فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیستم شماره 8 (امرداد 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/11
  • تعداد عناوین: 20
|
  • امین بهرامی، هاجر مقدس، محمدسعید سعیدی* صفحات 1943-1950

    تحقیقات بر روی DNA در تشخیص، کنترل و درمان بسیاری از بیماری ها ازجمله سرطان اهمیت ویژه ای دارد. امروزه استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز دیجیتال قطره ای (ddPCR) برای آزمایشات مختلف بر روی DNA توجه محققان زیادی را جلب کرده است. برای انجام ddPCR به تعداد زیادی قطره با ابعاد میکرونی نیاز است. در مطالعه حاضر، یک سیستم ddPCR با استفاده از تراشه میکروفلوییدیکی طراحی، ساخته و ارزیابی شد. این سیستم شامل یک تراشه میکروفلوییدیکی برای تولید قطره و یک دستگاه تامین کننده چرخه های حرارتی مورد نیاز در PCR است. تولید قطره در ریزتراشه به صورت سه بعدی شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی اعتبارسنجی شد. خطای متوسط در شعاع قطرات تولیدشده حدود 5% است. دستگاه چرخه حرارتی ساخته شده، دمای تراشه را با دقت 1/5±درجه سانتی گراد کنترل می کند. فرآیند PCR درون تراشه با اعمال 25 چرخه حرارتی با موفقیت انجام شد. در اکثر قطرات خاصیت فلورسنت مشاهده شد که اثبات می کند دستگاه چرخه حرارتی شرایط تکثیر DNA را در آزمایشگاه به خوبی فراهم کرده است. تصاویر پردازش و سطوح مختلف نور فلورسنت در قطرات شناسایی شد. ضریب تغییرات قطرات انتخاب شده در برنامه پردازش، برابر با 2/5% است که در مقایسه با حالت قابل قبول برای این نوع سیستم ها (کمتر از 8%) دقت مطلوبی را ارایه می دهد. نتایج به دست آمده از این دستگاه کاملا بومی، می تواند در زمینه های متعددی ازجمله تشخیص سرطان، بررسی بافت سرطانی و ارزیابی موفقیت عمل بافت برداری استفاده شود.

    کلیدواژگان: واکنش زنجیره ای پلیمراز، میکروفلوئیدیک، DNA، سرطان
  • عباس افشاری*، علی اکبر دهقان، محسن دهقانی محمدآبادی، مجتبی دهقان منشادی صفحات 1951-1965

    مطالعه نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته به عنوان یکی از مهم ترین مکانیزم های تولید نویز آیرودینامیکی، موضوعی بنیادی در طراحی و تولید تجهیزات با حداقل نویز است. در مطالعه حاضر، کارآیی فینلت به عنوان یک روش کنترل نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یک مدل صفحه تخت، مجهز به سنسورهای فشار سطحی، طراحی و ساخته شده و پارامترهای اصلی نویز لبه فرار شامل طیف فشار سطح، طول مشخصه در راستای دهانه مدل و سرعت جابه جایی ساختارهای گردابه ای در محدوده لبه فرار مدل اندازه گیری شده است. همچنین، برای مطالعه ساختار جریان لایه مرزی در پایین دست فینلت ها، از جریان سنج سیم داغ یک بعدی استفاده شده است. نتایج نشان داد، حضور فینلت ها در بالادست لبه فرار مدل منجر به کاهش قابل توجه طیف فشار سطح در محدوده لبه فرار صفحه تخت در تمامی محدوده فرکانسی به استثنای فرکانس های نزدیک به ماکزیمم طیف فشار سطح شده است. همچنین عبور ساختارهای جریان از فضای بین فینلت ها، اگر چه منجر به ایجاد تغییر چندانی در طول مشخصه در راستای دهانه مدل در فرکانس های بالا نشده، اما باعث افزایش آن در فرکانس های پایین و تا اندازه ای میانی شده است. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی امیت- راجر، تغییرات نویز لبه فرار در دوردست ناشی از نصب فینلت ها پیش بینی شده که نتایج نشان دهنده کارآیی مناسب فینلت ها در کاهش نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته در محدوده وسیعی از فرکانس ها است.

    کلیدواژگان: فینلت، نویز لبه فرار لایه مرزی آشفته، پارامترهای موثر بر نویز لبه فرار
  • امیر حسن زاده، محمد گلزار* صفحات 1967-1978

    پلیمرهای هوشمند به عنوان زیرمجموعه مواد هوشمند قادر هستند شکل اولیه خود را ذخیره و پس از تغییر شکل با اعمال محرک ها به حالت اولیه خود بازگردند. در این تحقیق از روش های چاپ سه بعدی برای ساخت پلیمرهای هوشمند به صورت لایه ای استفاده شده است. در این روش با کنترل درصد هر ماده در نمونه و چینش لایه ها به راحتی می توان خواص حافظه شکلی را طراحی و کنترل نمود. از جمله مزایای این روش نسبت به روش های دیگر مانند مخلوط کردن، سادگی کنترل عوامل موثر بر خاصیت حافظه شکلی، ساخت قطعات پیچیده و خاصیت حافظه شکلی بهتر است. مواد مورد استفاده TPU با خاصیت الاستیکی و PLA ترموپلاست نیمه کریستالی برای رسیدن به خواص حافظه شکلی بررسی شدند و جهت بررسی اثر لایه چینی، نمونه ها در دو حالت TPU-UP و PLA-UP چاپ شدند. نتایج آزمون های حافظه شکلی نشان داد که با کنترل تعداد لایه ها و نحوه چینش، خواص حافظه شکلی به سادگی قابل کنترل و طراحی است. نتایج آزمون DMTA نشان داد که دمای بازیابی در نمونه های لایه ای نسبت به روش های دیگر کمتر است و با تنظیم مقدار استفاده از دو ماده PLA و TPU می توان دمای بازیابی را کنترل نمود. سرعت بازگشت در نمونه های لایه ای نسبت به تحقیقات گذشته بسیار بالا است که از مقادیر انرژی ذخیره شده در TPU و لایه ای بودن نشات می گیرد. نتایج آزمون حافظه شکلی نشان داد که TPU نقش اساسی در افزایش نسبت بازیابی و PLA در افزایش نسبت تثبیت دارد. این امر به دلیل افزایش درصد کلیدهای شبکه که شامل سه عامل کریستاله شدن، دمای Tg و کاهش تعداد پیوندهای عرضی است.

    کلیدواژگان: چاپگر سه بعدی، پلیمرهای هوشمند، لایه ای، خواص حافظه شکلی
  • مجتبی ماموریان*، سید علی ناقدی فر، منا محمدی نیشابوری صفحات 1979-1989

    یکی از مهم ترین عیوب قطعات جوشکاری شده که در اثر گرادیان های شدید گرمایی ایجاد می شود، تنش های پسماند است. در این تحقیق روش های مختلف مکانیکی و حرارتی جهت کاهش تنش های پسماند بررسی شده و پارامترهای مختلف موثر مورد بحث قرار گرفته است. در همین راستا، روابطی برای بازده انرژی و اگزرژی برای جوشکاری ارایه شده و سپس تاثیرات گرمایش شعله های موازی، روش ارتعاشی و روش چکش کاری بر کاهش تنش های پسماند جوشکاری به کمک این دو بازده بیان شده است. نتایج نشان می دهد که در روش گرمایش موازی، با افزایش توان شعله ها، هر دو بازده انرژی و اگزرژی کاهش یافته اما از روند کاهشی این دو بازده، به مرور کاسته می شود و به مقدار صفر میل می کند. افزایش سرعت جوشکاری نیز هر دو بازده را تا بیش از 2 برابر افزایش می دهد. از طرفی آنتروپی بی بعدشده با افزایش گرمای ورودی شعله ها، کاهش می یابد که نشان از کاهش تنش های پسماند ناشی از جوشکاری است. این کاهش در سرعت های بالاتر، بیشتر است. همچنین نسبت دو بازده نشان می دهد که در این بررسی، توان حدود 1800ژول بر ثانیه، مقداری بهینه از نظر اقتصادی خواهد بود. مرتبه کاهش تولید آنتروپی بی بعدشده برای روش ارتعاشی 0/001، روش چکش کاری 0/1 و روش شعله موازی 10 است. می توان انتظار داشت روش های گرمایشی کارآیی بیشتری نسبت به روش های مکانیکی در کاهش تنش های پسماند دارا هستند.

