فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیستم شماره 10 (مهر 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/24
  • تعداد عناوین: 15
|
  • محمود فرشباف، محمدعمار مفید*، مجید بلباسی، مصطفی جعفرزادگان، حمید نعیمیان صفحات 2423-2432

    از آنجایی که پاشش ‌حرارتی، فرآیندی اقتصادی و سریع برای پوشش‌دهی سطح محسوب می‌شود و می‌تواند سطحی زبر و تمیز ایجاد نماید، می‌توان از آن به‌منظور اعمال لایه ‌واسط در روش اتصال‌دهی فاز مایع گذرا استفاده نمود. در تحقیق حاضر، اتصال فاز مایع گذرای آلیاژ Al2024 به Ti-6Al-4V با استفاده از لایه‌ واسط فویل برنج و نیز پاشش ‌حرارتی برنج بر روی فلز پایه آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از لایه ‌واسط اعمالی به‌صورت پاشش‌حرارتی، به‌دلیل ایجاد عیوب مختلف، مجراهای بیشتری برای نفوذ فراهم شده و به همین علت، پتانسیل نفوذ آلومینیوم و تیتانیم در فصل مشترک اتصال افزایش می‌یابد. سازوکار ایجاد اتصال، مشتمل بر نفوذ مس به سمت آلومینیوم و تیتانیم و تشکیل ترکیبات بین ‌فلزی نظیر TiAl3، TiAl، Al2Cu و AlCuMg و همچنین نفوذ مس از طریق مرزدانه‌های آلومینیوم و تشکیل فاز یوتکتیک است. تشکیل این ترکیبات بین ‌فلزی با استفاده از طیف‌سنجی تفکیک انرژی و پراش پرتو ایکس تایید شد. انحلال فلزات پایه در ناحیه اتصال و فرآیند انجماد هم‌دما در حالتی که از لایه ‌واسط پاشش ‌حرارتی استفاده شد، بیشتر و سریع‌تر از حالتی بود که از فویل به‌عنوان لایه‌ واسط استفاده شد. استحکام برشی ایجادشده در حالت استفاده از پوشش برنج پاشش‌ حرارتی، بیشتر (25مگاپاسکال) از حالتی بود که از لایه‌ واسط به‌صورت فویل (14/6مگاپاسکال) استفاده شد. این کاهش استحکام، می‌تواند به‌علت تجمع و رشد ترکیبات ترد بین ‌فلزی در نزدیکی فصل مشترک اتصال، به‌دلیل کاهش پتانسیل نفوذی آلومینیوم و تیتانیم در ناحیه اتصال باشد.

    کلیدواژگان: فاز مایع گذرا، فویل برنج، پاشش حرارتی، آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ تیتانیم، ریزساختار
  • سجاد اسماعیلی ولی آبادی، فرزاد ویسی*، مهراد پاکنژاد صفحات 2433-2443

    در مطالعه حاضر بررسی اثر زاویه شیب و پارامترهای هندسی فوم فلزی آلومینیومی بر انتقال حرارت جابه جایی آزاد به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. انتقال حرارت و جریان سیال در فوم فلزی براساس تیوری حجم متوسط است و با درنظرگرفتن شرط عدم تعادل حرارتی برای معادله انرژی و معادله غیرخطی دارسی- برینکمن- فورشیمر برای معادله ممنتوم در ناحیه متخلخل بیان شده است، معادلات میکروسکوپی در ناحیه سیال خالص و معادلات ماکروسکوپی در ناحیه متخلخل حل می شوند. حل عددی معادلات حاکم بر انتقال ممنتوم و انرژی در ناحیه متخلخل و سیال خالص با به کارگیری روش المان محدود صورت گرفته است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهای زاویه شیب چاه گرمایی فوم فلزی، دمای پایه و همچنین پارامترهای هندسی فوم شامل تخلخل، چگالی منفذ و ارتفاع فوم بر عملکرد حرارتی فوم فلزی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی با نتایج تجربی کارهای دیگران تطابق خوبی را نشان می دهد. طبق نتایج عددی، در یک دمای یکسان، عدد نوسلت متوسط چاه گرمایی فوم فلزی در حالت افقی 62/6% بیشتر از صفحه تخت افقی است. فوم فلزی در حالت افقی دارای بیشترین مقدار عدد نوسلت متوسط، نسبت به دیگر زاویه ها است؛ برای فوم فلزی با چگالی منفذ 5منفذ در اینچ و تخلخل 0/92 در حالت افقی عدد نوسلت متوسط سطح 22/3% بیشتر از حالت عمودی است. همچنین در حالت افقی روبه بالا عدد نوسلت متوسط، 29/5% بیشتر از حالت افقی روبه پایین است.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابه جایی آزاد، فوم فلزی، زاویه شیب، عدم تعادل حرارتی
  • توحید میرزابابای مستوفی، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی* صفحات 2445-2460

    یکی از اهداف اصلی مکانیک ضربه، طراحی مقاوم یک سازه در برابر انفجار با معرفی ساختاری با الگوی طراحی خاص ضمن حفظ شرایط سبک وزنی آن است. با توجه به کمبود نتایج تجربی، تحلیلی و عددی در زمینه تغییر شکل ساختارهای چندلایه تحت بار دفعی، در این تحقیق، تغییر شکل پلاستیک و الگوی شکست ورق های دولایه چهارگوش فلزی تحت بارگذاری دفعی غیریکنواخت مورد بررسی قرار گرفته است. در این سری از آزمایش ها، 26 نمونه دولایه فلزی با چیدمان های مختلف فولاد- فولاد و فولاد- آلومینیوم در ضخامت های مختلف ساخته و طراحی شد. جهت اعمال بار دفعی غیریکنواخت از سامانه آونگ بالستیک بدون به کارگیری لوله های فاصله استقرار خرج استفاده شد. جهت جلوگیری از ترکش های خرج انفجاری از یک لایه ضخیم فوم پلی استر استفاده شد. از ورق های فولادی در ضخامت های یک، 2 و 5/2میلی متر و ورق های آلومینیومی در ضخامت های یک و 2میلی متر در پنج لایه‎ بندی مختلف بهره گرفته شد. در آزمایش های تجربی، پارامترهایی از قبیل ایمپالس، بیشترین خیز دایمی نمونه و کرنش های طولی و عرضی مورد اندازه گیری قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از ورق آلومینیومی به عنوان لایه عقبی باعث افت عملکرد انفجاری ساختار دولایه ترکیبی فولاد و آلومینیوم تحت بارگذاری دفعی غیریکنواخت می شود.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک، ورق مربعی، ورق مستطیلی، بارگذاری دفعی، آزمایش تجربی
  • صدیقه حسین زاده صالحکوه، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 2461-2470

