فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 1 (دی 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/07
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فاطمه ربیعیان، عسل حسینی منزه*، سینا گلشن صفحات 1-9

    روش ریخته گری دوغابی، فرآیندی نوین جهت تولید فوم های فلزی است که امکان تولید ساختاری متخلخل با سلول باز را فراهم می نماید. لذا در پژوهش حاضر، ریزساختار و رفتار فشاری فوم های آلومینیومی تولید شده با استفاده از روش ریخته گری دوغابی با تعداد دفعات متفاوت در لایه‏نشانی دوغاب، مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت تولید فوم های آلومینیومی با اندازه سلول متفاوت، پیش ماده‏هایی از جنس پلی‏یورتان با سه اندازه حفره متفاوت انتخاب شده و پس از غوطه‏وری در دوغاب با جرم جامد مناسب، تف‏جوشی در دمای  630 درجه سانتیگراد انجام گرفت. متغیرهای اصلی فرآیند در این پژوهش، اندازه حفرات پیش‏ماده اولیه و تعداد دفعات لایه‏نشانی دوغاب می‏باشد، به‏گونه‏ای که ریزساختار نمونه‏های متخلخل و رفتار فشاری نمونه‏ها به‏ازای یک، دو و سه مرتبه لایه‏نشانی دوغاب بر پلی‏یورتان‏هایی با اندازه منافذ مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان داد که ریزساختار و رفتار فشاری نمونه‏ها متاثر از اندازه حفرات پیش‏ماده اولیه و تعداد دفعات لایه‏نشانی در دوغاب است. با کاهش اندازه حفرات پلی‏یورتان اولیه و تعدد دفعات غوطه‏وری در دوغاب، قابلیت حمل فوم نهایی افزایش یافته، همچنین احتمال بروز ترک با تکرار لایه‏نشانی کاهش می‏یابد. هرچند در صورت لایه‏نشانی مکرر که همراه با عدم خروج دوغاب اضافی است، تعدادی از سلول ها بسته شده و درنتیجه غیریکنواختی در ضخامت دیواره و افزایش تمرکز تنش مشاهده می‏شود. به‏گونه‏ای که در نمونه‏ای با کمینه ی اندازه منافذ پیش‏ماده، بهینه میزان جذب انرژی و تنش پایا به‏ازای دو مرتبه غوطه‏وری در دوغاب مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: فوم آلومینیومی، ریخته گری دوغابی، دفعات لایه نشانی دوغاب، ریزساختار، رفتار فشاری
  • انوشیروان فرشیدیان فر*، سعید مرندی، محمدحسین فرشیدیان فر، سیده فاطمه نبوی صفحات 11-18

    عرض شیار برش (عرض کرف (Kerf)) یک پارامتر کیفی مهم در فرآیند برشکاری با لیزر به شمار می رود و کاهش آن به معنای دقت بالاتر برش و هزینه کمتر مواد مصرفی است. ازاین رو در این تحقیق با بهره گیری از دستگاه برش لیزر فایبر 750 وات که در دسته لیزرهای نسل جدید قرار می گیرد، اثر تمام پارامترهای تاثیرگذار بر عرض شیار برش شامل توان لیزر (در بازه 450 تا 750 وات)، سرعت برش (در بازه 30 تا 130 میلی متر بر ثانیه)، موقعیت نقطه کانونی (در بازه 5- تا 5+ میلی متر)، فاصله نازل تا قطعه کار (در بازه 6/0 تا 5/2 میلی متر) و فشار گاز (در بازه 2/1 تا 8/1 بار)، برای برش ورق فولاد زنگ نزن 316L با ضخامت 8/0 میلی متر بررسی شده است. پس از اندازه گیری عرض شیار با سیستم عکس برداری ویژه و تحلیل نتایج با ANOVA، مشخص شد توان لیزر و فشار گاز رابطه مستقیم با عرض شیار برش دارد و نیز سرعت برش و فاصله نازل تا قطعه کار رابطه معکوس با عرض شیار دارد. موقعیت نقطه کانونی لیزر نیز به عنوان تاثیرگذارترین پارامتر در شکل گیری عرض شیار تعیین شد که بهتر است روی سطح قرار داشته باشد تا عرض شیار کمینه شود. در این تحقیق نشان داده شد با تنظیم صحیح پارامترها، مصرف مواد و دقت برشکاری تا 70 درصد بهبود می یابد. همچنین با بهره گیری از رگرسیون، مدل تغییرات عرض شیار نسبت به پارامترهای مختلف به دست آمد و از مقایسه پاسخ آن با نتایج آزمایشگاهی دقت قابل قبول مدل مشاهده شد.

