فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 140 (آذر و دی 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مصطفی لیوانی*، کرامت ملک زاده فرد، علی نگهبان برون صفحات 3-12

    در این مقاله، تحلیل کمانش استوانه ساندویچی مرکب با هسته انعطاف پذیر بر مبنای تیوری مرتبه بالای پنل های ساندویچی ارتقا یافته مورد بررسی قرار می گیرد. رویه های استوانه ساندویچی از جنس مواد مرکب لایه ای ساخته شده اند که لایه چینی آنها بصورت متقارن و پادمتقارن می باشد. مدل مورد مطالعه تحت بارگذاری محوری فشاری و فشار خارجی قرار داد. از تیوری مرتبه اول تغییرشکل برشی و مدل دوم فروستیگ به ترتیب برای میدان های جابجایی رویه ها و هسته استفاده می شود. برای استخراج معادلات حاکم بر کمانش استوانه ساندویچی مرکب از اصل همیلتون استفاده شده است. برای حل معادلات حاکم، از روش گالرکین استفاده شده است. در این پژوهش، اثر پارامترهای مهمی هم چون نسبت شعاع هسته به ضخامت استوانه، نسبت طول به ضخامت استوانه، نسبت ضخامت رویه به ضخامت استوانه و اثر نسبت طول استوانه به شعاع هسته بر روی پاسخ کمانش استوانه ساندویچی مرکب مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با کاهش نسبت ضخامت رویه به ضخامت استوانه، نسبت طول استوانه به شعاع هسته و با افزایش نسبت شعاع هسته به ضخامت استوانه، نیروی کمانش استوانه های ساندویچی مرکب افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کمانش، استوانه ساندویچی مرکب، IHSAPT، روش گالرکین، بار محوری فشاری و فشار خارجی
  • علی میرزائی کهق*، فرشاد پازوکی، شهرام اعتمادی حقیقی، داود اسدی صفحات 13-26

    در این مقاله طراحی الگوریتم عبور از مانع برای پهپادهای بال ثابت در مواجهه با موانع متحرک و برخوردهای غیر مترقبه مد نظر است. روش های متداول در طراحی سامانه های عبور از مانع مورد بررسی قرار گرفته و از آن بین روش توابع پتانسیل بدلیل مناسب بودن برای سامانه های برخط و موانع ناشناخته، بعنوان مبنای طراحی الگوریتم مزبور مورد استفاده قرار گرفته است. اما بدلیل دینامیک غیرهولونومیک پهپادهای بال ثابت چالش هایی از قبیل کمینه های محلی توابع پتانسیل، حداقل سرعت واماندگی و حداقل شعاع گردش پهپادهای بال ثابت به هنگام برخورد با مانع وجود دارد که در این تحقیق با معرفی یک روش ابتکاری اقدام به حل آن مسایل شده است. در نهایت با اعمال الگوریتم پیشنهادی بر دینامیک غیرخطی یک پهپاد بال ثابت و شبیه سازی در نرم افزار متلب برای سناریوهای مختلف، عملکرد این الگوریتم مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: عبور از مانع، پهپادهای بال ثابت، روش توابع پتانسیل
  • علیرضا خوشنود، مهدی معرفت *، غلامرضا ایمانی صفحات 27-38

