فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و دوم شماره 4 (فروردین 1401)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی زرگرباشی، سروش صرافان صادقی*، صادق تابع جماعت صفحات 213-223

    در پژوهش حاضر، به مطالعه تجربی اثر مشخصه های جریان ورودی پیش آمیخته متان-اکسیژن، درون یک راکتور مزو با طول و هندسه ثابت پرداخته شده است. جهت این تحقیق دو نسبت اختلاط جزیی 25% و 50% در نظر گرفته شده و نوع رژیم جریان از نوع آرام بوده است. راکتور مورد استفاده، از جنس کوارتز که به صورت افقی نصب گردیده و مشخصات هندسی آن عبارتند از: قطر داخلی 5 میلی متر، ضخامت دیواره 1 میلی متر و طول 10 سانتی متر می باشد. در این تحقیق سعی شده است تا عوامل موثر بر رژیم های شعله، محدوده تشکیل انواع رژیم های شعله، دینامیک شعله، توزیع دمای دیواره خارجی راکتور ، بسامد و نوسان شعله های نوسانی همراه با شدت صوت خاموشی شعله نوسانی تحلیل و گزارش گردد. رژیم اصلی شعله مزوی مشاهده شده طی این پژوهش، شعله نوسانی بوده است. دینامیک این شعله از تغییرات به ترتیب نسبت اختلاط، دبی حجمی اکسیژن و نهایتا دبی حجمی سوخت، که باعث تغییرات در سرعت جریان ورودی و نسبت هم ارزی می گردد بیشتر تاثیر می پذیرد. بررسی نتایج حاصل از نوسانات صوتی بیانگر افزایش سرعت شعله نوسانی با افزایش دبی حجمی و نسبت اختلاط می باشد. صوت خاموشی بلند شعله ها هنگام خاموشی از تبدیل بخشی از انرژی حرارتی شعله به صوت، در شعله گیر و امواج مرتعش صوتی حاصل از خاموشی شعله و اختلاف سرعت گاز، ناشی می شود.

    کلیدواژگان: احتراق متان- اکسیژن، راکتور استوانه ای ابعاد مزو، احتراق پیش آمیخته جزئی، دینامیک شعله، نوسانات صوتی شعله
  • مجید خزعلی، فرهود آذرسینا*، علیرضا حاج ملاعلی کنی صفحات 225-241

    به علت محدودیت و مشکلات زیست محیطی سوخت های فسیلی، استفاده از سیستم های انرژی تجدیدپذیر امری ضروری و اجتناب ناپذیر است اما توسعه استفاده از این سیستم ها به جهت طبیعت ناپایدار آن ها نیازمند سیستم های ذخیره سازی انرژی است. سیستم های ذخیره سازی انرژی هوای فشرده و تلمبه ذخیره ای از نظر توان و مدت زمان ذخیره سازی پتانسیل بالایی برای کاربرد به همراه سیستم های انرژی تجدیدپذیر دارند اما هردو محدودیت هایی از نظر زیست محیطی و محل احداث دارند. سیستم ترکیبی ذخیره سازی انرژی هوای فشرده و تلمبه ذخیره ای با داشتن مزایای هر دو سیستم گزینه مناسبی برای کاربرد گسترده است. تاکنون پژوهش های کم تری به تحلیل و بررسی این سیستم ترکیبی پرداخته اند و از این جهت روابط میان پارامترهای سیستم با یکدیگر و بازدهی سیستم نیاز به بررسی بیش تری دارد. علاوه بر این، سیستم های ترکیبی ذخیره سازی انرژی هوای فشرده و تلمبه ذخیره ای که در تحقیقات پیشین اریه شده است دارای دو مشکل است؛ تبخیر آب و محدودیت در فشار عملیاتی سیستم. در مقاله حاضر سیستم ترکیبی نوینی ارایه شده است که در آن با اصلاح ساختار سیستم های پیشین، میزان تبخیر آب به حداقل می رسد و همچنین محدودیت فشار عملیاتی سیستم را فناوری فشرده سازی موجود تعیین می کند. پژوهش حاضر نشان داد نسبت حجم هوا به حجم مخزن فشاربالا بیش ترین تاثیر را بر بازدهی سیستم دارد و یک پارامتر تعیین کننده است. میزان انرژی صرفه جویی شده در سیستم پژوهش حاضر نسبت به پژوهش های پیشین قابل توجه است و بازدهی 90 درصد قابل دست یابی است. تحلیل انرژی مقاله حاضر تاثیر پارامترها بر یکدیگر و محدودیت های آن ها را تعیین کرد تا بدین وسیله مسیر طراحی و امکان سنجی آن هموار شود.

