فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 136 (فروردین و اردیبهشت 1400)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 136 (فروردین و اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • حسین قاضی زاده احسائی*، سینا موحدی صفحات 3-12

    در این مقاله، عملکرد سیکل تبرید منبع زمینی انبساط مستقیم دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته است. سیکل در حالت فوق بحرانی با در نظر گرفتن اثرات افت فشار مبرد در مبدل های حرارتی سیستم شامل تبخیرکننده و خنک کننده گاز، مدل سازی گردیده است. با استفاده از این شبیه سازی، مشخصه های سیستم مانند طول مورد نیاز مبدل حرارتی زمین، ظرفیت تبرید و ضریب عملکرد مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه مشخص گردید که در پیک بار تبرید، با افزایش ضریب هدایت حرارتی خاک از 1.1 به 3.4 وات بر متر در درجه سانتیگراد و قطر لوله مبدل زمین از 6 به 13 میلی متر، طول حلقه مبدل حرارتی زمین به ترتیب 66.5 و 10 درصد کاهش می یابد.همچنین در انتخاب تعداد حلقه مبدل حرارتی زمین، مقدار بهینه ای وجود دارد که به ازای آن طول مبدل حرارتی زمین کمترین مقدار را داراست. علاوه بر این، افزایش دور کمپرسور و دمای ورودی به آن منجر به افزایش ظرفیت تبرید سیستم می گردد.

    کلیدواژگان: سیکل تبرید زمین گرمایی، انبساط مستقیم، سیکل دی اکسید کربن فوق بحرانی
  • طناز زینال زاده، نیلوفر نیکقدم*، ریما فیاض صفحات 13-23

    بهینه سازی سطح پنجره در صرفه جویی مصرف انرژی بسیار موثر است. روشنایی طبیعی موجود در فضای نشیمن که یک فضای جمعی چندمنظوره است، باید پاسخگوی نیازهای گوناگون کاربران در این فضا باشد. هدف از این تحقیق بهینه یابی سطح پنجره شمالی و جنوبی در طبقات یک ساختمان مسکونی است که با توجه همزمان به عملکرد حرارتی و روشنایی صورت گرفته است. به همین منظور بهینه سازی پنجره برمبنای مدل سازی پارامتریک با استفاده از نرم افزار گرس هاپر و با هدف کمینه سازی مصرف انرژی حرارتی با موتور انرژی پلاس و روشنایی با موتور ردینس و دیسیم انجام شده است. عملیات بهینه سازی برای تمام حالات موجود با هدف کمینه سازی تابع هدف حرارتی و بیشینه سازی تابع هدف روشنایی انجام شده ا ست. نتایج نشان می دهد که سطح بهینه پنجره در هر طبقه و وجه ساختمان متفاوت است. با بهینه شدن سطح پنجره در طبقات واحد شمالی شاخص نور روز پویا از حدود 50% به بالاتر از 80% ارتقا پیدا کرده و درصد ارتقای شاخص نور پویا در طبقات واحد جنوبی بین 2% تا 9% بوده است. براساس نتایج این تحقیق طراحان می توانند در ساختمان های مشابه از گرمایش و روشنایی مطلوب در طول سال به همراه صرفه جویی در مصرف انرژی اطمینان حاصل نمایند.

    کلیدواژگان: سطح بهینه، پنجره، حرارت، روشنایی، مسکونی
  • سینا جبارزاده، امیر نجیبی*، حمید عامری صفحات 24-29

    جاذب های انرژی کاربرد های مختلفی در خودروها، صنایع نظامی، کشتی ها، قطارها، صنایع هوافضا و غیره دارند. در سال های اخیر، با توسعه علم و فناوری جاذب های مختلفی اختراع شده اند که برای تحمل ضربات و برای اطمینان از ایمنی سازه ها در مقابل ضربات مورد استفاده قرار می گیرند. در میان جاذب ها، فوم ها دارای مزایای قابل توجهی از جمله وزن سبک و جذب انرژی بر واحد جرم بالا هستند. فوم های ترکیبی در مقایسه با فوم های فلزی معمولی دارای قابلیت جذب انرژی بالاتری هستند؛ به همین دلیل در این مطالعه به بررسی عددی میزان جذب انرژی فوم های ترکیبی در سرعت بالا با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس پرداخته می شود. همچنین نمودار نیرو-جابه جایی، میزان جذب انرژی در واحد جرم، نیروی بیشینه اولیه و میانگین نیروی نمونه ها بررسی می شود. نمونه های مورد نظر از جنس فوم ترکیبی فولاد کم کربن، فوم  ترکیبی آلومینیوم-6061 و آلومینیوم-6063 هستند. با توجه به نتایج، مشاهده می شود که میزان جذب انرژی، نیروی بیشینه و نیروی میانگین فوم ترکیبی از جنس فولاد کم کربن از فوم های ترکیبی آلومینیومی بیشتر است اما مقدار جذب انرژی در واحد جرم فوم ترکیبی آلومینیوم-6063 از دو نمونه تست شده بیشتر است.