    کلیدواژگان: برشکاری لیزر، لیزر فایبر، عرض شیار برش، فولاد زنگ نزن 316L، موقعیت نقطه کانونی
  • مجتبی آشوری*، محسن نظری، محمدحسن کیهانی صفحات 19-28

    سقوط ذرات جامد درون سیال بعنوان یکی از مسایل پرکاربرد در بسیاری از صنایع از جمله صنعت آب و فاضلاب، زیست فناوری، مهندسی محیط زیست، مهندسی دریا و... است. در این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی سقوط گلوله های فولادی با قطرهای مختلف (از 8 تا 25 میلی متر) درون یک کانال آب ایستا (با فاصله از دیواره) پرداخته شده است. همچنین بعنوان یک مطالعه موردی اثر دیواره بر حرکت و سرعت گلوله با قطر مشخص مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از یک دوربین تصویر برداری پرسرعت استفاده و سرعت سقوط گلوله ها در حین سقوط تا زمان رسیدن به سرعت حدی بصورت تابعی از زمان توسط پردازش تصویر استخراج شده است. ضریب پسا و سایر پارامترهای وابسته نیز محاسبه و گزارش شده است. همچنین برای اولین بار نتایج آزمایشگاهی به دست آمده مربوط به سرعت لحظه ای و حدی با نتایج آزمایشگاهی سایر پژوهشگران و حل عددی معادلات حاکم مقایسه و صحت سنجی شده است. حداکثر اختلاف گزارش شده بین نتایج بدست آمده آزمایشگاهی و حل عددی برای سرعت لحظه ای و حدی به ترتیب 12 و 5/4 درصد می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده، نتایج آزمایشگاهی مربوط به ضریب پسا تطابق بسیاری با رابطه ضریب پسا پیشنهادی پژوهش های پیشین دارد. نتایج همچنین نشان داد که سقوط گلوله در نزدیکی دیواره منجر به تغییر مسیر گلوله در راستای افقی می شود اما سرعت سقوط در مقایسه با حالت دور از دیواره تغییر چندانی نداشته است.

    کلیدواژگان: سقوط، سیال نیوتنی، ضریب پسا، سرعت حدی
  • علی حسین قلی زاده پاشا، علی صادقی* صفحات 29-37

    در این مقاله رفتار دینامیکی غیرخطی تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی در حالت غوطه ور در محیط مایع مدل سازی شده است. برای ارتقای مدل، حداکثر جزییات لازم برای تیرک و سطح نمونه در نظر گرفته شده است. با توجه به اهمیت میکروسکوپ نیروی اتمی در تحلیل و عکس برداری از سطوح مختلف، داشتن یک مدل نظری جامع و کامل به منظور تفسیر و تحلیل تصاویر گرفته شده، پیشگویی درباره نتایج حاصل از تحلیل سطوح و حتی انتخاب حالت کاربردی برای میکروسکوپ، مخصوصا در محیط های مایع و زیستی امری ضروری است. به منظور مدل سازی ارتعاشی تیرک برخلاف مدل های قبلی به جای نظریه تیر اولر- برنولی از مدلی دقیق تر یعنی نظریه تیر تیموشنکو، که اثرهای تغییر شکل برشی و لختی چرخشی را در نظر می گیرد، استفاده شده است. در مدل سازی جزییاتی همچون ضخامت تیرک، طول و عرض تیرک، زاویه بین تیرک و سطح نمونه، سفتی های نسبی عمودی و مماسی، ارتفاع نوک هرمی نصب شده به انتهای تیرک، نسبت شیب عرضی، نسبت شیب ارتفاعی، زمان و لزجت سیال به عنوان محیط در نظر گرفته شده اند. در شرایط مرزی از مدل غیرخطی نیروی بین تیرک و سطح نمونه بر مبنای نظریه برخورد هرتز استفاده شده است. برای حل معادله های غیرخطی از روش عددی مشتقات مربعی استفاده و به طور کلی رفتار نرم شوندگی برای تمامی نمونه ها مشاهده شده است. تتراکلرید کربن، آب، متانول و استون به عنوان محیط های مایع به کاربرده برده شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش لزجت سیال به عنوان محیط، بسامد تشدید تیرک کاهش می یابد. متغیر زمان، تاثیر قابل ملاحظه ای بر بسامد تشدید تیرک ندارد. در ادامه، نتایج نظری با مدل آزمایشگاهی برای یک تیرک نمونه در محیط های آب و هوا در هر دو حالت تماسی و غیر تماسی مقایسه شده است و مقایسه آن ها سازش خوبی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی، تیرک ذوزنقه ای شکل، اثرات میرایی، نظریه تیر تیموشنکو، محیط غوطه وری مایع
  • افسانه بکرپوشیده*، امید خادم حسینی، علی کیهانی، علیرضا احمدی صفحات 39-53