    کلیدواژگان: تنش های پسماند جوشکاری، اگزرژی، چکش کاری، گرمایش موازی، روش ارتعاشی
  • آرمی مسرخانی، سید محمد جعفری*، عباس رهی صفحات 1991-2000

    در این مقاله، تشخیص تجربی عیب و دسته‏بندی اندازه آن در حلقه خارجی یاتاقان غلتشی تماس زاویه ای با روش نشر صوتی و شبکه عصبی مصنوعی ارایه شده است. در یک سیستم آزمایشگاهی، یاتاقان ها در چهار سرعت 600، 900، 1200 و 1500 دور در دقیقه با چهار بارگذاری از کم به زیاد بارگذاری شدند. بارگذاری به کمک 4 عدد پیچ با گشتاورهای مساوی و مشخص به حلقه خارجی اعمال شدند. این نوع بارگذاری به دلیل اینکه یاتاقان تماس زاویه ای است به بارگذاری ترکیبی شعاعی و محوری به صورت همزمان تبدیل می شود و با بارگذاری‏های مرسوم در یاتاقان ‏های شیار عمیق متفاوت است. امواج نشر صوتی به کمک حسگرهای باند پهن، در دو حالت سالم و معیوب ثبت می‏شود. بنابراین برای تشخیص عیب، می‏توان حالت‏های مختلف را با حالت سالم مقایسه کرد. برای ایجاد عیب کندگی به صورت مصنوعی، از روش اسپارک استفاده شد. در بررسی نتایج پارامتر جدیدی به منظور افزایش بازده تشخیص عیب و دسته ‏بندی اندازه آن، به نام مجموع زمان بالای حد آستانه معرفی شد. با کمک پارامتر معرفی شده و 4 پارامتر نشر صوتی و با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، عملکرد سامانه هوش مصنوعی در تشخیص عیب 95/1% و در دسته ‏بندی اندازه عیب 94/4% بود.

    کلیدواژگان: تشخیص تجربی عیب، دسته بندی اندازه، یاتاقان غلتشی تماس زاویه ای، نشر صوتی، شبکه عصبی مصنوعی
  • مهدی بابایی کلایی، عباس ذوالفقاری*، حمید باصری صفحات 2001-2008

    قالب گیری دمشی یکی از فرآیندهای پرکاربرد برای تولید قطعات پلاستیکی توخالی است. در این فرآیند، یکنواختی ضخامت دیواره قطعه قالب گیری دمشی شده یک نگرانی اساسی است. پارامترهای فرآیند مانند فشار دمشی، دمای مذاب و ضخامت پاریسون بر یکنواختی تاثیر می گذارند. در این مقاله، فرآیند قالب گیری دمشی اکستروژن برای مخزن آب پژو 405 و پارس با شبیه سازی و آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر ضخامت دیواره پاریسون در سه سطح و فشار دمشی در دو سطح بر ضخامت نهایی دیواره قطعه قالب گیری دمشی شده، بررسی شد. ضخامت پاریسون با استفاده از تغییر گپ هوایی بین ماندرل و دای، تغییر داده شد. نتایج نشان داد که فشار باد در هنگام دمش قطعه هیچ گونه تاثیری بر ضخامت دیواره قطعه ندارد. با این حال، ضخامت دیواره پاریسون به طور قابل توجهی بر ضخامت دیواره قطعه قالب گیری شده تاثیر می گذارد. ضخامت پاریسون با در نظرگرفتن وزن و استحکام مورد نیاز قطعه بهینه شد، به طوری که مقدار ماده مصرفی کاهش یافت. همچنین از نرم افزار پلی فلو برای شبیه سازی فرآیند قالب گیری دمشی استفاده شد. برای شبیه سازی، هندسه پاریسون اولیه به صورت تجربی توسط تجهیزات اندازه گیری تعیین شد. سپس فرآیند دمش در این پاریسون واقعی شبیه سازی شد. تطابق خوبی بین ضخامت قطعه در آزمایش ها و شبیه سازی ها به دست آمد.

    کلیدواژگان: مخزن آب پلی اتیلنی، ضخامت، شبیه سازی، پلی فلو
  • آیت قره قانی* صفحات 2009-2016

    کاهش منابع انرژی های فسیلی همراه با تشدید قوانین زیست محیطی برای کنترل آلاینده های خروجی از موتور، استفاده از سوخت های پاک تر و تجدیدپذیر را اجتناب ناپذیر کرده است. از این رو، استفاده از سوخت بیودیزل هم به عنوان راه کاری برای حفظ منابع انرژی و هم کاهنده آلاینده ها اهمیت بسیاری در موتورها پیدا کرده است. از طرفی، سوخت بیودیزل باعث افزایش آلاینده ناکس (NOx) در موتورها می شود که استفاده از افزودنی آب برای کاهش دمای احتراق را ناگزیر می کند. برای جبران اثر منفی استفاده از آب کاهش کیفیت احتراق و در نتیجه کاهش راندمان حرارتی و اگزرژی، استفاده از افزودنی نانوذرات فلزی می تواند راه حل قابل اطمینانی باشد. در این مطالعه، اثر افزودن غلظت های مختلف نانوذرات بر بهبود راندمان قانون اول و دوم و نیز مصرف سوخت یک موتور تک سیلندر که با ترکیب های مختلف سوخت با فرمول BXWYNZ (سوخت دیزل با X% جرمی بیودیزل، Y% جرمی آب و Zبخش در میلیون نانوذره) کار می کند، مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان می دهد که افزودن 60بخش در میلیون نانوذره به ترکیب B0W5 باعث بهبود حدود 3% در بازده قانون اول و 2/5% در بازده قانون دوم، نسبت به سوخت دیزل خالص خواهد شد. این مقادیر برای افزودن 90بخش در میلیون نانوذره به ترتیب حدود 4 و 3/8% و برای 120بخش در میلیون نانوذره به ترتیب 5 و 4/7% هستند. به علاوه، براساس نتایج تجربی به دست آمده، ترکیب B15W5N120 دارای 7/5% بازده قانون اول بالاتر و 7% بازده قانون دوم بالاتر نسبت به سوخت دیزل خالص است.

    کلیدواژگان: بازده قانون اول و دوم، اگزرژی، مصرف سوخت، بیودیزل، نانوذره
  • علیرضا فلاحی آرزودار*، مصطفی آسمانی صفحات 2017-2027

    در مطالعه حاضر، تاثیر سه پارامتر ریزساختاری ازجمله کسر حجمی فاز α (A)، ضخامت لایه α (B) و نسبت ابعادی فاز α اولیه (C) بر روی استحکام تسلیم و ازدیاد طول در آلیاژ Ti-6Al-4V با استفاده از روش رویه پاسخ با طرح مرکب مرکزی مورد بررسی قرار گرفت. داده های مورد نیاز برای طراحی آزمایش و تحلیل واریانس از طریق شبکه عصبی مصنوعی، پیش بینی شدند. به این منظور ابتدا با استفاده از داده های تجربی سایر محققین شبکه عصبی مصنوعی با دو لایه پنهان توسط الگوریتم پس انتشار خطا تعلیم داده شد. هدف اصلی این مطالعه مقایسه قابلیت پیش بینی دو شبکه پیش خور و پس خور و همچنین بررسی چگونگی تاثیر ویژگی های ریزساختاری بر خواص مکانیکی آلیاژ Ti-6Al-4V است. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پس خور نسبت به شبکه پیش خور به ازای پارامترهای ورودی توانایی پیش بینی مناسب و دقیق تری از مقادیر استحکام تسلیم و ازدیاد طول آلیاژ Ti-6Al-4V دارد. همچنین از تحلیل واریانس و تکنیک رویه پاسخ مشخص شد، عناصر مرتبه اول و دوم C، B2، AB2 و A2C به علاوه عناصر A، C، B2، BC و A2B به ترتیب از موثرترین فاکتورهای تاثیرگذار بر تعریف رفتار استحکام تسلیم و ازدیاد طول آلیاژ Ti-6Al-4V هستند.

