فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال دوازدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1401)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دوازدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علی امین زاده، عبدالمجید خوشنود* صفحات 1-20
    این مقاله به مساله جستجو و پوشش مشارکتی اختصاص دارد که در آن یک الگوریتم کنترل توزیع شده برای جستجوی خودکار قربانیان بلایای طبیعی با استفاده از سیستم چند عامله مشارکتی به کار گرفته شده است. مدیریت بحران یک مسابقه با زمان است. بنابراین پاسخ سریع به بحران می تواند به طور چشمگیری از میزان خسارات و آسیب ها بکاهد. بدیهی است که یک نقشه فراگیر از منطقه بحران زده بلافاصله پس از وقوع به تیم کنترل بحران کمک می کند تا عملیات مدیریت بحران را با اطلاعات بیشتر و دقیق تری طراحی نماید. در این تحقیق یک محیط مستطیلی در نظر گرفته شده که 4 پرنده بال - ثابت با پرواز بر فراز آن علاوه بر پوشش حداکثری محیط، محل دقیق 18 هدف ساکن توزیع شده را می یابند. بدین منظور، UAV ها با همکاری یکدیگر نقشه شناخت شامل نقشه های احتمال حضور هدف و نامعینی را می سازند و براساس همین نقشه شناخت و همچنین پیش بینی سه حرکت بعدی خود و عامل های همسایه، بهترین مسیر بدون برخورد را محاسبه می کنند. مقایسه روش مشارکتی و غیر مشارکتی نشان می دهد در روش کنترل توزیع شده مشارکتی، درصد پوشش محیط و میانگین نامعینی بسیار زودتر به حداکثر و حداقل مقدار قابل قبول خود می رسد.
    کلیدواژگان: کنترل پوشش مشارکتی، کنترل توزیع شده، درخت تصمیم گیری، مدیریت بحران، الگوریتم کنترلی با افق دور شونده
  • محمدرضا نجفی*، محمدجواد یارمحمدی صفحات 21-33

    بررسی بارهای وارد بر سازه، از بدو طراحی انواع شناورها، امری بسیار ضروری و مفید است. در دریاهای مواج بدنه شناور به صورت ناگهانی از آب بیرون آمده و سپس با ضربه های شدید مجددا به آب وارد می شود. در این نوع بارها که به عنوان ضربه اسلمینگ شناخته می شود، سازه شناور بارهای ضربه ای با مقدار اوج فشار بالا را تحمل می نماید که می تواند موجب افزایش سطح تسلیم و همچنین ارتعاشات با فرکانس بالا در سازه شناور شود که به این نوع ارتعاشات گذرا، ارتعاشات ویپینگ گفته می شود. هدف این مقاله بررسی بارهای وارده بر شناور، ارتعاشات ناشی از این بارها از قبیل ارتعاشات ویپینگ و همچنین تخمین عمر در شناورهای تندروی کاتاماران است. در این مقاله در گام اول با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، بارهای هیدرودینامیکی و ضربه ای وارده بر شناور به دست می آیند. سپس در مرحله بعد با استفاده از روش کوپل یک طرفه سیال-جامد، آثار ضربه امواج به شناور دوبدنه کاتاماران و همچنین ارتعاشات ناشی از آن موردبررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه با استفاده از روش تخمین عمر تجمیعی پالمگرن-ماینر و روش سیکل شماری بارش باران، تاثیر این نوع ارتعاشات بر روی شکست و تخریب سازه شناور موردبررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ارتعاشات ویپینگ تاثیر بسزایی در طول عمر خستگی شناور دارد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات، ویپینگ، کاتاماران، تخمین عمر، کوپل یک طرفه سیال-جامد
  • احسان فلاحی، حشمت الله حقیقت* صفحات 35-50

    جایگزینی لوله های فولادی با کامپوزیتی یکی از راه های رویارویی با پدیده خوردگی در خطوط لوله انتقال سیالات است. کامپوزیت های پلیمری الیاف شیشه مقاوم در برابر خوردگی بوده و علاوه بر داشتن استحکام بالا یک گزینه ارزان تر نسبت به لوله های فولادی می باشند. در این مقاله، رفتار مکانیکی لوله کامپوزیتی و فلزی مورد استفاده در خطوط لوله انتقال نفت برای زوایای گسل در 45، 61، 75 درجه تحت گسلش معکوس با استفاده از نرم افزارآباکوس بررسی شده است. استحکام مکانیکی و اندازه بیشینه جابه جایی در لوله های کامپوزیتی مدفون تحت گسلش معکوس با لوله های فولادی مقایسه