فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و دوم شماره 2 (بهمن 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/10/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی زین العابدین بیگی، مظاهر سلامت طلب*، امین فرخ آبادی، حسن مسلمی نائینی صفحات 71-79

    در مطالعه حاضر به بررسی اثر میکرو الیاف های طبیعی (ذرات کرک) بر چقرمگی شکست مود I چندلایه های کامپوزیتی با الیاف بافته شده پرداخته شده است. به همین منظور نمونه های تیر دو لبه یکسر گیردار (DCB) با استفاده از روش لایه چینی دستی و با چیدمان 28]0[ساخته شده اند. برای بررسی اثر ذرات میکرو کرک بر چقرمگی شکست، نمونه هایی با دو درصد وزنی مختلف (1% وزنی و 3% وزنی) ساخته شده و نتایج بدست آمده با نمونه با رزین اپوکسی خالص مقایسه گردیده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با افزایش مقدار ذرات کرک، مقدار چقرمگی بین لایه ای شروع تورق افزایش داشته است. مقدار بهبود چقرمگی شکست شروع برای نمونه DCB با %1 و %3 وزنی کرک به ترتیب %67.15 و  %71.96 موجب افزایش شده است که علت این امر به نقش کرک در ناحیه غنی از رزین در نوک ترک بر می گردد که مانع شروع تورق در این ناحیه شده است. بر خلاف چقرمگی شکست شروع، چقرمگی شکست رشد با اضافه کردن ذرات کرک به رزین کاهش یافته است. در حین رشد تورق از آنجاییکه این الیاف به دلیل تجمع و کلوخگی در فصل مشترک تورق موجب ایجاد نواحی تمرکز تنش می گردند، در نتیجه میکرو الیاف های کرک نتوانسته اند مقدار چقرمگی شکست رشد را افزایش داده و در بعضی موارد موجب کاهش اندک چقرمگی شکست رشد تورق شده است. همچنین به منظور بررسی مکانیزم های آسیب، از سطوح شکست نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی عکسبرداری شده است.

    کلیدواژگان: ذرات میکرو کرک، مود I شکست، تیر دو لبه یکسر گیردار، تورق، چندلایه های کامپوزیتی
  • علیرضا اعتماد، اشکان عبدالی سوسن*، مهدی علی احیایی صفحات 81-92

    بخش قابل توجهی از مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست در جهان به صنعت ساختمان اختصاص دارد. در این میان سیستم های تهویه مطبوع سهم مهمی از مصرف انرژی ساختمان دارند. در این تحقیق، یک سیستم نوین تهویه مطبوع بر اساس ترکیب سه فناوری تولید همزمان برق و حرارت، ذخیره انرژی یخ، و گرمایش خورشیدی طراحی و مدل سازی شده است. این سیستم به اختصار  CCHP-ITESSنامیده شده است که برگرفته از اختصارات سه فناوری فوق الذکر است. به عنوان مطالعه موردی، امکان سنجی پیاده سازی این سیستم در یک ساختمان مسکونی در شهر تهران ازنظر مصرف انرژی و توجیه پذیری اقتصادی مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج مصرف انرژی، هزینه و دوره برگشت سرمایه برای این پروژه برای شهر تهران بررسی شده و به منظور ارزیابی تاثیر تعرفه های انرژی بر توجیه پذیری اقتصادی، سیستم پیشنهادی بر روی همان ساختمان مورد مطالعه در شرایط آب و هوایی و تعرفه های انرژی شهر لس آنجلس در ایالت کالیفرنیای آمریکا مدلسازی شد. نتایج نشان می دهد که در هر دو سناریو، به کارگیری سیستم پیشنهادی منجر به کاهش قابل توجه انرژی مبدا می گردد که این کاهش برای تهران 36.87 درصد و برای لس آنجلس 40.28 درصد است. اما به دلیل تفاوت در تعرفه های انرژی، دوره بازگشت سرمایه این سیستم در تهران حدود 39 سال و در لس آنجلس حدود 3.2 سال می باشد. در نتیجه بکارگیری این سیستم در شرایط شهر تهران توجیه ناپذیر در آمریکا، توجیه پذیر است.

