فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاهم شماره 4 (پیاپی 93، زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/30
  • تعداد عناوین: 27
|
  • میثم اسفندیارفر، بهروز رحمانی*، عباس دهقانی صفحات 1-10

    بیماری های اسکلتی-عضلانی ناشی از حمل بار سنگین در کارگران بسیار شایع است که بر سلامتی کارگران و بازدهی کار تاثیر منفی دارد. در این راستا، ایده طراحی ربات اسکلت خارجی پیشنهاد شده است. این ربات مشابه یک لباس بر بدن کاربر پوشیده شده و موازی با بدن، شخص را همراهی و کمک می نماید تا نیروهای وارد بر عضلات حساس بدن در مشاغل صنعتی را کاهش دهد. در این مقاله، روش کنترلی جبران ساز توزیع یافته موازی جهت اعمال بر یک ربات اسکلت خارجی چهار درجه آزادی میان تنه ارایه می شود. در ابتدا، معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم استخراج می گردد و با توجه به ماهیت غیرخطی سیستم، کنترل کننده ی جبران ساز توزیع یافته موازی با رهیافت خطی سازی تاکاگی-ساژینو طراحی می شود. پاسخ سیستم حلقه بسته این کنترل کننده در محیط سیمولینک نرم افزار متلب مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل نشان می دهد که رهیافت خطی سازی تاکاگی-ساژینو به صورت دقیق سیستم غیرخطی را تخمین می زند و همچنین کنترل کننده ی پیشنهادی، به ره گیری مناسب و پاسخ حلقه بسته ی مطلوب منجر می شود.

    کلیدواژگان: ربات اسکلت خارجی، کنترل کننده جبران ساز توزیع یافته موازی، رهیافت تاکاگی-ساژینو
  • سارنگ اعزازی*، شهرام خلیل آریا، صمد جعفرمدار صفحات 11-20

    هدف از مطالعه حاضر، بررسی یکی از روش های افزایش بهره وری ترنسفورمرهای گرمایی دوجذبی بوده است. بدین منظور ابتدا، با توجه به اهمیت ویژه شکل مسیر جریان محلول در کارکرد ترنسفورمرهای گرمایی جذبی، پنج ساختار جدید برای چرخه های دوجذبی پیشنهاد و سپس عملکرد آنها به طور عددی توسط مطالعه پارامتری، با کارآمدترین نوع ترنسفورمر گرمایی دوجذبی که چرخه دوجذبی نوع سوم نام دارد، مقایسه شده اند. کارکرد چرخه ها، از دیدگاه ضریب عملکرد انرژی، ضریب عملکرد اگزرژی و مقدار آب شیرین سازی شده مورد مطالعه قرار گرفته است. در اثر افزودن بازیاب گرمایی سوم به چرخه ها، کمینه افزایش مقدار آب شیرین سازی شده توسط چرخه دوجذبی نوع سوم 10/49%، ساختار پیشنهادی اول 8/6% و در مورد ساختار پیشنهادی دوم 10/33% می باشد. بر طبق نتایج بهینه سازی، ساختار پیشنهادی سوم در محدوده دمایی بالای ابزوربر و ساختار پیشنهادی پنجم در محدوده دمایی میانی ابزوربر، توانایی تولید بیشترین مقدار آب شیرین را در بین تمامی ساختارها دارند.

    کلیدواژگان: ترنسفرمر گرمایی دوجذبی، لیتیوم بروماید- آب، ضریب عملکرد انرژی، ضریب عملکرد اگزرژی
  • ملیحه افتخاری، اصغر دشتی رحمت آبادی*، عباس مزیدی صفحات 21-28
    چکیده این مقاله به اهمیت در نظر گرفتن اثرات جملات غیرخطی هندسی و اینرسی و اثر ژیروسکوپ در ارتعاشات اجباری محور دوار نامیزان اختصاص داده شده است. معادلات پاره ای غیرخطی با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده اند و با استفاده از روش گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده اند. سپس روش مقیاس چندگانه بر روی معادلات دیفرانسیل اعمال شده است و معادلات مدولاسیون توصیف کننده تداخل بین مودها بدست آمده اند. با اعمال شرط حل پذیری بر روی معادلات مدولاسیون حاصل و در نظر گرفتن شرایط پایا در تحلیل ارتعاشی، نمودارهای پاسخ فرکانسی رسم شده اند. اثر جمله ژیروسکوپ و جملات غیرخطی هندسی و اینرسی در نمودارهای پاسخ فرکانسی نشان داده شده است. در ترسیم نمودارهای پاسخ فرکانسی محور دوار سرعت دوران آن خیلی نزدیک به اولین فرکانس پیشرو محور در نظر گرفته شده است. نتایج عددی نشان دادند که رفتار سخت شوندگی به خاطر جملات غیرخطی در شبیه سازی ها مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: محور دوار، ارتعاشات غیرخطی، عامل غیرخطی هندسی، اثر ژیروسکوپ
  • رستم اکبری کنگرلوئی*، مجید عباسعلیزاده، سید مهدی پسته ای، مهدی اسمعیلی سنگری صفحات 29-36

    در این مطالعه، شبیه سازی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم در یک مبادله کن گرمایی دو لوله ای جریان مخالف با شار گرمایی ثابت توسط نرم افزار fluent انجام شده است. هدف این مطالعه مقایسه شبیه سازی تک فازی و دوفازی مدل مخلوط با نتایج تجربی برای به دست آوردن بهترین مدل شبیه سازی است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مقدار عدد ناسلت و ضریب جابجایی به ازای کسر حجمی 0/2% در عدد رینولدز بالاتر از 8000، مدل تک فازی نسبت به مدل دوفازی مخلوط به نتایج تجربی نزدیک تر است ولی در رینولدزهای پایین تر از 8000 مدل دوفازی مخلوط مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارند. مقایسه مقدار افت فشارها نشان می دهد هرچقدر سرعت نانوسیال افزایش یابد اختلاف بین شبیه سازی و نتایج تجربی بیشتر می شود. نتایج بررسی ها نشان می دهد بیشترین مقدار افزایش عدد ناسلت و ضریب جابجایی در اعداد رینولدز بالاتر است و نشان دهنده این است که در رینولدزهای بالا افزایش کسر حجمی تاثیر بیشتری دارد که یکی از دلایل آن می تواند همگن تر بودن نانوسیال در رینولدزهای بالاتر به دلیل اغتشاش بیشتر باشد. به طورکلی می توان گفت که نتایج شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.

    کلیدواژگان: نانوسیال، مبادله کن گرمایی، انتقال گرما، اکسید تیتانیم
  • طاهره بینازاده*، ناهید بذرافشان دهقان صفحات 37-44
    این مقاله به مطالعه ی دسته ای از سیستم های غیر خطی غیر مینیمم فاز با دینامیک داخلی غیر آفین می پردازد. ویژگی غیر مینیمم فاز بودن به همراه غیر آفین بودن دینامیک داخلی پیچیدگی هایی را در روند طراحی کنترل کننده برای این دسته سیستم ها ایجاد می کند. در این مقاله رویکردی جدید جهت طراحی قانون کنترلی برای این سیستم ها ارایه شده است. در روش ارایه شده، معادلات سیستم با در نظر گرفتن درجه نسبی آن در فرم نرمال بازنویسی می شود. روند طراحی قانون کنترلی در سیستم مد نظر سه گام اصلی را در بر دارد. ابتدا با استفاده از رویکرد بهینه سازی مقید به طراحی قانون کنترلی مجازی به منظور پایدار سازی دینامیک داخلی غیر مینیمم فاز و غیر آفین پرداخته می شود. سپس با استفاده از کنترل کننده مجازی طراحی شده و تلفیق آن با روش پس گام، سطح لغزش مناسبی استخراج می گردد و در نهایت بر اساس سطح لغزش ارایه شده، قانون کنترل مقاومی به منظور پایدار سازی کل متغیر های حالت سیستم طراحی می شود. نتایج شبیه سازی بر روی سیستم TORA کارآیی رویکرد پیشنهادی را در پایدارسازی مقاوم این کلاس از سیستم های غیرخطی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: سیستم غیرمینیمم فاز، سیستم غیرآفین، کنترل مقاوم، سیستم TORA
  • مجید جان باز، سید علی بهبهانی نیا* صفحات 45-49

    نیروگاه سیکل ترکیبی گازیساز یکپارچه با استفاده از سوخت های هیدروکربنی به تولید برق پاک تر و بهینه تر از طریق گازیسازی، در مقایسه با سوختن مستقیم سوخت می انجامد. در این مقاله، این نیروگاه با توجه به ویژگی های سایت توسط نرم افزار ترموفلو شبیه سازی و اعتبارسنجی شده است. فرضیات موردنظر اعمال و تحلیل اگزرژی با نرم افزار EES انجام شده است. نتایج تحلیل انرژی و توان مصرفی اجزاء به دست آمده و تحلیل اگزرژی برای یافتن مقادیر و محل بازگشت ناپذیری های سیستم اعمال شده است. توان خالص خروجی و راندمان الکتریکی خالص به ترتیب 234/89مگاوات و 30/69درصد شد. بازده ی اگزرژی 45/57درصد و بیشترین مقدار بازگشت ناپذیری هم از محل های گازیساز، واحد پاک سازی گاز و بویلر بازیاب به ترتیب 216/6و 210/6و 113/6مگاوات است. درنهایت هم سیکل به صورت پارامتریک تحلیل شده است و تاثیرات تغییر دمای گازیساز و فشار کنداسور بر راندمان ها و توان نهایی نیروگاه بررسی شده است.

