فهرست مطالب

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دهم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/01
  • تعداد عناوین: 19
|
  • جهاد نوفل، حسن مسلمی نائینی*، سیامک مزدک صفحات 1-10
    برگشت فنری در شکل نهایی ورق فولادی یک چالش فرایند شکل دهی غلتکی سرد است. دقت شبیه سازی فرآیند های شکل دهی ورقی فلزات برای پیش بینی برگشت فنری به معادلات بیان کننده رابطه تنش - کرنش، تابع تسلیم و مدل سخت شوندگی انتخاب شده و ناهمسانگردی ماده بستگی دارد. در این مقاله، بوسیله آزمایش تجربی کشش - فشار متناوب و با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار LSopt متغیرهای مدل سخت شوندگی یوشیدا-یومری برای فولاد St37 بدست آمده است.. از آنجاکه در نظر گرفتن قانون سخت شوندگی در برگشت فنری مهم است، مدل های مختلفی از قانون سخت شوندگی برای پیش بینی دقیق تر رفتار ماده پیشنهاد شده است. یکی از مدل های دقیق در پیش بینی رفتار فلز، مدل سخت شوندگی یوشیدا-یومری می باشد. آزمایشهای تجربی در فرآیند شکل دهی غلتکی سرد کمانی کردن ورق وهمچنین شبیه سازی در نرم افزار Lsdyna شبیه سازیهای با و بدون در نظر گرفتن سخت شوندگی یوشیدا-یومری انجام شد. نشان داده شد پیش بینی برگشت فنری با در نظر گرفتن مدل یوشیدا-یومری از دقت بالاتری برخورداراشت.
    کلیدواژگان: برگشت فنری، سخت شوندگی، شکل دهی غلتکی سرد، یوشیدا-یومری
  • توحید میرزابابای مستوفی، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی* صفحات 11-27
    در این مقاله، از یک روش تحلیل بی بعد جهت ارایه سه رابطه تجربی بر اساس اعداد بی بعد به منظور پیش بینی نسبت بیشترین خیز دایمی ورق های تک لایه دایره ای به ضخامت آن تحت بارگذاری دینامیکی با توزیع یکنواخت و محلی استفاده شده است. در اعداد بی بعد پیشنهادی، اثر هندسه ورق، شدت بار اعمالی، خواص مکانیکی ورق، حساسیت ماده به نرخ کرنش، شعاع بارگذاری و فاصله استقرار در نظر گرفته شده است. جهت صحت سنجی مدل های تجربی از چهارده سری آزمایش و 562 داده موجود در ادبیات تحقیق در طول چهل سال گذشته استفاده شده است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان داد که تطابق خوبی بین نتایج پیش بینی مدل و مقادیر تجربی وجود دارد به طوری که درمجموع 338 داده تجربی برای بارگذاری یکنواخت، به ترتیب 75% (255 داده) و 94% (318 داده) از کل نقاط تجربی در محدوده خطای کمتر از 10% و 20% قرار دارند. همچنین، درمجموع 108 داده تجربی موجود برای بارگذاری محلی بدون استفاده از فاصله استقرار، به ترتیب 59% (64 داده) و 92% (99 داده) از کل نقاط تجربی در این دو محدوده قرار گرفتند. در بارگذاری محلی با استفاده از فاصله استقرار خرج، به ترتیب 68% (79 داده از 116) و 85% (99 داده از 116) در محدوده خطای کمتر از 10% و 20% قرار دارند.
    کلیدواژگان: بارگذاری یکنواخت، بارگذاری محلی، تحلیل بی بعد، مدل تجربی، ورق دایره ای
  • مجید واثقی*، ساناز نظرعلیزاده، محمود سمیع زاده صفحات 29-44
    یکی از پرکاربردترین فولادهای بکار رفته در بویلرهای نیروگاهی فولاد 9Cr1Mo می باشد. نظر به اینکه یکی از نیازهای کاربردی برای استفاده از این فولاد، تعمیرات دوره ایی آن می باشد، در این مقاله به تاثیر جوشکاری های تعمیری فولاد 9Cr1Mo و تاثیر آن بر خواص مکانیکی و ریزساختار حاصله، پس از چند مرحله جوشکاری و عملیات حرارتی پس گرم پرداخته شده است. به منظور بررسی خصوصیات جوشکاری قوسی با الکترود دستی چند پاسه، پس از اعمال عملیات حرارتی مختلف، مطالعات ریزساختاری بوسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی FESEM ، آزمون کشش در دمای اتاق، آزمون ضربه و بررسی های سختی سنجی انجام شد. نتایج نشان داد بین تعداد تعمیرات جوشکاری و افزایش میانگین سختی رابطه مستقیمی وجود داشته و گرادیان سختی در این نمونه ها نسبت به نمونه ای که تنها یکبار جوشکاری شده است، به مراتب بالاتر است. از سوی دیگر، انجام عملیات پس گرم سبب افزایش تعداد رسوبات در فلز جوش و HAZ شده و اندازه دانه های استنیت اولیه در فلز جوش و HAZ نیز همگن تر می شود.
    کلیدواژگان: فولاد 9Cr1Mo، جوشکاری ذوبی، جوشکاری تعمیری، میکروسختی، ریزساختار
  • هادی پروز*، ناصرالدین سپهری، محمد کیهانی یزدی صفحات 45-58
    گیر قطعات در قید و بند، یک پدیده ناخواسته در حین بارگذاری با باربرداری است که مطالعه شرایط وقوع آن در جاسازی قطعات در قید و بند و تعیین شرایط لازم برای اجتناب از وقوع آن به عنوان یکی از مراحل صحت سنجی در طراحی قید و بندها مطرح می شود. در پژوهش حاضر، آنالیز تحلیلی و تجربی برای مطالعه شرایط وقوع این پدیده با استفاده از مطالعه موردی بلوک و دست ارایه شده است. مدل تحلیلی بر مبنای اصل کمترین اندازه جواب پایه ریزی شده است. از مدل های تحلیلی ارایه شده در پژوهش های پیشین که وقوع گیر را در شرایط شبه استاتیکی بررسی کرده اند، نیز استفاده شده است. برای صحت سنجی پیش بینی تحلیل، آزمایش تجربی طراحی و اجرا گردید. برای این منظور، مجموعه آزمایشگاهی برای مطالعه موردی بلوک و دست ساخته شد. پس از اندازه گیری تجربی ضریب اصطکاک بین بلوک، سطح پایه و اهرم، مسافت پیمایش شده توسط بلوک برای وقوع گیر با استفاده از روش های پردازش تصویر و داده برداری به کمک انکودر زاویه ای اندازه گیری شد. بیشینه مقدار خطا بین پیش بینی تحلیل و نتایج به دست آمده از آزمایش های تجربی برای مسافت پیمایش بلوک جهت وقوع گیر برابر با 8/6 میلی متر (معادل خطای نسبی 8/3%) به دست آمد که نشان دهنده دقت مناسب تحلیل ارایه شده است.
    کلیدواژگان: بلوک و دست، ضریب اصطکاک، طراحی قید و بند، اصل کمینه اندازه، گیر
  • مهدی وحدتی*، محمدعلی رسولی، مهدی گردویی صفحات 59-78