    یکی از سیستم های اندازه گیری جهت شناسایی پارامترهای مودال سازه، دوربین های ویدیویی دیجیتال است. تحلیل های مودال انجام شده بر اساس اندازه گیری های ویدیویی علی رغم مزایای زیاد، به دلیل وابستگی به نشانه های کنتراست بالا با چالش هایی همراه است. به همین دلیل پژوهش حاضر به ارایه ی الگوریتمی پرداخته است که توانایی شناسایی و استخراج پارامترهای مودال با وضوح بالا را تنها بر اساس پاسخ های میدان-کامل اندازه گیری شده و بدون نیاز به آماده سازی اضافی سطح سازه ای دارد. این الگوریتم مبتنی بر فاز است و با بهره گیری از روش جداسازی کور منبع و تکنیک بزرگنمایی حرکت اجرا می شود. همچنین از یک تکنیک تجزیه هرمی چند مقیاسی برای استخراج فاز پیکسل های مکانی-زمانی و میدان-کامل استفاده می کند. به منظور صحت سنجی الگوریتم، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی دو تیر با اتصال گیردار و اتصالات مفصلی با پارامترهای مودال معلوم، در محیط نرم افزار متلب بازسازی شد. میانگین اختلاف مقادیر شناسایی شده با مقادیر تیوری برای فرکانس‏های مودهای اول تا چهارم کمتر از 2 درصد و برای میرایی کمتر از 1/0 بدست آمده است. نتایج این بخش توانایی الگوریتم در تشخیص مودهای نزدیک به هم سازه را نیز تایید می کند. همچنین جهت ارزیابی عملکرد آن در شرایط آزمایشگاهی، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی تیر آلومینیومی با اتصال گیردار که در آزمایشگاه و با استفاده از دوربین سرعت -بالا تهیه شده بود، مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه ی نتایج با مقادیر تیوری و یا گزارشات ارایه شده در مطالعات موردی، نشان می دهد که استفاده از تکنیک معرفی شده در این مقاله راهکار مناسب و امیدبخشی جهت شناسایی پارامترهای مودال سازه است.

    کلیدواژگان: آنالیز مودال عملیاتی، اندازه گیری غیر تماسی، پردازش ویدیو، هرم مختلط جهت دار، جداسازی کور منبع، بزرگنمایی حرکت
  • رضا سرخوش، امین فرخ آبادی*، حمیدرضا زارعی صفحات 55-67