    کلیدواژگان: ذخیره سازی انرژی، هوای فشرده، تلمبه ذخیره ای، سیستم انرژی ترکیبی
  • جواد رفیعی، احمدرضا قاسمی* صفحات 243-252

    روکش کاری لیزری قطعات مختلف صنعتی برای مقاوم سازی و بهبود خواص مکانیکی آنها توسط آلیاژها و کامپوزیت های فلزی، مورد توجه محققان و صنعت بوده است. کیفیت و خصوصیات لایه ی روکشی توسط عوامل زیادی از قبیل هندسه ی روکش، ریزساختار، میزان آمیختگی، وجود نقص، اعوجاج، صافی سطح، تغییرات متالورژیکی در زیر لایه و بازدهی فرآیند مشخص و تعیین می شود. در این مقاله لایه روکشی پودر فولاد زنگ نزن مارتنزیتی (PH4-17) بر روی زیر لایه ی فولاد ساده ی کربنی توسط لیزر پیوسته ی حالت جامد با حداکثر توان 2 کیلو وات و روش رسوب مستقیم پودر فلز ایجاد شد. مطلوب ترین پارامترهای مهم فرآیند درایجاد سخت ترین لایه با کمترین میزان آمیختگی تعیین شد. اثر توان لیزر، نرخ تغذیه ی پودر، سرعت حرکت لیزر و فاصله محل برخورد لیزر با زیرلایه از کانون آن بر روی شکل هندسی، نسبت آمیختگی و سختی نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفت. بهترین لایه با کمترین درصد آمیختگی حدود 9 درصد در سرعت حرکت لیزر10 میلیمتر بر ثانیه، نرخ تغذیه ی پودر10 گرم بر دقیقه و توان لیزر 330 وات به دست آمد. به دست آوردن پارامترهای مطلوب و توزیع یکنواخت پودر روکش کننده با بکار بردن این پارامترها، سبب ایجاد سطح روکشی یکنواخت شده است. مطالعه سختی نمونه ها، افزایش سختی سطح روکش شده به اندازه سه برابر مقدار اولیه، برای نمونه مطلوب را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: روکش کاری لیزری، نرخ تغذیه پودر، لیزر پیوسته، رسوب مستقیم پودر فلز
  • سامان محمدنبی، خسرو رحمانی* صفحات 253-263

    در این پژوهش، مدلی برای هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت سیلیکون رابر - نانولوله کربنی، بر اساس قانون توانی و رابطه هالپین-تسای، توسعه داده شده است. مدل هایی که عموما در مقالات استخراج شده اند اثرات پارامترهای مختلف نانوذره و فاز میانی را در نظر نگرفته اند. مدل هالپین-تسای به منظور محاسبه مدول کششی کامپوزیت ها ارایه شده که با جای گذاری پارامترهای الکتریکی، می توان آن را با هدف تخمین هدایت الکتریکی، اصلاح کرد. در این مقاله ماهیت فیزیکی توان b در قانون توانی بر اساس پارامترهای مختلف نانوذرات و فاز میانی تعریف شده و تاثیر آنها بر b و هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. مدل توسعه داده شده نشان می دهد هرچه غلظت، طول و هدایت الکتریکی نانولوله و ضخامت فاز میانی افزایش یابد، هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت نیز افزایش خواهد یافت. همچنین کاهش قطر و اعوجاج نانولوله نیز باعث افزایش هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت زمینه پلیمری می شود. به منظور صحت سنجی رابطه توسعه یافته، نمونه های نانوکامپوزیت با درصدهای حجمی مختلف با روش اختلاط ذوبی حالت جامد ساخته شده و مورد آزمون هدایت الکتریکی قرار گرفته اند. نتایج محاسبات و آزمایش تجربی اختلاف شش درصدی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلیمری، نانولوله کربنی، هدایت الکتریکی، اختلاط ذوبی
  • منصور به تاج، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 265-280