    از جمله فرآیندهای متداول برای ساخت کلاهک، جوشکاری است که با اتصال ورق های از پیش شکل دهی شده، انجام می شود. محصول تولیدی به دلیل خطای مونتاژ، معایب متالورژیکی و ضعف استحکام مکانیکی اتصال، از کیفیت ابعادی و مکانیکی مناسبی برخوردار نیست. از این رو در این مقاله، برای رفع معایب مذکور و تولید یکپارچه کلاهک، فرآیند کشش عمیق داغ به عنوان روش جایگزین، معرفی و بررسی می شود. در مقاله پیش رو، تحلیل تیوری و عددی ساخت کلاهک ضخیم نیمکروی از ورقی به ضخامت 5/63 میلیمتر و از جنس فولاد آلیاژی HY-100 با بکارگیری این فرآیند با استفاده از ورقگیر، ارایه می شود. در این پژوهش از مدل ساختاری جانسون- کوک برای توصیف رفتار سیلان ماده و از مدل آسیب نرم جانسون- کوک برای پیش بینی احتمال وقوع شکست، استفاده می شود. فرض می شود که فرآیند به صورت همدما انجام شود و نرخ کرنش، ثابت باشد. نتایج تحلیل تیوری نشان داد که نیروی لازم برای کشش کلاهک با افزایش دمای بلنک، کاهش اصطکاک و افزایش شعاع انحنای ماتریس، کاهش می یابد. از سوی دیگر، نتایج تحلیل عددی نشان داد که کلاهک به صورت موفقیت آمیز و عاری از هرگونه پارگی، شکل دهی شده است. همچنین، در ناحیه فلنج، هیچ گونه اثری از چین خوردگی ظاهر نمی شود و بیشترین کاهش ضخامت در نواحی نزدیک به راس نیمکره رخ می دهد؛ در حالی که ضخامت نواحی نزدیک به فلنج، افزایش می یابد. مقایسه مقادیر نیروی شکل دهی نشان داد که مقادیر نیروی کشش حاصل از تحلیل تیوری و عددی تحت شرایط مختلف دمایی و اصطکاکی، حداکثر به میزان 10 درصد اختلاف دارد.

    کلیدواژگان: تحلیل تئوری، تحلیل المان محدود، کلاهک نیمکروی، کشش عمیق، جانسون- کوک
  • علی فروغی، مهران صفرپور، اکبر علی بیگلو* صفحات 79-94
    باهدف بهبود کارایی سامانه های متحرک محوری، ارتعاشات و پایداری میکروتیرهای رایلی مدرج محوری با حرکت طولی در این مقاله مطالعه شده است. همچنین، یک مطالعه پارامتریک مفصل برای توضیح اثر پارامترهای مختلف مانند درجه بندی محوری مواد، طول مشخصه ماده و اینرسی دورانی بر مرزهای پایداری تیرهای رایلی و اویلر-برنولی انجام شده است. فرض شده است که مشخصات مادی سیستم به طور پیوسته در راستای طولی به صورت خطی یا نمایی تغییر می کنند. با به کارگیری تیوری گرادیان کرنش و روش گسسته سازی گالرکین، مسئله مقدار ویژه برای سیستم حل شده است تا فرکانس های طبیعی، پیکربندی دینامیکی، آستانه های ناپایداری فلاتر و دایورژانس سیستم محاسبه شوند. همچنین روابط تحلیلی برای سرعت بحرانی سیستم به دست آمده اند. نقشه های پایداری و کانتورهای سرعت بحرانی برحسب توزیع های مختلف مورد آزمون قرار گفته اند. نتایج نشان می دهند در حالت چگالی و مدول الاستیک متغیر، به ترتیب تغییرات نمایی و خطی منجر به سیستم پایدارتر می شوند. همچنین کاهش پارامتر گرادیان چگالی و یا افزایش پارامتر گرادیان مدول الاستیک، فرکانس طبیعی سیستم را افزایش می دهد و محدوده های پایداری را گسترش می دهد، بنابراین تغییرات پارامترهای گرادیان چگالی و مدول الاستیک، نقش های متضاد در رفتار دینامیکی سیستم دارند.
    کلیدواژگان: مواد مدرج محوری، پارامتر گرادیان، تیر متحرک، سرعت بحرانی، ناپایداری
  • احسان فتحی عسگرآباد، سید حجت هاشمی* صفحات 95-110

    آزمایش ضربه سقوطی یک آزمایش رایج جهت تعیین خواص دینامیکی و محاسبه انرژی شکست نمونه های فولادی می باشد. هدف از این تحقیق ارایه روش های تجربی، عددی و تحلیلی جهت محاسبه میزان انرژی منتقل شده به نمونه حین اعمال ضربه می باشد. نمونه آزمایشگاهی از بدنه لوله فولادی از جنس API X65 با درز جوش مارپیچ با قطر خارجی 1219 میلی متر و ضخامت دیواره 3/14 میلی متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین کاری شده است. سپس در وسط نمونه شیار شورن به عمق 1/5 میلی متر ایجاد و نمونه تحت بارگذاری دینامیکی با سرعت اولیه 3/6 متر بر ثانیه قرار گرفت. آزمایش بر روی سه نمونه با سقوط چکش از ارتفاع 2 متری صورت پذیرفت. با ترسیم و تحلیل نمودارهای انرژی-جابجایی و انرژی-سرعت چکش ضربه زننده یک رابطه خطی بین انرژی شکست نمونه و سرعت چکش بدست آمد. به کمک این رابطه می توان با معلوم بودن سرعت چکش ضربه زننده در هر لحظه، انرژی منتقل شده به نمونه و در نهایت انرژی شکست نمونه آزمایشگاهی را بدست آورد. همچنین، به کمک رابطه انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل و معلوم بودن موقعیت و سرعت چکش در هر لحظه می توان مقدار انرژی جذب شده داخل نمونه را با فرض ناچیز بودن تلفات بدست آورد.

    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، فولاد API X65، انرژی شکست، انرژی جذب شده، شیار شورن
  • حسینعلی اعلم حکاکان، امیررضا عسکری* صفحات 111-126

    هدف پژوهش حاضر بررسی پاسخ استاتیکی و دینامیکی میکروتیرهای غیرخطی هندسی ساخته شده از مواد تابعی مدرج در سیستم های میکروالکترومکانیکی (ممز) با هر دو الکترود متحرک می باشد. بدین منظور، با به خدمت گرفتن رابطه ی غیرخطی کرنش-جابه جایی در این سازه ها براساس تیوری غیرخطی فون کارمن، معادله ی حرکت سیستم با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده و در ادامه با استفاده از روش باقیمانده ی وزن دار گلرکین حل می شود. یافته های استاتیکی و دینامیکی پژوهش پیش رو با نتایج موجود در ادبیات برای سیستم های با یک الکترود متحرک اعتبارسنجی می شوند. نتایج استاتیکی و دینامیکی حاضر برای سیستم های با هر دو الکترود متحرک نیز با آن چه از طریق شبیه سازی سه بعدی اجزاء محدود در نرم افزار تجاری کامسول بدست می آید، مقایسه شده و به صورت موفقیت آمیزی صحه گذاری می گردند. در ادامه، اثر متحرک بودن هر دو الکترود علاوه بر تاثیر تغییر جنس مواد به صورت تابعی مدرج و اینرسی بر پاسخ غیرخطی سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاکی از کاهش چشم گیر اختلاف پتانسیل کشیدگی در صورت قابلیت حرکت هر دو الکترود می باشد.