    کلیدواژگان: سیکل ترکیبی گازیساز یکپارچه، گازیسازی، زغال سنگ، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی
  • رویا جهان اندیش، سید امیر خسروی فرد*، رامین وطن خواه، وحید چراغی صفحات 51-60

    از مشکلات اصلی طراحی یک کنترلگر، عدم اطلاع از پارامترهای معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم است. هدف از پژوهش حاضر، ارایه روشی جهت شناسایی پارامترهای نامشخص معادلات گیمبال دو محوره و سپس اعمال کنترلر بر آن می باشد. از جمله پارامترهای نامعینی که در معادلات گیمبال وجود دارد، مولفه های ماتریس های ممان اینرسی، کوریولیس، و اصطکاک را می توان نام برد. در این تحقیق به منظور تخمین پارامترهای نامعلوم، روش گاوس- نیوتون که مبتنی بر یک تحلیل معکوس گرادیان محور است، استفاده می شود. با توجه به حساسیت شدید مسایل معکوس به خطاهای اندازه گیری با یک هموارسازی مناسب این اثر نامطلوب کاهش داده می شود. در این پژوهش برای نخستین مرتبه، یک روش دقیق برای محاسبه ضرایب حساسیت معادلات دینامیکی گیمبال ارایه می گردد. پس از فرآیند شناسایی، کنترل گیمبال دو محوره بوسیله ی کنترل مود لغزشی نیز صورت می پذیرد. گشتاورهای اعمالی به روش کنترل مود لغزشی به منظور پایدارسازی خط دید طراحی می شوند و اثبات پایداری نیز برای کنترل مود لغزشی صورت می گیرد. شبیه سازی شرایط آزمایشگاهی در بخش شناسایی و نتایج کنترلی بدست آمده، حاصل مدل سازی سیستم در نرم افزار MATLAB می باشد.

    کلیدواژگان: شناسایی پارامتر، روش گاوس - نیوتون، گیمبال دو محوره، کنترل مود لغزشی
  • اشکان جهانگیرامینی، نادر پورمحمود*، ایرج میرزایی صفحات 61-68
    از سال 1990 مراکز داده نقش مهمی در پیشرفت دو شاخه موازی سرویس های فناوری اطلاعات و ارتباطات مخابراتی داشته اند. سرمایش مراکز داده برای عملکرد آنها مهم بوده و بخش کلیدی در طراحی این تاسیسات دارد. با افزایش توان پردازشی، تولید گرما از سرورهای IT از مقادیر کم به مقادیر حدود 20 کیلووات در دهه های گذشته افزایش پیدا کرده است. این موضوع خصوصا در رک های سرور بیشتر است. اتاق های سرور نیاز به پیشرفت در زمینه فناوری سرمایش داشته تا بتوانند بطورموثر با سخت افزارهای خود عمل کنند. این مطالعه در خصوص مدلسازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی یک مرکز داده نمونه با کلیه تجهیزات مربوطه می باشد. نتایج عددی با داده های تجربی موجود مقایسه گردیده و تطابق خوبی مشاهده شده است. نتایج نشان می دهد که مدلسازی الگوی سرمایشی به مهندس کمک می کند که میزان سرمایش مورد نیاز مرکز را براورد نمایند. مدلسازی پارامترهای فشار و سرعت نشان میدهد که آیا پدیده چرخش هوای گرم یا وجود هوای بازگشت شده به سیستم تولید سرمایش در اطراف راک های سرور وجود دارد یا خیر.
    کلیدواژگان: مرکز داده، سیستم سرمایش پایین زن، مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی
  • محمدجواد خوش گفتار* صفحات 69-78

    تحلیل الاستیک پوسته های متقارن محوری با استفاده از نظریه برشی مرتبه اول در این مقاله ارایه شده است. ابتدا با در نظر گرفتن پوسته متقارن با انحنای دلخواه و ضخامت متغیر، فرمول بندی عمومی پوسته با استفاده از روش انرژی ارایه شده است. در ادامه با در نظر گرفتن سیلندر با ضخامت ثابت و همچنین ضخامت متغیر به عنوان پوسته های متقارن محوری، به بررسی روش های حل و ارایه نتایج پرداخته شده است. با ارایه نتایج عددی تحلیل حاضر با حل کلاسیک مقایسه شده است. ماده ناهمگن، تاثیر شرایط مرزی بر روی رفتار سیلندر، فشار غیر یکنواخت، انحنای دلخواه و ضخامت متغیر از مزیت های تحلیل ارایه شده می باشد. ناهمگنی به صورت تغییرات در ضخامت و به صورت تابع توانی در نظر گرفته شده است. طیف وسیعی از پوسته ها با در نظر گرفتن انحنای دلخواه و ضخامت متغیر با فرمول بندی ارایه شده قابل تحلیل می باشند. کاربرد های بسیار این گونه پوسته ها در صنعت مانند صنعت هوا فضا وجود دارد. با تحلیل حاضر توانایی رسیدن به ضخامت بهینه و همچنین خواصی مانند مقاومت گرمایی با استفاده از مواد ناهمگن وجود دارد.

    کلیدواژگان: پوسته متقارن، تحلیل الاستیک، نظریه برشی
  • مصطفی زینعلی، غلامحسین خلف، امین ربیعی زاده* صفحات 79-83

    ابزار دوکی شکل، طراحی نوینی از ابزار برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است که انجام جوشکاری دوطرفه را در یک پاس میسر می سازد. هدف اصلی این تحقیق طراحی و ساخت ابزار دوکی شکل شناور می باشد که پس از ساخت آن، به منظور ارزیابی توانایی این ابزار قابلیت جوشکاری آلیاژ آلومینیم 6061 با ابزار طراحی شده مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان دادند که جوش های سر به سر با کیفیت و عاری از عیبی را می توان با این ابزار تولید کرد. استحکام جوش های بدست آمده در حد استحکام نمونه های جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی با ابزار معمولی می باشد. نمونه های به دست آمده به منظور بررسی کیفیت و قدرت جوش تولیدشده مورد بررسی آزمون های مکانیکی ازجمله کشش و سختی قرار گرفت. نیل به راندمان اتصال 60/7 % نشان دهنده موفقیت در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و درنتیجه کارایی ابزار مورد طراحی است. دومین مشخصه اساسی مورد بررسی در جوش سختی می باشد که به دلیل انحلال رسوبات، افت سختی در ناحیه اغتشاشی مشاهده می شود که رفتار گزارش شده در ناحیه جوش توسط محققان دیگر را مورد تایید قرار داده است.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دو طرفه، ابزار دوکی شکل شناور، طراحی و ساخت، راندمان اتصال
  • مسعود سبزی*، زهره بلک صفحات 85-94

    در این پژوهش، تاثیر آلومینیوم بر مقاومت خوردگی منطقه ذوب اتصالات جوش فولاد هادفیلد مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا 4 عدد ورق آستنیته شده (دو ورق بدون آلومینیوم و دو ورق حاوی1/7 درصد وزنی آلومینیوم) به ضخامت mm2 از فولاد هادفیلد تهیه شده و سپس برای جوشکاری از فرآیند SMAW استفاده گردید. سپس برای بررسی رفتار خوردگی منطقه ذوب هردو اتصال جوشکاری شده از روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول 3/5 درصد وزنی کلرید سدیم استفاده شد. همچنین برای بررسی ریزساختار فلز جوش در اتصالات جوشکاری شده از میکروسکوپ نوری و برای تعیین مکانیسم خوردگی از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. نتایج آزمایش های خوردگی نشان داد که منطقه ذوب اتصال جوشکاری ورق های حاوی آلومینیوم، مقاومت خوردگی بیشتری دارند. زیرا آلومینیوم باعث افزایش حلالیت کربن در فاز آستنیت شده بود و عوامل تشدید کننده ی خوردگی موضعی میکروگالوانیکی نظیر کاربیدها و مرزدانه ها را کاهش داده بود. اما براساس آنچه که به وضوح در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی قابل مشاهده بود، به کارگیری طرح اتصال حاوی آلومینیوم نسبت به طرح اتصال بدون آلومینیوم منجر به تبدیل مکانیسم خوردگی فلز جوش از خوردگی یکنواخت به خوردگی موضعی میکروگالوانیکی در اتصالات جوش فولاد هادفیلد گردیده است.

