فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیستم شماره 9 (شهریور 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/06/31
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مهسا عوض زاده، مرتضی علیزاده، مسلم طیبی* صفحات 2185-2195

    در پژوهش حاضر، کامپوزیت لایه ای Cu/Zn/Al با استفاده 9 پاس فرآیند نورد تجمعی فرآوری شد. پس از آن عملیات حرارتی در دماها (750 تا 950درجه سانتی گراد) و زمان های (10 تا 25دقیقه) مختلف بر روی کامپوزیت های فرآوری به منظور تولید آلیاژ حافظه دار CuZnAl انجام شد. خواص ریزساختاری (کامپوزیت ها و آلیاژ) با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش سنجی اشعه ایکس مورد تحقیق قرار گرفت. خواص کششی و خاصیت حافظه داری کامپوزیت ها و آلیاژهای فرآوری شده با استفاده از آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نشان داد که ناپایداری های پلاستیک و باندهای برشی در لایه های مختلف کامپوزیت های فرآوری شده به وجود می آید. علاوه بر این، کامپوزیتی با توزیع یکنواختی از لایه های تقویت کننده روی و آلومینیوم بعد از 9 پاس نورد تجمعی حاصل شد. استحکام کامپوزیت از پاس اول تا سوم افزایش و سپس از پاس پنجم تا نهم کاهش یافت. سرانجام بیشترین استحکام (330مگاپاسکال) و ازدیاد طول (31/52%) به ترتیب در پاس های سوم و اول حاصل شد. نتایج نشان داد که آلیاژ حافظه دار CuZnAl به صورت موفقیت آمیزی با استفاده از فرآیند نورد تجمعی و عملیات حرارتی پس از آن حاصل می شود. همچنین مشاهده شد که آلیاژ عملیات حرارتی شده در دمای 900درجه سانتی گراد و سردشده در آب یخ شامل فاز مارتنزیت است. علاوه بر این، آلیاژ بازپخت شده در دمای 900درجه سانتی گراد به مدت 15دقیقه حافظه داری خوب و استحکامی در حدود 503مگاپاسکال از خود نشان داد.

    کلیدواژگان: نورد تجمعی، کامپوزیت چندلایه، عملیات حرارتی، اثر حافظه داری، آلیاژ حافظه دار، خواص ریزساختاری و کششی
  • مصطفی سیاح بادخور، مهدی آقاملاطهرانی، توحید میرزابابایی مستوفی، علیرضا نداف اسکوئی* صفحات 2197-2211

    در مکانیک ضربه، اهداف ترکیبی به علت بالابودن مقاومت در برابر نفوذ پرتابه ها، اهمیت ویژه ای دارند. در این مقاله به بررسی تحلیلی و عددی نفوذ پرتابه هایی از جنس تانتالیوم در اهداف نیمه بی نهایت ترکیبی سرامیک- فلز پرداخته شده است. در بخش تحلیلی ضمن بررسی مدل تحلیلی فلوز به ارایه یک مدل تحلیلی اصلاحی جدید نیز پرداخته شده است. اصلاحات انجام شده در مدل تحلیلی فلوز شامل تغییر سرعت پرتابه و سرامیک، زاویه و زمان تشکیل مخروط سرامیکی، فرسایش سرامیک، پرتابه و پشتیبان است. هر کدام از این اصلاحات به تنهایی موجب کاهش یا افزایش عمق نفوذ می شود و انجام همه این اصلاحات با هم موجب بهبود عمق نفوذ شده است. بررسی عددی با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شده است. رفتار پرتابه، سرامیک و آلومینیوم براساس رفتار واقعی مواد و تغییر شکل پذیر مدل شده است. رفتار پرتابه و پشتیبان با معادلات جانسون- کوک و رفتار سرامیک با معادلات پلاستیسیته دراکر- پراگر و معادله حالت مای- گرونیزن مدل سازی شده است. نتایج مدل تحلیلی اصلاحی جدید و شبیه سازی عددی با نتایج تحلیلی سایر نویسندگان و آزمایش های تجربی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده تطابق بسیار خوبی بین نتایج است. مدل تحلیلی اصلاحی جدید، با رفع نواقص مدل فلوز، پیش بینی دقیق تری از عمق نفوذ پرتابه در اهداف ترکیبی سرامیک- فلز دارد و ضعف این مدل را که مربوط به عدم پیش بینی عمق نفوذ در سرعت های پایین است، برطرف کرده است.

    کلیدواژگان: مدل تحلیلی، شبیه سازی عددی، اهداف ترکیبی، سرامیک- فلز، عمق نفوذ
  • رضا عبدی بهنق، هادی عبداللهی*، روژین رجبی صفحات 2213-2221

    در مطالعه حاضر، از فرآیند فشرده سازی برشی برای بازیافت براده های ماشین کاری آلومینیوم و تبدیل مستقیم آنها به قطعات توپر استفاده شد. در این فرآیند، براده های حاصل از ماشین کاری ابتدا درون یک محفظه استوانه ای ریخته می شود، سپس یک ابزار چرخان با سرعت دورانی مشخص که محور آن با محور محفظه در یک راستا قرار دارد به حرکت در آمده و بر روی براده ها قرار می گیرد. در این شرایط دمای درون محفظه به دلیل اصطکاک به وجودآمده بالا می رود و حرکت تا تبدیل همه براده ها به یک قطعه کامل ادامه می یابد. پس از تولید نمونه ها خواصی نظیر چگالی، وجود تخلخل، ریزساختار، سختی و سایش برای قطعات بازیافت شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که امکان تبدیل براده های ماشین کاری آلومینیوم به یک قطعه کاملا توپر و بدون تخلخل با چگالی حدود 67/2 گرم بر سانتی متر مکعب و با سختی بیش از نصف سختی فلز پایه، از طریق فرآیند فشرده سازی برشی امکان پذیر است. از طرفی به دلیل میزان حرارت ایجادشده در حین فرآیند، مرز دانه ها به واسطه ایجاد تبلور مجدد دینامیکی از بین رفته و ریزساختاری با دانه بندی جدید به دست آمده است. همچنین بررسی مجموع نتایج و خواص قطعات بازیافت شده نشان داد که قطعه تولیدشده توسط این فرآیند این قابلیت را دارد که به صورت مستقیم و یا پس از یک فرآیند تولید ثانویه به یک قطعه صنعتی تبدیل شود.

    کلیدواژگان: آلومینیوم، بازیافت، براده ماشین کاری، فشرده سازی برشی، ریزساختار
  • فرهاد صادق مغانلو*، المیرا غضنفری ججین، محمد وجدی حکم آباد، شاپور جعفرقلی نژاد صفحات 2223-2234

    مطالعه رفتار سیال در مقیاس میکرو، با نام مایکروفلوییدیک شناخته می شود که در بسیاری از زمینه های علمی مورد توجه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، تولید قطره در یک میکروکانال به صورت عددی و تجربی بررسی شده است. دو میکروکانال به روش لیتوگرافی نرم ساخته شدند و نتایج مربوط به تولید قطره در آنها مقایسه شد. با استفاده از دو سیال غیرقابل امتزاج آب (سیال پراکنده) و روغن (سیال پیوسته) و در نسبت های مختلف جریان، فرآیند تشکیل قطره بررسی شد. تصاویر حاصل از مراحل تشکیل و عبور قطرات در میکروکانال ها با استفاده از روش پردازش تصویر تحلیل شد. نتایج حاصل نشان دادند که با افزایش نسبت دبی سیال پراکنده به سیال پیوسته، ضمن افزایش سایز قطرات، فاصله تشکیل قطرات (فاصله بین قطرات تولیدشده) افزایش یافته و فرکانس تولید قطرات کاهش می یابد. همچنین هندسه جدید پیشنهادشده منجر به تولید قطراتی ریزتر با فرکانس تولید بیشتر می شود. با توجه به تغییرات در دبی جریان سیالات مورد بررسی، در هندسه پایه قطر قطرات بین 117 تا 700میکرومتر و در هندسه پیشنهادی بین 46 تا 466میکرومتر است. در هندسه پیشنهادشده علاوه بر کاهش در اندازه قطرات تولیدی فرکانس تولید نیز افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: میکروکانال، تولید قطره، پردازش تصویر، کشش سطحی
  • ساناز نظرعلیزاده، مجید واثقی*، محمود سمیع زاده صفحات 2235-2243