    کلیدواژگان: ممز، توانایی حرکت هر دو الکترود، رفتار غیرخطی هندسی، مواد تابعی مدرج، ناپایداری کشیدگی
  • محمد جعفری نیاسر*، علی اصغر جعفری، محسن ایرانی رهقی صفحات 127-140

    در مقاله حاضر ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی چرخان با وصله های هوشمند چسبیده به آن بررسی می شود. پوسته به صورت جدار نازک در نظر گرفته شده و همچنین معادلات سیستم از روش انرژی بدست آورده شده است. وصله ها به صورت جفت در داخل و روی پوسته هستند که تعدادشان چهار است و نقش سنسور و عملگر را در کنترل سازه بازی می کنند. با استفاده از نظریه کلاسیک، روابط کرنش- جابه جایی لاو، روابط تنش-کرنش هوک و در ادامه از طریق پاسخ های حدس زده شده که در آنها توابع مکانی معلوم و توابع زمانی مجهول است و همچنین معادله لاگرانژ، دینامیک حاکم بر سیستم به صورت ODE بدست آمده است. حسن این روش عدم استفاده از اصل همیلتون و درگیر نشدن در مشتق گیری و انتگرال های جز به جز است. فرکانس های طبیعی در دو حالت وجود و عدم وجود مواد هدفمند و همچنین در دو شرط مرزی با نتایج پژوهش های قبلی مقایسه گردیده و پس از آن اثر سرعت دورانی، مساحت وصله ها، شرایط مرزی و ضریب ناهمگنی هر دو ماده مدرج تابعی (پوسته و ماده هدفمند) روی فرکانس طبیعی بررسی می شود.

    کلیدواژگان: مخروط مدرج تابعی، نظریه کلاسیک، پوسته چرخان، مواد هوشمند
  • حسین سنگتراش، حامد قوهانی عرب*، محمدرضا سهرابی، محمدرضا قاسمی صفحات 141-152
    در این تحقیق با ترکیب یک المان خمشی و یک المان غشایی، المان چهار گره ای جدیدی به منظور تحلیل اجزای محدود لایه ای ورق های کامپوزیت ارایه شده است. بخش غشایی المان، یک المان جدید چهارضلعی نامتقارن با درجات آزادی اضافی می باشد که در آن از دو میدان جابه جایی متفاوت به عنوان تابع معیار و تابع تقریب استفاده شده است. تابع معیار استفاده شده، تابعی جدید از جنس جابه جایی است که در آن درجات آزادی اضافی با استفاده از درون یابی در طول ضلع المان محاسبه شده است. تابع تقریب المان یک میدان تنش می باشد که از حل تحلیلی تابع تنش ایری محاسبه می شود. بخش خمشی المان ارایه شده، یک المان ورق ناسازگار می باشد که در آن جابه جایی المان با استفاده از مودهای تغییر شکل مرتبه سوم و میدان پیچشی المان با استفاده از ماتریس ژاکوبین مرتبه اول محاسبه شده است. نتایج عددی بدست آمده از حل مسایل استاندارد عددی نشان می دهد؛ المان معرفی شده قادر به تحلیل ورق های کامپوزیت با هندسه و شرایط مرزی مختلف می باشد. مقدار حداکثر خطای این المان در حل مسایل عددی برررسی شده 5/1 درصد است.
    کلیدواژگان: ورق های کامپوزیت، تحلیل عددی، اجزای محدود لایه ای، المان غشایی
  • محمدرضا رضایی*، علیرضا آل بویه، میثاق شایسته فر، حسن شیرآقایی صفحات 153-162
    در این پژوهش کامپوزیت هیبریدی زمینه آلومینیومی با تقویت کننده دوگانه ذرات آمورف/سرامیکی توسط روش متالورژی پودر تولید شد. ابتدا، مخلوط های پودری آلومینیوم خالص با تقویت کننده ذرات آمورف Fe75Si15B5Zr5 و سرامیکی TiH2 در مقادیر مختلف تهیه شد. سپس، از روش زینتر به کمک قوس پلاسما برای تولید قطعات کامپوزیتی حجیم استفاده گردید. ریزساختار ، تغییرات فازی، مقدار تخلخل ها و خواص مکانیکی نمونه های حجیم مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی های ریزساختاری نشان داد که ذرات تقویت کننده در مرزهای دانه تجمع پیدا کرده اند و اندازه متوسط دانه با افزایش مقدار تقویت کننده آمورف کاهش پیدا کرد. افزایش مقدار تقویت کننده آمورف تاثیر ناچیزی در افزایش مقدار تخلخل های ریزساختاری داشت. بررسی های فازی حضور ذرات تقویت کننده آمورف و عدم کریستاله شدن آنها و همچنین عدم تشکیل فازهای حاصل از واکنش های ناخواسته بین تقویت کننده و زمینه را آشکار کرد. استحکام تسلیم و سختی نمونه های حاوی 15 درصد حجمی تقویت کننده آمورف و 1 درصد حجمی TiH2 افزایش به ترتیب در حدود 35 و 20 درصدی را نسبت به نمونه بدون تقویت کننده آمورف نشان دادند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت هیبریدی زمینه آلومینیومی، متالورژی پودر، زینتر به کمک قوس پلاسما، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • حسین کارامد، عطیه اندخشیده*، ستار مالکی صفحات 163-175
    در این مقاله، ارتعاشات واداشته غیرخطی نانوتیر غیرموضعی اویلر- برنولی که دارای کاربرد در سیستم های نانوالکترومکانیکی می باشد، با استفاده از روش تحلیلی مقیاس های زمانی چندگانه مطالعه می شود. معادله حاکم بر نانوتیر اویلر- برنولی، با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی فون کارمن و براساس تیوری الاستیسیته گرادیان کرنش غیرموضعی با استفاده از اصل همیلتون استخراج میگردد. در گام بعد با بکاربردن روش گالرکین، معادلات دیفرانسیل جزیی حاکم با شرایط مرزی دو انتها تکیه گاه ساده، به معادله دیفرانسیل غیرخطی معمولی با متغیر زمان کاهش پیدا می کند. در ادامه، معادله ارتعاشات غیرخطی واداشته، با استفاده از روش مقیاس های زمانی چندگانه حل می شود. پس از حل معادله غیرخطی اجباری، تشدیدهای اولیه و ثانویه نانوتیر غیرموضعی، مطالعه می شود. ناحیه جواب های قابل قبول برای تشدید ساب هارمونیک مشخص شده و منحنی های پاسخ فرکانسی و دامنه پاسخ برحسب دامنه تحریک، برای تشدیدهای اولیه، سوپر هارمونیک و ساب هارمونیک، به ازای مقادیر مختلف پارامتر غیرمحلی، رسم می شود. این نتایج نشان می هد که استفاده از تیوری گرادیان کرنش غیرموضعی برای تحلیل ارتعاشات غیرخطی نانوتیر یک ضرورت اساسی است. نتایج این مقاله می تواند جهت بهبود طراحی و بهینه سازی سیستم های نانوالکترو مکانیکی، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تئوری گرادیان کرنش غیرموضعی، نانوتیر، سیستم های نانوالکترو مکانیکی، ارتعاشات غیرخطی
  • اکبر محمدی احمر، سعید صالحی، مهرداد رئیسی دهکردی* صفحات 177-192

