فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 3 (اسفند 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی برغمدی، پیام سرائیان*، صادق رحمتی، احسان شکوری صفحات 129-142

    امروزه انواع ایمپلنت ها با کاربرد های مختلف، جهت جایگزینی و یا حمایت از یک ساختار زیستی آسیب دیده مورد استفاده قرار می گیرند که از رایج ترین آنها می توان به ایمپلنت های دندانی و ارتوپدی اشاره نمود. با توجه به کاربرد گسترده فولاد زنگ نزن  L316 در ساخت انواع ایمپلنت ها و بروز ترک و تنش های پسماند طی استفاده از فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی برای تولید این محصولات، بکارگیری روش های پرداخت موثر و با صرفه اقتصادی نظیر برنیشینگ، بر افزایش خواص سطحی و سازگاری این محصولات با بافت زنده تاثیرگذار است. در این پژوهش، پس از انجام فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی روی سطح نمونه و ساخت ابزار برنیشینگ ساچمه ای، عملیات برنیشینگ با تغییر پارامترهای ورودی و مطابق با آزمایش های طراحی شده با استفاده از نرم افزار مینی تب انجام شد و به این ترتیب، تاثیر متغیرهای نیروی برنیشینگ، سرعت پیشروی و تعداد عبور ابزار، بر خواص زبری سطح، میکروسختی و مقاومت به خوردگی سطح پایانی قطعه کار مورد بررسی قرار گرفت. طی بهینه سازی انجام شده به روش سطح پاسخ، مقدار بهینه برای زبری سطح، میکروسختی و نرخ خوردگی نمونه ها، به ترتیب، 0/108 میکرومتر، 435/34 ویکرز و 105×2/18 اهم، بدست آمد که در مقایسه با نمونه شاهد، زبری سطح نمونه ها در حدود 97% کاهش یافته و میکروسختی و مقاومت نمونه ها در برابر خوردگی به ترتیب، در حدود 2 و 11 برابر افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن L316، ماشین کاری تخلیه الکتریکی، برنیشینگ ساچمه ای، زبری سطح، میکروسختی، خوردگی
  • فرید حقیقت شعار*، بهمن نجفی صفحات 143-161

    یکی از مشکلات عمده کشورهای جهان، تامین انرژی مورد نیاز است. بیودیزل یکی از سوخت های جایگزین و منابع انرژی تجدیدپذیر می باشد. در غالب کشورها استفاده از بیودیزل  B5در ترکیب سوخت دیزل مرسوم است و اغلب آنها برای بکارگیری ترکیب بیودیزل B20 برنامه ریزی کرده اند. استفاده از گاز طبیعی در موتور دیزلی و بررسی امکان بکارگیری آن در درصدهای بالا یک راهکار نوین دیگر هست، که می تواند وابستگی به سوخت دیزل را کمتر کند. در این راستا در این مطالعه، بیودیزل با فرآیند ترانس استریفیکاسیون از روغن پسماند تولید شد و در دو سطح 5 و %20 در سوخت دیزل ترکیب گردید. سپس از گاز طبیعی در سه سطح 60، 70 و %80 (G/T%) در موتور دیزل استفاده شد. آزمایشات موتور در بار کامل و در دور  rpm1500 انجام گرفت. به طور کلی نتایج این آزمایش نشان داد که برای شرایطی که از بیودیزل  B20در ترکیب سوخت دیزل و از سوخت گازی نیز در مقدار %80 در موتور دیزل استفاده می شود، به دلیل کاهش در اغلب آلاینده های انتشاری موتور، افزایش بازدهی انرژی و کاهش هزینه اقتصادی، شرایط مناسبی فراهم می گردد؛ به طوری که تحت این شرایط در مقایسه با موتور دیزل معمولی، توان ترمزی و بازده انرژی به ترتیب 8.86 و %29.06 افزایش می یابد، همچنین مصرف سوخت ویژه ترمزی، CO و CO2 نیز به ترتیب 26.5، 57.58 و %4.54 کاهش پیدا می کند، هرچند مقدار NOx اندکی افزایش می یابد، ولی هزینه اقتصادی در مقایسه با دیزل % $/kwh26.47 کمتر می شود و لذا از این جهت نتایج ارزشمندی را درپی دارد.

