فهرست مطالب

  • سال بیستم شماره 19 (تیر 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/04/08
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمدصالح برقی جهرمی، ولی کلانتر*، مهران عبدالرضایی صفحات 1709-1717

    در مطالعه حاضر، تهویه طبیعی خورشیدی با هدف کاهش مصرف سوخت های فسیلی و درنتیجه کاهش گازهای گلخانه ای، در شرایط آب وهوایی گرم و خشک مورد بررسی قرار گرفته است. رفتار متغیرهای مختلف سیال شامل (دما، سرعت و دبی) در حالات گوناگون اندازه گیری و مورد مقایسه قرار گرفته است. از آنجایی که تشعشع خورشیدی طی روز ثابت نیست تهویه خورشیدی غیرفعال ناپایا است. در این راستا جریان جابه جایی طبیعی در تهویه ساز خورشیدی دارای جاذب حرارتی مسی، محفظه شیشه ای دوجداره به منظور جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی و همچنین مواد تغییر فازدهنده برای ذخیره انرژی حرارتی مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. تهویه ساز در وضعیت بدون مواد تغییر فازدهنده با توجه به ایجاد اختلاف دمای مناسب توانسته است پدیده دودکشی برای تهویه طبیعی را در بخشی از ساعات روز امکان پذیر کند، اما در ساعات اولیه شب دمای تهویه ساز با دمای محیط یکسان شده و پدیده دودکشی به منظور تهویه مناسب در دسترس نخواهد بود. در تهویه ساز مجهز به مواد تغییر فازدهنده سیستم توانسته است به طور قابل قبولی در کاهش افت دمایی در ساعاتی از شبانه روز که تشعشع خورشیدی وجود ندارد نقش مهمی را ایفا کند که به دنبال آن پایابودن نرخ جریان هوا را در بر خواهد داشت. در حقیقت هدف اصلی استفاده از مواد تغییر فازدهنده در تهویه خورشیدی غیرفعال همین اثر، یعنی استفاده از انرژی اضافی در موارد فقدان انرژی است.

    کلیدواژگان: تهویه ساز خورشیدی، شرایط محیطی، مواد تغییر فازدهنده، ذخیره کننده گرما
  • ناصرالدین سپهری*، محمد احسانی، مهناز شمشیرساز، مجتبی صدیقی صفحات 1719-1730

    به کارگیری مشخصه های دینامیکی غیرخطی سازه تحت پایش به منظور شناسایی زودهنگام آسیب، ازجمله ایده های جدید در حوزه پایش سلامت مبتنی بر وصله های پیزوالکتریک به شمار می رود. شل شدن تکیه گاه گیردار ازجمله عیوبی است که نه تنها منجر به ایجاد اخلال در سیستم های مهندسی مختلف می شود، بلکه اغلب با تاثیرگذاری بر روی سیگنال های حسگری، شناسایی آسیب در سازه را با چالش مواجه می کند. در این پژوهش رفتار غیرخطی تماسی ناشی از شل شدن تکیه گاه گیردار به کمک تکنیک تلفیق ارتعاشات و آکوستیک مورد پایش قرار گرفت. استفاده از وصله های پیزوالکتریک با قابلیت اتصال دایم به سازه میزبان به منظور تحریک سیگنال های پمپ و حامل و همچنین ثبت سیگنال تلفیق شده، امکان پایش برخط مبتنی بر تکنیک تلفیق را فراهم آورد. اعمال یک فیلتر مناسب منجر به حذف فرکانس های طبیعی و ظهور باندهای جانبی تلفیق در اطراف فرکانس تحریک مرکزی شد. در این پژوهش همچنین حساسیت تلفیق به فرکانس تحریک سیگنال پمپ مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج، بروز باندهای تلفیق جانبی در اطراف باند فرکانس مرکزی، شاخص مناسبی برای تشخیص رفتار غیرخطی ناشی از شل شدن تکیه گاه محسوب می شود. در ادامه از یک مدل المان محدود وابسته الکترومکانیکی به منظور بررسی مکانیزم دقیق ایجاد پدیده تلفیق استفاده شد. تطابق مناسب نتایج عددی و آزمایشگاهی، نشان از دقت کافی مدل عددی توسعه داده شده و قابلیت آن در پیش بینی پدیده تلفیق دارد.

    کلیدواژگان: پایش سلامت سازه_تلفیق ارتعاشات و آکوستیک_غیرخطی تماسی آکوستیک_وصله های پیزوالکتریک_مدل المان محدود وابسته الکترومکانیکی_نتایج تجربی
  • محمد براهنی، علی طباطبائیان، احمدرضا قاسمی، سعید امینی* صفحات 1731-1740

    پدیده خستگی حرارتی همواره یکی از مباحث مورد توجه محققین در رشته های مختلف مهندسی بوده است. اهمیت این پدیده در کاربردهای وسیع آن در صنایع هوافضا و تاثیرات قابل توجه آن بر خواص مواد کامپوزیتی است. در این پژوهش، به بررسی تاثیر خستگی حرارتی بر کیفیت ماشین کاری کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با ذرات نانولوله کربنی پرداخته می شود. بدین منظور، ابتدا نمونه های کامپوزیتی 8 لایه با چیدمان های متقارن و نامتقارن ساخته شده و در معرض چرخه حرارتی قرار داده می شوند. سپس، نمونه ها تحت دو نوع فرآیند ماشین کاری شامل ماشین کاری معمولی و ماشین کاری به کمک ارتعاشات اولتراسونیک قرار گرفته و تاثیرات خستگی حرارتی به صورت تجربی مطالعه می شود. همچنین، تاثیرات پارامترهای متفاوتی از جمله افزودن ذرات نانولوله کربنی چندجداره، فرآیند ماشین کاری و نحوه لایه گذاری، بر کیفیت ماشین کاری مواد کامپوزیتی تحت خستگی حرارتی مورد مطالعه قرار گرفته است تا کمترین میزان لایه لایه شدگی به دست آید. نتایج نشان داد که افزودن ذرات نانولوله کربنی چندجداره منجر به بهبود کیفیت ماشین کاری تا 13% می شود. همچنین مشخص شد که به کارگیری روش سوراخ کاری اولتراسونیک می تواند میزان لایه لایه شدگی را تا 10% کاهش دهد.

    کلیدواژگان: خستگی حرارتی، لایه لایه شدگی، نانولوله کربنی چندجداره، سوراخ کاری اولتراسونیک، چیدمان
  • مهدی دلیر، نوشین بیگدلی* صفحات 1741-1748

    امروزه سیستم شناور مغناطیسی به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. این سیستم ذاتا ناپایدار و غیرخطی است که توسط معادلات غیرخطی مدل شده است. از طرفی دیگر، وجود تاخیر زمانی در این سیستم ها نیز باعث ناپایداری سیستم یا حتی آشوب در آن می شود که در کنترل آنها مشکلات اضافی به وجود می آورد. در نتیجه نیازمند طراحی یک کنترل مقاوم و بهینه است. در این مقاله کنترل کننده مقاوم هوشمند تطبیقی مبتنی بر پسگام مد لغزشی برای پایداری سازی و دنبال یابی مناسب سیستم شناور مغناطیسی مگلو در حضور تاخیر زمانی، عدم قطعیت و اغتشاش خارجی پیشنهاد شده است. با توجه به تغییرات نقطه کار از کنترل تطبیقی برای به روزرسانی اطلاعات لحظه ای سیستم و کنترل کننده هوشمند به منظور تخمین عدم قطعیت ها و اغتشاشات و غیرخطینگی های سیستم استفاده می شود. کنترل کننده مقاوم به منظور ایجاد پایداری مجانبی در سیستم مگلو استفاده می شود. از تیوری پایداری لیاپانوف به منظور تجزیه و تحلیل پایداری سیستم شناور مغناطیسی با کنترل کننده پیشنهادی استفاده می شود. در پایان به منظور نشان دادن کارآیی کنترل کننده پیشنهادشده از شبیه سازی عددی در نرم افزار متلب استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که دنبال یابی به خوبی انجام شده و کنترل کننده در مقابل نویز و اغتشاش بسیار خوب عمل می کند.