    در مقاله حاضر کمی سازی عدم قطعیت میدان جریان و انتقال حرارت مغشوش در خنک کاری لایه ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار دو پارامتر غیرقطعی یعنی عدد رینولدز جریان (Re) و عدد پرانتل جریان مغشوش (Pr_t) با تابع توزیع احتمال یکنواخت و شش پارامتر غیرقطعی دیگر یعنی نسبت دمش (M)، نسبت چگالی جریان خنک کننده به جریان اصلی (DR)، شدت آشفتگی جریان اصلی و خنک کننده در ورودی (I_h و I_c)، طول مقیاس جریان اصلی و جریان خنک کننده در ورودی (L_h و L_c) با تابع توزیع احتمال به شکل بتا در نظر گرفته شده است. برای اینکه در شرایط جریانی مختلفی تحلیل عدم قطعیت انجام شود ابتدا کمی سازی عدم قطعیت در نسبت دمش پایین، M=0.5 و سپس در نسبت دمش بالا، M=2 انجام گرفته است. انتشار عدم قطعیت ها در میدان جریان و انتقال حرارت مغشوش با استفاده از روش بسط چندجمله ای آشوب غیرمداخله گر با مرتبه p=3 وارد گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که شرایط غیرقطعی جریان و انتقال حرارت مغشوش تاثیر چشمگیری بر روی ضریب اثربخشی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای دارند. از میان پارامترهای تصادفی در نظر گرفته شده، Re، DR و M بترتیب بیشترین تاثیر را بر روی ضریب اثربخشی پیش بینی کردند در حالیکه پارامترهای I و L جریان اصلی و خنک کننده کمترین تاثیر را نشان دادند.

    کلیدواژگان: کمی سازی عدم قطعیت، بسط چندجمله ای آشوب، خنک کاری لایه ای، عدم قطعیت های عملیاتی
  • مجید سیاوشی*، پوریا محمدی، محمدحسن خلیجی اسکوئی، کسری قاسمی صفحات 193-204

    کربن فعال نوعی از کربن است که به دلیل دارا بودن حفره های بسیار کوچک و کم حجم، سطح تماس بسیار زیادی را به منظور جذب سطحی و انجام واکنش های شیمیایی در دسترس قرار می دهد. کربن فعال به مرور زمان کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف همچون فیلتراسیون، تصفیه آب، تبرید، کشاورزی، صنایع دارویی و غیره یافته است. شناخت خصوصیات حرارتی کربن فعال به منظور ارایه طراحی مناسب، به خصوص در سیکل های تبرید جذبی، اهمیت بسیاری دارد. در چنین طراحی هایی، مهم ترین پارامتر حرارتی توده کربن فعال ضریب هدایت حرارتی و مقاومت تماسی توده کربن فعال با دیوار ه ها می باشد. در این مطالعه، طراحی آزمایش برای انجام مطالعه تجربی و تخمین پارامترهای توده کربن فعال دانه ای صورت گرفته است. بدین منظور، کربن فعال با چهار چگالی مختلف از دانه های کربن در داخل یک استوانه فولادی بسته بندی می شود و بارگذاری حرارتی بر روی استوانه انجام می گیرد. با اندازه گیری دمای گذرا در مرکز استوانه و استفاده از روش های معکوس حرارتی اقدام به تخمین ضریب هدایت حرارتی موثر توده کربن و مقاومت تماسی آن در تماس با دیواره فولادی می شود. نتایج آزمایش نشان می دهند که با افزایش چگالی کربن (از 400 تا 750 kgm-3)، هدایت گرمایی توده ای کربن (از 22/0 تا 46/0 Wm-1k-1) و همچنین هدایت گرمایی تماسی با دیواره فولادی مجاور آن (از 60 تا 700 Wm-2k-1) افزایش می یابد که روابطی برای آن ها استخراج شده است.

    کلیدواژگان: کربن فعال دانه ای، ضریب هدایت حرارتی، ضریب هدایت حرارتی تماسی، تخمین پارامتر، روش معکوس
  • محمدرضا تولایی فرد، حمید پرهیزکار*، مصطفی گرشاسبی صفحات 205-217
    کانال ورودی هوا یکی از اجزای اصلی سیستم های پیشران هواتنفسی است که وظیفه اصلی آن تامین جریان هوای مورد نیاز موتور به صورت یکنواخت می باشد. در پژوهش حاضر به بهینه سازی یک مجرای اس شکل جهت ورودی هوای مورد استفاده در موشک های کروز پرداخته شده است. با استفاده از ابزار بهینه سازی الحاقی موجود در نرم افزار فلوینت، در ابتدا روش حل به کمک نتایج آزمون یک مجرای ورودی هم کلاس صحه گذاری شده است. در صحه گذاری مورد نظر، فشار بازیافت با روش حاضر برابر 96/0 درصد شده که همخوانی خوبی با نتایج حاصل از روش تجربی دارد. در ادامه، مدل سازی عددی جریان هوا در مجرای اس شکل موجود انجام شده و سپس با حل عددی معادلات الحاقی، حساسیت تغییرات تابع هدف نسبت به تغییر شکل دیواره ورودی هوا محاسبه شده است. با توجه به قیود هندسی، هدف از بهینه سازی، دستیابی به هندسه ای می باشد که با کمترین تغییرات ابعادی بتواند افت فشار کل را حداقل کرده و دبی موردنیاز را تامین نماید. در پژوهش حاضر با بهینه سازی به روش الحاقی ضمن حذف ناحیه جدایش جریان، می توان شاهد افت فشار کل از 6/4 درصد به 3 درصد، در طول دهانه ورودی و همچنین رشد دبی هوا از 1/5 به 5/6 کیلوگرم بر ثانیه بود.
    کلیدواژگان: موشک کروز، ورودی هوای اس شکل، بهینه سازی، روش الحاقی، افت فشار
  • محمد نعمتی، محمد سفید، احمدرضا رحمتی* صفحات 219-236
    چکیده در مقاله حاضر، اثر تغییر موقعیت منبع حرارتی بر انتقال حرارت نانوسیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی درون کانال موج دار با دامنه و تعداد نوسان متغیر، به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. میدان مغناطیسی یکنواخت، عمود بر کانال اعمال شده است. نیمه ابتدایی دیواره بالایی کانال، موجی شکل با دامنه و تعداد نوسان متغیر در دمای ثابت سرد و نیمی از دیواره پایینی کانال با موقعیت متغیر، در دمای ثابت گرم قرار دارد. سایر دیواره ها نسبت به جرم و حرارت عایق شده اند. در این بررسی تاثیر پارامترهایی چون عدد رینولدز، کسر حجمی نانوذرات، عدد هارتمن، موقعیت قرارگیری دیواره گرم و دامنه و تعداد نوسان دیواره موج دار، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که در یک موقعیت مشخص قرارگیری دیواره گرم، با افزایش سایر پارامترها ، عدد ناسلت متوسط افزایش می یابد. همچنین بیشترین میزان انتقال حرارت مربوط به حالتی است که دیواره گرم به ورودی کانال نزدیک تر است که به طور متوسط منجر به افزایش 20 درصدی عدد ناسلت متوسط می شود. بعلاوه تاثیر افزایش عدد هارتمن بر میزان انتقال حرارت، در حالتی که دیواره گرم به خروجی کانال نزدیک تر باشد، بیشتر است. افزایش درصد نانوذره، انتقال حرارت را افزایش می دهد و این تاثیر با کاهش عدد رینولدز، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، نانوسیال، میدان مغناطیسی، کانال موجی، تغییر موقعیت دیواره گرم
  • عباس زارع نژاد اشکذری*، محمدرضا هادوی صفحات 237-251