شده اند. معیار ون میسز برای بررسی تسلیم لوله فولادی و معیار شکست هاشین و مودهای چهارگانه آسیب برای بررسی خرابی در لوله کامپوزیتی الیاف شیشه- اپوکسی، استفاده شده اند. روش حل به دلیل ماهیت گسل به صورت شبه استاتیکی انجام و معیار تسلیم خاک بر پایه تیوری کولمب موهر و با اجازه جدایش خاک از لوله در سطح مشترک لحاظ گردیده است. مقایسه نتایج نشان داد به منظور بهره برداری ایمن از لوله مدفون و خنثی نمودن تنش فشاری که عامل اصلی تسلیم لوله های مدفون است، باید لوله های فولادی در زوایای بالای 61 درجه گسلش معکوس و لوله های کامپوزیتی تک جهته در زوایای کوچکتر از 61 درجه به کار گرفته شوند. همچنین اندازه بیشینه جابه جایی مجازگسل معکوس در زوایای گوناگون گسل، برای لوله کامپوزیتی حدود 70 درصد بیشتر از نمونه فولادی بوده است. نتایج حاصل در این پژوهش می تواند در مطالعات طراحی خطوط لوله مدفون کامپوزیتی در مناطق دارای خاک خورنده و محل عبور گسل های فعال مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: خطوط لوله مدفون، کامپوزیت الیاف شیشه، گسل معکوس
  • سید محمدحجت محمدی* صفحات 51-66

    ذخیره سازی انرژی حرارتی یک فناوری با پتانسیل بالا برای کاربردهای حرارتی متفاوت است که می تواند راه مناسبی برای اصلاح شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی باشد. یکی از روش های نوین و کارآمد در ذخیره سازی انرژی حرارتی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. هدف از این پژوهش تحلیل انرژی و اگزرژی ترکیب دو سیستم سرمایش آزاد و سرمایش تراکمی است که در آن ها از مواد تغییرفازدهنده به منظور صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی و بهبود عملکرد سیستم، استفاده شده است. ماده تغییر فاز دهنده دما متوسط بکار رفته در سیستم سرمایش آزاد در طول شب با هوای محیط شارژ می شود و در طول روز و در طی فرآیند تخلیه، با خنک کردن هوای ورودی به کندانسور سیستم تراکمی، سبب کاهش مصرف انرژی در سیستم خنک کننده ساختمان می گردد. از سوی دیگر، تخلیه انرژی حرارتی ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده در طول ساعات اوج مصرف صورت می گیرد. در این ساعات هزینه انرژی بالاتر است و بنابراین با استفاده از این روش ذخیره سازی انرژی حرارتی، می توان در هزینه های انرژی الکتریکی یک ساختمان نیز صرفه جویی نمود. بررسی فنی و اقتصادی این سیستم ترکیبی، نشان می دهد که 85/4% کاهش مصرف انرژی الکتریکی، 76/14% کاهش در ساعات اوج مصرف و 71/6% کاهش در قبض برق قابل انتظار است.

    کلیدواژگان: سیستم سرمایش تراکمی، سیستم سرمایش آزاد، مواد تغییر فاز دهنده، تحلیل انرژی و اگزرژی، مطالعه اقتصادی
  • همین خالدی، یاسر رستمیان* صفحات 67-84
    مقاله حاضر با رویکرد تجربی و عددی رفتار مکانیکی ساندویچ پانل کامپوزیتی با هسته جدید مشبک M شکل را که تحت بارهای خمشی سه نقطه ای و فشاری قرار دارد، بررسی کرده است. برای این منظور، در این آزمایش یک ساندویچ پانل کامپوزیتی با هسته M شکل از الیاف کربن ساخته شده است. برای ساخت ساندویچ پانل ها، از روش قالب انتقال رزین به کمک خلا (VARTM) برای دستیابی به یک ورقه (لمینیت) عاری از هرگونه نقصی استفاده شده است. پس از آن، فوم پلی اورتان با چگالی 80 کیلوگرم بر متر مکعب به هسته ساندویچ پانل تزریق شده است. سپس، یک طراحی منحصر به فرد برای هسته های ساندویچ پانل ارایه شده است. مطالعه منحنی های نیرو برحسب جابجایی به دست آمده از آزمون های فشار و خمش سه نقطه ای بر ساندویچ پانل نشان داد که ساندویچ پانل درحالی که سبک می باشد از یک مقاومت مکانیکی مطلوب برخوردار است. لازم به ذکر است که داده های تجربی با نتایج شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس مقایسه گردید و مشخص شد که نتایج عددی با نتایج تجربی مطابقت خوبی دارند لذا امکان استفاده از شبیه سازی عددی به جای روش های تجربی وقت گیر را برای طراحی و تجزیه و تحلیل فراهم می کند.