    کلیدواژگان: سیستم شناور مغناطیسی (مگلو)، تاخیر زمانی، کنترل کننده مقاوم هوشمند تطبیقی، کنترل پسگام، تئوری لیاپانوف
  • محمد ملکی رودپشتی، محمدمهدی عاقلی حاجی آبادی* صفحات 1749-1759

    ربات های چرخ دار کاربردهای متنوعی در محیط های صنعتی، آزمایشگاهی، هنری، فیلم سازی و غیره دارند. در ربات های چرخ دار انتخاب نوع چرخ و نوع پلتفرم به شرایط محیطی، نحوه حرکت ربات و درجه آزادی حرکتی ربات بستگی دارد. با انتخاب نوع چرخ و پلتفرم مناسب، درجه آزادی 3 (معروف به ربات های هولونومیک) را می توان به دست آورد به طوری که ربات بتواند در دو جهت x و y حرکت کرده و در طول حرکت نیز بتواند حول محور z در مختصات مرجع بچرخد. اگر ربات چرخ دار با هدف حمل ونقل طراحی شود باید بستری روی ربات در نظر گرفته شود تا بتواند محموله را حمل نماید. در این مقاله از پلتفرم موازی استوارت 3 درجه آزادی برای این منظور استفاده شده است به طوری که به تنهایی قابلیت چرخش حول محورهای x ،y و حرکت در راستای محور z را دارد. هدف از این گزارش، ساخت رباتی چرخدار است به طوریکه یک پلتفرم 3 درجه آزادی استوارت جهت قرارگیری محموله با قابلیت کنترل شیب در طی مسیر روی آن سوار شود. با ترکیب این دو ربات، ربات ساخته شده دارای 6 درجه آزادی حرکتی خواهد بود. این درجات آزادی شامل 3 درجه آزادی از سوی پلتفرم استوارت (پارامترهای...) و 3 درجه آزادی از سوی پلتفرم چرخ دار (پارامترهای...) است. در نتیجه به طور کلی ربات مذکور با پارامترهای  با 6 درجه آزادی قابل کنترل خواهد بود.

    کلیدواژگان: ربات چرخ دار، پلتفرم استوارت، سوئرو درایو، هولونومیک
  • سید عسکری مهدوی، علی اکبر رنجبر*، محمد فرشچی صفحات 1761-1771

    انژکتورهای با قابلیت تغییر سطح مقطع خروجی جریان، انتخاب مناسبی برای توسعه موتورهای راکت سوخت مایع گازخور (تراتل) هستند؛ زیرا زمانی که از انژکتورهای با سطح ثابت استفاده می شود، کنترل موثر تراست کار دشواری است. انژکتور پینتل که یک انژکتور دارای سطح متغیر است، می تواند دبی جرمی پیشران ها را کنترل نماید. در واقع می توان یک صفحه انژکتور بزرگ با تعداد زیاد انژکتور را با یک انژکتور تک المانی پینتل جایگزین نمود. در این مقاله، تلاش شده است تا ضمن معرفی و ارایه یک نمونه طراحی و ساخته شده این انژکتور دوپایه، تاثیر اعداد بدون بعد (نسبت مومنتم، عدد وبر و ضریب تخلیه) در عملکرد انژکتور و تغییر زاویه پاشش که یکی از مشخصه های مهم اسپری است، مورد بررسی قرار گیرد. آزمون ها در شرایط دما و فشار محیط انجام شد و عدد وبر در محدوده 19 تا 1830 و نسبت مومنتم سوخت به اکسیدکننده بین 0/2 تا 13 بوده است. از آب به جای اکسیدکننده به منظور پیشران مرکزی و از هوا به جای سوخت به منظور پیشران خارجی استفاده شده است. برای اندازه گیری زاویه اسپری و مطالعه اثر پارامترهای مورد نظر بر ساختار اسپری از روش سایه نگاری و عکس برداری استفاده شده است. همچنین با استفاده از نتایج حاصله، یک رابطه تجربی بین زاویه پاشش و اعداد بدون بعد به دست آمده و ارایه شده است.

    کلیدواژگان: انژکتور سطح متغیر، انژکتور پینتل، نسبت مومنتم، زاویه پاشش
  • احمدرضا تابان، علی جلالی*، مهدی زمانی صفحات 1773-1788

    انسان همواره به دنبال راه هایی برای تولید انرژی الکتریکی ارزان و دایمی است. یکی از این راه ها، استفاده از توربین های بادی است. توربین های بادی محور عمودی به دلیل مشکل راه اندازی و بازده پایین نسبت به توربین های محور افقی، کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. از راه های بهبود عملکرد توربین های باد محور عمودی، تغییر زاویه حمله ایرفویل نسبت به باد است. در این مطالعه، از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای حل معادلات حجم محدود جریان استفاده شده است. زوایای مختلف حمله از 12- تا 10+ درجه و سرعت باد 10 متر بر ثانیه و چگالی 1/225 کیلوگرم بر متر مکعب و ویسکوزیته دینامیکی ثابت 1/825 پاسکال ثانیه استفاده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه حمله ایرفویل تا 10+ درجه، ضریب توان و گشتاور نسبت به حالت مرجع (صفر) کاهش می یابد و با کاهش زاویه حمله ایرفویل تا 4- درجه، ضریب توان و گشتاور افزایش و بعد از آن در 8- تا 12- درجه کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: توربین باد محور عمودی داریوس، پره Jشکل، شبیه سازی دوبعدی، زاویه حمله
  • سید مهدی سیدی، علیرضا نداف اسکوئی*، مصطفی سیاح بادخور صفحات 1789-1800

    طراحی و ایمنی مخازن گاز طبیعی با توجه به کاربرد روزافزون آنها در خودروها اهمیت بسیار بالایی دارد؛ بنابراین در این مقاله به بررسی تجربی، عددی و بهینه سازی این مخازن پرداخته شده است. در بخش تجربی به طراحی و ساخت دو مخزن فلزی و کامپوزیتی اقدام شده است که مورد آزمایش فشار داخلی قرار گرفته و میزان تحمل آنها مشخص شده است. در بخش عددی به کمک نرم افزار آباکوس 6.14، مدل سازی این مخازن انجام شده است. ضمن صحت سنجی نتایج حاصل با داده های آزمایش های تجربی، به توسعه شبیه سازی عددی نیز پرداخته شده است. با استفاده از نتایج حاصل از توسعه شبیه سازی عددی و نرم افزار طراح آزمایش به بهینه سازی پارامترها و بررسی ارتباط بین آنها و میزان تحمل فشار در این مخازن پرداخته شده است. نتایج عددی و تجربی مطابقت بسیار خوبی دارند. مخازن کامپوزیتی ضمن سبک بودن، مقاومت بیشتری در مقابل فشارهای داخلی دارند که در این پژوهش به کاهش حدود 30درصدی وزن مخازن کامپوزیتی و کاهش 20درصدی تغییر شکل، تحت فشار کاری دست یافته شد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، مخازن، کامپوزیت، آباکوس، گاز طبیعی، CNG
  • هادی امامی، احسان شکوری، پیام سرائیان* صفحات 1801-1814

    آلیاژهای آلومینیوم، با توجه به تنوع بالا و خواص مکانیکی مطلوب، کاربرد گسترده ای در صنایع دارند و در این بین، آلیاژ آلومینیوم 5754-H111 به دلیل برخورداری از ویژگی هایی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، شکل پذیری، چقرمگی و مقاومت به خوردگی بالا، در ساخت بدنه خودرو، صنایع دریایی و تجهیزات نفتی فراساحلی کاربرد ویژه ای دارند. حضور 3% منیزیم در ساختار شیمیایی این آلیاژ، سبب حساسیت آن نسبت به حرارت شده و به همین دلیل، اجرای اکثر فرآیندهای ماشین کاری سنتی بر روی آن امکان پذیر نیست. ماشین کاری با جت آب به همراه ذرات ساینده (AWJM)، به دلیل استفاده از آب و ذرات ساینده به عنوان ابزار برشی، می تواند روش مناسبی جهت ماشین کاری این دسته از مواد باشد. در پژوهش حاضر، به بررسی تاثیر پارامترهای اصلی فرآیند ماشین کاری با جت آب و ذرات ساینده، از جمله فشار جت آب، سرعت گذار و ضریب بارگذاری بر زبری سطح، زاویه انحنای خطوط و شکل گیری پلیسه در نمونه های آلومینیومی 5754-H111 پرداخته شده است. نتایج نشان داد، پس از سرعت گذار، فشار جت آب و ضریب بارگذاری به ترتیب بیشترین تاثیر را بر مشخصه های کیفی سطح دارند. به طوری که، به ازای ضریب بارگذاری 45% و فشار جت 300مگاپاسکال، با افزایش سرعت گذار از 200 به 300میلی متر بر دقیقه، مقدار زبری سطح در ناحیه صاف، در حدود 50%، و زاویه انحنای خطوط در ناحیه زبر، در حدود 25%، افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: ماشین کاری با جت آب به همراه ذرات ساینده (AWJM)، آلیاژ آلومینیوم 5754-H111، زبری سطح، زاویه انحنا خطوط، شکل گیری پلیسه
  • سعید دیناروند*، بهزاد جباری پور صفحات 1815-1828