    در پژوهش حاضر به بررسی تجربی الگوی تغییر شکل ورق ها حین فرآیند جوش کاری نقطه ای ضربه ای با استفاده از پرتابه های با شکل دماغه مسطح و کروی به کمک سامانه انفجار مخلوط گازها و مقایسه آن با الگوی تغییر شکل در شبیه سازی عددی پرداخته شده است. ورق فولادی با ضخامت 4میلی متر به عنوان صفحه پایه و ورق های فولادی با ضخامت های یک، 2 و 3میلی متر به عنوان صفحه پرنده انتخاب شدند و تحت برخورد مستقیم پرتابه های فلزی با شکل دماغه مسطح و کروی با جرم های 650 و 1300گرم قرار گرفته اند. میانگین سرعت پرتابه ها 600متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. نرم افزار المان محدود آباکوس به منظور بررسی ضربه سرعت بالای پرتابه روی ورق های فولادی مورد استفاده قرار گرفته است. برای توضیح رفتار فلزات از مدل جانسون- کوک استفاده شده است. تغییر شکل صفحات حین فرآیند جوش کاری نقطه ای ضربه ای شبیه سازی شده است. با مقایسه الگوی تغییر شکل ورق ها در حالت شبیه سازی عددی و آزمایش های تجربی درمی یابیم که مدل عددی به خوبی الگوی تغییر شکل در صفحات حین فرآیند جوش کاری نقطه ای ضربه ای با پرتابه را پیش بینی می کند. همچنین الگوی انتشار امواج تنش روی صفحه پرنده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که این امواج از مرکز شروع و به سمت گوشه های ورق گسترش می یابد. به علاوه مقادیر کرنش پلاستیک معادل و الگوی تنش برشی برای صفحات پرنده و پایه به عنوان معیار کیفیت جوش مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: جوش نقطه ای ضربه ای، روش انفجار مخلوط گازها، اتصال حالت جامد، مدل جانسون- کوک
  • حامد میری، بهروز زارع وامرزانی، حمید صفاری*، سید مصطفی حسینعلی پور، آرش نعمتی صفحات 2471-2482

    در این مقاله ناپایداری انگشتی مخلوط شدنی در یک محیط متخلخل دارسی- غیردارسی از طریق حل عددی مطالعه شد و در مورد چگونگی شکل گیری و رشد الگوهای انگشتی بحث شده است. براساس ضریب تخلخل، محیط می تواند به دو دسته دارسی و غیردارسی تقسیم بندی شود. همچنین سرعت جریان و سیال مورد استفاده (نیوتونی یا غیرنیوتونی) عواملی هستند که استفاده از رابطه دارسی را محدود می کنند. در این شبیه سازی برخلاف بیشتر پژوهش های پیشین که در آنها از معادله دارسی دوفاز برای بررسی ناپایداری ها استفاده شده، از یک مدل دوبعدی براساس زوج کردن معادلات جریان در محیط متخلخل (دارسی یا برینکمن) و انتقال گونه های آبکی استفاده شده است. اثرات افزایش نرخ تزریق و تغییرات لزجت براساس نرخ تزریق و نسبت لزجت بر روی ناپایداری ها بررسی شده است. همچنین مقایسه ای بین نتایج حاصل از حل دارسی و برینکمن در ضریب تخلخل های مختلف و نسبت گرانروی های متفاوت انجام پذیرفته است. جهت اندازه گیری پارامترهای زمان گشایش، طول مرز مشترک، بعد فراکتالی و بازده جاروب از تکنیک های پردازش تصویر استفاده شده است. با افزایش گرانروی در حل های دارسی و برینکمن طول مرز مشترک و بعد فراکتالی افزایش یافته و انگشتی های پیچیده تری تشکیل می شود. در نتیجه بازده جاروب محیط متخلخل کاهش می یابد. همچنین، ضریب تخلخل محیط افزایش بازده جاروب را به دنبال خواهد داشت. در نهایت مشاهده شده است که با افزایش سرعت تزریق در حل های برینکمن، پیچیدگی انگشتی ها و عرض اختلاط افزایش یافته و بازده جاروب کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: انگشتی شدن لزج، معادله برینکمن، قانون دارسی، مخلوط شدنی، حل عددی
  • فرید وکیلی تهامی*، محمدرضا خوشروان، تئودور هنری اسمیت، اکبر رسولیان صفحات 2483-2494

    یکی از مهم ترین و فعال ترین بافت های بدن در زندگی روزانه دیسک های بین مهره ای هستد که نه تنها نیروهای وارده بر ستون مهره را تحمل می کنند بلکه با فراهم آوردن انعطاف پذیری لازم، امکان انجام حرکت های مختلف را به شخص می دهند. بافت دیسک بین مهره ای به عنوان یکی از عوامل اصلی تحمل کننده نیروهای وارده به بدن در معرض آسیب های احتمالی بیشتری قرار دارد؛ در نتیجه با توجه به پیشرفت های روزافزون علوم زیست پزشکی در زمینه ترمیم یا جایگزینی بافت های آسیب دیده، بررسی رفتار مکانیکی و میزان آسیب های وارده به آن از اهمیت ویژه ای در میان دانشمندان و متخصصان برخوردار است. بدین منظور آزمایش های تجربی مختلفی صورت می گیرد اما در این میان، اطمینان هر چه بیشتر از فراهم آوردن شرایطی مشابه شرایط واقعی بافت در داخل بدن به منظور شبیه سازی دقیق تر رفتار آن در طول آزمایش، امری ضروری به نظر می رسد. از این رو هدف پژوهش حاضر، توسعه تحلیلی معادلات ساختاری خزشی براساس بررسی تجربی اثر دما در رفتار خزشی دیسک بین مهره ای بوده است. برای این منظور از آزمایش تجربی خزش فشاری بر روی بافت دیسک بین مهره ای بز بهره گرفته شده است و مقادیر تجربی ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده نیز از برازش منحنی های تجربی حاصل با معادله ساختاری تیوری دوفازی در خزش تعیین شده اند. تحلیل های آماری نتایج تجربی به دست آمده از معناداربودن تاثیرگذاری عامل دما در مقادیر هر دو ثابت ماده و نیز رفتار خزشی بافت دیسک بین مهره ای حکایت دارند به گونه ای که با افزایش دمای نمونه ها، مقدار نفوذپذیری افزایش و مدول تجمعی کاهش می یابد (و برعکس).یکی از مهم ترین و فعال ترین بافت های بدن در زندگی روزانه دیسک های بین مهره ای هستد که نه تنها نیروهای وارده بر ستون مهره را تحمل می کنند بلکه با فراهم آوردن انعطاف پذیری لازم، امکان انجام حرکت های مختلف را به شخص می دهند. بافت دیسک بین مهره ای به عنوان یکی از عوامل اصلی تحمل کننده نیروهای وارده به بدن در معرض آسیب های احتمالی بیشتری قرار دارد؛ در نتیجه با توجه به پیشرفت های روزافزون علوم زیست پزشکی در زمینه ترمیم یا جایگزینی بافت های آسیب دیده، بررسی رفتار مکانیکی و میزان آسیب های وارده به آن از اهمیت ویژه ای در میان دانشمندان و متخصصان برخوردار است. بدین منظور آزمایش های تجربی مختلفی صورت می گیرد اما در این میان، اطمینان هر چه بیشتر از فراهم آوردن شرایطی مشابه شرایط واقعی بافت در داخل بدن به منظور شبیه سازی دقیق تر رفتار آن در طول آزمایش، امری ضروری به نظر می رسد. از این رو هدف پژوهش حاضر، توسعه تحلیلی معادلات ساختاری خزشی براساس بررسی تجربی اثر دما در رفتار خزشی دیسک بین مهره ای بوده است. برای این منظور از آزمایش تجربی خزش فشاری بر روی بافت دیسک بین مهره ای بز بهره گرفته شده است و مقادیر تجربی ویژگی های مکانیکی نفوذپذیری و مدول تجمعی به عنوان ثوابت ماده نیز از برازش منحنی های تجربی حاصل با معادله ساختاری تیوری دوفازی در خزش تعیین شده اند. تحلیل های آماری نتایج تجربی به دست آمده از معناداربودن تاثیرگذاری عامل دما در مقادیر هر دو ثابت ماده و نیز رفتار خزشی بافت دیسک بین مهره ای حکایت دارند به گونه ای که با افزایش دمای نمونه ها، مقدار نفوذپذیری افزایش و مدول تجمعی کاهش می یابد (و برعکس).