    کلیدواژگان: آلیاژ Ti-6Al-4V، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم پس انتشار خطا، طرح مرکب مرکزی، تکنیک رویه پاسخ
  • فرهاد حسین نژاد، رامین کوهی کمالی* صفحات 2029-2043

    در مطالعه حاضر با استفاده از روش های عددی و آزمایشگاهی به بررسی افت فشار و بازده جداسازی دمیسترهای شبکه سیمی در یک سیستم آب- هوا پرداخته شده است. با استفاده از مدل آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده، پارامترهایی نظیر سرعت هوا، چگالی فشردگی و قطر سیم شبکه در دمیسترهایی از جنس فلزی و پلاستیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی عددی به صورت دوبعدی و حالت گذرا با استفاده از مدل آشفتگی کی- اپسیلون در نرم افزار انسیس فلوینت انجام و با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شد. همچنین از مدل فاز گسسته با دیدگاه اویلری- لاگرانژی برای شبیه سازی مسیر حرکت قطرات آب در قطرهای 0/2 و 0/05میلی متر استفاده شد. نتایج شبیه سازی عددی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی از دقت قابل قبولی برخوردار است. حلگر عددی، بازده جداسازی را با خطای حدود 20% و افت فشار را با خطایی کمتر از 20%، نسبت به داده های آزمایشگاهی پیش بینی می کند. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد افزایش قطر قطرات آب در سرعت های بالاتر و چگالی های فشردگی بیشتر، موثرتر بوده و موجب افزایش بازده جداسازی تا حدود 36% می شود. همچنین افزایش چگالی فشردگی برای قطراتی با قطر 0/2میلی متر باعث افزایش بازده جداسازی و برای قطراتی با قطر 0/05میلی متر موجب کاهش بازده جداسازی می شود. نتایج نشان می دهند که بازده جداسازی دمیستر پلاستیکی بیشتر از دمیستر فلزی است و در چگالی های فشردگی پایین تر، استفاده از آن توصیه می شود.

    کلیدواژگان: دمیستر شبکه سیمی، چگالی فشردگی، قطر سیم، قطر قطرات آب، بازده جداسازی، افت فشار
  • مصطفی سیاح بادخور، توحید میرزابابای مستوفی، هاشم بابایی* صفحات 2045-2060

    در مطالعه حاضر، به بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی پاسخ دینامیکی ورق های دایره ای تحت بار انفجاری یکنواخت و محلی پرداخته شده است. بدین منظور در بخش مطالعه آزمایشگاهی، آزمایش هایی روی ورق های فولادی در شرایط مختلف انجام شد. به منظور تکمیل بانک اطلاعاتی و انجام یک تحلیل جامع، چهارده سری آزمایش و 562 داده موجود در ادبیات تحقیق به نتایج تجربی مطالعه حاضر اضافه شد. در ادامه، با استفاده از نرم افزار طراح آزمایش و روش رویه پاسخ، اثر شعاع و ضخامت ورق، شدت بار وارده، خواص مکانیکی ورق، شعاع بارگذاری و فاصله استقرار روی خیز ورق های دایره ای به صورت هم زمان بررسی شد. به منظور دستیابی به یک مدل معنی دار، سطح اطمینان 95% در تحلیل در نظر گرفته شد. با توجه به نوع بارگذاری ها، دو تحلیل جداگانه انجام شد. مقادیر R2 برای بارگذاری دینامیکی با توزیع یکنواخت و محلی به ترتیب برابر 0/9712 و 0/9548 به دست آمد. نتایج حاصل حاکی از آن است که مقادیر به دست آمده از پیش بینی مدل ها با داده های تجربی مطابقت خوبی دارد و مدل های ارایه شده مناسب هستند. شرایط بهینه برای کمترین تغییر شکل ورق های تک لایه دایره ای تحت بارگذاری دینامیکی با توزیع یکنواخت و محلی نیز ارایه شد.

    کلیدواژگان: بارگذاری یکنواخت، بارگذاری محلی، خیز ورق، ورق دایره ای، بهینه سازی، روش سطح پاسخ
  • آرنگ پژوهشگر، امیرحسین مغنیان*، سید علی صدوق ونینی صفحات 2061-2073

    کامپوزیت های زیست فعال، مانند پلی سولفون- شیشه زیست فعال، خواص مکانیکی بهتری نسبت به مواد خالص دارند و خواص آنها به استخوان انسان نزدیک تر است. در این پژوهش، از روش المان محدود توسعه یافته استفاده شده است، تا رفتار ناشناخته شکست کامپوزیت با دقت قابل قبول مدل سازی شود. در روش المان محدود توسعه یافته، استفاده از مش ریزی در هر مرحله ضروری نیست و با بهره گیری از توابع تحلیلی خاص (توابع غنی ساز) برای هر ناپیوستگی، دقت تقریب در تکینگی ها افزایش می یابد. هدف از استفاده از روش المان محدود توسعه یافته، به دست آوردن ضریب شدت تنش، جابه جایی ها، تنش در اطراف نوک ترک، چقرمگی شکست و نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی است. علاوه بر این، کامپوزیت پلی سولفون- شیشه s58 با 30% حجمی شیشه زیست فعال و با استفاده از روش ریخته گری حلال تولید و آزمون شکست خمشی براساس استاندارد مربوطه انجام شد. همچنین برای ظاهرسازی کیفیت ناپیوستگی در فصل مشترک ذرات شیشه و زمینه پلی سولفون، تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح شکست نمونه های آزمون خمش تهیه شد. رابطه بسیار نزدیکی بین ناپیوستگی اجزای کامپوزیت و ضعف در پاسخ مکانیکی و شکست کامپوزیت ساخته شده وجود دارد. چقرمگی شکست به دست آمده در محدوده 1/4 تا 1/6مگاپاسکال در رادیکال متر و نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی در محدوده 1600 تا 1900ژول بر متر مربع و قابل مقایسه با مقادیر مربوط به استخوان طبیعی بدن انسان است. همچنین ضریب شدت تنش و نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی توسط کدنویسی در متلب و مدل سازی در آباکوس به دست آمده و با نتایج تجربی و تحلیلی مقایسه شده اند که بیانگر مطابقت خوب نتایج عددی با نتایج تجربی و تحلیلی است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت شیشه زیست فعال، پلی سولفون، چقرمگی شکست، المان محدود توسعه یافته
  • حسام آمی احمدی، عادل عبادی، سید مصطفی حسینعلی پور* صفحات 2075-2085

    امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، برهم کنش حباب های گازی و قطرات نفتی نقش به سزایی در تعیین راندمان کلی سیستم بازی می کند. لذا شناخت پارامترهای اثرگذار بر این فرآیندها حایز اهمیت خواهد بود. از این رو، در مقاله حاضر به بررسی نقش اندازه قطره و حباب بر زمان تخلیه فیلم بینابینی به دام افتاده بین قطره و حباب پرداخته شد. ضمن این مطالعه شش سری آزمایش در شش اندازه مختلف مورد بررسی قرار گرفت و در طی آنها زمان مورد نیاز جهت تخلیه فیلم، زمان پوشش و زمان شکست فیلم که از جمله زمان های مشخصه فرآیند ایتلاف هستند، اندازه گیری شد. هر کدام از این سری آزمایش ها حداقل پنج بار تکرار شدند. نتایج حاکی از آن بودند که زمان تخلیه مستقل از اندازه قطره و حباب در حال تغییر است. علاوه بر آن، مشاهده شد که در هر اندازه قطره و حباب، زمان تخلیه ناشی از تکرارهای به دست آمده دارای پراکندگی های بسیار زیادی هستند که البته این پراکندگی ها ناشی از طبیعت پدیده مورد نظر بوده است و این بدان معنا است که پدیده های میکروسکوپیکی که در فیلم آب و بین سطوح مشترک قطره- حباب رخ می دهند، دارای اثرات بسیار زیادی بر تعیین زمان تخلیه هستند. همچنین ضمن این آزمایش مشخص شد که حجم فیلم به دام افتاده بین قطره و حباب، تاثیر چندانی بر زمان تخلیه فیلم آب بینابینی نخواهد داشت.