    کلیدواژگان: فولاد هادفیلد، رفتار خوردگی، اتصالات جوشکاری، فلز جوش، ریزساختار
  • مهدی سعادت فر* صفحات 95-103
    در این مقاله به ارایه یک حل تحلیلی برای بررسی رفتار خزشی وابسته به زمان دیسک چرخان ساخته شده از مواد مگنتوالکتروالاستیک تابعی مدرج پرداخته شده است. خواص ماده در راستای شعاعی بصورت تابع توانی از شعاع در نظر گرفته شده اند. ابتدا معادله دیفرانسیلی شامل کرنش های خزشی با استفاده از روابط تنش- کرنش، کرنش-جابجایی، معادله تعادل و معادله گرما در حالت تنش صفحه ای به دست می آید. سپس، با حذف کرنش های خزشی، یک حل تحلیلی برای معادله دیفرانسیل مذکور بصورت تحلیلی به دست می آید، که در واقع پاسخ زمان صفر است. سپس، با وجود کرنش های خزشی و با ثابت در نظر گرفتن شرایط مرزی دما ثابت، نرخ تنش های خزشی با حل تحلیلی یک معادله دیفرانسیل به دست می آیند. درنهایت می توان تنش های شعاعی و محیطی، جابجایی شعاعی و اختلاف پتانسیل های الکتریکی و مغناطیسی را با استفاده از یک روش تکرارشونده محاسبه کرد. در مثال های عددی، تاثیر فرآیند خزش، شرایط مرزی دمایی و سرعت چرخش به تفصیل بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: دیسک دوار، تابعی مدرج، مگنتوالکتروالاستیک، تحلیل ترموالاستیک، خزش وابسته به زمان
  • میثم صفر، فتح الله امی، زهیر صبوحی* صفحات 105-113

    در این پژوهش اثرات استفاده از شمع های چند الکترودی بر پارامترهای عملکردی یک موتور احتراق داخلی با استفاده از آزمون های تجربی مطالعه شده است. در این راستا آزمون های تجربی با استفاده از دو نوع سوخت بنزین بدون سرب و همچنین ترکیب بنزین بدون سرب و یک افزودنی تجاری به نام Keropur-G انجام شده است. نتایج بدست آمده از آزمون های تجربی نشان می دهد که با استفاده از شمع های چند الکترودی در سوخت معمولی و سوخت به همراه افزودنی، میزان گشتاور ترمزی و توان ترمزی افزایش یافته و در مقابل مصرف سوخت ویژه ترمزی کاهش می یابد. همچنین در بحث انتشار آلاینده های موتور استفاده از شمع های چند الکترودی سبب افزایش انتشار اکسیدهای نیتروژن و کاهش آلاینده های هیدروکربن های نسوخته، منواکسیدکربن و همچنین دی اکسیدکربن خروجی از موتور می گردد.

    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، شمع های چند الکترودی، آلاینده های خروجی، عملکرد موتور، مصرف سوخت
  • حامد صفی خانی*، عرفان جباری صفحات 115-119

    در این مقاله بهینه سازی چندهدفی انتقال گرما و میدان سیال در مبادله کن های جریان عرضی با آرایش مثلثی و مربعی، با بهره گیری از تکنیک های دینامیک سیالات محاسباتی و الگوریتم ژنتیک چندهدفی انجام می گیرد. در ابتدا، جریان سیال به صورت عددی در 150 مبادله کن با شکل هندسی مختلف با استفاده از تکنیک های عددی حل شده و تمامی پارامترهای عملکردی مهم شامل: میزان شار حرارتی، حداکثر دمای دیواره ها، افزایش دمای سیال و افت فشار سیال در مبادله کن های مذکور محاسبه می شود. سپس، داده های عددی محاسبه شده برای بهینه سازی چندهدفی جریان سیال در مبادله کن های جریان عرضی با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفی مورد استفاده قرار می گیرند. در فرآیند بهینه سازی چندهدفی، دو پارامتر هندسی به عنوان متغیر طراحی وجود دارند و توابع هدف متضاد نیز، حداکثر نمودن مقدار انتقال گرما و حداقل نمودن افت فشار در مبادله کن ها می باشند. در قسمت نتایج، نمودار پارتو که شامل اطلاعات مهم و مفید در طراحی حرارتی و سیالاتی مبادله کن های مذکور می باشد، برای هر دو چیدمان مثلثی و مربعی ارایه شده است و به تفصیل به بحث و بررسی در مورد ابعاد مختلف آن پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: مبادله کن های جریان عرضی، بهینه سازی چندهدفی، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم ژنتیک چندهدفی
  • یدالله علی نیا*، مصطفی اسدپور صفحات 121-130
    در این پژوهش مساله تماس لغزشی بین یک استوانه صلب و یک سیستم پوشش/ بستر مطالعه می شود. سیستم مذکور شامل یک پوشش سخت در سطح تماس، یک میان لایه هدفمند و یک بستر همگن می باشد. در اینجا فرض می شود که میان لایه هدفمند دارای رفتار ارتوتروپی است. با فرض اینکه مدول الاستیسیته لایه هدفمند در راستای ضخامت آن به صورت نمایی تغییر می کند مساله مذکور در نرم افزار تجاری ABAQUS شبیه سازی می شود. تاثیر پارامترهای ارتوتروپی و ناهمگنی لایه هدفمند بر روی میدان تنش داخلی سیستم و توزیع تنش ها روی فصل مشترک لایه ها مورد بررسی قرار می گیرد. بر اساس نتایج بدست آمده، با معماری مناسب خواص ارتوتروپی و ناهمگنی میان لایه هدفمند می توان سطح تنش های بیشینه سیستم را کنترل کرد. برای یک میان لایه با سفتی بالاتر در راستای سطح تماس نسبت به جهت عمود بر آن، حداکثر تنش فون میسز در بستر تا 7% کاهش می یابد. علاوه بر این، با افزایش ضخامت لایه هدفمند نسبت به پوشش سخت مقاومت اتصال لایه ها به طور چشمگیری بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: مکانیک تماس، لایه هدفمند ارتوتروپیک، روش اجزاء محدود، میدان تنش داخلی
  • جواد فرجی، جعفر کیقبادی* صفحات 131-140
    در این مقاله کنترل مود لغزشی پسگام انتگرالی به همراه فیلتر کالمن-بوسی تعمیم یافته برای کنترل و تخمین حالت های پهپاد (کوادروتور) ارایه شده است. در سیستم کوادروتور اثرات آیرودینامیکی بر روی دینامیک سیستم موردتوجه قرارگرفته و معادلات دینامیکی توسط روش نیوتن-اویلر استخراج گردیده است. رفتار کوادروتور که تحت تاثیر نیروها و ممان های آیرودینامیکی قرار دارد، غیرخطی است، اما کنترل مودلغزشی پسگام انتگرالی به خوبی توانسته سیستم دینامیکی را بدون در نظر گرفتن نویز سیستم و نویز اندازه گیری و با فرض وجود همه حالت های دینامیکی به پایداری برساند. نویز در سیستم های دینامیکی غیرقابل اغماض بوده و همچنین اندازه گیری همه حالت های سیستم در عمل بسیار پیچیده و گران است، فیلتر کالمن-بوسی توسعه یافته در ساختار کنترلی به عنوان رویت گر حالت های سیستم و برای حذف نویز در این حالت ها به کار می رود. به همین علت استفاده هم زمان از کنترل کننده-رویت گر برای کنترل و تخمین حالت های کوادروتور پیشنهادشده است. شبیه سازی عددی نشان دهنده عملکرد خوب کنترل کننده-رویت گر پیشنهادی است، به گونه ای که آن ها به خوبی توانسته اند هم حالت های غیرقابل اندازه گیری سیستم را تخمین زده و بر نویزهای سیستم و اندازه گیری غلبه کند و هم سیستم را به موقعیت موردنظر طراح برساند.
    کلیدواژگان: کوادروتور، فیلتر کالمن-بوسی تعمیم یافته، کنترل کننده مود لغزشی پسگام انتگرالی، نویز
  • سید علی فرشاد، محسن شیخ الاسلامی* صفحات 141-149

    انتقال گرما و ساختار جریان نانوسیال در داخل لوله به همراه نوار پیچشی چند کاناله بر روی یک گردآورنده خورشیدی صفحه تخت در این مطالعه عددی مورد تحلیل قرار گرفت. نانوسیال آب-آلومینیوم اکسید با کسر حجمی 3% به عنوان سیال کاری استفاده شد. نانوسیال در بازه عدد رینولدز 4000 الی 20000 بررسی گردید. تاثیرات تعداد کانال (2، 3، 4، 5 وn=6) و ابعاد کانال نظیر نسبت قطر (0/1، 0/12 و 0/14=D*) و پیچش (4، 5، 6 و 7 =N) مختلف بر روی انتقال گرما و افت فشار به طور جداگانه ارایه گردید. نتایج نشان می دهد که قرار گرفتن نوار پیچشی چند کاناله باعث ایجاد جریان ثانویه در نانوسیال می شود. به دنبال آن اختلاط سیال بهبود و درنتیجه انتقال گرما افزایش می یابد.. افزایش تعداد کانال، نسبت قطر و پیچش باعث افزایش ضریب انتقال گرما و افت فشار می شود. بیشترین ضریب عملکرد حرارتی زمانی که عدد رینولدرز کمترین مقدار را داراست، برای حالتی است که نوار پیچشی دارای 2 کانال عبور سیال (n=2)، نسبت قطر 0/14 و نسبت پیچش 7 باشد.

