فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال یازدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1400)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال یازدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/11/01
  • تعداد عناوین: 14
|
  • حسن بادپروا، حسن مسلمی نائینی*، محمدمهدی کسائی، یعقوب دادگر اصل، بهنام عباس زاده صفحات 1-14

    فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، روشی نوین برای تولید پروفیل های با سطح مقطع متغیر است. در این فرایند، برای تولید پروفیل های با سطح مقطع متغیر، موقعیت غلتک ها در هر لحظه کنترل و متناسب با هندسه پروفیل حرکت داده می شوند. در این مقاله با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود و آزمایش های تجربی به بررسی طول تغییرشکل به عنوان یکی از پارامترهای مهم در فرایند شکل ‏دهی غلتکی انعطاف‏ پذیر پرداخته می ‏شود. بدین منظور، مدل اجزای محدود فرایند در نرم‏ افزار آباکوس ایجاد شد و سپس با مقایسه نتایج شبیه‏ سازی و داده ‏های تجربی برای کرنش طولی در بخش های فشاری و کششی پروفیل کانالی با سطح مقطع متغیر، صحت مدل مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشان داد که طول تغییرشکل در فرایند شکل ‏دهی غلتکی انعطاف ‏پذیر، نه تنها در بخش ‏های مختلف پروفیل متفاوت است بلکه در نواحی مختلف هر بخش نیز متفاوت است. بیشترین طول تغییرشکل در وسط بخش کششی پروفیل بدست آمد که نسبت به وسط بخش های باریک و عریض 38% و نسبت به وسط بخش فشاری 48% بیشتر است. همچنین مشخص شد که با افزایش زاویه شکل دهی و طول بال پروفیل، طول تغییرشکل در همه بخش ‏های پروفیل با سطح مقطع متغیر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، طول تغییرشکل، پروفیل با سطح مقطع متغیر، کرنش طولی
  • محسن دهداری، مصطفی نصیری* صفحات 15-26
    رفتار دینامیکی یک روتور جفکات افقی با یاتاقان های مغناطیسی فعال چهار قطبی بررسی می شود. نیروی مغناطیسی تولیدی توسط قطب های مغناطیسی تابعی غیرخطی از جریان های عبوری از سیم پیچ ها و فاصله هوایی موجود در بین قطب ها و روتور است. همچنین رفتار غیرخطی سیستم در حضور نیروهای ایجاد شده توسط یاتاقان های مغناطیسی فعال با درنظر گرفتن نیروی گریز از مرکز و نیروی وزن بررسی شده است. برای کنترل نوسانات روتور از یک کنترل کننده فیدبک حالت استفاده شده است. ارتعاشات روتور با استفاده از معادلات دیفرانسیل غیرخطی مرتبه دو با عوامل غیرخطی مربعی و مکعبی مدل سازی شده است. با فرض عوامل غیرخطی ضعیف و تحریک نرم، از روش مقیاس های چند گانه برای حل معادلات دیفرانسیل اغتشاشی استفاده شده است و نمودارهای فرکانسی بدست آمده است. برای اعتبارسنجی حل تحلیلی از روش عددی نیز استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که طراحی یاتاقان ها با ضریب سرعت بالاتر می تواند باعث کاهش اثر عوامل غیرخطی و کاهش دامنه ارتعاشات شود.
    کلیدواژگان: رفتار دینامیکی، یاتاقان مغناطیسی فعال، کنترل کننده فیدبک حالت، مقیاس چندگانه
  • رضا یاوری، سعید شمقدری*، آرش صادق زاده صفحات 27-44
    در این مقاله‏ ، رویکردی جدید به منظور طراحی کنترل کننده ی جدول بندی پس خورد خروجی دینامیکی مرتبه کامل برای سیستم های پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن ارایه می شود. ماتریس های فضای حالت سیستم حلقه باز کلیدزن به پارامترهای جدول بندی و نامعینی متغیر با زمان وابسته هستند. منطق کلیدزنی هیسترزیس وابسته به پارامترهای جدول بندی در طراحی کنترل کننده مورد استفاده قرار می گیرد. ابتدا طراحی کنترل کننده ی کلیدزن مورد بررسی قرار گرفته است به گونه ای که علاوه بر تضمین پایداری، کمترین مقدار بهره ی L2 خروجی عملکردی را برای سیستم حلقه بسته ی نامعین کلیدزن رقم می زند. اما در روش معمول طراحی کلیدزن، جهش های سیگنال کنترلی در لحظات کلیدزنی از دیدگاه عملی مطلوب و قابل قبول نیست. بر همین اساس، در ادامه طراحی سیستم کنترل کلیدزن مقاوم به کمک رویکرد کلیدزنی نرم (هموار) انجام شده است. در مقایسه با رویکردهای پیشین، به کمک خانواده ای مستقل از ماتریس های لیاپانوف و متغیرهای کمکی، انجام کلیدزنی نرم در کنترل کننده با بهبود عملکرد همراه است. طراحی به صورت بهینه ساز ی نامساوی های وابسته به پارامتر خطی با ارایه ی یک فرایند بازگشتی انجام می شود. سرانجام روش فوق در طراحی کنترل کننده ی سیستم مکانیکی غیرخطی مشهور یک آونگ معکوس بر ارابه مورد استفاده قرار گرفته است. بررسی و ارزیابی نتایج این طراحی، مزیت های رویکرد کنترلی پیشنهادی در این مقاله را تایید می کند.
    کلیدواژگان: کنترل جدول بندی بهره ی مقاوم، کلیدزنی نرم، سیستم پیوسته-زمان، سیستم پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن، نامساوی ماتریسی خطی
  • سید سعید بحرینیان*، امین نباتی، ابراهیم حاجی دولو صفحات 45-57
    در این مقاله، افت فشار در مته حفاری با شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی محاسبه شده است. مته حفاری کاجی نوع اف-3 با اندازه 8/7-7 اینچ بوده و دارای سه نازل با اندازه یکسان می باشد. محاسبه افت فشار برای نازل هایی با اندازه های 32/7، 32/9، 32/10و 32/11 اینچ انجام شده است. تحلیل جریان در مته حفاری برای هشت نوع گل حفاری صورت گرفته و از مدل ریولوژیک بینگهام برای تعیین خواص ریولوژیک گل های حفاری استفاده شده است. برای تعیین ضرایب مدل ریولوژیک، خواص ریولوژیک گل های حفاری با دستگاه ویسکومتر فن اندازه گیری شده است. افت های فشار محاسبه شده از شبیه سازی جریان، با نتایج تجربی و رابطه ایکل- بلستین مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد روش عددی، افت فشار در مته حفاری را با متوسط خطای66/9 درصد تخمین می زند در حالی که متوسط خطای رابطه ایکل- بلستین 16/17 درصد است. یک رابطه جدید برای تخمین افت فشار در مته حفاری کاجی پیشنهاد شده است، در این رابطه تاثیر خواص ریولوژیک سیال در تخمین افت فشار در نظر گرفته می شود. افت های فشار محاسبه شده با رابطه جدید، با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد رابطه جدید، با دقت مناسبی و با خطای 31/8 درصد افت فشار در مته حفاری را محاسبه می کند.
    کلیدواژگان: افت فشار، مته حفاری کاجی، گل حفاری، مدل رئولوژیک بینگهام، دینامیک سیالات محاسباتی
  • صادق نصیری، میلاد صادق یزدی*، مجتبی ضیاء شمامی صفحات 59-83