    کلیدواژگان: ساندویچ پانل، هسته مشبک M شکل، بارخمش سه نقطه ای، بارفشاری، آباکوس
  • امیرحسین فرضی، مصطفی سیاح بادخور*، مسعود بابایی صفحات 85-100
    آلومینیوم تقویت نشده خواص مطلوبی برای استفاده در صنایع حساس نظیر صنایع هوایی و صنایع دریایی ندارد، اما وقتی با ذرات تقویت کننده به کامپوزیت تبدیل می شود، خواص مکانیکی و دیگر خواص آن بهبود می یابد. به منظور دست یابی به مقادیر بهینه تنش تسلیم، استحکام نهایی کشش، شکل پذیری و طول عمر خستگی تحت تاثیر دو پارامتر اندازه ذرات و کسر جرمی ذارت تقویت کننده، در این پژوهش ابتدا آلومینیوم 6T-7075 به عنوان فاز زمینه و از ذرات سیلیکون کارباید به عنوان فاز تقویت کننده استفاده شد. طبق طراحی آزمایش انجام شده، سیلیکون کارباید با سه اندازه ذره مختلف، در مقیاس های نانومتر، زیرمیکرون و میکرون تهیه شد. پودر سیلیکون کارباید با کسر جرمی های مختلف با آلومینیوم، به روش ریخته گری گردابی توسط کوره مقاومتی مجهز به کویل الکترومغناطیسی و پمپ خلا ترکیب، و نمونه های کامپوزیتی طبق طراحی آزمایش انجام شده، ریخته گری شدند. سپس نمونه ها تحت عملیات انحلال قرار گرفتند. در ادامه عملیات حرارتی 6 Tبر روی نمونه ها انجام شد. در انتها آزمون های کشش و خستگی بر روی نمونه های آزمایشی تهیه شده، طبق استانداردهای مربوطه انجام شد. با توجه به نتایج به دست آمده، تقویت کردن آلومینیوم 6T-7075 با ذرات سیلیکون کارباید منجر به بهبود خواصی مانند استحکام تسلیم، استحکام نهایی کشش و عمر خستگی شد؛ اما ازدیاد طول و شکل پذیری نمونه ها کاهش یافت. بهترین نتیجه مربوط به نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو است که 33/21 درصد استحکام نهایی کشش را بهبود بخشیده است، همچنین بیشترین استحکام خستگی را نیز نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو داشته است.
    کلیدواژگان: آلومینیوم 7075، سیلیکون کارباید، بارگذاری خستگی، رشد ترک عملیات حرارتی 6T
  • محسن رحیم پور، صالح اکبرزاده* صفحات 101-114
    امروزه تحلیل الاستوهیدرودینامیک آب بند مکانیکی در راستای بهبود عملکرد آب بند یکی از مهمترین مسایل می باشد تا بواسطه آن بتوان نشتی سیال از تجهیزات صنعتی را به حداقل رساند. در این مقاله تحلیل عددی آب بند مکانیکی MTM سری 30 در دو حالت دمایی و همدما و بر اساس پارامترهای سیال، سرعت چرخشی و دما به روش تفاضل محدود انجام شد و توزیع فشار و ضخامت فیلم سیال در دو حالت ذکر شده مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که فشار در حالت دمایی نسبت به حالت همدما به میزان %55/16 افزایش می یابد و ضخامت فیلم به میزان %4/33 کاهش می یابد که این امر در مجاورت قطر خارجی آب بند پدید می آید. مقایسه نتایج در تحلیل عددی بر روی پارامترهای موثر بر عملکرد آب بند مانند سرعت چرخش، لزجت سیال و نیرو در حالت دمایی نشان دهنده آن است که این پارامترها بر عملکرد آب بند تاثیرگذار بوده و تغییرات تاثیرگذاری بر روی توزیع فشار، ضخامت فیلم سیال و توزیع دمایی ایجاد می کنند.
