فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و دوم شماره 7 (تیر 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میرشمس بهاء، فریبرز ثقفی* صفحات 429-439

    در این پژوهش، به مدلسازی دینامیکی سه بعدی یک چهارپره حامل با کابل در حضور بار‏ مولد نیروهای تصادفی پرداخته می‏ شود. در بسیاری موارد عملی با محموله‏ هایی سروکار داریم که بر مبنای دینامیک ذاتی خود یا برهمکنش با محیط قادر به تولید نیروهای نوسانی با دامنه و فرکانس تصادفی هستند که این موضوع می ‏تواند به شدت دینامیک سامانه حامل را تحت تاثیر قرار دهد. نوآوری پژوهش حاضر، درنظرگیری این نیروها و نمایش تاثیر آنها بر دینامیک چهارپره است. همچنین جهت انطباق بهتر مدل با سامانه واقعی، فرض می ‏شود که نقطه اتصال کابل منطبق بر مرکز ثقل پرنده نبوده و اینرسی کابل در فرایند مدلسازی در نظر گرفته می‏ شود. در این راستا، معادلات حرکت سامانه بر مبنای هر دو روش اولر-لاگرانژ و نیوتن-اولر استخراج خواهند گردید. پس از دستیابی به معادلات حرکت، صحت مدل دینامیکی در سه مرحله مورد بررسی قرار می‏ گیرد. در گام نخست با انجام شبیه‏ سازی، اعتبار مدل غیرخطی مورد سنجش قرار گرفته و تحلیل دینامیکی صورت می‏ پذیرد.  در گام بعد با ارزیابی ساختار مدل، نشان داده می ‏شود که معادلات حرکت برخی ویژگی‏ های ساختاری یک مدل دینامیکی مطلوب را برآورده می ‏نماید. سپس، با برابر صفر قرار دادن برخی پارامترها و متغیرها، نشان داده می‏ شود که مدل‏ های ساده‏ تر ارایه شده در برخی مراجع را می ‏توان از مدل جامع مذکور بدست آورد. در آخر به بحث و نتیجه‏ گیری حاصل از کار پرداخته خواهد شد.

    کلیدواژگان: مدلسازی دینامیکی، شبیه سازی، چهارپره حامل، محموله آویزان به کابل، نیروهای تصادفی
  • فرید آزادی، امیرحسین بهروش، داود اکبری*، کاوه هدایتی صفحات 441-449

    در این مقاله، تاثیر حضور الیاف در نمونه های تقویت شده با الیاف پیوسته در فرآیند لایه نشانی مذاب، بر میزان تنش و کرنش های پسماند ایجاد شده در حین فرآیند لایه نشانی مذاب بررسی شده است. یکی از مهمترین مسایل در فرآیند FDM اعوجاج قطعات تولیدی در حین پرینت می باشد. اعوجاج ایجاد شده عمدتا به دلیل سیکل های سریع گرم شدن و خنک شدن ماده بوده که منجر به ایجاد تنش پسماند در نمونه می شود. هدف اصلی این تحقیق اندازه گیری میزان کرنش پسماند آزاد شده در اثر تنش پسماند موجود در نمونه های تقویت نشده و تقویت شده پلی لاکتیک اسید با الیاف پیوسته به کمک روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال و سوراخکاری می باشد. روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال از روش های نوری غیر تماسی و نوین جهت اندازه گیری جابجایی ها، تشخیص عیوب و بررسی خواص قطعات می باشد. طبق نتایج بدست آمده وجود الیاف پیوسته در نمونه ها موجب ایجاد تنشهای پسماند و کرنشهای باقیمانده در قطعات خواهد شدکه ببیشینه میزان کرنش ایجاد شده در نمونه تقویت شده با الیاف در راستای x و y به ترتیب برابر با 1.09 و 0.34 درصد بوده است. نتایج نشان می دهند که کرنش های آزاد شده در نمونه تقویت شده در تمامی مراحل سوراخ کاری بیشتر از نمونه تقویت نشده بوده است. لذا وجود الیاف پیوسته موجب افزایش تنشهای باقیمانده و در نتیجه ایجاد اعوجاجات بعدی در تولید نمونه های تولید شده با روش لایه نشانی مذاب خواهد شد.

