فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و سوم شماره 8 (آبان 1400)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 8 (آبان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/24
  • تعداد عناوین: 15
|
  • رسول خدابخش*، علیرضا سعیدی، رضا بهاءالدینی صفحات 4483-4500

    در این مطالعه ارتعاشات غیرخطی لوله های حامل سیال از جنس مواد مرکب چند لایه تقویت شده با صفحات گرافن با تکیه گاه ساده در دو انتها و بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی به صورت تحلیلی مورد تحقیق قرار گرفته است. لایه های تشکیل دهنده دیواره لوله به صورت ترکیبی از مواد پلیمری و صفحات گرافن در نظر گرفته شده و میزان تقویت کنندگی صفحات گرافن به صورت لایه ای در جهت ضخامت دیواره لوله تغییر می کند. چهار الگوی مختلف توزیع صفحات تقویت کننده گرافن در راستای ضخامت لوله، تغییر شکل های بزرگ و میدان کرنش غیرخطی ون-کارمن در نظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی حاکم به کمک اصل هامیلتون استخراج، با روش گالرکین به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و با روش تحلیلی آنالیز هوموتوپی حل می گردد. تغییرات اولین فرکانس طبیعی غیرخطی سیستم بر حسب تغییرات دامنه اولیه، سرعت سیال عبوری، چگالی سیال عبوری و طول لوله و همچنین پاسخ زمانی ارتعاشات غیرخطی سیستم برای الگوهای مختلف توزیع صفحات گرافن شامل V، X، O و U ارایه و مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد اولین فرکانس طبیعی غیرخطی سیستم برای تمامی الگوهای توزیع صفحات گرافن با افزایش سرعت سیال، چگالی سیال و همچنین طول لوله، کاهش یافته اما با افزایش دامنه اولیه سیستم افزایش می یابد و همچنین الگوی توزیع V طی تغییر پارامترهای مورد بررسی بیشترین فرکانس غیرخطی را نسبت به سه الگوی توزیع دیگر دارا می باشد.

    کلیدواژگان: لوله های حامل سیال، ارتعاشات غیرخطی، روش آنالیز هوموتوپی، مواد مدرج تابعی، صفحات گرافن
  • زهرا طاهرخانی، حمید احمدیان* صفحات 4501-4516

    عدم قطعیت در پارامترها سبب می گردد تا سازه های با شرایط نامی یکسان دارای مقادیر متفاوت فرکانس های طبیعی و پاسخ ارتعاشی باشند. علی رغم اهمیت مساله ارتعاشات در توربوماشین ها به دلیل ماهیت دورانی آن ها و لزوم تعیین دقیق سرعت های بحرانی در این سیستم ها، تاکنون در زمینه بررسی حساسیت رفتار ارتعاشی سیستم های دوار به عدم قطعیت پارامترها مطالعه و بررسی کافی انجام نشده است. در این مقاله حساسیت کلی سرعت های بحرانی یک کمپرسور صنعتی نسبت به پارامترهای طراحی آن محاسبه شده است. همچنین نشان داده شده است که استفاده از روش مشتق گیری به عنوان روشی متداول در مراجع، تنها حساسیت محلی پارامتر را نشان می دهد و جهت درنظرگرفتن درجه اهمیت یک پارامتر بر روی خروجی مدل، باید حساسیت کلی پارامتر مورد بررسی قرار گیرد. در این بررسی، یک چهارچوب کلی جهت بررسی حساسیت سیستم های دوار صنعتی بر اساس روش تحلیل حساسیت کلی و تجزیه وردایی سوبول با به کارگیری روش مونت کارلو، ارایه شده است. در این روش عدم قطعیت موجود در پاسخ سیستم به عدم قطعیت پارامترهای آن به صورت کمی نسبت داده شده است و تحلیلی کمی را در کنار پیش بینی های کیفی در اختیار قرار می دهد. روش ارایه شده در طراحی ماشین دوار می تواند برای تدوین دستورالعمل های تلرانس گذاری اجزا سیستم مورد نظر مفید می باشد.

    کلیدواژگان: دینامیک سیستم های دوار، روش حساسیت کلی، به روز رسانی مدل، روش مونت کارلو، عدم قطعیت
  • محمود مزارع، مصطفی تقی زاده* صفحات 4517-4534

    در این مقاله، کنترل تحمل پذیر عیب فعال برمبنای تخمین تاخیر زمانی، مد لغزشی و رویتگر اغتشاش غیرخطی برای کنترل زیرسیستم زاویه پیچ در حضور عیب عملگر و عدم قطعیت ارایه شده است. تخمین تاخیر زمانی به عنوان الگوریتم تخمین عیب برای تشخیص و جبران اثرات عیب عملگر به کار گرفته شده است. در ادامه، با ترکیب روش مد لغزشی، کنترل تاخیر زمانی و رویتگر غیرخطی اغتشاش یک قانون کنترل مقاوم برای خنثی کردن اثرات عیب و عدم قطعیت طراحی شده است. به منظور کاهش چترینگ در کنترل مد لغزشی معمولی که به علت جمله کنترلی ناپیوسته به وجود می آید، یک رویتگر اغتشاش غیرخطی طراحی و با قانون کنترل مد لغزشی و کنترل تاخیر زمانی ترکیب شده است. در ساختار پیشنهادی، بهره کنترلی جمله ناپیوسته به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یافته درنتیجه پدیده چترینگ به طور چشم گیری کاهش می یابد. تحلیل پایداری برمبنای تیوری لیاپانوف انجام شده است. پروفیل سرعت باد با استفاده از نرم افزار توربسیم تولید شده، و قانون کنترل پیشنهادی برمبنای مدل دوجرمی طراحی و به منظور اعتبارسنجی در محیط نرم افزار فست پیاده سازی شده است. نتایج، برتری کنترل کننده پیشنهادی درمقایسه با کنترل کننده های خطی سازی فیدبک و جدول بندی بهره درحضور عدم قطعیت و عیب های مختلف عملگر ازقبیل نشتی هیدرولیکی، خرابی پمپ و محتوی هوا در روغن هیدرولیک را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: توربین باد، کنترل زاویه پیچ، کنترل تحمل پذیر عیب، رویتگر اغتشاش غیرخطی، تخمین تاخیر زمانی
  • سینا کریمی، حبیب احمدی*، کامران فروتن صفحات 4535-4564

