, respectively and for the concentrating photovoltaic plant were 24.9-28.6%, 8.8-10.2 dollars per kilowatt, 17.1-30.5 thousand dollars, and 1.24-1.43, respectively. Finally, a comprehensive comparison was made between the conventional PV systems and the CPV system for two scenarios: the same capital investment cost and the same nominal installed power. Results showed that at both scenarios, the concentrating photovoltaic is superior to the monocrystalline PV plant, in a way that Kerman and Jiroft cities, as the best cities, had the net present value of 30.5 thousand dollars and 21 thousand dollars, respectively.

    Keywords: Concentrating Photovoltaic Thermal, Monocrystalline, Electricity, Economic
  • M. Hosseinzadeh, H. Zamani*, S.M. Mirzababaee, A. Faezian, F. Zarrinkalam Pages 1525-1532

    In this study, a portable parabolic solar cooker is designed and fabricated, and the daily performance of the solar cooker is investigated from the energy and exergy viewpoints. One of the important challenges of the parabolic solar cookers is the reduction of their performance in the windy conditions. In order to evaluate this issue, the effect of 0.2, 2, 4 and 6m/s wind speeds on the energy and exergy efficiencies of the solar cooker is studied. Based on the results, the energy efficiency of the parabolic solar cooker is 34.52-46.19% and the exergy efficiency is 2.11-5.60% during the experiment. The experimental results indicate that water can boil in the windy conditions using the fabricated solar cooker although the time required to boil water increases by rising the wind speed. According to the results, in the wind speed of 6m/s, the time taken to boil 2 liters of water is about 40min. Furthermore, the energy and exergy efficiencies of the parabolic solar cooker in the wind speed of 6m/s are 20.08% and 1.99%, respectively, lower than those in the wind speed of 0.2m/s.

    Keywords: Parabolic Solar Cooker, Energy Analysis, Exergy Analysis, Wind Speed
  • A. Abdollahi Taheri, S. Golabi* Pages 1533-1542

    In recent years, industrial applications of composite sheets have been increasingly expanded due to their extremely different properties such as high strength, low density, and good corrosion resistance compared to single layer sheets. For this reason, in the current study, it is investigated the flanging of composite metal sheets. Also, the behavior of an aluminum-copper sheet, cladded using explosive welding, during incremental forming of a circular collar have been experimentally and numerically studied. In addition, the experimental results are used to validate the numerical simulation of the forming process. At first, in order to understand collar forming of the perforated sheet, the effect of hole diameter, forming direction or layer arrangement on dimensional accuracy, thickness distribution and forming force were investigated and then, the effect of hole flanging and collar forming were compared using two strategies. The results show that by decreasing the initial hole diameter of sheet, the average vertical maximum force increases by 9%, the minimum thickness decreases and its location shifts toward the center of sheet. Aluminum-copper arrangement also experiences a 7% reduction in average force and a 4% increase in minimum thickness due to the protective property of copper layer in tensile state compares to copper-aluminum. Besides, the multi-step method leads to a 6% minimum thickness increase due to better material flow compared to single-step method.

    Keywords: Single Point Incremental Forming (SPIF), Aluminum-Copper Bimetal Sheet, Collar Forming, Forming Force
  • A. Zahedi Dizaj Yekan, B. Mollaei Dariani*, M. Mirnia Pages 1543-1554

    Incremental forming of metal sheets is one of the new methods of metal forming with high flexibility in batch production of complex geometries. Due to the absence of a matrix and the gradual applying of forming forces, the forming limit in this process is increased compared to conventional ones. In this research, formability, forming, and finally fracture of aluminum/copper bilayer sheets produced by explosive welding method in the single point incremental forming process are studied. In the numerical prediction of growth and onset of fracture of sheets in this process, the Xue-Wierzbicki damage criterion was used as the VUMAT subroutine in Abaqus software. Using the numerical model, variations of the stress triaxiality and equivalent plastic strain as the variables affecting the damage growth in the incremental forming process were analyzed and explained, and the effect of cyclic and nonlinear loading in this process was shown. Experimental results show a different failure height of various geometries due to different loading conditions. Also, using the verified numerical model, in addition to predicting crack growth location, the fracture height in the formed geometries was predicted by 4.06% difference with respect to the experimental results.