    ترکیب بین فلزی مدرن تیتانیوم آلومیناید گاما (γ-TiAl) به علت چگالی پایین، مدول الاستیسیته بالا، مقاومت زیاد در برابر اکسیداسیون، خوردگی و احتراق، اخیرا در صنایع هوافضا و خودروسازی مورد توجه قرار گرفته است. ماشین کاری این آلیاژ به روش های سنتی بسیار دشوار است. در مطالعه حاضر، با استفاده از انواع الکترودهای ابزار گرافیت، مس و آلومینیوم به ماشین کاری تخلیه الکتریکی نمونه های γ-TiAl پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد که در هنگام استفاده از الکترودهای آلومینیومی، نرخ سایش ابزار به طور متوسط 2/3 برابر بیشتر از ابزارهای مسی و 5/8 برابر بیشتر از گرافیت است. در هنگام استفاده از گرافیت، نرخ براده برداری به طور متوسط 4/2 برابر بیشتر از مس و 7/7 برابر بیشتر از ابزارهای آلومینیومی است. ماشین کاری با آلومینیوم منجر به شکل گیری ترکیبات اکسیدی Al2O3 و TiO2 روی سطح قطعه کار می شود، ولی در ماشین کاری با گرافیت، فازهای کاربیدی TiC، Ti8O5 روی سطح تشکیل می شود. در ماشین کاری با گرافیت به دلیل شکل گیری ترکیبات سخت کاربیدی در لایه انجماد مجدد، میکروسختی بیشتر از نمونه ماشین کاری شده توسط ابزار آلومینیومی است که ترکیبات اکسیدی روی سطح وجود دارند و سختی لایه انجماد مجدد در نمونه ماشین کاری شده با ابزار مسی کمتر از دو ابزار دیگر است و دلیل آن وجود فازهایی با سختی کمتر همچون اکسید مس است. بیشترین مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی متعلق به نمونه ماشین کاری شده توسط گرافیت و کمترین مقاومت به خوردگی برای نمونه ماشین کاری شده توسط آلومینیوم است. کاهش ترکیبات اکسیدی و آلومینیومی و افزایش فازهای کاربیدی منجر به افزایش مقاومت به خوردگی نمونه های ماشین کاری شده γ-TiAl می شود.

    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM)، ترکیب بین فلزی γ-TiAl، نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار، یکپارچگی سطح، مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی
  • علیرضا ربیعی، فرهاد قدک*، محمدمهدی دوستدار صفحات 1829-1839

    موضوع مهم در بهره برداری از حسگر انحراف سنج، استفاده از ضرایب بی بعد مناسب و غیرحساس به شرایط مختلف کاری است. این ضرایب بی بعد، زاویه انحراف جریان، فشار کل و فشار استاتیک را به دست می آورند. در مطالعه حاضر، این ضرایب با روش تحلیلی SPM و آزمایش تجربی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند. مقایسه نتایج تجربی و تحلیلی نشان می دهد که روش تحلیلی SPM ضریب انحراف جریان در محدوده زاویه بهره برداری حسگر سه سوراخه را به صورت دقیق پیش بینی می کند. همچنین این روش ضریب فشار کل را در محدوده زوایه انحراف 10± درجه به صورت دقیق محاسبه می کند. نتایج تجربی نشان می دهد که به دلیل فرض عدم افزایش سرعت روی حسگر در روش تحلیلی، فشار استاتیک جریان به صورت دقیق محاسبه نمی شود. طبق مشاهدات آزمایشگاهی، افزایش سرعت و کاهش فشار در نواحی اطراف حسگر وجود دارد و این مساله ناشی از وجود ناحیه مکش در پایین دست حسگر است. برخلاف نتایج روش تحلیلی، در روش تجربی در زاویه صفر درجه، فشار استاتیکی جریان با متوسط فشار نقاط چپ و راست حسگر برابر است. به دلیل حساسیت ضرایب بی بعد فشار استاتیک جریان به تغییر عدد رینولدز، مقادیر مختلفی برای این ضریب در منابع مختلف گزارش شده است. این ضرایب با تغییر عدد رینولدز تغییر می کنند و دقت آنها کاهش می یابد. در مطالعه حاضر، یک ضریب بی بعد مناسب جدید معرفی می شود که نسبت به عدد رینولدز دارای کمترین میزان حساسیت است.

    کلیدواژگان: انحراف سنج، حسگر سه سوراخه، روش تحلیلی SPM، عدد رینولدز، ضریب بی بعد
  • سمانه امینی، علیرضا اکبرزاده توتونچی* صفحات 1841-1850

    حذف نوسانات باقی مانده فرآیند انتقال اجسام معلق در حوزه حمل ونقل کاربرد فراوانی دارد. در مطالعات گذشته روش های کنترلی متعددی به منظور کاهش نوسانات اتخاذ شده است. عدم مدل سازی دینامیکی دقیق، به کارگیری تجهیزات سنسوری و هزینه های بالای طراحی سیستم های کنترلی تا حدی کارآیی این روش ها را کاهش داده است. در مطالعه حاضر، مسیر بهینه انتقال جسم با هدف حذف نوسانات انتهایی با استفاده از الگوریتم برنامه ریزی پویا تولید می شود. الگوریتم بهینه سازی برنامه ریزی پویا یک روش محاسباتی است که با تجزیه مساله به چندین زیرمساله، یک مسیر بهینه را به صورت بازگشتی از توالی تصمیمات کوچکتر طراحی می کند. علاوه بر الگوریتم پیشنهادی، روش شکل دهی ورودی نیز برای تولید مسیر بهینه به کار گرفته شد. در این روش با اعمال دنباله ای از ضربات به یک مسیر دلخواه انتقال و تولید مسیر مطلوب، نوسانات باقی مانده کاهش می یابد. شبیه سازی مسیرهای بهینه در نرم افزار ادمز پیاده سازی شده است. با توجه به نتایج شبیه سازی، به دلیل عدم قطعیت های موجود در مدل سازی دینامیکی و در نتیجه ایجاد خطا در محاسبه پارامترهای اساسی روش شکل دهی ورودی، الگوریتم برنامه ریزی پویا برای انتقال های سریع در سیستم های غیرخطی پیشنهاد می شود. در بخش آزمایشگاهی نیز با اتصال یک آونگ به مجری نهایی ربات، میزان نوسانات در انتهای انتقال و مدت زمان اتمام نوسانات اندازه گیری شد. نتایج شبیه سازی نشان داده است با پیاده سازی الگوریتم برنامه ریزی پویا، نوسانات باقی مانده در انتهای فرآیند انتقال، کاهش بیشتری دارد. علاوه بر این، مدت زمان لازم برای توقف کامل نوسانات جسم در این الگوریتم به اندازه تقریبا 2 ثانیه نسبت به مسیر دلخواه و 1 ثانیه نسبت به روش شکل دهی مسیر کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: نوسانات باقی مانده، مسیر بهینه، الگوریتم برنامه ریزی پویا، روش شکل دهی ورودی
  • مجتبی میرزائی*، ایمان حسینی صفحات 1851-1859