    در این تحقیق ارتعاشات غیرخطی غشای مستطیلی هایپرالاستیک بر بستر الاستیکغیرخطی وینکلر-پسترناک تحت فشار خارجی گسترده و یکنواخت مورد بررسی قرارگرفته است. ساختار ماده ای این غشا تراکم ناپذیر، همگن و ایزوتروپیک می باشد. بستر الاستیک غیرخطی شامل دو جمله خطی وینکلر و پسترناک و یک جمله غیرخطی درجه سه وینکلر می باشد. با استفاده از نظریه غشا، اصل هامیلتون و با فرض تغییرشکل محدود، معادلات حاکم بر سیستم استخراج گردیده است. هم چنین با توجه به تابع چگالی انرژی کرنشی مدل ساختاریهایپرالاستیک نیو-هوکین،انرژی جنبشی، کار ناشی از بارگذاری گسترده و فشار یکنواخت و اثرات میرایی تعیین می گردند. با اعمال روش گلرکین، معادله حرکت غیرخطی با مشتقات جزیی درجهت عرضی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل می شود.سپس با استفاده از روش مقیاس های چندگانه به تحلیل تشدید های مافوق و مادون هارمونیک شامل تشدید های مافوق هارمونیک 3:1 و مادون هارمونیک 1:3، مافوق هارمونیک 5:1 و مادون هارمونیک 1:5، مافوق هارمونیک 7:1 و مادون هارمونیک 1:7، پرداخته شده است. هم چنین نتایج حاصل از روش تحلیلی با نتایج موجود در ادبیات موضوع، مقایسه شده است. درانتها اثر پارامترهای مختلف سختی وینکلر، پسترناک، خواص مواد و هندسی مختلف بر روی رفتار ارتعاشی غشای مستطیلی هایپرالاستیک در تشدید های مختلف مافوق و مادون هارمونیک مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: غشای مستطیلی هایپرالاستیک، بستر غیرخطی وینکلر-پسترناک، تشدید مافوق هارمونیک، تشدید مادون هارمونیک، روش مقیاس های چندگانه
  • اشکان فتحیان، گلبرگ نیک آیین، انیس دارمحمدی، حسین میرانژاد، محمدمهدی عاقلی حاجی آبادی* صفحات 4565-4580

    محرک های الاستومری تقویت شده با الیاف با کمک نیروی سیال تحریک می‏شوند و با توجه به زاویه‏ی پیچش الیاف به دور بدنه حرکت‏های متفاوتی از خود نشان می‏دهند. افزایش توجه روزافزون به ربات‏های نرم در کاربردهای مختلف، علت مطالعه روی رفتار این گونه محرک ها‏ را به خوبی توجیه می‏کند. ‏پژوهش پیش‏ رو به ‏بررسی تاثیر زاویه‏ی پیچش الیاف بر رفتار حرکتی محرک نرم الاستومری تقویت‏شده با الیاف با دو مقطع دایره و نیم دایره می پردازد. نتایج شبیه‏سازی نشان داد که زاویه‏ی تغییر فاز در محرک‏‏‏ خطی سیلیکونی 54/2 درجه و در محرک سیلیکونی خطی-پیچشی 30 درجه است. این نتایج همچنین نشان داد که در محرک های خمشی نیم‏استوانه‏ای بیشینه خمش در زاویه‏ی پیچش الیاف 90 درجه اتفاق می‏افتد. ارزیابی‏های تجربی جهت کسب اطمینان از نتایج شبیه‏سازی صورت گرفت. به این منظور محرک های خطی با چهار زاویه‏ی پیچش الیاف 30، 54/2، 54/3، 75 و 85 درجه، محرک های خطی-پیچشی با زوایای پیچش الیاف 30، 55، 65 و 85 درجه پادساعت گرد و 45 درجه ساعت گرد و محرک‏ خمشی با زاویه‏ پیچش الیاف 88 درجه ساخته شد و رفتار آن‏ها پس از تحریک ارزیابی شد. نتایج تجربی با حداکثر خطای 14 درصد درستی نتایج شبیه‏سازی را تایید کرد.

    کلیدواژگان: رباتیک نرم، محرک نرم، محرک نرم تقویت شده با الیاف
  • محمد ریاحی*، نغمه جعفریان کفشگری صفحات 4581-4594

    یاتاقان های ژورنال یکی از بخش های مهم در تجهیزات صنایع نظیر نیروگاه ها می باشند که در طول کارکرد خود دچار خرابی های مختلفی می شوند. به منظور جلوگیری از آسیب های فاجعه بار و کاهش علل ایجاد آن ها، می توان از روش های بررسی علل ریشه ای خرابی در یاتاقان ها استفاده نمود. در این مقاله، علل ریشه ای خرابی در یاتاقان های ژورنال، به وسیله روش  تجزیه و تحلیل حالت ها و اثرات شکست بررسی گردید. با استفاده از پرسشنامه، داده های مربوط به خرابی یاتاقان ها، در شش نیروگاه مختلف جمع آوری گردید. با کمک داده ها و جداول مربوط به رتبه بندی احتمال وقوع، احتمال تشخیص و نرخ شدت، که از پارامترهای اصلی برای تعیین عدد اولویت ریسک هستند، فرایند تجزیه و تحلیل حالت ها و اثرات شکست اجرا گردید. در نتیجه، اصلی ترین عیب، سایش شناسایی شد. به منظور بررسی اثرات  سایش و بهبود آن، با استفاده از مدل ارایه شده، برای هندسه ی سایش در یاتاقان و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی برای حل معادله ی ناویراستوکس، اثر سایش در فشار ماکزیمم روان کار و ظرفیت تحمل بار در مکان های مختلف سایش در نیمه ی پایینی یاتاقان، موردمطالعه قرارگرفت. نتایج به دست آمده از تحلیل اجزاء محدود با نتایج حاصل از تیوری و حل معادلات هریسون-سامرفیلد برای یاتاقان بدون سایش مقایسه گردید. به منظور کاهش اثر این عیب در شرایط مشابه، یاتاقان با هندسه دیگر و ظرفیت تحمل بیشتر پیشنهاد گردید.