    فرآیند انفجار افزایش شدید در حجم و آزاد شدن ناگهانی انرژی می باشد که معمولا با افزایش دما و آزاد شدن گاز همراه است. پدیده انفجار زیرآب با انفجاراتی که در سطح زمین رخ می دهد به دلیل ویژگی های آب متفاوت است. انتخاب آب به عنوان محیط واسط در فرآیند شکل دهی انفجاری، به علت امپدانس مکانیکی بسیار بیشتر آب نسبت به هوا و به تبع آن اینرسی بالاتر آب، گزینه ی مناسب تری است. در شکل دهی انفجاری زیرآب، موج ناشی از انفجار توسط محیط آب در کسری از ثانیه به سمت نمونه موردنظر انتشار می یابد و بعد از برخورد و انتقال انرژی، سبب نرخ کرنش بسیار بالایی در آن می شود که همین امر سبب افزایش و بهبود تغییرشکل نمونه می گردد. در این پژوهش به بررسی پارامترهای مهم در فرآیند انفجار زیرآب نظیر عمق انفجار، عمق آب و هندسه ی مخزن آب و تاثیر آنها در شکل دهی انفجاری زیرآب پرداخته شده است. همچنین هدف از این مطالعه بررسی جامع پارامترهای موثر، روابط تحلیلی، بیشینه تحقیق و شبیه سازی های صورت گرفته در حوزه شکل دهی انفجاری زیرآب است.

    کلیدواژگان: انفجار زیرآب، موج انفجاری، شکل دهی انفجاری، شکل دهی سرعت بالا، نرخ کرنش بالا
  • صدیقه رنجکش آدرمنابادی، سید مهدی حسینی فراش*، محمد جعفری صفحات 85-95

    ایجاد سایش در بسیاری از ماشین های صنعتی باعث افزایش لقی بین قطعات متحرک، کاهش دقت، ایجاد ارتعاش، خستگی و در نهایت می تواند باعث از کار افتادن کامل دستگاه و تحمیل هزینه های بسیاری بر صنعت شود. در این مقاله رفتار لغزشی خشک فلز بر روی سطح نانوکامپوزیت های زمینه اپوکسی و خواص مکانیکی آن ها مطالعه شده است. اپوکسی خالص، نانولوله کربنی/ اپوکسی، نانورس/ اپوکسی و نانولوله کربنی/ نانورس/ اپوکسی نمونه های مورد مطالعه هستند. جهت بررسی رفتار لغزشی، نمونه ها به شکل دیسک و مطابق استاندارد ساخته شدند و پین فلزی ساینده مسافت هزار متر را در مسیر دایره ای بر روی سطح نمونه حرکت کرد. نیروهای محوری مختلفی بر پین فولادی اعمال گردید و ضریب اصطکاک بین فلز و نمونه ها و همچنین مقدار کاهش وزن نمونه ها پس از طی این مسافت اندازه گیری شد. خواص مکانیکی نمونه ها به کمک آزمون کشش ساده تعیین گردید. نتایج حاکی از آن بود که افزودن تقویت کننده های نانوساختار در هر سه نمونه نانوکامپوزیتی باعث مقاومت بیشتر نمونه در برابر سایش در مقایسه با نمونه اپوکسی خالص می شود. در بیشترین میزان بار محوری، ضریب اصطکاک بین پین فلزی و اپوکسی 27/0 اندازه گیری شد که این مقدار پس از افزودن 5/1 درصد وزنی نانورس به زمینه اپوکسی 40 درصد کاهش را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، لغزش خشک، ضریب اصطکاک، کاهش وزن، آزمون پین بر روی دیسک
  • محمدرضا نجفی، سعید محجوب مقدس*، سید محمد مرتضوی، محمود سالاری صفحات 97-109