    کلیدواژگان: جاذب انرژی، ضربه، ایمنی سازه، فوم ترکیبی، تحلیل عددی، روش اجزا محدود
  • امین مسلمی پطرودی، محمدحسن کامیاب * صفحات 30-41

    مدل سازی و تحلیل مساله ضربه و نفوذ پرتابه ها در اهداف و آثار ناشی از آن نیز از جمله موضوعات کاربردی است که از کاربردهای مهم می توان به طراحی پانل ضدگلوله و تجهیزات نظامی، ساخت سازه های مقاوم در برابر ضربه و نفوذ، طراحی پرتابه ها با قدرت نفوذ مناسب و کارآیی بالا اشاره کرد. در این مقاله از مدل تحلیلی برای پیش بینی عملکرد پرتابه میله بلند فرسایشی استفاده شده که با سرعت 2km/s بصورت نرمال در اهداف فلزی نفوذ کرده و این مدل قطر حفره، عمق نفوذ و سرعت نفوذ را به عنوان توابع سرعت پرتابه پیش بینی می کند. آزمون عکس های اشعه ایکس نشان می دهد که نوک پرتابه پس از نفوذ در هدف به شکل قارچی درآمده و تقریبا شکل سر نیم کروی خود را در تمام مراحل اولیه شبه ثابت نفوذ حفظ کرده است. برای ارزیابی بالستیک نهایی، پرتابه فولادی و تنگستنی در هدف آلومینیومی با سرعت بین 2km/s تا 3.1km/s نفوذ کرده و در ادامه از نتایج تحلیل انبساط حفره کروی بر روی پرتابه های غیر تغییر شکل پذیر استفاده شده تا مقاومت هدف را در برابر نفوذ پرتابه های فرسایشی بتوان محاسبه کرد. مدل تحلیلی ارایه شده با توجه به فرضیات حاکم بر آن، توافق کاملا مناسبی با مقادیر تجربی مختلف دارد.

    کلیدواژگان: مدل تحلیلی، نفوذ، پرتابه میله بلند فرسایشی، انبساط حفره کروی
  • سامان خلیل پورآذری صفحات 42-48

    دقت در طراحی اولیه چرخ دنده ها می تواند تا حد زیادی کارکرد مناسب جعبه دنده به عنوان قسمتی از سیستم انتقال نیرو در موتورهای محرک را تضمین نماید. این مقاله تاثیر اقتصادی اجرای فرآیند مجازی را که دربرگیرنده طراحی به کمک کامپیوتر و روش نمونه سازی سریع است، در مهندسی معکوس چرخ دنده های جعبه دنده انتقال نیرو در موتورسیکلت مدل CB125R ساخت شرکت هوندا به منظور اصلاح روند سنتی موجود و کاهش هزینه های تولیدی مورد بررسی قرار می دهد. به این منظور چرخ دنده های فلزی از روی جعبه دنده موتورسیکلت دمونتاژ و از لحاظ ابعادی مورد بررسی قرار داده شد که با توجه به اصلاحی بودن آنها، محاسباتی به منظور یافتن مدول هر جفت چرخ دنده درگیر با هم انجام گرفت. پس از استخراج مشخصات ابعادی چرخ دنده ها، مدل کامپیوتری تک تک آنها ترسیم و سپس نمونه های فیزیکی از آنها توسط روش پرینت سه بعدی با لایه گذاری رسوبی تولید شد. از نمونه های تولیدشده برای تست نحوه مونتاژپذیری اولیه چرخ دنده ها در جعبه دنده و اطمینان از صحت ابعادی آنها برای تولید انبوه استفاده گردید. با تایید طراحی اولیه، تولید انبوه چرخ دنده ها با پارامترهای تعیین شده توسط ماشین کاری به روش هاب زنی آغاز شد. نتایج حاصل از پایش کاربرد فرآیند مجازی در مهندسی معکوس چرخ دنده های مورد بررسی در بازه پنج ماهه از تولید انبوه نشان می دهد که فرآیند مجازی میزان هزینه های ناشی از خطا در تولید، ایرادات مونتاژپذیری و ضایعات ایجاد شده را به ترتیب به میزان 100، 55 و 71 درصد و در مجموع کل هزینه های تولید انبوه را به میزان 36% کاهش داده است.