    کلیدواژگان: یاتاقان ژورنال، تجزیه و تحلیل حالت ها و اثرات شکست، عدد اولویت ریسک، سایش، ظرفیت تحمل بار
  • رامین شاه باد، فاطمه السادات علوی اندراجمی*، مجید میرزایی صفحات 4595-4608

    پیشرفت های صورت گرفته در روش المان محدود توسعه یافته امکان پیش بینی مسیر شکست را بدون دانش قبلی در مورد آن فراهم آورده است. در همین راستا، هدف این پژوهش پیش بینی محل شکست استخوان ران انسان با استفاده از روش المان محدود بر مبنای وکسل است. در این پژوهش با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته به همراه مکانیزم آسیب غیر ایزوتروپیک، به بررسی چگونگی شکست استخوان ران برای 3 نمونه ی انسانی پرداخته می شود. مکانیزم آسیب غیرایزوتروپیک متشکل از 4 معیار شکست به صورت ترکیبی از معیار های هاشین و تنش بیشینه اصلی است. این مکانیزم آسیب با هدف در نظر گرفتن خواص ناهمگن و غیرایزوتروپیک استخوان توسعه داده شده است. مدل هایی از سه استخوان ران با استفاده از روش برش نگاری کمی ساخته شده و تحت بارگذاری مشخصی قرار گرفته اند. نیروی فشاری مورد نظر با زوایای 15- درجه نسبت به صفحات کرونال و سجیتال به سر استخوان ران وارد شده است. مسیرهای شکست متفاوتی برای استخوان شبیه سازی شدند. برای بررسی میزان دقت و توانایی این روش در شبیه سازی رشد ترک یک مقایسه یک به یک میان نتایج مدل سازی عددی و نتایج تست های مکانیکی انجام گرفته است. تناظر قابل قبولی در مورد ناحیه ی شروع ترک و مسیر رشد ترک، میان مدل سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی دیده شد که بیانگر توانایی این روش در شبیه سازی رشد ترک است.

    کلیدواژگان: شکست استخوان، المان محدود توسعه یافته، معیار آسیب غیرایزوتروپیک، المان محدود غیرخطی، مکانیک شکست
  • سید دانیال قسیمی، بهمن وحیدی*، یاسمن امیری صفحات 4609-4632

    مطالعه رفتار آکسون تحت شرایط محیطی می تواند دید بهتری در توسعه روش های درمانی به منظور بهبود آسیب های عصبی ایجاد کند. در این تحقیق، با مدل کردن زیر لایه به صورت هایپرالاستیک و اعمال فشارهای مختلف به زیر لایه میزان کرنش های تحمل شده توسط آکسون محاسبه شد. کرنش ها در سه بازه زمانی مختلف اعمال شد تا اثرات نرخ کرنش های مختلف بررسی شود. برای آکسون یک مدل شامل میکروتوبول با خواص الاستیک خطی، نوروفیلامان و آکسلوما با خواص ویسکوالاستیک خطی فرض شد. جهت گسسته سازی زیرلایه و بخش های مختلف آکسون از روش المان محدود و نرم افزار کامسول استفاده شد. مشاهده شد که رژیم سیال موجود در کانال تاثیری بر پاسخ مکانیکی آکسون ندارد. با استفاده از تحلیل برهم کنش سیال-سازه، میزان کرنش ایجاد شده نزدیک به صفر (در بیشترین حالت 0/0001) و تنش نیز ناچیز (در بیشترین مقدار 70N/m2) گزارش شد. نتایج نشان دهنده اثر عمده میکروتوبول در قبول کردن بارهای مکانیکی و استحکام کلی آکسون می باشد. همچنین بیشترین کرنش ها در داخل آکسلوما دیده می شود که اهمیت پاسخ مکانیکی آن در ایجاد آسیب را متذکر می شود. باتوجه به پاسخ مرتبط با نرخ کرنش های مختلف مشاهده می شود که بیشترین احتمال آسیب به آکسون، در کرنش %42 و نرخ19/1s-1 می باشد.

    کلیدواژگان: آسیب ناشی از ضربه، میکروسیالات، اجزای محدود، برهم کنش سیال-سازه، مدل ویسکوالاستیک
  • محسن فلاح*، وحید عرب ملکی صفحات 4633-4648

    در این تحقیق به مطالعه برداشت انرژی توسط تیرهای متخلخل واقع در معرض جریان سیال خارجی پرداخته می شود. معادلات دیفرانسیل غیرخطی الکترومکانیکی کوپل حاکم بر رفتار ارتعاشات عرضی تیر متخلخل واقع در معرض جریان سیال خارجی با استفاده از تیوری تیر اویلر-برنولی استخراج شده است. تیر متخلخل یکسرگیردار با جرم متمرکز در انتهای آن که مجهز به یک لایه پیزوالکتریک در سطح بالایی خود است، به عنوان برداشت کننده انرژی در نظر گرفته شده و بعد از حل عددی معادلات غیرخطی حاکم به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر انرژی تولید شده پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد که در ناحیه قفل شدگی میزان برداشت انرژی حداکثر مقدار دارد. همچنین، توزیع تخلخل تاثیر قابل ملاحظه ای بر حداکثر دامنه نوسانات و همچنین انرژی برداشت شده توسط تیر متخلخل دارد و ناحیه قفل شدگی برای تیر با توزیع تخلخل متقارن، توزیع تخلخل نامتقارن و توزیع تخلخل یکنواخت در محدود سرعت  می باشد. علاوه بر این، به ازای مقاومت الکتریکی kΩ 1000، حداکثر ولتاژ تولید شده برای تیر با توزیع تخلخل متقارن به صورت سخت شوندگی در جداره، توزیع تخلخل نامتقارن و توزیع تخلخل یکنواخت به ترتیب برابر با V 0/39، V 0/44 و V 0/57 می باشد که نشان دهنده بیشترین قابلیت برداشت انرژی مربوط به تیر با توزیع تخلخل نوع سوم می باشد.

