فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال یازدهم شماره 4 (مهر و آبان 1400)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال یازدهم شماره 4 (مهر و آبان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/18
  • تعداد عناوین: 13
|
  • محمد باقری توفیقی، هادی خرمی شاد* صفحات 1-14
    در این مقاله، رفتار مکانیکی سازه های فلزی چندلایه تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین به کمک نرم افزار المان محدود ال اس داینا مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر جنس و تعداد لایه های فلزی بر خروجی های ضربه شامل نیروی تماسی، مدت زمان تماس، میزان جابجایی نقطه زیرین سازه و میزان انرژی اتلافی مطالعه شده است. ابتدا تعداد لایه های فلزی ثابت و برابر دولایه فرض شده و تاثیر استفاده از جنس فلزهای مختلف شامل آلومینیوم 6061-T6، فولاد، سرب و آلومینیوم 6061 در این دو لایه بررسی شده است. سپس جنس مورد استفاده برای ساخت سازه فلزی چندلایه ثابت فرض شده و با تغییر تعداد لایه ها از یک تا شش در ضخامت کل ثابت، تاثیر تعداد لایه های فلزی مطالعه شده است. تنش تسلیم و مدول الاستیسیته لایه های فلزی دو ویژگی مادی تاثیرگذار بر خروجی های ضربه هستند. افزایش تعداد لایه های فلزی در ضخامت ثابت، موجب کاهش نیروی تماسی و همچنین افزایش میزان جابجایی و مدت زمان تماس شده است. نتایج مدل المان محدود حاضر، در مقایسه با نتایج سایر محققین و نتایج آزمایشگاهی صحه گذاری شد است.
    کلیدواژگان: سازه های فلزی چندلایه، بارگذاری ضربه سرعت پایین، اتصالات چسبی، تحلیل المان محدود
  • علی یوسفی، ابوالفضل خلخالی، سید عسکری مهدوی* صفحات 15-31

    به منظور کاهش تلفات انسانی، استانداردهای مختلفی برای خودروها ازجمله استاندارد سفتی کابین تهیه شده است. خودروسازان به دنبال افزایش نسبت توان به وزن خودروها برای افزایش سرعت و چابکی بیشتر وسایل نقلیه هستند. به همین دلیل بهینه سازی سازه ی اتاق کامیون ها با توجه به استانداردهای ایمنی تاثیر زیادی بر عملکرد آن ها می گذارد. در این مقاله، اقدام به شبیه سازی کامیون بنز اکتروس در نرم افزار CATIA می شود. سپس مدل شبیه سازی شده در نرم افزار Hyper-mesh المان بندی می شود. المان ها به صورت مربعی و مثلثی و دارای ابعاد 10، 15 و 25 میلی متر مربع هستند. پس از اطمینان از صحت المان بندی، مدل المان بندی شده وارد نرم افزار LS-DYNA می شود. در این نرم افزار آزمون ECE-R29 شبیه سازی شده است. این آزمون در سه بخش بر روی خودرو انجام می شود که عبارت اند از آزمون B و آزمون C. آزمون C خود شامل دو بخش برخورد عمودی و برخورد با زاویه 20 درجه نسبت به افق است. پس ازآنکه خودرو مورد نظر این آزمون ها را با موفقیت به اتمام رساند، قطعات با بیشترین تاثیر در این آزمون ها که عبارت اند از: 1. دیواره جانبی 2. پنل سقف 3. قسمت خارجی ستون A 4. قسمت داخلی ستون A 5. تقویتی بالای شیشه انتخاب می شوند. سپس اقدام به بهینه سازی ضخامت این قطعات می شود. از میان 16 حالت (ارایه شده توسط روش تاگوچی)، تنها پنج حالت قادر به برآورده کردن شرایط آزمون B سفتی کابین بودند که حالت بهینه دارای وزن 890.83 کیلوگرم است که نسبت به حالت اولیه 60.69 کیلوگرم کاهش وزن داشته است.