    کلیدواژگان: تولید همزمان برق و حرارت، ذخیره انرژی حرارتی یخ، گرمایش خورشیدی، تهویه مطبوع، ترمواکونومیک
  • داوود میرزایی، سعید امینی* صفحات 93-105

    امروزه کاربرد ابزارهای التراسونیک در فرآیند های مختلف از جمله ماشینکاری، جوشکاری، همگن ساز و غیره، گسترده گردیده است. یکی از اجزای مهم و کلیدی در انتقال انرژی اکوستیکی در کاربردهای همگن سازی امولسیون، هورن التراسونیک می باشد. این قطعه از دیدگاه انرژی پایستار می باشد ولی می توان با تغییرات شکل و جنس، میزان دامنه ارتعاشی را تغییر داد. هدف از این مقاله، تحلیل هورن التراسونیک چند پله ای برای دستیابی به دامنه ارتعاش مورد نظر در کاربردهای گوناگون می باشد. طراحی بهینه هورن با هدف افزایش دامنه ارتعاش، افزایش و توزیع سطح انتقال امواج و در نظر گرفتن استحکام هورن، نسبت طول به قطر مناسب برای دستیابی به یکنواختی کاویتاسیون در امولسیون انجام شده است. هدف دستیابی به هورن با ضریب تقویت کنندگی بالا و مساحت انتشار بزرگتر و گسترده تر در انتها و طول هورن می باشد. بالا بودن دامنه ارتعاش وگستردگی مساحت انتشار امواج در نوک و طول هورن موجب افزایش میزان کاویتاسیون در فرآیند امولسیون می گردد و هرچقدر بتوان نواحی انتشار موج را گسترده تر نمود، راندمان فرآیند همگن سازی افزایش خواهد یافت.

    کلیدواژگان: هورن التراسونیک، ضریب تقویت، امولسیون، روش تحلیلی و عددی، بهینه سازی
  • محسن باشی، محسن قاضی خانی* صفحات 107-119

    مطالعات متعددی برای استفاده از سوخت های سبک در موتورهای اشتعال تراکمی به جهت کاهش انتشار آلاینده ها و افزایش بازده انجام شده است؛ موتور های اشتعال تراکمی کنترل واکنشی از جمله این مطالعات هستند. اما استفاده از بخار سوخت های سنگین برای ایجاد احتراق شبه همگن مورد توجه نبوده است. استفاده از بخار گازوییل نیاز به مخزن سوخت ثانویه در خودروها را بر طرف می کند، اما گازوییل حاوی هیدروکربن های سنگین است و از واکنش پذیری بالایی برخوردار است. لذا در این مطالعه با تبخیر گازوییل و تزریق آن به هوای ورودی به مطالعه یک احتراق شبه همگن با کمک بخار گازوییل پرداخته شده است. آزمایشات در سرعت rpm 2000 (سرعت حداکثر گشتاور) انجام شده است. بر اساس نتایج حاصله افزودن بخار گازوییل علی رغم حضور هیدروکربن های سنگین در آن و به عنوان یک سوخت با واکنش پذیری بالا، می تواند انتشار دوده و اکسیدهای نیتروژن را به ترتیب حداکثر 20 درصد و 50 درصد کاهش دهد. افزایش بار موتور اثر مثبت بخار گازوییل در کاهش دوده و اکسیدهای نیتروژن را کاهش می دهد، اما این اثر مثبت تا 80 درصد بار کامل ادامه دارد. افزودن بخار گازوییل تاثیری بر کاهش و یا افزایش تغییرات سیکلی و شدت صدای موتور ندارد، اما انتشار منواکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته را افزایش می دهد. برای تبخیر گازوییل به طور متوسط 15 درصد توان ترمزی موتور مصرف می شود. با گرمایش گازوییل تا دمای گازهای خروجی، می توان به طور متوسط 5 درصد از توان لازم برای تبخیر گازوییل را بازیابی کرد.