    کلیدواژگان: برداشت انرژی، تیر بایمورف متخلخل، ارتعاشات القائی ناشی از سیال، ناحیه قفل شدگی
  • حمید دانشمند، میثم کریمی*، مسعود عراقچی، مسعود عسگری صفحات 4649-4664

    نانو ساختارهای چندلایه آلومینیوم/گرافن دارای اثر تقویتی و سفت کننده بسیار خوبی در کامپوزیت های آلومینیوم می باشند. لایه های گرافن به طور موثر مانع از رشد و حرکت نابجایی ها در زمینه آلومینیوم می شوند؛ بنابراین، خطوط نابجایی بیشتر و کوتاه تر در زمینه آلومینیوم بین لایه های گرافن رخ می دهد. در این مقاله، بارگذاری کششی بر روی نانو کامپوزیت های چندلایه آلومینیوم/گرافن با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه مکانیزم قفل شدگی نابجایی ها و اثر تقویتی و سفت کنندگی آن انجام شده است. هسته زایی، گسترش و حرکت نابجایی ها در زمینه آلومینیوم تحت کشش مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان داد که مکانیزم تقویت زمینه آلومینیوم شامل افزایش تراکم نابجایی ها و انتقال تنش برشی است. علاوه بر این، اثرات تقویتی و سفت کنندگی به عنوان تابعی از فاصله بین صفحات گرافن (فاصله صفحات 14-4 آنگستروم) نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فاصله صفحات گرافن نقش موثری در ایجاد مکانیزم قفل شدگی نابجایی ها در زمینه آلومینیوم دارند. کاهش صفحات گرافن سبب افزاش خواص مکانیکی زمینه آلومینیوم به سبب ایجاد مکانیزم قفل شدگی نابجایی می شود که این امر می تواند با شروع تجمع صفحات گرافن محدود شود. درنتیجه پله های سطحی پایدار در فاصله 12-10 آنگستروم بین صفحات گرافن توسط نابجایی ها با استحکام تسلیم حدودی GPa 14 و کرنش تسلیم 0/065 به دست آمد.

    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت های چندلایه آلومینیوم، گرافن، قفل شدگی نابجایی، دینامیک مولکولی، تجمع صفحات گرافن
  • محمد فضلی، مهرداد کازرونی* صفحات 4665-4690

    تولیدکنندگان همواره بر سر تناسب بیشتر کارکردهای ارایه ‎شده توسط محصول و کیفیت آن ها، با قیمت محصول در مقایسه با محصولات سایر رقبا و به عبارتی ارزش بیشتر محصول در حال رقابت هستند. یکی از بهترین متدولوژی ها برای افزایش ارزش محصولات و پروژه ها، اجرای فرایند مهندسی ارزش است. یکی از فازهای اولیه و مهم در اجرای مهندسی ارزش، فاز تحلیل کارکردهای محصول است. در این مقاله، با توسعه روش تحلیل حالت ها و اثرات واماندگی محصول که یکی از روش های تحلیل ریسک عملکرد نادرست محصول در استاندارد ملی آمریکا است، چارچوبی برای اجرای فاز تحلیل کارکردهای محصول در بستر این روش فراهم می شود. مزیت مهم این چارچوب این است که ضمن اجرای گام به گام و قاعده مند فرآیند تحلیل کارکردهای محصول، ریسک واماندگی کارکردها که یکی از عوامل پنهان تاثیرگذار بر ارزش کارکردهای محصول است را آشکارسازی کرده و در محاسبه ارزش واقعی کارکردها جهت شناسایی کارکردهای کم ارزش، برای معرفی به فاز خلاقیت مهندسی ارزش دخالت می ‎دهد. استفاده از این چارچوب همچنین می تواند باعث کاهش زمان و هزینه توسعه محصول جدید و ارایه آن به بازار و پیش ‎دستی نسبت به رقبا ‎شود. چارچوب پیشنهادی این مطالعه می تواند در کلیه صنایع مرتبط با طراحی و ساخت محصولات مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: مهندسی ارزش، تحلیل کارکردها، تحلیل حالت‎ها و اثرات واماندگی محصول، قابلیت اطمینان
  • اسماعیل زمین پیما، مهناز شمشیرساز*، پیمان نایبی صفحات 4691-4700

    پلی اکسی متیلن به عنوان ترموپلاستیک یا پلاستیک گرما نرم علاوه بر استحکام مکانیکی قابل قبول، چگالی بسیار کمتری از فلزات دارد. از اینرو می تواند جایگزین خوبی برای فلزات غیرآهنی در صنعت باشد. در این تحقیق به منظور افزایش استحکام و بهبود خواص مکانیکی این پلیمر، از نانولوله های عامل دار شده کربنی استفاده شده است. روش های تجربی بررسی این دسته از مواد به دلیل هزینه بر بودن، با محدودیت هایی روبرو است. لذا استفاده از روش های شبیه سازی در مقیاس میکروسکوپی می تواند راهکار مناسبی در مطالعه خواص و رفتار نانو کامپوزیت ها باشد. در این تحقیق از روش دینامیک مولکولی برای شبیه سازی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت پلیمر پلی اکسی متیل که با نانولوله های کربنی تقویت شده است، استفاده می شود. با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه سازی مشخص گردید که چگالی و خواص مکانیکی پلیمر خالص نظیر مدول یانگ، تنش تسلیم و بیشترین تنش با مقادیر تجربی توافق خوبی دارد. نتایج نشان داد که با افزایش دما استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت کاهش یافته. همچنین این خواص با تقویت پلیمر با نانو لوله های کربنی عامل دار شده با فلویور یا هیدروکسیل در یک ساختار نانوکامپوزیتی می تواند مدول یانگ را بین 44/3 تا44/6 درصد و تنش تسلیم را بین20 تا80 درصد به ترتیب برای این دو گروه عاملی افزایش دهد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلیمری، نانولوله کربنی، دینامیک مولکولی، خواص مکانیکی، پلیمر پلی اکسی متیل
  • مرتضی احمدی، حسین حسینی تودشکی*، مجتبی صدیقی صفحات 4701-4716