    مدلسازی عددی به منظور تسلط بر جزییات پیچیده نشست ذرات در مسایل صنعتی، اهمیت بسیاری دارد. شرایط و معادلات حاکم بر مدلسازی عددی تشکیل لایه نشست با توجه به عوامل موثر و نیروهای تاثیرگذار، متفاوت می باشد. در تحقیق حاضر، پیشنهادی در خصوص استفاده از شرایط و معادلات حاکم بر نشست ذرات، ارایه شده است. روش های مدلسازی عددی برحسب دو دیدگاه لاگرانژی و اویلری تقسیم می شوند. برای مدلسازی نشست ذرات در نسبت حجمی بیشتر از3-</sup>10 از روش های اویلری و در نسبت حجمی کمتر از3-</sup>10 از روش های لاگرانژی، استفاده می شود. در میان روش های اویلری، روش دریفت فلاکس متداول تر است. در روش های لاگرانژی، اگر ذرات کوچک باشند (نانومتری) و نسبت حجمی کمتر از 6-</sup>10 باشد به دلیل بیشتر بودن نیروی واندروالسی بین ذرات و محل نشست، از شرط دیوار چسبناک استفاده می شود. بعلاوه با افزایش اندازه ذرات، باید احتمال بازگشت دوباره آنها به جریان بررسی شود و در صورت بالا بودن سرعت جریان باید احتمال جدایش ذرات از لایه رسوب در نظر گرفته شود. دما نیز بر نشست ذرات تاثیرگذار است. افزایش دما باعث تغییر فاز ذرات و در نتیجه آن نشست آن ها در هنگام برخورد به سطح می گردد.

    کلیدواژگان: مدلسازی عددی، نشست ذرات، لایه رسوب، رویکرد لاگرانژی، رویکرد اویلری
  • فریال سادات سیادتی، ریما فیاض، نیلوفر نیک قدم صفحات 39-52

    مکانیزم عملکرد نمای دوپوسته با تهویه طبیعی بر اساس رفتار حرارتی و جریان هوا در حفره میانی می باشد. دینامیک سیالات محاسباتی می تواند باعث ارتقا عملکرد این نماها گردد. هدف این مقاله، بررسی انواع گزینه های مربوط به مدل آشفتگی و مدل تابش نرم افزار فلوینت و پارامتر های هندسی شامل دو بعدی یا سه بعدی بودن مدل هندسی شبیه سازی شده، مقیاس مدل سه بعدی و ابعاد مش بندی، برای شبیه سازی عملکرد حرارتی نمای دوپوسته جعبه ای با تهویه طبیعی با نرم افزار فلوینت با هدف ارتقا دقت نتایج و دستیابی به کمترین زمان محاسبات کامپیوتری بود. نتایج نشان داد، مدل آشفتگی RNG k-ε، مدل تابشی DO و مدل هندسی سه بعدی دقیق ترین نتایج را خواهند داشت. در مش بندی با ابعاد 8 میلیمتر و مقیاس 33% نمونه سه بعدی واقعی، استقلال نتایج شبیه سازی از ابعاد شبکه و هندسه مدل شده حاصل گردید. شبیه سازی با هندسه مدل شده با مقیاس 33% نمونه سه بعدی واقعی نسبت به هندسه سه بعدی واقعی منجر به نتایج مشابهی از نظر دقت گردید که در نهایت کاهش زمان محاسبات کامپیوتری شبیه سازی نمای دوپوسته جعبه ای تهویه طبیعی با هندسه مقیاس شده 33% نمونه واقعی به حدود یک سوم، نسبت به زمان محاسبات کامپیوتری شبیه سازی هندسه سه بعدی واقعی با حفظ دقت نتایج حاصل گردید.

    کلیدواژگان: نمای دوپوسته جعبه ای، شبیه سازی، دینامیک سیالاتی محاسباتی، مدل آشفتگی، مدل تابشی
  • سعید رستگار*، محسن رضائی صفحات 53-64