    کلیدواژگان: بیودیزل، گاز طبیعی، موتور دیزل، انتشار گازهای گلخانه ای و عملکرد اقتصادی
  • سعید رحمانیان* صفحات 163-172

    در پژوهش حاضر قابلیت استفاده از کامپوزیت با زمینه پلی اتلین با چگالی بالا (HDPE) در کاربردهای پزشکی تحت بارهای ضربه ای بررسی شده است. با ‏توجه به اهمیت زیست سازگاری کامپوزیت در کاربردهای پزشکی و محیط بدن از نانوذرات اکسید روی (ZnO) به عنوان تقویت کننده استفاده شده است. ‏نانوذرات ‏ZnO‏ بطور عمومی ایمن بوده و دارای خاصیت آنتی باکتریال می باشند. با توجه به اهمیت اثر درصد حجمی ذرات پرکننده در ماتریس بر خواص ‏مکانیکی، از فرآیند شبیه سازی المان محدود دو مقیاسه برای بررسی خواص ضربه کامپوزیت ها استفاده شده است، تا درصد بهینه به دست آید. ذرات ZnO به روش سایش تخلیه الکتریکی سنتز شده و در تولید کامپوزیت های HDPE/ZnO بدون استفاده از سازگار کننده بکار گرفته شده اند. برای بررسی پخش ذرات در کامپوزیت های ساخته شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و برای بررسی وجود ذرات در کامپوزیت از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)‏ استفاده شده است. همچنین از تست استاندارد شارپی برای تعیین مقاومت ضربه کامپوزیت ها استفاده شد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی نشان می دهد که کامپوزیت 1% ‏درصد حجمی بهترین مقاومت ضربه را درمیان نمونه های کامپوزیتی دارد. نتایج تجربی نیز نشان دهنده این است که این کامپوزیت با خطای حدود 11% ‏نسبت به نتایج شبیه سازی بهترین نتیجه را از لحاظ استحکام ضربه و اقتصادی بودن ساخت دارد. همچنین نتایج آزمون آنتی باکتریال نمونه 1% حجمی ‏عملکرد عالی این کامپوزیت در مقابل سویه های گرم مثبت و منفی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: شبیه سازی دومقیاسه، استحکام ضربه شارپی، سنتز اکسید روی، بیوکامپوزیت
  • احمد گرجی، پیام سرائیان*، عادل مقصودپور، احسان شکوری صفحات 173-182

    با توجه به گسترش روزافزون استفاده از محصولات ساخته شده از مواد پلاستیکی، سالیانه درصد بالایی از ضایعات پلاستیکی وارد پسماندها و زباله ها می شوند که بازیافت این ضایعات پلاستیکی، معمولا با افت خواص مکانیکی آنها همراه می باشد. یکی از ساده ترین و به صرفه ترین راه های غلبه بر افت خواص مکانیکی محصولات بازیافتی و کاهش میزان استفاده از مواد پلیمری نو، دست یابی به یک ترکیب بهینه جهت ترکیب مواد پلیمری بازیافتی با مواد پلیمری نو، به منظور تولید محصولات با کیفیت بالا و خواص مکانیکی مطلوب خواهد بود که از نظر زیست محیطی و اقتصادی بسیار حایز اهمیت می باشد. در این پژوهش، به منظور بررسی تاثیر درصد وزنی ترکیب پلی آمید بازیافتی با پلیآمید نو بر خواص مکانیکی نمونه ها، نمونه های پلی آمید 6،6 بازیافتی و پلی آمید 6،6 نو با درصدهای وزنی مختلف توسط فرآیند قالب گیری تزریق پلاستیک تهیه شده است. نتایج حاصل از انجام تست های مکانیکی بر روی نمونه های تزریق شده نشان داد، افزودن بیش از 50% وزنی پلیآمید بازیافتی به مواد نو، افزایش شاخص جریان مذاب، دمای انتقال شیشهای و دمای کریستالی را به همراه داشته است. در حالی که، خواص مکانیکی نمونه ها با افزایش درصد وزنی پلیآمید بازیافتی در ترکیب کاهش یافته است. این تغییرات برای برخی خواص مانند استحکام کششی و خمشی ناچیز و برای مقاومت در برابر  ضربه بیشتر بوده است. به طوری که، استحکام کششی و خمشی نمونه ها و مقاومت در برابر ضربه، به ازای استفاده از 50% درصد وزنی پلی آمید بازیافتی در ترکیب، به ترتیب در حدود 6%، 9% و 34% نسبت به نمونه پلیآمید نو کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: فرآیند قالب گیری تزریق پلاستیک، بازیافت مکانیکی، خواص مکانیکی، پلی آمید6، 6
  • مجید شیخ پور، سید جمال حسینی پور*، محمدجواد میرنیا صفحات 183-194