    یکی از پرکاربردترین فولادهای به کاررفته در بویلرهای نیروگاهی سراسر دنیا، فولاد P91 است و استفاده گسترده تر از این فولاد در برنامه ریزی آینده نیروگاه های ایران قرار دارد. فرآیند پیش گرم، کنترل دمایی بین پاس های جوشکاری و عملیات حرارتی پس از جوشکاری، به منظور به دست آوردن چقرمگی و مقاومت به خزش مطلوب، مورد نیاز است. کنترل دماهای پیش گرم و از آن مهم تر پس گرم برای جلوگیری از باقی ماندن هیدروژن و مشکل ترک بسیار ضروری است. در این مقاله تاثیر عملیات حرارتی PWHT و خشک کردن الکترود بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد گرید 91 تحت جوشکاری قوسی با الکترود دستی چند پاسه مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی خصوصیات جوش، پس از اعمال سه سیکل مختلف جوشکاری، مطالعات ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی FESEM و همچنین آزمون کشش در دمای اتاق، انجام شد. نتایج نشان داد استفاده از الکترود مرطوب و عدم استفاده از پس گرم بلافاصله پس از جوشکاری، استحکام نهایی و تنش تسلیم را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. از سوی دیگر، انجام عملیات پس گرم سبب افزایش تعداد رسوبات در فلز جوش و HAZ شده و اندازه دانه های آستنیت اولیه در فلز جوش و HAZ، همگن تر می شود.

    کلیدواژگان: فولاد P91، جوشکاری قوسی با الکترود دستی، استحکام کششی، ریزساختار
  • مسعود یاراحمدی، محمدمحسن شاه مردان*، محسن نظری صفحات 2245-2253

    جوشش جریانی مادون سرد زمانی رخ می دهد که دمای توده سیال کمتر و دمای سطح تماس بیشتر از دمای اشباع متناظر با فشار سیال باشد. یکی از راه های افزایش مکانیسم انتقال حرارت استفاده از فوم های فلزی با تخلخل بالا در کانال ها است که دارای نسبت مساحت سطح به حجم بالا است که باعث افزایش سطح انتقال حرارت و همچنین افزایش ضریب انتقال حرارت کانال می شود. در مطالعه حاضر، با ساخت بستر آزمایشگاهی به بررسی تجربی تاثیر ماده متخلخل بر انتقال حرارت جریان جوشش مادون سرد بین دو لوله هم مرکز عمودی (لوله انلیوس) با قطر داخلی و خارجی به ترتیب 50/7 و 70/6میلی متر در فشار اتمسفریک و سیال کاری آب پرداخته شده است. فوم فلزی به کاررفته از جنس نیکل با ppi10 و تخلخل 95% است و اثر پارامترهایی مانند شار حرارتی و دبی جرمی بر ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش که محدوده دبی جرمی 0/012 تا kg/s0/286 است، نشان می دهد که در طول تمام مراحل آزمایش انتقال حرارت از دو مکانیسم جابه جایی اجباری و جوشش جریانی تشکیل می شود که اثر هر یک از پارامترهای فوق بر این دو مکانیسم انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با کاهش دبی جرمی در محدوده ذکرشده در ناحیه جوشش مادون سرد، ضریب انتقال حرارت تا 30% افزایش می یابد؛ همچنین استفاده از محیط متخلخل، ضریب انتقال حرارت جریان جوشش مادون سرد را تا حدود 30% افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت، جریان جوشش مادون سرد، دو لوله هم مرکز، فوم فلزی
  • صدیقه حسین زاده صالحکوه، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 2255-2262

    فرآیند جوشکاری نقطه ای به دلیل قابلیت ایجاد اتصالی باکیفیت بین صفحات فلزی و عدم وجود محدودیت های موجود در روش های قدیمی جوشکاری مانند عدم امکان جوشکاری فلزات با اختلاف نقطه ذوب بسیار زیاد، به عنوان یکی از سریع ترین و اقتصادی ترین روش ها مورد توجه قرارگرفته است. در این روش در اثر ضربه با سرعت بالا در سطح صفحات اتصال اتمی ایجاد می شود و صفحات فلزی به یکدیگر جوش می خورند. در پژوهش حاضر، از سامانه انفجار مخلوط گازها برای انجام آزمایش های جوشکاری نقطه ای ضربه ای استفاده شده است. همچنین، ورق فولادی با ضخامت 4میلی متر به عنوان ورق پایه و ورق های فولادی با ضخامت 1، 2 و 3میلی متر به عنوان لایه جلویی تحت برخورد مستقیم پرتابه های فلزی با شکل دماغه مسطح و کروی با جرم های 650 و 1300گرم قرار گرفته اند. قطر پرتابه ها 25میلی متر و میانگین سرعت پرتابه ها 600متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی مورفولوژی فصل مشترک اتصالات تحت جوشکاری نقطه ای ضربه ای با پرتابه، فصل مشترک جوش با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تاثیر ضخامت صفحه پرنده و فاصله بین لایه ای بر جوشکاری نقطه ای ورق ها در اثر ضربه پرتابه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت صفحه پرنده احتمال شکل گیری ناحیه مرکزی آسیب دیده کاهش می یابد. همچنین نتایج حاکی از آن بود که اگر فاصله بین لایه ای بالاتر از حد معینی بین صفحات اعمال شود، دیگر سرعت ضربه برای ایجاد جوش پیوسته کافی نیست.

    کلیدواژگان: اتصال حالت جامد، جوش نقطه ای ضربه ای، میکروسکوپ الکترونی، روش انفجار مخلوط گازها
  • حمزه فرح زادی، سید حسن هاشم آبادی*، منصور شیروانی صفحات 2263-2274

    استفاده از جریان سنج گردابه ای از لحاظ اقتصادی مقرون‎به صرفه و از لحاظ فنی به‎ دلیل نصب آسان، قابلیت اطمینان و دقت بالا توجیه پذیر است. مکانیزم اندازه گیری در این نوع جریان سنج ها، اندازه گیری فرکانس گردابه های ایجادشده در پشت بدنه مانع است؛ بنابراین در صورت حضور ناخواسته ذرات و تغییر مشخصه های گردابه ها، خطای اندازه گیری می تواند زیاد شود. در این تحقیق اثر پارامترهای تاثیرگذار در جریان دوفازی گاز- ذره مانند قطر ذرات، چگالی ذرات، کسر حجمی و میزان بارگذاری جرمی ذرات روی عملکرد جریان سنج گردابه ای با استفاده از شبیه سازی CFD مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که کسر حجمی و قطر ذرات مهم‎ترین پارامترهای اثرگذار روی عملکرد جریان سنج گردابه ای هستند و فرکانس گردابه را تغییر می دهند. فرکانس گردابه در جریان سنج گردابه ای رابطه مستقیم با متوسط سرعت سیال دارد. همچنین طبق رابطه Q=VA متوسط سرعت سیال در یک سطح مقطع ثابت A متناسب با دبی حجمی سیال (Q) است. میکروذرات با توجه به اینکه از گردابه اولیه خود خارج نمی شوند فرکانس گردابه را تغییر نمی دهند، در حالی که ذرات درشت می توانند تا 20% این فرکانس را کاهش دهند. زمانی که کسر حجمی زیاد می شود فرکانس گردابه ها کاهش پیدا می کند و در کسرهای حجمی بالا، نوسانات تشکیل شده در پشت بدنه مانع ناپایدار می شوند؛ بنابراین از آنجا که اندازه و کسر حجمی ذرات روی فرکانس گردابه و سرعت سیال اثر می گذارند، دبی حجمی اندازه گیری شده توسط جریان سنج گردابه ای تحت تاثیر حضور ذرات قرار می گیرد. به منظور اعتبارسنجی، نتایج شبیه سازی ها با داده های تجربی مقایسه شده اند. حداکثر خطا برای جریان های تک فازی 0/46% و برای جریان های دوفازی گاز-ذره 6/72% مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: جریان سنج گردابه ای، جریان دوفازی گاز- ذره، فرکانس گردابه در پشت بدنه مانع، شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی
  • سید سماالدین محیط زاده، سید حجت هاشمی* صفحات 2275-2287