    کلیدواژگان: الاستوهیدرودینامیک، آب بند مکانیکی، تفاضل محدود، توزیع فشار، ضخامت فیلم سیال
  • بهنام دشتی محمودابادی، حمیدرضا زارعی، محمود پسندیده فرد* صفحات 115-131
    در پژوهش حاضر تحقیق بر روی توربین کروی لوسید از دسته توربین های جریان متقاطع انجام شده است. از شبیه سازی سه بعدی پایا جهت ارزیابی قدرت خروجی و عملکرد این نوع توربین در یک کانال با سرعت جریان کم استفاده شده است. از مدل آشفتگی k-ω SST جهت جریان آشفته اطراف توربین استفاده شده است. از نتایج تجربی باچانت و وزنیک گزارش شده برای توربین کروی لوسید، برای تایید صحت شبیه سازی ها استفاده شده است. اثر سه پارامتر موثر بر عملکرد توربین شامل تعداد ، طول وتر و نوع مقطع پره ها در دامنه ای از نسبت سرعت های نوک پره مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش طول وتر پره در نسبت سرعت های کمتر باعث افزایش 15 درصدی ضریب توان توربین نسبت به نوع اصلی آن می شود. همچنین در توربین با سه پره بهترین نتایج به دست آمد که منجر به افزایش ضریب توان به اندازه 12.5درصد شده است. نهایتا بدست آمد که استفاده از ایرفویل های نامتقارن تاثیر مثبتی بر روی عملکرد توربین دارد.
    کلیدواژگان: توربین کروی لوسید، ضریب توان، توربین آبی، تعداد پره، ابعاد پره
  • امیر اکبری سولا، محمدرضا انصاری* صفحات 133-142

    در پژوهش حاضر، دینامیک مرتبط با رشد و جدایش حباب منفرد به کمک دو روش تجربی انتشار آوایی غیرفعال و تصویربرداری با نرخ فریم بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. همگام سازی تصویربرداری با داده برداری آکوستیک، قابلیت بالای روش های مبتنی بر انتشار آوایی را در مطالعه ی دینامیک رشد و جدایش حباب به اثبات رساند. بررسی ها نشان داد که بیشینه ی دامنه ی نوسانات در سری زمانی سیگنال انتشار آوایی، اندکی قبل از لحظه ی جدا شدن حباب از مجرا رخ می دهد و در این لحظه نرخ افزایشی حجم حباب در حال کند شدن می باشد. از روی فرکانس غالب موج انتشار آوایی که در همین زمان رخ می دهد، اندازه ی حباب تخمین زده شده است که براساس رابطه-ی مینایرت با ضرایب تصحیح، تنها 37/1 درصد با نتایج حاصل از پردازش تصویر اختلاف دارد. مطابق توالی تصاویر ثبت شده از مراحل رشد حباب، نسبت طول محورهای عمودی و افقی حباب همواره در طول زمان رشد حباب در حال تغییر است و حباب زمانی از مجرا جدا می شود که این نسبت به 1 نزدیک شود؛ هرچند در این لحظه به دلیل نیروهای فشاری، حباب شکل کروی ندارد.

    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، رشد و جدایش، حباب منفرد، انتشار آوایی، تصویربرداری پرسرعت
  • داریوش آجرلو، مصطفی نظری*، محسن نظری، ناصرالدین سپهری صفحات 145-157
    مدل ریاضی در طراحی و بهینه سازی سیستم های انتقال حرارت نقش بسزایی دارد. به دلیل وجود مود انتقال حرارت تشعشع در محیط خلاء، رفتار چنین سیستم هایی بسیار غیرخطی است. در این مقاله، یک مدل معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی جدید برای یک محفظه حرارتی مکعبی خلاء جهت استفاده در محاسبات بلادرنگ، استخراج شده است و اعتبار مدل با استفاده از یک مجموعه تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، یک ورودی مشخص به مدل ریاضی و مجموعه تجربی داده شده که با بخشی از این اطلاعات، پارامترهای سیستم با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک استخراج شده است. سپس، رفتار مدل ریاضی و سیستم تجربی با پارامترهای استخراج شده، در سیکل هایی که در بهینه سازی از آن ها استفاده نشده است، مقایسه شده است. مقایسه های انجام شده، صحت مدل ریاضی ارایه شده را نشان می دهد. سپس، برای بررسی دقیق تر مدل و مشاهده میزان تاثیر پارامترهای مدل بر رفتار سیستم، از روش مونت کارلو برای آنالیز حساسیت کلی مدل استفاده شده است. برای این منظور از نمونه برداری لاتین هایپرکیوب و ضرایب همبستگی رتبه جزیی برای رتبه بندی پارامترها استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که ضریب رسانش حرارتی عایق ها مهم ترین پارامتر تاثیرگذار بر رفتار سیستم است.