    کلیدواژگان: دیسک بین مهره ای، آزمایش تجربی خزش، نفوذپذیری، مدول تجمعی، دما
  • توحید میرزابابای مستوفی، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی* صفحات 2495-2507

    در این مقاله، به بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی تغییر شکل پلاستیک بزرگ ورق های مربعی و مستطیلی تحت بار دینامیکی شدید با توزیع یکنواخت و محلی پرداخته شده است. در بخش تجربی، پنج آزمایش روی ورق های فولادی در ضخامت های مختلف انجام شد. جهت انجام تحلیل رگرسیونی و بهینه سازی چندهدفه، نرم افزار طراح آزمایش به همراه روش رویه پاسخ به کار گرفته شد. سپس، اثر پارامترهایی از قبیل ضخامت ورق، شدت بار وارده، خواص مکانیکی ورق، نوع بارگذاری، شعاع بارگذاری و نسبت عرض به طول روی خیز ورق های چهارگوش به صورت همزمان بررسی شده است. دو تحلیل جداگانه براساس تحلیل واریانس و آماری برای هر کدام از بارگذاری های یکنواخت و محلی انجام شد. مقادیر به دست آمده برای ضریب تعیین دو نوع بارگذاری یکنواخت و محلی نشان داد که مدل ها، پیش بینی خوبی از نتایج تجربی دارند و می توانند جهت ارزیابی تغییر شکل پلاستیک ورق مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه، شرایط بهینه برای هر یک از پارامترهای موثر شامل تنش تسلیم و نسبت عرض به طول ورق با توجه به شرط درنظرگرفتن کمترین مقادیر ضخامت و خیز مرکزی ورق برای هر دو نوع بارگذاری تعیین شد. نتایج به دست آمده برای بهینه سازی چندهدفه با نتایج مطالعات تجربی تحقیق حاضر مقایسه شد.

    کلیدواژگان: آزمایش تجربی، ورق چهارگوش، بارگذاری یکنواخت، بارگذاری محلی، بهینه سازی چندهدفه
  • نوید حشمتی*، سید مهدی میرساجدی صفحات 2509-2519

    در این مطالعه، تاثیر تغییرات طول نازل مشعل بر مشخصه های احتراقی شعله پیش آمیخته چرخشی به طور تجربی بررسی شده است. از سه نازل متفاوت با طول های 2/5، 4/5 و 7سانتی متر استفاده شد و علاوه بر این، هفت چرخاننده با هندسه متفاوت نیز به منظور بررسی تاثیر هندسه چرخاننده در همراهی با تغییرات طول نازل مورد بررسی قرار گرفته اند. در مطالعه پایداری، مقادیر مشخصی از سرعت توده جریان انتخاب شده و میزان نسبت هم ارزی مخلوط سوخت و هوا تغییر داده شد تا حالات نامطلوب شعله نظیر خاموشی و اتصال شعله به نازل تعیین شود. با تعیین این حدود، محدوده پایداری شعله در گستره ای از هندسه های متفاوت چرخاننده، طول های مختلف نازل مشعل و سرعت های توده جریان متفاوت حاصل گشت. نتایج به دست آمده نشان داد که کاهش طول نازل سبب افزایش میزان مقاومت شعله در برابر خاموشی شده و عملکرد شعله را در خاموشی بهبود می بخشد. با افزایش نسبت شعاع چرخاننده، حد خاموشی کاهش پیدا می کند به طوری که با افزایش نسبت شعاع از 0/57 به 0/71 میزان حد خاموشی تا حدود 15% کاهش می یابد. میزان آلاینده اکسیدهای نیتروژن به صورت افزایشی با نسبت هم ارزی افزایش پیدا کرده و شیب افزایش آن برای چرخاننده با نسبت شعاع بالاتر، بیشتر است و چرخاننده با نسبت شعاع 0/57 (کمترین نسبت شعاع میان چرخاننده های دیگر)، دارای کمترین میزان آلایندگی در میان سه چرخاننده دیگر است. به طوری که در یک نسبت هم ارزی مشخص، میزان آلاینده اکسیدهای نیتروژن در این چرخاننده حدود 30% کمتر از سایر چرخاننده ها است.