    در این تحقیق اثر تغییرات تکانه ضربه زننده بر انرژی شکست فولاد API X65 در آزمایش ضربه شارپی مورد بررسی عددی و تجربی قرار گرفت. در آزمایش های تجربی سرعت برخورد بین 3/50 تا m/s5/72 متغیر بود که تامین کننده انرژی برخورد بین 450 تا 1200ژول بود. نتایج تجربی نشان داد که با افزایش سرعت برخورد، میزان انرژی شکست صعودی است؛ به طوری که با 63% افزایش سرعت برخورد، انرژی شکست 15% افزایش می یابد و دلیل آن، وابستگی خواص ماده به نرخ کرنش و افزایش مقاومت شکست فولاد در نرخ بارگذاری بالاتر است. تحلیل عددی در دو بخش توسط نرم افزار آباکوس انجام شد. در بخش نخست، سرعت ضربه زننده به میزان m/s5/5 ثابت فرض شد که با تغییر جرم، انرژی ضربه از 300 تا 1200ژول تغییر کرد. در بخش دوم، جرم ضربه زننده به میزان kg50 ثابت و با تغییر سرعت، انرژی برخورد بین 625 تا 1600ژول متغیر بود. نتایج شبیه سازی نشان داد که تغییر جرم در سرعت ثابت تاثیری بر انرژی شکست ندارد و برای تمامی حالات انرژی شکست حدود 265ژول است. اما افزایش سرعت با جرم ثابت باعث کاهش ناچیزی در حدود 5% در میزان انرژی شکست شد. دلیل تفاوت بین نتایج تجربی و عددی، عدم درنظرگرفتن اثر نرخ کرنش بر خواص مکانیکی مصالح در تحلیل عددی است.

    کلیدواژگان: آزمایش ضربه شارپی، فولاد API X65، انرژی شکست، تغییرات تکانه، سرعت برخورد، نرخ کرنش
  • محدثه فدائی، علیرضا داوری*، فریدون ثابت قدم، محمدرضا سلطانی صفحات 2289-2302

    توربین های باد یکی از مهم ترین تجهیزات تولید انرژی تجدیدپذیر بوده و بهبود راندمان آنها منجر به بهره وری بیش ازپیش از انرژی های پاک می شود. از جمله مشکلات عمده در کاربرد توربین های باد وقوع پدیده جدایش جریان بر روی پره توربین است. در مقاله حاضر، اثر عملگر پلاسما تخلیه سد دی الکتریک بر روی کنترل جدایش جریان اطراف یک مقطع بحرانی پره توربین برق- بادی 660کیلووات طراحی شده در داخل ایران مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، آزمون تجربی جهت صحت سنجی و اطمینان از دقت مدل سازی ها صورت پذیرفت. پس از حصول انطباق قابل قبول، شبیه سازی های عددی دوبعدی با وجود عملگر پلاسما در شرایط عملکردی و زوایای حمله مختلف انجام گرفت. در مدل سازی عددی عملگر از اخیرترین مدل الکتروستاتیک ارتقایافته استفاده شده است. جریان عبوری از روی ایرفویل تراکم ناپذیر و سرعت جریان آزاد 20متر بر ثانیه و مکان نصب عملگر در لبه حمله ایرفویل است. نتایج به دست آمده حاکی از تاثیر قابل ملاحظه فرکانس و ولتاژ عملگر بر ضرایب برآ و پسا و راندمان آیرودینامیکی ایرفویل است. با افزایش فرکانس و ولتاژ و در نتیجه القای جریان و افزایش مومنتم داخل لایه مرزی بازیافت فشار در ناحیه ویک بهتر صورت گرفته و نقطه جدایش به تعویق می افتد. روند خطی بین تاثیر فرکانس بر تغییر ضرایب آیرودینامیکی ملاحظه شد. همچنین بهبود راندمان آیرودینامیکی در این مطالعه بیشتر از 800% و جابه جایی نقطه جدایش تا حدود 50% طول وتر حاصل شد.

    کلیدواژگان: عملگر پلاسما تخلیه سد دی الکتریک، فرکانس، ولتاژ، مدل الکتروستاتیک ارتقایافته
  • امیررضا اردبیلی، محمدرضا فراهانی* صفحات 2303-2312

    از تجزیه و تحلیل تصاویر حرارتی می توان جهت شناسایی و تشخیص عیوب جدایش در فصل مشترک ورق های چندلایه استفاده نمود. نمونه های ساخته شده برای انجام آزمایش، ورق های دوجنسی آلومینیوم- کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربنی و آلومینیوم- کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه بودند که در فصل مشترک فلز- کامپوزیتی، جهت ایجاد جدایش بین لایه ای، صفحاتی از جنس کپتون با ابعاد مختلف، جاسازی شدند. الگوی جای گیری عیوب طوری طراحی شد که عیوب در لبه و مرکز ورق به طور همزمان مورد آزمایش قرار گیرند. در این پژوهش اثرات موقعیت و ابعاد عیب جدایش به روش دمانگاری پالسی شناسایی و بررسی شد. در ادامه عوامل تاثیرگذار بر دقت اندازه گیری ابعاد عیوب مورد بررسی قرار گرفتند. در تصاویر حرارتی به دست آمده تقریبا تمامی عیوب به روش دمانگاری پالسی قابل شناسایی بودند و با افزایش اندازه عیب، اختلاف حرارتی عیب با مناطق سالم افزایش پیدا کرد. مشخص شد که عیوب در زمینه فیبرکربنی، تا میانگین یک درجه سانتی گراد اختلاف حرارتی بیشتری نسبت به زمینه فیبر شیشه پیدا می کردند. با این وجود، نتایج به دست آمده نشان دادند که دقت اندازه گیری ابعاد عیوب در زمینه الیاف شیشه ای تا 2 برابر نسبت به زمینه الیاف کربنی بالاتر است.

    کلیدواژگان: آزمون غیرمخرب، دمانگاری فعال، ورق دوجنسی فلز- کامپوزیت، دمانگاری پالسی
  • مجتبی ضیاءشمامی، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی، حسین خدارحمی صفحات 2313-2329

    در این مقاله، مکانیسم تغییر شکل بزرگ پلاستیک و شکست ورق های دایره ای تک و چندلایه تحت بارگذاری دفعی مکرر یکنواخت مورد بررسی قرار گرفت. برای انجام یک سری آزمایش (67 آزمایش) بر روی ورق های آلیاژ آلومینیوم با ساختارهای مختلف از سامانه آونگ بالستیک استفاده شد. سه نوع لایه بندی مختلف شامل ساختارهای تک لایه، دولایه و سه لایه هم جنس در نظر گرفته شد و تحت محدوده وسیعی از جرم خرج از 1/5 تا 12/5گرم تا پنج دفعه جهت بارگذاری مکرر آزمایش شد. نتایج آزمایشگاهی حاکی از تغییر شکل بزرگ پلاستیک همراه با نازک شدگی در مرزهای گیردار و همچنین پاره شدن برخی آزمایش ها است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش جرم خرج و تعداد دفعات انفجار، بیشترین خیز دایمی ورق ها افزایش می یابد. از طرف دیگر، با افزایش تعداد انفجارها، خیز پیش رونده ورق در مرکز آن به صورت نمایی کاهش می یابد. علاوه بر این، در بخش مدل سازی عددی، از شبکه عصبی از نوع GMDH برای ارایه یک مدل ریاضی بر مبنای اعداد بی بعد جهت پیش بینی بیشترین خیز دایمی ورق های دایره ای تک و چندلایه تحت بارگذاری دفعی مکرر یکنواخت استفاده شد. به منظور افزایش قابلیت پیش بینی شبکه عصبی پیشنهادی برای این فرآیند، داده ها به دو دسته آموزش و پیش بینی تقسیم شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که توافق خوبی بین مدل ارایه شده با مقادیر تجربی برقرار است، به طوری که به ترتیب تمامی و 77% از نقاط مربوطه به ساختارهای تک لایه و چندلایه در محدوده خطای کمتر از 10% قرار گرفتند.