    کلیدواژگان: ائتلاف قطره- حباب، مدل تخلیه فیلم، زمان تخلیه، حباب، قطره، جریان سه مولفه ای
  • حامد قلی پور، فریدرضا بیگلری* صفحات 2087-2099

    مطالعه حاضر به بررسی تجربی و عددی نمونه های کششی برای مطالعه و شناسایی مکانیزم شکست نرم تحت حالت های مختلف تنش می پردازد. مدل جی تی ان که یک مدل آسیب میکرومکانیکی است، برای شبیه سازی های عددی استفاده شده است. پارامترهای مرتبط با این مدل برای فولاد اس تی 12 با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) با حداقل اختلاف بین نتایج عددی و تجربی آزمون کشش بر روی نمونه استاندارد تعیین شدند. پارامترهای مربوط به حفره در مدل جی تی ان به ترتیب 0/00107، 0/00716، 0/01 و 0/15 برای ff, fc, fN, f0, تعیین شدند. پس از کالیبراسیون مدل آسیب برای ماده مورد مطالعه، آزمون های کشش بر روی نمونه های کششی با هندسه های مختلف انجام شدند. بررسی شکست نگاری برای فهم مکانیزم شکست نرم تحت طیف گسترده ای از حالت های تنش انجام و دو مکانیزم شکست شناسایی شد. مدل آسیب کالیبره شده، برای شبیه سازی المان محدود نمونه های کششی به منظور مطالعه عددی مکانیزم های شکست مشاهده شده در آزمون های تجربی استفاده شد. نتایج عددی استخراج شده مطابقت خوبی با مشاهدات تجربی داشت، به طوری که نمودار نیرو- جابه جایی حاشیه خطا حدود 5% را نشان می دهد. محل شروع شکست، جهت رشد ترک و مقدار جابه جایی در نقطه شکست در مطالعات عددی نیز نشان دهنده مطابقت نزدیک با آزمایشات تجربی بود.

    کلیدواژگان: شکست نرم، مدل جی تی ان، جوانه زنی، رشد و به هم پیوستن حفره ها، حالت تنش
  • غلامحسین ملکی، سیاوش طباطبائیان، محمدرضا سلطانی*، علیرضا داوری صفحات 2101-2112

    در مطالعه حاضر، پروفیل سرعت لحظه ای در پشت یک ایرفویل به صورت تجربی در دو عدد رینولدز متفاوت اندازه گیری شده است. داده های حاصل از این اندازه گیری برای مطالعه پروفیل دنباله و ضریب نیروی پسای ایرفویل در شرایط گوناگون استفاده می شود. در روش های مرسوم و متداول برای محاسبه ضریب نیروی پسای ایرفویل از طریق اندازه گیری سرعت در پشت ایرفویل، از ترم های سرعت اغتشاشی معادله مومنتوم صرفه نظر می شود. اگرچه، در زوایای حمله متوسط به بالا که جریان مغشوش می شود و جدایش هم اتفاق می افتد، ماهیت جریان سه بعدی می شود و نادیده گرفتن ترم های اغتشاشی سرعت (در سه بعد) در محاسبه ضریب پسای ایرفویل ممکن است منجر به کسب داده های اشتباه شود. در مطالعه حاضر به منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل برای محدوده زوایای حمله متوسط به بالا، ترم های سرعت اغتشاشی در محاسبه ضریب پسای ایرفویل لحاظ می شود و این امر منجر به برقراری همخوانی مطلوب بین نتایج عددی و تجربی می شود، در حالی که برای محدوده زوایای حمله اندک، به منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسا و ایجاد یک تطابق مطلوب بین نتایج عددی و تجربی، می توان از اثرات ترم های سرعت اغتشاشی در محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل صرفه نظر کرد.

    کلیدواژگان: توربین بادی، ناحیه دنباله، ضریب پسا، عدد رینولدز، ریک فشار، ترم های سرعت اغتشاشی
  • امین جودت*، مجتبی نجفیان صفحات 2113-2120

    در این پژوهش به صورت تجربی، با استفاده از تکنولوژی نبولایزر، اثر تزریق آب تقطیر شده در کویل تبخیر کننده، بر هوای ورودی چگالنده در جهت افزایش ضریب عملکرد سیستم های تهویه مطبوع انبساط مستقیم مطالعه شده است. دستگاه آزمایشگاهی از یک تونل تهویه مطبوع به ابعاد 35×35×200 سانتی متر تشکیل شده است که دارای یک چرخه تبرید تراکمی به ظرفیت یک تن تبرید با مبرد R404a است. سیستم کنترلی و ثبت داده ها به همراه سنسورهای فشار و دمای نصب شده در نقاط مختلف این دستگاه، قابلیت ثبت داده های اندازه گیری را با دقت خوب تامین نموده است. نتایج نشان می دهد استفاده از نبولایزر سبب کاهش فشار خروجی و توان مصرفی کمپرسور شده و ضریب عملکرد چرخه تبرید را افزایش خواهد داد. با افزایش دمای هوای عبوری از سطح چگالنده، استفاده از نبولایزر اثربخشی بیشتری خواهد داشت. با افزایش دمای هوای عبوری چگالنده از 21 به 36درجه سانتی گراد، استفاده از نبولایزر موجب کاهش فشار خروجی کمپرسور تا بیش از 27%، کاهش توان مصرفی کمپرسور بیش از 8% و افزایش ضریب عملکرد چرخه تبرید بیش از 64% خواهد شد. نتایج نشان می دهد تکنولوژی نبولایزر در روزهای گرم سال می تواند با بازیافت آب اتلافی سیستم های تهویه مطبوع، به عنوان روشی عملی و کم هزینه جهت افزایش ضریب عملکرد سیستم های تهویه مطبوع انبساط مستقیم استفاده شود.

    کلیدواژگان: بستر آزمایش، ضریب عملکرد، نبولایزر، بازیافت انرژی، سیستم های تهویه مطبوع انبساط مستقیم
  • سعید غفارزاده، علی نصیری طوسی*، محمدتقی زرین کلاه صفحات 2121-2128

    احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، به عنوان یک احتراق دما پایین یکی از روش های رایج برای کاهش آلاینده های اکسیدهای نیتروژن و دوده است. در این تحقیق، تاثیر بازخورانی گازهای اگزوز بر احتراق و آلایندگی یک موتور دوسوخته دیزل و گاز طبیعی با سیستم احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی مورد بررسی قرار گرفت. موتور مورد تحقیق، یک موتور تک سیلندر با پاشش سوخت دیزل به عنوان سوخت با واکنش پذیری بالا به صورت مستقیم به داخل سیلندر و پاشش سوخت گاز طبیعی به عنوان سوخت با واکنش پذیری پایین در راه گاه است. زمان شروع پاشش، شکل پاشش و طول پاشش در هر دو انژکتور توسط ECU توسعه یافته، تحت کنترل هستند. با توجه به اینکه موتور مورد آزمون در نسبت پیش اختلاط 60% از پایداری خوبی برخوردار است و قابلیت کار با درصد بالای گازهای برگشتی از اگزوز را دارد، برای بررسی انتخاب شد. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که با افزایش میزان بازخورانی گازهای اگزوز از صفر تا 34%، مقدار IMEP و بازده حرارتی حدود 18% کاهش می یابد. همچنین با افزایش میزان بازخورانی گازهای اگزوز، شروع، میانه و انتهای احتراق به علت کاهش میزان اکسیژن داخل محفظه احتراق عقب می افتد. با افزایش EGR دمای محفظه احتراق کاهش یافته، بنابراین تولید CO و UHC روند افزایشی به ترتیب 86 و 300% دارد و برعکس میزان NOx، 350% کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، بازخورانی گازهای اگزوز، بازده حرارتی، آلایندگی
  • سید حامد حسینی، مهران محبوب خواه*، مرتضی فرهید صفحات 2129-2137

    استفاده از یاتاقان های مغناطیسی به منظور شناورسازی محور موتورهای الکتریکی با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی و کاهش اصطکاک و افزایش دور و مومنتوم زاویه ای، یکی از چالش های موجود صنایع هوافضا است. در این مقاله، یاتاقان مغناطیسی غیرفعال برای عملگر چرخ عکس العملی، عملگری که برای تغییر و کنترل وضعیت ماهواره های فضایی به کار می رود، طراحی و با استفاده از نرم افزار کامسول تحلیل شده و عملکرد آن پس از ساخت در حالت های مختلف بررسی شده است. یاتاقان مغناطیسی غیرفعال در چرخ عکس العملی، وقتی روتور از موقعیت مرکزی محور دورانی خارج می شود، نیروی بازگردانی که نتیجه دافعه میان قطب های هم نام مغناطیس های دایمی است را ایجاد می کند و روتور را به موقعیت محور مرکزی هدایت می نماید. ساختار یاتاقان مغناطیسی غیرفعال محوری بر مبنای الزامات فیزیکی و مغناطیسی، طراحی و توزیع چگالی شار مغناطیسی و خصوصیات استاتیک نیرویی یاتاقان با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار کامسول برآورد شده و ضریب سفتی از خصوصیات استاتیکی به دست آمده است. انتخاب صحیح چینش ها و استحصال سفتی بالا نقش به سزایی در کاهش توان مصرفی و نگهداری چرخ عکس العملی دارد که در این مقاله به تحلیل و طراحی آن پرداخته شده و ساختار متناسب بر روی آن پیاده شده و نتایج عملکردی دورانی و توان مصرفی آن آورده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های اجزای محدود نشان دهنده تاثیرات ساختار انباشته مغناطیسی بر روی مشخصات نیرویی و سفتی مغناطیسی یاتاقان بوده و آزمایشات تجربی حاکی از افزایش سرعت دورانی و مومنتوم چرخ عکس العملی در حالت استفاده ترکیبی یاتاقان مغناطیسی غیرفعال و یاتاقان مکانیکی است.