    در پژوهش حاضر، اثر سطح خیس شده پوسته های استوانه ای در تماس با آب بر فرکانس های ارتعاشی در عمق های مختلف غوطه وری به روش های تجربی و عددی بررسی شده است. سه پوسته استوانه ای با نسبت قطر به طول متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند. هشت نوع حالت مختلف تماس با آب در شبیه سازی عددی و آزمون های تجربی مورد مقایسه واقع شدند. اثرات عمق غوطه وری، تفاوت تماس بیرونی و درونی پوسته با سطح خیس شده یکسان و تاثیر سطح خیس شده یکسان برای پوسته نیمه مغروق در حالت عمودی و افقی مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که در آغاز غوطه وری و در غوطه وری کامل، کاهش فرکانسی بصورت ناگهانی است. میزان کاهش فرکانس های طبیعی پوسته در دو حالت تماس سطح داخلی و تماس سطح خارجی آن با آب، برابر است و می توان فرکانس های طبیعی یک پوسته را به جای حالت مغروق افقی، در حالت پرشده عمودی به دست آورد. همچنین در مساحت خیس شده برابر، کاهش فرکانسی در حالت افقی بیشتر از حالت عمودی است.

    کلیدواژگان: سطح خیس، پوسته استوانه ای، ارتعاشات زیرآب، فرکانس طبیعی، عمق غوطه وری
  • حیدر فاضلی، آرمن آدامیان*، احمد حسینی سیانکی صفحات 111-126
    در این مقاله، اثرات نقص هندسی اولیه بر روی تحلیل ارتعاشات آزاد نانوورق های مدرج تابعی چند جهته با استفاده از رویکرد ایزوژیومتریک همراه با تیوری شبه سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نقص های هندسی ممکن است به صورت اجتناب ناپذیر در ورق وجود داشته و یا به طور هدفمند توسط محققان ایجاد شده باشند. این نقص ها به شدت بر روی فرکانس طبیعی نانوورق تاثیرگذار است. نقص هندسی اولیه به صورت یک انحنای اولیه در نظر گرفته شده و توسط یک تابع تحلیلی در معادلات حاکم بر نانوورق مدلسازی شده است. توزیع خواص موثر ماده بر اساس مدل موری تاناکا بیان شده است که علاوه بر راستای ضخامت ورق، در راستاهای صفحه ای نیز تغییر می کنند. یک تیوری چهار متغیره شبه سه بعدی به همراه توابع توزیع جدید پیشنهاد شده اند. بر اساس اصل همیلتون، فرم ضعیف شده از مساله ارتعاش آزاد برای ورق غیرموضعی استخراج شده است. این سیستم گسسته از معادلات با استفاده از رویکرد ایزوژیومتریک حل شده اند. دقت روش حاضر از طریق مقایسه نتایج حاضر با داده های حاصل از مقالات منتشر شده تصدیق شده اند. نتایج بدست آمده بیانگر اهمیت پارامترهای مختلف، به ویژه پارامتر دامنه نقص و شاخص کسر حجمی در راستاهای مختلف بر روی فرکانس نانوورق های مدرج تابعی است.
    کلیدواژگان: نقص هندسی اولیه، تحلیل ایزوژئومتریک، نانوورق مدرج تابعی چند جهته، تحلیل ارتعاش آزاد، تئوری شبه سه بعدی
  • همین خالدی، یاسر رستمیان* صفحات 127-142
    در این پژوهش، ساندویچ پنل های الیاف کربن-اپوکسی با هسته ی M شکل همراه با نانوذرات سیلیس به منظور رسیدن به لمینتی عاری از هرگونه عیب، ساخته شده و سپس، فوم پلی یورتان به هسته ی ساندویچ پنل تزریق گردید. در مقاله حاضر از روش انتقال رزین تحت خلاء استفاده شده است. اثر پارامترهایی نظیر ذرات نانو سیلیکا بر استحکام کششی لمینت و ضربه سرعت بالا بر ساندویچ پنل مورد مطالعه و بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که افزودن 1 تا 3 درصد وزنی نانو سیلیس به الیاف کربن، تاثیر قابل توجهی برروی استحکام کششی دارد. همچنین در آزمایش تست ضربه سرعت بالا، نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانوذرات از 1 تا 3 درصد، مقدار سرعت خروجی پرتابه کاهش میابد. از طرفی نتایج نشان داد با برخورد پرتابه به هسته ساندویچ پنل مقدار سرعت خروجی صفر می شود ولی هنگامی که پرتابه به هسته برخورد نمی کند دارای سرعت خروجی می باشد. سرعت خروجی پرتابه از ساندویچ پانل با فوم پلی یورتان در مقایسه با ساندویچ پانل بدون فوم پلی یورتان کمتر است. با استفاده از عکس های میکروسکوپ الکترونی عبوری مشخص شد که رزین به خوبی بین الیاف پخش شده است و عاری از هرگونه حفره و تخلخل می باشد.
    کلیدواژگان: ساندویچ پنل، الیاف کربن، نانو ذرات سیلیکا، استحکام کششی، ضربه سرعت بالا
  • علی شهرجردی*، حمیدرضا حیدری صفحات 143-157