    کلیدواژگان: بارگذاری دفعی مکرر، ساختار چندلایه، ورق دایره ای، مطالعه آزمایشگاهی، مدل شبکه عصبی
  • مسلم محمدی سلیمانی*، سمیه میرزاده صفحات 2331-2341

    با توجه به اهمیت آسیاهای گردان در صنایع و کارخانه های فرآوری و عدم وجود یک مدل قابل قبول برای شناسایی و پیش بینی عملکرد آنها، بهینه سازی این سیستم های پیچیده، غیرخطی و بزرگ ضروری است. در این مقاله بهینه سازی چند هدفه آسیای گردان بررسی شده است. به منظور بررسی پارامترهای عملیاتی آسیا مانند سرعت، شارژ گلوله، غلظت و حجم دوغاب بر فرآیند خردایش، سایش لاینرها و توان کشی می توان به شبیه سازی، مدل سازی و ساخت یک مدل آزمایشگاهی با ابعاد کوچک تر از آسیای واقعی پرداخت. برای این منظور از آسیای آزمایشگاهی به قطر یک و طول 5/0متر استفاده شد. خوراک ورودی آسیا، دوغابی از سنگ معدن مس با ابعاد کمتر از یک اینچ است. آزمایش ها در سرعت های بین 65 تا 85% سرعت بحرانی، برای شارژهای گلوله 10 تا 30% حجم آسیا، دوغاب هایی با 40 تا 80% جامد و حجم پرشدگی دوغاب بین 0/5 تا 2/5 برابر حجم مفید گلوله ها، انجام گرفته است. در این مقاله داده های حاصل از آزمایش ها برای ایجاد قواعد فازی و ویرایش این قواعد به کمک شبکه های عصبی به کار گرفته شده است تا به عنوان تابع هزینه در الگوریتم تکاملی چند هدفه استفاده شود. نتایج نهایی به صورت نقاط غیرمغلوب پارتو استخراج شده و به کمک دیاگرام های سطح، محدوده بهترین مقدار به دست آمد. به صورت کلی در سرعتی بین 70 تا 80% سرعت بحرانی، شارژ گلوله ای بین 15 تا 20% حجم آسیا، دوغابی با غلظت 60 تا 70% جامد و حجم دوغاب بین یک تا 1/5 برابر حجم مفید گلوله، خردایش بهینه در آسیا اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: آسیای گردان، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی- فازی، منطق فازی
  • مهدی احمدی، حمیدرضا رضایی آشتیانی* صفحات 2343-2354

    فرآیند آهنگری هم دما قابلیت تولید قطعات پیچیده صنعتی از آلیاژهایی که دارای قابلیت شکل پذیری بالایی نیستند مانند آلیاژهای آلومینیوم را دارا است. حذف اختلاف دمایی بین قطعه و قالب در این روش، باعث از بین بردن مشکل سردشدن قطعه در اثر انتقال حرارت به قالب ها می شود. در این پژوهش آهنگری هم دمای آلیاژ آلومینیوم 6061 در شرایط مختلف فرآیندی شامل نوع روانکار، ابعاد و اندازه شمش اولیه، دما و سرعت تغییر شکل، برای تولید یک قطعه صنعتی پیچیده به صورت عددی و تجربی بررسی شد. برای انجام شبیه سازی این فرآیند از نرم افزار المان محدود Deform 3D استفاده شد. مقایسه نتایج تجربی و عددی آهنگری هم دما تطابق خوب نتایج را نشان داد. بهترین ابعاد شمش اولیه برای قطعه مورد مطالعه، استوانه ای با قطر اولیه 35 و ارتفاع اولیه 32میلی متر است. افزایش دما، کاهش سرعت تغییر شکل و استفاده از روانکار مناسب مقدار نیروی لازم برای آهنگری را کاهش داد. کاهش سرعت تغییر شکل از 25 به 2/5میلی متر بر ثانیه، نیروی لازم جهت آهنگری را تا 1/8 برابر کاهش داد. افزایش دمای آهنگری از 380 به 530درجه سانتی گراد مقدار نیروی آهنگری را تا حدود 3/5 برابر و سختی قطعه را تا حدود 20% کاهش داد. نتایج نشان داد به دلیل پیچیدگی قطعه آهنگری شده، نواحی مختلف قطعه تحت تاثیر مقادیر کرنش مختلف قرار می گیرد که این امر موجب تغییر درصد فازهای ثانویه همچون فاز Mg2Si در این نواحی می شود.

    کلیدواژگان: آهنگری هم دما، آلیاژ آلومینیوم 6061، نیروی آهنگری، میکروسختی، میکروساختار، فاز ثانویه Mg2Si
  • علیرضا قلی زاده، مجید الیاسی*، محمدجواد میرنیا، روح الله جماعتی صفحات 2355-2362

    قطعات دوفلزی، به علت خواص آنها به ویژه استحکام به وزن بالا، خواص مکانیکی بهتر و در عین حال کاهش هزینه و کاهش وزن نسبت به قطعات تک فلزی، کاربردهای زیادی در صنایع شیمیایی، نفتی، مبدل های حرارتی و مخازن تحت فشار دارند. از بین فرآیندهای مختلف که برای تولید این قطعات کاربرد دارند، اکستروژن به دلیل ایجاد تنش فشاری و امکان ایجاد پیوند متالورژیکی یک انتخاب مناسب برای شکل دهی قطعات دوفلزی است. در پژوهش حاضر، تاثیر دما بر تولید قطعات دوفلزی در حالت مس پوسته و آلومینیوم هسته به روش اکستروژن مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش، نحوه اتصال دولایه فلز برای نسبت کاهش ضخامت 45% برای سه دمای 200، 300 و C 400 انجام شد. همچنین خواص مکانیکی با استفاده از آزمون کشش تک محوره و ریزساختار با عکس برداری از فصل مشترک با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که در نسبت کاهش ضخامت 45% در دمای C 200 اتصال قابل قبولی میان دو لایه به وجود نیامد و پس از فرآیند و برش قطعه، دو لایه از هم جدا نشدند ولی اتصال ضعیفی برقرار شد. تصاویر میکروسکوپی در دمای C 300 نشان داد که این دما، آستانه اتصال دو لایه بوده و در نهایت در دمای C 400 اتصال مناسب تری در فصل مشترک قطعه دوفلزی به دست آمد.

    کلیدواژگان: اکستروژن مستقیم، قطعه دوفلزی، مرز اتصال، دما بالا
  • رضا اکبری*، یحی عجب شیرچی، فرید حقیقت شعار صفحات 2363-2375

    با توجه به رشد روزافزون قیمت حامل های انرژی و کاهش ذخایر سوخت فسیلی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر پر اهمیت تر می شود. در این پژوهش امکان استفاده از سامانه های هیبریدی انرژی در مقیاس کوچک جهت تامین برق مصرفی یک واحد دامپروری در شهرستان میانه مورد ارزیابی قرار گرفت و به این منظور سه منبع توربین بادی، فوتوولتاییک و ژنراتور دیزلی از لحاظ زیست محیطی، فنی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار گرفت. این ارزیابی توسط نرم افزار تحلیل انرژی هومر صورت گرفت و نتیجه آن نشان داد که استفاده از یک ژنراتور دیزلی، کم هزینه ترین راه کار است. سپس به ترتیب استفاده از ترکیب ژنراتور دیزلی با سیستم های فوتوولتاییک، توربین بادی و ژنراتور و در نهایت آرایش سه گانه ژنراتور دیزلی به همراه استفاده از فوتوولتاییک و توربین بادی کمترین هزینه را به دنبال داشت. اما به لحاظ زیست محیطی، استفاده از سیستم هیبریدی سه گانه ژنراتور دیزلی 38، فوتوولتاییک 51 و توربین بادی 11% کمترین میزان انتشار آلایندگی را به همراه داشت، به طوری که در مقایسه با دیزل تک گانه انتشار کربن دی اکسیدکربن را 4/38% کاهش می داد. با احتساب شاخص بازگشت سرمایه که یک شاخص اصلی در طرح مسایل امکان سنجی است، زمان بازگشت سرمایه برای استفاده از ژنراتور دیزلی بیش از 3 سال و 7 ماه به دست آمد؛ در حالی که در راه کار استفاده از ژنراتور دیزل- فوتوولتاییک این شاخص کمتر از یک سال حاصل شد، که از این لحاظ این آرایش در رتبه نخست قرار گرفت.