    کلیدواژگان: یاتاقان مغناطیسی غیرفعال، آرایه های مغناطیسی، عملگر چرخ عکس العملی، روش تحلیل المان محدود (FEM)
  • محمدباقر محمد صادقی آزاد*، سجاد بهزادی پور صفحات 2139-2157

    لوله گردابه ای یکی از سیستم های سرمایشی بسیار پرکاربرد در صنعت است. بررسی تاثیر کلیه متغیرهای ورودی بر اختلاف دمای خروجی سرد در حالت آزمایشگاهی، زمان بر و پرهزینه است. به همین منظور در کار حاضر سعی شده تا با استفاده از روش سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی تاثیر کلیه متغیرهای ورودی بر اختلاف دمای هوای خروجی سرد و هوای ورودی، مدل سازی و پیش بینی شود. روش سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی، با سه ساختار سیستم استنتاج فازی به نام های الگوریتم خوشه بندی کاهشی، خوشه بندی اختیاری و منقطع سازی شبکه ای با چهار نوع تابع عضویت ورودی مثلثی، گاوسی، زنگوله ای و شبه پی طراحی شد. برای آموزش و آزمون مدل، از 326 داده آزمایشگاهی استفاده شد. مقایسه مدل های توسعه یافته با استفاده از پارامترهای آماری ضریب همبستگی، میانگین انحراف نسبی مطلق، انحراف استاندارد و خطای مربع میانگین ریشه همراه با تابع مطلوبیت کلی انجام شد. نتایج نشان داد که الگوریتم منقطع سازی شبکه ای با تابع عضویت ورودی نوع شبه پی با دارابودن بیشترین مقدار ضریب همبستگی و کمترین مقدار خطای مربع میانگین ریشه برای داده های آزمون با مقادیر 0/9975 و 0/4199 و مقدار تابع مطلوبیت کلی0/71 بهترین روش برای پیش بینی اختلاف دمای خروجی سرد است. با استفاده از روش فوق، بهینه ترین حالت عملکرد لوله گردابه ای جهت کاربردهای صنعتی استفاده از 3 یا 6 عدد نازل، محدوده فشار 0/55 تا 0/6 مگاپاسکال و زاویه نازل 20 تا 30درجه و جهت کاربردهای آزمایشگاهی تعداد 6 نازل، محدوده فشار 0/55 تا 0/6مگاپاسکال و زاویه نازل 25 تا 35درجه به دست آمد.

    کلیدواژگان: ANFIS، شبکه های عصبی مصنوعی، لوله گردابه ای
  • میلاد شبان پور، علیرضا فلاحی آرزودار* صفحات 2159-2169

    استفاده از ورق های دولایه به منظور بهبود خواص مکانیکی نظیر شکل پذیری، استحکام و بهبود خواص شیمیایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی، باعث افزایش روزافزون این نوع مواد در صنعت شده است. در این پژوهش شکل پذیری ورق دولایه آلومینیوم- مس در نرخ کرنش بالا به کمک روش شکل دهی الکترومغناطیس بررسی می شود. شبیه سازی شکل دهی الکترومغناطیس ورق دولایه در نرخ کرنش بالا به کمک نرم افزار ماکسول و آباکوس انجام شد. با ساخت سیم پیچ و قالب و استفاده از ورق با هندسه های متفاوت و شبکه بندی ورق، نمودار حد شکل دهی در حالت تجربی نیز استخراج شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که فشار الکترومغناطیس وارد بر ورق در چینش CA 19% از چینش AC بزرگ تر است. با استفاده از معیار مشتق دوم کرنش، نمودار حد شکل دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس استخراج شد. سطح نمودار حد شکل دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس با ضخامت اولیه 5/0میلی متر در چینش AC نسبت به CA حدود 30% بالاتر است. دلیل این بهبود این است که در چینش AC ورق با شکل پذیری بیشتر (مس) در لایه خارجی است و در مقابل تنش کششی وارده، مقاومت بیشتری در برابر گلویی شدن دارد. لایه بیرونی با شکل پذیری بهتر می تواند باعث بهبود شکل پذیری ورق دولایه شود. سطح نمودار حد شکل دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس در نرخ کرنش بالا نسبت به حالت استاتیک در سمت راست حدود 120 و در سمت چپ حدود 50٪ بهبود داشته است. نتایج تجربی برای نمودار حد شکل دهی با نتایج شبیه سازی حدود 6% اختلاف دارد.

    کلیدواژگان: ورق دولایه، ورق آلومینیوم- مس، نمودار حد شکل دهی، شکل پذیری، نرخ کرنش بالا
  • شایان درزی، محمدجواد میرنیا*، مجید الیاسی صفحات 2171-2184

    شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، فرآیندی مقرون به صرفه با انعطاف پذیری بالا است و در نتیجه انتخابی مناسب برای تولیدهای حجم پایین- سفارشی در مقایسه با روش های سنتی تر مانند پرسکاری است. مهم ترین صنایع هدف این فرآیند، صنعت های پزشکی، خودروسازی و هوافضا است، که در جمیع آنها گرایش به سمت استفاده از فلزاتی با نسبت استحکام به وزن بالا است. این دسته از فلزات شکل پذیری بسیار پایینی را در دمای اتاق از خود نشان می دهند و برای بهبود شکل پذیری آنها فرآیند شکل دهی تدریجی در دماهای بالا صورت می گیرد. در این پژوهش، گرمایش ورق آلیاژی 6061AA در محدوده دمایی 25 تا 400درجه سانتی گراد، به صورت یکنواخت انجام شد. نحوه تاثیرگذاری پارامتر های فرآیندی دما، گام عمودی و سرعت پیش روی به همراه سه نوع روانکار بر شکل پذیری قطعات شکل داده شده به صورت مخروط هایی ناقص در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای داغ مطالعه شد. نتایج نشان داد که علی رغم ناتوان بودن گرمایش نقطه ای ورق در افزایش شکل پذیری ورق آلومینیوم 6061AA (37% بهبود شکل پذیری تحت شرایط بهینه) در ادبیات تحقیق، روش گرمایش متفاوت مورد استفاده در این مقاله منجربه افزایش 528% شکل پذیری شد. از لحاظ میزان تاثیرگذاری پارامترها بر شکل پذیری، دما مهم ترین عامل است. روانکار و گام عمودی در رده های بعدی قرار می گیرند و اثر سرعت پیش روی قابل چشم پوشی است. با افزایش دما از 25 به 400درجه سانتی گراد، زاویه دیواره بحرانی از 60 به 65درجه تغییر می کند. در انتخاب شرایط مناسب فرآیندی کیفیت سطح قطعات نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به گونه ای که کیفیت سطح قطعات شکل داده شده در بهترین و بدترین حالت، به ترتیب 1/18 و 4میکرومتر به دست آمد. با استفاده از ترکیبی بهینه از پارامترهای فرآیندی، شکل دهی مخروطی با زاویه دیواره 65 تا عمق 44میلی متر در یک مرحله میسر شد که نشان دهنده افزایش شکل پذیری چشم گیری است.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، شکل دهی دما بالا، روانکار، گام عمودی، شکل پذیری
|
  • A. Bahrami, H. Moghadas, M.S. Saidi* Pages 1943-1950

    Research on DNA is particularly important in the diagnosis, control, and treatment of many diseases, including cancer. Today, the use of digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) for different DNA tests has attracted much researchers’ attention. A large number of micron-sized droplets are required to perform ddPCR. In the present study, a ddPCR system was designed, fabricated, and evaluated using a microfluidic chip. The system comprises a microfluidic chip for droplet generation and a thermal cycling device needed for PCR. The droplet generation in the microchip was simulated in 3D. The simulation results were validated. The average error is about 5% in the radius of the droplets. The constructed thermal cycling device controls the chip temperature with a precision of ±1.5°C. The in-chip PCR process was successfully performed by applying 25 heat cycles. The fluorescent property was observed in most droplets that prove the thermal cycling device can provide the conditions for DNA proliferation in the laboratory. The images were processed, and different levels of fluorescent light were identified in the droplets. The coefficient of variation of the selected droplets is 2.5%, which gives a good accuracy compared to the acceptable amount for these types of systems (less than 8%). The results obtained from this fully native device can be used in many fields, including cancer detection, examination of malignant tissue, and evaluation of the success in tissue surgery.