    Keywords: Incremental Forming, Damage Criterion, Fracture Height, Bilayer Sheet
  • S. Kamkar, M. Mohammadi*, M. Karimi Pages 1555-1565

    High corrosion resistance, proper mechanical properties, and biocompatibility of Ti-6Al-4V alloy make it suitable for medical (dentistry and orthopedic implants), military and electronic industries. The greatest disadvantages of this alloy are poor wear resistance, low fatigue strength and poor tribological properties. The aim of this study was to apply an adhesive coating to improve both corrosion and wear properties of the Ti-6Al-4V alloy. Surface modification of alloy was done by nitrogen plasma nitriding in both electrolyte plasma and atmosphere plasma environment. Finally, the TiN layer was coated on the modified samples, using cathodic arc evaporation technique. The microstructural investigation, surface morphology, and coating thickness were studied by field emission scanning electron microscope (FESEM) equipped with energy dispersive spectroscopy. The grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) was applied to study the phases in the coatings. The corrosion resistance was studied with potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy. The wear resistance and the coating coefficient of friction were tested with pin-on-disc machine. The corrosion resistance of the samples was improved by applying the coatings and the plasma-nitride/TiN double-layer coating showed the best corrosion resistance with current density of 1.46×10-7A/cm2 and corrosion potential of -0.3V. On the other hand, the lowest thickness reduction in wear test was observed in double-layer coatings, so that the thickness reduction for both double-layer coatings, was less than 4μm, after 300m sliding.

    Keywords: Plasma Nitriding, Cathodic Arc Evaporation, Plasma Electrolytic (PE), Titanium Nitride (TiN), Wear, Corrosion
  • A. Mehrabi, A. Davari* Pages 1567-1581

    In this study, multipurpose testing equipment with a sub-scale model of a specific tandem rotor helicopter constructed to conduct a number of experiments to accurate understanding from the tandem rotor's outwash in ground effect. The experiments conducted as measuring rakes were positioned at two distances equal to 1.5 R and 3R from the rotor(s). Unlike the experiments that have been performed in wind tunnels or in special hover chambers, these experiments were performed in an open environment with fewer side walls effects. The results show that when the single rotor operates in a fixed altitude, and the blades tip velocity of 0.2M, the outwash velocities reduces as the flow moving away and vice versa, but for tandem rotors, increasing the rack distance from the model does not have a noticeable effect on the average values of the flow velocity. A comparison of the results of these measurements with the CH-47D helicopter outwash patterns confirms the accuracy of the obtained patterns and showed that the overlap between the rotors increases the velocity values and causes to the occurrence of maximum outwash velocity at lower altitudes. No overlap between the tandem rotors makes the outwash flow pattern of each of them similar to a single rotor. Increase in ground effect as the height of the rotor(s) decreases to 1R, changes the flow pattern in the forward and aft of the model helicopter. In this altitude, unlike their operation in altitude of 2R, the outwash flow increases when moving away from the rotor(s).

    Keywords: Testing Equipment, Tandem Rotors, Overlapping, Outwash, Ground Effect
  • M. Baghinipour, F. Biglari* Pages 1583-1591

    Fine grain materials exhibit excellent mechanical properties and are widely used in various industries. One way to produce fine grain bar is by using the severe plastic deformation techniques. Cyclic extrusion and expansion of the sample is used as one of the methods of severe plastic deformation for production of fine-grained bars. As the length of piece increases, the friction force increases, so that the required force for shaping operation is increased to such an extent that the process cannot be performed. For solving this problem, the "Cyclic Extrusion and Expansion under Hydrostatic Pressure" is proposed as a new method of severe plastic deformation for production of long-length fine-grained bars. In this method, the forming operation was done by using a pressure oil, so the hydrostatic compressive stresses are applying to the material and improve the mechanical properties. Also, the results of simulation of finite elements of this method show the effect of friction coefficient on the forming force and independence of the forming force from the bar length due to the hydrostatic process. Therefor the process is capable of producing rods of long length and fine structure. Results of pure copper rebar underwent this process showing that the yield strength and final strength increased by 200% and 33%, respectively. Also, the sample hardness increased substantially by 120%, and the distribution of relatively homogeneous hardness in rebar diameter was obtained. The microstructure results showed a fine-grain after the process, with the grain size reduced to 8μm in center and 5μm in outer diameter.