    کلیدواژگان: آزمون ‏ECE-R29‎، آزمون سفتی کابین، بهینه سازی، شبیه سازی، کابین کامیون
  • حمزه صالحی پور* صفحات 33-52
    در این مقاله ارتعاشات آزاد تیرهای میکرو/نانو همگن پوشیده شده با مواد مدرج تابعی متخلخل بر اساس تیوری الاستیسیته ناموضعی ارینگن بررسی شده است. به منظور استخراج معادلات حرکت از تیوری برشی مرتبه اول تیرها یا همان تیوری تیر تیموشنکو استفاده شده است. معادلات حرکت به دست آمده با استفاده از دو روش تحلیلی دقیق و روش عددی برای شرایط مرزی مختلف حل شده اند. در روش تحلیلی ابتدا معادلات حرکت حل می شوند و پاسخ کلی مولفه های جابه جایی که خود شامل تعدادی پارامتر و ثابت مجهول هستند به دست می آیند. سپس با برقراری شرایط مرزی در دو انتهای تیر به یک دستگاه معادله می رسیم که از حل آن فرکانس های طبیعی استخراج می شوند. در حل عددی از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای حل معادلات حرکت استفاده شده است. در بخش نتایج ابتدا با استفاده از مقایسه نتایج به دست آمده از این مقاله با نتایج مشابه ارایه شده در سایر مقالات، صحت و دقت روش حاضر تایید می شود. سپس نتایج حاصل از دو روش حل تحلیلی و عددی ارایه شده مقایسه می شوند که تطابق نتایج حاصل از دو روش صحت هر دو روش را تایید می کند. در ادامه تاثیر میزان ضخامت لایه متخلخل و همچنین میزان درصد تخلخل آن لایه بر مقدار فرکانس های طبیعی مورد مطالعه قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، تیرهای میکرو، نانو، مواد مدرج تابعی متخلخل، تئوری الاستیسیته ناموضعی ارینگن، حل تحلیلی دقیق
  • محمد حسینی*، عباس زندی باغچه مریم، ملیحه افتخاری صفحات 53-70
    در این مقاله پاسخ ترمومغناطیس دیسک دوار با مواد مدرج تابعی براساس مدل هدایت حرارتی غیرفوریه تحت میدان های مغناطیسی و الکتریکی بررسی شده است. در این بررسی مدل هدایت حرارتی غیرفوریه براساس مدل تاخیر زمانی دوگانه در نظر گرفته شده است. خصوصیات مکانیکی دیسک به صورت تابع توانی در راستای شعاع در نظر گرفته شده، همچنین معادلات حاکم دیسک دوار استخراج شده و با روش نیمه تحلیلی به تحلیل آن پرداخته می شود. نتایج این بررسی برای شرایط مرزی مختلف، گیردار - آزاد، آزاد - آزاد و دیسک توپر به دست آمده است. در این مطالعه تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف از جمله ضریب ناهمگنی ماده، شدت میدان مغناطیسی و اثرات میدان حرارتی بر رفتار دیسک دوار با مواد مدرج تابعی مورد مطالعه قرار می گیرد. نهایتا صحت نتایج حاصله با مقایسه آن ها با نتایج حاصل در پژوهش های قبلی مورد بررسی قرار گرفته و مطابقت خوبی بین کار حاضر و مطالعات پیشین دیده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضریب ناهمگنی مواد، تغییرات دمایی افزایش می یابد. همچنین مشاهده گردید که وجود میدان مغناطیسی در دیسک، موجب کاهش تغییر مکان و همچنین کاهش تنش و افزایش سختی سیستم می شود.
    کلیدواژگان: دیسک دوار، مواد مدرج تابعی، هدایت حرارتی، مدل غیرفوریه، میدان الکترومغناطیس
  • مجتبی قمری زاده، حسین خدارحمی*، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 71-83
    ورق های ساندویچی سازه های رایجی برای جذب انرژی انفجار و استفاده به عنوان سپر انفجار می باشند. در این مقاله عملکرد و پاسخ دینامیکی نوع جدیدی از سازه های ورق ساندویچی فلزی و مدور به عنوان جاذب انرژی انفجار با هسته لوله ای شعاعی غیر همرس تحت بار انفجار موردبررسی قرارگرفته است. از روش های تحلیلی، تجربی و عددی برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه ورق ساندویچی استفاده شده است. در روش تحلیلی پاسخ سازه به سه مرحله زمانی مجزا و متوالی تقسیم شده است. مرحله اول شامل تداخل سازه و سیال، مرحله دوم تراکم و له شدگی هسته و مرحله سوم پاسخ دینامیکی و خمش کل سازه ورق ساندویچی است. با استفاده از قوانین بنیادین علم مکانیک مانند قوانین بقاء جرم و بقاء ممنتوم، پاسخ تحلیلی تغییر شکل و معادلات حاکم بر آن فرمول بندی شده است و معادله ای به شکل بسته برای خیز سازه و مقدار بیشینه آن به دست آمده است. آزمایش تجربی با ساخت یک ورق ساندویچی تحت بار انفجار و به روش انفجار آزاد، به منظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی و عددی انجام شده است. حل عددی در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS و با تولید تابع فشار به روش CONWEP انجام شده است. نتایج باهم مقایسه شده اند و انطباق خوبی بین نتایج به روش های مختلف وجود دارد.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی، هسته لوله ای، بار انفجاری، پاسخ دینامیکی
  • محمد فخاری، مهدی صالحی* صفحات 85-92
    چرخ ها از مهمترین قسمت های تجهیزات وسایل نقلیه ریلی می باشند. وجود خرابی بر روی سطوح غلتشی چرخ ها عامل افزایش ارتعاشات در آن ها و متعاقبا باعث خرابی دیگر متعلقات می شود. به طور سنتی سیستم های ریلی از فرآیند بازرسی پیشگیرانه پیروی می کنند. این بازرسی ها هزینه بر، با بازدهی پایین، زمان بر و در معرض خطای انسانی هستند. نگهداری و تعمیرات بر اساس پایش وضعیت مزایای بیشتری نسبت به روش های قدیمی دارد. در این روش ها، ارتعاشات، نویز و یا سایر پارامترهای کارکردی اجزای وسیله نقلیه، از جمله چرخ، اندازه گیری و تحلیل می شود. در این تحقیق، روشی جهت عیب یابی چرخ به کمک اندازه گیری ارتعاشات ریل ارایه شده است. با اندازه گیری ارتعاشات ریل از طریق نصب تجهیزات اندازگیری، ارتعاشات حاصل از عبور هر چرخ ثبت می گردد. سپس با استفاده از پارامتر میانگین مربعات متحرک در حوزه زمان به پایش وضعیت سلامت چرخ های ریلی پرداخته شده است. تنظیم صحیح پارامترهای مرتبط مانند طول پنجره و میزان همپوشانی در محاسبه میانگین مربعات متحرک تاثیر مستقیمی بر نتایج دارد. روش پیشنهادی بر روی داده های اندازه گیری شده پیاده سازی شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که به کمک این روش می توان وجود و موقعیت آسیب در چرخ را تعیین نمود.
    کلیدواژگان: پایش وضعیت سلامت، آنالیز ارتعاشات، خرابی چرخ، میانگین مربعات متحرک
  • ولی الله پناهی زاده*، یعقوب دادگر اصل، فرزاد سعیدی، سوماز افشین صفحات 93-105

    فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر با قابلیت تولید قطعاتی با عرض و عمق متغیر، با هدف به کارگیری در صنایعی همچون خودروسازی، ساختمان سازی و صنایع مشابه ایجاد شد. یکی از عیوب این فرایند، عیب برگشت فنری است. این عیب باعث عدم دستیابی به پروفیل مطلوب می گردد. در این مقاله به تحلیل تجربی و عددی پدیده برگشت فنری با استفاده از معیارهای تسلیم هیل و بارلات و فون میسز پرداخته شده است. همچنین تاثیر پارامترهای زاویه خم، جنس و ضخامت ورق بر روی این عیب بررسی شده است. به وسیله زیرروال VUMAT نرم افزار آباکوس، فرایند برای سه جنس آلومینیوم 1050، فولاد کم کربن، فولاد زنگ نزن 430 شبیه سازی شد. در این شبیه سازی ها برای هر ماده، سه ضخامت 4/0، 7/0 و 1 میلی متر با زوایای خم 25 و 45 درجه در نظر گرفته شد. آزمایش های تجربی با استفاده از دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، انجام گرفت. صحت سنجی نتایج شبیه سازی عددی با مقایسه نتایج تجربی انجام گرفت. نتایج نشان داد معیار بارلات نسبت به دو معیار دیگر، پیش بینی دقیق تری از برگشت فنری دارد. همچنین نتایج نشان دادند که نسبت برگشت فنری ورق های دارای ضخامت 4/0 میلیمتر نسبت به ضخامت 1 میلیمتر برای جنس های فولاد کم کربن، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ، به ترتیب 5/1 ، 5/2 و 2/3 برابر می باشد.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر_ برگشت فنری، روش اجزا محدود، معیار تسلیم ناهمسانگردی
  • جواد فرهمند امین، محمدجواد مغربی* صفحات 107-120

    توربین داریوس مبتنی بر نیروی برآ است که به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش اثر میله نصب شده جلو لبه حمله پره بر عملکرد آیرودینامیکی توربین مورد بررسی قرار گرفته شده است و پارامترهای مختلفی از جمله ضریب گشتاور و ضریب توان مورد مطالعه عددی قرار می گیرد. از نرم افزار انسیس فلوینت به منظور شبیه سازی توربین استفاده شده است. علاوه بر این، از روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت دو بعدی و همچنین از مدل آشفتگی k-ω SST بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج، وجود میله با ایجاد تاخیر در جدایش جریان، موجب افزایش گشتاور و توان توربین شده است. این پدیده در پره متقارن، باعث افزایش گشتاور در نسبت سرعت های نوک بالا در محدوده 5/2تا 5/3 می شود که افزایش ضریب توان را در پی دارد. همچنین وجود میله سبب افزایش 23 درصدی ضریب توان تولیدی در نسبت سرعت نوک پره 2/3 در مقایسه با حالت بدون میله شده است و نسبت سرعت بهینه از 7/2 به 2/3 منتقل می شود که به افزایش بازده توربین می انجامد. استفاده از میله در جلوی پره های نامتقارن علاوه بر رفع مشکل بازدهی کم توربین عمود محور نوع داریوس، مشکل راه اندازی اولیه توربین را تا حدی رفع می نماید.