    کلیدواژگان: احتراق کم چرخش، پایداری شعله، نسبت شعاع، طول نازل
  • امید رهایی*، آیه رضایی زاده صفحات 2521-2531

    امروزه استفاده موثر از انرژی خورشیدی در راستای مصرف بهینه در صنعت ساختمان به یکی از دغدغه های طراحان و سازندگان بدل شده است. مطالعات نشان می دهند که با طراحی صحیح جداره های خارجی ساختمان، می توان میزان جذب انرژی خورشیدی را برای ساختمان مدیریت نمود. اهواز شهر گرمسیری است که در بیشتر طول سال نیاز به سرمایش مکانیکی دارد. با این حال پنج ماه سرد دارد که در سه ماه آن استفاده از سیستم های گرمازا جهت تامین آسایش حرارتی ساکنان الزامی است. لذا دیوار ترومب مورد توجه این پژوهش قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی و مقایسه رفتار حرارتی دیوارهای ترومب با ترکیبات شکلی متفاوت در جداره های آفتاب گیر (جنوبی) فضاهای راه رویی در شهر اهواز است. روش تحقیق، یک روش ترکیبی است که راهبردهای تحقیق تجربی، شبیه سازی و پژوهش موردی را درگیر می نماید. بر این اساس و پس از مشاهدات تجربی و تحقیقات میدانی بر روی نمونه های واقعی، یک الگوی کلی به دست آمد و محاسبات عددی شبیه سازی ها با روش CTF پس از اثبات روایی و پایایی، با نرم افزار انرژی پلاس انجام شد. در این پژوهش با مطالعه بر روی جدار آفتاب گیر (ضلع جنوبی) یک فضای راه رویی پیش فرض، پنج ترکیب کلی دیوار ترومب با شرایط یکسان شبیه سازی و مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان داده است که به منظور مدیریت جذب انرژی، هندسه دیوار ترومب از اهمیت ویژه ای برخوردار است و نمونه شطرنجی آن، نسبت به مدل های دیگر عملکرد بهتری دارد. در خاتمه نیز پیشنهاداتی ارایه شده است.

    کلیدواژگان: دیوار ترومب، عملکرد حرارتی، جدار آفتاب گیر، انرژی پلاس
  • مرتضی فرهید*، حسین امانپورریحانی، حمید قوچی اسگندر، حسین بهشتی بیرامی صفحات 2533-2546

    در این مقاله، منابع ریزاغتشاشات عملگر چرخ عکس العملی به تفصیل بررسی شده و تاثیر بخشی از این ریزاغتشاشات که ناشی از نابالانسی چرخ دوار است با روابط مربوطه بر روی میز کیستلر و بالانس موجود در پژوهشکده رانشگرهای فضایی، آزمون و مقایسه شده است. چرخ های عکس العملی که برای کنترل وضعیت در ماهواره ها استفاده می شوند اصلی ترین منبع اغتشاش منجر به اختلالات بر روی کارآیی ادوات نشانه روی هستند. لذا به منظور انجام موفقیت آمیز ماموریت ماهواره ها، بررسی، شناسایی و کاهش این منابع اغتشاشی امری ضروری است. به این منظور چرخ دوار طبق روابط و الزامات موجود در استاندارد اروپایی فضایی ECSS به روش جرم برداری بالانس شده و سپس مجموعه مونتاژی بر روی میز کیستلر آزمون و راه اندازی شد. انتخاب روش پله های سرعت ثابت یک هرتز فرکانس چرخشی و استخراج اطلاعات نیرو- گشتاور اندازه گیری شده، منجر به نمودارهای آبشاری شد و مقادیر نابالانسی استاتیکی و دینامیکی بر روی نمودار مذکور مورد تصدیق قرار گرفت. مقادیر نابالانسی استاتیکی و دینامیکی محقق شده 0/1 و 0/2گرم سانتی متر مربع هستند.

    کلیدواژگان: چرخ عکس العملی، ریزارتعاشات، نابالانسی دینامیکی، نابالانسی استاتیکی، میز کیستلر
  • علی نجفی، امیرسجاد خدامی، صالح اکبرزاده* صفحات 2547-2558

    در جهان امروز تلاش های فراوانی به منظور جایگزین کردن پلیمرها با مواد متداول صورت گرفته که موجب فرآیندپذیری بهتر و کاهش وزن محصولات تولیدشده به وسیله آنها شده است. پلیمرها در کنار این مزایا، معایبی نیز دارند. یکی از روش های مقابله با این معایب، تقویت پلیمرها از طریق اضافه کردن دیگر مواد به آنها است. به عنوان نمونه، می توان به نانوکامپوزیت های پلیمری تولیدشده از طریق اضافه کردن نانوذرات به پلیمر به منظور افزایش عملکرد سوده شناسی آن اشاره نمود. در این مقاله یک مطالعه تجربی و عددی بر روی ارتباط بین افزایش دما و نرخ سایش در پلی اتیلن با 10 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی انجام شده است. همچنین پلی اتیلن خالص با نانوکامپوزیت پلیمری نیز از این منظر مورد مقایسه با یکدیگر قرار گرفتند. یک مدل المان محدود سه بعدی در نرم افزار آباکوس به منظور مطالعه سایش در تماس پین و دیسک توسعه داده شده است. نتایج پیش بینی شده توسط مدل المان محدود با داده های تجربی به دست آمده از آزمایش پین روی دیسک با یکدیگر مقایسه می شوند. مطابق نتایج، یک رابطه غیرخطی بین تغییرات دما و نرخ سایش ارایه شده است.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، پلی اتیلن، اکسید روی، مقاومت سایشی، دما
  • مجتبی ضیاءشمامی، توحید میرزابابای مستوفی، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی* صفحات 2559-2569

    در دهه اخیر، روش شکل دهی انفجار مخلوط گازها به عنوان یک روش نوین و جایگزین مناسب برای سایر روش های شکل دهی با سرعت بالا مانند روش شکل دهی انفجاری معرفی شده است. با توجه به کمبود تحقیق در این زمینه، تحقیق حاضر به بررسی شکل دهی آزاد و با قالب ورق های فلزی دایره ای تحت بار دفعی حاصل از انفجار مخلوط گازها پرداخته است. در این سری از آزمایش ها، از ورق های فولادی در ضخامت های یک، 2 و 3، ورق آلومینیومی با ضخامت 3 و ورق برنجی باضخامت یک میلی متر استفاده شد. همچنین نمونه های آزمایش در محدوده ایمپالس 4/12 تا 54/68 نیوتن در ثانیه تحت بارگذاری قرار داده شدند. برای مقایسه بهتر، شرط چگالی سطحی برابر برای مقایسه نتایج ورق های فولادی، آلومینیومی و برنجی در شرایط بارگذاری یکسان لحاظ شد. نتایج تجربی نشان داد که استفاده از قالب با زاویه راس 60درجه باعث می شود که به ترتیب در ورق های یک، 2 و 3میلی متر فولادی، بیشترین خیز دایمی ورق به طور متوسط به میزان 14/8، 20/2 و 21/4% کاهش یافته است. در شرایط یکسان بارگذاری و چگالی سطحی، برای شکل دهی آزاد، استفاده از ورق آلومینیومی و برنجی به ترتیب موجب افزایش 19/4 و 13/1% بیشترین خیز دایمی ورق در مقایسه با نمونه فولادی شده است. این در حالی است در شکل دهی با قالب، این مقادیر به ترتیب به میزان 5 و 2% در ایمپالس پایین حاصل شد. همچنین مقایسه نتایج برای ورق های آلومینیومی و برنجی نشان می دهد که استفاده از قالب باعث کاهش بیشترین خیز دایمی به میزان 12/1 و 10/6% شده است.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک، ورق فلزی، شکل دهی آزاد، شکل دهی با قالب، روش انفجار مخلوط گازها
  • مهدی خلیلی، محمد بخشی جویباری، حمید گرجی* صفحات 2571-2581