    سازه های ترکیبی فلز/کامپوزیت، که متشکل از کامپوزیت های با چگالی کم با مواد فلزی کم هزینه هستند، از پتانسیل قابل توجهی برای به کارگیری در دستگاه های جذب انرژی با کاربردهای مختلف برخوردار می باشند. در این تحقیق به بررسی اثر هم پوشانی لایه های کامپوزیت بر روی میزان جذب انرژی و ویژگی های ضربه پذیری لوله های هیبریدی آلومینیوم/اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه تحت بار شبه استاتیکی به صورت تجربی پرداخته می شود. بدین منظور، یک تحقیق تجربی در مورد عملکرد لهیدگی محوری استاتیکی لوله های هیبریدی آلومینیوم/کامپوزیت را که شامل لوله های حاوی اپوکسی تقویت شده با نوار الیاف شیشه ای E-glass با درصد هم پوشانی های متفاوت در اطراف لوله های آلومینیومی صورت می پذیرد و در ادامه بر روی لوله های استوانه آلومینومی و استوانه های هیبریدی آلومینیوم/کامپوزیت با درصد هم پوشانی های 5 ، 50 و 100 درصد تست شبه استاتیکی انجام گرفته و میزان جذب انرژی، جذب انرژی ویژه، بیشینه نیروی لهیدگی، نیروی لهیدگی میانگین، بازده نیروی لهیدگی و درصد تغییرات آنها مورد مطالعه و مقایسه قرار خواهد گرفت. درنهایت به منظور اعتبار سنجی نتایج بدست آمده در این تحقیق، نتایج آزمون های انجام شده با نتایج سایر مراجع در این زمینه مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: لوله های هیبریدی آلومینیوم، کامپوزیت، جذب انرژی، جذب انرژی ویژه، بار شبه استاتیکی
|
  • A .Hosseinimonazzah* Pages 1-9

    Slurry casting method is a novel process to produce metal forms, which makes it possible to produce a porous structure with open cell. In the present study, the microstructure and compressive behavior of aluminum foams produced by slurry casting method, under different number of immersion times were investigated. For the production of aluminum foams with different cell sizes, polyurethane preforms with characteristics of 45, 55 and 65 ppi were selected, and after immersing in a slurry having a solid mass of 88% and removing the excess semiliquid mixture, the samples were sintered at 630˚C. The size of polyurethane perform cell as well as the number of immersion times control the microstructure and compression performance of porous structures. The results of the study showed that the portability of porous aluminum increases by decreasing the size of preform cell or increasing the number of immersion times, which leads to thicker strut. In addition, the probability of crack existence, exactly at the corner of structures, decrease via enhancing the thickness of strut. Meanwhile, excessive increase in the number of immersion, i.e. third times, was associated with some closed-cells which results in strain localization and stress concentration. Therefore, the maximum plateau stress as well as the superior energy absorption capacity was observed in the sample having the minimum preform pore sizes which was immersed for two times in the aluminum slurry.

    Keywords: Aluminum Foam, Slurry Casting, Number of Immersion Times, Microstructure, Compressive Behavior
  • A.Farshidianfar *, S.Marandi, M.H.Farshidianfar, S.F.Nabavi Pages 11-18

    Kerf width (cutting width) is an important quality parameter in the laser cutting process, and if it is less, means higher cutting accuracy and lower cost of materials. In this study, using a fiber laser-cutting machine, which is one of the new generation lasers, the effect of all parameters affecting the kerf width has been investigated. These parameters include laser power (450 to 750 watts), cutting speed (30 to 130 mm/s), focal point position (5 to +5 mm), nozzle standoff (0.6 to 2.5 mm) and gas pressure (1.2 to 1.8 bar), for the cut of stainless steel 316L sheet with a thickness of 0.8 mm. After measuring the kerf width with a special imaging system and analyzing the results with ANOVA, it was found that laser power and gas pressure were directly related to the kerf width and the cutting speed and nozzle standoff were inversely related to the kerf width. Laser focal point position was also determined as the most effective parameter in the formation of the kerf width, which should be on the surface to minimize the kerf width. In this study, it was shown that with the correct adjustment of the parameters, material consumption and cutting accuracy are improved up to 70%. In addition, by using linear regression, the model of kerf width changes with respect to various parameters has been obtained and by comparing its response with the experimental results, acceptable model accuracy has been observed.

    Keywords: Keywords Laser Cutting, Fiber Laser, Kerf Width, Stainless Steel 316L, Focal Position
  • M.Ashouri, M.Nazari *, M.H.Kayhani Pages 19-28

    The falling and sedimentation of solid particles in liquids occur in many natural and industrial processes such as water and waste water industries, biotechnologies, environmental engineering, marine engineering, etc. This study represents the results of the experimental study of the falling velocity of steel balls in the water channel for different ball diameters (in the range of 8 to 25mm). The tests are done far from the channel walls. Moreover, as a case study, the wall effect on falling velocity of steel ball (i.e. diameter=12mm) is examined. A high-speed camera is used to determine the coordinate of a falling sphere and estimate the ball velocity and drag coefficients. In addition, a numerical method is used to solve the governing equations in comparison with experimental data. Comparing experimental and numerical results for transient and terminal velocities shows the maximum difference of 12 and 4.5% respectively. Experimental drag coefficients have good agreement with other published data. In addition, falling near the wall leads to a negligible effect on velocity but path diversion is observed.