    کلیدواژگان: مدل سازی حرارتی، انتقال حرارت تشعشعی، کوره خلاء، شبیه سازی مونت کارلو، الگوریتم ژنتیک
  • سمیه داودآبادی فراهانی*، سینا خرم پور صفحات 159-173
    هدف از این مقاله، بهینه سازی عملکرد ترمودینامیکی و اقتصادی برای یک چگالنده پوسته لوله ای نوع TEMA-E با یک گذر لوله و یک گذر پوسته است. در این چگالنده، آب خنک کننده در درون لوله ها جریان دارد و چگالش بخار در سمت پوسته رخ می دهد. تحلیل اگزرژی چگالش بخار خالص در مخلوطی از یک گاز غیر قابل کندانس ارایه شده است. تابع هدف ترمو-اقتصادی بر اساس نرخ انتقال حرارت واقعی بر واحد هزینه ی کل با در نظر گرفتن هزینه های افت اگزرژی و هزینه های سرمایه گذاری تعریف شده است. اثرات عملکرد بهینه ی چگالنده، پارامترهای اقتصادی، اثرات فنی و پارامترهای طراحی برای به حداکثر رساندن تابع هدف، مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که تابع هدف با افزایش پارامتر هزینه افت اگزرژی، افزایش نسبت ظرفیت های گرمایی و کاهش نسبت دماهای ورودی و دمای محیط، افزایش می یابد. بهینه سازی با استفاده از روش مشتق گیری از تابع هدف، روش جستجوی الگویی و روش بهینه سازی فرا ابتکاری انجام شده است. رابطه ایی برای تابع هدف بیشینه به ازای شرایط مختلف کارکرد مبدل حرارتی بر اساس مقدار بهینه بازده حرارتی به دست آورده شده است. مقادیر بهینه متغیرهای طراحی حاصل از دو روش بهینه سازی به طور نسبی در حدود0-13% باهم تفاوت دارند؛ که این تفاوت، به نوع روش بهینه سازی و عملگرهای درونی آن بستگی دارد. باتوجه به تابع هدف ترمو-اقتصادی، دیده می شود که نتایج حاصل از بهینه سازی با استفاده از هر دو روش تقریبا یکسان و برابر 08/16 است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، کندانسور، گاز غیر چگالنده، تابع ترمو اقتصادی
  • رفعت محمدی*، محمدرضا شیخ الاسلامی، فاطمه راهزانی، محمدرضا قادری، مجتبی مهاجری صفحات 175-189
    در این مقاله عملکرد یک پمپ پیزوالکتریک با در نظر گرفتن معادلات اصلی جریان سیال، دیافراگم الاستیک و میدان الکتریکی به صورت عددی شبیه سازی شده است. با توجه به اینکه در عملکرد پمپ های پیزوالکتریک سیال و سازه هر دو روی هم تاثیر می گذارند، شبیه سازی با منظور نمودن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه به روش دو طرفه انجام شده است. نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و حداکثر خطا در مقایسه با نتایج تجربی در تحلیل پایدار 66/9 درصد و در تحلیل ناپایدار 95/8 درصد محاسبه شده است. با توجه به پاسخ زمانی خوب و امکان کنترل دبی توسط پمپ های پیزوالکتریک، امکان استفاده از پمپ پیزوالکتریک به عنوان پمپ تزریق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که پمپ مورد بررسی می تواند جهت تزریق ماده بودارکننده به گاز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد؛ به طوری که اگر ایستگاه تقلیل فشار گاز پایلوت در حداکثر ظرفیت خود (10000 مترمکعب در ساعت) کار کند، پمپ پیشنهادی در ولتاژ 200 ولت و فرکانس 167/0 هرتز، دبی مورد نیاز ماده بودارکننده را تزریق خواهد کرد. سیستم بودارکننده پیشنهادی علاوه بر امکان کنترل دقیق مقدار ماده تزریق شده، نسبت به سیستم کنارگذر موجود در ایستگاه هزینه اولیه و بهره برداری کمتری دارد.