    یکی از تجهیزات اندازه گیری پرکاربرد برای مصرف کنندگان صنعتی گاز، جریان سنج توربینی می باشد. این نوع از جریان سنج ها دارای مزایای عملکردی فراوان نظیر دقت مناسب در مصارف نزدیک به ظرفیت نامی آنها، نگهداری و تعمیرات آسان می باشند. علیرغم این مزایا، نقطه ضعف آنها مربوط به دقت غیرقابل قبول برای اندازه گیری جریان گاز در مصارف کم و عدم توانایی اندازه گیری در مصارف زیر جریان حداقل - تحت عنوان پدیده Qmin</sub>- می باشد. در این مقاله به منظور ارایه راهکار برای حل این مشکل، جریان سنج دو مرحله ای با به کارگیری سیستم کنترل اتوماتیک در یک ایستگاه اندازه گیری با ظرفیت 1000 مترمکعب بر ساعت طراحی و اجراگردید. هنگامی که جریان گاز از Qmin</sub> کنتور اصلی کمتر گردید، به وسیله سیستم کنترل اتوماتیک، جریان گاز وارد خط فرعی شده و نسبت به اندازه گیری جریان گاز- که پیش تر به حساب نمی آمد- اقدام گردید. عملکرد سیستم پیشنهاد شده در این مقاله، در طول یک سال در ایستگاه مورد مطالعه، پایش گردید. نتایج نشان داد میزان 25152 مترمکعب از جریان گاز طبیعی که پیش از اجرای این تحقیق امکان اندازه گیری آن وجود نداشت، اندازه گیری گردید. همچنین دوره بازگشت سرمایه با در نظر گرفتن تعرفه صنعتی و قیمت صادارتی گاز، به ترتیب کمتر از سه و نیم سال و حدود دوماه محاسبه گردید.

    کلیدواژگان: ایستگاه اندازه گیری، اندازه گیری، جریان سنج توربینی، پدیده Qmin، کنترل اتوماتیک
  • فاطمه فرهادیان لنگرودی، میثم شکوری، محمد آزادی * صفحات 65-74

    در این مقاله اثر نرخ جابجایی در بارگذاری کششی بر استحکام (نیروی بیشینه و تغییر طول) اتصال چسبی در لوله های ساخته شده از فلز و مواد کامپوزیتی شیشه- اپوکسی و کربن- اپوکسی بررسی شده است. بدین منظور نمونه های مختلف از لوله های متصل به هم با ضخامت و طول ناحیه چسب خور مختلف (طول 10، 20 و 30 میلیمتر و ضخامت 25/0، 10/0 و 40/0 میلیمتر)، ساخته شد. سپس نمونه ها تحت بارگذاری کششی با نرخ های مختلف جابجایی (5/0، 5 و 50 میلیمتر بر دقیقه) قرار گرفته و در ادامه، میزان تحمل بار و نوع خرابی آن ها مشخص گردید. بر اساس نتایج، با افزایش مقدار نرخ جابجایی در بارگذاری کششی در هر یک از نمونه های کربن- اپوکسی، نیروی بیشینه افزایش یافت. با افزایش نرخ جابجایی در بارگذاری کششی، ناحیه شکست از قسمت اتصال چسبی به قسمت مواد کامپوزیتی تغییر یافت. در مورد نمونه های شیشه- اپوکسی، می توان ابراز داشت که افزایش نرخ جابجایی در بارگذاری کششی، به تدریج باعث افزایش نیروی بیشینه شد. در نهایت، بر اساس تحلیل حساسیت مشخص شد که آنالیز رگرسیون برای هر دو تابع هدف نیروی بیشینه و تغییر طول، بطور مناسبی، معتبر نبوده است.

    کلیدواژگان: اتصال چسبی، اتصال کامپوزیت- فلز، بارگذاری کششی، تحلیل حساسیت، نرخ جابجایی
  • سعید باعصمت، محمود پسندیده فرد * صفحات 75-83