    Keywords: Polymerase Chain Reaction, Microfluidic, DNA, Cancer
  • A. Afshari*, A. Dehghan, M. Dehghani Mohammad Abadi, M. Dehghan Manshad Pages 1951-1965

    The study of turbulent boundary layer trailing edge noise as one of the most important aerodynamic sound generation mechanisms is a fundamental issue in design and production of equipment with minimum noise. In the present study, the utilization of finlets as a turbulent boundary layer trailing edge noise control technique is investigated. For this purpose, a flat-plate model, equipped with surface pressure transducers has been designed and built and the main parameters of trailing edge noise including the surface pressure spectra, the spanwise length scale, and eddy convection velocity in the trailing edge region have been measured. Moreover, in order to study the structure of the boundary layer flow downstream of the surface treatments, a single hot-wire anemometer has been used. The results showed that the presence of finlets leads to a significant reduction in the surface pressure spectra at all frequency ranges except for frequencies close to the maximum surface pressure spectrum. Furthermore, passing the flow structures through the finlets, although did not create significant changes to the spanwise length scale at high frequencies, however, they have led to an increase at low to mid frequencies. Finally, the Amiet-Roger model has been used to evaluate the changes in far field trailing edge noise due to the presence of the finlets and the results show the effectiveness of finlets in reducing trailing edge noise over a wide range of frequencies.

    Keywords: Finlet, Turbulent Boundary Layer Trailing Edge Noise, Parameters Affecting Trailing Edge Noise
  • A. Hasanzadeh, M. Golzar* Pages 1967-1978

    Smart polymers as a subset of smart materials have the ability to memorize their original form and return after reforming by inducing some stimulus. In this study, shape-memory polymers were manufactured in layers by 3D printing methods. Using this method, by controlling the percentage of each material in the sample and layer design the shape memory properties are investigated. The advantages of this method compared to other methods such as blending are the control simplicity of the impacting factors on the shape memory property, construction of complex parts, and improved shape memory property. TPU with elastic property and semi-crystalline PLA materials were used to achieve shape memory property and the samples printed out in TPU-UP and PLA -UP states to investigate the layer design effect. The results of shape memory tests showed that the number of layers, their arrangement, and shape memory properties can be easily controlled and designed. The results of DMTA test indicated that the recovery temperature in layered samples is lower than the other methods and the percentage of PLA and TPU can be controlled the recovery temperature. The recovery speed of layered samples in this study is very higher than previous studies, due to the amount of saved energy in TPU and the multilayered construction. Shape memory tests depicted that TPU increases the recovery ratio and the PLA increases the fixity ratio. The reason lay in the increase of the switching point percentage including crystallization, Tg, and reduction of cross-links which play the role of network cross.

    Keywords: 3D Printer, Shape-Memory Polymers (SMPs), Multilayer, Shape Memory Property
  • M. Mamourian*, S.A. Naghedifar, M. Mohammadi Neyshaburi Pages 1979-1989

    Residual stress is one of the most substantial defects of welded parts caused by intensive thermal gradient. In this study, different mechanical and thermal techniques for reducing residual stresses have been investigated and the effectiveness of contributing parameters has been discussed afterwards. Subsequently, some equations have been proposed for welding energy and exergy efficiency and the effects of parallel flame heating, vibration method, and hammer working method on reducing welding residual stresses are expressed. The results show that by using parallel heating technique, the enhancement of flame power would result in reducing both energy and exergy efficiencies. However, the decremental rate of the two efficiencies would slow down and they approach to an asymptotic value. Increasing the speed of welding improves two efficiencies more than 2 times. On the other hand, the normalized entropy is reduced by increasing the heat input of the flames. This fact is an indicator of a reduction in welding residual stress. This reduction is more at high speeds. Eventually, the ratio of the two efficiencies shows that in this study, economical power was about 1800j/s. The reduction of normalized entropy for the vibration, hammering, and parallel flame methods are 0.001, 0.1, and 10, respectively. Overall, it is expected that thermal methods are more efficient than mechanical methods in reducing residual stresses.

    Keywords: Welding Residual Stress, Exergy, Hammering, Parallel Heating, Vibration Method
  • A. Meserkhani, S.M. Jafari*, A. Rahi Pages 1991-2000

    In this paper, experimental defect diagnosis and the classification of its size in the outer race of angular contact ball bearing with acoustic emission method and artificial neural network are presented. In an experimental system, bearings are loaded at four speeds of 600, 900, 1200, and 1500rpm with four loads from low to high. Loads are applied to the outer race with the help of four bolts with equal and specific torques. Since the bearing is angular type, this type of loading is converted to radial and axial combined loading simultaneously and differs from conventional loads in deep groove bearings. Acoustic emission waves are recorded using broadband sensors in two states, healthy and defective. Therefore, to diagnose the defect, different states can be compared with the healthy. The spark method was used to create an artificially seeded defect. In analyzing the results, a new parameter called “the total time above threshold” was introduced to increase the efficiency of defect diagnosis and classification of its size. With the help of the introduced parameter and 4 conventional acoustic emission parameters and using an artificial neural network, the performance of the artificial intelligence system was 95.1% in defect diagnosis and 94.4% in defect size classification.

    Keywords: Experimental Defect Detection, Size Classification, Angular Contact Ball Bearing, Acoustic Emission, Artificial Neural Network
  • M. Babaee Kolaee, A. Zolfaghari*, H. Baseri Pages 2001-2008

    Blow molding is one of the most widely used processes for producing hollow plastic parts. In this process, the wall thickness uniformity of blow molded part is a prime concern. Processing parameters such as blowing pressure, melting temperature, and parison thickness affect the uniformity. In this paper, extrusion blow molding process for Peugeot 405 and Peugeot Pars water tanks has been studied by simulations and experiments. The effects of parison thickness in three levels and blowing pressure in two levels were investigated on the wall thickness of blow molded part. Parison thickness was varied by manipulating air gap between mandrel and die. The results indicated that the increase of blowing pressure had no effect on the part thickness. However, the parison thickness significantly influenced the thickness of molded part. Parison thickness was optimized by considering the weight and required strength of the part, so that, the material consumed was decreased. Also, Polyflow software was used to simulate the blow molding process. For this purpose, the initial parison geometry was experimentally determined by a measurement set-up, then the inflation process was simulated on this real parison. A good agreement was obtained between thicknesses of part in the experiments and simulations.

    Keywords: Polyethylene Water Tank, Thickness, Simulation, Polyflow
  • A. Gharehghani* Pages 2009-2016

    Reducing fossil fuel sources together with tighter environmental laws to control the engine exhaust emissions makes the use of cleaner and renewable fuels inevitable. Therefore, the use of biodiesel fuel as a strategy to conserve energy and reduce emissions is becoming increasingly important in engines. On the other hand, biodiesel fuels increase NOx emissions in the engines, which necessitate the use of water additives to reduce the combustion temperature. To compensate for the negative effect of water addition by reducing combustion quality and thus reducing thermal and exergy efficiency, the use of metal-based nano-particles additive can be a reliable solution. In this study, the effect of adding different concentrations of nano-particles on improving efficiency of the first and second laws as well as fuel consumption of a single-cylinder engine with different fuel combinations with BXWYNZ formula (diesel fuel with X% biodiesel mass, Y% water mass%, and Zppm nano-particles), has been studied experimentally. The results of this study show that adding 60ppm nano-particles to B0W5 will improve about 3% efficiency in the first law and 2.5% efficiency in the second law compared to pure diesel fuel. These values were about 4 and 3.8% for 90ppm nano-particles, and 5 and 4.7% for 120ppm nano-particles, respectively. In addition, based on the experimental results, the B15W5N120 has 7.5% higher first-law efficiency and 7% higher second-law efficiency than pure diesel fuel.