    کلیدواژگان: توربین بادی داریوس، میله، جدایش جریان، عملکرد توربین
  • مجتبی دهقان زاده بافقی، محمد سفید*، رحیم شمس الدینی، سید امیرمسعود صالحی زاده صفحات 121-131

    مطالعه حاضر به بررسی و تحلیل عددی جریان الکترواسموتیک همراه با فشار محرک در سیالات نیوتنی می پردازد. معادلات دو بعدی لاپلاس، پواسون-بولتزمن و مومنتوم با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار در یک میکروکانال مستطیلی به صورت عددی حل می شوند. به منظور بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار از یک الگوریتم بهبود یافته و خوش رفتار برای تحلیل مسایل در میکروکانالها استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی الگوریتم اثر پارامترهای پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی مورد بررسی قرار گرفته است و با نتایج تحلیلی و عددی مقایسه شده است. در وصله میانی میکروکانال که پتانسیل الکتریکی حضور دارد نیروی حجمی ناشی از جریان الکترواسموتیک روی توزیع سهموی سرعت اثر گذاشته و این اثر در مقاله مورد بحث قرار گرفته و تاثیر تغییر پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی بر روی جریان نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش گرادیان فشار اعمالی باعث می شود سهم توزیع سهموی سرعت در پروفیل سرعت در ناحیه ترکیبی بیشتر شود و توزیع سرعت به سهموی تخت نزدیک شود درحالیکه افزایش پتانسیل زتا باعث می شود سرعت در لایه دوگانه الکتریکی بیشتر شده و توزیع سرعت به شکل زین اسبی در آید.

    کلیدواژگان: جریان الکترواسموتیک، هیدرودینامیک ذرات هموار، میکرو کانال مستطیلی
  • امین نظریان شهربابکی، مهرداد بززاززاده*، روح الله خوشخو صفحات 133-148
    هدف از این پژوهش، کنترل جریان فراصوت عبوری از یک سطح شیب دار تراکمی در عدد ماخ 5/1 با استفاده از عملگر پلاسمای سد تخلیه دی الکتریک (DBD) می باشد. به منظور شبیه سازی عددی، از معادلات ناویر استوکس دو و سه بعدی به همراه مدل آشفتگی kωSST و روش جیمسون استفاده شده است. عملگر پلاسمایی به صورت پایا و با بهره گیری از رویکرد پدیده شناسی شایی شبیه سازی و به صورت جمله چشمه به معادلات ممنتم اعمال شده است. نتایج عددی نشان دادند که حضور دو ردیف عملگر پلاسمایی با ولتاژ kV 75 و فرکانس kHz 2 در محل شروع جدایش جریان، موجب کاهش ناحیه جدایش به اندازه mm 10، جابجایی موقعیت موج ضربه ای و افزایش زاویه آن به مقدار 2 درجه شده است. بررسی های پارامتریک نشان دادند که حالت بهینه تاثیرگذاری عملگر بر کنترل جدایش زمانی است که دقیقا در محل شروع جدایش قرار گیرد. همچنین، افزایش فرکانس و ولتاژ میدان الکتریکی موجب کاهش ناحیه جدایش و جابجایی موج ضربه ای می گردد. در نهایت، افزایش تعداد عملگرها به سه ردیف، افزایش فرکانس تا 10 کیلوهرتز و ولتاژ تا 75 کیلوولت، به طور کامل موجب حذف ناحیه جریان گردابی ناشی از جدایش جریان گردید.
    کلیدواژگان: عملگر پلاسمای DBD، جریان فراصوت، شبیه سازی عددی، جدایش جریان
  • محمدرضا شاه نظری، علی صابری*، امیر قاسمی صفحات 149-163
    هدف این مقاله، بهینه سازی پروفیل المان CU ژانگسترم نیروگاهی به منظور افزایش کارایی و کاهش افت فشار و کمینه قیمت می باشد. در روش پیشنهادی ابتدا مساله مستقیم به صورت سه بعدی مدل و سپس مدل مورد نظر شبیه سازی شده است. جهت بهینه سازی مساله با استفاده از توابع متعامد پارامترهای هندسه مساله تبدیل به بردار ضرایب مجهول و در نهایت با استفاده از روش الحاقی مقادیر بهینه ضرایب هندسی، زاویه قرارگیری صفحات و سرعت به دست آمده است. تابع هدف بر اساس بیشینه عدد ناسلت، کمینه ضریب افت فشار و کمینه قیمت تعریف شده و براساس آنها، پارامترهای طراحی تعیین شده اند. براین اساس با زاویه بین صفحات 20 و 70 درجه برای اعداد رینولدز مختلف ضرایب بهینه پروفیل تعیین و همچنین چگونگی تغییر ضرایب با نسبت اهمیت انتقال حرارت به افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که برای حالتی که کمتر بودن افت فشار از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، عددهای رینولدز پایین تر و زاویه های کوچکتر و در حالتی که انتقال حرارت از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، اعداد رینولدز و زاویه های بزرگتر کارایی بهتری دارند. همچنین برای حالتی که انتقال حرارت اهمیت بیشتری نسبت به افت فشار داشته باشد، با افزایش عدد رینولدز و بیشتر شدن زاویه بین صفحات تابع هدف بزرگتر می شود. به ازای زوایای حدود 70 درجه و عدد رینولدز حدود 8000 ماکسیمم تابع هدف بدست می آید. در زوایای بیشتر از 70 و عدد رینولدز های بزرگتر از 8000 با اینکه ضریب انتقال حرارت نیز بزرگ تر می شود ولی جریان دستخوش افت فشار سنگینی می شود، که همین عامل باعث کمتر شدن تابع هدف می گردد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، ژانگستروم، صفحات انتقال حرارت، روش الحاقی، توابع متعامد
  • محمدسعید عقیقی، امیره نوربخش*، حامد معصومی، امیر سالاری خیبر صفحات 165-178