    کلیدواژگان: سیستم های هیبریدی، انرژی تجدیدپذیر، نرم افزار هومر، تحلیل زیست محیطی و اقتصادی
  • حمید هاشمی، سید حجت هاشمی* صفحات 2377-2388

    در لوله های فولادی جوش کاری شده انتقال گاز، ناحیه جوش به دلیل نواقص ذاتی ساختاری می تواند منطقه مستعد جهت شروع و رشد ترک و نهایتا آسیب سازه باشد. به دلیل شرایط خاص منطقه جوش، بررسی انرژی شکست در درزجوش لوله های فولادی برای مهندسین و طراحان خط دارای اهمیت است. در این مقاله آزمایش خمش سه نقطه ای (مطابق هندسه نمونه استاندارد آزمایش ضربه سقوطی) به صورت شبه استاتیکی بر روی درزجوش مارپیچ و فلز پایه لوله فولادی نوع API 65 انجام و نمودار نیرو برحسب جابه جایی استخراج شده است. وجود افت های ناگهانی نیرو در نمودار نیرو- جابه جایی نمونه درزجوش نشان دهنده ساختار نامتجانس جوش است. با ترسیم نمودار نیرو- جابه جایی، نیروی تسلیم و حداکثر، مقدار رشد ترک پایدار و انرژی شکست نمونه های فلز پایه و درزجوش شامل انرژی شروع و رشد ترک بررسی و مقایسه شد. همچنین نسبت افت نیرو به نیروی نهایی در میزان جابه جایی یکسان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده بالاتربودن نیروی تسلیم و پایین تربودن نیروی حداکثر، مقدار رشد ترک پایدار و انرژی شکست نمونه درزجوش نسبت به نمونه فلز پایه است. همچنین پایین تربودن نسبت افت نیرو به نیروی نهایی (در یک جابه جایی یکسان) در فلز پایه، مقاومت بالای فلز پایه در برابر گسترش ترک را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: لوله انتقال گاز، فولاد API 65، آزمایش خمش سه نقطه ای، درزجوش، انرژی شکست
  • محمد مهرابی نسب، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 2389-2401

    از مهم ترین اهداف شبیه سازی عملیات ماشین کاری، پیش بینی رفتار دینامیکی فرآیند است. بنابراین بررسی و تحلیل پارامترهای اثرگذار بر روی دینامیک فرآیند از اهمیت بالایی برخودار است. از عوامل مهم و اثرگذار، ارتعاشات ماشین کاری است. در این مقاله شرایط ارتعاشی حاکم بر فرآیند، توسط مدل سازی دینامیکی ابزار بورینگ بررسی شده است. نسبت طول به قطر بالای ابزار بورینگ و انعطاف پذیری آن سبب ارتعاشات ماشین کاری می شود. دامنه ارتعاشات نوک ابزار تابعی از مشخصات دینامیکی ابزار است که می تواند منجر به پایداری یا ناپایداری فرآیند شود. در نسبت های طول به قطر پایین، صلبیت ابزار بالا است و فرآیند در اکثر شرایط برشی در محدوده پایداری قرار دارد. ثوابت دینامیکی ابزار با استفاده از نتایج آزمون ضربه استخراج و مدل سازی دینامیکی فرآیند با استفاده از روش مدل سازی جسم صلب، در نرم افزار ایسیس (ACIS) که ماهیت هندسی مبتنی بر نمایش مرزی (B-rep) دارد، پیاده سازی شده است و یک روش نوین برای شبیه سازی معادله دینامیکی ابزار با استفاده از روش مدل سازی جسم صلب در یک محیط دقیق هندسی ارایه شده است. برای توسعه مدل دینامیکی نیرو در حوزه زمان از ثوابت برشی استخراج شده توسط روش ساختارگرا استفاده شده است. همچنین پارامترهای دینامیکی حوزه زمان از قبیل نیرو، شتاب و جابه جایی در محیط سیمولینک شبیه سازی شده اند. نتایج موید این است که مدل هندسی ارایه شده با درنظرگرفتن دینامیک ابزار به خوبی قادر به تخمین سیگنال نیرو و تغییرات مساحت براده است.

    کلیدواژگان: بورینگ، شبیه سازی هندسی، دینامیک، ایسیس
  • عطیه کیایی نژاد، حامد مقتدری*، نیاز محمد محمودی، سید محمد معروفی صفحات 2403-2412

    یکی از فناوری های مورد توجه برای تولید زیستی انرژی، پیل سوختی میکروبی است. پیل سوختی میکروبی به عنوان روشی جدید برای تصفیه پساب و تولید برق همزمان مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش میکروارگانیسم ها در نقش کاتالیست ظاهر شده تا انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد آلی را در شرایط بی هوازی به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. در این پژوهش یک پیل سوختی میکروبی طراحی و ساخته شد که در آن از میکروارگانیسم های موجود در پساب شهری برای تولید برق استفاده شد. در پیل سوختی میکروبی ساخته شده از ساختاری تک محفظه استفاده شد که در مجاورت آند قرار دارد که با لجن بی هوازی موجود در پساب شهری تغذیه شد. در پیل سوختی حاضر، کاتد هوایی مورد استفاده قرار گرفت که با غشای انتقال پروتون از محفظه آند جدا شد. به منظور اندازه گیری ولتاژ در شدت جریان های مختلف، از مقاومت خارجی متغیر و مولتی متر دیجیتال با قابلیت ذخیره داده ها استفاده شد. در این مطالعه، مقدار ولتاژ تولیدی در اثر تغییرات نوع مخلوط میکروارگانیسم، نوع پیش ماده و مقاومت بررسی شد. از بین دو نوع پیش ماده ملاس و ویناس صنعتی، ویناس صنعتی ولتاژ بیشتری را تولید کرد. بیشینه چگالی جریان در مقاومت 200اهم، 312/7843میلی آمپر بر متر مربع و بیشینه چگالی توان در مقاومت 600اهم و چگالی جریان 201/41میلی آمپر بر متر مربع، به مقدار 685/60میلی وات بر متر مربع اندازه گیری شد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی میکروبی، میکروارگانیسم، لجن بی هوازی فاضلاب، ملاس، ویناس
  • سید محمدجواد حسینی، فتح الله قدس*، حمیدرضا محمدیان سمنانی صفحات 2413-2421

    در این تحقیق، مطالعه بر روی خواص مکانیکی و ریزساختاری آلیاژ آلومینیوم AA5051 که در دمای 200درجه سانتی گراد و در مسیر BC و در 4 پاس تحت فرآیند فشارش زاویه ای در کانال های هم مقطع (ECAP) قرار گرفته اند، انجام شد. فرآیند ECAP در یک قالب با زاویه بین دو کانال φ برابر با 120درجه و زاویه کمان بیرونیΨ  برابر با 20درجه انجام گرفت. نتایج آزمون کشش تک محوره نشان داد که استحکام کششی ماده از 115مگاپاسکال در نمونه بازپخت شده اولیه به 239مگاپاسکال در نمونه پاس چهارم در مسیر BC می رسد که نشان می دهد استحکام در نمونه های ECAPشده افزایش داشته است. همچنین درصد تغییرات طول نیز در پاس های متوالی ابتدا کاهش و سپس تا حدودی افزایش می یابد. بررسی ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و شکست نگاری نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. اندازه دانه از 123میکرومتر در نمونه بازپخت شده به 18میکرومتر در نمونه پاس چهارم در مسیر BC رسید. سختی از 51 در نمونه بازپخت اولیه تا 90ویکرز در پاس چهارم افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: ECAP، تغییر شکل پلاستیک شدید، استحکام، آلیاژ AA5051
|
  • M. Avazzadeh, M. Alizadeh, M. Tayyebi* Pages 2185-2195

    In the present study, Cu/Zn/Al multi-layered composite was processed by accumulative roll bonding (ARB) through nine passes. Afterwards, heat treatment processes at various temperatures (750-950℃) and times (10-25min) were done on the prepared composites to fabricate CuZnAl shape memory alloys. The microstructure (composites and alloy) were investigated using scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Tensile properties and shape memory effect of the composites and alloys were also investigated by tensile test. The microstructure investigations show that plastic instability and shear bands occurred in different layers in the composite. In addition, a composite with a uniform distribution of Zn and Al reinforcing layers was produced after nine passes. The tensile strength of the composite increased from the first cycle to the third ARB cycle and then decreased from the fifth to the ninth ARB cycle. Finally, the best UTS (about 330MPa) and elongation (about 31.52%) values were obtained on the third and first pass, respectively. The results showed that CuZnAl shape memory alloy was successfully fabricated by the accumulative roll bonding process and next heat treatment. It was also found that the alloys treated at 900°C and cooled in ice water consist of martensitic phase. Additionally, the alloy annealed at 900°C for 15 minutes exhibited a good shape memory effect and strength (about 503MPa).