    کلیدواژگان: افزایش انتقال گرما، نوار پیچشی چند کاناله، نانوسیال، گردآورنده خورشیدی صفحه تخت
  • ابوالفضل فورگی نژاد*، محمد لاخی صفحات 151-159

    امروزه به منظور جلوگیری از بسیاری از آزمایش های هزینه بر، برای دست یابی به یک تخمین اولیه از روش های شبیه سازی استفاده می شود. یکی از روش های معمول که نرم افزارهای تجاری متعددی هم بر پایه آن بسط یافته است، روش المان محدود است. در پژوهش حاضر تلاش گردیده است تا با استفاده از مدل-سازی لاستیک در یک نرم افزار المان محدود نحوه ی انتشار امواج فراصوتی طولی در آمیزه های لاستیکی مورد بررسی قرار گیرد. با تعریف لاستیک به عنوان یک ماده ی ابرکشسان و استفاده از مدل آرودا-بویس، آمیزه ی لاستیکی به نرم افزار المان محدود معرفی گردید و انتشار امواج فراصوتی طولی از دو منظر کیفی و کمی مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور ارزیابی کمی آمیزه ی لاستیکی ساخته شد و سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی در آن اندازه گیری گردید. مقایسه سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی بدست آمده از مدل المان محدود و داده های تجربی نشان می دهد که مدل آرودا-بویس از دقت بالایی در تخمین سرعت برخوردار است. شبیه سازی المان محدود پیشنهاد شده با توجه به دقت نتایج، روشی بسیار مناسب برای تفسیر و ارزیابی مسایل پیچیده مرتبط با انتشار امواج فراصوتی طولی در مواد لاستیکی می باشد.

    کلیدواژگان: آزمون غیر مخرب، امواج فراصوتی طولی، آمیزه ی لاستیکی، روش المان محدود، مدل ابرکشسان
  • عباس قاسمی زاد*، حدیقه عاشوری، سید محمود سادات کیایی، اصغر صدیق زاده صفحات 161-170

    کاربردهای فراوان نانو سیال در صنایع مختلف موجب شده است تا افزایش کارایی جریان به کمک نانو سیال در راکتورهای هسته ای موردتوجه قرار گیرد. یکی از مهم ترین مسایل ایمنی در راکتورها، حاشیه ی امن جریان خنک کننده می باشد. بدین منظور، جریان بدون حضور/ با حضور نانو سیال به صورت عددی با نرم افزار CFX شبیه سازی شده است. روش عددی حجم محدود به همراه مدل آشفتگی گذار SSTبرای تحلیل عددی مورداستفاده قرارگرفته است. جریان در لوله تحت فشار با دستگاه مختصات ساکن تحلیل شده است. در حالت جریان نانو سیال، چهار کسر حجمی متفاوت به صورت عددی مورد بررسی قرارگرفته است. جهت اطمینان از صحت شبیه سازی و تنظیم شرایط مرزی، یک متغیر فیزیکی (دمای خروجی از لوله ی تحت فشار) مانیتور گردید. خطای عددی پایین، اطمینان از نتایج حاصل را افزایش داده است. نتایج نشان می دهد که کسر حجمی 10 درصد موجب بهبود عملکرد جریان شده است.

    کلیدواژگان: نانوسیال، راکتور هسته ای، دینامیک سیالات محاسباتی، CFX
  • سعید کریمیان علی ابادی*، فرید احمدپور صفحات 171-180
    هدف این پژوهش بازطراحی یک پره از روتور توربین بادی کوچک در طیف سرعت باد با معیارهای توام زمان راه اندازی و توان می باشد. مدلسازی آیرودینامیکی روتور و توربین باد با استفاده از تیوری اندازه حرکت المان پره، ارایه شده. با انتخاب الگوریتم ژنتیک چندهدفه بهینه سازی پره روتور توربین بادی انجام شده. توان خروجی و زمان راه اندازی از حالت سکون توربین باد اهداف بهینه سازی می باشند، توزیع زاویه پیچش و توزیع وتر متغیرهای طراحی هستند. محدوده تغییر پارامتر های طراحی همچنین سرعت بیشینه نوک پره به عنوان قید تعریف شده است. با تحقق بهینه سازی چند هدفه و بر مبنای نمودار پارتو می توان دریافت عموما با افزایش ضریب توان، مدت زمان راه اندازی توربین افزایش می یابد. در نهایت روی نمودار پارتو سه نقطه بهینه انتخاب شده که توزیع وتر و زاویه پیچش برای هر یک از این انتخاب ها محاسبه شده است. نتایج بهینه سازی توابع هدف نشان می دهد که با تغییرات اندکی در پیچش مقاطع و اندازه وتر، می توان به ارتقای ضریب توان به میزان حدود 9 درصد و بهبود زمان راه اندازی به میزان حدود 10درصد در شرایط نقطه مصالحه دست یافت
    کلیدواژگان: توربین باد محور افقی، روش اندازه حرکت المان پره، بهینه سازی تکاملی، الگوریتم ژنتیک با چیدمان غیر غالب، زمان راه اندازی، ضریب توان
  • مهدی لوئی پور*، مجتبی افشار صفحات 181-190
    در این مقاله، در ابتدا پاسخ دینامیکی یک نوع پیشرانه خاص مورد استفاده در ربات های زیرآبی کنترل از راه دور توسط تست های عملی و آزمایشگاهی استخراج شده است. بر اساس نتایج حاصل از تست ها و تحلیل های دینامیکی، دینامیک های غالب و محدودکننده پیشرانه به دو بخش دینامیک های اشباع و ناحیه مرده تقسیم و در هر مورد مدل دینامیکی مربوطه ارایه شده است. در ادامه اثر دینامیک پیشرانه ها در رفتار دینامیکی حلقه باز و حلقه بسته یک ربات زیرآبی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بخش، با تعریف سناریو های مختلف مبتنی بر عملکرد عملیاتی ربات ، پاسخ دینامیکی ربات با حالت پیشرانه ایده آل مقایسه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و تحلیل های دینامیکی ارایه شده در این مقاله بیانگر این است که دینامیک اشباع، نیروی تولیدی هر پیشرانه را محدود نموده و به تبع آن سرعت حرکت ربات کاهش یافته و دینامیک رفتار حرکتی ربات کند می گردد. همچنین دینامیک ناحیه مرده باعث تاخیر در اجراء فرامین شده و زمان پاسخ دینامیکی ربات افزایش می یابد. علاوه بر آن دقت و سرعت کنترل کننده ها را در فرآیند تثبیت عمق و سمت کاهش می دهد
    کلیدواژگان: ربات زیرآبی کنترل از راه دور، مدل سازی پیشرانه، اثر ناحیه مرده، اثر اشباع، کنترل مقید
  • مصطفی محمودی*، جاماسب پیرکندی، محسن شادروان، محمدرضا زهیری مینابی صفحات 191-200

    در این تحقیق به بررسی خنک کاری پره های توربین گاز با استفاده از سوراخ های استوانه‏ای، مخروطی و شبدری و تاثیر شیار عرضی بر کارایی سوراخ خنک کننده پرداخته شده است . هدف تحقیق، یافتن بهینه ترین هندسه ی سوراخ خنک کاری جهت دست یافتن به بالاترین کارایی سوراخ خنک کننده در پره توربین گاز می باشد. در این تحقیق شبیه سازی پره به صورت سه بعدی وحل عددی بر اساس مدل آشفتگیk-e realizable انجام شده است. در شبیه سازی سیال خنک کننده با زاویه 30 درجه نسبت به خط وتر لبه ی جلویی پره و در نسبت دمش 1و 1/5 و2 درصد به جریان اصلی تزریق شده است. تزریق سیال خنک کننده به هر سه نوع هندسه خنک کاری استوانه ای، مخروطی و شبدری و در حالت های با شیار عرضی و بدون آن، انجام شده است. بر اساس نتایج به-دست آمده بیشترین کارایی خنک کاری در لبه حمله به میزان 49/227% و میانگین کارایی خنک کاری برای سطح مکش پره 14/7% حاصل شده است که مربوط به شکل شبدری با شیار عرضی ودر نسبت دمش2درصد جریان عبوری از پره توربین می باشد.

    کلیدواژگان: کارایی خنک کاری، خنک کاری لایه ای، سوراخ خنک کاری شکل داده شده، پره توربین گاز، حل عددی
  • مجتبی مروج* صفحات 201-207

    تغییر در هندسه و  افزایش خواص گرمایی سیال عامل می تواند باعث افزایش بازدهی گردآورهای خورشیدی شود. در این تحقیق، گردآور صفحه تخت خورشیدی با هندسه قرینه لوزی شکل، بدون رایزر و دارای لوله های مارپیچ برای انتقال سیال، بررسی شده است. به منظور افزایش بازدهی، از نانوسیال SiO2/آب که ساخته شده به روش دو مرحله ای بوده با غلظت جرمی 1% و بدون حضور پایدارگر استفاده شده است. بررسی گردآور لوزوی با نانوسیال فوق به صورت تجربی و براساس استاندارد ASHRAE در شرایط محیطی بهبهان در جنوب ایران بوده است. آزمایش گردآور هم با آب و هم با نانوسیال مجزا و در شرایط مشابه صورت گرفته و ارزیابی عملکرد بر اساس تغییرات دبی، تاثیر تابش خورشیدی، بررسی دما و شرایط زمانی و محیطی انجام شده است. نتایج نشان می دهند که گردآور در زمان استفاده از نانوسیال عملکرد بهتری داشته و حدود 3% بازدهی گردآور نسبت به آب بیشتر است و در مقایسه با گردآور صفحه تخت معمولی کارایی نسبتا بهتری دارد. همچنین بیشترین بازدهی و دمای به دست آمده از این گردآور به ترتیب 66% و 78درجه سلسیوس می باشد.