    پدیده رچتینگ (Ratcheting) به انباشتگی کرنش های پلاستیک حاصل از بارگذاری های سیکلی اطلاق می گردد. در این پژوهش، شبیه سازی رفتار رچتینگ ورق از جنس فولاد کربن S275 تحت بارگذاری حرارتی سیکلی و بار محوری مورد بررسی قرار گرفته است. این تحلیل با استفاده از روش المان محدود و به کار گیری زبان طراحی پارامتری انسیس (APDL) انجام شده است. هدف از انجام این پژوهش بررسی نمودار بیری و شبیه سازی رفتار های مشخص شده در این نمودار بر اساس پارامتر های دما و فشار می باشد. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که کرنش رچتینگ همیشه در سیکل های اول بزرگ تر از سیکل های بعدی می باشد اما در حالت پلاستیک، کرنش پلاستیک در هنگام بارگذاری حرارتی برابر با زمان حذف بارگذاری حرارتی است. در ناحیه ی شیک دان (Shakedown) نیز پس از اولین کرنش پلاستیک، رفتار الاستیک در ورق ایجاد می شود. در آخر مشخص شد که این نمودار کاربرد منحصر به فردی در پیش بینی رفتار انواع ورق ها دارد و می توان از ورق با هر ابعاد و جنسی برای بررسی رفتار شیک دان، رچتینگ، الاستیک و پلاستیک استفاده کرد.

    کلیدواژگان: رچتینگ، شیک دان، نمودار بیری، بارگذاری سیکلی، بارگذاری حرارتی سیکلی
  • علی اصغر نادری*، محسن رستمی، امیرحمزه فرج الهی، سید مازیار مرعشی صفحات 159-171
    برای اولین بار در پژوهش حاضر، ارتعاشات ماکرو/میکروتیرهای چرخان محاط شده در بستر وینکلر-پاسترناک با سطح مقطع متغیر و شرایط مرزی مختلف در محیط های رطوبتی-حرارتی-مغناطیسی تحت نیروهای محوری و پیرو براساس مدل تیر رایلی مطالعه شده است. در این پژوهش، یک مطالعه پارامتریک برای شفاف سازی اثرات پارامترهای مختلف مانند شرایط مرزی، پروفیل سطح مقطع، ضرایب بستر، فاکتور اینرسی دورانی، شرایط محیطی و اثرات وابسته به اندازه بر فرکانس های طبیعی ارتعاشاتی سیستم انجام شده است. برای مدل سازی سیستم از تیوری تنش کوپل استفاده شده است. ابتدا معادله دینامیکی سیستم با کمک اصل همیلتون استخراج شده است. برای گسسته سازی معادله دینامیکی، از روش گالرکین استفاده شده است و با حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس های طبیعی سیستم به دست آمده اند. نتایج پژوهش حاضر با نتایج ارایه شده در ادبیات فنی مقایسه و اعتبارسنجی شده اند. نتایج نشان داده اند که در محیط های دما-بالا و دما-پایین، سیستم رفتار دینامیکی متفاوتی دارد. مشاهده شده است که در مقایسه با تیوری اویلر-برنولی، فرکانس های تیر رایلی مقادیر کمتری دارند. همچنین مشاهده شده است که برعکس اثرات نیروهای محوری و پیرو، افزایش ضرایب الاستیک و برشی بستر باعث بهبود رفتار دینامیکی سیستم می شود. ضمنا، با افزایش پارامتر نسبت عرضی، فرکانس های ارتعاشاتی سازه افزایش می یابند. نتایج پژوهش حاضر می تواند در طراحی سازه های پیشرفته مانند میکروتوربین ها و میکروموتورها مفید باشند.
    کلیدواژگان: میکروتیرچرخان، سطح مقطع غیریکنواخت، مدل تیر رایلی، بستر وینکلر-پاسترناک، نیروهای محوری و پیرو
  • سحرناز زلقی، علی نیکخو*، حامد کارگر صفحات 173-185
    شناسایی و ترمیم به موقع آسیب در سازه ها (مانند ترک در عرشه پل ها) ، به ویژه در سازه هایی که همواره تحت بارهای متناوب قرار دارند از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. در سالیان اخیر روش های جدیدی بر پایه پاسخ های دینامیکی ثبت شده از سازه ارایه شده است که اکثر این روش ها بر اساس روش های به روز رسانی مدل توسعه یافته و معمولا از نظر محاسباتی بسیار پر هزینه می باشند. برای غلبه بر مشکل فوق، در این مطالعه از یک روش بر پایه تبدیل هیلبرت-هوانگ استفاده می شود. در این روش پل به صورت یک تیر اولر- برنولی و وسیله نقلیه نیز در چهار حالت مختلف به صورت بار متحرک، جرم متحرک، نوسانگر متحرک و سیستم متحرک مدل می شود. نتایج نشان می دهند که در همه ی حالات، روش بررسی شده با دقت قابل قبولی قادر به شناسایی ترک در عرشه پل ها می باشد.
    کلیدواژگان: شناسایی ترک، تبدیل هیلبرت-هوانگ، تیر اولر-برنولی، نوسانگر متحرک، سیستم متحرک
  • توحید میرزابابای مستوفی*، وحید شریفی، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی صفحات 187-206
    گلر دسته ای از کامپوزیت های الیاف-فلز است که در آن از ورق های با جنس آلیاژ آلومینیوم، همراه با لمینیت های کامپوزیتی با تقویت کننده هایی از جنس شیشه مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله، ورق هایی از نوع گلر، تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین مکرر با انرژی 150 ژول، قرار گرفتند. کار های تجربی توسط دستگاه سقوط وزنه، انجام شد. برای ساخت نمونه ها، از ورق های آلومینیوم 2024-T3 با ضخامت 1 میلی متر به عنوان صفحات رویی و همچنین هسته از جنس کامپوزیت شیشه- اپوکسی استفاده شد. لمینیت شیشه-اپوکسی مورد استفاده نیز، متشکل از پنج لایه الیاف شیشه تک جهته نوع E در رزین اپوکسی بود. علاوه بر این، نانوذرات سیلیکا با خلوص %9/99 به ماده زمینه اضافه شد. به منظور بررسی تاثیر اضافه کردن این نانوذرات بر رفتار کامپوزیت های الیاف-فلز، تحت ضربه سرعت پایین مکرر، در نمونه های ساخته شده، نانوذرات سیلیکا با درصد وزنی 0 تا % 4 به ماتریس اضافه شدند. نتایج آزمایش ها نشان داد که از نظر مقاومت به ضربه، نمونه دارای % 1 نانوذرات، عملکرد بهتری از خود نشان داد، به طوری که پس از پنج مرتبه اعمال بار، آسیب جدی در آن ایجاد نشد؛ اما در نمونه های دارای % 3 و % 4 نانوذره، در مرحله دوم اعمال بار، سوراخ شدگی در اتفاق افتاد.
    کلیدواژگان: آزمایش تجربی، گلر، نانوذرات سیلیکا، ضربه مکرر، سامانه سقوط وزنه
  • سید حسین مروج برزانی*، حسین شاهوردی، محمدرضا آموزگار صفحات 207-217

    هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر زاویه پس گرایی بر ناپایداری دینامیکی بال هواپیما با استفاده از معادلات هندسه دقیق کاملا ذاتی و با در نظر گرفتن آثار ناشی از واماندگی استاتیکی است. مقایسه روند تغییرات نوسانات با دامنه محدود در بال دارای زاویه پس گرایی با به کارگیری مدل آیرودینامیک انرا و لحاظ نمودن واماندگی استاتیکی از دستاوردهای این مقاله است. معادلات کاملا ذاتی فقط شامل نیروها، گشتاورها، سرعت های خطی و زاویه ای هستند و در این معادلات تغییر مکان ها و دوران ها به صورت صریح ظاهر نمی شوند. در این تحقیق، بارهای آیرودینامیکی وارد بر بال هواپیما توسط مدل انرا در معادلات آیروالاستیک جایگزین شده اند. به منظور تعیین وضعیت ناپایداری سیستم آیروالاستیک، ابتدا معادلات غیرخطی حاکم توسط روش تفاضلات محدود گسسته شده و سپس مرز ناپایداری و تغییرات نوسانات با دامنه محدود پس از ناپایداری بررسی شده اند. دقت نتایج حاصل از طریق مقایسه با نتایج پیشینه تحقیقات مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه عامل تاثیرگذار زاویه پس گرایی مورد مطالعه قرار گرفته و در انتها مشخص گردید که معادلات کاملا ذاتی، ناپایداری بال های دارای زاویه پس-گرایی را با دقت خوبی شبیه سازی می کنند و انتخاب زاویه پس گرایی مناسب می تواند موجب تعویق پدیده نوسانات با دامنه محدود شود.

    کلیدواژگان: نوسانات با دامنه محدود، معادلات تیر هندسه دقیق کاملا ذاتی، بال دارای زاویه پس گرایی، واماندگی استاتیکی
|
  • H. Badparva, H. Moslemi Naeini *, M. M. Kasaei, Y. Dadgar Asl, B. Abbaszadeh Pages 1-14

    Flexible roll forming process is a novel method for producing profiles with variable cross-section. In this process, to produce the profiles with variable cross-section, the position of the rolls is controlled at any time and moved in accordance with their geometry. In this paper, using finite element simulations and experimental tests, the deformation length is investigated as one of the important parameters in the flexible roll forming process. For this purpose, a finite element model was created in Abaqus software, and then the accuracy of the model was confirmed by comparing the simulation results and experimental data for longitudinal strain in the compression and stretching zones of a channel profile with variable cross-section. The results showed that the deformation length in the flexible roll forming is changed not only in the different zones of the profile, but also in different areas of each zone. The highest deformation length was obtained at the middle of the stretching zone, which is 38% longer than it at the middle of the narrow and wide zones and 48% longer than it at the middle of the compression zone. It was also found that with increasing the forming angle and flange length of the profile, the deformation length increases in all zones of the profile with variable cross-section.