    Keywords: Accumulative Roll Bonding, Multilayer Composite, Heat Treatment, Shape Memory Effect, Shape Memory Alloys, Microstructure, Tensile Properties
  • M. Sayah Badkhor, M. Agha Mola Tehrani, T. Mirzababaie Mostofi, A. Naddaf Oskouei* Pages 2197-2211

    In impact mechanics, layered targets are important due to their high resistance to projectiles penetration. This paper deals with the analytical and numerical analysis of the penetration of tantalum projectiles on semi-infinite ceramic-metal layered targets. In the analytical study, a new modified analytical model based on the analytical model of Fellows is presented. The modifications made to the Fellows analytical model include the changes of velocity of the projectile and ceramic, the angle and timing of the formation of the ceramic cone, the erosion of ceramic, projectile and backing. Each of these modifications alone reduces or increases the depth of penetration, and all of these modifications together improve the depth of penetration. Numerical analysis is done using Abaqus software. The behavior of projectile, ceramic, and aluminum is modeled on the actual behavior of the materials and the deformation. The projectile and backing behavior is modeled with the Johnson-Cook equations and the ceramic behavior with the Drucker-Prager plasticity equation and the state equation of Mie-Gruneisen. The results of the new correction analytical model and numerical simulation are compared with the results of other authors and experimental data. The results show very good agreement. The new modified analytical model, by removing the Fellows model defects, provides a more accurate prediction of the depth of projectile penetration in the ceramic-metal layered targets. So, the weakness of this model, which is related to the unpredictability of penetration depth at low speeds, has been remedied.

    Keywords: Analytical Model, Numerical Simulation, Layered Targets, Ceramic-Metal, Penetration Depth
  • R. Abdi Behnagh, H. Abdollahi*, R. Rajabi Pages 2213-2221

    In the current study, shear compaction processing was used for the recycling of aluminum machining chips and direct converting of them to bulk parts. In this processing, machining chips are first loaded in a cylindrical chamber, then a rotating tool with a defined rotational speed and aligned axis with the chamber is placed on the chips, in the following, the temperature inside the chamber increases due to the friction. Then, the process continues until all chips are transformed into a bulk part. After producing the samples, properties such as density, porosity, microstructure, hardness, and wear of the recycled parts were examined. The results showed that there is a possibility of transforming aluminum chips into a completely bulk part without porosity, with a density of about 2.67g/cm3 and hardness of more than half of the base metal via shear compaction process. The amount of heat during the process leads to the consolidation of the chips and nucleation of new grains with dynamic recrystallization. Finally, a review of the total results and properties of the recycled samples showed that they could be used as a industrial part directly or after a secondary process.

    Keywords: Aluminum, Recycling, Machining Chip, Shear Compaction, Microstructure
  • F.S. Moghanlou*, E. Ghazanfari Jajin, M. Vajdy Hokmabad, Sh. Jafargholinejad Pages 2223-2234

    The study of micro-scale fluid behavior is known as microfluidics, which has received much attention in many scientific fields. In the current research, the droplet generation in the micro channel has been studied numerically and experimentally. Two micro channels were fabricated by soft lithography method and the results of generated droplets were compared. The process of droplet formation was investigated using two fluids including water (dispersed fluid phase), and oil (continuous fluid phase) at different flow ratios. The images of the droplet formation and crossing steps in the micro channels were analyzed using image processing. The results showed that by increasing the ratio of dispersed to continuous flow, the size of droplets was increased, the droplet formation distance (the distance of the produced droplets) was increased, and the frequency of droplets generation was decreased. Also, the proposed new geometry leads to the production of smaller droplets with higher production frequencies. In the basic geometry, the droplet diameter was observed to be between 117 and 700 micrometers while in the proposed geometry, the diameter of droplets is between 46 and 466 micrometers. In the proposed geometry, the size of the produced droplets decreases, and the production frequency increases.

    Keywords: Micro channel, Droplet Generation, Image Processing, Surface Tension
  • S. Nazaralizadeh, M. Vaseghi*, M. Sameezadeh Pages 2235-2243

    P91 steel is widely used in the construction of power plant components and the wider use of this steel is in the future planning of power plants in Iran. The preheating, the temperature control between the welding passes and the post-welding heat treatment, are required to obtain optimum toughness and creep resistance. Preheating, and most importantly post-heating are essential to prevent hydrogen remaining and the cracking problem. In this study, the effect of post-welding heat treatment (PWHT) and electrode drying on microstructure and mechanical properties of SMAW multi-pass weldment of P91 steel plate was studied by changing post-heating and baking processes. The optical microscope and FESEM microstructural studies, as well as ambient tensile tests, were done on a variety of different conditions from wet electrodes to post heated specimens that were used in order to evaluate the welding characteristics of SMAW process on the mentioned material. It was seen that utilizing wet electrodes with no immediate subsequent post-heating caused a noticeable decrease in tensile, and yield strength. On the other hand, post-heating treatment increases the number of precipitates in the weld metal and HAZ and the size of the primary austenite grains in the weld metal and HAZ becomes more homogeneous.

    Keywords: P91 Steel, SMAW, Tensile Strength, Microstructure
  • M. Yarahmadi, M.M. Shahmardan*, M. Nazari Pages 2245-2253

    The subcooled flow boiling happens when the bulk flow temperature and the interface temperature are lower and higher, respectively than the saturated temperature corresponding to the flow pressure. One way to increase the heat transfer mechanism is to use high porosity metal foams in the ducts, which have a high surface area to volume ratio that increases the heat transfer surface area and the heat transfer coefficient of the duct. In the current study, an experimental apparatus was constructed, and subcooled flow boiling in an annulus tube was investigated. The annulus tube is in the vertical direction, and the internal and external diameters are 50.7 and 70.6mm, respectively. The operating pressure was 1atm, and the working fluid was water. The metal foam used is nickel with 10ppi and a porosity of 95%. In this investigation, heat flux and mass flow rate effectiveness on the heat transfer coefficient are considered. The experiments were performed in the mass flow rate range of 0.012kg/s to 0.0286kg/s in which the flow consists of both forced convection and flow boiling. The mass flow reduction causes the heat transfer coefficient increment to 30% in subcooled boiling regions. The use of porous media also increases the subcooled flow boiling heat transfer coefficient up to 30%.

    Keywords: Heat Transfer, Subcooled Flow Boiling, Annulus Tube, Metal Foam
  • S. Hosseinzadeh Salehkouh, H. Babaei*, T. Mirzababaie Mostofi Pages 2255-2262

    Spot welding process due to its ability to create a qualitative connection between metal plates and the absence of restrictions on old welding methods such as the impossibility of welding metals by many differences in their melting point is considered as one of the fastest and most economical methods. In this method, an atomic bonding is created on the surface of plates due to high-velocity impact and metal plates are welded together. In the present study, a gas mixture detonation set up was used to perform the impact spot welding tests. Also, the steel plate with a thickness of 4mm was considered as a base plate and steel plates with 1, 2, and 3mm thickness were used as front layers. They were under direct contact with flat- and spherical-nosed metallic projectiles with a mass of 650 and 1300g, respectively. The diameter of the projectiles was 25mm and the average velocity was 600 meters per second. To study the morphology of the weld interface in impact spot welding, the interface of the welds was studied using scanning electron microscope (SEM). Also, the effect of flyer plate thickness and stand-off distance on the spot welding of plates due to projectile impact was studied. The results showed that by increasing the thickness of the flyer plate, the formation of a damaged central area will be decreased. The results also confirmed that when higher stand-off distance was utilized, the velocity of impact was not sufficient to create continuous weld.