    هدف از این پژوهش مدل سازی میکرومکانیکی و آنالیز رفتار تغییرشکل و خرابی کامپوزیت ذره ای زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات کاربید تیتانیوم با استفاده از تیوری پری داینامیک و آزمون تجربی می باشد. کامپوزیت ذره ای، با مخلوط ذرات آلومینیوم و کاربید-تیتانیوم و با اکسترود گرم تهیه گردید. نمونه ها تحت آزمون کشش شبه استاتیکی قرار گرفته و از نتایج آزمون تجربی جهت راستی آزمایی مدل سازی استفاده شد. با استفاده از تصاویر گرفته شده از سطح نمونه، چهار حجمک نماینده انتخاب و بابه کارگیری پردازش تصویر، مرز ذرات به دست آورده شد. برای مدل سازی، با توجه به محدودیت های تیوری پری داینامیک بر پایه ی اتصال، از پری داینامیک بر پایه ی حالت استفاده گردید. برای تحلیل نتایج مدل سازی، از نمودار تنش-کرنش، توزیع تنش و کرنش پلاستیک معادل، توزیع پارامتر خرابی، جمع کرنش پلاستیک همه ی برهم کنش ها و تعداد برهم کنش های شکسته شده استفاده گردید. با آنالیز نتایج، مقدار تنش در سه منطقه، شامل ماتریس محصور شده بین ذرات نزدیک به هم، مرز ماتریس-ذرات و ذرات با عرض کم بیشتر از بقیه مناطق مشاهده گردید. شروع خرابی نیز در این مناطق به وقوع پیوست، ولی توسعه ی خرابی بیشتر در ماتریس و مرز ماتریس-ذرات مشاهده شد. در حین بارگذاری، هم زمان چندین خرابی ایجاد شد و در نهایت، ترک اصلی باعث شکست نهایی حجمک نماینده گردید. با مقایسه نتایج مدل سازی، تجربی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داده شد که مدل توسعه یافته پری داینامیک بخوبی رفتار خرابی پیشرونده ی در کامپوزیت ذره ای را پیش بینی کرده است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت ذره ای، پری داینامیک، رشد هم زمان خرابی، بارگذاری شبه استاتیکی
  • حسن عبداللهی*، جلیل مظلوم صفحات 4717-4728

    در این مقاله، حساسیت آشکارساز مادون قرمز میکروکانتیلیور با بهینه سازی ابعاد هندسی افزایش می یابد. بدنه اصلی آشکارساز از جنس  شامل ناحیه جاذب، بازوهای دوماده ای و ایزوله کننده است. نواحی دوماده ای (ناحیه جاذب و بازوهای دوماده ای) شامل یک لایه نازک آلومینیوم است که برروی لایه عایق قرارگرفته است. در این آشکارساز، میزان خمش آشکارساز به ضخامت لایه ها (عایق و فلز) و عرض بازوها (ایزوله کننده و دوماده ای) بستگی دارد. همچنین اثبات شده است که با انتخاب ضخامت لایه فلز به اندازه نصف ضخامت لایه جاذب، میزان جابه جایی و حساسیت به حداکثر مقدار خود می رسد. نتایج حاصل از محاسبات نشان می دهد که با اعمال شرایط مرزی به ازای شار حرارتی ثابت 100 بر روی ناحیه جاذب، میزان جابه جایی، حساسیت های ترمومکانیکی، توانی، جابه جایی و حساسیت به دمای جسم به ترتیب 26%، 27%، 28%،3/2% و 26% نسبت به ابعاد اولیه افزایش می یابند. همچنین، چنانچه فرآیند ساخت بهبود یابد و پهنای بازوها، ضخامت لایه عایق و فلزی به ترتیب  μm1، μm0/1 و μm0/05 انتخاب گردند، مقدار دما، میزان جابه جایی، ضریب انتقال دما، حساسیت های ترمومکانیکی، توانی، دمایی، جابه جایی، حساسیت به دمای جسم و ثابت زمانی در محیط خلا به ترتیب 4/72، 54، 4/12، 12/8، 54، 4/2، 48/54، 54 و 1/5 برابر بهبود می یابند.

    کلیدواژگان: میکرو ماشین کاری، آشکارساز مادون قرمز فاقد خنک ساز، آشکارساز حرارتی، میکروکانتیلیور، بهینه سازی
  • رضا ناصری*، مهران کدخدایان، محمود شریعتی صفحات 4729-4744

    فرآیند ایکپ، یکی از موثرترین فرآیندهای تغییر شکل پلاستیکی شدید جهت تولید فلزات فوق ریزدانه است. نظریه کران بالا نیز یکی از ابزارهای تیوری قابل اعتماد جهت پیش بینی تغییرشکل کرنشی و نیروی شکل دهی می باشد. در این تحقیق، تحلیل روش ایکپ با استفاده از نظریه کران بالا در زاویه کانال و گوشه دلخواه انجام و رابطه ای کلی و کاربرپسند جهت پیش بینی نیروی شکل دهی، بر اساس هندسه فرآیند و خواص الاستیک-پلاستیک ماده پیشنهاد گردید. با مقایسه ی مقدار نیروی به دست آمده از رابطه تیوری با مقدار تجربی حاصل از اعمال فرآیند روی آلیاژ آلومینیوم 7075، انطباق مناسبی بین نتایج مشاهده شد که این مهم قابلیت اعتماد به این رابطه را برای نیروی ایکپ تضمین می کند. بر اساس نتایج تحقیق حاضر، در ایکپ این ماده در شرایط زاویه کانال، زاویه گوشه، قطر و طول بیلت به ترتیب برابر °135، °20، mm 10 و mm 90 میزان نیروی شکل دهی در دو حالت تجربی و تیوری به ترتیب برابر kN 48 و kN 04/55 به دست آمد. همچنین با افزایش زاویه کانال از 60 به 150 درجه در زاویه گوشه ثابت 20 درجه، میزان نیروی فرآیند با % 41/3 کاهش از kN 86/4 به kN 50/7 تغییر یافت. با افزایش زاویه گوشه از صفر به 40 درجه در زاویه کانال ثابت 135 درجه نیز کاهشی قابل چشم پوشی به میزان % 2/5 از kN 56 به kN 54/6 مشاهده شد.

    کلیدواژگان: فرآیند ایکپ، نظریه کران بالا، خواص الاستیک- پلاستیک، نیروی شکل دهی
|
  • Rasoul Khodabakhsh *, AliReza Saidi, Reza Bahaadini Pages 4483-4500

    In this study, nonlinear vibrations of simply-supported pipes conveying fluid made of multilayer graphene reinforced composite materials have been investigated analytically and based on the Euler-Bernoulli beam theory. The constituent layers of the pipe wall thickness are considered to be made of polymer and graphene platelets and the reinforcing graphene platelets are varied by layers in the pipe wall thickness direction. Four different patterns for distribution of reinforcing graphene platelets, large deformations, and Von-Karman nonlinear strain field are considered. The nonlinear governing equations are derived by the Hamilton principle, they are converted to the ordinary differential equations by the Galerkin method and then are solved analytically using the homotopy analysis method. The variations of the first nonlinear natural frequency of the system with respect to the variation of initial amplitude, fluid velocity, fluid density, pipe length, and also time response of the nonlinear vibrations of the system are presented for different distribution patterns V, X, O and U of the graphene platelets. The results show that the first nonlinear natural frequency of the system for all distribution patterns of graphene platelets is decreased by an increase of pipe length, fluid velocity, and density but increasing the initial amplitude increases the first nonlinear natural frequency and also the distribution pattern V has the highest nonlinear frequency comparing with the other distribution patterns.