    کلیدواژگان: بخار گازوئیل، احتراق شبه همگن، موتور دیزل، آلاینده ها، مصرف سوخت ویژه، تحلیل فشار سیلندر
  • حامد دیلمی عضدی*، سعید رضایی، حسن بادپروا، علی زین العابدین بیگی صفحات 121-132

    شکل دهی نموی ورق، فرایند انعطاف پذیری است که در آن ورق فلزی به تدریج با حرکت ابزار در فضای آزاد شکل می گیرد. با توجه به این که ورق به صورت موضعی شکل دهی می شود و نیروها متمرکز بر منطقه تماس ابزار با ورق هستند، شکل پذیری ورق در این فرایند در مقایسه با سایر روش های معمول شکل دهی افزایش می یابد. در این مطالعه با شبیه سازی عددی فرایند شکل دهی نموی ورق دولایه AA3105-St12 با استفاده از روش اجزای محدود، نیروی عمودی وارد بر ابزار شکل دهی و ضخامت نهایی لایه ها در شرایط مختلف محاسبه شده است. اعتبار نتایج شبیه سازی با مقایسه آن ها با نتایج حاصل از آزمایش های تجربی ارزیابی شده است. با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدل هایی عددی برای تخمین نیروی عمودی وارد بر ابزار و ضخامت نهایی لایه ها بر حسب متغیرهای ورودی فرایند بدست آورده شده است. بهینه سازی چند هدفه برای دستیابی به حداقل نیروی عمودی و حداقل کاهش ضخامت لایه ها، بر مبنای مدل های بدست آمده و با کمک روش الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در نتایج بدست آمده حالت های بهینه ضخامت کل ورق دولایه و نسبت ضخامت لایه ها در حالت های مختلف تماس لایه آلومینیومی و یا لایه فولادی با ابزار شکل دهی تعیین شده است.

    کلیدواژگان: شکل دادن فلزات، شکل دهی نموی ورق، شبکه عصبی، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک
  • پریسا فکری دولت آباد، وحید پویافر، رامین مشک آبادی* صفحات 133-142

    ریزساختار بدون نقص کامپوزیت های زمینه فلزی، توزیع یکنواخت ذرات و خواص خوب آن ها، توسط متغیرهای روش تولید و مواد زمینه و تقویت کننده تعیین می شود. در این تحقیق از آسیای گلوله ای سیاره ای با انرژی بالا برای ساخت پودر کامپوزیتی Al6063-SiC استفاده شده است. براده های آلومینیوم با زمان و نسبت وزنی گلوله به پودر (BPR) مختلف در آسیای گلوله ای سیاره ای با انرژی بالا آسیاکاری شدند. پودر بهینه حاصله، با افزودن درصدهای وزنی مختلف کاربید سیلسیم (SiC) با نسبت وزنی گلوله به پودر در زمان های مختلف، آلیاژ سازی مکانیکی گردیدند. طی فرایند آسیاکاری تحت جو آرگون، از اسید استیاریک به عنوان عامل کنترل فرایند (PCA) برای جلوگیری از جوشکاری سرد بیش از حد و کلوخه ای شدن پودر استفاده شده است. پس از آلیاژسازی مکانیکی، تاثیر متغیرهای فرایند شامل زمان آلیاژسازی، نسبت وزنی گلوله به پودر و درصد وزنی کاربید سیلسیم با مقادیر مختلف بر روی پودر کامپوزیتی از نظر مورفولوژی توسط آنالیز اندازه ذرات (PSA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و از نظر ترکیبات فازی توسط طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به الگوی پراش اشعه ایکس نمونه ها، اندازه دانه از طریق مدل ویلیامسون-هال محاسبه گردید. نتایج حاصل از انجام فرایند آسیای مکانیکی و آلیاژسازی مکانیکی نشان داد که در زمان های آسیای کوتاه با نسبت وزنی گلوله به پودر بالا می توان به پودر کامپوزیتی با اندازه ذرات ریز تر دست یافت. همچنین وجود ذرات تقویت کننده کاربید سیلسیم موجب تسریع در فرایند آسیای مکانیکی شده و کاهش بیشتر اندازه ذرات را موجب می شود.