    نتایج پژوهش های صورت گرفته از سوی محققان نشان داده است که اعمال جریان الکتریکی به فلز در حین تغییر شکل میتواند منجر به کاهش نیروی مورد نیاز تغییر شکل و نیز بهبود شکلپذیری ماده شود. این روش، موسوم به شکل دهی به کمک الکتریسیته است و در فرآیندهای مختلف شکل دهی استفاده می شود. در این مقاله، شکلدهی قطعات مربعی با استفاده از فرآیند کشش عمیق به کمک الکتریسیته به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر پارامترهای فرآیندی شامل مقدار جریان، فرکانس پالس و شکل موج پالس (سینوسی و مربعی) بر نیروی شکل دهی، توزیع ضخامت و عمق کشش بررسی شده است. در این راستا، پس از طراحی و ساخت قالب و شکل دهی قطعه مربعی، نتایج به دست آمده از آزمایش ها با نتایج آزمایشگاهی فرآیند کشش عمیق سنتی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داده است که افزایش مقدار جریان، منجر به کاهش حداکثر مقدار نازک شدگی و نیرو در فرآیند کشش عمیق قطعات شکل داده شده می شود. به علاوه، مشخص شد که در فرکانس بیشتر، نیروی شکل دهی کاهش قابل توجهی یافته و توزیع ضخامت یکنواخت تر می شود. از مقایسه دو شکل موج نیز مشاهده شد که شکل موج سینوسی اثر نسبتا بیشتری بر کاهش نیرو و مقدار نازک شدگی و اثر قابل ملاحظه ای بر عمق کشش دارد.

    کلیدواژگان: شکل دهی به کمک الکتریسیته، الکتروپلاستیک، جریان پالسی، کشش عمیق، قطعات مربعی
  • مصطفی تعظیمی، سید حجت هاشمی*، سعید رهنما صفحات 2583-2592

    در این پژوهش برای اولین بار تغییرات ضخامت مقطع شکست نمونه نامتجانس (با درزجوش افقی) آزمایش ضربه سقوطی فولاد API X65 به روش تجربی بررسی شده است. مقطع شکست نمونه آزمایش شامل سه ناحیه فلز پایه، متاثر از حرارت و جوش با ریزساختار و خواص مکانیکی متفاوت است. بیشترین کاهش ضخامت در ناحیه شکست تورقی ریشه شیار است. در ناحیه فلز پایه تغییرات ضخامت ثابت بوده که بیانگر رشد پایدار ترک در این ناحیه است. در هر دو ناحیه متاثر از حرارت قبل و بعد از ناحیه جوش، ضخامت با شیب ثابت تغییر می کند. به دلیل سختی بالا و انرژی شکست پایین ناحیه جوش، کمترین درصد تغییرات ضخامت در این ناحیه است. ضخامت در ناحیه جوش با شیب ثابت افزایش می یابد که علت آن کشیدگی ناحیه جوش به سمت انتهای مسیر رشد ترک به وسیله نیروی ناشی از تغییر مود شکست از کششی به برشی است. همچنین در ناحیه شکست معکوس، به دلیل افزایش کرنش فشاری ناشی از برخورد چکش با نمونه، ضخامت با شیب قابل توجهی افزایش یافته و به مقدار بیشینه می رسد.

    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، ضخامت مقطع شکست، نمونه نامتجانس، فولاد API X65، لوله های انتقال گاز
  • فرشاد امینی فر، اشکان غفوری*، علی فلاوند جوزایی صفحات 2593-2603

    مبدل های حرارتی باعث انتقال انرژی گرمایی بین چند سیال با دماهای متفاوت می شوند. بیشتر سیال‏ها ضریب هدایت حرارتی پایینی نسبت به جامدات دارند، لذا افزودن ذرات جامد با ضریب هدایت حرارتی بالا می‏تواند باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی آنها شود. در این پژوهش به بررسی تاثیر افزودن نانوذرات به سیال پایه (آب دیونیزه)، قراردادن نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی و همچنین شیاردارکردن سطح بیرونی لوله های مبدل پوسته و لوله، بر میزان ضریب انتقال حرارت، تغییرات ضریب اصطکاک و همچنین تغییرات معیار ارزیابی عملکرد پرداخته شده است. بدین منظور، تاثیر افزودن غلظت های0/7 و یک درصد نانوذرات اکسید منیزیم در بهبود میزان ضریب انتقال حرارت بررسی شده و نتایج استفاده همزمان از نانوسیال آب اکسید منیزیم، لوله های شیاردار و نوارهای مارپیچ با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد اگر حالت (آب دیونیزه بدون استفاده از نانوسیال، لوله های شیاردار و نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی) به عنوان حالت پایه و مبنا در نظر گرفته شود، در هنگام استفاده از نانوسیال آب اکسید منیزیم با غلظت 0/7%، استفاده از لوله های شیاردار و استفاده از نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی در درون لوله های مبدل پوسته و لوله باعث افزایش عملکرد حرارتی به میزان 48، افزایش ضریب اصطکاک تنها به میزان 6/3 و افزایش معیار ارزیابی عملکرد به میزان 46% می شود. همچنین در هنگام استفاده از نانوسیال آب اکسید منیزیم با غلظت یک درصد، استفاده همزمان از لوله های شیاردار و نوارهای مارپیچ با شیار مثلثی در درون لوله های مبدل پوسته و لوله باعث افزایش عملکرد حرارتی به میزان 72، افزایش ضریب اصطکاک تنها به میزان 6/9 و افزایش معیار ارزیابی عملکرد به میزان 70% شده است.