    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی لوزوی، رایرز، نانوسیال، SiO2، کارایی
  • سجاد نیکویی، بهروز حسنی* صفحات 209-218
    در این پژوهش با استفاده از روش تحلیل ایزوژیومتریک و بر اساس نظریه های کیرشهف-لاو و رایزنر- میندلین به تحلیل پوسته های با شکل آزاد پرداخته شده است. در روش ایزوژیومتریک برای مدل سازی دقیق هندسه مسئله و تقریب متغیرهای مجهول از توابع پایه یکسانی استفاده می شود. برای تعریف هندسه پوسته در هر دو نظریه از سطوح تولید شده با استفاده از تکنیک نربز استفاده شده است. در استفاده از نظریه رایزنر- میندلین، با بهره گیری از مفهوم نقاط مهار، بردار نرمال بر سطح میان پوسته به صورت دقیق محاسبه می شود. نظریه کیرشهف-لاو برای پوسته از سه درجه آزادی جابه جایی برای هر نقطه کنترلی و برای درجات آزاد چرخشی نیز از همان متغیرها بهره می جوید، پس نیازمند پیوستگی C1 است. نظریه رایزنر- میندلین از سه درجه آزادی جابه جایی و دو درجه آزادی چرخشی مستقل برای هر نقطه کنترلی بهره می جوید که با پیوستگی C0 نیاز آن تامین می شود. برای بررسی دقت این روش ها چند مثال از پوسته های دارای حل تحلیلی ارایه شده و برای نشان دادن کارایی و توانایی این روش ها، مسئله پوسته با شکل آزاد طرح و نتایج بدست آمده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، پوسته های با شکل آزاد، نظریه کیرشهف-لاو، نظریه رایزنر- میندلین
  • بهمن وحیدی*، فاطمه میراخورلی، نوشین حقیقی پور، پوریا اسماعیلی صفحات 219-227
    در پاسخ به نیروهای خارجی، سلول های چسبیده به سطح از حالت آرایش تصادفی به حالت منظم و یکنواخت بسته به کشش اعمالی، بازآرایی می شوند. در سطح زیر سلولی، اسکلت سلولی و همچنین رشته های تنشی با قطبی شدن، نیروهای داخلی انقباضی ایجاد می کنند که موجب بازآرایی سلول ها در زاویه ای مشخص می شوند. در پژوهش حاضر، به بررسی محاسباتی پاسخ تک سلول به کشش چرخه ای زیرلایه پرداخته شده است. نوآوری پژوهش، شبیه سازی تغییرات مورفولوژی سلول بنیادی با استفاده از مدل ویسکوالاستیک است. به این منظور، تک سلول با توجه به ابعاد سلول های بنیادی مزانشیمی در نرم افزار comsol طراحی گردید. کرنش چرخه ای تک محوره به زیرلایه اعمال شد و فرکانس اعمال این کرنش به عنوان پارامتری متغیر بررسی شد. زاویه ی خوابیدگی سلول روی بستر از 34 تا 90 درجه تغییر داده شد. مدول الاستیک بستر و تغییرات کرنش اعمالی نیز در مقادیر مختلف بررسی شد. نتایج به دست آمده حاکی از وابستگی شدید توزیع تنش روی سطح سلول و هسته به زاویه ی خوابیدگی است و نشان داد که سلول در زاویه ی تقریبی 70 درجه نسبت به راستای بارگذاری کمترین تنش و کرنش را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: مکانیک سلولی، سلول بنیادی مزانشیمی، کرنش سیکلی تک محوره، مورفولوژی سلول، زاویه ی خوابیدگی
  • سعید ورمزیاری، هادی صبوری* صفحات 229-238

    کامپوزیت های الیاف خرد شده، به خاطر سادگی فرایندهای تولید و داشتن خواص مکانیکی یکنواخت، در برخی از کاربردهای صنعتی مورد توجه قرار گرفته اند. موضوع این مقاله، بررسی تخریب پیش رونده در کامپوزیت الیاف خرد شده تصادفی شیشه نوع E/اپوکسی و ارزیابی مدل چو و وانگ در آزمایش کشش ساده است. در بخش تجربی، روش همبستگی تصاویر دیجیتال به کار رفته و منحنی تغییرات مدول یانگ و ضریب پواسون در آزمایش کشش ساده تا انهدام کامل نمونه استخراج شده است. در بخش نظری، به منظور بررسی تخریب به صورت غیرآیزوتروپیک و ایجاد تمایز بین مکانیزم تخریب ناشی از تنش کششی و فشاری، قسمت اول معیار چو و وانگ به کار رفته است. افزایش متغیرهای تخریب در خلال گسترش خرابی به دست آمده و رشد تخریب غیرآیزوتروپیک در این ماده کامپوزیتی استنتاج شده است. با انجام تخمین خطی در محاسبه ضریب وابستگی به تخریب، صحت مدل مورد استفاده برای پیش بینی رفتار مکانیکی کامپوزیت تخریب شده، از طریق مقایسه با نتایج تجربی مورد تایید قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: تخریب پیش رونده، مکانیک تخریب پیوسته، تخریب غیرآیزوتروپیک، کامپوزیت الیاف خرد شده، کامپوزیت الیاف شیشه نوع E، اپوکسی
  • شعبان علیاری شوره دلی*، کامران مبینی، علی عساکره صفحات 239-243

    اجکتور به عنوان یک عنصر کلیدی در چرخه تبرید اجکتوری به کار می رود. اجکتور مافوق صوت با مشخصه های عملکردی مطلوب، باعث کاهش نرخ مصرف انرژی سیستم تبرید و بهبود عملکرد آن می شود. در این مقاله اثر استفاده از  نازل اولیه جریان موازی بر عملکرد یک اجکتور مافوق صوت چرخه تبرید اجکتوری با سیال عامل بخار آب به صورت عددی بررسی شده است. برای این منظور دو نازل اولیه مخروطی و جریان موازی با بخش های همگرای یکسان و نسبت سطح خروجی به سطح گلوگاه برابر استفاده شده است. منحنی بخش واگرای نازل جریان موازی به کمک روش مشخصه ها تعیین شده است. شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار Ansys-Fluent انجام شده است. نتایج نشان می دهند که با تغییر منحنی واگرای نازل اولیه از نازل مخروطی به نازل جریان موازی، تغییرات نسبت مکش در ناحیه ی بحرانی ناچیز و در ناحیه ی مادون بحرانی قابل توجه است. بیشینه افزایش نسبت مکش در ناحیه مادون بحرانی نازل جریان موازی 3/17% است.  همچنین با تغییر منحنی واگرای نازل اولیه، فشار بحرانی به اندازه 1 میلی بار افزایش می یابد و فیزیک جریان داخلی اجکتور تغییر می کند.

    کلیدواژگان: اجکتور، نازل جریان موازی، روش مشخصه ها، دینامیک سیالات محاسباتی
|
  • Meysam Esfandiarfar, Behrooz Rahmani *, Abbas Dehghani Pages 1-10

    Musculoskeletal disorders caused by heavy workloads are very common in workers, which negatively affects workers' health and productivity. In this regard, the idea of designing an exoskeleton robot is proposed. This robot is similar to a dress which worn on the user's body and parallels the body, accompanying and helping the person. In this paper, the parallel distributed compensation control method is proposed to be applied to a four degrees of freedom exoskeleton waist robot. Initially, the dynamical equations governing the system are extracted. According to the nonlinear nature of the system, the parallel distributed compensator controller is designed with a Takagi-Sugeno linearization approach. The closed loop system response of this controller is investigated in the Simulink environment of the MATLAB software. The results show that the Takagi-Sugeno linearization approach accurately estimates the nonlinear system, and also the proposed controller perfectly intercepts the optimal closed loop response

    Keywords: Exoskeleton Robot, Parallel Distributed Compensation Controller, Takagi-Sugeno Approach
  • Sarang Ezazi *, Shahram Khalilarya, Samad Jafarmadar Pages 11-20

    The goal of the present study, has been to investigate one of methods for increasing the double absorption heat transformer’s (DAHT’s) productivity. For this propose, first, due to the special importance of the solution flow path shape on AHT’s operation, five novel schemes were proposed for DAHTs and then, their performance was compared numerically to the most efficient type of DAHTs as basic cycle in this research, through a parametric study. The operation of cycles has been studied from the energy coefficient of performance, exergy coefficient of performance and produced vapor amount, point of view. The effect of adding third heat exchanger to the cycles, is at least a minimum increment of vapor amount equal to 10.49% for basic DAHT, 8.6% for first scheme and 10.33% for second scheme. According to the optimization results, the third scheme in the higher and the fifth scheme in the middle range of absorber temperatures have the ability to produce the most water vapor amount, among all the schemes.