    Keywords: Severe Plastic Deformation, Fine Grain Materials, Cyclic Extrusion, Expansion, Hydrostatic Pressure, Pure Copper
  • V. Modanloo, Vali A.*, M. Elyasi Pages 1593-1599

    Due to their excellent mechanical, electrical and thermal properties and ease of production, metallic bipolar plates are a suitable replacement for graphite and composite plates. Stamping is one of the most applicable processes to produce theses plates from a manufacturing cost point of view. Due to its excellent corrosion resistance and low density, titanium rises as a potential option for the manufacturing of the bipolar plates. In this paper, the formability of titanium bipolar plates having a thickness of 0.1mm with a parallel flow field has been experimentally investigated. The formability of the sheet was evaluated at warm temperatures using different forming speed and lubricants. After the experimental implementation of the designed tests based on the Taguchi method, the fracture depth of the microchannel of stamped samples was extracted. The results showed that the most elongation of the sheet will be achieved at 100℃. Likewise, the forming speed and temperature are the most effective parameters on the forming depth, respectively. On the other hand, the effect of the lubricant is not tangible compared to the other mentioned parameters. The maximum forming depth equal to 0.494mm was obtained using an experiment with a forming temperature of 100℃, speed of 4.8mm/min, and lubrication with MoS2.

    Keywords: Metallic Bipolar Plates, Titanium, Warm Stamping, Formability
  • A. Sanatiean, A. Saghafi*, H. Rastegari Koupaei Pages 1601-1609

    Deep drawing process is one of the most important processes of sheet forming, which is widely used in the deformation of metal sheets in order to produce parts with complex geometry. Several studies have been carried out on some steels with good formability such as low-carbon and austenitic stainless steels. Among different types of plain carbon steels, high carbon eutectiod steels are capable to withstand cold and warm working without formation of any defect, due to their fully pearlitic microstructure without the presence of proeutectoid phases and nano-sized cementite lamella. However, no comprehensive research has been conducted on the deep drawing process of eutectoid steel. In the present research, the formability of CK75 steel sheets was experimentally evaluated using warm deep drawing process. Warm deep drawing process of the CK75 steel was studied in the temperature range near and below the eutectoid transformation temperature. The results show that deformation at 700°C (near to the eutectoid temperature) lead to the uniform distribution of thickness and less instability. On the other hand, maximum instability (e.g. thinning) was obtained by warm deformation at 550°C. At the temperature above the eutectoid transformation temperature, due to the formation of multi-phase structure and non-uniform distribution of cementite particle, the workability was reduced and led to the occurrence of rupture during deep drawing.

    Keywords: Warm Deep Drawing, Eutectoid Steel, CK75, Sheet Forming, Eutectoid Transformation Temperature, Microstructure
  • V. Hoseini, M. Shariati*, M. Mahdizadeh Rokhi Pages 1611-1623

    In this research, the behavior of conical and hemispherical shells, made of steel and aluminum, respectively, subject to impact loading has been investigated using experimental and numerical methods. The energy absorption capacity of these adsorbers has been calculated and the effect of foam injection on the collapse behavior and energy absorption capacity of aluminum hemispherical shells has been determined. The effect of geometrical parameters on the collapse behavior and adsorption capacity of steel conical adsorbers has also been investigated. Numerical simulations have been performed using the Abaqus finite element software and the results have been compared with the results of the experiments. In Numerical analysis, three damage models, Johnson-Cook, GTN, and modified Rousselier have been used. The Johnson-Cook damage model is available in Abaqus software but the GTN and the modified Rousselier damage models have been created through programming in Abaqus software. The results show that the modified Rousselier damage model is more accurate than the other damage models. Also, in this research, the effect of thickness of conical shells on their efficiency has been investigated and it becomes clear that increasing the thickness of absorber increases efficiency. In addition, foam injection does not a positive effect on the hemispherical absorber performance.