    بهبود عملکرد آیرودینامیکی وسایل نقلیه به علت تاثیر بر مصرف سوخت، پایداری و کنترل پذیری خودروها همواره مورد توجه مهندسان بوده است. در این پژوهش جهت دستیابی به دیدگاه اجمالی از تاثیرگذاری روش های بهبود عملکرد آیرودینامیکی خودروها، مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه کاهش نیروهای آیرودینامیکی با استفاده از روش کنترل جریان انفعالی صورت گرفته است که می تواند در بررسی، پیاده سازی و انتخاب روش مناسب تاثیرگذار باشد. نتایج حاصل نشان دهنده اهمیت بالای طراحی بدنه خودرو در کاهش نیروی پسا و نیروی برآاست به طوری که ایجاد کانال و انحنا در طرفین خودرو جهت انتقال جریان هوا از نواحی فشار بالا در جلوی بدنه به نواحی فشار پایین در پشت بدنه بیشترین میزان کاهش نیروی پسا را در پی دارد. همچنین استفاده از اسپویلر در انتهای بدنه به جهت تاخیر در جدایش و هدایت جریان هوا به سمت بالا، موجب کاهش نیروی برآ می گردد. تاثیر این روش ها بر کاهش نیروهای آیرودینامیکی بیش از سایر مکانیزم ها است، اما میزان دقیق تاثیرگذاری هر روش به نوع خودرو و نحوه پیاده سازی آن بر روی بدنه بستگی دارد.

    کلیدواژگان: آیرودینامیک، خودرو، نیروی پسا، نیروی برآ، کنترل جریان انفعالی
  • علی مهرابی، جواد دلدار شیخی، علیرضا داوری صفحات 84-95

    در تحقیق حاضر مروری بر استراتژی های کلی مورد استفاده در بهینه سازی آیرودینامیکی ملخ بالگرد با هدف انجام کاهش منابع محاسباتی فرایند بهینه سازی عملکرد طرح های آیرودینامیکی جدید ملخ انجام شده است. این مطالعه با نگاهی مختصر به مفاهیم و دلایل ایجاد آیرودینامیک غیر دایم و چالش های اساسی ایجاد شده برای مواجه با این مسئله اساسی در طراحی و بهینه سازی ملخ بالگرد شروع شده سپس، روش های طراحی و بهینه سازی گذشته و حال استفاده یا پیشنهاد شده و توسعه ابزارهای تجزیه و تحلیل برای ارزیابی عملکرد ملخ مورد بررسی قرار می گیرند تا درک بهتری از مسئله مذکور حاصل شود. نتیجه مطالعه نشان داد علیرغم استفاده از دانش آیرودینامیکی کلاسیک، تونل باد، آزمایش ملخ مدل و محاسبات آیرودینامیکی نسبتا پایین در گذشته، توسعه اخیر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) اکنون فرصتی را برای پیش بینی دقیق میدان جریان لزج و قابل تراکم در پیرامون ملخ و در نتیجه پیش بینی عملکرد طراحی های جدید آن ارایه می دهند. لذا استفاده از این ابزارها بعنوان ابزاری نوین برای شبیه سازی هایی با همانندی بالا در کنار استفاده از روش های مدل سازی جایگزین با همانندی متغیر اکثر جنبه های مسئله بهینه سازی آیرودینامیکی ملخ بالگرد را بوسیله هزینه های محاسباتی و زمانی کاهش یافته پوشش خواهند داد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی آیرودینامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل سازی جایگزین، همانندی متغیر، ملخ بالگرد
|
  • Mostafa Livani*, Keramat MalekzadehFard, Ali Negahban Boron Pages 3-12

     In this paper, buckling analysis of composite sandwich cylinders with transverse flexible core is investigated using an improved higher order sandwich panel theory (IHSAPT). The face sheets of sandwich cylinder are made of laminate composite that lay up symmetric and anti-symmetric. The case study is under axial compression load and external pressure. The first order shear deformation theory and second Frostig’s model is proposed for deriving displacement field of face sheets and core, respectively. Lagrange’s principle considering initial stresses is used for extracting governing equations. The Buckling problem of the shell has been numerically solved by using the Galerkin’s method. In this research, the effects of some important parameters including core radius to cylinder thickness ratio, length to core thickness ratio, face sheet to cylinder thickness ratio and length to core radius ratio on the buckling response of composite sandwich cylinder are studied. The obtained results indicate that by decreasing face sheet to cylinder thickness ratio and length to core radius ratio, and increasing core radius to cylinder thickness ratio buckling load of composite sandwich cylinder are increased.