    Keywords: Bonding in the Solid Phase, Impact Spot Welding, Scanning Electron Microscope, Gas Mixture Detonation Technique
  • H. Farahzadi, S.H. Hashemabadi*, M. Shirvani Pages 2263-2274

    Using vortex flowmeter is affordable, in addition, simple installation, high reliability, and high accuracy are some advantages of the vortex flowmeter. Vortex flowmeter works based on the vortex shedding principle, hence, the presence of particles in gas-solid flows may results in modulation in the turbulence intensity of the carrier phase and manipulate vortex shedding generated by a bluff body. In this study, the performance of the vortex flowmeter in the presence of particles with different sizes, density, solid volume fraction, and solid mass loading was studied with CFD simulation. The results indicated that the volume fraction and particles diameter are two significant parameters that affect vortex frequency. The vortex frequency is proportional to the velocity of gas flow and volume flow rate is calculated by Q= VA where V is average velocity in a pipe section with the area of A. Notwithstanding the neutral effect of microparticles on vortex frequency, moderate particles lessen the vortex frequency approximately by 20%. To coincide with the increase of solid volume fraction, the vortex frequency will descend, and in the high level of solid volume fraction, the vortex pattern goes to reach the instability. Since the size and volume fraction of the particles affects the frequency and consequently velocity, the gas flow rate measured by the vortex flowmeter is influenced by the presence of the particles. The numerical results have been validated with experimental data. The maximum relative error between the numerical simulation and the corresponding experimental data is 0.46% and 6.72 % for single-phase and gas-solid two-phase flows, respectively.

    Keywords: Vortex Flowmeter, Gas-Solid Two-Phase Flow, Vortex Shedding Frequency, CFD Simulation
  • S.S. Mohitzadeh, S.H. Hashemi* Pages 2275-2287

    In this study investigated the effects of momentum variations on fracture energy in Charpy impact testing of API X65 steel by experimental and numerical methods. Experimental analysis was conducted in the various speed of impact about 3.50 to 5.72 m/s and impact energy varied about 450 to 1200 J. The experimental results showed that increase of about 63% in impact speed increased the fracture energy about 15%, because of material properties dependence on loading rate. Numeral studies were performed in two categories with ABAQUS software. First mass variation in constant velocity assumed standard quantity about 5.5 m/s in which impact energy varied about 300 to 1200 J and the second, velocity variation with constant mass assumed 50 kg that impact energy varied about 625 to 1600 J. The simulation results showed the variations in mass had not any effect in fracture energy and in all analyses, it was about 265 J. However, increasing the velocity variations with constant mass, caused a slight reduction of about 5% in the fracture energy. The reason for the difference between experimental and numerical results is the lack of consideration of the effect of strain rate on mechanical properties of tested steel in numerical analysis.

    Keywords: Charpy impact test, API X65 Steel, Fracture energy, Momentum variation, Impact velocity, Strain Rate
  • M. Fadaei, A. Davari*, F. Sabetghadam, M.R. Soltani Pages 2289-2302

    Wind turbines are one of the most important renewable energy production devices and improving their efficiency leads to more effective exploitation of clean energies. Flow separation on wind turbine blade is one of the major reasons of performance loss in wind turbines. The present paper investigates the effect of single dielectric barrier discharge plasma actuator (SDBD) placement on a critical section of wind-electric wind turbine blade (660kW)) designed inside country. An experimental investigation for assuring the validity of the numerical simulations has been performed. Then, two dimensional simulations were extended to evaluate the effect of plasma actuator performance on flow characteristics. Numerical simulations are based on the latest enhanced electrostatic plasma actuator models. The fluid flow is incompressible and the free stream velocity is about 20m/s. The results clearly indicate that frequency and voltage increase can significantly correct the flow pattern in post stall condition. A linear pattern has been achieved between the frequency and aerodynamic coefficients variations. The best improvement for the range under investigation is more than 800% for aerodynamic performance and approximately 50% for separation point delay.

    Keywords: SDBD Plasma Actuator, Frequency, Voltage, Enhanced Electrostatic Model
  • A. Ardebili, M.R. Farahani* Pages 2303-2312

    Thermal image analysis can be used to identify and detect patch defects in the interface between multilayer sheets. Specimens made for testing were carbon fiber and glass fiber patches on aluminum sheets that were embedded in composite patch layers, for interlayer separation, in different metal-patch joints. The defect pattern was designed so that the bugs at the edge and center of the patch were tested simultaneously. In this study, the effects of depth and dimension of separation faults with pulsed heat treatment were identified and investigated. Then, the factors affecting the accuracy of the identified defect size were investigated. In the thermal images obtained, almost all the defects can be identified by pulsed thermography and with increasing the size of the defect the thermal difference with the sound areas increases. It was found that the defects in the carbon fiber field were up to an average of 1°C, there was a greater thermal difference than that of glass fiber field. However, the results showed that the accuracy of the measurement of defects in glass fiber was 2 times higher than that of carbon fiber.

    Keywords: Nondestructive Test, Active Thermography, Metal-Composite Shells, Pulse Thermography
  • M. Ziya-Shamami, H. Babaei*, T. Mirzababaie Mostofi, H. Khodarahmi Pages 2313-2329

    In this paper, the large inelastic deformation and failure mechanism of single and multi-layered circular plates under repeated uniform impulsive loading were studied. The ballistic pendulum was used to conduct a series of experiments (67 experiments) on aluminum alloy plates with different structural configurations. Three different layering configurations including single, double, and triple-layered plates made of the same material were considered and tested for the range of charge masses from 1.5g to 12.5g up to five times for repeated loading. The experimental results indicated large plastic global deformation with thinning happening at the clamped boundary and also tearing for some experiments. The results also represented that the maximum permanent deflections of plates were increased by the increase of the charge mass and the number of blast loads. On the other hand, the progressive deflection of the plates at the center was decreased exponentially with increasing the number of blasts. Furthermore, in the numerical modeling section, the Group Method of Data Handling (GMDH) neural network was used to present a mathematical model based on dimensionless numbers to predict the maximum permanent deflection of single and multi-layered circular plates under repeated impulsive loading. In order to increase the prediction capability of the proposed neural network for this process, the experimental data were divided into two training and prediction sets. Good agreement between the proposed model and the corresponding experimental results is obtained and all and 77% of data points are within the <10% error range for single and multi-layered plates, respectively.

    Keywords: Repeated Loading, Multi-Layered Configuration, Circular Plate, Experimental Study, Neural Network Modelling
  • M. Mohammadi Soleymani*, S. Mirzadeh Pages 2331-2341

    Due to the importance of tumbling mills in processing industries and factories and the lack of an acceptable model for identifying and predicting their performance, it is necessary to optimize these complexes, non-linear, and large systems. This paper aimed to study multi-objective optimization of operating parameters in a tumbling mill. To evaluate the effects of the mill working parameters such as mill speed, ball filling, slurry concentration, and slurry filling on grinding process, power draw, wear of lifters and size distribution of the mill product, it was tried to manufacture a pilot model with a smaller size than the actual mill. For this aim, a mill with 1×0.5m was implemented. The feed of the mill is copper ore with a size smaller than 1 inch. The experiments were done at 65 to 85% of the critical speed. In addition, the combination of the balls was used as grinding media with 10 to 30% of the total volume of the mill. Slurry concentration is 40 to 80% (the weight fraction of solid in slurry) and the slurry filling is between 0.5 and 2.5. In this paper, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) based multi-objective optimization (NSGA-II) of tumbling mill is done. Level diagrams are used to select the best solution from the Pareto front. The results showed that the best grinding occurs at 70-80% of the critical speed and ball filling of 15-20%. Optimized grinding was observed when the slurry volume is 1-1.5 times of the ball bed voidage volume and the slurry concentration is between 60 and 70%.

    Keywords: Tumbling Mill, Multiobjective Optimization, Genetic Algorithm, Neuro-Fuzzy Network, Fuzzy Logic
  • M. Ahmadi, H.R. Rezaei Ashtiani* Pages 2343-2354

    The isothermal forging process has the ability to produce complex industrial parts from alloys that do not have high formability, such as aluminum alloys. Eliminating the temperature difference between the part and the die in this method eliminates the problem of cooling the part due to heat transfer to the die. In this study, the hot isothermal forging of AA6061 aluminum alloy in different conditions of process including lubricant type, dimensions and size of primary ingot, temperature and rate of deformation, to produce a complex industrial part numerically and experimentally was investigated. Deform 3D software was used to simulate this process. Comparison of experimental and numerical results showed a good agreement of results. The best dimension of the primary ingot for the studied piece is cylindrical with an initial diameter of 35mm and an initial height of 32mm. Increasing the temperature, reducing the deformation rate and using the appropriate lubricant reduced the amount of required forging force. Reducing the deformation rate from 25-2.5mm/s reduced the required forging force to 1.8 times. Increasing the forging temperature from 380 to 530℃ reduced the amount of forging force about 3.5 times and reducing the hardness of the part about 20%. The results showed that due to the complexity of the forging part, different areas of the part were affected by different strain values, which changes the percentage of secondary phases such as Mg2Si phase in these areas.