    Keywords: Pipes conveying fluid, Nonlinear vibrations, Homotopy analysis method, Functionally graded materials, Graphene platelets
  • Zahra Taherkhani, Hamid Ahmadian * Pages 4501-4516

    Engineering structures are inevitably exposed to various sources of uncertainty. The uncertainty in the parameters led to structures with identical nominal parameters having different vibrational behavior, such as different natural frequencies. Therefore, it is inevitable to consider parameter variability for a robust design. The rotational motion of turbomachinery makes vibration an important issue in their design. Therefore, it is essential to accurately determine the vibrational behavior of rotating systems and the parameters affecting them. No comprehensive experimental study is reported on the sensitivity of vibration behavior of industrial rotating systems to parameter uncertainty in the related literature. Therefore, in this paper, a powerful method of global sensitivity analysis based on variance analysis is presented using an industrial compressor sample to determine the effective parameters in its response uncertainty. The Monte Carlo simulation method is adopted to implement the global sensitivity analysis method. In this method, the uncertainty in the system response quantifiably devotes itself to the uncertainty of its parameters and provides a quantitative analysis along with qualitative predictions to the designer. The presented method in this paper can be very useful in designing rotating machinery and identifying sensitive parameters on the system response for the codification of design and manufacturing instructions, like component tolerance.

    Keywords: Rotor dynamics, Global Sensitivity Analysis, Monte Carlo, Uncertainty, model updating
  • Mahmood Mazare, Mostafa Taghizadeh * Pages 4517-4534

    In this paper, an active fault tolerant control based on time delay control, sliding mode, and nonlinear disturbance observer is proposed to control the pitch subsystem in the presence of actuator faults and uncertainties. Time delay estimation is applied as a fault estimation algorithm for detection and compensation. Then, a robust control law is synthesized to nullify uncertainty and fault effects using a combination of sliding mode, disturbance observer, and time delay with novel adaptation laws. In order to mitigate chattering which comes from the discontinuous control term, a nonlinear disturbance observer is designed. Through the proposed structure, the discontinuous gain is reduced significantly which leads to chattering reduction. Stability analysis is conducted through Lyapunov Theory. Moreover, wind speed profiles are generated using TurbSim, and simulations are performed based on a nonlinear two-mass wind turbine model and implemented in the FAST environment to verify the validity of the designed controllers. Finally, results reveal the effectiveness of the proposed controller compared to feedback linearization and gain-schedule proportional-integral controllers in the presence of uncertainty and different actuator faults such as hydraulic leakage, pump wear, and high air content in the oil.

    Keywords: Wind turbine, Pitch angle control, Fault tolerant control, Nonlinear disturbance observer, Time delay estimation
  • Sina Karimi, Habib Ahmadi *, Kamran Foroutan Pages 4535-4564

    In this paper, the nonlinear vibrations of a rectangular hyperelastic membrane resting on a nonlinear elastic Winkler-Pasternak foundation subjected to uniformly distributed hydrostatic pressure are investigated. The membrane is composed of an incompressible, homogeneous, and isotropic material. The elastic foundation includes two Winkler and Pasternak linear terms and a Winkler term with cubic nonlinearity. Using the theory of thin hyperelastic membrane, Hamilton’s principle, and assuming the finite deformations, the governing equations are obtained. Also, the kinetic energy, the work of uniform distributed force and pressure, and the effects of damping are determined, according to the strain energy function for neo-Hookean hyperelastic constitutive law. By applying Galerkin’s method, the nonlinear partial differential equation of motion in the transversal direction is transformed to the ordinary differential equations. Then, utilizing the method of multiple scales, the superharmonic and subharmonic resonances including the 1:3 superharmonic and 3:1 subharmonic, 1:5 superharmonic, and 5:1 subharmonic, 1:7 superharmonic, and 7:1 subharmonic are analyzed. Also, the analytical results are compared with those presented by other researchers. Finally, the effect of the Winkler and Pasternak stiffness, the material properties, and various geometrical characteristics on the superharmonic and subharmonic resonances of the vibration behavior of a rectangular hyperelastic membrane is investigated.

    Keywords: Rectangular hyperelastic membrane, Nonlinear Winkler-Pasternak foundation, superharmonic resonance, Subharmonic resonance, Multiple scales method
  • Ashkan Fathian, Golbarg Nikaeen, Anis Darmohammadi, Hossein Mirzanejad, MohammadMahdi Agheli Hajiabadi * Pages 4565-4580

    The increasing tendency to soft robots in various applications justifies the reason for studying the behavior of such actuators. The present study investigates the effect of fiber angle on the motion behavior of elastomeric fiber-reinforced actuators with two circular and semicircular sections. Unlike previous researches, this study takes into account the elastomer material used in actuator construction. Furthermore, unlike previous researches in which phase angle variation was studied just in linear actuators, phase angle variation in linear-twisting actuators is also considered. The simulation results showed that the phase change angle is 54.2° in silicone linear actuator and 30° in linear-twisting silicon actuator. The results also showed that the maximum bending in the semi-cylindrical bending actuators occurs at a 90-degree angle of twisting fibers. To verify this behavior, experiments were done. Silicone linear actuators were made with four different fiber angles including 30, 54.2, 54.3, 75, and 85 degrees. Moreover, Linear-twisting actuators were made with two different fiber angles including 30, 55, 65, and 85 degrees clockwise and 45 degrees counterclockwise. At last, one bending actuator with fibers at the angle of 88 degrees was made. All these actuators were evaluated after actuation. The experimental results confirmed the simulation results with a maximum calculated error of 14%.