    هدف از این مقاله تعیین تحلیلی مولفه های کرنش در فرآیند اکستروژن مستقیم برای پیش بینی خمیدگی محصول خروجی می باشد. برای این منظور از نظریه نگاشت همدیس ریمان جهت مدل سازی ناحیه تغییر شکل و ایجاد تناظری یک به یک بین نقاط مقطع ورودی و خروجی قالب استفاده می شود. به کمک منحنی بزیر، خطوط جریان بین این نقاط ایجاد شده و سپس یک حل حدبالا برای میدان سرعت به دست می آید. با استفاده از روابط به دست آمده، فشار فرآیند و توزیع مولفه های کرنش برای مقاطع متقارن مربعی، شش ضلعی منتظم و مستطیلی تعیین می گردد. همچنین یک روش نظری مبتنی بر خمش الاستیک-پلاستیک تیرها جهت محاسبه خمیدگی محصول خروجی برای قالب های خارج از مرکز ارایه می شود. در این روش نظری با استفاده از مولفه های کرنش تعیین شده، توزیع مولفه های تنش و گشتاور خمشی محاسبه می شود. در واقع مقدار گشتاور خمشی بیانگر میزان خمیدگی محصول خروجی است. مدل نظری ارایه شده از طریق مقایسه با نتایج شبیه سازی اجزای محدود و پژوهش های پیشین صحت سنجی می گردد. نتایج حاصل نشان می دهد که با بکارگیری نگاشت همدیس ریمان و روش حد بالا علاوه بر تخمین فشار فرآیند، می توان برای تعیین توزیع مولفه های کرنش و پیش بینی خمیدگی محصول خروجی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: اکستروژن، حدبالا، نگاشت ریمان، توزیع کرنش، فشار فرایند، خمیدگی محصول
  • سید علیرضا مصطفوی، حامد صفی خانی*، علی کریمی، سیاوش صالح فرد صفحات 195-208

    اراک در رتبه 71 آلوده ترین شهرهای جهان قرار دارد. هوای اراک ازنظر داشتن عوامل آلوده کننده از پایتخت ایران آلوده تر است. ورود حجم زیادی از آلودگی ها به این شهر نشان می دهد که درصد بالایی از آلودگی در شهری با وسعت کم متمرکزشده است و این حجم از آلودگی هم برای انسان و هم برای محیط زیست بسیار خطرناک است. به منظور کاهش آلودگی هوای شهر، دولت ایران در سال 2007 طرحی با نام طرح جامع کاهش آلودگی هوای اراک را تصویب کرد. در این طرح جامع، احداث بزرگراهی به نام امیرکبیر (55 متری) تصویب شده است که شرق و غرب اراک را به هم متصل می نماید. در این مقاله به صورت عددی و تجربی، تاثیر احداث این بزرگراه بر میزان کاهش آلایندگی هوای شهر اراک بررسی شده است. در قسمت نتایج، جزییات تغییرات میزان آلودگی هوا در شهر اراک قبل و بعد از احداث این بزرگراه مقایسه شده است. نتایج بیانگر آن است که برای آلاینده ناکس 2.75 درصد کاهش، برای مونو اکسید کربن 4 درصد کاهش مشاهده شده است و برای دی اکسید گوگرد بدون تغییر حاصل شده است. در نتیجه اجرای این طرح با هزینه های تاسیس بسیار زیاد، تاثیر زیاد و قابل ملاحظه ای برای بهبود آلایندگی هوا در سطح شهر اراک را به همراه نخواهد داشت.