    در این پژوهش، انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانو سیالات ویسکوپلاستیک- مدل کسون همراه با یک تنش تسلیم، محصور درون محفظه مربعی با مرزهای متفاوت گرمایی بررسی شده است. معادلات دیفرانسیل غیر خطی کوپل شده برای جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم (با استفاده از روش المان محدود) حل شده است. اثرات عدد تسلیم0≤Y≤Y_max))، عدد رایلی (〖10〗^3≤Ra≤〖10〗^6)، عدد لوییس (2.5≤Le≤7.5)، پارامتر شناوری (0.1≤N_r≤1) بر جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم، تحلیل و نواحی تسلیم شده و نشده ی شکل گرفته در قسمتهای مختلف مشخص شده اند .نتایج بدست آمده نشان می دهد که توزیع جرم در محفظه بشدت تحت اثر عدد لوییس قرار دارد اما این پارامتر اثر محسوسی بر توزیع دما و جریان ندارد. اثر مرکب عدد لوییس و تنش تسلیم بر عملکرد جریان نیز اندک بوده و درنتیجه این پارامتر اثر محسوسی بر نواحی شبه جامد ندارد. از طرف دیگر افزایش پارامتر شناوری باعث کاهش توزیع جریان ناشی از جابجایی و درنتیجه کاهش انتقال حرارت در محفظه می شود. مشاهده شد که افزایش پارامتر شناوری باعث افزایش اثر نیروهای ویسکوز شده و درنتیجه نواحی شبه جامد گسترگی بیشتری در محفظه می یابند و مقدار تنش تسلیم حدی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: سیال ویسکوپلاستیک، کسون، عدد رایلی، عدد لوییس، پارامتر شناوری
  • مهدی حجاری، غلامرضا صالحی*، مجید اسحق نیموری صفحات 179-190
    مبدل های پیش گرمکن دوار ژانگستروم یکی از مهمترین تجهیزات بازیابی انرژی در نیروگاه ها میباشند. در تحقیق حاضر به کمک رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی در محیط متخلخل و در مختصات مرجع متحرک حل و میزان نشتی این مبدل ها ارزیابی شده است. اعتبارسنجی روش عددی ارایه شده توسط انطباق نتایج حل عددی با داده های واقعی نیروگاه تایید شده است. در این تحقیق تاثیر شرایط عملیاتی مختلفی همچون سرعت چرخش ماتریس، جنس صفحات ماتریس و پیشگرم کردن ورودی مبدل بر روی بازده مبدل ژانگستروم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مقدار نشتی محوری و شعاعی مبدل تخمین و تاثیر استفاده از انواع آب بندها بر روی میزان آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی، حاکی از آن است که افزایش سرعت چرخشی ماتریس تا یک حد معین، استفاده از ماده ای با کمترین نفوذ حرارتی و پیشگرم کردن هوا ورودی به مبدل با در نظر گرفتن ملاحضات اقتصادی منجر به ارتقا عملکرد ژانگستروم میشود. نتایج حاصل از برآورد نشتی نشان میدهد که نشتی غالب در مبدل ژانگستروم نشتی شعاعی میباشد و با استفاده از نشت بندهای دوگانه و سه گانه میزان آن را میتوان بطور قابل ملاحضه ای کاهش داد.
    کلیدواژگان: پیشگرمکن دوار هوا، تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی، عملکرد حرارتی، تخمین نرخ نشتی
|
  • M. Bagheri Tofighi, H. Khoramishad * Pages 1-14
    In this paper, the mechanical behavior of multi-layer metal laminates was investigated under the low velocity impact loading using Ls-Dyna finite element code. The effects of material and number of the metal layers on the impact outputs including the contact force, the contact duration, the transverse displacement and the dissipated energy were studied. At the first step, the number of metal layers was set to be two layers and the effect of using different metal materials including Aluminum 6061-T6, steel, lead and Aluminum 6061 in the defined layers was investigated. At the second step, the material of the metal layers was fixed and the effect of changing the number of metal layers from one to six in a constant whole thickness was studied. The yield stress and the Young’s modulus were the most influencing material parameters on the mechanical behavior of metal laminates. The contact force was decreased while the contact duration and the transverse displacement increased by increasing the number of metal layers in a whole constant thickness. The results of the current finite element modeling were validated against the literature and the experimental investigations.
    Keywords: Multi-Layer Metal Laminates, Low-Velocity Impact Loading, Adhesively Bonded Joints, Finite Element Analysis
  • Ali Yousefi, A. Khalkhali, Seyyed A. Mahdavi * Pages 15-31