    در پژوهش حاضر، به بررسی تجربی پاسخ دینامیکی و تغییر شکل بزرگ پلاستیک ورق های مستطیلی فولادی تحت بارگذاری انفجاری مکرر با سامانه آونگ بالستیک پرداخته شده است. در این راستا، آزمایش های روی سه ساختار مختلف جوش نشده، جوش شده با یک خط جوش و جوش شده با دو خط جوش انجام شده است. جهت بررسی مودهای تغییر شکل و مکانیسم شکست نمونه های آزمایشی، بار دینامیکی در محدوده ای گسترده با استفاده از جرم خرج های 25، 35، 45 و 50 گرم از نوع PE4 یا C4 اعمال شد. همچنین، جهت بررسی رفتار سازه تحت بارگذاری مکرر، آزمایش ها تا 3 مرتبه بارگذاری ادامه پیدا کرد. مشاهدات تجربی بیان می کند که با افزایش جرم خرج، مودهای تغییر شکل غیر الاستیک بزرگ همراه با نازک شدگی و همچنین پارگی نمونه در جرم خرج های بالاتر و در تکرار بارگذاری در شماره های بالاتر مشاهده می شود. در ورق تقویت نشده در بارگذاری سوم با جرم خرج 25 گرم، تغییر مود تغییر شکل (تغییر شکل غیر الاستیک بزرگ همراه با گلویی شدن جزیی) مشاهده می شود؛ اما در نمونه تقویت شده با یک خط در تکرار سوم در جرم خرج 35 گرم همان مود تغییر شکل اتفاق می افتد. در نمونه تقویت شده با دو خط جوش نیز همان مود شکست در تکرار سوم 45 گرم مشاهده می شود. این موضوع نشان دهنده تاثیر خط جوش و تعداد آن ها بر تغییرات مود تغییر شکل و مکانسیم شکست است. نتیجه به دست آمده یکی از اهداف اصلی مقاله حاضر بوده که نشان دهد بهره گیری از خط جوش و چینش آن چگونه روی مود تغییر شکل و مکانیسم شکست ورق فولادی اثر می گذارد.

    کلیدواژگان: بارگذاری انفجاری مکرر، ورق فولادی جوش شده، بررسی تجربی، مود تغییر شکل، مکانیسم شکست
  • کسری خورسندی، فرزاد چراغ پور سموتی* صفحات 281-290

    ویلچرهای برقی هوشمند درحال تبدیل شدن به یک جایگزین طبیعی ویلچرهای معمولی هستند و به عنوان یک وسیله کاربردی برای جمعیت سالمندان و بیماران مبتلا به اختلالات حرکتی و معلولان قطع نخاعی بشمار می روند. کنترل ویلچر برقی توسط خود بیمار، وقتی امکان حرکت دست وی فراهم نیست، یکی از مهم ترین چالش هایی است که برای استفاده مستقل بیمار از این وسیله باید بدان توجه شود. این مقاله به ارایه یک سیستم کنترل حرکتی ساده، کم حجم ، بدون نیاز به پرستار و مقرون به صرفه اقتصادی می پردازد، به گونه ای که فاکتورهای ایمنی، انعطاف پذیری و تحرک را برای کاربر در نظر گرفته است. در این طرح کاربر قادر خواهد بود بدون نیاز به استفاده از دست خود، فرمان های کنترل حرکت رو به جلو و همچنین چپ و راست را برای ویلچر صادر کند و بدین ترتیب مستقلا کنترل دستگاه را برعهده بگیرد. سیستم کنترلر برمبنای تلفیق داده های سنسورهای شتاب و سیستم پردازش تصویر طراحی و پیاده سازی شده است. برای این منظور و با هدف تعامل ساده تر انسان و ماشین، یک گجت پوشیدنی، به صورت یک کلاه، برای سهولت استفاده کاربر دارای معلولیت حرکتی طراحی شده است که امکان هدایت ویلچر را با توجه به فرمان های حرکتی صادرشده توسط سر کاربر و همچنین پردازش تصویر چهره کاربر را داراست. نتایج آزمایش تجربی عملکرد این پوشیدنی کنترلی را برای کم کردن سرعت با خطای 1%، برای افزایش سرعت با خطای 2% ، و برای حرکت به چپ و راست با خطای 5% نشان می دهند.