    در پژوهش حاضر با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، مدل سازی و پیش بینی آلاینده های NOx، دوده و مصرف سوخت در یک موتور دیزلی پاشش مستقیم با اعمال متغیرهای کنترلی دور موتور، دمای هوای ورودی به موتور و جرم سوخت پاشیده شده به محفظه احتراق انجام شده است. برای این منظور، با استفاده از آزمایشات تجربی انجام گرفته، مقدمات لازم برای مدل سازی و ارتباط بین پارامترهای ورودی و خروجی توسط شبکه عصبی فراهم گردید. شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم آموزشی لونبرگ-مارکوارت برای آموزش ارتباط موجود بین پارامترهای مذکور، طوری طراحی شده که در آن مدل سازی متغیرهای خروجی به صورت کاملا مستقل انجام می گیرد. یعنی برای هر خروجی مانند NOx، تعداد نرون های لایه پنهان و پارامترهای کنترلی شبکه کاملا متفاوت از همین پارامترها برای دوده یا مصرف سوخت خواهد بود. نتایج نشان می دهد شبکه عصبی طراحی شده، به ازای 36 نرون در لایه پنهان در دور 3733 به دقت 97/0 برای آزمایش داده ها در مدل سازی NOx می رسد. همچنین مدل سازی دوده با تعداد نرون های بیشتر و دقت 96/0 در دور 2081 انجام می شود. از طرفی میزان دقت آزمایش برای مدل شبکه ای مصرف سوخت به ازای 19 نرون در لایه پنهان در دور 3698 برابر 94/0 بوده که کاهش دقت مدل سازی آن، مربوط به پراکندگی ناموزون داده های تجربی در طیف وسیعی از دامنه مدل سازی می باشد. مدل پیشنهادی شبکه عصبی ، به دلیل همگرایی سریع و به تبع آن، زمان پاسخگویی کوتاه، می تواند به عنوان یک روش موثر در سیستم های کنترل هوشمند موتورهای دیزلی پاشش مستقیم برای کاهش آلاینده ها و مصرف سوخت، مورد استفاده قرار گیرد

    کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، مدل سازی، آلایند گی، مصرف سوخت
  • فرزاد پشم فروش*، رامین بیرقی بارانلو، رسول معروفی آذر، علی حسن پور باباجان صفحات 253-265
    ماشینکاری مواد ترد مثل سرامیک آلومینیوم اکسید به دلیل سختی و مقاومت سایشی زیاد، آسیب های زیرسطحی وارده و کیفیت سطحی پایین قطعات، توسط روش های سنتی بسیار دشوار بوده و به دلیل سایش شدید ابزار برشی بسیار پرهزینه می باشد. در این میان، ماشینکاری با جت آب و ساینده به دلیل عدم وجود تنشهای حرارتی، نیروی بسیار کم وارد به قطعه کار، عدم تماس مستقیم بین ابزار و قطعه کار، عدم نیاز به تیز کردن ابزار و سازگاری با محیط زیست، کاربرد زیادی در برشکاری مواد سخت و شکننده دارد. لذا در این تحقیق به مطالعه تجربی فرآیند فرزکاری با جت آب و ساینده بر روی سرامیک آلومینیوم اکسید پرداخته شده است. در این راستا تاثیر پارامترهای ورودی از قبیل فشار جت آب، سرعت پیشروی، درصد وزنی ذرات ساینده و فاصله نازل از سطح قطعه کار، بر روی آسیبهای زیرسطحی و مکانیزم های باربرداری (میکرو برش و میکرو شکست) تحلیل شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، مکانیزم غالب براده برداری برای سرامیک آلومینیوم اکسید میکرو شکست میاشد که در آن، عملیات براده برداری از طریق ایجاد میکرو ترک ها و تشکیل میکرو چاله هایی صورت میپذیرد که در ناحیه ای پایین تر از عمق برخورد ذرات ساینده ایجاد می شوند. همچنین مشاهده گردید که با افزایش مقدار فشار، کاهش سرعت پیشروی، کاهش فاصله نازل و افزایش درصد وزنی ذرات ساینده، احتمال تشکیل ترک-های زیرسطحی بیشتر میگردد. بر اساس نتایج آنالیز واریانس، مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار بر عمق آسیب های زیرسطحی به ترتیب عبارتند از فشار جت آب، درصد وزنی ذرات ساینده، سرعت پیشروی و فاصله نازل از سطح قطعه کار.
    کلیدواژگان: فرزکاری با جت آب و ساینده، مکانیزم های باربرداری، آسیب های زیرسطحی، سرامیک آلومینیوم اکسید
  • علی شاه وردی قهفرخی، علیرضا عرب سلغار*، میثم محمدی صفحات 267-283
    در این مطالعه، اثر اندازه و تعداد حفره های بلوک بتنی سبک وزن بر میزان اتلاف حرارت با استفاده از شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور به حداقل رساندن ساده سازی ها، انتقال حرارت ترکیبی جابجایی و تشعشع در حفره های بلوک که در آن ها هوا محبوس شده است بکار گرفته شده است. همچنین در جداره بلوک انتقال حرارت هدایت در نظر گرفته شد. جهت بررسی نحوه قرارگیری حفره های هوا در بلوک، دو قید هندسی در طراحی آن ها اعمال شد که درنتیجه آن 22 پیکربندی ممکن به دست آمد که در آن ها می بایستی حداقل دو و حداکثر نه حفره هوا وجود داشته باشد. به منظور شبیه سازی جریان و انتقال حرارت از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل محدود استفاده گردید. انتقال حرارت طبیعی سه بعدی به صورت پایا با جریان آرام و تراکم ناپذیر در محفظه ها در نظر گرفته شد. به منظور بررسی و مقایسه عملکرد حرارتی بلوک ها، ضریب هدایت معادل تعیین و نتایج به صورت کانتورهای دما و سرعت ارایه گردیدند و درنهایت بهینه ترین پیکربندی های حفره های هوا از دیدگاه انتقال حرارت معرفی شدند. نتایج نشان می دهد که نحوه قرارگیری و اندازه حفره ها تاثیر قابل توجهی در نرخ انتقال حرارت دارد. همچنین لحاظ کردن انتقال حرارت تشعشعی در حفره ها بسیار با اهمیت می باشد.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، انتقال حرارت، ضریب هدایت معادل، بلوک سبک بتنی، حفره
|
  • J. Naofal, H. Moslemi Naeini *, S. Mazdak Pages 1-10
    springback is one of the challenges in the final shape of the steel in the cold roll forming process of the steel plate.The precision of the simulation of metal sheet forming processes for prediction of the springback depends on the stress-strain relationship, the yield function and the selected hardening model and the anisotropy of the material. In this paper, using alternating tension-compression experiment and using simulation in software LS-OPT, the variables of the Yoshida-Uemori hardening model have been obtained for St37 steel. Springback in the final shape of steel plate deformation is a challenge of the roll forming process. Since consideration of the hardening law is important in the springback, various models of hardening law are proposed for more accurate prediction of material behavior. One of the most accurate models in predicting metal behavior is the Yoshida-Uemori hardening model. The experimental tests were also carried out as well as the simulations in the Ls-dyna simulation software with and without Yoshida-Umari hardening. It was shown that the prediction of springback with using the Yoshida-Umari model was more accurate.
    Keywords: Springback, roll forming, Yoshida-Uemori hardening, hardening model
  • T. Mirzababaie Mostofi, M. Sayah Badkhor, H. Babaei * Pages 11-27
    In this paper, a non-dimensional analysis approach has been used to propose three empirical equations based on dimensionless numbers to predict the maximum transverse permanent deflection-thickness ratio of single-layered circular plates under uniformly and locally distributed dynamic loading. The effect of plate geometry, the impulse of applied load, mechanical properties of the plate, the strain-rate sensitivity, the load radius, and the stand-off distance was considered. In order to validate the empirical models, fourteen series of conducted experiments and 562 data points in the state of the art over the past forty years have been used. The obtained results showed good agreement between the model prediction results and the experimental values so that in total 338 experimental data for uniform loading, 75% (255 data) and 94% (318 data) of the data points were distributed in the ±10% and ±20% error range, respectively. In addition, in total 108 experimental data for localized loading without using stand-off distance, 59% (64 data) and 92% (99 data) of data points were distributed in these two ranges, respectively. For the localized loading using the stand-off distance, 68% (79 data out of 116) and 94% (99 data out of 116) of the data points were distributed in the ±10% and ±20% error range, respectively.
    Keywords: Uniform loading, Localized loading, Non-dimensional analysis, Empirical model, circular plate
  • M. Vaseghi *, S. Nazaralizadeh, M. Sameezadeh Pages 29-44
    9Cr1Mo steel is widely used in the construction of power plant components. Since performing periodic repairs is one of the most important requirements for industrial use of 9Cr1Mo steel, in the present study, the repair welding of the steel and post-weld heat treatments was carried out and its effect on the mechanical properties and microstructural evolutions after several stages of repair welding was studied. Therefore, a detailed structure-property relationship of weld metal, base metal, and HAZ using optical microscopy, scanning electron microscopy techniques as well as room temperature tensile test, impact test, and microhardness examinations were found. The results showed that there was a direct relationship between the number of welding repairs and the increase in average hardness. Moreover, the hardness gradient in the several welded samples was significantly higher than the one-pass welded sample. On the other hand, post-weld heat treatment operations increased the number of precipitations in the weld metal and HAZ and the size of primary austenite grains in the weld metal and HAZ was more homogeneous.
    Keywords: 9Cr1Mo steel, Fusion welding, Repair welding, Microhardness, Microstructure
  • H. Parvaz *, N. Sepehry, M. Keyhani Yazdi Pages 45-58
    Jamming of workpiece in the fixture is an unwanted phenomenon which usually occurs during its loading or unloading processes. Investigating the conditions of the jamming occurrence and determining the conditions in which jamming would not occur, are considered as the important steps in the verification stage of the fixture design procedure. In this paper, analytical and experimental analysis is conducted for studying the jamming occurrence conditions using the block and palm study. Theoretical model is established based on the minimum norm principle. The proposed theoretical models in the previous studies which investigated the jamming phenomenon in the quasi-static conditions are also incorporated. Experiments are also designed and implemented for validation of the theoretical predictions. For this purpose, experimental setup is designed and fabricated for the block and palm case study. After measurement of the coefficient of friction between the block, base plate and pal, the jamming-in travel of block (distance in which jamming occurred) is then measured using a rotary encoder and the image processing techniques. The worst-case error equal to 6.8mm (equivalent to 3.8%) is obtained for the jamming-in travel of block between the theoretical predictions and experimental results which indicated the accuracy of the suggested theoretical model.
    Keywords: Block, Palm, Coefficient of Friction, Fixture Design, Minimum Norm Principle, Jamming
  • M. Vahdati *, M. A. Rasooli, M. Gerdooei Pages 59-78