    Keywords: Flexible Roll Forming, Deformation length, Variable cross-section profile, Longitudinal strain
  • M. Dehdari, M. Nasiri * Pages 15-26
    Dynamic behavior of a horizontally supported Jeffcott-rotor system vial four electromagnetics poles is investigated. The magnetic force has a highly nonlinear relation to the control current and the air gap in the active magnetic bearing. The nonlinearities due to the centrifugal force, electromagnetic force, and the rotor weight are considered in the rotor model. The lateral oscillation of the rotor is controlled using a state feedback control system. The vibration of the rotor is modeled by a second order nonlinear ordinary differential equations with quadratic and cubic nonlinearities. The oscillatory characteristics of the considered system is investigated using the multiple time scales perturbation method assuming weak nonlinearity and soft excitation. Numerical simulations are carried out to validate the accuracy of the analytical results. The results show high efficiency of the applied controller velocity gain in forcing the considered nonlinear system to respond as a linear one with a single periodic attractor.
    Keywords: Dynamic Behavior, Active magnetic bearing, State feedback, Multiple scale
  • R. Yavari, S. Shamaghdari *, A. Sadeghzadeh Pages 27-44
    In this article, a new method is proposed to design robust dynamic output feedback control for switched uncertain continuous-time linear parameter varying (LPV) systems. The system matrices are supposed to depend on both the time-varying scheduling and uncertain parameters. Hysteresis switching law is exploited for the switching controller synthesis. Firstly, the robust switching controllers are robustly designed so that the stability and the induced L2-gain performance of the switched closed-loop uncertain LPV system can be guaranteed. The usual switching logics can cause discontinuous chattering control signal which are not acceptable in a practical situation. Accordingly, a smooth switching strategy for control design has been tackled in the following. By utilizing an independent family of parameter-dependent Lyapunov matrices and slack variables, performance improvement is achieved when compared to the previous works. The proposed method is formulated in terms of solutions to a set of parameter-dependent LMIs using the presented iterative algorithm. Finally, an inverted pendulum on a cart is illustrated to verify the advantages of the presented approach.
    Keywords: Robust gain-scheduled control, smooth switching control, continuous-time system, switched uncertain Linear Parameter-Varying (LPV) system, Linear Matrix Inequality
  • Seyed S. Bahrainian *, A. Nabati, E. Hajidavalloo Pages 45-57
    In this study, non Newtonian fluid flow simulations are obtained through a tri-cone drilling bit. F-3 drill bit of size 7-7/8 inch is used for pressure drop calculations. The drilling bit contains three nozzles of equal size. Nozzle sizes of 7/32, 9/32, 10/32, and 11/32 inch are selected for simulations and each solution considered three nozzles of equal size. Eight drilling fluids of different density and rheological properties are selected and Bingham rheological model is employed in this study. Rheological data were obtained using a Fann 35 viscometer. To validate the results, calculated pressure drops from flow simulations are compared to experimental data and Eckel-Bielstein equation. The results show that flow simulations have predicted the pressure drop for all nozzle sizes with an absolute average percentage error of 9.66, whereas Eckel-Bielstein equation has an absolute average percentage error of 17.16. A new equation is proposed to calculate the pressure drop in the tri-cone bit for Bingham rheological model. The proposed equation considers effects of rheological parameters on the pressure drop. Comparison of results with experimental data revealed that the proposed equation can predict pressure drops with an absolute average percentage error of 8.31.
    Keywords: Pressure drop, Tri-cone bit, Drilling mud, Bingham rheological model, Computational Fluid dynamics
  • S. Nasiri, M. Sadegh Yazdi *, M. Zia Shamami Pages 59-83

    The explosion process is a sharp increase in volume and a sudden release of energy, usually accompanied by an increase in temperature and the release of gas. The phenomenon of underwater explosions is different from explosions that occur on the surface of the earth due to the characteristics of water. In the process of explosive forming, the choice of water as an interface due to much higher mechanical impedance of water than air and consequently higher inertia of water, is a more appropriate option. In underwater explosive forming, the wave caused by the explosion is propagated by the water environment in a fraction of a second to the target sample, and after colliding and transferring energy, it causes a very high strain rate in it, which increases and Improves sample deformation. In this study, important parameters in the underwater explosion process such as explosion depth, water depth and water vessel geometry and their impact on underwater explosive forming have been investigated. Also, the purpose of this study is to comprehensively investigate the effective parameters, analytical relationships, background researches and simulations performed in the field of underwater explosive forming.