    بایاس اولیه در ژایروهای نرخی میکروالکترومکانیکی متغیری تصادفی است که با هر بار روشن و خاموش شدن تغییر می کند. می توان به کمک میانگین گیری خطا در حالت سکون یا با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته مقدار بایاس اولیه را تخمین زد و اثرات آن را کاهش داد. به علاوه، این بایاس با دما و شتاب خطی نیز تغییر می کند. معمولا برای جبران سازی دما از منحنی های استخراج شده از آزمایش های بررسی اثر تغییر دما بر روی بایاس استفاده می شود. این منحنی ها تقریبی بوده و با گذشت زمان اثر خطای آنها در زاویه محاسبه شده از ژایروی نرخی، بر هم انباشته شده و دقت نتایج کاهش می یابد. در این مطالعه سعی شده است تا با تلفیق نتایج فیلتر کالمن توسعه یافته با نتایج این منحنی ها و بهره گیری از مزایای هر دو روش دقت محاسبات بهبود یابد. همچنین در مواردی که حرکت، شتاب دار است با کمک الگوریتم سوییچ کننده از ورود داده های اشتباه به تخمین جلوگیری شده تا بایاس به صورت اشتباه تخمین زده نشود. در این حالت جبران سازی دمایی وظیفه اصلاح بایاس در اثر تغییر دما را از انتهای مرحله استفاده از فیلتر کالمن به عهده دارد. نتایج آزمون های تجربی بر روی حس گر مورد مطالعه نشان دهنده موثربودن روش پیشنهادی در کاهش بایاس آن در حرکات شتاب دار طولانی مدت است.

    کلیدواژگان: ‍ژایروسکوپ نرخی میکروالکترومکانیک، بایاس متغیر با دما، فیلتر کالمن توسعه یافته، حرکت شتاب دار
  • بهزاد سلطانی*، مهرداد بابائیان، حسین قاسمی صفحات 1861-1872

    روش شکل دهی نموی تک نقطه ای با هزینه پایین و انعطاف پذیری بالا می تواند جایگزین مناسبی برای روش های مرسوم لبه دارکردن سوراخ ورق باشد. در این مطالعه، امکان لبه دارکردن سوراخ مربعی ورق آلومینیوم AL1050 با استفاده از روش شکل دهی نموی مورد بررسی قرار گرفته و کیفیت فلنج هرمی ایجادشده با فلنج مخروطی مقایسه شده است. شکل نهایی فلنج به گونه ای تعریف شده است که زاویه دیواره با افزایش ارتفاع به تدریج افزایش یابد. شبیه سازی فرآیند با نرم افزار آباکوس انجام شد و برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، آزمایش عملی نیز انجام گرفت. پس از انجام آزمایش های تجربی، ویژگی های فلنج مانند اندازه نهایی سوراخ، ارتفاع فلنج و ضخامت دیواره، بررسی شدند. نتایج نشان داد که در لبه ایجادشده حول سوراخ دایره ای برگشت فنری کمتر و دقت ابعادی بیشتر است ولی با ملاحظه ارتفاع و اندازه سوراخ، می توان سوراخ مربعی را نیز با روش نموی لبه دار کرد. نتایج اندازه گیری ابعادی فلنج ها نشان داد که ابعاد نهایی سوراخ پس از لبه دارشدن، افزایش خواهد یافت. با بررسی سوراخ های مختلف مشاهده شد که هر چه سوراخ اولیه بزرگ تر باشد، میزان افزایش ابعاد سوراخ پس از فلنج کردن، کمتر خواهد بود.

    کلیدواژگان: شکل دهی نموی، لبه دارکردن سوراخ، شبیه سازی المان محدود، دقت ابعادی، توزیع ضخامت
  • علی مهرور*، علیرضا میرک، محمدرضا رضایی صفحات 1873-1881

    ماشین کاری الکتروشیمیایی به دلیل قابلیت ها و مزایای منحصربه فرد، روشی مناسب برای براده برداری در کاربردهایی که کیفیت سطح و تنش های پسماند از اهمیت ویژه ای برخوردارند، است. با توجه به پارامترهای مختلفی که در این فرآیند تاثیرگذار است، بررسی عددی و تجربی برای امکان سنجی و تدوین تکنولوژی براده برداری در مواد و کاربردهای مختلف ضروری است. از سوی دیگر، با تکنولوژی بالایی که در انجماد پیشرفته تولید سوپرآلیاژ تک کریستال پایه نیکل CMSX-4 به کارگرفته می شود، هیچ مرزدانه ای در ماده ایجاد نمی شود. با بهبود خواص مکانیکی این ماده، استفاده از روش های سنتی، موثر و مقرون به صرفه نیست. از این رو هدف از این تحقیق، بررسی عددی ماشین کاری الکتروشیمیایی بر روی این سوپرآلیاژ خاص است. از نرم افزار کامسول برای مدل سازی فرآیند و تحلیل عددی استفاده شده است. تغییرات پتانسیل و جریان الکتریکی در دهانه ماشین کاری و نهایتا جابجایی مرز قطعه کار به دست آمده است. سپس آزمون عملی با توجه به شرایط بررسی عددی به کمک دستگاه ماشین کاری الکتروشیمیایی اجرا شده است. خطای حدود 8% بین نتایج شبیه سازی و آزمون عملی نشان دهنده امکان پذیری و توانایی این روش مدرن ماشین کاری برای این سوپر آلیاژ خاص است.

    کلیدواژگان: ماشین کاری الکتروشیمیایی، سوپرآلیاژ تک کریستال پایه نیکل، المان محدود، شبیه سازی
  • حامد یزدانی*، محمود یعقوبی صفحات 1883-1894

    بخش عمده مصرف انرژی در بخش خانه های مسکونی مربوط به گرمایش و سرمایش ساختمان است. نماهای خارجی ساختمان ها در معرض نور خورشید و هوای محیط بیرون بوده و نقش تعیین کننده ای در تعیین بارهای حرارتی ساختمان دارند. در این میان، سقف ها که در تمام طول روز در معرض تابش خورشیدی هستند، از اجزای مهم ساختمانی بوده و سهم قابل توجهی از مصرف انرژی یک ساختمان مربوط به آنها است. لذا به کارگیری راه حل های مناسب برای سقف ها موجب کاهش قابل توجه مصرف انرژی ساختمان برای تهویه مطبوع و بهبود شرایط راحتی محیط داخل ساختمان می شود. در این مقاله تاثیر روش های مختلف پوشش سقف، بر عملکرد حرارتی یک ساختمان یک طبقه مسکونی با دو نوع طراحی غیرعایق و عایق بندی شده، در اقلیم های مختلف جوی ایران بررسی می شود. برای مطالعه سه نوع سقف خنک با ضرایب بازتابش خورشیدی 0/5، 0/7 و 0/9 و دو نوع سقف سبز، که یکی به طور طبیعی در معرض بارش های جوی و دیگری همیشه مرطوب نگهداری می شود، در نظر گرفته شده و بارهای حرارتی سالیانه مورد نیاز ساختمان جهت تامین شرایط آسایش، با استفاده از نرم افزار دیزاین بیلدر محاسبه و با سقف معمول بتنی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد، با انتخاب پوشش مناسب سقف، می توان انرژی کل مورد نیاز ساختمان در بخش تهویه مطبوع را بین 7 تا 31% با توجه به نوع طراحی ساختمان و اقلیم منطقه کاهش داد.