    Different vehicle standards are used for decreasing of casualties for example the Protection of occupants of the CAB of a commercial vehicle. Vehicle manufacturer increase the power to weight ratio to achieve high speed vehicles. The optimization of the heavy vehicle’s cabin structure according to safety standards are important to achieve best function. In this article, the Mercedes Benz Actors is simulated in CATIA software. The model is meshed in Hyper-mesh software. The meshes are square and triangular and they are 10, 15 and 25 mm2. After checking truck's meshes, the model Import to LS-DYNA software. ECE-R29 test is performed in three parts include test B and test C. Test C includes two parts: 1-vertical collision and 2-collision with an angle of 20 degrees to the horizon. After the vehicle has successfully completed these tests, the most important parts in tests are identified. These parts are: 1. Side panel 2. Roof panel 3. A-pillar exterior 4. A-Pillar interior 5. Windshield upper panel. Then the thickness of parts are optimized. Only five modes of 16 modes (are submitted by the Taguchi method) are able to meet the requirements of the ECE-R29 B test. The optimal mode has a weight of 890.83 kg which has decreased 60.63kg compared to the initial mode.

    Keywords: ECE-R29, Cabin Structure, Optimization, Simulation, Truck cabin
  • H. Salehi Pour * Pages 33-52
    In this paper, the free vibration of homogeneous micro / nano beams coated by a functionally graded layer is investigated based on the Eringen's nonlocal elasticity theory. In order to extract the equations of motion, the first-order shear deformation beam theory (Timoshenko's beam theory) has been used. The obtained equations of motion are solved using two different analytical and numerical methods for different boundary conditions. In the analytical method, the equations of motion are first solved and the general functions for the displacements are obtained. The functions include a number of unknown parameters and constants. Then, by considering the boundary condition equations at both ends of the beam, a set of algebraic equations is extracted. Finally, the natural frequencies are obtained form the nonzero solution of the algebraic equations. In the numerical solution, the generalized differential quadrature method is used to solve the equations of motion. In the results section, first, the validity of present methods should be confirmed. Hence, the results obtained from this article are compared with the corresponding results presented in the litterature. Then, the results of the two analytical and numerical methods are compared, which confirms the consistency of the results of both two methods. The effects of thickness of porous layer and also the percentage of porosity of porous layer on the natural frequencies of beams are studied.
    Keywords: Free vibration, Micro, nano beams, Functionally graded porous material, Eringen's nonlocal elasticity theory, Exact analytical solution
  • M. Hosseini *, A. Zandi Baghche Maryam, M. Eftekhari Pages 53-70
    In this paper, the thermomagnetic response of rotating disk with functionally graded material (FGM) based on non-Fourier heat conduction model under electrical and magnetic fields is studied. In this study, non-Fourier heat conduction model were considered based on dual phase lag model. Mechanical properties of disk are assumed to follow an identical power law in the radial direction, also the governing equations of rotating disk are derived and then solved through the semi-analytical solution. The results of this analysis are obtained for different boundary conditions, fixed-free, free–free and solid disk. In the present work, the effect of various parameters such as coefficient of heterogeneous material, the intensity of the magnetic field and effects of thermal field on the behavior of rotating disk with functionally graded material is investigated. Finally, the validity of the results by comparing them with the results in previous research is investigated, in which there is very good agreement between the results of the present work and previous studies. The results show that temperature changes is increased with increases in the coefficient of heterogeneous. Also, it is obvious that imposing a magnetic field significantly decreases displacement and stresses and increases stiffness of system.
    Keywords: Rotating disk, Functionally graded material, Heat conduction, Non-Fourier model, Electromagnetic field
  • M. Ghamarizadeh, H. Khodarahmi *, T. Mirzababaie Mostofi Pages 71-83
    Sandwich panels are common structures for absorbing explosion energy and used as an explosion shield. In this paper, the performance and dynamic response of a new type of metal and circular sandwich sheet structures as blast energy absorbers with radial tube cores under blast load are investigated. Analytical, experimental and numerical methods have been used to evaluate the dynamic response of the sandwich panel structure. In the analytical method, the response of the structure is divided into three separate and consecutive time stages. The first stage includes the interaction of structure and fluid, the second stage is the compression and crushing of the core and the third stage is the dynamic response and bending of the whole structure of the sandwich panel. Using the basic laws of mechanics, such as the laws of mass and momentum conservation, the analytical response of the deformation and the governing equations have been formulated, and a closed equation for the rise of the structure and its maximum value has been obtained. The experiment was performed by making a sandwich panel under the blast load and by free blasting method in order to evaluate and validate the analytical and numerical results. Numerical solution is performed in ABAQUS finite element software by generating pressure function by CONWEP method. The results are compared and there is good agreement between the results in different ways.
    Keywords: Sandwich Shield, Tube Core, Explosive Load, Dynamic Response
  • M. Fakhari, M. Salehi * Pages 85-92
    Rail wheels are one of the most important parts of rail vehicles. The presence of damage on the rolling surface of the wheels causes an increase in vibrations in the wheels, and consequently, this can damage other components. Rail systems generally follow a preventive inspection process, which is costly, low-efficiency, time-consuming and prone to human error. Nowadays, condition monitoring based maintenance is preferred for this purpose. In such methods, vibrations, noise or other functional parameters of vehicle components, including wheels, are measured and analyzed. In this study, a method for wheel damage detection by measuring rail vibrations is presented. By measuring the vibrations of the rails through installation of measuring devices, the vibrations caused by the passage of each wheel are recorded. Then, using the Moving Root Mean Square in the time domain, the health condition of the vehicle is monitored. Proper adjustment of related parameters such as window length and overlap in calculating Moving RMS has a great impact on the results. The proposed method is implemented on the measured data. The presence and location of wheel damage was determined successfully.
    Keywords: Health Condition Monitoring, Vibration analysis, Wheel Damage, Moving RMS
  • V. Panahizadeh *, Y. Dadgar Asl, F. Saeidi, S. Afshin Pages 93-105