    Keywords: Buckling, Composite sandwich cylinder, IHSAPT, Galerkin’s method, Axialcompression load, external pressure
  • Ali Mirzaee Kahagh*, Farshad Pazooki, Shahram EtemadiHaghighi, Davood Asadi Pages 13-26

    This paper investigates the obstacle avoidance problem of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (FWUAVs) while considering moving obstacles and unexpected collisions. The routine methods in designing obstacle avoidance systems are investigated and the potential function approach is selected since it is suitable for online missions and unexpected collisions. Due to the non-holonomic dynamic of FWUAVs, several challenges including the local minima, minimum stall speed, and minimum turn radius exist in obstacle avoidance. In this research, a novel approach is introduced to resolve the above challenges. Finally, the performance of the proposed algorithm is demonstrated through the application of the proposed algorithm on the nonlinear dynamic of FWUAV in several simulation scenarios in Matlab.

    Keywords: Obstacle avoidance, fixed-wing UAVs, potential functions method
  • AlirezaKhoshnood, Mehdi Maerefat*, GholamrezaImani Pages 27-38

    The numerical modeling of particle deposition in industrial problems is essential due to domination on intricate details of this phenomenon. In the present study, suggestions for properly using the governing equations and conditions have been presented. Modeling particle deposition phenomenon is generally divided into the Lagrangian and Eulerian approaches. Eulerian approaches are used to model particles deposition when the volumetric ratio is higher than 10−3 and The Lagrangian approaches are used for the volumetric ratio of particles less than 10−3 . The Drift Flux method is more common among the Eulerian approaches than others. In Lagrangian approaches, if the particles are small (in Nano size), and the volumetric ratio of particles is less than 10−6 due to the greater Van der Waals force between the particles and deposition place, the condition of the sticky wall is invoked. Furthermore, with increasing the size of the particles, the possibility of rebounding after their collision should be investigated. Moreover, if the flow rate is high, the possibility of particles detachment from the deposited layer should be considered. Also, the temperature affects particles deposition. Increasing temperature changes the phase of the particles, and as a result, they settle when they hit the surface.

    Keywords: Numerical modeling, Particle deposition, Deposition layer, Lagrangianapproach, Eulerian approach
  • Faryal SadatSiadati, Rima Fayaz*, NiloofarNikghadam Pages 39-52

    The mechanism of operation of the double skin facade with natural ventilation (NVDSF) is based on the thermal behavior and air flow in the middle cavity. Computational fluid dynamics can improve the performance of these views. The purpose of this paper is to investigate various options related to turbulence and radiation model of Fluent software and geometric features including two-dimensional or three-dimensional simulated geometric model, scaled threedimensional model and mesh dimensions, to simulate the thermal performance of the façade with Fluent software with the aim of improving the accuracy of the results and achieving the shortest computer computation time. The results show that the RNG k-ε turbulence model, the DO radiation model and the 3D geometric model will have the most accurate results. In mesh with dimensions of 8 mm and a scale of 33% of the real three-dimensional sample, the simulation results were independent of the mesh dimensions and scaled geometry. Simulations geometry with a scale of 33% of real 3D samples compared to real 3D geometry led to similar results in terms of accuracy. Finally, the reduction of computer computation time simulation of NVDSF with scaled geometry of 33% of the real sample to about one third was achieved by maintaining the accuracy of the results.