    Keywords: Double absorption heat transformer, Lithium bromide, H2O, COP, ECOP
  • Malihe Eftekhari, Asghar Dashti Rahmatabadi *, Abbas Mazidi Pages 21-28
    Abstract This paper has been devoted to the importance of considering the effects of nonlinear geometric and inertia terms and the effect of gyroscopic term on the forced vibrations of an unbalance rotating shaft. The nonlinear partial differential equations have been derived by using the extended Hamilton's principle and have been transformed to the ordinary differential equations by using the Galerkin method. Then the method of multiple scales has been applied to the discretized ordinary differential equations and the modulation equations describing interaction between modes have been obtained. By applying the solvability condition on the resulting modulation equations and considering the stable conditions in the vibration analysis, the frequency response diagrams have been plotted. The effect of the gyroscopic term, nonlinear geometric and inertia terms have been presented in the frequency response diagrams. In plotting the frequency response diagrams of rotating shaft, its rotating speed has been considered very close to the shaft’s forward natural frequency. Numerical results showed that the hardening type behavior has been observed in simulations due to nonlinear terms.
    Keywords: Rotating shaft, Nonlinear vibrations, Inertia, geometric nonlinearities, Gyroscopic effect
  • Rostam Rostam Akbari Kangarluei *, Majid Abbasalizadeh Ranjbari, Seyed Mahdi Pestei, Mehdi Esmaeilei Sangari Pages 29-36

    In this study, the simulation of water-titanium oxide nanofluid has been done in a double-tube counter flow heat exchanger with constant heat flux by Fluent software. The main purpose of this study is to compare single-phase and two-phase mixed model with experimental results to obtain the best simulation model. The results show that The Nusselt number and Heat transfer coefficient for a 0.2% volume fraction for Reynolds number more than 8000, the single-phase model is closer to the experimental results than the two-phase model, but for Reynolds lower than 8,000, two-phase mixed models are in good agreement with experimental results. The comparison of the dropping pressure shows that the faster the speed of Nanofluid is increased, the greater is the difference between the simulation and the experimental results. The results show that the highest increase in Nusselt number and Heat transfer coefficient is seen in higher Reynolds numbers, which indicates that in the high Reynolds numbers, the increase in volume fraction is more effective, one of the reasons is that homogeneity of Nanofluid in higher Reynolds is due to more turbulence. In general, it can be said that the results of the simulation are in good agreement with experimental results.

    Keywords: Nanofluid, Heat Exchanger, Heat transfer, Titanium Oxide
  • Tahereh Binazadeh *, Nahid Bazrafshan Dehghan Pages 37-44
    This article studies a class of non-minimum phase nonlinear systems with non-affine internal dynamics. The non-minimum phase feature, along with the non-affine internal dynamic, makes complexities in the process of controller design for this class of systems. In this paper, a new approach is presented for designing the control law for these systems. In the proposed method, the system’s equations, considering the system’s relative degree, are rewritten in the normal form. The design procedure of the control law, in the considered system, has three main steps. First, using the constraint optimization approach, the virtual control law is designed to stabilize the non-minimum phase and non-affine internal dynamics. Then, by designed virtual controller and combination with backstepping method, the proper sliding surface is extracted and, finally, based on the proposed sliding surface, a robust control law is designed to stabilize all of the system’s state variables. The simulation results on the TORA system show the efficiency of the proposed approach in the robust stabilization of this class of nonlinear systems.
    Keywords: Non-minimum phase system, Non-affine system, robust control, TORA system
  • Majid Janbaz, Ali Behbahaninia * Pages 45-49

    The integrated gasification combined cycle power plant using hydrocarbon fuels produces cleaner and more efficient electricity through gasification, compared to direct fuel burning. In this paper, the power plant has been simulated and validated by Thermoflow software according power plant characteristics. The assumptions are applied and exergy analysis is done using EES software. The results of energy and power consumption analysis of the obtained components and exergy analysis are applied to find the values and locations of system irreversibility. The net output of the cycle and thermal efficiency are 234.89 MW and 30.69% respectively. The exergy efficiency of the power plant is 45.57%. Maximum amount of irreversibility is from the gasifire, gas cleanup system, and HRSG, respectively 216.600, 210.607 and 113.653 MW. Finally, the cycle is analyzed parametrically and the effects of the gas temperature change and pressure of the condenser on the efficiency and final power of the power plant have investigated.

    Keywords: Integrated Gasification Combined Cycle, Gasification, coal, Energy Analysis, Exergy Analysis
  • Roya Jahanandish, Seyedamir Khosravifard *, Ramin Vatankhah, Vahid Cheraghi Pages 51-60

    A major problem in design of a controller is that some of the parameters of the governing dynamic equation might be unknown. The purpose of the present study is to provide a method for identification of the unknown parameters of the dynamic equations of the two-axis gimbal system and then applying a suitable controller to it. Among the uncertain parameters which may exist in the dynamic equations of a two-axis gimbal, the components of the inertia matrix, the coriolis matrix, and the friction matrix can be named. In this research, in order to estimate the unknown parameters of the system, the Gauss-Newton method which is a gradient-based inverse technique is used. Regarding the severe sensitivity of inverse problems to measurement errors, by using a proper smoothing technique, this undesirable effect is reduced. In the present work, for the first time, an accurate technique for computation of sensitivity coefficients of the dynamic equations of the gimbal is presented. After identification of the unknown parameters, the control of the two-axis gimbal is also performed by sliding mode control. The applied moments are designed by sliding mode control to stabilize the line of sight. Also, proof of stability is presented for the sliding mode control. Simulation of the laboratory tests in the identification section and also control results are obtained by modeling of the system in MATLAB.

    Keywords: parameter estimation, Gauss-Newton method, two-axis gimbal, sliding mode control
  • Ashkan Jahangir Amini, Nader Pourmahmoud *, Iraj Mirzaee Pages 61-68
    Since 1990, data centers have taken on an increasingly central role in the progress of two parallel areas: Information technology (IT) services and telecommunications. Effective cooling of data centers is important for their proper operation and has a key part since the design of the earliest facilities. As computing capabilities advance, heat dissipations from IT servers have increased from a few kW to more than 20 kW within the past decade, particularly in high-performance server racks. Server rooms need significant advances in cooling technologies to enable the successful deployment of their hardware’s. This approach is about three dimensional CFD modeling of under flow air distribution (UFAD) cooling system in a sample data center with its total instruments. CFD results have been compared with the available experimental data, shown good agreement. Results show, CFD modeling of cooling patterns in a data center can help HVAC designers to decide how much cooling capacity needs to cool data center. Modeling pressures and velocities leads to know if there is recirculation or by-pass air around server racks.
  • Mohammadjavad Khoshgoftar * Pages 69-78

    Elastic analysis of a non-homogenous symmetric shells with arbitrary curvature and variable thickness is considered in the present research. First order Shear Deformation Theory and total potential energy approach is applied for obtaining the governing equations of non-homogenous symmetric shell. As a special case, the governing equations are rewritten for a cylinder with variable thickness. Analytical method for constant thickness and Perturbation method for variable thickness are used for solving the governing equations and obtaining results. The comparison between classical theory and First order Shear Deformation Theory (FSDT) are illustrated with some numerical results. Non-homogenous material, boundary condition effects, non-uniform pressure, arbitrary curvature with variable thickness are some advantages of current work. Functionally graded material is considered as non-homogenous material. Gradation is considered for all mechanical properties along the thickness direction based on a power function. Homogenous material and non-homogenous material by difference in non-homogeneity parameter can be studied with the present research. There is some applications of varying thickness shells in industrial like aerospace engineering. We can reach to optimum design of thickness and also some property like high temperature residence by applying non homogenous material.

    Keywords: Symmetric shell, elastic analysis, deformation theory
  • Mostafa Zeinali, Gholam Hossein Khalaf, Amin Rabiezadeh * Pages 79-83

    The bobbin tool is a new design of the friction stir welding tool that provides the opportunity of the simultaneous double sided welding. The present research aims to design and manufacture a floating bobbin tool; the capability of which is examined through welding aluminum alloy 6061. The results indicated that the high quality and defect-free butt welds can be produced via this tool. Moreover, the strength of the welds is similar to the strength of welded samples done by the conventional friction stir welding method. Regarding the quality and strength, the obtained samples were investigated by mechanical tests including tensile strength test and hardness test. Obtaining 60.7% joint efficiency is indicative of success in the friction stir welding process; and, thus the efficiency of the designed tool. Besides, the second major characteristic of welding is the hardness, which is due to the dissolution of sediments, is decreased in the stirred area. This finding is confirmed by the behavior reported by the other investigators in the literature.