    The Flexible Roll Forming (FRF) process with the ability to produce parts with variable width and depth was formed to be used in industries such as automotive, construction, and similar industries. One of the disadvantages of this process is the spring-back defect, which prevents the desired profile from being achieved. In this paper, experimental and numerical analysis of the spring-back phenomenon using Hill, Barlat, and Von Mises yield criteria. Also, the effect of bending angle, material, and sheet thickness parameters on this defect was investigated. The process for the three types of 1050 aluminum, low carbon steel, and 430 stainless steel was simulated using the VUMAT subroutine of Abaqus software. In these simulations, for each material, three thicknesses of 0.4, 0.7 and 1 mm with bending angles of 25 and 45 degrees were considered. Experimental experiments were performed using the FRF machine. Validation of numerical simulation results was performed by comparing experimental results. The results showed that the Barlat criterion has a more accurate prediction of spring-back than the other two criteria. The results also showed that the spring-back ratio of sheets with a thickness of 0.4 mm compared to 1 mm for low carbon, aluminum, and stainless steel are 1.5, 2.5, and 3.2, respectively.

    Keywords: Flexible Roll Forming, Springback, Finite Element Method, Anisotropic Yield Criteria
  • J. Farahmand Amin, M.J. Maghrebi * Pages 107-120

    The Darrieus wind turbine is a lift-based vertical axis wind turbine which has been considered because of simplicity in design and its independency from wind direction. In this study, the effect of a rod mounted on the blade leading edge on the aerodynamic performance of the turbine has been investigated, and various parameters such as torque coefficient and power coefficient have been studied. Ansys Fluent software is used to simulate the turbine. Furthermore, two-dimensional computational fluid dynamics method and k-ω SST turbulence model are used. According to the results, the prespce of the rod causes a delay in flow separation and increases the output torque and power of the turbine. This phoenemon in symmetrical blades can increase the torque at high tip speed ratios between 2.5 to 3.5, which results in an increase in the power coefficient. Also using this rod, the generating power increases by 23% at the tip speed ratio of 3.2, and the optimum tip speed ratio is shifted from 2.7 to 3.2, which results in an increase in turbine efficiency. Applying rod on asymmetric blades as opposed to symmetric blades not only improves the low power efficiency but also solves the problem of turbine self-starting Darrieus turbine.

    Keywords: Vertical Axis Wind Turbine, CFD, Power coefficient, Self-starting torque
  • M. Dehghanzadeh Bafghi, M. Sefid *, R. Shamsoddini, A. M. Salehizadeh Pages 121-131

    This study investigates a numerical analysis of the electroosmotic / pressure driven flow in Newtonian fluids. Laplace, Poisson-Boltzmann and Momentum two-dimensional equations are solved numerically in a rectangular microchannel using the smooth particle hydrodynamics method. In order to improve the smooth particle hydrodynamics method, an improved and well-behaved algorithm has been used to solve problems in microchannels. To validating the algorithm, the effect of the zeta potential and the applied pressure gradient parameters on the flow has also been researched and compared with analytical and numerical results. In the middle patch of the microchannel where there is an electric potential, the volumetric force caused by the electroosmotic flow affects the parabolic velocity distribution and this impact is discussed in this article. The effect of changing the zeta potential and pressure gradient on the flow has been shown as well. The results show increasing in the applied pressure gradient increases the share of the parabolic of velocity distribution in the velocity profile in the mixed region and the velocity distribution becomes flat parabolic, while increasing the zeta potential increases the velocity in the electric double layer and the velocity distribution takes the form of a horse saddle.