    کلیدواژگان: پمپ پیزوالکتریک، مدل سازی عددی، برهمکنش سیال و سازه، پمپ تزریق
|
  • A. Aminzadeh, Abdolmajid Khoshnood * Pages 1-20
    This paper is dedicated to a cooperative search and coverage problem in which we applied a distributed coverage control algorithm for automated victim search using a cooperative multi-UAVs system. Disaster management is a competition with time. So, fast response to disaster can significantly decrease damages and losses. It is obvious that a comprehensive map of the affected area immediately after disaster occurred, helps disaster control unit to quickly and initially evaluate the degree of damages, amount of economic losses and casualties. Therefore, they can plan for disaster management operations with more and detailed information. We considered a rectangular surveillance region in which four fixed-wing UAVs fly over the affected area to exactly localize the 18 stationary targets randomly distributed in the environment, as well as maximizing the coverage. For this purpose, UAVs cooperatively build the cognitive maps including Target Probability Map and Uncertainty Map. Then based on cognitive map and also their prediction from three steps ahead of their own and also neighboring agents moves, UAVs decide about their optimal collision-free paths. Comparison between cooperative and non-cooperative methods indicates that in cooperative distributed scheme, coverage percentage and global average uncertainty converges to their admissible maximum and minimum value in a considerably less time, respectively.
    Keywords: Cooperative Coverage Control, Distributed Control, Planning Tree, Disaster recovery, Receding Horizon Control Scheme
  • M. R. Najafi *, M.J. Yarmohammadi Pages 21-33

    The knowledge of applied loads on the floating structure is necessary from the beginning of design procedure. One of the most important loads which is applied on the floating structure is the impact loads due to the rapid impact of the ship with the water surface. This type of load, known as slamming load which can increase the yield level and althought cuases high-amplitude vibrations in the struture, which are also known as whipping vibrations. The purpose of this paper is to investigate slamming loads and whipping vibrations in catamarans. In this paper, using computational fluid dynamic method (CFD), hydrodynamic loads and impacts on the vessel are investigated. Then, using the one-way fluid-structure interaction method, the effects of wave slaming impact on the catamaran is investigated and also the resulting vibrations is be investigated. Then, using the Miner-Palmgren cumulative life estimation method and the rainfall count cycle method, the effect of this type of vibration on the failure and destruction of the floating structure is investigated. The results illustrate that the whipping vibration have a significant effect on the life of catamaran.

    Keywords: Vibration, Whipping, Catamaran, Life Estimation, Fluid-Structure One-Way interaction
  • E. Fallahi, H. Haghighat * Pages 35-50

    Replacing steel pipes with composites is one way to combat corrosion in fluid transfer pipelines. Glass fiber polymer composites are corrosion resistant and in addition to having high strength, they are a cheaper option than steel pipes. In this paper, the mechanical behavior of composite and steel pipes used in oil transmission pipelines for fault angles at 45, 61, 75° under reverse fault is investigated using Abaqus software. The mechanical strength and maximum displacement size of composite pipes buried under reverse faulting are compared with steel pipes. The onset of damage in GREs and the yielding point of steel were predicted using Hashin’s initiation criteria considering four failure modes and the von Mises Stress, respectively. Quasi-static solution was used to analyze the soil’s behavior due to nature of loading. The yield point of soils was calculated according to Mohr-coulomb. The results showed that In reverse faulting, the compressive force will often be the yielding factor of buried pipes and In order to safely operate the buried pipe, steel pipes should be used at angles above 61° of reverse fault and unidirectional composite pipes at angles less than 61°. In addition, the maximum allowable displacement of the reverse fault at different angles of the fault is at least 70% higher for the unidirectional composite pipes of glass-epoxy fibers than the steel pipes. The results of this study can be used in the design studies of composite buried pipelines in areas with corrosive soils and active fault crossings.

    Keywords: Buried pipelines, The reinforced composite by glass fiber, Reverse faulting, Static load
  • S.M.H. Mohammadi * Pages 51-66

    Thermal Energy Storage (TES) is a high potential technology for different thermal energy applications. TES technology can be an appropriate approach to fill in the gap between electrical energy supply and demand. One efficient and modern method to store thermal energy is the use of phase-change materials (PCMs). The aim of this research is to study the feasibility of the use of PCM materials in the combination of free cooling and compression refrigeration systems. The combined system should be analyzed from energy and exergy viewpoints, in order to evaluate the amount of saved energy and the system performance upgrade. The medium temperature PCM coupled with the free cooling system, can be charged during the cool night time. During the hot day time, discharging this PCM would lower the temperature of the air entering the condenser and consequently; lower the HVAC system energy consumption. On the other hand, PCM discharge happens during the peak-hours in which the electrical energy price is high. Therefore, using PCM would reduce the building energy bills. Technical and economic results show that the proposed combined system would reduce the total electrical energy consumption up to 4.85%, energy consumption in peak-hours up to 14.76% and the electrical energy bill up to 6.71%.