    Keywords: Steel Conical Shell, Aluminum Hemispherical Shell, Foam, Energy Absorber, Damage Model
  • S.F. Alem, E. Sabooni, F. Sheikholeslam*, I. Izadi Pages 1625-1634

    Piezoelectric actuators are the most common choice for position control with ultra-high precision. Despite the significant advantages, the linear and nonlinear dynamics of these actuators, such as hysteresis, could decrease the precision of the control system. In this research, a controller based on the sliding mode method is proposed for position control of piezoelectric actuator. Sliding mode control is a model-based and useful method in nanopositioning systems. In this research, Bouc-Wen model is used for description of the actuator’s behavior. In this model, the linear dynamic is modeled with mass, stiffness and damping terms, and the hysteresis is modeled by its nonlinear dynamics. Usually, there are mismatch and uncertainty between the physical system and mathematical model. For stability analysis of the prevalent sliding mode control, the upper bound of uncertainty must be known. But, in practical systems, this is not possible, simply. On the other hand, selecting the large values for this bound, increases the controller gain and distances it from the optimum value. The proposed adaptive robust control eliminates the dependency to the upper bound of uncertainty. This is done by introducing an online adaptive law for estimating this bound. Proposing this law, asymptotic stability of the closed-loop control system is proven. Implementing the presented method on the laboratory setup and simulator software, its effectiveness is shown by simulation and experimental results.

    Keywords: Piezoelectric Actuator, Adaptive Robust Control, Unstructured Uncertainty, Nanopositioning System, Sliding Mode Control
  • S.J. Hashemi, F. Rahmani, S.M.H. Seyedkashi* Pages 1635-1645

    Incremental tube forming process is capable of manufacturing tubes with different cross sections and dimensions using simple and inexpensive forming tools. In the current study, seven different ductile failure criteria are used in finite element simulations in order to obtain the forming limit diagram (FLD) of Al6063 aluminium tubes at high temperatures. The predicted FLD using these criteria are compared with experimental data to select the optimum criterion. Standard universal tensile tests in different temperatures and strain rates along with Zener-holloman parameter are performed to calibrate the failure criteria. The effects of process parameters including temperature, forming depth and forming feed are considered. The results showed that failure criteria can predict the time and location of rupture in incremental tube forming process with a good accuracy. In high temperatures, Cockroft-Latham and normalized Cockroft-Latham criteria which consider the effect of the largest tensile stress had the best prediction. Investigation of temperature and strain rate showed that by increasing temperature, the forming limit goes higher but increasing strain rate causes to decrease it.

    Keywords: Warm Incremental Tube Forming, Forming Limit Diagram, Ductile Fracture Criteria
  • A. Amiri, M. Shojaeefard, A. Qasemian*, S. Samiezaeh Pages 1647-1660

    The internal combustion engine’s warm-up period is one of the most important sources of emissions, especially unburned hydrocarbons (UHC). Due to the low temperature of combustion chamber wall during the warm-up period, the flame is quenched rapidly near the walls and piston surface and the air-fuel mixture in the vicinity of the wall does not burn and leave the combustion chamber unburned which increases UHC emissions of internal combustion engines during the warm-up period. In the current study, using MATLAB R2018b software and numerical solution methods, a code is developed based on XU7 engine data to determine the effect of wall temperature on the flame quenching distance. The results showed that by increasing the cylinder wall temperature, flame quenching distance during the engine warm-up period, for two cases of constant and pressure based Peclet number, was decreased by 46 and 22%, respectively. The results also indicated that the flame quenching distance had a downward logarithmic behavior over time, which is the opposite of the thermal behavior of the combustion chamber walls during the engine warm-up period, which is an upward logarithmic behavior.

    Keywords: Internal Combustion Engine, Flame Quenching, Unburned Hydrocarbon, Transient Heat Transfer, Warm-up
  • S.A. Behmoonesi, F. Jafarkazemi* Pages 1661-1676

    The aim of this paper is to compare the electric power output of the photovoltaic Module (PV) and photovoltaic-thermal water collector (PV/T). The electrical efficiency of photovoltaic Modules is greatly reduced by increasing their surface temperature. The hybrid photovoltaic-thermal collector consists of a PV Module with a thermal collector attached behind it. The circulating fluid in the collector removes heat from the module and increases its electrical efficiency. In the first part of this paper, a theoretical analysis of a liquid PV/T collector is made based on thermal modeling using the first law of thermodynamics. An unglazed hybrid photovoltaic-thermal collector with serpentine tubes has been designed and manufactured to validate the theoretical results. Then the collector has been tested for three days and results have been compared with a sample photovoltaic module. The theoretical calculations were performed using Matlab software and its results showed good agreement with experimental results. Our finding shows a maximum increase of 6% in the electrical efficiency of PV/T in comparison to the PV module. At the same time, the water temperature has increased by 5°C.