    کلیدواژگان: نانوذرات، نانوسیال، ضریب هدایت حرارتی، عدد ناسلت، مبدل پوسته و لوله
|
  • M. Farshbaf, M.A. Mofid*, M. Belbasi, M. Jafarzadegan, H. Naeimian Pages 2423-2432

    Thermal spraying is economical and rapid coating process that creates a rough and clean surface. As a result it can be used for applying the interlayer in transient liquid phase bonding. In the present study, transient liquid phase bonding Al 2024 to Ti-6Al-4V was investigated using brass interlayer, where the interlayer was Cu-Zn foil Cu-Zn thermal spray coat on Al substrate, respectively. The results show that by using thermal spray coat as interlayer, because of the formation of different defects that can be considered as diffusion channels, diffusion potential of Ti and Al becomes higher at the interface. It is concluded that the mechanism of bonding formation involves the diffusion of Cu into Al and Ti base materials and formation of TiAl، TiAl، Cu2 Al and AlCuMg phases and also diffusion of Cu through Al grain boundaries and formation of eutectic phases across the grain boundaries. The formation of these intermetallic phases was confirmed by energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction. Dissolution of the base metals in the joint area and the isothermal solidification process of the thermal sprayed interlayer is more and faster than the foil interlayer. The joint with thermal spray brass coat as interlayer, gives higher shear strength of 25 MPa in comparison with the case of using brass foil as interlayer (14.6 MPa). The decrease in bond strength can be attributed to aggregation and growth of the brittle intermetallics near the joint interface due to lower diffusion potential of Ti and Al in the joint zone.

    Keywords: Transient liquid phase, Brass foil, Al alloy, Ti alloy, thermal spray, microstructure
  • S. Esmaeili, F. Veysi*, M. Paknezhad Pages 2433-2443

    In the present study, the effect of the inclination angle and geometric parameters of aluminum metal foam on heat transfer free convection is investigated numerically. Heat transfer and fluid flow in metal foam based on volume averaging theory and considering the thermal non-equilibrium condition for the energy equation, and the nonlinear Darcy-Brinkman-Forchheimer equation for the momentum equation is expressed in the porous region, microscopic equations in the pure fluid region and macroscopic equations in the porous region are solved. The finite element method has been used to solve numerical of momentum and energy equations in the porous region and pure fluid. In this study, influence of the inclination angle parameters of the metal foam heat sink, base temperature, and also geometric parameters of foam includes porosity, pore density, and foam height on the thermal performance of metal foam has been investigated. Numerical results show good agreement with the empirical results of otherschr('39') works. Numerical results indicate that at the same temperature, the average Nusselt number of the metal foam heat sink in the horizontal position is 62.6% higher than the horizontal flat plate. Horizontal metal foam has the highest average Nusselt number compared to other angles; For metal foam with a pore density of 5ppi and a porosity of 0.92 in the horizontal position, the average Nusselt number is 22.3% higher than in the vertical position. Besides, in the upward horizontal position, the average Nusselt number is 29.5% higher than in the downward horizontal position.

    Keywords: Heat Transfer Free Convection, Metal Foam, Inclination Angle, Thermal Non-Equilibrium
  • T. Mirzababaie Mostofi, M. Sayah Badkhor, H. Babaei* Pages 2445-2460

    One of the main objectives of impact mechanics is the design of a structure resistant to explosion by introducing a structure with a special design pattern while maintaining its lightweight conditions. In this study, the plastic deformation and failure pattern of quadrangular metallic plates under localized impulsive loading were investigated due to the lack of experimental, analytical, and numerical results in the field of deformation of multilayer structures under impulsive loading. In this series of experiments, 26 double-layered metallic plates with different layering arrangements of steel-steel and steel-aluminum in different thicknesses were fabricated and designed. To apply the localized impulsive load, a ballistic pendulum system was used without using standoff distance blast tubes. A thick layer of polyester foam was used to prevent explosive debris. Steel plates in different thicknesses of 1, 2, and 2.5mm, and aluminum plates in different thicknesses of 1 and 2mm in 5 different layering configurations were used. In the experimental study, parameters such as impulse, central permanent deflection, and longitudinal strains in x and y directions were measured. The results showed that the use of aluminum plate as a backing layer reduces the explosive performance of the double-layered mixed configurations of steel-aluminum plates under localized impulsive loading.

    Keywords: Plastic Deformation, Square Plate, Rectangular Plate, Impulsive Loading, Experimental Test
  • S. Hosseinzadeh Salehkouh, H. Babaei*, T. Mirzababaie Mostofi Pages 2461-2470

    In the present study, deformation pattern in impact spot welded plates with flat and spherical-nosed projectiles using gas mixture detonation set up has been investigated and compared with numerical simulations. The steel plate with a thickness of 4mm was considered as a base plate and steel plates with 1, 2, and 3mm thicknesses were selected as flyer plates and were under direct contact with flat- and spherical-nosed metallic projectiles with a mass of 650 and 1300 gram, respectively. The average velocity of the projectiles was 600 meters per second. The ABAQUS finite element software was used to investigate the high-velocity impact of projectiles on steel sheets. The Johnson-Cook (J-C) model was utilized to describe the behavior of metals. The deformation of plates during the impact spot welding process has been simulated. Comparing the plate deformation pattern in numerical simulation and experimental results found that the numerical model predicted well the deformation of plates during the projectile impact spot welding process. The stress wave propagation on the flyer plates also was studied numerically. The results show that the waves start from the center and progress to the corners of the plate. The values of the equivalent plastic strain (PEEQ) and shear stress pattern for flyers and target plates have investigated as a measure of the quality of welding.

    Keywords: Impact Spot Welding, Gas Mixture Detonation Technique, Bonding in the Solid Phase, Johnson-Cook Constitutive Law
  • H. Miri, B. Zare Vamarzani, H. Saffari*, S.M. Hosseinalipoor, Arash Nemati Pages 2471-2482

    In this paper, miscible viscous fingering instability in a Darcy and non-Darcy porous media was studied through numerical solution and the formation and growth of finger patterns were discussed. According to the porosity coefficient, the media can be divided into Darcy and non-Darcy categories. Also, flow velocity and fluid used (Newtonian or non-Newtonian) are the factors that limit the use of Darcy’s relation. In this simulation, against most previous studies which had been used the two-phase Darcy’s structural equation to approximate examination of instabilities, a two-dimensional model was used. This model was based on coupling flow equations in porous media (Darcy or Brinkman) and transport of diluted species. The effects of increasing injection rates and viscosity changes were investigated based on Peclet non-dimensional number and viscous ratio on instabilities. Besides, a comparison was done between the results of Darcy’s and Brinkman’s solution at different porosity coefficient and viscosity ratio. Image processing techniques were performed to measure the break through time, perimeter of the interface, fractal dimension and sweep efficiency. With increasing viscosity in Darcy and Brinkman solution, the perimeter of the interface and fractal dimension were increased and more complex fingers generated. As a result, the sweep efficiency of the porous media reduces. In addition, the growth of the media porosity led to sweep efficiency. Finally, it was observed that with increasing injection velocity in Brinkman’s solution, the fingers complexity and perimeter of the interface increased and sweep efficiency decreased.