    Keywords: box window double skin façade, simulation, Computational Fluid Dynamics, Turbulence Model, Radiation Model
  • Saeed Rastegar*, Mohsen Rezaei Pages 53-64

    The most widely used measuring equipments for industrial gas consumers are turbine flowmeters. These types of flowmeters have many performance advantages such as good accuracy in applications close to their nominal capacity and easy maintenance. Despite these advantages, their weakness are related to the unacceptable accuracy of measuring gas flow at low consumption and the inability to measure at very low flow consumption. In this paper, in order to provide a solution to solve this problem, two stage flowmeter with using automatic control system was designed and implemented in the gas measuring station with a capacity of 1000SCMH. When the gas flow was less than minimum flow of the main meter, by automatic control system, switched to the auxiliary line and gas flow- that was not previously considered -was measured.The performance of the proposed system at the station under study, were monitored for one year. The result showed that the amount of 25,152 cubic meters of natural gas flow -that former could not be measured- was observed. Also, considering the industrial gas tariff and gas export price, the payback period was calculated less than three and a half years and about two months, respectively.

    Keywords: Metering station, Measurement, Turbine flowmeter, Qmin phenomenon, Automatic control
  • Fatemeh FarhadianLangrudi, Meisam Shakouri, Mohammad Azadi* Pages 65-74

    In this article the effect of the displacement rate under tensile loading on the adhesive connection in glass-epoxy and carbon-epoxy composite and metal pipes has been investigated. For this purpose, bonded pipe specimens were fabricated with different thicknesses and adhesive areas (the length of 10, 20, and 30 mm and the thickness of 0.25, 0.10, and 0.40 mm). Then, samples were exposed to tensile loading at various displacement rates (0.5, 5, and 50 mm/min) and moreover, their strengths and failure types were determined. Based on the results, for the carbon-epoxy specimens, the maximum force increased by increasing the displacement rate. The fracture area was also changed from the adhesive area to the composite due to the increase in the displacement rate. It could be claimed about the glass-epoxy samples that under tensile loading, the maximum force enhanced gradually by increasing the displacement rate. Finally, the regression analysis for the maximum force and the elongation was not properly valid based on the sensitivity analysis.

    Keywords: Adhesive connection, Composite-metal joint, Tensile loading, Sensitivityanalysis, Displacement rate
  • Saeed Baesmat, Mahmoud Pasandidehfard* Pages 75-83

    Improving the aerodynamic performance of vehicles due to the impact on fuel consumption, stability and controllability of vehicles has always been on the attention of engineers. In this study, in order to obtain a brief view of the effectiveness of methods to improve the aerodynamic performance of vehicles, a review of research conducted to reduce aerodynamic forces using the passive flow control method, which can be effective in consideration, implementation and selection of the proper method. The results show the high importance of car body design in reducing drag and lift such that implementing the channel and curvature on the sides of the car to transfer air flow from high pressure areas in front of the body to low pressure areas behind the body has the highest value of reduction in drag force. Also, using a spoiler at the end of the body to delay separation and to direct airflow upwards reduces the lifting force. The effect of these methods on reducing aerodynamic forces is more than other mechanisms, but the exact extent of the effectiveness of each method depends on the type of vehicle and the way of its implementation on the body.

    Keywords: Aerodynamics, vehicle, drag force, lift force, passive flow control
  • Pages 84-95

    A review of the general strategies used in the aerodynamic optimization of the helicopter rotor has been done. The aim is reducing the computational resources of the optimizing process of the new aerodynamic designs of the rotor. This study begins with a brief review of the concepts and sources of the unsteady aerodynamics and the fundamental challenges to addressing this fundamental problem in helicopter rotor design and optimization. Then, past and present design and optimization methods used or proposed and the development of analysis tools to evaluate rotor performance reviewed to gain a better understanding of the problem. The results showed that despite the use of classical aerodynamics, wind tunnel, model rotor experiments and aerodynamic calculations in the past, the recent development of computational fluid dynamics (CFD) now provides an opportunity to accurately predict the viscous and compressible flow field and provide predicting the new rotor designs performances’. Therefore, the use of these tools for highfidelity simulations along with the use of surrogate modeling methods with variable fidelity will cover most aspects of the aerodynamic optimization problem of the helicopter rotor with reduced computational and time resources.

    Keywords: Optimization, Computational fluid dynamics, Surrogate modeling, VariableFidelity, Helicopter rotor