    Keywords: Underwater explosion, Explosive wave, Explosive forming, High speed forming, High strain rate
  • S. Ranjkesh Adarmanabadi, Seyyed M. Hosseini Farrash *, M. Jafari Pages 85-95

    Abrasion in many industrial machines increases the clearance between moving parts, reduces accuracy, causes vibration, fatigue, and can ultimately cause complete machine failure and impose high costs on the industry. In this paper, the dry sliding behavior of metal on the surface of epoxy-based nanocomposites and their mechanical properties have been studied. Neat epoxy, carbon nanotube/ epoxy, nanoclay/ epoxy and carbon nanotube/ nanoclay/ epoxy are the samples. To investigate the sliding behavior, the samples were made in the form of a disc and according to the standard. The abrasive metal pin moved a distance of 1000 m in a circular path on the surface of the sample. Different axial loads were applied to the steel pin. The coefficient of friction between the metal and the samples, and the weight loss of the samples were measured. Also the mechanical properties of samples were determined by simple tensile test. The results showed that the addition of nanostructured reinforcements in all three nanocomposite samples made the sample more resistant to abrasion compared to the pure epoxy sample. At the maximum axial load, the coefficient of friction between the metal pin and the epoxy was measured to be 0.27, which indicated a reduction of 40% after adding 1.5% by weight of nanoclay to the epoxy.

    Keywords: Nanocomposite, Dry sliding, Coefficient of Friction, Weight loss, Pin on disk test
  • M. R. Najafi, S. Mahjoubmoghadas *, Seyed M. Mortazavi, M. Salari Pages 97-109

    In this paper, effect of wet surface of cylindrical shell on vibrational frequency in contact with water in different immersion depth is investigated vertically and numerically. Three steel cylindrical shells with different D/L ratio are investigated. Numerical simulation and experimental tests were compared in eight different type of water-shell contact. Effects of immersion depth, effect of difference of water-shell contact between the inner and outer surface with water and wet surface geometry for semi-immersed in vertical and horizontal direction are evaluated. The results show that the natural frequencies are suddenly reduced at the beginning of immersion and its end (full immersion). The reduction of natural frequencies in two modes of contact between the inner surface of the cylindrical shell and water as well as its outer surface contact with water is equal. For the equal wet area, more natural frequency reduction was observed at a horizontal position compared with the vertical position. Also, in the equal wetted surface, more frequency reduction is observed in horizontal than vertical directions.

    Keywords: Wet surface, Cylindrical Shell, Underwater vibrations, Natural frequency, Immersion Depth
  • H. Fazeli, A. Adamian *, A. Hosseini-Sianaki Pages 111-126
    In this paper, effects of initial geometric imperfection on free vibration analysis of multi-directional functionally graded nanoplates are studied using an isogeometric approach together with the quasi-3D shear deformation theory. Geometric imperfections may exist inherently in nanoplates or purposely created by researchers. These imperfections strongly affect the plates’ natural frequency. The initial geometric imperfection is considered as an initial curvature and modeled by an analytical function in the governing equations of the nanoplate. The effective material properties distribution is stated based on the Mori-Tanaka scheme, which in addition to the thickness of the plate, also changes in the in-plane directions. A four-variable quasi-3D theory with new distribution function is proposed. Based on Hamilton’s principle, a weak form of free vibration problem for nonlocal plates is derived. These discrete systems of equations are solved using an isogeometric approach. The accuracy of the present study was verified by comparing the results with those given in published papers. Present results indicate the importance of various parameters, especially imperfection amplitude, and material indexes in all directions, on the free vibration behavior of FG nanoplates.
    Keywords: Initial geometric imperfection, Isogeometric Analysis, Multi-directional FG nanoplate, Free vibration analysis, Quasi-3d theory
  • H. Khaledi, Y. Rostamiyan * Pages 127-142
    In this study, a composite sandwich panel with M-type lattice core made of carbon fiber reinforced by nano-SiO2 has been manufactured in order to achieve a laminate without any defect. Afterward, polyurethane foam has been injected into the core of the sandwich panel. The vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) has been used in the present research. Eventually, The effects of parameters such as the amount of nano-SiO2 on the tensile strength of the laminate and high-velocity impact on the carbon fiber sandwich panel resistance were investigated. It was figured out that adding 1 to 3 wt% of nano-SiO2 into the carbon fiber had the most desirable effects on the enhancement of tensile strength. Also, in the high-velocity impact test, the results showed that by increasing 1 to 3 wt% of nano-SiO2 in the carbon fiber, the output velocity of the projectile decreases. On the other hand, the results showed when the projectile collides with the M-type core of the sandwich panel, the output speed will be zero, but when the projectile does not hit the core, output velocity will have a value. The output velocity of the projectile from the sandwich panel with the polyurethane foam is more less compared to sandwich panel without foam. The scanning electron microscope (SEM) images showed nano-SiO2 has been well distributed between the resin and the fibers.
    Keywords: Sandwich panel, Carbon fiber, Nano-SiO2, tensile strength, High-velocity impact
  • A. Shahrjerdi *, H.R. Heydari Pages 143-157

    Ratcheting is known as the accumulation of plastic strains resulting from cyclic loadings. In this research، the simulation of a S275 carbon steel sheet's behavior subjected to cyclic thermal loading and axial load has been investigated. This analysis was performed using the finite element method and employing Ansys Parametric Design Language (APDL). This study investigates the Bree diagram and simulates the behaviors specified in this diagram concerning temperature and pressure parameters. According to the results، it turned out that the ratchet strain is always larger in the first cycles than in subsequent cycles. Nevertheless، the plastic strain during cyclic thermal load is equal to the plastic strain while removing the cyclic thermal load in the plastic area. In the shakedown area، after the first plastic strain، elastic behavior occurs in the sheet. Finally، it was found that Bree's diagram has a unique application in predicting the behavior of different types of sheets، and sheets with any dimensions and material can be used to study the behavior of shakedown، ratcheting، elasticity، and plasticity.