    کلیدواژگان: رابط پوشیدنی کنترلی، ویلچر برقی هوشمند، پردازش تصویر چهره، سنسور شتاب، معلول حرکتی، تعامل انسان-ماشین
|
  • Ali Zargarbashi, Soroush Sarrafan Sadeghi*, Sadegh Tabejamaat Pages 213-223

    An experimental study on the effects of methane-oxygen partially-premixed input flow characteristics in a mesoscale reactor with constant length and geometry was investigated in the present work. For this research, two partially-premixed ratios of 25% and 50% are considered. The reactor is mounted horizontally, made from quartz material and its geometric characteristics are internal diameter: 5 mm, wall thickness: 1 mm, and length: 10 cm. In this research, we have tried to determine the factors affecting flame regimes. The range of flame regimes, flame dynamics, the outer wall temperature distribution of the reactor, frequency, and oscillation of oscillating flames, along with the intensity of the Repetitive Extinction and ReIgnition (RERI) extinguishing sound, were analyzed and reported. This flame's dynamics are more affected by changes in mixing ratio, oxygen volume flow rate, and fuel volume flow rate, causing changes in inlet flow velocity and equivalence ratio, respectively. Examination of the results of acoustic oscillations indicates an increase in oscillating flame velocity with increasing volumetric flow and mixing ratio. Loud extinguishing sound of flames when quenching is caused by converting a portion of the thermal energy of the flame into sound in the flame arrestor and the acoustic vibration waves resulting from the extinguishing of the flame and the difference in gas velocity.

    Keywords: Methane-Oxygen Flame, Meso-scale Cylindrical Reactor, Partial Premixed Combustion, Flame Dynamics, Flame Sound Oscillations
  • Majid Khazali, Farhood Azarsina*, Alireza Haj Mollaali Kani Pages 225-241

    Concerning the limitations and environmental problems of fossil fuels, the use of renewable energy systems is necessary and inevitable, but the development of the use of these systems due to their unsustainable nature requires energy storage systems. Compressed air energy storage systems and pumped hydroelectric have a high potential for applying renewable energy systems in terms of power and storage time, but both have environmental and site limitations. The hybrid system of compressed air energy storage and pumped hydroelectric with the advantages of both systems is suitable for wide application. So far, less research has been done to analyze this hybrid system, and therefore the relationship between system parameters and system efficiency required further investigation. Also, the combined systems presented in previous research have two problems; Water evaporation and limitations in system operating pressure. In this paper, a new hybrid system is presented in which the rate of water evaporation is minimized by modifying the structure of the previous systems, and also the limitation of the operating pressure is determined by the existing compression technology. The present study showed that the ratio of air volume to high-pressure tank volume has the greatest effect on system efficiency and is a determining parameter. The amount of energy saved in the current research system is significant compared to previous researches and a roundtrip efficiency of 90% can be obtained. The energy analysis of the present paper determined the parameterchr('39')s interaction and their limitations in order to pave the way for design and feasibility.

    Keywords: energy storage, compressed air, pumped hydroelectric, hybrid energy system
  • Javad Rafiei, AhmadReza Ghasemi* Pages 243-252