    Keywords: double sided friction stir welding, floating bobbin tool, design, manufacturing, joint efficiency
  • Masoud Sabzi * Pages 85-94

    In this study, the effect of Al on the corrosion resistance of Hadfield steel weld joints’ fusion zone was investigated. For this purpose, 4 austenitized sheets (two sheets without Al and two sheets containing 1.7wt. %Al) with thickness 2mm prepared from Hadfield steel and then SMAW process was used for welding. Then potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy methods were used to evaluate corrosion behavior of welded joints’ fusion zone in the 3.5wt. %NaCl solution. The evaluation of the microstructures of weld metal in welding joints were conducted by optical microscopy and the corrosion mechanism were determined by scanning electron microscopy examination. The result of corrosion tests indicated that welded joints’ fusion zone of Al containing plates were more corrosion resistant. Because Al addition increased the solubility of carbon in austenite phase and as a result factors enhancing localized micro-galvanic corrosion such as grain boundaries and carbides were reduced. However as clearly was visible in scanning electron microscopy images, using joints design containing Al in comparison with joints design without Al led to changed weld metal corrosion mechanism from uniform corrosion to localized micro-galvanic corrosion in the Hadfield steel weld joints.

    Keywords: Hadfield steel, corrosion behavior, welding joints, weld metal, microstructure
  • Mahdi Saadatfar * Pages 95-103
    In this article, an analytical solution for the problem of time-dependent creep analysis of a functionally graded magneto-electro-elastic rotating disc is presented. The material properties are considered to be power function of radius through radial direction. Firstly, using the stress-strain relation and strain-displacement relation together with equilibrium equation and thermal equation in plane-stress condition, a differential equation containing creep strains is found. Then, eliminating creep strains, an analytical solution for the mentioned differential equation is obtained which is actually the response in time zero. Then, considering fixed temperature boundary conditions, creep strains are kept and creep stress rates are found by an analytical solution of the obtained differential equation. Lastly, the radial stress, hoop stress, radial displacement, electric potential and magnetic potential can be calculated using an iterative method in every desired time. In the numerical examples, the effects of creep evolution, temperature boundary conditions and speed of rotation are investigated comprehensively.
    Keywords: Rotating disc, Functionally graded, Magneto-electro-elastic, Thermoelastic analysis, Time-dependent creep
  • Meysam Safar, Fathallah Ommi, Zahir Saboohi * Pages 105-113

    In this study, the effects of using multi-electrode spark plugs on the performance parameters of an internal combustion engine were investigated using experimental tests. In this regard, experimental tests have been carried out using two types of lead-free gasoline, as well as a combination of gasoline with commercial additive (Keropur-G). The results of experimental tests show that with the use of multi-electrode spark plugs in conventional fuel and fuel with additive, the braking torque and braking power are increased and in comparison the specific fuel consumption (SFC) is decreased. Also the use of multi-electrode spark plugs increases the emission of nitrogen oxides and reduces the emissions of unburnt hydrocarbons, carbon monoxide and carbon dioxide from the engine.

    Keywords: Internal Combustion Engine, multi-electrode spark plugs, exhaust emissions, engine performance, fuel consumption
  • H. Safikhani *, E. Jabbari Pages 115-119

     In this paper, multi-objective optimization (MOO) of heat transfer and flow field in cross-flow heat exchangers with triangular and square arrangement is performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Non-dominated Sorting Genetic Algorithms (NSGA II). At first, fluid flow is solved numerically in 150 various heat exchanger using CFD techniques. Finally, the CFD data will be used for Pareto based multi-objective optimization of fluid flow in cross flow heat exchanger using NSGA II algorithm. In the MOO process there are two geometrical parameters and the conflicting objective functions are to simultaneously maximize the amount of heat transfer and minimize the pressure drop. The Pareto front including optimum design variables and objective functions for two triangular and square heat exchangers are shown in results. It is shown that the achieved Pareto solution includes important design information on fluid flow in the heat exchangers.

    Keywords: Cross flow heat exchangers, multi-objective optimization, CFD, NSGA II
  • Yadolah Alinia *, Mostafa Asadpor Pages 121-130
    In this study, the sliding contact problem between a rigid cylindrical punch and a hard coating/ graded interlayer/ substrate system is considered. It is assumed that the hard coating and the substrate are both homogeneous- isotropic media. On the other hand, the interlayer exhibits the material orthotropy and even variable mechanical properties through the thickness by an exponential variation. The commercial finite element software ABAQUS is utilized to simulate the mentioned contact problem. The numerical solution is provided under the plane strain condition. A comprehensive sensitivity analysis is performed to explore the effect of the material orthotropy and the non-homogeneity parameters on the interior stress field as well as the interface stress distribution. The results indicate that the orthotropic graded interlayer can alter the stress field by appropriate adjustment of the material parameters. For an interlayer with a higher stiffness parallel to the contact surface with respect to the perpendicular direction, the maximum Von-Mises stress within the substrate can decreased a factor of 7%. Moreover, the bonding strength over the interfaces can be enhanced by increasing the thickness of the graded interlayer
    Keywords: Contact Mechanics, Orthotropic FGM layer, finite element method, Internal stress field
  • Javad Faraji, Jafar Keighobadi * Pages 131-140
    In this paper, the integral backstepping sliding mode (IBSM) control with the extended Kalman-Bucy filter (EKBF) to control and state estimation of unmanned aerial vehicles (quadrotor) is provided. In the quadrotor system, the aerodynamic effects of the‏ dynamics of a system are considered, and dynamical equations are derived by the Newton-Euler method. Quadrotor's behavior, which is affected by forces and aerodynamic moments is non-linear, but the integral backstepping sliding mode control has been able to stabilize the system dynamically, without considering the system and measurement noises and assuming all the dynamic states of the system. Noise is immaterial in dynamic systems, and the measurement of all systems states in practice is very complex and expensive; for this purpose, the EKBF in the control structure is used as observer states of the system and noise reduction in these modes. Therefore, simultaneous use of the controller-observer is suggested for controlling and estimating quadrature states. The numerical simulation demonstrates the good performance of the proposed controller-observer so that they were able to estimate both the system's unobservable state and overcome system and measurement noise.
    Keywords: Quadrotor, Extended Kalman-Bucy Filter, Integral Backstepping Sliding Mode Control, Noise
  • Seyed Ali Farshad, Mohsen Sheikholeslami * Pages 141-149

    Numerical analysis of heat transfers and nanofluid flow structure inside a tube with multi-channel twisted tapes in a solar flat plate collector has been investigated. Al2O3/water nanofluid with a volume fraction of 3% was used as working fluid. Nanofluid with Reynolds number (Re) ranged from 4000 to 20000 was investigated. Effect of the number of channel (n=2, 3, 4, 5 and 6), twisting ratio (N=4, 5, 6 and 7) and diameter ratio (D*=0.1, 0.12 and 0.14) on heat transfer rate and friction loss have been presented separately. The results demonstrated that the insertion of multi-channel twisted tapes induce multi-swirling flows. Consequently, fluid mixing improves and heat transfer rate enhances. Augmenting number of channel, twisting ratio and diameter ratio leads to higher values of heat transfer and pressure loss. The maximum thermal performance factor is obtained by using twisted tapes with n=2, D*=0.14 and N=7 when Reynolds number has lowest value

    Keywords: Heat transfer enhancement, Multi-channel twisted tape, Nanofluid, Solar flat plate collector
  • Abolfazl Foorginejad *, Mohammad Lakhi Pages 151-159

    Nowadays, simulation methods are used to obtain a preliminary estimate, in order to avoid many costing experiments. One of the common ways in which multiple commercial software has been developed based on it, is the finite element method. The present study has been tried by using the modeling of rubber in a finite element software, the patterns of propagation of longitudinal ultrasonic waves in rubber compounds are investigated. By definition of rubber as a hyperelastic material and by using of the Arruda-Boyce model for a rubber compound introduced into the finite element software, and the propagation of longitudinal ultrasonic waves was evaluated from two qualitative and quantitative perspectives. In order to quantitatively evaluate the proposed finite element model, a rubber compound was produced and the propagation velocity of the ultrasonic waves was measured. The comparison of the propagation velocity of longitudinal ultrasonic waves obtained from the finite element model and experimental data shows that the Arruda-Boyce model has a high accuracy in velocity estimation. Simulated proposed finite element is a very suitable method for interpreting and evaluating complex problems associated with the propagation of longitudinal ultrasonic waves in rubber materials, due to the accuracy of the results.

    Keywords: Non-Destructive Test, Longitudinal Ultrasonic Waves, Rubber Compound, Finite Element Method, HyperelasticModel
  • Abbas Ghasemizad *, Hadighe Ashouri, Seyyed Mahmoud Sadatkiae, Asghar Seddighzade Pages 161-170

    Recently, Numerous applications of nanofluid in various industries have led to the consideration of increasing the flow efficiency through nanofluid in nuclear reactors. One of the most important safety issues in the reactors is the safety margin of the cooling flow. For this purpose, the performance of flow without presence/presence of nanofluid is simulated numerically with the CFX software. The finite volume numerical method with the SST transition model for numerical analysis has been used, here. The flow in the pressurized pipe is analyzed using a fixed coordinate system. Four different volume fractions are numerically investigated in the nanofluid flow. To ensure the accuracy of the simulation and the setting of boundary conditions, a physical variable (outlet temperature from the pressure pipe) was monitored. The low numerical error has increased the confidence of the results. The results show that the 10% volume fraction has improved the performance of the flow.