    Keywords: Isothermal Forging, AA6061Forging Force, Microhardness, Microstructure, Mg2Si Secondary Phase
  • A. Gholizadeh, M. Elyasi*, M.J. Mirnia, R. Jamaati Pages 2355-2362

    Bimetallic parts are widely used in chemical industry, petroleum, heat exchangers, and pressure vessels due to their properties of bimetallic workpieces, especially high weight strength, better mechanical properties, and at the same time reducing cost and weight loss compared to single-layer parts. Among the various processes used to produce these components, extrusion is a good choice for the formation of bimetallic parts due to the compressive stress and the possibility of metallurgical bonding. In the current study, the effect of temperature on the production of bimetallic parts in the case of shell copper and core aluminum alloy by extrusion method has been investigated. In this study, the two-layer connection of metal for a 45% thickness reduction the ratio was performed for three temperatures of 200, 300, and 400°C. Mechanical properties were also examined using a uniaxial tension test and a microstructure by using optical microscopy and scanning electron microscopy. The results showed that at the ratio of 45% thickness reduction at 200°C, there was no acceptable connection between the two layers, and after the process and cutting off the workpiece, the two layers did not separate, but a weak connection was established The microscopy images at the temperature of 300°C showed that this temperature was the threshold for the two-layer connection, and finally, at the 400°C, a more suitable connection was obtained in the bimetal parts.

    Keywords: Forward Extrusion, Bimetallic Workpiece, Boundary Connection, High Temperature
  • R. Akbari*, Y. Ajabshirchi, F. Haghighat Shoar Pages 2363-2375

    Due to the increasing costs of energy and reducing fossil fuel, the use of renewable energy is more important. In this study, the possibility of using hybrid energy systems was evaluated to supply electricity to an animal husbandry unit in Mianeh City. For this purpose, three sources including wind turbine, photovoltaics and diesel generator were evaluated in terms of environmental, technical, and economic. This evaluation was performed by Homer Energy Analysis Software, and the results demonstrated that diesel generator is the least expensive solution in compared to other conditions. Then, analysis of the results showed that hybrids of diesel generator-photovoltaic, wind turbine-diesel generator, and diesel generator-photovoltaics-wind turbine systems have low cost, respectively. But environmental results depicted that the use of triple hybrid system in condition of 38% diesel generator, 51% photovoltaic and 11% wind turbine, has lowest emissions, so that carbon dioxide emissions were reduced by 38.4% compared to single diesel. Considering the capital return index, which is a key indicator in the design of feasibility studies, the time of capital return for using a diesel generator was obtained more than three years and seven months. While this index in the condition of using diesel generator-photovoltaic was obtained less than a year, in this respect, this condition was in the first rank.

    Keywords: Hybrid Systems, Renewable Energy, Homer Software, Environmental, Economic Analysis
  • H. Hashemi, S.H. Hashemi* Pages 2377-2388

    Because of the inherent structure of welded pipelines, the seam weld can be a potential source for initiation and propagation of crack that can eventually lead to failure of the structure. Due to the critical conditions in the welding region, the investigation of failure energy in gas transportation pipeline is very important for engineers and line designers. In this paper, the three-point bending test (according to the standard specimen of drop-weight tear test) was performed quasi-statically on the seam weld pipe and base metal of spiral seam weld pipe of API X65 steel from which force diagrams were extracted. The presence of sudden load drops in the force-displacement diagram of the specimen in the weld indicated the inhomogeneous structure of the weld. The diagrams of force-displacement, yield and ultimate force, amount of steady crack growth and fracture energy of the metal and seam weld specimens including initiation and propagation energy of crack were investigated and compared. Also, the ratio of the force drop to the ultimate force at the same displacement rate was investigated. The results showed that in seam weld compared to the base metal specimen, the yield force was higher and the ultimate force, the amount of steady crack, initiation and propagation energy of crack were lower. In addition, the lower ratio of force to ultimate force (at the same displacement) in the base metal also indicated a high resistance of the base to the crack propagation.

    Keywords: Gas Transportation Pipeline, API X65 Steel, Three-Point Bending Test, Seam Weld, Fracture Energy
  • M. Mehrabi Nasab, B. Moetakef Imani* Pages 2389-2401

    Prediction of the dynamic behavior of machining operations during the process is the main challenge of machining simulations. Therefore, the investigation of effective parameters in dynamic behavior is of great importance. Machining vibration is one of the most important factors. This article studied the vibration of the process by developing the dynamic model of the boring bar. The high length-to-diameter ratio of the boring tool and its flexibility cause machining vibrations. The amplitude of the tooltip vibrations is a function of the dynamic characteristic of the tool which can lead to the stability or instability of the process. Tool rigidity at low diameter to length ratios is high, and in most cutting conditions the process is stable. The impact test is used to extract the toolchr('39')s dynamic parameters and dynamic modeling of the process is developed inside the environment of ACIS software which is a powerful Boundary Representation (B-rep) solid modeling engine and it is proposed a novel method for simulating the dynamic equation of boring bar by using a solid modeling technique in a precise geometric environment. The mechanistic approach is used to modeling cutting mechanistic to develop the dynamic force model in the time domain. Also, dynamic time-domain parameters such as force, acceleration, and displacement in the Simulink environment are simulated. The results confirm that the presented geometrical model by considering the tool dynamics is well capable of estimating the force signal and the chip area changes.

    Keywords: Boring, Geometric Simulation, Dynamic, ACIS
  • A. Kiaeenajad, H. Moqtaderi*, N.M. Mahmoodi, S.M. Maerufi Pages 2403-2412

    One of the technologies considered for bioenergy production is microbial fuel cell. The microbial fuel cells are used as a novel method for wastewater treatment and power generation simultaneously. In this method, microorganisms appear as catalysts to convert chemical energy stored in organic matter into electrical energy under anaerobic conditions. In this study, a microbial fuel cell was designed and constructed using microorganisms existing in municipal wastewater to generate electricity. The structure of the current microbial fuel cell was single-chamber, into which added the wastewater. This chamber was adjacent to the anode and fed with anaerobic sludge, existing in municipal wastewater. In the constructed fuel cell, an air-cathode was used which was separated from the anode chamber by a proton exchange membrane. In order to measure voltage at different currents, a variable resistance and a digital multimeter with data storage capability were used. In this study, the developed potential differences due to changes in the type of microorganism, substrate, and the value of external resistance were investigated. Among the two types of substrates molasses and industrial vinasse investigated, industrial vinasse produced more voltage. The maximum current density of 312.7843mA/m2 was measured at 200 Ohm resistance and maximum power density at 600 Ohm resistance and current density of 201.41mA/m2 was measured 85.6010mW/m2.

    Keywords: Microbial Fuel Cell, Micro-Organism, Anaerobic Sludge Sewage, Molasses, Vinasse
  • S.M.J. Hoseini, F. Qods*, H.R. Mohammadian Semnani Pages 2413-2421

    This research is mainly focused on to study microstructure and mechanical properties of AA5051 aluminum alloy deformed by equal-channel angular pressing (ECAP) process at 200˚C and in BC routes and 4 four passes. The ECAP processing was carried out using die with an intersecting channel angle ‘ϕ’= 120° and corner angle ‘Ψ’= 20°. The results of uniaxial tensile test showed that tensile strength was found to be increased from 115MPa for annealed sample to 239MPa after four passes ECAP in route BC that shows that the strength in ECAP samples has increased. In addition, the percentage of elongation also decreased in initially passes and then increased slowly. Microstructure and grain refinement of specimens were investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy and fractography were investigated by scanning electron microscopy. The grain size of annealed sample was 123μm and decreased to 18μm after four passes ECAP in route BC. The hardness also increased from 51HV in annealed sample to 90HV the fourth passes.

    Keywords: ECAP, Sever Plastic Deformation, Strength, AA5051 Alloy