    One of the common processes for the head production is welding which is done by joining preformed sheets. Manufactured product due to assembly error, metallurgical defects and weak mechanical strength of the joint, does not have adequate dimensional and mechanical quality. Therefore, the hot deep drawing is an alternative process in order to solve the aforementioned disadvantages due to the production of one-piece head. In the present paper, theoretical and numerical analysis of the manufacture of a hemispherical thick head made of HY-100 alloy steel with a sheet thickness of 63.5 mm using this process with a blank-holder is presented. In this study, the Johnson-Cook constitutive model is used to describe the flow behavior of the material and the Johnson-Cook damage model is used to predict the probability of failure. It is assumed that the process is carried out isothermal and the strain rate is constant. The results of theoretical analysis showed that the drawing force decreases with increasing temperature, decreasing friction, and increasing the radius of the die curvature. On the other hand, the results of the numerical analysis showed that the head was successfully formed. Also, no trace of wrinkling appeared in the flange and the greatest thickness reduction occured in areas near the top of hemisphere. On the other hand, the thickness of areas close to the flange, increases. The comparison between forces showed that drawing force values obtained from theoretical and numerical analysis under different temperatures and friction conditions differed by a maximum of 10%.

    Keywords: Theoretical Analysis, Finite Element Analysis, Hemispherical Head, Deep Drawing, Johnson-Cook
  • A. Forooghi, M. Safarpour, A. Alibeigloo * Pages 79-94
    In this paper, in order to improve the efficiency of the moving systems, vibrations and stability of axially functionally graded Rayleigh moving micro-beams are studied. Also, to clarify the influences of various parameters such as axially functionally graded, the length of the material characteristics, and the whirling inertia on the stability boundaries of Rayleigh and Euler-Bernoulli beams, a detailed parametric study is done. It is assumed that the material characteristics of the system change linearly or exponentially in longitudinal direction continuously. To calculate the natural frequencies, dynamics configuration, and divergence and flutter instability thresholds of the system, the strain gradient theory, Galerkin discretization method, and an eigenvalue problem are utilized. In addition, the analytical relations are extracted for the critical velocity of the system. Critical velocity contours and stability maps are examined for different distributions. It is demonstrated that the exponential and linear changes lead to a more stable system in the variable state of density and elastic modulus, respectively. Also, the results indicated that increasing the elastic modulus gradient parameter or decreasing the density gradient parameter results in an increase in the natural frequency of the system and a development in the stability regions. Hence, the alteration in the density and elastic modulus gradient parameters has an opposite role in the dynamic behavior of the system.
    Keywords: Axial graded materials, Gradient parameter, Moving beam, critical velocity, instability
  • E. Fathi, Sayyed H. Hashemi* Pages 95-110

    Drop weight tear test (DWTT) is a common experiment to determine the dynamic properties and evaluate the fracture energy of steel specimens. The purpose of present research is presenting experimental, numerical and analytical methods for determination energy transferred to the specimen during impact. Test specimen was cut from an actual spiral seam welded steel pipe with an outside diameter of 1219mm and wall thickness of 14.3mm and then machined to standard size. Then chevron notch was placed in the middle of specimen and test sample was fractured under dynamic loading with initial impact velocity of 6.3m/s. Experiment was impelemented on three specimens by dropping the impactor from 2m height. By drawing and analyzing the energy-displacement and energy-velocity diagrams a linear relation between fracture energy and hammer velocity was. Using this relation by having the impactor velocity in each time, one could evaluate the transferred energy to the specimen and finally the fracture energy of tested specimen. Also, using kinetic energy and potential energy formula by knowing the hammer location and velocity in each time and by neglecting energy losses one could calculate the absorbed energy in the specimen