    کلیدواژگان: : سقف خنک، سقف سبز، عملکرد انرژی ساختمان، شرایط اقلیمی، شبیه سازی
  • نگار مهتدی فر، مسعود عسگری* صفحات 1895-1910

    با توجه به پیشرفت هایی که در تکنیک های ساخت افزودنی صورت گرفته، امکان طراحی و تولید سازه های سلولی با هندسه های پیچیده با خواص مکانیکی مناسب و وزن کم فراهم آمده است و استفاده از مواد سلولی متخلخل در بسیاری از زمینه ها در حال افزایش است. در پژوهش حاضر سازه استوانه ای نوینی که در راستای شعاعی توزیع چگالی نسبی و خواص گرادیانی قابل تنظیم دارد، با الهام از ساختار استخوان طراحی و معرفی شده است. سازه سلولی در 5لایه و از تکرار سلول واحد پایه چهاروجهی منتظم با الگوی مشخص در راستای شعاعی، محیطی و محوری حاصل شده است. با استفاده از روابط تحلیلی، خواص مکانیکی الاستیک سازه تعیین شده است. حل تیوری ارایه شده به کمک مدل سازی عددی و ساخت افزایشی نمونه پلیمری به روش سنگ چاپ سه بعدی و آزمون آن صحه گذاری شده است. مقایسه نتایج بیان گر دقت مناسب حل تیوری است. همچنین اثر متغیرهای هندسی طراحی شامل ارتفاع المان حجمی تکرارشونده، تعداد اضلاع چندضلعی آغازگر و قطر یال ها بر روی خواص مکانیکی سازه و توزیع آنها مطالعه شده است. با استفاده از الگوریتم های ژنتیک بهینه سازی تک هدفه و چندهدفه خواص الاستیک سازه انجام شده است. نتایج بهینه سازی تک هدفه در سازه هایی با تخلخل های 70، 75 و 80% به ترتیب بهبود 32/9، 35/92 و 35/68% مقدار مدول الاستیسیته بر جرم و افزایش 116/35، 96/48 و73/62% مقادیر تنش تسلیم بر جرم در همین تخلخل ها، نسبت به سازه مبنا با تخلخل های مشابه را نشان می دهند. نتایج حاصل، بیان گر قابلیت مناسب سازه برای ایجاد توزیع متغیر خواص و تخلخل و پتانسیل کاربرد آن به عنوان بافت جایگزین استخوان مصنوعی است.

    کلیدواژگان: مواد سلولی متخلخل، تخلخل گرادیانی شعاعی، ساخت افزایشی، حل تحلیلی، مدل سازی المان محدود، بهینه سازی چند هدفه
  • محمدرضا نوذری، صادق تابع جماعت*، مجید آقایاری، حسن صادقی زاده صفحات 1911-1922

    محفظه احتراق، قلب تپنده توربین های گازی است و تاثیر مستقیم روی آلایندگی و راندمان آنها دارد. با توجه به شرایط پیچیده حاکم بر جریان در محفظه احتراق به علت اثرات متعدد توربولانس و اختلاط جریان ها و همچنین رفتار شعله های آشفته، پیش بینی عملکرد این گونه محفظه ها امری بسیار پیچیده و عملا غیرممکن است. بدین سبب نیاز به انجام آزمون های تجربی به منظور شناسایی رفتار حاکم بر محفظه، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش یک محفظه استوانه ای شکل با استفاده از سوخت گاز مایع در شرایط اتمسفریک به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا محدوده پایداری آن سپس توزیع دمای داخل محفظه و خروجی آن در 6 نقطه کاری، به دست آمد و رفتار شعله مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان آلایندگی خروجی محفظه نیز در دبی ها و نسبت هم ارزی های متعدد به دست آمد. ملاحظه می شود در دبی هوای ثابت با افزایش دبی سوخت (یا به عبارتی با افزایش نسبت هم ارزی)، شعله به سمت خروجی محفظه حرکت می کند و در نهایت از محفظه بیرون می رود. همچنین با مشاهده آلاینده های خروجی می توان نتیجه گرفت که در دبی سوخت ثابت، با افزایش دبی هوا، میزان آلاینده CO افزایش و NOx کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: محفظه احتراق استوانه ای، محدوده پایداری، توزیع دما، آلایندگی، سوخت گاز مایع، میکروتوربین
  • رقیه امیرارسلانی، مریم مرکباتی*، رشید مهدوی صفحات 1923-1932

    در پژوهش حاضر، کارپذیری گرم فولاد ابزار گرم کار W360 در حالت ریختگی و کارشده، با انجام آزمایش کشش گرم در محدوده دمایی 900 تا 1200درجه سانتی گراد، در نرخ کرنش ثابت 0/1 بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد، در هر دو فولاد ریختگی و کارشده، با افزایش دما از 900 به 1000درجه سانتی گراد، به دلیل حل شدن کاربیدها و وقوع تبلور مجدد دینامیکی، شکل پذیری افزایش یافته است. در دمای 1050درجه سانتی گراد، بیشترین میزان تبلور مجدد رخ داده و اندازه دانه ها کاهش یافته است. این کاهش اندازه دانه در فولاد کارشده به دلیل اندازه دانه اولیه کوچک تر مشهودتر بود. نمونه های کارشده، شکل پذیری گرم بیشتر و تنش حداکثر کمتری نسبت به نمونه های ریختگی نشان دادند. شکل پذیری فولاد ریختگی در دمای 1200درجه سانتی گراد، افت قابل ملاحظه ای را نشان داد که ناشی از حضور رسوبات حل نشده باقی مانده در مرزدانه ها و تمرکز تنش اطراف آنها و تشکیل ترک های مرزدانه ای در مجاورت آنها است، در حالی که شکسته شدن رسوبات در فولاد کارشده از تمرکز تنش اطراف آنها ممانعت کرده است. مطابق تصاویر ریزساختاری نمونه ها پس از آزمایش کشش گرم، در نمونه های کارشده، شبکه پیوسته کاربیدهای آلیاژی حین نورد و وقوع تبلور مجدد شکسته شده، کاربیدها ریزتر و توزیع آنها یکنواخت تر شده است. این مساله سبب کاهش تمرکز تنش در اطراف کاربیدها و کارپذیری گرم بالاتر نمونه های کارشده شده است. مطابق بررسی های صورت گرفته، بهترین محدوده تغییر شکل گرم فولاد W360 در هر دو حالت ریختگی و کارشده، محدوده دمایی 1050 تا 1150درجه سانتی گراد به دست آمد.

    کلیدواژگان: فولاد ابزار گرم کار W360_کارپذیری گرم_تبلور مجدد دینامیکی_آزمایش کشش گرم_ساختار ریختگی و کارشده
  • بهزاد رحمتی، سیدحسن هاشم آبادی*، محمد سالمی مجرد صفحات 1933-1941

    پژوهش حاضر، توسعه مدلی عددی برای پیش بینی عملکرد کنتور توربینی گاز با استفاده از معادله حرکت بر پایه تیوری تعادل گشتاور است. در این مدل با استفاده از دیدگاه قاب چرخان چندتایی و مدل اغتشاشی Standard k-ε شبیه سازی در حالت پایا بر روی یک کنتور توربینی گاز 2اینچ با ظرفیت 65G و کلاس 150 ساخت شرکت ومتک به وسیله نرم افزار فلوینت انجام شد. جهت مدل کردن معادله تعادل گشتاور و محاسبه سرعت زاویه ای روتور، کد UDF مناسب ایجاد و به نرم افزار اضافه شد. برای ارزیابی دقت مدل، نتایج شبیه سازی با داده های تجربی به دست آمده از سازنده کنتور مورد مقایسه قرار گرفت که اختلاف نتایج شبیه سازی و داده های تجربی حدود 0/16% بود که نشان از اعتبار مدل ارایه شده در شبیه سازی عملکرد کنتور توربینی گاز است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی بیانگر عدم تقارن توزیع سرعت برای دبی های بیش از Qmax 0/4 در پایین دست کنتور بود و برای اینکه این پدیده تاثیر منفی بر اندازه گیری جریان نداشته باشد، طول مناسب برای توسعه یافتگی جریان برای پایین دست کنتور با استفاده از شبیه سازی انجام شده حداقل 10 برابر قطر لوله پیشنهاد شد. بنابراین می توان با استفاده از مدل ارایه شده هزینه های سنگین طراحی و بهینه سازی کنتور توربینی را کاهش داد.