    Keywords: Nanofluid, Nuclear reactor, Computational fluid dynamics, CFX
  • Saeed Karimian Aliabadi *, Farid Ahmadpour Pages 171-180
    The aim of this research is to redesign and optimize of a rotor blade in small size wind turbine. The objective of such optimization is both running time and power coefficient. The aerodynamic modeling of rotor has been presented based on blade element momentum theory. The output parameters have been calculated subsequently. For validation the model is being compared with NREL phase VI turbine data. The technique of optimization is NSGA-II which is appropriately cope with multi objective problems. Variable are assumed to be pitch or twist angle and chord length and the cost function or performance index is composed of drive time and power. The max tip speed ratio and the bounds of variables are constraints. Based on the Pareto diagram it can be deduced by increasing the power, time would be influenced and degraded. It is recommended 3 points and all the characteristics are being drawn for each one. By choosing the compromise point, it is achievable to enhance the power coefficient by approximately 9 percent and to reduce the time of reaching nominal speed by approximately 10 percent
    Keywords: wind Turbine, Blade element momentum, optimization, NSGA, Power coefficient, Running time
  • Mehdi Loueipour *, Mojtaba Afshar Pages 181-190
    In this paper, dynamic responses of a specific thruster used in Remotely Operated Vehicles (ROVs) have been extracted through experimental and laboratory tests. Based on the experimental results and dynamic analysis, thruster dominant dynamics have been determined and divided into saturation, and dead-zone effect dynamics. Then, elaborated dynamics have been mathematically modeled to simulate an appropriate dynamic model for thrusters. In the following, the effects of determined dynamics of thrusters have been studied on both open loop and close loop ROV dynamic analysis. Hence, by defining some scenarios based on practical ROV’s operations, its dynamic responses have been analyzed under both ideal and proposed thruster model. Simulation results and dynamic analysis elaborate that saturation effect confines generating force of thrusters yielding to decline ROV’s speed and decelerates its dynamic behavior response time. In addition, dead-zone effect dynamic causes a delay in the execution of applied commands. Therefore, it provides a gradual increase in dynamic response time of the ROV. Furthermore, it also declines the accuracy of the both depth and head regulators.
    Keywords: Remotely Operated Vehicles, Thruster Modeling, Dead zone effect, saturation effect, Constrained control
  • Mostafa Mahmoudi *, Jamasb Pirkandi, Mohsen Shadravan, Mohammad Reza Zahiri Minabi Pages 191-200

    This study investigates the performance of Cylindrical- conical- and clover-shaped film cooling holes of gas turbine blades and the effect of transverse trench on film cooling hole efficiency. The purpose of the research was to achieve the optimal film cooling geometry in order to gain the highest film cooling hole of gas turbine blade efficiency. In this study, a three-dimensional blade simulation that based on k-e realizable turbulence model. Cooling fluid was injected into the mainstream at 30◦ on leading edge stagnation row, with BR=1, 1.5, 2. After injecting the cooling fluid into Cylindrical- conical- and clover-shaped film cooling holes geometries with and without the presence of transverse trench, it was observed that clover-shaped hole with transverse trench along, at BR=2 and film cooling efficiency of 0.147 offers the highest film cooling efficiency. Investigation on transverse trench effect for all geometries showed that the presence of trench leads to a higher film cooling efficiency.

    Keywords: filmcooling, gas turbine blade, cooling effectiveness, shaped cooling hole, cooling losses
  • Mojtaba Moravej * Pages 201-207

    Geometry change and thermal properties of coolant can increase the efficiency of solar collectors. In this study, solar flat plate collector which has rhombic geometry, with helical piping and without raiser is investigated. In order to increase performance, the SiO2/water nanofluid that is made by two-step methods and with 1% concentration is used. Collector is experimentally tested in Behbahan city in the south of Iran according to ASHRAE standard. Water and nanofluid (without surfactant) are tested in collector with similar conditions. Performance evaluation is consist of the effect of flow rate, temperature, solar radiation and ambient conditions. The results show that the rhombic collector without raiser has better performance than ordinary flat plate collector. The collector efficiency by using nanofluid is about 3% more than using net water and the maximum value of efficiency and outlet temperature by using SiO2/water nanofluid are about 66% and 780 C respectively.

    Keywords: Rhombic solar collector, Raiser, Nanofluid, SiO2, Performance
  • Sajjad Nikoei, Behrouz Hassani * Pages 209-218
    This paper presents isogeometric analysis of free form shells based on Kirchhoff-Love and Reissner-Mindlin theories. The isogeometric approach utilizes Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) for different order approximation of the variables defining the geometry as well as the unknown functions. The geometry is defined for both theories by the NURBS technique for surface generation. In the employed Reissner-Mindlin shell theory, by making use of the anchor point concept the normal vector is calculated accurately. The Kirchhoff-Love shell theory uses three displacements degrees of freedom per node, but the Reissner-Mindlin theory uses five degrees of freedom, three displacements and two rotations. Also, for Kirchhoff-Love shell theory C1 continuity of the NURBS basis functions is needed, while for the Reissner-Mindlin shell theory C0 continuity is sufficient. Several standard benchmark examples with available analytical solutions are presented to demonstrate the performance and accuracy of the approaches. Also, a new benchmark problem is designed to study the performance of the methods as well as the convergence behavior of the presented approach when applied to completely free form shells.
    Keywords: Isogeometric Analysis, Free Form Shells, Kirchhoff-Love Theory, Riessner-Mindlin Theory
  • Bahman Vahidi *, Fateme Mirakhorli, Nooshin Haghighipour, Pouria Esmaeli Pages 219-227
    To respond to the external forces, adherent cells are reoriented from random orientation to an ordered and homogeneous one, regarding the applied strain direction. Furthermore, in subcellular scale, cytoskeleton and stress filaments with polarization generate inner contractile forces leading to a reorientation of the cell at a specific angle. In the present study, morphological changes of mesenchymal stem cells under cyclic strain toward myogenic differentiation were analyzed. Simulation of stem cell morphological changes using a nonlinear mechanical model (viscoelastic) is the innovative aspect of this research. To do so, mesenchymal stem cells with real size by the use of finite element method were designed in the Comsol software. Furthermore, time-dependent mechanical properties were applied. The uniaxial cyclic strain is applied to the substrate, and the frequency of the strain was considered as one of the variables. The lying angle of the cell on the substrate was varied from 34 to 90°. Also, Young’s modulus of the substrate and the role of strain alteration were investigated. The results revealed that the stress distribution on the cell and the nucleus are strongly dependent on the lying angle. The approximate angle in which the stress and strain is minimum was calculated about 70 degrees.
    Keywords: Mesenchymal stem cell, Uniaxial cyclic strain, Cell morphology, Lying angle
  • Saeid Varmazyari, Hadi Sabouri * Pages 229-238

     Chopped fiber composites have become attractive materials for many industrial applications due to simplicity of their manufacturing processes and uniform mechanical properties. The subject of this paper is investigation of damage progression in random chopped Eglass fiber/Epoxy composites and evaluation of Chow and Wang Model in simple tensile test. In the experimental section, digital
    image correlation method was applied and variation curves of the Young's modulus and Poisson's ratio in tensile test of specimens were extracted until rupture. In theoretical section, for investigation of anisotropic damage and distinguishing between damage mechanism due to tensile and compressive stresses, the first part of the Chow and Wang criterion was employed. Growth of damage variables during the failure progression was characterized and anisotropic damage evolution in this composite was concluded. By means of linear approximation of damage dependency coefficient, validation of the model for prediction of mechanical behavior of the damaged composite was confirmed by comparing with experimental results.

    Keywords: Progressive Damage, Continuum Damage Mechanics, Anisotropic Damage, Chopped Fiber Composite, E-Glass, Epoxy Composite
  • Shaban Alyari Shourehdeli *, Kamran Mobini, Ali Asakereh Pages 239-243

    Ejector is used as a key component in ejector refrigeration cycle. A supersonic ejector with optimal performance reduces energy consumption in refrigeration system and improves its performance. In this paper, the effect of using parallel flow primary nozzle on the performance of a supersonic ejector used in an ejector refrigeration cycle, with steam as working fluid, is numerically investigated. For this purpose, two primary nozzles, conical and parallel flow, with the same converging portion and the same ratio of exit surface to throat surface, have been used. The parallel-flow nozzle diverging curve is calculated using the characteristic method. Numerical simulations have been performed using the Ansys-Fluent software. The results show that by changing the primary nozzle diverging curve from conical nozzle to parallel flow nozzle, variation of entrainment ratio in the critical region will be negligible, but in the subcritical region, it is significant. The maximum relative variation of entrainment ratio in subcritical region of the parallel flow nozzle is +17.3%. Also, by changing the diverging curve of the primary nozzle, critical pressure increases by 1 mbar and the physics of the ejector internal flow changes.

    Keywords: Ejector, Parallel flow nozzle, Characteristics method, Computational fluid dynamics