    Keywords: Compression refrigeration system, Free cooling system, Phase Change Material, Energy, Exergy analysis, economic analysis
  • H. Khaledi, Y. Rostamiyan * Pages 67-84
    Present paper has experimentally and numerically investigated the mechanical behaviour of composite sandwich panel with novel M-shaped lattice core subjected to three-point bending and compressive loads. For this purpose, a composite sandwich panel with M-shaped core made of carbon fiber has been fabricated in this experiment. In order to fabricate the sandwich panels, the vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) has been used to achieve a laminate without any fault. Afterward, polyurethane foam with density of 80 Kg/m3 has been injected into the core of the sandwich panel. Then, a unique design was presented to sandwich panel cores. The study of force-displacement curves obtained from sandwich panel compression and three-point bending tests, showed that an optimum mechanical strength with a considerable lightweight. It should be noted that the experimental data was compared to numerical simulation in ABAQUS software and it turned out that numerical results are in good agreement with experimental ones and make it possible to use simulation instead of time-consuming experimental procedures for design and analysis.
    Keywords: Sandwich panel, M-shaped lattice core, Three-point bending load, Compressive load, ABAQUS
  • A. H. Farzi, M. Sayah Badkhor *, M. Babaei Pages 85-100
    While bare Aluminum does not have the desired properties for aerospace and naval industries, when converted to composite by reinforcing materials, the desired mechanical and other properties are achieved. In this study, Aluminum 7075-T6 was selected as the base phase and Silicon Carbide (SiC) particles were used as the reinforcing phase for the composite for the experiments on the yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life. According to the experiment design, the SiC was prepared with three different particle sizes, in nanometer, submicron and micron scales. SiC powder with different mass fractions with Aluminum was cast by vortex casting by a resistive furnace equipped with an electromagnetic coil and a vacuum pump, and the composite samples were cast according to the experimental design. The samples were then subjected to dissolution. Afterward, T6 heat treatment was performed on the samples. Ultimately, the prepared experimental samples were subjected to tensile and fatigue tests, followed by the relevant standards. According to the results, reinforcement of aluminum 7075-T6 with SiC particles improved properties such as yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life, but reduced the elongation and ductility of the samples. The results indicate that 1% sample with nanoparticle size has improved the final tensile strength by 21.33% and has the highest fatigue strength.
    Keywords: 7075 aluminum, Silicon carbide, fatigue loads, Crack Growth, T6 heat treatment
  • M. Rahimpour, S. Akbarzadeh * Pages 101-114
    Nowadays analysis of mechanical seals is of great importance since it causes improvement in the performance of mechanical systems and it enables one to reduce the leakage in the seal. In this paper a MTM 30 mechanical seal has been analyzed. The analysis has been conducted in both thermal and isothermal modes using finite difference method. The pressure distribution as well as film thickness has been predicted and compared to the published results available in the literature. The results show that considering thermal effects results in an increase in pressure for 16.55% and a reduction in film thickness of 33.4% compared to the situations in which isothermal analysis is conducted. A parametric study has been conducted which evaluates the effect of speed, viscosity, and load on the performance of the mechanical seal. Film thickness, pressure distribution, and film thickness has been studied in this parametric study. The results in this method have been shown to be in good comparison with other results.
    Keywords: Elastohydrodynamic, mechanical seal, Finite Difference Method, Pressure Distribution, film thickness
  • B. Dashti Mahmoud-Abadi, H.R. Zareei, M. Pasandidehfard * Pages 115-131
    In this paper the research has been performed on the cross-axis flow Lucid spherical turbine. Three-dimensional steady numerical simulation is used to determine power output and performance of this kind of turbines for low velocities in a channel. The k-ω SST turbulence model is used to perform the turbulent steady flows around the turbine. Further, Bachant and Wosnik's experimental data reported for spherical Lucid turbine, is employed to confirm the simulations. The influence of three effective parameters of blades, including the chord length, the number of blades and the type of airfoil section on the turbine performance are investigated over a range of tip-speed-ratios. It was found that increasing the blade chord length in lower speed tip ratios cause to increase the power coefficient up to %15 compared to the original version. Also, for the turbine with three blades, the best results were obtained by which, the power coefficient increased by 12.5%. Finally, it is obtained that using asymmetric airfoil section for blades has a positive effect on the turbine performance.