    کلیدواژگان: کنتور توربینی گاز، تئوری تعادل گشتاور، شبیه سازی CFD، دیدگاه قاب چرخان چندتایی (MRF)
|
  • M. Barghi Jahromi, V. Kalantar*, M. Abdolrezaie Pages 1709-1717

    In the current study, natural solar ventilation has been investigated aiming at reducing the consumption of fossil and thus, reducing greenhouse gas emissions in a hot and dry climate in which the behavior of various fluid variables (temperature, velocity, and flow rate) is considered in different conditions. Since solar radiation is not uniform throughout the day, passive solar ventilation is unstable. In this regard, the natural displacement flow in a solar ventilator with copper thermal absorber, double-glazed glass compartment to prevent thermal energy loss, as well as phase change materials for the storage of thermal energy has been investigated, experimentally. In the case of no phase change material, due to the creation of a suitable temperature difference, the panel has made the chimney effect possible for natural ventilation in some hours of the day, but in the early hours of the night, the temperature of the panel will be the same as the ambient temperature, and the chimney effect will not be available for proper ventilation. In a panel equipped with phase change materials, the system has acceptably been able to play an important role in reducing the temperature drop in the hours of the day with no solar radiation leading to a reliable air flow rate. In fact, the main purpose of using phase change materials in passive solar ventilation is the same effect, the use of excess energy in cases of energy shortages.

    Keywords: Solar Ventilator, Environmental Conditions, Phase Change Material, Thermal Energy Storage
  • N. Sepehry*, M. Ehsani, M. Shamshirsaz, M. Sadighi Pages 1719-1730

    Employing nonlinear dynamic signature of the host structure for early damage detection and remaining useful life estimation purposes, is an emerging idea in the area of piezoelectric patches based structural health monitoring. Clamped support loosening is one of the defects that not only may cause disorder in system’s functioning, but also obstruct damage identification process through distorting the signals. In this study, support loosening induced contact acoustic nonlinearity (CAN) behavior was monitored by vibro-acoustic modulation (VAM) technique. Using miniaturized PZT patches with the capability to be installed on the host structure permanently for both pump and probe actuation as well as sensing the modulated signal, enabled online monitoring via VAM technique. An appropriate filter was designed to eliminate the unintentionally excited natural frequencies and to reveal the sidebands. In this study, the sensitivity of modulation strength to the pump excitation frequency was also investigated. According to the results, appearance of sidebands around the central probe frequency is an appropriate indicator for CAN identification. In order to study the mechanism of modulation phenomenon, a coupled field electromechanical finite element (FE) model was developed. Proper matching of the numerical and experimental results indicates sufficient accuracy of the developed FE model and its potential to predict the modulation behavior.

    Keywords: Structural Health Monitoring, Vibro-Acoustic Modulation, Contact Acoustic Nonlinearity, Piezoelectric Patches, Coupled Field Finite, Element Analysis, Experimental Results
  • M. Baraheni, A. Tabatabaeian, A. Ghasemi, S. Amini* Pages 1731-1740

    Thermal fatigue is one of the most important issues in different engineering fields. The importance of this phenomenon is its application in aerospace industries and considerable effects on the material properties. In this research, the effect of thermal fatigue on the machining quality of polymeric CNT-reinforced composites is studied. To follow this aim, initially the composite specimens with eight layers in symmetrical and unsymmetrical layups are fabricated and subjected to thermal cycling. Then, two different machining processes including conventional drilling and ultrasonic vibration assisted drilling are carried out and the thermal fatigue effects are experimentally studied. Additionally, the effects of various parameters including “addition of multi wall carbon nanotube”, “machining process” and “layup method” on machining quality of composites under thermal fatigue condition is investigated in order to obtain the least delamination. The results indicated that addition of multi-walled carbon nanotubes enhances the machining quality up to 13%. It was also revealed that the implement of ultrasonic assisted drilling could reduce the delamination damage up to 10%.

    Keywords: Thermal Fatigue, Delamination, Multi-Walled Carbon Nanotube, Ultrasonic Assisted Drilling, Layup
  • M. Dalir, N. Bigdeli* Pages 1741-1748

    Today, the magnetic levitation system is widely used in various industries. This system is inherently unstable and nonlinear, which is presented by nonlinear equations. On the other hand, the existence of a time delay in these systems also causes system instability or even chaos, which creates additional problems in their control, thus requiring the design of robust and optimal control. In this paper, a robust adaptive intelligent controller based on the backstepping-sliding mode is proposed for the stability and proper tracking of the magnetic levitation system in the presence of time delay, uncertainty, and external disturbances. Due to changes in the equilibrium point, comparative control is used to update the system's momentary information and intelligent controller to estimate uncertainties and disturbances and non-linearity of the system. A robust controller is used to asymptomatic stabilize the Maglev system. The Lyapunov stability theory is used to analyze the stability of the magnetic levitation system with the proposed controller. In the end, in order to demonstrate the performance of the proposed controller, numerical simulations have been used in MATLAB software. The simulation results show that good tracking has been performed and the controller is very good against noise and disturbance.

    Keywords: Magnetic Levitation System (Maglev), Time Delay, Robust Adaptive Intelligent Control, Backstepping Control, Lyapunov Theorem
  • M. Maleki Roudposhti, M. Agheli Hajiabadi* Pages 1749-1759

    Wheeled robots have various applications in industrial, laboratory, art, and filming environments. The choice of wheel and platform type in these robots depends on the motion and the degrees of freedom expected from the robot. With an appropriate choice of the wheel and platform, the degrees of freedom of 3 (known as holonomic robots) can be achieved in which the robot can move in both x and y directions and also rotate about the z axis in the general coordinate system. If the wheeled robot is designed to carry objects, it is necessary to consider a platform on top of the robot for this purpose. In this paper, a 3-DOF Stewart platform is used such that it provides rotation about x and y axes as well as motion in direction of z axis. The goal of this research is to develop a wheeled robot equipped with the 3-DOF Stewart platform to carry objects with ability of orientation control within the path. With integrating these two robots, the resultant robot will have 6 degrees of freedom, three of which are provided by the Stewart platform (α, β, Δz) and the other three are provided by the wheeled platform (Δx, Δy, γ). Therefore, the robot, with 6 degrees of freedom, can be controlled via the six parameters of Δx, Δy, Δz, α, β, γ.

    Keywords: Wheeled Parallel Robot, Stewart Platform, Swerve Drive, Holonomic
  • S.A. Mahdavi, A. Ranjbar*, M. Farshchi Pages 1761-1771

    Variable-area injectors are suitable for developing throttleable rocket engines because it is difficult to efficiently control thrust when fixed-area injectors are used. A pintle injector is a variable-area injector that can be used to control the mass flow rate of propellants. In practice, an injector plate containing several fixed-area injectors is replaced with a single pintle injector. In this research, a two-stage pintle injector is designed, manufactured, and tested for the effects of dimensionless numbers (Momentum ratio, Weber number, and discharge coefficient) on the injector’s performance, including the spray angle change, which is an important characteristic of the spray. The tests were done at ambient temperature and pressure conditions. The Weber number ranged from 19 to 1830, and the ratio of the fuel to the oxidizer momentum was varied from 0.2 to 13. Water is used instead of the oxidizer as a central propellant, and the air is used instead of the fuel as an external propellant. Shadowgraph and photography were used to measure the spray angle and study the desired parameters. Empirical relationships between functional parameters and dimensionless numbers were obtained that can be used in the design process.

    Keywords: Variable-Area Injector, Pintle Injector, Momentum Ratio, Injection Angle
  • A. Taban, A. Jalali*, M. Zamani Pages 1773-1788

    Humans are always looking for ways to produce cheap and permanent electricity. One of these ways is to use wind turbines. The vertical axis wind turbines are less sensitive due to the problem of the setup and low efficiency compared to the horizontal axis turbines. One way to improve the performance of VAWTs is to change the angle of attack of the wind turbine blade. In this study, the computational fluid dynamics method is used to solve the finite volume flow equations. Different angles of attack range from -12 to +10 degrees and wind speeds of 10m/s and density of 1.225kg/m3 and constant dynamic viscosity of 1.825psi were used. The calculations showed that by increasing the angle of attack of the blade to +10 degrees  Cp and Torque decreased, by decreasing angle of attack of the blade to -4 degree, Cp and Torque increased, but by more decreasing AOA of -8 to -12 degrees Cp and torque decreased.