    Keywords: Electroosmotic flow, Smooth Particle Hydrodynamics, Rectangular microchannels
  • A. Nazarian Shahrbabaki, M. Bazazzadeh *, R. Khoshkhoo Pages 133-148
    The aim of present study is to control the supersonic flow (M=1.5) over a compression ramp using Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma actuators. For numerical simulation, 2D and 3D Nervier-Stokes equations along with the kω SST turbulence model and Jameson's method are used. DBD Actuator is simulated in steady mode using Shyy phenomenological model and then applied to the momentum equations as a source term. The numerical results with the presence of two rows of DBD in voltage of 75 kV and frequency of 2 kHz discharging at starting point of separation reduced the separation region by 10 mm, moved shock location and increased its angle by 2°. Parametric study of DBDs are illustrated that the most efficient location of actuator is related to time when actuator is exactly located at the start point of separation. Also, increasing frequency and voltage of DBD reduced the separation and formation of vortices as well as the displacement of shock wave. Finally, increasing the number of DBD to three rows, with the frequency and voltage up to 10 kHz and 75 kV respectively, completely eliminate the vortices of separation region.
    Keywords: DBD plasma actuator, Supersonic Flow, Numerical Simulation, Flow Separation
  • M. R. Shahnazari, A. Saberi *, A. Ghasemi Pages 149-163
    In this paper, optimization of CU element profile of Ljungstrom in power plant has been investigated in order to increase its performance, reduce pressure drop and reach minimum price. First, a three-dimensional model was developed and then the desired model is simulated. To optimize the proplem, geometry parameters rewrite in form of unknown coefficient vectors by using orthogonal functions and then by using adjoint method, optimal value of geometric coefficients, plates angle and flow velocity are obtained. Objective function is defined based on the maximum Nusselt number, minimum pressure drop coefficient and minimum price and according to them, the design parameters are determined. So, with angles between 20 and 70 degrees for different Reynolds numbers, the optimal coefficients of the profile are determined and variations of the coefficients with ratio of the heat transfer to the pressure drop are investigated. Results show that when pressure drop is more important, small Reynolds number and angle are more efficient, and when heat transfer is important, large Reynolds number and angle are effective. For angles about 70 degrees and Reynolds number about 8000, maximum of function is obtained. At angles greater than 70 and at Reynolds numbers greater than 8000, although the heat transfer coefficient increases, the flow experiences high pressure drop, which reduces objective function.
    Keywords: Optimization, Ljungstrom, Heat transfer plates, Adjoint Method, orthogonal functions
  • M.S. Aghighi, A. Nourbakhsh *, H. Masoumi, A. Salarikheybar Pages 165-178

    In this study, natural convection of a viscous nanofluid-casson model with a yield stress in a square enclosure with differentially heated side walls has been studied. The system of coupled nonlinear differential equations for flow, heat transfer and mass transfer were solved by using the finite element method. The effects of yield number (0≤Y≤Y_max), Rayleigh number (〖10〗^3≤Ra≤〖10〗^6 ), Lewis number (2.5≤Le≤7.5) and Buoyancy ratio number (0.1≤N_r≤1), on the flow, heat and mass transfer have been investigated and the yielded and unyielded regions are specified. The results show that the mass distribution in the enclosure is strongly influenced by the Lewis number, but this parameter does not have a significant effect on the flow and temperature fields. The combined effect of Lewis number and yield stress on fluid flow is negligible and as a result, this parameter has no significant effect on unyielded regions. On the other hand, increasing the buoyancy parameter suppressed the convective flow and heat transfer rate in the cavity. It was observed that increasing the buoyancy parameter enhances the effect of viscous force and as a result, the unyielded regions expand in the enclosure and the critical yield stress decreases.

    Keywords: Viscoplastic fluid, Casson, Rayleigh number, Lewis number, Buoyancy parameter
  • M. Hajjary, Gh. R. Salehi *, M. Eshagh Nimvari Pages 179-190
    Ljungstrom rotary air preheaters are applied at power plants to use the waste energy. In this study, by applying the CFD model, mass, momentum, and energy equations in a porous media are solved using moving reference frame (MRF) and the leakage rate content evaluated. The validation of numerical simulation proved by comparison of the numerical results and experimental data. In this study, the effect of different operational conditions such as matrix rotation speed, plate’s material, inlet fluid preheating on the exchanger performance investigated. Also, the value of axial leakage and radial leakage estimated and the effect of using different seal types on leakage rates investigated. Numerical results show increasing the rotational speed up to certain limit, using materials with low thermal diffusivity, and preheating the inlet fluid considering the economical issues, developed the exchanger performance. Leakage estimation results show the radial leakage is the main leakage in the Ljungstrom and using double-seal and triple-seal can reduce the leakage rates considerably.
    Keywords: Rotary Air Preheater, Computational Fluid dynamics, Thermal performance, Estimation of Leakage Rates