    Keywords: Drop Weight Tear Test, API X65 Steel, Fracture Energy, Energy Absorbtion, Chevron Notch
  • H. A. Aalam Hakkakan, A. R. Askari* Pages 111-126

    The objective of the present paper is to investigate the static and dynamic responses of geometric non-linear micro-beams, which are made of functionally graded materials, in double-movable-electrode micro-electro-mechanical systems (MEMS). To do so, employing the non-linear strain-displacement relation in such structures based on the von Kármán theory, the governing equations of motion have been obtained by Hamilton’s principle and then solved through the Galerkin weighted residual method. The static and dynamic findings of the present work have been verified by those available in the literature for single-movable-electrode systems. The present static and dynamic results for double-movable-electrode systems have also been compared and successfully validated by those obtained through 3-D finite element simulations carried out in COMSOL commercial software. At the rest of the paper, aside from the influence of the movability of both electrodes, the inertia and material graduation effects on the non-linear response of the system have been investigated. The results reveal that the movability of both electrodes drastically reduces the pull-in voltage of the system.

    Keywords: MEMS, Movability of both electrodes, Geometric non-linearity, Functionally graded materials, Pull-in instability
  • M. Jafariniasar*, A. A Jafari, M. Irani Rahagi Pages 127-140

    In this paper, free vibrations of rotating conical shell with smart patches are investigated. Shell is considered as a thin-wall and equations of motion are obtained from the energy method. Patches are in pairs on the inner and outer shell and play role of sensor and actuator in control of the system. Number of these patches are four. Using classical theory, Love strain- displacement relations, stress-strain relations, and guessed answer with known Location functions and unknown time functions, and Lagrange equation, governing equation of motion as ODE are obtained. The benefit of this method is the non-use of Hamilton's principle and get involved in differentiation and partial integrals. Natural frequencies with and without smart patches in two boundary conditions are compared with results of previous studies and then effect of angular velocity, patches area, boundary conditions and non-homogeneous index of both functionally graded material (shell and smart material) on natural frequency are investigated.

    Keywords: FGM conical, Classical theory, Rotating shell, Smart material
  • H. Sangtarash, H. Ghohani Arab *, M. R Sohrabi, M.R. Ghasemi Pages 141-152
    This study presents a new quadrilateral element for layered finite element analysis of laminated composite plates which is obtained through assemblage of membrane and plate bending elements. The membrane component is a new unsymmetric quadrilateral element with drilling degrees of freedom, in which two different types of displacement fields are used as the test and trial functions. The test function is a new kind of displacement field with drilling degrees of freedom obtained by using interpolation along the element edges. The trial function is a stress field computed through analytical solutions of Airy stress function. The bending component of lroposed element is a non-conforming plate element that its displacement is computed using third-order deformation modes and the rotational field of element is defined by using first-order Jacobean matrix. The results of numerical benchmark problems show that the the proposed element is capable for analysis of laminated composite plates with varius geometry and boundary. The maximum error of the proposed element among the considered numerical problems is only 1.5 percent.
    Keywords: Laminated composite plates, Numerical Analysis, Layered finite element method, Membrane element
  • M. R. Rezaei *, A.R. Albooyeh, M. Shayestefar, H. Shiraghaei Pages 153-162
    In this study, Al matrix hybrid composites reinforced with amorphous/ceramic particles have been produced via powder metallurgy process. Pure aluminum powder particles were blended with various volume fractions of TiH2 and amorphous Fe75Si15B5Zr5 particles. Blended powders were then consolidated through spark plasma sintering (SPS). The microstructure, phase evolution and mechanical properties of composites were examined. Microstructural investigations indicated that the reinforcing particles were segregated along the grain boundaries and mean grain sizes were decreased by increasing the amorphous particles content. Also, increasing the volume fraction of reinforcements had negligible effect on the porosity content of composites. Phase investigations revealed the presence of amorphous phase in the XRD patterns and absence of any undesirable matrix/reinforcement interfacial products. Compared to composite without amorphous reinforcements, the yield strength and hardness of composites contain 15 vol. % of amorphous particles and 1 vol. % of TiH2 particles were enhanced for 35% and 20%, respectively.
    Keywords: Al Matrix Hybrid Composite, Powder Metallurgy, spark plasma sintering, Microstructure, Mechanical Properties
  • H. Karamad, A. Andakhshideh *, S. Maleki Pages 163-175
    In this paper, the nonlinear forced vibrations of nonlocal Euler-Bernoulli nanobeam that is utilized in nanoelectromechanical systems are studied using the analytical method of multiple time scales. Based on non-linear strain gradient elasticity theory, governing equation of Euler-Bernoulli nanobeam with von-karman geometric nonlinearity is derived using Hamilton principle. In the next step, using the Galerkin method, the partial differential governing equations for simply supported boundary conditions are reduced to time variable ordinary nonlinear differential equation. Subsequently, the nonlinear forced vibration equation is solved using a multiple time scalar method. After solving the nonlinear excited equation, primary and secondary resonances of nonlocal nanobeam are studied. The region of acceptable sub-harmonic responses is identified and for different values of nonlocal parameter, the frequency response curves and response amplitudes versus excitation amplitude is plotted in all resonances as primary, super-harmonic and sub-harmonic. These results show that using nonlocal strain gradient theory is a fundamental necessity for analyzing nonlinear vibration of nanobeams. The results of this paper can be used to improve the design and optimization of nanoelectromechanical systems.
    Keywords: Nonlocal strain gradient theory, Nanobeam, Nanoelectromechanical systems, Nonlinear vibrations
  • A. Mohammadi Ahmar, S. Salehi, M. Raisee * Pages 177-192

    In the present paper, Uncertainty Quantification (UQ) of the turbulent flow field and heat transfer of film cooling is investigated. For this end, two stochastic flow and heat transfer parameters, namely, the Reynolds number (Re) and the turbulent Prandtl number (Pr_t) with the uniform Probability Distribution Functions (PDFs), along with six stochastic film cooling parameters, namely, the blowing ratio (M), the density ratio (DR), the turbulent intensity and the length scales of mainstream and coolant flow (I_h,I_c,L_h,L_c) all with the Beta PDF are considered. To quantify uncertainty in different flow conditions, UQ analysis is firstly investigated in the low blowing ratio (i.e., M=0.5) and then in the high blowing ratio (i.e., M=2). The uncertainties are propagated in the turbulent flow field and heat transfer using the Non-Intrusive Polynomial Chaos Expansion (NIPCE) method with polynomial order p=3. The non-deterministic CFD results show that considering stochastic conditions yield to a significant effect on the film cooling effectiveness. In addition, among the considered random parameters, the uncertain variables of Re, DR and M mostly influence the cooling effectiveness. While the remaining of random parameters (i.e. I_h,I_c,L_h and L_c) show a negligible effect.