    Keywords: Viscous Fingering, Brinkman Equation, Darcy Low, Miscible, Numerical Solution
  • F. Vakili-Tahami*, M.R. Khoshravan, T. H.Smit, A. Rasoulian Pages 2483-2494

    One of the most important and active body tissues during daily life is the intervertebral disc that not only sustains the applied loads to the spine but also it provides the required flexibility for doing different activities. This tissue as an important factor to carry applied loads to the body is always subjected to possible damages. Hence, due to the improvements in medical sciences in treatment or replacing these damaged tissues, investigating the mechanical behavior of the intervertebral disc and assessing the damage level is a major concern for the researchers. For this purpose, different tests should be carried out but to simulate the behavior of the disc more accurately, it is necessary to ensure that the test conditions are as close as possible to the real ones in the body. Hence, the aim of this research is to develop a set of creep constitutive equations that are based on the experimental investigation of the effect of temperature on the creep behavior of the intervertebral disc. To do this, compressive creep tests were carried out on the goat intervertebral disc tissue and the permeability and aggregate modulus were obtained based on fitting the biphasic constitutive equations with the experimental data. Statistical analyses of the experimental data reveal the significant effect of the temperature on the values of both material parameters and the creep behavior of the intervertebral disc, so that with increasing temperature permeability increases and aggregate modulus decreases or vice versa.

    Keywords: Intervertebral Disc, Experimental Creep Test, Permeability, Aggregate Modulus, Temperature
  • T. Mirzababaie Mostofi, M. Sayah Badkhor, H. Babaei* Pages 2495-2507

    In present study, the experimental investigation and regression analysis of the large plastic deformation of square and rectangular plates subjected to extreme dynamic loading with uniform and localized distribution were discussed. In the experimental section, 5 experiments were conducted on mild steel plates with different thicknesses. To perform the regression analysis and multi-objective optimization, Design-Expert software in conjunction with the response surface methodology were exerted. Subsequently, the effect of parameters such as the thickness of the plate, the impulse of applied load, the mechanical properties of the plate, the loading radius, and the ratio of width to length of the plate on the maximum deflection of quadrangular plates was simultaneously investigated. Two separate analyses based on statistical analysis and ANOVA were performed for each type of uniform and localized loading. The values obtained for the coefficient of determination (R2) of two types of uniform and localized loading showed that the models have a good prediction ability of the experimental results and it can be used to evaluate the plastic deformation of the quadrangular plates. Subsequently, the optimal conditions for each effective parameter including yield stress and width to length ratio were determined with respect to considering the minimum values for central deflection and plate thickness simultaneously. The multi-objective optimization results were compared to the experimental results of the present study.

    Keywords: Experimental Test, Quadrangular Plate, Uniform Loading, Localized Loading, Multi-Objective Optimization
  • N. Heshmati*, S.M. Mirsajedi Pages 2509-2519

    In this study, the effects of burner nozzle length changes on combustion characteristics of a swirl premixed flame are investigated. Three nozzles with different lengths (2.5, 4.5, and 7cm) have been used. Also, in order to investigate the effect of swirler geometry on the combustion characteristics of flame along with changes in nozzle length, 7 swirlers with different geometries were examined. In the study of flame stability, certain values of the bulk velocity were selected, which in these values the equivalence ratio of the fuel-air mixture was changed to determine the unfavorable flame condition such as blow-off and flame attachment to the nozzle. By determining these limits, the flame stability map was obtained in a range of different swirlers geometries, different burner nozzle lengths, and different flow mass velocities. The results showed that by increasing the swirlers radius ratio, the blow-off limit of swirlers decreases so that by increasing the radius ratio from 0.57 to 0.71, the blow-off limit decreases about 15%, and the stability of the flame is improved. Reducing the length of the nozzle increases the flame resistance against blow-off. The amount of NOx increased with equivalence ratio and the slope of the increase in NOx increased for the swirler with a higher radius ratio and the in a certain equivalence ratio, the amount of NOx of swirler with a radius ratio of 0.57, which is the lowest radius ratio among other swirlers (about 30%).

    Keywords: Low-Swirl Combustion, Flame Stability, Radius Ratio, Nozzle Length
  • O. Rahaei*, A. Rezaei Zadeh Pages 2521-2531

    Nowadays, the efficient use of solar energy for optimal use in the building industry has become one of the concerns of designers and builders. Studies show that by properly designing the exterior walls of the building, the amount of solar energy absorption can be managed for the building. Ahwaz is a tropical city that needs mechanical cooling most of the year. However, it has five cold months, with 3 months of use of heating systems to provide residents with thermal comfort. Therefore, the thrombus wall has been considered in this study. The aim of this study is to investigate and compare the thermal behavior of thrombus walls with different shapes in the sunny (south) walls of corridor spaces in Ahwaz. Research method is a hybrid method that incorporates empirical research strategies, simulation, and case research. On this basis, after experimental observations and field investigations on real samples, a general pattern was obtained and numerical calculations of the simulations were performed with CTF method after validation and reliability with Energy Plus software. In this study, by studying the sunroof wall (south side) of a default corridor space, five general compositions of the thrombus wall with the same conditions have been simulated and evaluated. The results have shown that in order to manage energy absorption, the geometry of the thrombus wall is of special importance and its chess pattern performs better than other models. At the end, some suggestions have been made.

    Keywords: Trombe Wall, Thermal Performance, Sunroof Wall, Energy Plus
  • M. Farhid*, H. Amanpour Reyhani, H. Gouchi Esgandar, H. Beheshti Beyrami Pages 2533-2546

    In this paper, sources of micro-vibration in a reaction wheel assemblies (RWA) are analyzed in detail and their effects arising from flywheel unbalance are tested based on the related equations and by using Kistler table in Space Thruster Institute. RWAs that are used in satellites to control their situations are the major sources of instabilities leading to disturbances in the performance of instruments with high pointing precision. Thus, for the purpose of successful satellite missions, it is important to identify, study, and reduce these sources. To align with this goal, flywheel was balanced according to the equations and the requirements of the ECSS European Space Standard before assembling on the Kistler test table. With the step of 1Hz of rotation frequency, force and torque details were obtained and plotted in waterfall diagrams. These led to the verification of values obtained for static and dynamic unbalances on the graphs. The values achieved for the static and dynamic unbalances were 0.1 and 0.2gr.cm2, respectively.