    کلیدواژگان: مهندسی معکوس، طراحی به کمک کامپیوتر، لایه گذاری رسوبی، چرخ دنده ساده
  • سید حمیدرضا موسوی تبار، محمدحسن شجاعی فرد، مرتضی ملاجعفری صفحات 49-63

    افزایش تعداد وسایل نقلیه در کلان شهرها، پیامدهای منفی بر سلامت افراد، محیط زیست و اقتصاد داشته و نگرانی ها را به صورت فزاینده ای در این مورد افزایش داده است، حرکت وسایل نقلیه عمومی و شخصی در سطح شهر به منظور ارسال کالا، تردد شهری و یا حمل ونقل عمومی، تشدید و احتقان ترافیک را در پی داشته و نتیجه آن، انتشار آلاینده ها، افزایش تاثیرات روحی-روانی و ناهنجاری های اجتماعی، افزایش نامناسب هزینه های زندگی شهری، هدررفت سوخت فسیلی و در نهایت کاهش کیفیت زندگی شهری است. از این رو محققان زیادی را برآن داشته، تا ضمن یافتن راه حل های مناسب و بهینه، هزینه های حمل ونقل را کاهش داده و گامی موثر در بهبود شرایط زیست محیطی و صرفه های اقتصادی تردد شهری بردارند، لذا وجود این مهم یعنی رویکرد نقد و بررسی الگوریتم های حل مساله مسیریابی ضروری به نظر می رسد و در این مقاله سعی بر این شده تا با مروری بر کتب، نشریات و مقالات مجلات معتبر سال های گذشته در زمینه مسیریابی وسایل نقلیه، ضمن ارزیابی موردی یا کلی مطالعات و تحقیقات موجود، به نقاط قوت و ضعف آنها پرداخته و مدخلی برای تحقیقات و توسعه آتی ارایه گردد.

    کلیدواژگان: ترافیک، مسیریابی، ازدحام ترافیک، هوش محاسباتی، الگوریتم های تکاملی
  • جواد رفیعی، احمدرضا قاسمی، بهزاد سلطانی صفحات 64-71

    فناوری و فرایند پوشش دهی لیزری  به دلیل ماهیت آن، قابلیت تولید و تعمیر و بهینه سازی قطعات با دقت و پیچیدگی بالا را ایجاد می کند. پوشش دهی لیزری انتقال حرارت پیچیده با گستردگی زیاد و تغییرات ترموالاستوپلاستیک در ارتباط بین میدان های مولتی فیزیک را ارایه می دهد که با چند پدیده فیزیکی از جمله ذوب شدگی، انجماد، گذر و تغییر فاز در پودر فلز و غیر فلز همراه است. این فرایند شامل گرادیان های گرمایی بالا و نرخ گرمایش و سرمایش است که باعث ایجاد تنش های پسماند، پیچش و اعوجاج می شود. حرارت و میدان های جریان در حوضچه مذاب بر روی هدایت و انتقال گرما، انتقال جرم و انجماد و در نهایت بر روی کیفیت لایه پوشش دهی تاثیر می گذارد. کیفیت و خصوصیات لایه پوششی توسط عوامل زیادی از قبیل هندسه پوشش، میکروساختارها، میزان مخلوط شدگی ، وجود نقص، اعوجاج، صافی سطح، تغییرات متالوژیکی در زیر لایه و بازدهی فرایند می تواند مشخص و تعیین شود. این عوامل، بدون در نظر گرفتن درجه اهمیت شان، متاثر از پارامترهای فرایند پوشش دهی و پدیده فیزیکی که در طول فرایند رخ می دهد، هستند.  در این تحقیق، به مطالعه و بررسی فرایند پوشش دهی لیزری، بیان انواع و روش انجام آنها، خصوصیات فرایند، پارامترهای موثر در طول فرایند و پژوهش های انجام شده در این حوزه پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: پوشش دهی لیزری، لایه پوششی، ساخت افزایشی، مخلوط شدگی، حوضچه مذاب
  • مصطفی سفیدگر *، سعید بختیاری، مسعود جمالی صفحات 72-77