    Keywords: Solar Collector, Photovoltaic, Thermal Collector, PV, T, Solar Energy
  • S. Mirzaee, M. Ameri*, A. Ziaforoughi Pages 1677-1689

    In the current study, an infrared-solar dryer powered by a photovoltaic-thermal system was designed, manufactured and tested in the Shahid Bahonar University of Kerman. The drying time, temperature, and the amount of electrical energy consumed during the drying process were investigated for potato slices with thicknesses of 3 and 7mm in the dryer. The amount of airflow rate in the photovoltaic-thermal system, which was supplied by a fan, was controlled during the experiments. The power of this fan was supplied directly from photovoltaic panels and the remaining amount of electrical energy produced by the panels was transferred to an infrared radiation source for drying the product. The results showed that the best drying condition is at 0.004kg/s with the radiation source. The significant advantage of this system compared to systems that use only the radiating source or hot air, as well as systems that part of their electricity or total electricity is provided by the city's electricity, is a significant reduction in time of drying process and energy consumption, along with is that the total energy for the drying process is provided by solar energy. The system was also designed to transfer the heat of the photovoltaic panels to the inlet air of photovoltaic-thermal collector to increase the temperature of the air and decrease the photovoltaic temperature and therefore to improve the thermal and electrical energy efficiency.

    Keywords: Solar dryer, Infrared Wave, Photovoltaic Panel, Photovoltaic-Thermal Collector
  • S.K. Yekani, E. Abdi Aghdam*, F. Sadegh Moghanlou Pages 1691-1699

    Considering the disadvantages of gasoline and natural gas as mono-fuel in SI engines has made the researchers improve the performance and reduce the pollutant as the advantages of the application of dual-fuel engines. On the other hand, lean-burn in the engine may lead to reduced pollutants. In the present study various mixtures of gasoline and natural gas with the gasoline as the dominant fuel, including 100, 87.5, 75 and 62.5% in weight-base gasoline and the rest natural gas (respectively named as G100, G87.5, G75, G62.5) in lean-burn condition with 0.9 as the equivalence ratio are investigated. At 1800rpm and 10 compression ratio, cylinder pressure variations of 350 successive cycles of each mixture were recorded using a single-cylinder research engine. First of all, the raw data were processed and the optimized knock-free advance for each individual mixture was determined. Later on, the performance of all four mixtures in the corresponding optimized advance was explored. The results revealed that by increasing the amount of natural gas in the mixture, the CO pollutant reduced however the amount of HC initially increased which was followed by a decreasing trend. The amount of NOx had a direct relation with the appearance of the natural gas. In the lean-burn condition, a better performance was observed for G75 in comparison with G100 and the other mixtures.

    Keywords: SI Engine, Lean-Burn, Pollutant, Dual Fuel
  • M. Bayat, M. Abootorabi* Pages 1701-1708

    Reducing energy consumption in production is an urgent need. In manufacturing processes, especially machining, more than 90% of the environmental impacts are due to energy consumption in machine tools. The purpose of the present study is to estimate and compare the energy consumption of AISI 316 steel milling process in conventional (wet) and minimum quantity lubrication (MQL) modes as well as the experimental measurement of energy consumption in each of these two modes. Studies have suggested different types of energy consumption modeling in machining but few studies have been conducted on the use of these modeling techniques and the minimum quantity lubrication method has been rarely compared with the wet state in terms of energy consumption. Empirical experiments were used to confirm the modeling performed to predict energy consumption in the milling process. The results show that the proposed method is efficient and practical for predicting energy consumption with 5% error. After confirming the modeling, using two levels for feed rate and spindle speed and applying full factorial design of experiments, energy and power consumption in MQL and wet cutting modes using the power meter connected to the input 3-phase power cable of the milling machine were experimentally measured. Energy consumption in the minimum quantity lubrication method was decreased by 16% compared to the wet state. The average power consumption in MQL milling is 33% lower than in wet milling.

    Keywords: Milling, Energy Consumption, Minimum Quantity Lubrication, Power, AISI 316 Steel