    کلیدواژگان: آلودگی هوا، اراک، NOx، CO، SO2، بزرگراه امیرکبیر
|
  • Mahdi Barghamadi, Payam Saraeian*, Sadegh Rahmati, Ehsan Shakouri Pages 129-142

    Today, a variety of implants with different applications are used to replace or support a damaged biological structure, the most common of which are dental and orthopedic implants. Due to the widespread use of stainless steel 316 L in the manufacture of implants and the occurrence of cracks and residual stresses during the process of electrical discharge machining for the production of these products, the use of effective and economical polishing methods such as burnishing in It is effective in increasing the surface properties and compatibility of these products with living tissue. In this study, after performing the electrical discharge machining process on the surface of the sample and making the ball burnishing, the burnishing operations were performed by changing the input parameters and in accordance with the experiments designed using the mini tab software. Thus, the effect of variable burnishing force, feed speed and number of tool passes on surface roughness properties, micro-hardness and corrosion resistance of the final surface of the work piece were investigated. During the optimization of the response surface methodology, the optimal value for surface roughness, micro-hardness and surface corrosion rate of the samples were obtained, respectively, 0.108 μm, 435.34 Vickers and 2.18*105 respectively. Compared to the control sample, the surface roughness of the samples decreased by about 97% and the micro-hardness and corrosion resistance of the samples increased by about 2 and 11 times, respectively.

    Keywords: 316 L Stainless Steel, Electerical Discharge Machining, Ball Burnishing, Surface roughness, Micro hardness, Corrosion
  • Farid Haghighat Shoar*, Bahman Najafi Pages 143-161

    One of the major problems in the world is the supply of energy. Biodiesel is one of the alternative fuels and renewable energy sources. The use of B5 biodiesel in diesel fuel mixtures is common and most countries have planned to use B20 biodiesel. The use of natural gas in diesel engines and the study of the possibility of using it in high quantities is another new solution, which can reduce dependence on diesel fuel. In this study, biodiesel was produced from waste oil by transesterification process and used in two levels of 5 and 20% in diesel composition. Then natural gas was used in three levels of 60, 70, and 80% (% G / T) in the diesel engine. Engine tests were performed at full-load at 1500 rpm. In general, the test results showed that in conditions where biodiesel B20 was used in the composition of diesel fuel and gaseous fuel was used in the amount of 80% in a diesel engine, suitable conditions in terms of reducing emissions, increasing energy efficiency, and reducing economic costs were obtained; Under these conditions, compared to a conventional diesel engine, brake power, and energy efficiency increased by 8.86 and 29.06%, respectively. Also, brake specific fuel consumption, CO and CO2 were reduced by 26.5, 57.58, and 4.54%, respectively. Although the amount of NOx increased slightly, but, decreased the economic cost compared to diesel 26.47% $/kwh, so the results were valuable.

    Keywords: Biodiesel, Natural Gas, Diesel engine, Emissions of greenhouse gases, and economic performance
  • Saeed Rahmanian* Pages 163-172

    In the present study, the usability of high-density polyethylene (HDPE) based composites in medical applications under impact loads was investigated. Due to the importance of biocompatibility of composites in the medical applications and body environment, zinc oxide nanoparticles (ZnO) were selected as reinforcements. ZnO nanoparticles are generally safe and have superior antibacterial properties. A finite element simulation process with a new approach were used to study the impact properties of the composites in the standard Charpy impact test; moreover, in the experimental procedure, a new method was introduced for the production of HDPE/ZnO composites without use of the compatibilizers. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) test was used to check the diffusion of particles in composites. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) was utilized to examine the presence of particles in composites. The results of the simulation showed that the HDPE/1%ZnO composites have the best impact resistance in comparison to other composites. Experimental results also showed that HDPE/1%ZnO composites have the best performance in terms of impact strength with an error of about 11% compared to simulation results and are economical. Moreover, the results of antibacterial test of HDPE/1%ZnO composites confirm the excellent performance of this composites against gram-positive and negative strains.