    Keywords: First, Second Law Efficiency, Exergy, Fuel Consumption, Biodiesel, Nano-Particle
  • A. Fallahi*, M. Asemani Pages 2017-2027

    The present study investigates the influence of three different microstructure features including volume fraction of α phase (A), thickness of α phase (B), and aspect ratio of primary α (C) on tensile properties of Ti-6Al-4V alloy, by response surface methodology with central composite design (CCD). The experimental data required for the design of experiment (DOE) and analysis of variance (ANOVA) is predicted using the artificial neural network (ANN). First using the experimental data of other researchers, the ANN with two hidden layers by the error propagation algorithm was trained. The main objective of this study is to compare the two feedforward and feedback neural networks in as well as examine the influence of microstructure on the mechanical properties of the Ti-6Al-4V alloy. The results showed that the feedback neural network has higher accuracy than the feedforward neural network to predict the values of yield strength and elongation. Besides, according to ANOVA and response surface method, C, B2, AB2, and A2C factors and A, C, B2, BC, and A2B factors have more significant effects on yield strength and elongation in Ti-6Al-4V alloy, respectively.

    Keywords: Ti-6Al-4V Alloys, Artificial Neural Network, Error Propagation Algorithm, Central Composite Design, Response Surface Method
  • F. Hosseinnejad, R. Kouhikamali* Pages 2029-2043

    In the current study, experimental and numerical methods have been used to investigate the pressure drop and the separation efficiency of wire mesh demisters in an air-water system. Using the designed and manufactured experimental model, various parameters such as air velocity, packing density, and wire diameter in plastic and metallic demisters have been studied. Numerical simulation was carried out in two-dimensional and transient form using K-epsilon (k-ε) turbulence model in commercial software ANSYS Fluent and validated against experimental results. The Eulerian-Lagrangian discrete phase model was also used to simulate the water droplet trajectory at diameters of 0.2 and 0.05mm. The numerical simulation results are sufficiently accurate compared to the experimental data. The numerical solver predicts separation efficiency with error of about 20% and pressure drop with error of less than 20% compared to experimental data. The numerical simulation results show that increasing the diameter of water droplets at higher air velocities and higher packing densities is more effective and increases the separation efficiency up to 36%. Also, increasing the packing density increases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.2mm and decreases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.05mm. The results show that the separation efficiency of plastic demister is more than the separation efficiency of metallic demister and in lower packing densities, the use of plastic demister is advisable.

    Keywords: Wire Mesh Demister, Packing Density, Wire Diameter, Diameter of Water Droplets, Separation Efficiency, Pressure Drop
  • M. Sayah Badkhor, T. Mirzababaie Mostofi, H. Babaei* Pages 2045-2060

    In the present study, the experimental study and regression analysis of the dynamic response of circular plates under uniform and localized blast loading were investigated. To this end, several experiments were performed on steel plates under different conditions in the experimental section. In order to complete the database and perform a comprehensive analysis, fourteen series of experiments and 562 data in the open literature were added to the experimental results of the present study. Subsequently, the effect of the radius and thickness of the plate, the impulse of applied load, the mechanical properties of the plate, the loading radius, and the standoff distance on the maximum deflections of circular plates were simultaneously investigated using the Design-Expert software package and response surface methodology. In order to find a significant model, the confidence level of 95% was considered in the analysis. Two separate analyses were done based on the types of loading. The values of R2 for uniform and localized blast loading are equal to 0.9712 and 0.9548, respectively. The results show that the predicted values of the models are in good agreement with the experimental data and the presented models are suitable. Optimal conditions for the minimum deflection of the circular plates under dynamic loading with uniform and local distribution were also presented.

    Keywords: Uniform Load, Local Load, Plate Deflection, Circular Plate, Optimization, Response Surface Methodology
  • A. Pazhouheshgar, A.H. Moghanian*, S.A. Sadough Vanini Pages 2061-2073

    The composites derived from the bioactive glasses, such as BG/polysulfone, have better mechanical properties than pure materials and their characteristics are closer to human bone. In this study, the unknown fracture behavior of 58s BG/PSF composite has been investigated. The extended finite element method (XFEM) was used, in order to model the fracture behavior of 58s BG/PSF composite with greater accuracy. The XFEM doesn’t require remeshing at each step and achieves the precise approximation of singularities by incorporating discontinuity behavior into the elements using the enrichment functions. The aim of using the XFEM was to obtain stress intensity factors, displacements, stress and strain around the crack tip, fracture toughness as well as strain energy release rate. Moreover, the 58s BG/PSF composite with 30% bioactive glass particles was synthesized using solvent casting method and the bending failure test was performed according to the relevant standard. Also, to demonstrate the quality of the interface between the glass particles and polysulfone, SEM investigation was performed on the fracture surface. The obtained fracture toughness was in the range of 1.4 to 1.6 , and the strain energy release rate was in the range of 1600 to 1900 J.m-2, which was comparable to the same properties of natural human bone. Besides, the stress intensity factors and strain energy release rates were calculated by coding in MATLAB and modeling in ABAQUS, and the numerical results were validated with the analytical and experimental data and it was revealed that the numerical results were in great coordinance with the analytical and experimental results.

    Keywords: Bioactive glass composite, Polysulfone, Fracture toughness, Extended Finite Element Method
  • H. Ami Ahmadi, A. Ebadi, S.M. Hosseinalipour* Pages 2075-2085

    Nowadays, the interaction between gas bubbles and oil droplets plays an important role in the efficiency of many industrial processes. Therefore, it is of great importance to study the influencing factors on these processes. So, in the present paper, the effect of droplet and bubble size on the drainage time of the trapped intervening film between droplet and bubble was investigated. Six series of experiments were conducted for various sizes and three characteristic time scales including drainage time, coverage time, and rupture time were measured. Each of these experiments was repeated at least five times. The results showed that the drainage time changed independently of the droplet/bubble size. Moreover, it was observed that due to the nature of the phenomenon, the measured drainage times in each equivalent size are notably scattered, which means that the microscopic interactions in the water film and between bubble-droplet interfaces have significant impacts on the drainage time. Also, in the current experiment, it was found that the volume of the intervening film between droplet and bubble has no vital role in the drainage time of the mediate water film.

    Keywords: Bubble-Dropet Coalescence, Film Drainage Model, Drainage Time, BubbleDroplet, Three-Component Flow
  • H. Gholipour, F.R. Biglari* Pages 2087-2099

    The present study is devoted to experimental and numerical investigation of in-situ tensile tests to recognize the mechanisms of ductile fracture under different stress states. The GTN model, which is a micromechanical based damage model, has used for numerical simulations. The parameters related to this model for St12 steel were identified by response surface method (RSM) through minimizing the difference between numerical and experimental results of the tensile test on a standard specimen. The void related parameters of GTN model were determined 0.00107, 0.00716, 0.01, and 0.15 for ff, fc, fN, f0, respectively. After calibrating the damage model for the studied material, the tensile tests were carried out on the in-situ specimens with different geometries. The fractographic analysis was performed to identify the ductile fracture under a wide range of stress states and two failure mechanisms were observed. The calibrated damage model was applied to FE simulations of in-situ tensile specimens for numerical study of the experimentally observed fracture phenomenon. The extracted numerical results showed a good agreement with experimental observations comparing load-displacement plots with a margin of error within 5%. The location of fracture initiation, crack growth orientation, and the displacement at fracture zone in numerical studies also showed close correspondence with experiments.

    Keywords: Ductile Fracture, GTN Model, Void Nucleation, Growth, Coalescence, Stress State
  • Gh. Maleki, S. Tabatabaeian, M.R. Soltani*, A. Davari Pages 2101-2112

    In the present study, the instantaneous velocity profile behind an airfoil at two different Reynolds numbers has been measured experimentally. Data are used to study the wake profile and the corresponding drag coefficient force of the airfoil in different conditions. In the conventional and common methods for calculation of the drag force coefficient through the velocity measurement behind an airfoil, turbulence velocity terms of the momentum equation are ignored. However at moderate to high angles of attack where the flow becomes turbulent and separation occurs, the nature of the flow becomes three dimensional and disregarding the components of the fluctuation of velocity (in three dimensions) in calculation of the drag coefficient of airfoil may result in erroneous information. In the present study, in order to increase the accuracy of the experimental drag coefficient of the airfoil for moderate to high angles of attack, turbulence velocity terms in experimental drag coefficient calculation are considered and this causes an acceptable compatibility between experimental and numerical results whereas for low angles of attack, disregarding the effects of turbulence velocity terms in experimental drag coefficient calculation will improve the accuracy of the experimental drag coefficient and a desired compatibility between experimental and numerical data will be established.