    Keywords: Soft Robot, Soft Actuator, Soft fiber-reinforced actuator
  • Mohammad Riahi *, Naghmeh Jaafarian Kafshgary Pages 4581-4594

    During the operation of rotating machines in large industries such as power plants, the journal bearing failures are numerous. In order to avoid catastrophic damages in bearings and reducing the causes, evaluation of the root causes of bearing failures is important. In this paper, we investigate the root causes of failure in journal bearings, using one of the powerful methods of maintenance fields, which has been named failure mode and effect analysis. In order to collect bearing failures data, have been referred to the six power plants and failures information is obtained. Using this data and charts related to the occurrence probability, detection probability and severity rates which are the main parameters of this method for determining the risk priority number, the failure mode and effect analysis method has been implemented. According to this method, the main failure has been identified as wear. Then, using the well-known model of bearing wear geometries and computational fluid dynamics analysis for solving Navier-Stocks equations, effects of wear on the bearing load capacity, maximum lubrication pressure, in the different locations of wear, in the lower half of the bearing, has been investigated. Finally, the results of the finite element analysis have been compared to the results of the theory and solving the Sommerfeld-Harrison equation for bearing without wear. Also, to reduce the effects of this failure, another bearing geometry has been proposed in a similar situation with a load capacity greater than the custom one.

    Keywords: Journal bearing, risk priority number, wear, Load Capacity
  • Ramin Shahbad, Fatemeh Sadat Alavi *, Majid Mirzaee Pages 4595-4608

    The advances in the extended finite element method enable the prediction of crack initiation and propagation without prior knowledge about the crack pattern. In this regard, the purpose of this study was to investigate human femoral fracture location using voxel-based finite element simulation. The simulation was developed in terms of an anisotropic failure mechanism coupled to the extended finite element method to describe the femoral progressive fracture pattern in specimen-specific models. An anisotropic failure mechanism (4 damage criteria) was developed based on the combination of Hashin failure criteria and maximum principal stress criterion to capture femur fracture behavior dependency on femur anisotropy and heterogeneity. Three specimen-specific femur FE models were constructed based on CT-scan images under a particular loading condition. The load was applied to the head of the femur at an angle of -15 degrees relative to the sagittal and coronal planes. To demonstrate the potential of the current approach, a one-to-one comparison of predicted extended finite element method fracture pattern and experimental results were performed. An acceptable agreement was obtained between the predicted and observed fracture patterns suggesting that the proposed failure mechanism in the extended finite element method is capable to simulate femoral fracture type and progressive crack propagation. The presented results indicated that the crack on-set location and subsequent crack trajectories can be correctly captured using the proposed anisotropic failure mechanism in the extended finite element method.

    Keywords: Bone fracture, finite element method, anisotropic damage criteria, Fracture mechanics, Orthopedic biomechanics
  • Seyed Danial Ghasimi, Bahman Vahidi *, Yasaman Amirii Pages 4609-4632

    The study of axonal behavior under different environmental conditions can provide a better insight into the development of therapeutic approaches for healing after nerve damages. By modeling of sublayer in the form of a hyperelastic material and applying different pressures, the amount of strains tolerated by the axon was calculated. Strains were applied at three different time intervals to examine the effects of different strain rates. For axon, a model containing microtubules with linear elastic properties, neurofilament, and axolemma with linear viscoelastic properties was considered. The finite element method and COMSOL software were used for the discretization of the sublayer and the substructures of the axon. It was observed that the fluid regime in the channel did not affect the mechanical response of the axon. The strain was close to zero (at most 0.0001) and the stress was also negligible (at most, 70 N/m2). The results showed the major effect of microtubules on resisting mechanical forces and on the overall integrity of the axons. Most of the strains were seen inside the axolemma, indicating the importance of its mechanical response to injury. Regarding the response to the strain rate, the most probable damage to the axon, comparable with the former corresponding reports will occur at the strain of 42% and strain rate of 19.1 s-1, respectively.

    Keywords: Traumatic brain injuries, Microfluidics, finite element, Fluid-Structure Interaction, viscoelastic model
  • Mohsen Fallah *, Vahid Arab Maleki Pages 4633-4648

    In this paper, the energy harvesting by porous beams exposed to the external fluid flow is studied. The electromechanical nonlinear differential equations of the transverse vibration behavior of porous beams exposed to external fluid flow are derived using the Euler-Bernoulli beam theory. A porous beam with concentrated mass which is equipped with a piezoelectric layer at its upper surface is considered energy harvesting. After numerically solving the governing nonlinear equations, the effect of different parameters on the generated energy is investigated. The results show that in the lock-in area, the maximum amount of energy is taken. Also, the porosity distribution has a significant effect on the maximum amplitude of the oscillations as well as the energy harvesting by the porous beam. In addition, for electrical resistance of 1000 kΩ, the maximum voltage generated for the beam with symmetrical porosity distribution in the form of wall stiffness, asymmetric porosity distribution, and uniform porosity distribution is equal to 0.39 V, 0.44 V, and 57 V, respectively, which indicates the highest energy harvesting capability of the beam with the porosity distribution of the third type.

    Keywords: Energy harvesting, Porous beam, Fluid induced vibrations, Lock-in region
  • Hamid Daneshmand, Meysam Karimi *, Masoud Araghchi, Masoud Asgary Pages 4649-4664

    Aluminum/graphene nanolaminated structures have a very proper reinforcing and toughening effect on aluminum composites. Graphene layers effectively prevent the growth and movement of dislocations in the aluminum matrix. Therefore, more and shorter dislocations lines occur in the aluminum matrix between the graphene layers. In this paper, tensile tests have been performed on nanolaminated aluminum/graphene composite using molecular dynamic simulation to study the dislocation-blocking mechanism and its reinforcing and toughening effect. The nucleation, expansion, and displacement of the dislocation in the aluminum matrix were investigated under tension. The results showed that the reinforcement mechanism includes increasing displacement density and shear stress transfer. Besides, the reinforcing and toughening effects were investigated as a function of the distance between the graphene sheets (the spacing of sheets between 4-14 Å). The results showed that the distance between the graphene sheets has an effective role in creating the dislocation-blocking mechanism in the aluminum matrix. Decreased graphene sheets increase the mechanical properties of the aluminum matrix due to the dislocation-blocking mechanism, which can be limited by the onset of graphene sheet aggregation. As the result, stable steps in 10-12 Å distance between graphene sheets were obtained by dislocations with a yield strength of about 14 GPa and yield strain of 0/065.