    زمان تخلیه افراد از ساختمان یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی ایمنی حریق است. طراحی شرایط ایمن به دو صورت تجویزی به کمک کدها و استانداردهای ساختمانی و پایه عملکردی بر مبنای محاسبات مهندسی انجام می شود. در بسیاری از ساختمان های خاص، نظیر ساختمان های بلندمرتبه و پیچیده روش پایه عملکردی مورد توجه است. عمده روش های مبتنی بر عملکرد، نیازمند مدل های کامپیوتری است که این مدل ها نیازمند صرف هزینه و زمان است. هدف از این مقاله ارایه یک روش تحلیلی ساده است که امکان بررسی تخلیه را با در نظر گرفتن سرعت حرکت افراد و محدودیت های ظرفیت خروج درها فراهم نماید. از مزایای این روش این است که روابط ساده جبری ترافیک در درهای خروج را در نظر می گیرد. به منظور بررسی صحت روش، این روش با یک مدل کامپیوتری تاییدشده، مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که این روش می تواند در طراحی مسیرهای فرار برای طراحی های اولیه مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تخلیه افراد، ساختمان بلندمرتبه، روش تحلیلی، ظرفیت خروج، مدل سازی کامپیوتری
|
  • Hossein Ghazizade Ahsaee, Sina Movahedi Pages 3-12

    In this paper, the performance of direct expansion ground source refrigeration cycle has been investigated. CO2 in transcritical cycle has been used as the refrigerant and the effects of the refrigerant pressure drop in the heat exchangers have been considered. Using this simulation, system characteristics such as length of ground heat exchanger, refrigeration capacity and COP are investigated. In this study, it was found that at the peak refrigeration load, by increasing the thermal conductivity of the soil from 1.1 to 3.4W/m.C and the ground heat exchanger diameter from 6 to 13 mm, the loop length of the ground heat exchanger is decreased by 66.5% and 10%, respectively. Also, in choosing the number of ground heat exchanger loops, there is an optimum value for which the length of the heat exchanger is the smallest. The increase in the compressor’s speed and the incoming temperature leads to an increase in the refrigeration capacity of the system.

    Keywords: Ground source refrigeration cycle, Direct-expansion, Transcritical carbon dioxide cycle
  • Tanaz Zeinalzadeh, Niloufar Nikghadam*, Rima Fayaz Pages 13-23

    Optimizing the window surface is very effective in saving energy. The natural light in the living room, a multi-purpose collective space, must meet the users’ different needs. This study aims to optimize the north and south windows’ surface in a residential building’s floors. Simulation steps have been done with simultaneous attention to thermal and lighting performance. For this purpose, window optimization based on parametric modeling has been done using Grass Hopper software to minimize thermal energy consumption with Energy Plus engine and lighting with Radiance and Daysim engine. Optimization operations have been performed for all available modes to minimize the thermal target function and maximize the lighting target function. The results show that the optimal window surface is different on each floor and face of the building. With the window optimization in the northern unit, the dynamic daylight index has increased from about 50% to more than 80%. The percentage of improvement of the dynamic light index in the southern unit floors has been between 2% to 9%. Based on results, designers can ensure optimal heating and lighting throughout the year in similar buildings while saving energy consumption.

    Keywords: Optimal surface, Window, Heat, Lighting, Residential
  • Sina Jabbarzadeh, Amir Najibi*, Hamid Ameri Pages 24-29

    Energy absorbers have various applications in vehicles, military industries, ships, trains, aerospace industries, etc. In recent years, with the development of science and technology, multiple absorbents have been invented to absorb impact energy and ensure the safety of structures against impacts. Among absorbents, foams have significant advantages such as lightweight and high energy absorption per unit mass. Synthetic foams have a higher energy absorption capacity than conventional metal foams; For this reason, in this study, the energy absorption of synthetic foams at high-speed impact is investigated numerically using Abaqus finite element software. Also, the force-displacement diagram, the amount of energy absorption per unit mass, the initial maximum force, and the samples average force are investigated. Models are low carbon steel synthetic foam, aluminum-6061, and aluminum-6063 synthetic foam. According to the results, it is observed that the amount of energy absorption, maximum strength, and the average strength of low carbon synthetic foam is higher than aluminum synthetic foams, but the amount of energy absorption per unit mass of aluminum synthetic foam-6063 is higher than others.

    Keywords: Energy absorber, Impact, Safety of structure, Synthetic foam, Numerically investigation, Finite element method
  • Amin Moslemi Petrudi, MohammadHassan Kumyub Pages 30-41

    Modeling and analyzing the problem of impact and penetration of projectiles in the targets and the effects are also among the practical issues that can be used to design bulletproof panels and military equipment, construction of impact and impact resistant structures, design of projectiles with appropriate penetration power and high efficiency noted. In this paper, the analytical model is used to predict the performance of a long rod eroding projectile that normally penetrates metal targets at speed of 2 km/s, and this model predicts the hole diameter, penetration of depth, and penetration velocity as functions of the projectile velocity. X-ray evaluation shows that the nose of the projectile becomes mushroom after penetrating the target and retains almost its hemispherical head shape in all the early stages of quasi-constant penetration. For the final ballistic evaluation, steel and tungsten projectiles penetrated the aluminum target at a speed between 1.3 to 2 km/s and then the results of spherical cavity expansion analysis on nondeformable projectiles were used to calculate the target resistance to erosive projectiles. The aimed analytical model, according to the available hypotheses, agrees quite well with different experimental values.