    Keywords: Lucid spherical turbine, power coefficient, water turbine, number of blades, Blade dimensions
  • A. Akbari Sula, M. R. Ansari * Pages 133-142

    In the present study, the dynamics associated with single bubble growth and its detachment has been studied using passive acoustic emission and high frame rate imaging methods. Synchronization of imaging with acoustic data acquisition demonstrated the functionality of the acoustic emission method in studying the dynamics of bubble growth and detachment. The investigations showed that the maximum amplitude of the oscillations in the time series of the acoustic emission signal occurs shortly before the bubble detaches. Instantly the rate of bubble volume rise is decelerating. in accordance with the dominant frequency of the acoustic emission wave that arises at the same time with the jump in acoustic time series, the bubble size based on the Minnaert equation with the corrected coefficients is estimated to be only 1.37% different from the results of image processing. According to the sequence of images recorded from the bubble growth frames, the ratio of the vertical and horizontal axis lengths of the bubble is continually changing during the bubble growth period and eventually, the bubble detaches from the orifice when the ratio approaches 1. Although by detachment, the bubble does not have a spherical shape due to the pressure forces.

    Keywords: Experimental Study, Growth, Detachment, Single Bubble, Acoustic Emission, High Frame Rate Imaging
  • D. Ajorloo, M. Nazari *, N. Sepehry Pages 145-157
    Mathematical modeling plays an important role in designing and optimizing of heat transfer systems. Due to radiation heat transfer mode in a vacuum environment, the behavior of the system is very nonlinear. In this paper, a new nonlinear ODE model for a vacuum box heat chamber is developed which is suitable for online computation, and the validity of the model is investigated using an experimental set. A specific input is given to the both mathematical model and the experimental set. With some of this data, system parameters are extracted using the genetic algorithm. Then, the behavior of the mathematical model and the experimental system with the extracted parameters are compared using cycles that have not been used in optimization. The comparison shows the accuracy of the proposed mathematical model. Then, to examine the model more closely and to observe the effect of model parameters on system behavior, the Monte Carlo method was used to analyze the overall sensitivity of the model. For this purpose, Latin hypercube sampling and partial rank correlation coefficients have been used to rank the parameters. The results show that the thermal conductivity of insulators is the most important parameter affecting the behavior of the system.
    Keywords: Thermal modeling, Radiation heat transfer, Vacuum furnace, Monte Carlo Simulation, Genetic Algorithm
  • S. Farahani *, S. Khormpoor Pages 159-173
    A thermo-economic performance optimization has been carried out for a shell and tube condenser TEMA-E. In the considered model, the irreversibilities due to heat transfer between the hot and cold stream are taken into account. The objective function is defined as the actual heat transfer rate per unit total cost considering lost exergy and investment costs. The optimal performance and design parameters which maximize the objective function have been investigated. The effects of the technical and economical parameters on the general and optimal thermo-economical performances have been also discussed. The results show that the objective function increases with increasing heat capacity ratio and decreasing inlet temperature and ambient temperature ratio. The dominant term in entropy generation in this study is due to the heat exchange between the condensed fluid and the cold fluid. According to the operating conditions of the heat exchanger, a correlation has been obtained for the thermal efficiency that maximizes the objective function. Optimal value of the design variables obtained from Pattern search method and the Ant Lion Optimizer method are relatively different at about 0-0.13%; depending on the type of optimization method and its internal operators. But the optimal value of the objective function in both methods is approximately 16.08. The analysis and optimization presented herein may provide a basis for both determinations of the optimal performance parameters for real heat exchanger.
    Keywords: Optimization, Condenser, Non-Condensing Gas, Thermoeconomic Function
  • R. Mohammadi *, M.R. Sheykholeslami, F. Rahzani, M.R. Ghaderi, M. Mohajeri Pages 175-189
    In this paper, the performance of a piezoelectric pump is numerically simulated by considering the main equations of fluid flow, elastic diaphragm and electric field. The simulation is conducted using the two-way fluid-structure interaction approach, as the fluid and structure affect each other in performance of piezoelectric pumps. The simulation results are compared with experimental results and the maximum error in steady analysis is obtained 9.66% and in un steady analysis is 8.95%. Due to the good time response and the possibility of flow control by piezoelectric pumps, the feasibility of using piezoelectric pumps as dosing pumps is investigated. The simulation results showed that the designed piezoelectric pump could be used as a dosing pump; so that if the pilot gas pressure reducing station operates at its maximum capacity (10,000 cubic meters per hour), the proposed pump will inject the required odorant at a voltage of 200 volts and a frequency of 0.167 Hz. The proposed odorizer system, in addition to the possibility of precise control of the amount of injected odor, has a lower initial cost and operation cost than the present bypass system at the station.
    Keywords: Piezoelectric pump, Numerical Modeling, Fluid-Structure Interaction, Dosing pumps