    کلیدواژگان: کامپوزیت های زمینه فلزی، آسیای مکانیکی براده ها، آلیاژسازی مکانیکی، کامپوزیت Al6063-SiC
|
  • Ali Zeinolabedin Beygi, Mazaher Salamat-Talab*, Amin Farrokhabadi, Hassan Moslemi Naeini Pages 71-79

    In the present study, the effect of natural microfibers (cork particles) on the mode I fracture toughness of plain-woven laminated composites has been investigated. For this purpose, double cantilever beam (DCB) specimens manufactured using hand lay-up method with stacking sequence of [0]28. To investigate the effect of cork particles on fracture toughness, samples with two different weight percentages (1% by weight and 3% by weight) were manufactured and the experimental results were compared with one obtained from sample with pure epoxy resin. Experimental results show that as the amount of cork particles increases, the onset of crack growth requires more energy. The amount of improvement in initiation fracture toughness for the DCB sample with 1% and 3% cork weigh has been increased by 67.15% and 71.96%, respectively which is due to the role of the cork in the resin rich area near the crack tip that arrested the delamination growth. Unlike the initiation fracture toughness, the propagation value is reduced by adding cork particles to the resin.   During delamination growth, due to the agglomeration of micro fiber at delamination interface and role of stress concentration of these particles, hence, micro-cork fibers have not been able to increase the propagation fracture toughness and in some cases have slightly reduced the propagation fracture toughness of the delamination. Also, in order to investigate the mechanisms of damage, the fracture surfaces of the samples were scanned using scanning electron microscopy.

    Keywords: Micro cork particles, Mode l fracture, Double cantilever beam, Delamination, Laminated composite
  • Alireza Etemad, Ashkan Abdalisousan*, Mahdi Aliehyaei Pages 81-92

    A significant portion of world energy consumption belongs to building sector, And HVAC systems have an important share in building energy usage. In this research, a novel HVAC system has been proposed which is based on three technologies of combined heating and power, ice thermal energy storage, and solar heating. The system is named CCHP-ITESS as an abbreviation of previously mentioned technologies. This system was modeled on a case study building in Tehran, to obtain energy consumption, costs, and payback results in comparison with conventional HVAC systems. In order to realize the effect of energy prices on the economical results, the same system and building were simulated for the city of Los Angeles,California,US. The results showed that both scenarios will lead to significant reduction in net source energy consumption, which is 36.87% reduction in Tehran and 40.28% reduction in Los Angeles. However, the system is not economically reasonable in Tehran because of the low energy prices and has a 39 years of payback period, but is absolutely feasible in Los Angeles with ab payback period of less than 3.5 years. As a result, application of this system is feasible in Los Angeles and not feasible in Tehran.

    Keywords: Combined heating, power, Ice thermal energy storage, solar heating, air conditioning, thermoeconomics
  • Davoud Mirzaei, Saeed Amini* Pages 93-105

    Today, the application of ultrasonic tools in various processes such as machining, welding, homogenizing, etc., has become widespread. One of the most important and key components in the transfer of acoustic energy in emulsion homogenization applications is the ultrasonic horn. This part is stable from the point of view of energy, but the amount of vibration amplitude can be changed by changing the shape and material. The purpose of this paper is to analyze the multistage ultrasonic horn to achieve the desired vibration amplitude in various applications. Optimal horn design has been done with the aim of increasing the amplitude of vibration, increasing and distributing the wave transmission surface and considering the strength of the horn, the appropriate length to diameter ratio to achieve uniform cavitation in the emulsion. The goal is to achieve a horn with a high amplification factor and a larger and wider radiation area at the end and lateral area of the horn. The high vibration amplitude and wave propagation area at the tip and the lateral area of the horn increase the amount of cavitation in the emulsion process, and the wider the wave propagation regions, the more efficient the homogenization process will be.