    The laser cladding of industrial parts to improve their mechanical properties by metal alloys and composites has been a challenge for scientists and experts. The quality and properties of the cladding layer are determined by many factors such as cladding geometry, microstructure, dilution ratio, defects, distortion, surface smoothness, metallurgical changes in the substrate and process efficiency. In this study, the effect of important parameters of the cladding process on the geometric shape, hardness and dilution ratio of the cladding layers of martensitic stainless steel (17-4 PH ) on the substrate of plain carbon steel by solid-state continuous laser with maximum power 2 kW and the method of direct deposition of metal powder are discussed. Variable parameters of laser cladding including powder feed rate, laser scanning speed and laser power have been studied. The parameters of surface quality, geometric shape and absence of porosity have been evaluated and compared. The minimum dilution about 9% was obtained at a 10 mm/s scanning speed, 10 g/min powder feed rate and 330 watts laser power. The results have been showed, appropriate incorporation and uniform distribution of cladding powder has created a cladding surface without any crack and porosity. By studying the hardness of the samples, it has been concluded that the hardness of the substrate surface has increased after cladding.

    Keywords: Laser Ccladding, Powder feedring Rate, Continues laser, Laser direct metal powder deposition
  • Saman Mohammadnabi, Khosrow Rahmani* Pages 253-263

    In this paper, a new model for estimation of the electrical conductivity of polymer carbon nanotube (CNT) nanocomposites based on the conventional power-law model and Halpin-Tsai formulation has been proposed. Halpin-Tsai model was originally presented to calculate the tensile modulus of composites, which can be modified for estimation of the electrical conductivity by replacing the electrical parameters. The nature of “b” exponent in power-law model is defined according to CNT dimensions, CNT electrical conductivity and the interphase thickness and also the impacts of these parameters on the “b” and the electrical conductivity of nanocomposite are taken into consideration. The developed model interprets that the electrical conductivity of polymer-CNT nanocomposite increases as the concentration, length and electrical conductivity of CNT and the interphase thickness increase. Furthermore, reduction in CNT diameter and waviness results in growth of nanocomposite electrical conductivity. In order to validate the developed model, nanocomposite samples with different volume fractions were produced by solid-state technique of the melt-blending method. The results of calculations and experimental procedure show good agreement.

    Keywords: Polymer nanocomposite, Carbon nanotube, Electrical conductivity, Melt-blending
  • Mansour Behtaj, Hashem Babaei*, Tohid Mirzababaie Mostofi Pages 265-280

    In this paper, the dynamic response of steel plates under repeated blast loading using a ballistic pendulum system were investigated. In this regard, experiments were performed on three different configurations: unwelded, welded with single and double welding lines. To apply the dynamic load in a wide range, the plastic explosive charge (C4) in different masses of 25, 35, 45, and 50 g were used. Besides, to investigate the behavior of the structure under repeated loading, experiments were tested on up to 3 loads. Experimental observations demonstrate that with increasing charge mass, the large inelastic deformation with necking and tensile tearing around of the boundary were observed in higher charge masses and loading repetitions in higher numbers. For the unwelded plate, at the 3rd load with a charge mass of 25g, a change in the failure mode was observed (large inelastic deformation with necking around part of the boundary), however, for the welded plate with a single weld line, the same deformation mode occurred at the 3rd blast load by the charge mass of 35g. For the welded plate with two weld lines, the same failure mode was observed at the 3rd blast load by the charge mass of 45g. These observations indicate the effect of the weld line and its numbers on the variation of failure modes. The obtained result is one of the main objectives of the present study to show how using welding lines and their arrangements affect the deformation mode and the failure mechanism of steel plates.

    Keywords: Repeated blast loading, Welded steel plate, Experimental study, deformation mode, failure mechanism
  • Kasra Khorsandi, Farzad Cheraghpour Samvati* Pages 281-290

    In this paper, a simple and low weight gadget, without the need for a nurse, is designed in a low cost, taking into safety, flexibility and mobility for the user. This paper presents a new system that the controller system is designed and implemented based on the combination of acceleration sensor data and image processing system with the aim of controlling the movement of the smart wheelchair. This design, the user can take control of the smart wheelchair without using hands. This gadget can be a good solution for disabled people to make their life easy.The results of the smart wheelchair control testing with hybrid controller indicate that the accuracy and speed of the wheelchair response high. The experimental tests suggest that the proposed design of controller gadget is efficient and low cost as well as allowing disabled people to more easily control their wheelchairs and to lead independent lives.

    Keywords: control gadget, smart wheelchair, image processing, acceleration sensor, Human-Machine Interaction