    Keywords: Reaction Wheel, Micro Vibration, Dynamic Imbalance, Static Imbalance, Kistler Table
  • A. Najafi, A. Khoddami, S. Akbarzadeh* Pages 2547-2558

    Nowadays, many attempts have been made to replace conventional materials with polymers which have the advantage of having less weight and higher formability. Polymers besides these advantages have some shortcomings. One method to overcome these shortcomings is to strengthen them by adding other materials to polymers. As an example, polymer nanocomposites are made by adding nanoparticles to polymers to enhance their tribological performance. In this paper, an experimental and numerical study on the correlation between temperature rise and the wear rate in the polyethylene (PE) with 10% ZnO nanoparticles has been investigated. A comparison between pure PE and polymer nanocomposite has been made. A 3D finite element model has been developed in Abaqus to study the wear in the contact of pin and the disk. The results predicted by the FE model are compared to the experimental data obtained in this research using the pin on disk test rig. According to the results, a non-linear relation between temperature changes and wear rate has been developed.

    Keywords: Nanocomposite, Polyethylene, Zinc Oxide, Wear Resistance, Temperature
  • M. Ziya Shamami, T. Mirzababaie Mostofi, M. Sayah Badkhor, H. Babaei* Pages 2559-2569

    In the last decade, the gas mixture detonation forming (GDF) method has been introduced as a novel and alternative method instead of other high-velocity forming (HVF) methods such as explosive method. Due to the lack of research in this field, the present study investigates the free and die forming of circular metallic plates under gas mixture detonation loading. In this series of experiments, steel plates with thicknesses of 1, 2, and 3mm, aluminum plates with a thickness of 3mm, and brass plates with a thickness of 1mm were used. Furthermore, the test specimens were loaded in the impulse range of 4.12 to 54.68N·s. For better comparison, the same areal density condition was considered to compare the results of steel, aluminum, and brass plates under the same loading conditions. Experimental results showed that using a die with an apex angle of 60° leads to the decrease of the maximum permanent deflection by 14.8, 20.2, and 21.4% in 1, 2, and 3mm steel plates, respectively. Under the same loading and areal density conditions, for free forming, the use of aluminum and brass plates lead to increasing the maximum permanent deflection by 19.4 and 13.1% compared to the steel sample, respectively. However, in die forming, these values were 5 and 2%, respectively. Also, the comparison of the results for aluminum and brass plates shows that the using die forming reduces the maximum permanent deflection of the specimen by 12.1 and 10.6%.

    Keywords: Large Plastic Deformation, Metal Plate, Free Forming, Die Forming, Gas Mixture Detonation Forming Method
  • M. Khalili, M. Bakhshi Jooybari, H. Gorji* Pages 2571-2581

    Research results performed by researchers have illustrated that applying electric current to a deforming metal can lead to a reduction in the required deformation force and an improvement in the formability. This technique is known as electrically assisted forming and is used in various forming processes. In this paper, the forming of square cups through electrically assisted deep drawing process was investigated experimentally and the effects of process parameters, including current magnitude, pulse frequency, and waveform (sinusoidal and square) on the forming force, thickness distribution, and drawing depth are examined. In this regard, after designing and preparing the test setup and forming square cups, the experimental results obtained were compared to those of the conventional deep drawing tests. The results showed that increasing the current magnitude leads to reducing the maximum thinning and the forming force in the deep drawing process of the formed parts. Furthermore, it was found that at a higher frequency, the deformation force decreases significantly and thickness distribution becomes more uniform. The comparison of the two waveforms of pulses demonstrated that the sinusoidal waveform has a relatively more significant effect on the reduction of the force and thickness distribution and a considerable effect on the drawing depth.

    Keywords: EAF, Electroplastic, Pulsed Electric Current, Deep Drawing, Square Cups
  • M. Tazimi, S.H. Hashemi*, S. Rahnama Pages 2583-2592

    In this study for the first time, changes in the thickness of the fracture cross-section of the inhomogeneous sample (with horizontal weld seam) of the API X65 steel, using drop weight tear test specimen have been investigated experimentally. The fracture surface of the test specimen consisted of three zones of base metal, heat affected zone and weld metal with different microstructure and mechanical properties. The most thickness reduction was in the cleavage fracture area of the notch root. In the base metal zone, thickness changes were constant which indicated the stable crack growth in this area. In both heat affected zones before and after the weld zone, the thickness changed with a constant slope. Due to the high hardness and low fracture energy of the weld zone, the lowest percentage of thickness changes was in this zone. Thickness in the weld zone increased with a constant slope due to the stretching of the weld zone to the end of the crack growth path by the force caused by the change of fracture mode from tensile to shear. Also in the reverse fracture zone, due to the increased in compressive strain caused by impact of the hammer on the sample, the thickness increases with a significant slope and reached the maximum value.

    Keywords: Drop Weight Tear Test, Fracture Cross Section Thickness, Inhomogeneous Specimen, API X65 Steel, Gas Transportation Pipelines
  • F. Aminifar, A. Ghafouri*, A. Falavand Jozaei Pages 2593-2603

    Heat exchangers facilitate the transfer of heat between fluids with different temperatures. Compared with solids, most fluids have lower heat transfer coefficients and as a result, the use of high heat transfer coefficient solid particles as additives can increase the convective heat transfer coefficient of the fluid. In this study, the effect of the addition of nanoparticles to the base fluid (deionized water), application of triangular-cut twisted tapes as well as corrugation of shell and tube type heat exchangers pipes, is investigated on heat transfer values, friction coefficient variations as well as variations in performance evaluation criterion. The effects of addition of 0.7 and 1% magnesium-oxide nanoparticles on heat transfer coefficient improvements is investigated and the results of simultaneous application of magnesium-oxide water nanoparticles, corrugated pipes, and twisted tapes are compared. Comparisons against the basic conditions (deionized water without nanofluid, corrugated pipes or triangular-cut twisted tapes) indicate a 48% increase in thermal performance, a minuscule increase of 6.3% in friction coefficient and a 46% increase in the performance evaluation criterion as a result of the application of %0.7 magnesium-oxide water nanoparticles, use of corrugated pipes and triangular cut twisted tapes on the inner surface of shell and tube heat exchanger piping. Also, the application of 1% magnesium-oxide water nanofluid, and simultaneous use of corrugated pipes and triangular-cut twisted tapes on shell and tube heat exchanger piping inner surface results in a 72% increase in thermal performance, a minuscule increase of 6.9% in friction coefficient and a 70% increase in the performance evaluation criterion.

    Keywords: Nanoparticles, Nanofluid, Thermal Conductivity Coefficient, Nusselt Number, Shell, Tube Heat Exchanger