    Keywords: Vertical Axis Wind Turbine of Darrius, J-Shape Blade, 2D Simulation, Angle of Attack (AoA)
  • S.M. Seyedi, A. Naddaf Oskouei*, M. Sayah Badkhor Pages 1789-1800

    Design and safety of natural gas tanks Due to its high use in cars, it is of great importance. Therefore, in this paper, the empirical, numerical and optimization of these reservoirs is investigated. Experimental section designed and manufactured two metal and composite tanks that have been tested for internal pressure and their strength has been determined. Modeling of these tanks has been done in the numerical section with the help of Abaqus software 6.14. In addition to validating the results with experimental data, numerical simulation has been developed. Using the results of the development of numerical simulation and experimental design software, optimization of parameters and their relationship with pressure tolerance in these tanks have been investigated. The numerical and experimental results are in good agreement. Lightweight composite tanks are more resistant to internal pressures, which resulted in a 30% reduction in the weight of composite tanks and a 20% reduction in deformation under operating pressure.

    Keywords: Optimization, Tanks, Composite, Abaqus, Natural gas, CNG
  • H. Emami, E. Shakouri, P. Saraeian* Pages 1801-1814

    Aluminum alloys, due to their high variety and favorable mechanical properties, are widely used in industries. Aluminum alloy 111H-5754 due to its properties such as high strength to weight ratio, ductility, toughness, and corrosion resistance, are applied in the manufacture of automotive body, offshore, and offshore oil equipment. The presence of 3% magnesium in the chemical structure of this alloy makes it susceptible to heat and therefore, it is not possible to perform most of the traditional machining processes on it. Water jet machining with abrasive particles (AWJM), because of the use of water and abrasive particles as cutting tools, can be a good method for machining these materials. In the present study, the effect of water jet and abrasive particle machining process parameters, including water jet pressure, traverse speed and loading coefficient on surface roughness, angle of striation, and burr formation in aluminum alloy 111H-5754 samples is discussed. The results showed that after traverse speed, water jet pressure and loading coefficient have the most effects on the surface quality characteristics, respectively. So, for a loading factor of 45% and a jet pressure of 300MPa, increasing the traverse speed from 200 to 300mm/min, the surface roughness value in the smooth area is about 50%, and the angle of striation of the lines in the rough area, increased by about 25%.

    Keywords: Abrasive Water Jet Machining, Aluminum Alloy H111-5754, Surface Roughness, Striation Angle, Burr Formation
  • S. Dinarvand*, B. Jabbaripour Pages 1815-1828

    Modern intermetallic compound of gamma titanium aluminide (γ-TiAl) due to its low density, high elastic modulus, high resistance to oxidation, corrosion, and ignition has recently been considered in the aerospace and automotive industries. Traditional machining of this alloy is so difficult. In the current study, electrical discharge machining of γ-TiAl samples is investigated using different tool electrodes of graphite, copper, and aluminum. The results show that when using aluminum electrodes, tool wear rate is averagely 3.2 times more than copper and 5.8 times more than graphite tools. In addition, when using graphite electrodes, the average material removal rate is 4.2 times more than copper and 7.7 times more than aluminum. Machining by aluminum tool leads to formation of Al2O3 and TiO2 oxide compounds on the work surface but in machining by graphite electrode, TiC and Ti8C5 carbide phases are created on the work surface. In machining by graphite due to formation of hard carbide compounds in the recast layer, the microhardness is higher than the machined sample by the aluminum tool, where oxide compounds exist on the surface and the hardness of recast layer in the machined sample by copper electrode is less than the other two electrodes, because of existing phases such as copper oxide with less hardness. The highest electrochemical corrosion resistance belongs to the machined specimen using graphite tool and the lowest corrosion resistance is related to the machined sample by aluminum electrode. Reducing oxide and aluminum compounds and increasing carbide phases enhance the corrosion resistance of γ-TiAl machined samples.

    Keywords: Electrical Discharge Machining (EDM), γ-TiAl Intermetallic Compound, Material Removal Rate, Tool Wear Rate, Surface Integrity, Electrochemical Corrosion Resistance
  • A. Rabiee, F. Ghadak*, M. Doostdar Pages 1829-1839

    Using proper dimensionless coefficients that are insensitive to various operating conditions is a crucial issue during the utilization of a yawmeter probe. These dimensionless coefficients produce the deviation angle of flow, stagnation and static pressures. In the current study, these coefficients are analyzed using SPM analytical and experimental methods. A comparison of experimental and analytical results shows that SPM analytical method predicts the flow deviation coefficients satisfactorily at the operational angle range of three-hole probe. This method also calculates the stagnation pressure coefficient precisely at the deviation angle range of ±10 degrees. The experimental results show that due to the assumption of constant speed on the probe, the analytical method cannot calculate the static pressure accurately. Experimental observations also demonstrate that velocity is increased and pressure is decreased over the probe. This is due to the suction region at the downstream of probe. Unlike analytical results, experimental observations depict that at zero degrees, the flow static pressure is equal to the average of pressure at the left and the right side of probe. Due to sensitivity of dimensionless coefficients of flow static pressure to variation of Reynolds number, various values are reported at different kinds of literature for these coefficients. These coefficients change with Reynolds number variations and their accuracies are decreased. In the current study, a new proper dimensionless coefficient is introduced which represents minimum sensitivity to Reynolds number.

    Keywords: Yawmeter, Three-Hole Probe, SPM Analytical Method, Reynolds Number, Dimensionless Coefficient
  • S. Amini, A. Akbarzadeh* Pages 1841-1850

    Residual vibrations suppression of suspended payload transporting has numerous applications in the field of transporting. In previous studies, many control methods have been applied to reduce vibrations. Imprecise dynamic modeling, using sensor equipment, and high-cost designing of control systems decrease the performance of these methods. In the present study, an optimal trajectory of payload transport by dynamic programming algorithm is generated to reduce the residual swing. Dynamic programming algorithm is a computational technique by which breaking the problem down into sub-problems, an optimal trajectory recursively is executed with the sequence of sub-decision. In addition, input shaping method is applied to create the optimal trajectory. In this technique, the residual vibration is reduced by convolving an impulse sequence with a transport trajectory and consequently a desired trajectory creating. The simulation of optimal trajectories has been done in EDMS software. Regarding to the uncertainty of the dynamic modeling to which result error computational in input shaping technique, the dynamic programming algorithm is suggested for rapid transport of nonlinear systems. Experimental simulation section is carried out with connecting the pendulum to a robot to measure the vibration in ending of the transport and the time needed after swing stopping. Finally, the simulation results showed that the dynamic programming implementation leads to the reduction of the residual swing in the ending of the transport more than the prior method. Besides, the time needed for stop swing is 2 seconds lower than polynomial trajectory and 1 second lower than input shaping.

    Keywords: Residual Vibration, Optimal Trajectory, Dynamic Programming Algorithm, Input Shaping Method
  • M. Mirzaei*, I. Hosseini Pages 1851-1859

    Initial bias is a random parameter in micro-electro-mechanical rate gyroscopes that changes with each turn on and turn off. The bias can be estimated by averaging in static condition or by extended Kalman filter in other conditions. In addition, this parameter is affected by temperature or linear acceleration. Curve fitting on the bias variation of micro-electro-mechanical rate gyroscopes due to thermal effects is a usual method for thermal compensation of these sensors. However, these approximate curves cannot completely compensate the effect of the thermal bias in long-time applications. In this study, it is tried to improve the calculating accuracy by a combination of extended Kalman filter and the results of these curves and using advantages of both methods. Also bias estimation is improved using the switching algorithm in accelerated motions by avoiding improper data in the estimation process. Experimental tests show the effectiveness of this method especially in long-time accelerated motions.

    Keywords: Micro-Electro-Mechanical Rate Gyroscope, Thermal Bias, Extended Kalman Filter, Accelerated Motion
  • B. Soltani*, M. Babaeian, H. Ghasemi Pages 1861-1872

    Incremental forming method with lower cost and more flexibility can be a suitable alternative for traditional methods of the hole-flanging. In this study, the possibility of square hole-flanging of AL1050 aluminum sheet using incremental forming method has been investigated and the quality of the pyramid flange has been compared with conical flange. The final shape of the flange is defined so that wall angle increases with raising height. The process simulation was performed using Abaqus software and an experimental test was done to validate the simulation results. After performing the experimental tests, flange features such as the final size of the hole, flange height, and wall thickness were measured. The results showed that at the created flange around the circular hole, there is less spring back and more dimensional accuracy, however, it can be flanged a square hole by incremental approach with consideration of the height and hole size. The dimensional measurements showed that the final size of the hole will increase after the hole-flanging. By investigation of the various holes, it was found that in the larger initial hole, increasing the hole size after the flanging will be lower.