    Keywords: Analytical model, Penetration, Long rod eroding projectile, Spherical cavity expansion
  • Saman Khalilpourazary Pages 42-48

    The accuracy of the initial design of the gears can significantly ensure the proper function of the gearbox as a part of the transmission systems. This paper discusses the economic impact of performing a virtual process, which includes computer-aided design and rapid prototyping, on reverse engineering of a Honda CB-125R motorcycle gearbox to modify existing traditional trends and examines the reduction of production costs. For this purpose, the gears were disassembled from the motorcycle gearbox and examined in terms of dimensions. Then, calculations were performed to find the modulus of each pair of gears involved. After extracting the dimensional characteristics of the gears, a computer model of each was drawn, and then physical samples of them were produced layer by layer by fused deposition modeling method. To ensure the dimensional accuracy of the gears for mass production, the produced samples were used to test with assembly in the gearbox. After the approval of the initial design, the mass production of gears with the determined parameters was performed by the hobbing machine. The results of monitoring the application of the virtual process in reverse engineering of the studied gears in the five months of mass production prove that the virtual process reduces the costs of the production errors, assembly defects, and waste parts to 100%, 55%, 71% respectively. Hence, the virtual process reduces the total mass production costs by 36%.

    Keywords: Reverse engineering, Computer-aided design, Fused deposition modeling, Spur gear
  • Seyyed Hamid R. Mousavitabar, Mohammad H. Shojaeifard, Morteza Mollajafari Pages 49-63

    Congestion of vehicles in metropolitan areas has increasingly raised concerns about the negative consequences for human health, the environment and the economy. The movement of public and private vehicles in the city to send goods, urban traffic or public transport, intensifies traffic and result in social anomalies, release of pollutants, increasing the psychological impact and cost of urban living, waste of fossil fuels, and ultimately degrading quality of urban life. In this regard, many researches have addressed this problem amongst, the Computational Intelligence (CI)-based algorithms are in the center of attention. In this paper, we have reviewed the most recent and influential CI-based methods presented for solving the Vehicle Transportation Routing System (VTRS) problem.

    Keywords: Traffic, Routing, Computational intelligence, Traffic congestion, Evolutionary algorithms
  • J. Rafiei, A. R. Ghasemi, B. Soltani Pages 64-71

    Laser cladding technology , creates the ability to produce, repair and optimize parts with high accuracy and complexity. Laser cladding exhibits highly complex heat transfer and thermoelastic-plastic-flow with multi-physics field coupling changes, which are accompanied by such physical phenomena as melting, solidification and phase transitions in the metal and non-metal powders. This process involves high thermal gradients and heating and cooling rates that cause residual stresses, torsion, and distortion. The temperature rates and flow fields in the molten pool affect convection, heat transfer, mass transfer, and solidification, which ultimately affect the quality of the cladding layer. The quality and properties of the cladding can be determined by many factors such as cladding geometry, microstructures, dilution ratio, defects, distortion, surface smoothness and metallurgical changes in the substrate and process efficiency. These factors, regardless of their degree of importance, are affected by the parameters of the cladding process and the physical phenomena that occur during the process. In this research, a landscape review on the process of laser cladding, type and methods, characteristics of process and effective parameters on process are studied and presented.

    Keywords: Laser cladding, Cladding layer, Additive manufacturing, Dilution, Molten pool
  • Mostafa Sefidgar*, Saeid Bakhtiari, Masoud Jamali Pages 72-77

    The evacuation time of occupants from the building is one of the most important issues in fire safety design. Fire safety is designed in two ways, prescribed based on building codes and standards, and the performance basis is based on engineering judgment. In many special buildings, such as high-rise and complex buildings, the performance method is more applicable. Most performance-based methods require computer models that require cost and time. The purpose of this paper is to provide a simple analytical method that allows the study of evacuation by considering the speed of movement of occupants and the limitations of the capacity of the exit doors. One of the advantages of this method is that it considers simple algebraic equations of traffic at exit doors. To evaluate the accuracy of the method, this method has been compared with an approved computer model. The results show that this method can be used in designing escape routes for initial designs.

    Keywords: Evacuation of occupants, High-rise building, Analytical method, Exit capacity, Computer modeling