    Keywords: Ultrasonic Horn, Amplification factor, Emulsion, numerical, analytical method, Optimization
  • Mohsen Bashi, Mohsen Ghazikhani* Pages 107-119

    Numerous studies on using light fuels in compression ignition engines to reduce emission and increase efficiency have been done. The Reactivity Controlled Compression Ignition engines are one of these studies. Nevertheless, using heavy fuels vapor for achieving partially premixed combustion is not investigated. Using diesel fume (to upgrade conventional combustion to premixed combustion) resolves the need for a secondary fuel tank in a car. However, diesel fuel has heavy hydrocarbons and is a high reactivity fuel. So in this study, diesel has evaporated in a tank, and its vapor has injected into the intake air for studying a semi homogeneous combustion. The tests have performed at 2000 rpm (the speed of maximum torque). According to the achieved results, although diesel has heavy hydrocarbons and is a high reactivity fuel, adding diesel fumigation can reduce soot and NOx emissions up to 20% and 50%, respectively. Increasing load reduces the positive impact of adding diesel fumigation on soot and NOx emission reduction. However, the positive impact of adding diesel fumigation continues up to 80% of the full load. Adding diesel fumigation has no impact on cyclic variation and ringing intensity, but increases CO and HC emission. The evaporation of diesel averagely consumes 15% of brake power. Also on average, 5% of diesel evaporation energy can be supplied by recovering heat energy from the exhaust gas (warming up diesel from ambient temperature to the exhaust gas temperature).

    Keywords: Partially Premixed Combustion, Diesel Engine, Emissions, Specific Fuel Consumption, Cylinder Pressure Analysis, Diesel Fumigation, Diesel Vapor
  • Hamed Deilami Azodi*, Saeed Rezaei, Hassan Badparva, Ali Zeinolabedin Beygi Pages 121-132

    Incremental sheet forming is a flexible forming technology in which the sheet metal is gradually formed by the movement of tools in specified path. Due to the progressively localized deformation of the sheet and concentration of the forces on contact area of tool and sheet metal, the formability of the sheet increases compared with other common forming methods. In this study, numerical simulation of the incremental forming of AA3105-St12 two-layer sheet has been performed to calculate forming force and final thicknesses of the layers. The validity of the simulation results is evaluated by comparing them with those obtained from experiments. Numerical models for estimating the vertical force applied on the tool and the final thicknesses of the layers in terms of the process variables have been obtained using artificial neural network. Multi-objective optimization has been conducted to achieve the minimum force and the minimum thickness reduction of layers using obtained numerical models based on genetic algorithm method. Optimum thickness of the two-layer sheet and the thickness ratio the layers in different states of contact of the aluminum or the steel layers with the forming tool have been determined.

    Keywords: metal forming, incremental sheet forming, neural network, multi-objective optimization, genetic algorithm
  • Parisa Fekri Dolatabad, Vahid Pouyafar, Ramin Meshkabadi* Pages 133-142

    The defectless microstructure of metal matrix composites, the uniform distribution of particles and their good properties are determined by the production parameters and the base material and reinforcement. In this study, high-energy planetary ball mill was used to fabricate Al6063-SiC composite powder. Aluminum chips were milled with different time and ball to powder weight ratio (BPR) in high energy planetary ball mill. The resulting powder was mechanically alloyed by adding different weight percentages of silicon carbide (SiC) and BPRs at different times. During the milling process under argon atmosphere, stearic acid was used as a process control agent (PCA) to prevent excessive cold welding and agglomeration of the powder. After mechanical alloying, the effect of alloying time, BPRs and weight percentage of silicon carbide, on the obtained composite powder were examined morphologically by particle size analysis (PSA), field emission scanning electron microscope (FESEM), and the fuzzy compounds by X-ray diffraction (XRD) spectroscopy. According to the X-ray diffraction pattern of the samples, grain size was calculated using the Williamson-Hall model. The results of mechanical milling and alloying process have shown that in short milling times with high BPRs composite powder with finer particle size could be achieved. Also, the presence of silicon carbide reinforcing particles accelerates the process of mechanical alloying and further reduces the particle size.

    Keywords: Metal-matrix composites, Mechanical milling, Mechanical alloying, Al6063-SiC composite