    Keywords: Ratcheting, Shakedown, Bree diagram, cyclic loading, Cyclic thermal loading
  • A.A. Naderi *, M. Rostami, A.H. Farajollahi, Seyed M. Marashi Pages 159-171
    For the first time in the present study, the vibration of embedded rotating macro/microbeam in the Winkler-Pasternak foundation with the variable cross-sectional area and various boundary conditions in hygro-thermal-magnetic environments under axial and follower forces based on the Rayleigh beam model is studied. In this investigation, a parametric study is performed to clarify the impacts of various parameters such as boundary conditions, cross-sectional profile, foundation coefficients, rotary inertia factor, environmental conditions and size-dependent effects on the natural vibrational frequencies of the system. Couple stress theory is utilized to model the system. First, the dynamical equations of the system are derived using the Hamilton principle. To discretize the dynamical equation, the Galerkin method has been used, and the natural frequencies of the system are obtained by solving the eigenvalue problem. The results of the present study are compared and validated with the results presented in the technical literature. The results show that in high-temperature and low-temperature environments, the system has different dynamical behavior. It is observed that compared to the Euler-Bernoulli beam theory, the Rayleigh beam has lower frequencies. It is also concluded that in contrast to the effects of axial and follower forces, increasing the elastic and shear coefficients of the substrate improves the dynamical behavior of the system. Meanwhile, the vibrational frequencies of the structure increase by increasing the width ratio parameter. The results of the present study can be useful in the design of advanced structures such as microturbines and micromotors.
    Keywords: Rotating microbeam, Non-uniform cross section, Rayleigh beam model, Winkler-Pasternak foundation, Axial, following forces
  • S. Zalaghi, A. Nikkhoo *, H. Kargar Pages 173-185
    This article identifies crack in beams under moving forces (a moving load, a moving mass, a moving oscillator and a four degree of freedom moving system) using the Hilbert Huang transform. Timely identification and repair of damage in structures (such as cracks in bridge decks), especially in those structures that are always under dynamic loads, is very important. In recent years, new methods have been proposed based on the recorded dynamic responses of the structure. most of these methods are based on developed model updating methods which are usually very costly computationally. To overcome this problem, this study presents a method based on the Hilbert-Huang transform. In this method, the bridge is modeled in the form of an Euler-Bernoulli beam and the vehicle is also modeled in different conditions as a moving load, a moving mass, a moving oscillator and a moving system. The results show that the proposed method is able to detect cracks in bridge decks with an acceptable accuracy in all cases.
    Keywords: Crack detection, Hilbert-Huang transform, Euler-Bernoulli beam, Moving oscillator, Moving system
  • T. Mirzababaie Mostofi *, V. Sharifi, M. Sayah Badkhor, H. Babaei Pages 187-206
    GLARE is a kind of fiber-metal composites in which aluminum alloy sheets are used, along with composite laminates with glass reinforcements. In this paper, Glare FMLs were subjected to repeated low-velocity impact loading with an energy of 150 J. Repeated low-velocity impacts were applied using a drop-weight testing machine. To fabricate testing specimens, 2024-T3 aluminum alloy plates with a thickness of 1 mm as the face-sheets as well as the core made of the glass-epoxy composite were used. The epoxy glass laminate used also consisted of five layers of E-type single-sided glass fibers in the epoxy resin. Besides, 99.9% purity silica nanoparticles were added to the base material. To investigate the effect of adding nanoparticles on the behavior of FMLs under repeated low-velocity impacts, silica nanoparticles with a weight percentage of 0 to 4% were added to the matrix of the fabricated samples. The experimental results showed that the sample with 1% nanoparticles had better performance in terms of impact resistance so that after five loads, it was not seriously damaged; however, the perforation phenomenon occurred for samples with 3% and 4% nanoparticles in the second impact load.
    Keywords: Experimental Study, GLARE, Silica nanoparticles, Repeated impact, Drop-hammer machine
  • S. H. Moravej Barzani *, H. Shahverdi, M.R. Amoozgar Pages 207-217

    In this paper, the dynamic instability of swept wings by using the geometrically exact fully intrinsic beam equations and with considering the static stall effects is investigated. Study of variations of the limit cycle amplitudes by using the fully intrinsic beam equations and ONERA unsteady aerodynamic model with static stall effects in swept wings is the achievement of this article. the geometrically exact fully intrinsic beam equations involve only moments, forces, velocity and angular velocity, and in these equations, the displacements and rotations will not appear explicitly. In this study, the aerodynamic loads on the wing in an incompressible flow regime are determined by using the ONERA unsteady aerodynamic model. In order to check the instability behavior of the system, first the resulting non-linear partial differential equations are discretized by using the central finite difference method, and then time responses are obtained. The obtained results are compared with those available in the literature. Furthermore, the effects of sweep angle are studied. Finally, it is observed that by using the geometrically exact fully intrinsic beam equations, the instability of the swept wings can be determined accurately and selection of suitable sweep angle can postpone the occurrence of limit cycle oscillation.

    Keywords: Limit cycle oscillations, geometrically exact fully intrinsic beam equations, swept wing, static stall