    Keywords: Falling Sphere, Terminal Velocity, Drag Coefficient, Newtonian Fluid
  • A.H.Gholizadeh Pasha*, A.Sadeghi Pages 29-37

    In this paper, the non-linear dynamic behavior of immersed AFM micro cantilever in liquid has been modeled. To increase the accuracy of the theoretical model, all necessary details for cantilever and sample surface have been taken into account. As for the theoretical model, the Timoshenko beam theory which takes the rotatory inertia and shear deformation effects into consideration has been adopted. For modeling the vibrational system, cantilever thickness, cantilever length and breadth, the angle between cantilever and sample surface, normal contact stiffness, lateral contact stiffness, tip height, breadth taper ratio, height taper ratio, time parameter and viscosity of the liquids have been considered. Differential quadrature method (DQM) has been used for solving the differential equations. During the investigation, the softening behavior was observed for all cases. Here, water, methanol, acetone and carbon tetrachloride has been supposed as immersion environments. Results show that increasing the liquid density reduces the resonant frequency. Time variable does not have any considerable effect on the non-linear resonant frequency. Theoretical modeling has been compared for a rectangular AFM cantilever with experimental works in both of the contact and non-contact modes in air and water environments. Results show good agreement.

    Keywords: Atomic Force Microscope, Tapered Micro Cantilever, Damping Effect, Timoshenko Beam Theory, Immersion in Liquid Environment
  • A.Bekrpoushideh*, O.Khademhosseini, A.Keyhani, A.Ahmadyfard Pages 39-53

    One of the measurement systems for the identification of modal parameters of the structure is digital video cameras. Modal analysis based on video measurements, despite the many advantages, is associated with some challenges due to its dependence on high contrast markers. In the present study, a new algorithm is presented to use only the measured full-field responses, without additional preparation of the structural surface. This algorithm is phase-based and is implemented using the blind source separation method and motion magnification technique. It uses a multi-scale pyramid analysis technique to extract the full-field spatiotemporal pixel phases. To validate this algorithm, the free and random vibration videos of two cantilever and simple beams with known modal parameters were reconstructed in MATLAB. The average difference between the values identified and the theoretical values for the frequencies of the first to fourth modes is less than 2% and less than 0/1 for damping. The results obtained in this section also confirm the ability of the algorithm to identification closely-spaced modes of the structure. Also, to evaluate the performance of the algorithm in laboratory conditions, a free and random vibration video of an aluminum cantilever beam, prepared in the laboratory using a high-speed camera, is examined. Comparing the results with theoretical values or case study reports shows that using the techniques introduced in this article is a suitable and promising solution to identify the modal parameters of the structure.

    Keywords: Keywords Operational Modal Analysis, Non-Contact Measurement, Video Processing, Complex Steerable Pyramid, Blind Source Separation, Motion Magnification
  • R.Sarkhosh, A.Farrokhabad, H.R.Zarei Pages 55-67

    Metal/composite hybrid structures, which are a combination of low-density composites with low-cost metallic materials, have significant potential to provide cost-effective energy absorption devices for a variety of applications. In this research, an experimental study was performed in order to investigate the effect of overlapping composite layers on energy absorption and crashworthiness characteristics of aluminum/epoxy hybrid tube reinforced with glass fibers under quasi-static load.  Also, another experimental study is conducted to determine the crash performance of aluminum/composite hybrid tube under static axial crush force. The result is that Hybrid tubes consist of epoxy reinforced with E-glass fiberglass tape overlaps around aluminum tubes with different percentages of overlapping. Quasi-static crash tests are done on aluminum cylindrical and aluminum/composite hybrid cylindrical tubes with 5%, 50%, and 100% overlap and the amount of energy absorption, specific energy absorption, peak crushing force, mean crushing force, crush load efficiency and the percentage of their changes were obtained and compared. Finally, to validate the results in this research, the results of the performed tests were compared with the results of other references and literature in this context.

    Keywords: Keywords Aluminum, Composite Hybrid Tube, Energy Absorption, Specific Energy Absorption, Quasi-Static Load