    Keywords: Incremental Forming, Hole-Flanging, Finite Element Simulation, Dimensional Accuracy, Thickness Distribution
  • A. Mehrvar*, A. Mirak, M. Rezaei Pages 1873-1881

    Electrochemical machining (ECM) has unique features and advantages which is a suitable method for machining when surface quality and residual stresses are of importance. Because of various parameters that influence this process, numerical and experimental studies play a key role in feasibility, practical utilization, and selection of optimal machining parameters in different materials and applications. On the other hand, with the high technology used in the casting of nickel-based single crystal superalloys, no grain boundaries are created in the material. Therefore, by improving the mechanical properties of this material, the traditional machining processes are not effective and economical. Also, they cause defects such as residual stresses, tool wear, and poor surface quality. The purpose of this research is to investigate numerically the electrochemical machining on this special superalloy. Comsol software is used for process modeling and numerical analysis. Firstly, the electrical current and voltage in the machining gap are determined, and finally, the workpiece displacement boundary is obtained. Then the numerical conditions of machining parameters are implemented for experimental investigation by electrochemical machining machine. About 8% error between the results of numerical simulation and experimental investigation shows the feasibility and capability of this modern machining for this particular superalloy.

    Keywords: Electrochemical machining, Nickel-based single crystal superalloy, Finite element method, Simulation
  • H. Yazdani*, M. Yaghoubi Pages 1883-1894

    Cooling and heating energy accounts for a significant portion of the total energy consumption in residential sector. Building envelope is exposed to sunlight and outside air and therefore have a significant role in determining the thermal loads of buildings. Meanwhile, roofs which are exposed to sunlight all the day long are important envelope components and have a significant share of buildings energy consumption. Therefore, applying appropriate roof solutions can significantly reduce building energy consumption for air-conditioning and improve indoor comfort conditions. This paper aims to investigate the effect of different roofing techniques on thermal performance of a single-storey residential building with two types of uninsulated and insulated configurations under different climatic conditions of Iran. For this purpose, different cool roof albedos 0.5, 0.7, and 0.9 and two types of green roofs, GR with actual local rainfall and wet GR, are considered. The thermal loads of the buildings are calculated using the DesignBuilder software and compared with a conventional cast concrete roof. The results show that by choosing an appropriate type of roof technique, the total air-conditioning energy requirement of the building can be reduced between 7-31%, depending on the building configuration and climatic condition.

    Keywords: Cool Roof, Green Roof, Building Energy Performance, Climatic Conditions, Simulation
  • N. Mohtadifar, M. Asgari* Pages 1895-1910

    Due to developments in additive manufacturing (AM) techniques, design and producing cellular structures with complex topologies accompanied with appropriate mechanical properties and lightweight have become possible and the application of cellular porous materials has been increasing in various areas. In the current study, a novel cellular structure with adjustable radially graded relative density and properties inspired by bone tissue structure is designed and introduced. The cellular structure has five layers and is achieved by repeating a regular four-sided unit-cell in radial, peripheral, and axial directions by a specific pattern. Next, using analytical relations, the mechanical properties of the structure are derived. The obtained theoretical solution is validated by numerical modeling and experimental test of a polymeric specimen manufactured by SLA method. Comparison of the results shows good precision of the theoretical solution. Furthermore, the effect of design parameters including the height of representative volume element, the number of the sides of start shape, and radius of the struts on mechanical properties and their distribution is studied. Using genetic algorithms single-objective and multi-objective optimization is performed on elastic properties of the structure. The single-objective optimization results for structure with 70, 75, and 80% porosities led to 32.9, 35.92, and 35.68% improvement of elastic modulus to mass, respectively and 116.35, 96.48, and 73.62% increase of yield strength to mass at similar porosities compared to base models with same porosities. The results show proper ability of the structure in creating distribution of mechanical properties and porosity and its potential capability for use in bone replacement applications.

    Keywords: Porous Cellular Material, Radially Graded Porosity, Additive Manufacturing, Analytical Solution, Finite Element Modeling, Multi-Objective Optimization
  • M. Nozari, S. Tabejamaat*, M. Aghayari, H. Sadeghzade Pages 1911-1922

    Combustion chamber has a crucial role in gas turbines and has a significant effect on the pollution and efficiency of them. Due to the complicated flow in combustion chambers because of high turbulence intensity, flow mixing, and flame behavior, prediction of the performance of such chambers is very complicated. There is a vital need for experimental investigations to study and understand the flame behavior in combustors. This experimental study was performed using a can type combustion chamber and LPG fuel at atmospheric conditions. First, stability curve, temperature distribution in the combustion chamber, and its exit plane in 6 flow conditions and then flow behavior were evaluated. The pollution at the outlet was obtained in different conditions and equivalence ratios. The results show that the flame tends to go downstream of the combustion chamber when the fuel mass flow rate increases (or in other words, by increasing the equivalence ratio) in constant air mass flow rate and finally exits from the chamber. By increasing the air mass flow rate in constant fuel mass flow rate, CO pollution is increased, and NOx pollution is decreased.

    Keywords: Can Type Combustion Chamber, Stability Curve, Temperature Distribution, Pollution, LPG Fuel, Microturbine
  • R. Amirarsalani, M. Morakabati*, R. Mahdavi Pages 1923-1932

    In the current study, the hot workability of W360 hot work tool steel was investigated by hot tension testing in the cast and wrought conditions in the temperature range of 900-1200°C at strain rate of 0.1s-1. The results showed that in both cast and wrought steels, ductility has increased with increasing temperature from 900 to 1000°C, due to dissolution of carbides and occurrence of dynamic recrystallization. The most recrystallization has occurred at 1050°C and the size of the grains has decreased. This reduction in wrought steel was more evident due to its smaller primary grain size. Wrought samples showed higher hot ductility and lower peak stress than cast samples. The ductility of cast steel depicted a significant decrease at 1200°C due to the presence of undissolved particles along grain boundaries and the stress concentration and thus formation of granular cracks surrounding them. It is while the breakdown of particles has prevented the stress concentration around them in the wrought steel. According to microscopic images of the samples after the hot tension test, in the wrought samples, the continuous alloyed carbide nets were broken during the rolling and occurrence of recrystallization and the carbides has become smaller and their distribution was more uniform. This issue reduces the stress concentration around the carbides in the wrought samples and thus leads to higher hot workability than the cast one. According to the results, the best hot deformation range of W360 steel was achieved in the temperature range of 1050 to 1150°C for both cast and wrought steels.

    Keywords: W360 Hot Work Tool Steel, Hot Workability, Dynamic Recrystallization, Hot Tencile Test, Cast, Wrought Structure
  • B. Rahmati, S.H. Hashemabadi*, M. Salemi Mojarrad Pages 1933-1941

    The present study is a numerical model for prediction of turbine flowmeter performance, using the equation of motion based on torque balance theory. In this model, numerical simulations were carried out for a 2-inch diameter G65 and PN/ANSI 150 gas turbine flowmeter which was made by Vemmtec Company, in steady state, using Multiple Reference Frame (MRF) model and Standard k-ε turbulence model using Fluent software. In order to model torque balance equation and calculate angular velocity of rotor, a UDF (User Defined Function) code was created and was added to the software. To evaluate the model's accuracy, simulation results were compared with experimental data which was obtained from manufacturer of the meter. The difference between the simulation results and experimental data was 0.16%, approximately, which indicates the validity of the proposed model in simulating of turbine gas flowmeter performance. The results obtained from the simulation depicted that the velocity distribution asymmetry was more than 0.4Qmax at the downstream of the meter, and because this phenomenon had no negative effect on flow measurement, the suitable length for the flow development for the downstream of meter was done using simulation at least 10 times the diameter of the pipe was proposed. Therefore, using the proposed model, the capital cost of design and optimization of turbine flowmeters can be reduced.

    Keywords: Gas Turbine Flowmeter, Torque Balance Theory, CFD Simulation, Multiple Reference Frame (MRF) Model