    Keywords: two-scale simulation, Charpy impact strength, ZnO synthesis, Biocomposite
  • Ahmad Gorji, Payam Saraeian*, Adel Maghsoud Pour, Ehsan Shakouri Pages 173-182

    Due to the increasing expansion of products made of plastic materials, high percentage of plastic waste enters the waste and waste annually, and the recycling of these plastic wastes is usually accompanied by decrease in their mechanical properties. One of the simplest and the most affordable ways to overcome the decline in mechanical properties during use recycled polymer, is achieving optimal combination virgin polymer and recycled polymer via mixing together. In order to produce products with both high quality and optimal mechanical properties will be desirable. Accordingly is beneficial for both environment and economic point of view, reducing use of virgin polymer.  In this study, in order to investigate the effect of weight percentage of recycled polyamide 6.6 with virgin polyamide 6.6 on the mechanical properties by injection molding proses, mix recycled polyamide 6.6 and virgin polyamide 6.6 with different weight percentages is prepared and then is injected. The results of mechanical tests on injected samples showed that adding more than 50% by weight of recycled polyamide 6.6 to virgin polymeric materials increased melt flow index, glass transition temperature and crystal temperature. While, the mechanical properties of samples decreased with increasing weight percentage of recycled polyamide in the composition. These changes were less for some properties such as tensile and flexural strength and more for impact resistance. Tensile and flexural strength and impact resistance in samples with 50% by weight of recycled polyamide in the composition, respectively, decreased by about 6%, 9% and 34% compared to the new polyamide sample.

    Keywords: Plastic Injection molding process, Mechanical recycling, mechanical properties, Polyamide 6, 6
  • Majid Sheikhpour, Seyed Jamal Hosseinipour*, M.J. Mirnia Pages 183-194

    The aim of this paper is to analyze the strain components in the direct extrusion process to predict the curvature of the exit product. For this purpose, Riemann mapping theory is used to model the deformation zone and create a one-to-one correspondence between the input and output cross sections of the die. With the help of the Bezier curves, flow lines are created between these points and then an upper bound solution is obtained for the velocity field. The process pressure and the distribution of the strain components are determined for the square, hexagonal, and rectangular sections using the obtained velocity field. A theoretical method based on the elastic-plastic bending of beams is presented for calculating the curvature of the exit product for the eccentric dies. In this theoretical method, the distribution of stress components and the bending moments is calculated using the specified strain components. In fact, the amount of bending moments indicates the curvature of the exit product. Finally, the presented theoretical model is validated through comparison with the results of the finite element simulation and the previous studies. The results show that Riemann conformal mapping theory and upper bound method can be used to determine the distribution of strain components and predict the curvature of the output product, in addition to estimate the process pressure.

    Keywords: Extrusion, Upper bound, Riemann mapping, Strain distribution, Process pressure, Product curvature
  • Seyed Alireza Mostafavi, Hamed Safikhani*, Ali Karimi, Siavash Salahfard Pages 195-208

    Arak is ranked 71st in the worldchr air is more polluted than the Iranian capital in terms of pollutants. The influx of large amounts of pollution into the city shows that a high percentage of pollution is concentrated in a small town, and this volume of pollution is very dangerous for both humans and the environment. In order to reduce air pollution in the city, the Iranian government in 2007 approved a plan called the comprehensive plan to reduce air pollution in Arak. In this comprehensive plan, the construction of a highway called Amirkabir (58 meters) has been approved, which connects the east and west of Arak. In this article, numerically and experimentally, the effect of constructing this highway on the reduction of air pollution in Arak city has been investigated. In the results section, the details of changes in air pollution in Arak city before and after the construction of this highway have been compared. The results show that a 2.75 percent decrease is observed for Nox pollutants, 4 percent decrease is observed for Co, and a change is obtained for So2. As a result, the implementation of this project at a very high cost will not have a significant impact on improving air pollution in the city of Arak.

    Keywords: Air Pollution, Arak, Amirkabir highway, Nox, Co, So2