    Keywords: Nanolaminated aluminum, graphene composites, Dislocation-blocking, Molecular dynamics, Graphene sheets aggregation
  • Mohamad Fazli, Mehrdad Kazerooni * Pages 4665-4690

    Increasing product value is a topic that is always a concern for manufacturers. In the case one of the best methodologies is value engineering. There are different steps for performing value engineering in different sources. One of the important and primary phases in performing value engineering is the functional analysis phase. According to this paper, it is possible to perform the product function analysis phase in the proposed improved failure modes and effects analysis framework that is one of the ways of the correct performance analyzing of the products in the National Standard of America. Using of proposed framework not only performs the function analysis process step by step but also reveals one of the hidden factors which are effective on the value of the product functions. In this way, failure risk is revealed in order to calculate the real value and recognize the low-value functions for introducing to the value engineering creativity phase. On the other hand one of the advantages of using the framework presented in this paper is that due to the symmetry of the time to run failure modes and effects analysis and implement value engineering, it integrates a part of the implementation of failure modes and effects analysis and value engineering.

    Keywords: value engineering, Function analysis, Failure modes, effects analysis, Reliability
  • Esmaiel Zaminpayma, Mahnaz Shamshirsaz *, Peyman Nayebi Pages 4691-4700

    Polyoxymethylene as a thermoplastic or soft plastic material, in addition to its acceptable mechanical strength, has a much lower density comparing to metals. Therefore, it can be a good alternative to non-ferrous metals in the industry. In this study, nanocomposites of this polymer with carbon nanotubes were used to enhance the strength and improve the mechanical properties of the polymer. Experimental analyses of the nanocomposites have limitations due to the high cost. Therefore, using microscopic scale simulation methods can be a good alternative to study the properties and behavior of these nanocomposites. In this study, the molecular dynamics method is used to simulate the mechanical properties of the nanocomposite. The simulation results obtained in this study show that the density and mechanical properties of the pure polymer such as Young's modulus, yield stress, and the ultimate stress are consistent with experimental values. Moreover, with temperature increase, these mechanical properties will be reduced. Also, these properties by reinforcing polymer with carbon nanotubes which functionalized with hydroxyl and fluoro groups in a nanocomposite structure can modulate Young's modulus from 41.31 to 44.6% and yield stress from 20 to 80% respectively.

    Keywords: Polymer nanocomposite, Carbon Nanotube, Molecular dynamics, Mechanical Properties, Polyoxymethylene
  • Morteza Ahmadi, Hossein Hosseini Toudeshky *, Mojtaba Sadighi Pages 4701-4716

    The aim of this study is microstructure modeling and deformation and damage analysis of aluminum-based metal matrix reinforced by Tic particles by using the Peridynamic theory and experiment. The particulate composite was fabricated by mixing aluminum and TiC powder and then the mixture was hot-extruded. Tensile tests were carried out to validate the Peridynamic model. Four representative volume elements were extracted from surface images of specimens. The location of Particles in the matrix was obtained by image processing. Due to restrictions on bond-based Peridynamic, state-based Peridynamic was utilized for modeling. Overall stress-strain curve, the destitution of equivalent stress and plastic strain, distribution of damage parameter, the total plastic stretch of all interactions, and the number of damaged interactions were used to analyze the results. At matrix surrounded by particles, matrix/particle interface, and narrow particles stress concentration were detected. The damage was initiated at these regions, but the damage was mostly propagated in matrix and matrix/particle interfaces. In the loading process, several damage mechanisms were initiated and propagated, and finally, a principal crack was created that led to the final fracture. By comparing scanning electron microscope images of the fractured surface, modeling, and experimental result, it is shown that the developed Peridynamic model can precisely predict the progressive damage behavior of particulate composites.

    Keywords: Aluminum-matrix composites, Peridynamics, Progressive damage growth, Quasi-static loading
  • Hassan Abdollahi *, Jalil Mazloum Pages 4717-4728

    In this paper, the sensitivity of the micro-cantilever infrared detector has been increased by optimizing its geometric dimension. The detector's main body consists of an absorbing area, bi-material, and isolation legs, which are made up of silicon dioxide. Bi-material regions (absorbing area and bi-material legs) include a thin film layer of aluminum, which is placed on the main body layer. In this detector, the amount of bending at the end of the tip detector depends on the thickness of insulating and metal layers and the width of isolating and bi-material legs. Furthermore, it has been proved that the detector's displacement and sensitivity are optimized when the thickness of the metal layer is selected the half of the thickness of the absorbing layer. The results of the calculations show that by applying boundary conditions for 100 pW/μm2 constant thermal flux on the absorber, amount of displacement, thermomechanical, power, displacement, and body temperature sensitivities are increased by 26%, 27%, 28%, 2.3%, and 26%, respectively. In addition, the calculation results show that the sensitivities and response time are improved to 4.24, 54, 12.4, 12.8, 54, 4.2, 54.48, 54, and 1.5 times, respectively, in the vacuum environment if the leg’s width, the isolating and metal layers’ thicknesses are selected as 1μm, 0.1μm, and 0.05μm, respectively.

    Keywords: Uncooled Infrared Detector, Thermal Detector, Microcantilever
  • Reza Naseri *, Mehran Kadkhodayan, Mahmoud Shariati Pages 4729-4744

    The equal channel angular pressing process is one of the most effective severe plastic deformation processes to produce ultrafine grained steels metals. Also, the upper bound theory is one of the reliable theoretical tools to forecast deformation strain and forming load. In this research, analysis of equal channel angular pressing technique in an arbitrary channel and corner angles using upper-bound theory was performed and a general and user-friendly equation for predicting the forming force is proposed according to the geometry of process and elastic-plastic properties of work-piece material. By comparing the amount of obtained theoretical load with experimental forming force resulted from applying process on 7075 Al alloy, has been observed very good agreement between the results. This guarantees the reliability of the achieved general equation for equal channel angular pressing force. According to the results of the present research, experimental and theoretical forming load of equal channel angular pressing process on this material under conditions of channel angle 135°, corner angle 20°, billet diameter 10 mm, and billet length 90 mm were obtained equal to 48 kN and 55.04 kN, respectively. Furthermore, by increasing the channel angle from 60 to 150 under a constant corner angle of 20°, process load is decreased equal to 41.3% from 86.4 kN to 50.7 kN. In addition, by increasing the corner angle from 0° to 40° under a constant channel angle of 135°, the negligible reduction of a load equal to 2.5% was observed from 56 kN to 54.6 kN.

    Keywords: Equal channel angular pressing, Upper-bound theorem, Elastic-plastic properties, Forming load