    Keywords: Wind Turbine, Wake Region, Drag Coefficient, Reynolds Number, Pressure Rake, Turbulence Velocity Terms
  • A. Jodat*, M. Najafian Pages 2113-2120

    In this experimental study, the condensed water in the evaporator coil was injected using the nebulizer technology into the condenser inlet air and its effect on the performance coefficient was studied. The testing equipment employed in the present study consisted of an air conditioner tunnel with the dimensions of 200×35×35cm, which had the compression refrigeration cycle of 1-ton refrigeration with R404a refrigerant. A data logger with pressure and temperature sensors installed at various points of the unit accurately recorded the measured data. The results indicated that the use of a nebulizer would reduce the compressor outlet pressure and compressor power consumption and also increase the performance coefficient. By increasing the air temperature to the condenser from 21 to 36°C, the use of a nebulizer reduced compressor outlet pressure by more than 27%, decreased compressor power consumption by more than 8%, and increased the performance coefficient more than 64%. The results demonstrate the nebulizer technology could be used on hot days of the year by recycling wastewater from air conditioning systems, as a practical and low-cost method to increase the efficiency of direct expansion air conditioning systems.

    Keywords: Experimental Setup, Coefficient of Performance, NebulizerEnergy Recovery, Direct Expansion Air Condition Systems
  • S. Ghaffarzadeh, A. Nassiri Toosi*, M.T. Zarrinkolah Pages 2121-2128

    RCCI as low temperature combustion is one of the common methods for reducing nitrogen oxides and soot pollutants. In this study, the effect of exhaust gas recirculation on combustion and emission of an RCCI engine, fueled with diesel and CNG was investigated. The investigated engine is a single-cylinder engine with diesel direct injection to the combustion chamber as high-reactivity fuel and a port fuel injection of CNG fuel as low-reactivity fuel. The start of injection, the injection shape, and the injection duration of both injectors are controlled by the developed ECU. Since the engine tested has good stability in the premix ratio of 60% and is capable of operating with high EGR percentage, it was selected for investigation. The results of this study show that with an increase of the exhaust gas recirculation rate from 0 to 34%, the amount of IMEP and thermal efficiency decrease by about 18%. As the EGR increases, the start, middle, and end of the combustion are delayed due to the decrease in oxygen content inside the combustion chamber. With the increase of EGR, the temperature of the combustion chamber decreased so that increasing CO and UHC production, showing an increase of 86 and 300%, respectively, while NOx decreases by 350%.

    Keywords: Reactivity Controlled Compression Ignition, Exhaust Gas Recirculation, Thermal Efficiency, Pollution
  • S.H. Hosseini, M. Mahboubkhah*, M. Farhid Pages 2129-2137

    One of the important challenges of the aerospace industry is the use of magnetic bearings and generating the electromagnetic flux in motor to increase its speed of rotation and angular momentum. In this paper, the passive magnetic bearing for the reaction wheel actuator which is used to modify the status of space satellite is designed and analyzed using the COMSOL software. The performance of constructed reaction wheel in various modes is evaluated. In the passive magnetic bearing system, when the rotor exits the center position of the rotational axis, the return force that results from repulsion between the poles of the same permanent magnet directs the rotor to the center axis position. In the paper, the axial passive magnetic bearing is designed, and the distribution of magnetic flux density and static force of the bearing is estimated using simulation in the software and the stiffness coefficient is obtained from the static properties. To reduce the power consumption of the reaction wheel, various layouts were investigated. Then, based on design and analysis results, the appropriate bearing to achieve the maximum rotational speed and the minimum power consumption is introduced. The results of the FEM analysis clarified the effects of the magnetic stacking structure on the force and magnetic stiffness of the bearing and finally, the experiments proved that the rotational speed and momentum of the reaction wheel are increased in the combined use of the mechanical and passive magnetic bearings.

    Keywords: Passive Magnetic Bearing, Magnetic Arrays, Reaction Wheel Actuators, Finite Element Analysis (FEM)
  • M.B. Mohamad Sadeghi Azad*, S. Behzadipour Pages 2139-2157

    The vortex tube is one of the widely used cooling systems in the industry. Investigating the effect of all input variables on the outlet cold temperature difference in laboratory state is time-consuming and costly. To this purpose, in the current study, attempts were made to model and predict the effect of all input variables on the outlet cold temperature difference of air and inlet air using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) method. The ANFIS method was designed with three structures of fuzzy inference systems called subtractive clustering (SC) algorithm, fuzzy c-means (FCM), and grid partition (GP) with four types of input membership functions including trimf, gaussmf, gbellmf, and pimf. For model training and testing, 326 laboratory data were used. The developed models were compared using statistical parameters of correlation coefficient, mean absolute relative deviation, standard deviation, and root mean square error (RMSD) together with general desirability function. The results showed that GP algorithm with input pimf membership function with the greatest value of correlation coefficient (0.9975) and lowest value of RMSD for test data (0.4199) and general desirability function value of 0.71 is the best method to predict outlet cold temperature difference. Using the above-mentioned method, the most optimum state of vortex tube performance for industrial applications was found to be the use of 3 or 6 nozzels, at the pressure range of 0.55 to 0.6MPa and the nozzle angle of 20 to30 degrees, and for laboratory applications was obtained to be the use of 6 nozzles, at the pressure range of 0.55 to 0.6MPa, and the nozzle angle of 25 to 35 degrees.

    Keywords: ANFIS, Artificial Neural Network, Vortex Tube
  • M. Shabanpour, A. Fallahi Arezoodar* Pages 2159-2169

    The use of two-layer sheets to improve mechanical properties such as ductility and strength and to improve chemical properties such as corrosion resistance has led to an increasing number of such materials in the industry. In this study, the formability of aluminum-copper two-layer sheets at a high strain rates is investigated by electromagnetic forming method. The simulation of electromagnetic forming of the two-layer sheet was performed at high strain rate using Maxwell and Abaqus software. By making coil and die and using sheets with different geometries and grids on the sheets, the forming limit diagrams (FLD) was also extracted experimentally. The simulation results showed that the electromagnetic pressure applied on the sheet in CA lay-up was 19% higher than in AC lay-up. Using the second derivative of strain criterion, the FLD of aluminum-copper two-layer sheet was derived. The FLD of aluminum-copper two-layer sheet with an initial thickness of 0.5mm is 30% higher in the AC lay-up than in CA lay-up. The reason for this improvement is that in the AC lay-up the sheet with more ductility (copper) is in the outer layer and has greater resistance to tensile stress and necking. The outer layer with better ductility can improve the ductility of the two-layer sheet. The FLD of aluminum-copper two-layer sheets has improved 120% in right-hand side and 55% in left-hand side at high strain rates compared to static conditions. There is about a 6% differences between the simulation and experimental results for forming limit diagram.

    Keywords: Two-Layer Sheet, Aluminum-Copper, Forming Limit Diagram, Formability, High Strain Rate
  • Sh. Darzi, M.J. Mirnia*, M. Elyasi Pages 2171-2184

    Single point incremental forming is a cost-effective process with high flexibility and as a result, would be a proper selection for low-batch and high-customized production compared to traditional processes such as pressing. The target market of this process usually consists of medical, automotive, and aerospace industries in which metals with high strength to weight are highly in demand. These materials are usually formed at elevated temperatures due to their low formability at room temperature. In this study, the AA6061 aluminum sheet was homogeneously heated at 25-400°C. In addition, the effects of important process variables of heat-assisted SPIF including temperature, vertical pitch, feed rate, and three types of lubricants were investigated on formability of truncated cones with various wall angles. According to the results, despite the inability of local heating in enhancing the formability of the AA6061 sheet (37% improvement of formability under optimal conditions), the homogenous heating approach which was used in this article leads to a significant improvement in formability (528%). Temperature is the most important parameters effective on the formability, while lubricant and vertical pitch are ranked as the second and third parameters, respectively and the effect of feed rate is negligible. The critical wall angle increases from 60 to 65 degrees with increasing the temperature from 25 to 400°C. In order to choose a suitable set of parameters, the surface roughness should be taken into account, which may alter the results from 1.18 to 4µm as the best and worst surface conditions, respectively. Furthermore, a truncated cone with a wall angle of 65 degrees was successfully formed to 44mm depth using an appropriate combination of process parameters. This demonstrates an outstanding improvement in formability.

    Keywords: Single Point Incremental Forming, Forming At Elevated Temperatures, Lubricant, Vertical Pitch, Formability