    Keywords: Uncertainty quantification, Polynomial chaos expansion, Film Cooling, Operational uncertainties
  • M. Siavashi *, P. Mohammadi, M. H. Khaliji Oskuei, K. Ghasemi Pages 193-204

    Activated carbon (AC) is a kind of carbon that because of having tiny and low-volume cavities provides a good contact surface for adsorption and chemical reactions. AC has various applications in industries like filtration, water purification, refrigeration, agriculture, medicine industries and so on. Recognizing thermal properties of AC is valuable to provide an appropriate design of its applications especially in adsorption refrigeration cycles. In such designs the most important parameters of AC bulk is its thermal conductivity and thermal contact conductance resistance with wall. In this study, a test setup is prepared to conduct experimental investigation and estimate required parameters for granular AC. Granular AC with four different densities was packed in a steel closed cylinder and thermal loading was applied on its outside wall. By measuring transient temperature at the center of the cylinder and using inverse thermal methods, thermal conductivity and contact conductance with steel wall were estimated. Results show increase in thermal conductivity and contact conductance between carbon and steel wall as density increases.

    Keywords: Granular activated carbon, Thermal contact conductance, Parameter Estimation, Inverse method
  • M. R. Tavalaee Fard, H. Parhizkar *, M. Garshasbi Pages 205-217
    The air inlet is one of the main components of propulsion systems, whose main task is to supply the required airflow uniformly.This study aims to optimize an S-type inlet used in cruise missiles. The adjoint optimization tools available in fluent software are used for this purpose. In the first step, the method has been validated experimentally. The recovered pressure for the present study is 0.96 %, which has a good agreement with the results from the empirical method In the following, numerical modeling of the airflow is performed in the existing S-shaped duct. Then, using the numerical solution of the adjoint equations, the sensitivity of the cost function to the deformation of duct walls is calculated. According to geometric constraints, the purpose of optimization is to achieve a geometry that can minimize the total pressure drop by minimum geometry changes and provide the required mass flow rates. In the present work, by removing the flow separation region due to adjoint optimization, the total pressure drop has been reduced from 4.6 to 3 percent, and the mass flow rate has increased from 5.1 to 6.5 kg/s.
    Keywords: Cruise missile, S-type air inlet, Adjoint Method, Optimization, Pressure drop
  • M. Nemati, M. Sefid, A.R. Rahmati * Pages 219-236
    In this paper, the effect of changing position of heat source on nanofluid heat transfer under the influence of magnetic field in the wavy channel with variable amplitude and number of oscillations is investigated by Lattice Boltzmann Method. A uniform magnetic field is applied perpendicular to the channel. The first half of the upper channel wall, wavy form with the amplitude and number of variable oscillations at constant cold temperature, and the half of the bottom channel with variable position, are at constant hot temperature. Other walls are insulated for heat and mass. In this study, the effect of parameters such as Reynolds number, nanoparticle volume fraction, Hartmann number, hot wall position and amplitude and number of wavy wall oscillations were evaluated. The results show that at a specific position location of the hot wall, the average Nusselt number increases with the increase of other parameters. The highest heat transfer also occurs when the hot wall is closer to the channel inlet that results in an average 20% increase in the Nusselt number. The effect of increasing the Hartmann number on heat transfer is greater when the hot wall is closer to the channel outlet. Increasing the percentage of nanoparticles increases heat transfer and this effect increases with decreasing Reynolds number.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Nanofluid, Magnetic Field, Wavy channel, Changing the position of the hot wall
  • A. Zarenejad Ashkezari *, M.R. Hadavi Pages 237-251

    In the present study, using artificial neural network, modeling and prediction of NOx, soot and fuel consumption in a direct injection diesel engine is done by applying control variables of engine speed, inlet air temperature and fuel mass injected into the combustion chamber. For this purpose, the empirical experiments were carried out to prepare the necessary modeling and correlation between input and output parameters by neural network. The neural network with the Levenberg-Marquardt training algorithm is designed to train the existing relationship between the above parameters, in which the output variables are modeled completely independently. In other words, for any output such as NOx, the number of hidden layer neurons as well as the lattice control parameters would be quite different from the same parameters for soot or fuel consumption. The results show that the designed neural network reaches accuracy 0.97 for 36 neurons in the hidden layer at 3733th epoch to test the data in NOx modeling. Also, modeling of soot with more neurons and accuracy 0.96 is performed in the 2081th epoch. On the other hand, the test accuracy for modeling fuel consumption for 19 neurons in the hidden layer at 3698th epoch was 0.94 which is due to the uneven distribution of the experimental data over a wide range of modeling ranges. The neural network can also be used as an effective method in direct injection diesel engines intelligent control systems to reduce pollutants and fuel consumption due to its fast convergence and hence short response time.

    Keywords: Artificial Neural Network, modeling, Emissions, Fuel consumption
  • F. Pashmforoush *, R. Beyraghi Baranlou, R. Maroofiazar, A. Hassanpour Babajan Pages 253-265
    Machining of hard and brittle materials such as aluminum oxide ceramic by conventional machining processes is very difficult due to the high hardness and wear resistance of this material, subsurface damages, poor surface quality and severe wear of the cutting tool. In this regard, abrasive water jet machining is widely used for machining of hard and brittle materials due to its excellent properties such as lack of thermal stresses, low machining forces, lack of mechanical contact between the specimen and cutting tool and compatibility with environment. Hence, in this research, abrasive water jet milling of aluminum oxide ceramic was experimentally investigated. In this respect, the influence of input parameters such as water jet pressure, feed rate, abrasive particles weight fraction and nozzle gap was evaluated on subsurface damages and material removal mechanisms (i.e. micro-cutting and micro-fracture). The obtained results indicate that the dominant material removal mechanism for aluminum oxide is micro-fracture, in which, material removal takes place by formation of micro-cracks and micro-craters beneath the abrasives indentation depth. Also, the results demonstrate that the probability of subsurface damages formation increases by increasing the jet pressure, decreasing feed rate, decreasing the nozzle gap and increasing the abrasives weight fraction. The statistical analysis of variance (ANOVA) revealed that the most significant parameters affecting subsurface damage depth are water jet pressure, weight fraction of abrasive particles, feed rate and nozzle gap, respectively. The contribution percentage of these parameters is 54.37%, 31.15%, 12.91% and 1.57%, respectively.
    Keywords: Abrasive water jet milling, Material removal mechanisms, Subsurface damage, Aluminum oxide ceramic
  • A. Shahverdy Ghahfakhri, A.R. Arab Solghar *, M. Mohammadi Pages 267-283
    In this study, heat loss through light weight concrete bricks as a function of the size and number of bricks’ cavities was examined via numerical simulation. To minimize the simplifications, conjugate convection and radiation heat transfer within the brick’s cavities filled with air was considered. Also, in the solid of the brick, conduction heat transfer was taken into account. To assess the orientation of the cavities in the brick, two geometrical constrains were employed in the design of the bricks leading to 22 different layouts for which there should be at least two cavities and at most nine enclosures inside a brick. Computational fluid dynamic approaches based on finite volume method were used for the simulations. 3D natural heat transfer with incompressible laminar flow was assumed in the cavities under steady state conditions. To analyze and compare the results in terms of thermal characteristics, the equivalent coefficient of conduction heat transfer was defined. Also, the results were presented with isotherms and velocity contours. Finally, the best configurations of air cavities in the view point of heat transfer were found. The results demonstrate that the configuration and size of the cavities have profound impact on the rate of heat transfer. Also, considering radiation heat transfer in the cavities is rather important.
    Keywords: computational fluid dynamic, Heat Transfer, equivalent conductivity, lightweight concrete brick, Cavity