    کلیدواژگان: برهمنگاری تصاویر دیجیتال، الیاف ممتد، لایه نشانی مذاب
  • سامان خلیل پور آذری* صفحات 451-460

    های اولیه ریزساختار مواد بر روی نتایج حاصل از فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک تاثیر به سزایی دارد. در این تحقیق اثر ریزساختار درشت و ریز دانه بر مقادیر میکروسختی و کیفیت سطح در فرآیند جلاکاری غلتکی بررسی شده است. به منظور تسهیل مقایسه نتایج، پارامترهای ورودی شامل اندازه قطعه کارها، سرعت، پیشروی، عمق نفوذ، تعداد پاس و ابزار جلاکاری در تمام آزمایشات به صورت یکسان انتخاب شد. نتایج نشان می دهد که میزان زبری میانگین سطح قبل از تخریب آن، در ریزساختار درشت دانه بیش از حالت ریزدانه شده کاهش یافته و عمق نفوذ نهایی ابزار نیز در ریزساختار درشت دانه بیش از ریزدانه است که بیانگر شکل پذیری مناسب آن می باشد. با افزایش تعداد پاس ها در فرآیند جلاکاری غلتکی، میزان سختی سطح ریزساختار درشت دانه و ریزدانه نیز به تدریج افزایش یافته است و در تمام موارد میکروسختی ریزساختار ریزدانه بیشتر از درشت دانه است. اندازه گیری سختی زیرلایه در فرآیند جلاکاری غلتکی نیز نشان می دهد که میکروسختی در ریزساختار درشت دانه نسبت به ریز دانه تا عمق بیشتری افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: جلاکاری غلتکی، میکروساختار، میکروسختی، کیفیت سطح
  • سید جاوید زکوی*، اسماعیل بخشی پور صفحات 461-471

    در این مقاله، با استفاده از مدل سختی سینماتیکی شابوش به همراه قانون سخت شوندگی ایزوتروپیک به بررسی تاثیر دما و ممان های خمشی در میزان رفتار انباشتگی کرنشی لوله سه راهی از جنس فولاد کربنی ساده پرداخته می شود. لوله های سه راهی تحت فشار و دمای داخلی ثابت همراه با ممان دینامیکی سیکلی داخل صفحه متاثر از پنج دمای 20، 50، 100، 150 و 200 درجه سانتی گراد می باشند. نتایج عددی به دست آمده بر روی نمونه های مورد آزمون نشانگر این است که حداکثر مقدار کرنش پیش رونده در نزدیکی محل اتصال سه راهی در جهت محیطی اتفاق می افتد. کرنش های پیش رونده به وجود آمده، اکثرا ناشی از ممان های دینامیکی و دماهای بالا می باشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در هر سه نمونه موجود، میزان کرنش های پیش رونده با افزایش اندازه ممان دینامیکی و دما، افزایش می یابد. با افزایش نسبت قطر به ضخامت در لوله های سه راهی، شروع کرنش های پیش رونده محیطی در نسبت های ممان کم اتفاق می افتد. در کل می توان نتیجه گرفت که نرخ کرنش های پیش رونده در ابتدا زیاد بوده و با افزایش سیکل های بارگذاری، این نرخ به علت غالب بودن پدیده سخت شوندگی کرنش کاهش پیدا می کند. البته افزایش کرنش های پیش رونده در دما های بالا شامل کرنش خزشی به علت بالا رفتن دما و عمدتا کرنش پلاستیکی انباشته به علت پلاستیک سیکلی در اثر ممان های دینامیکی می باشد.

    کلیدواژگان: لوله های سه راهی، انباشتگی کرنشی، خزش، مدل سختی ترکیبی، ممان دینامیکی
  • مجید آقایاری*، صادق تابع جماعت صفحات 473-483

    در طراحی محفظه احتراق، پارامترهای مختلفی مدنظر باید قرار بگیرد. از جمله این پارامترها می توان به توزیع دمای یکنواخت در خروجی محفظه، کنترل پایداری شعله، آلایندگی کمتر، بازده بیشتر احتراق، دمای دیواره کمتر و افت فشار کمتر در محفظه اشاره کرد. با توجه به شرایط پیچیده حاکم بر جریان در محفظه احتراق بعلت اثرات متعدد توربولانس و اختلاط جریان ها و همچنین رفتار شعله های آشفته، پیش بینی عملکرد این گونه محفظه ها امری بسیار پیچیده می باشد. در این مقاله، سعی شده است محفظه احتراق میکروتوربین دانشگاه صنعتی امیرکبیر به لحاظ چرخاننده بررسی شده و بهینه گردد. متغیرهای این بهینه سازی تعداد، ضخامت و زایه پره ها و توابع هدف کاهش مقدار CO، NOx، هیدروکربن نسوخته و افزایش دمای خروجی در نظر گرفته شد. این کار به کمک روش عددی انجام و در نهایت چرخاننده انتخاب شده در روش عددی، در روش تجربی تست گردید. با توجه به مطالعات انجام شده، در نهایت چرخاننده با زاویه 60 درجه، تعداد 12 پره و ضخامت 75/0 میلی متر به عنوان گزینه نهایی انتخاب شد. در نتایج نهایی، مقدار آلایندگی CO به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرد. البته دمای خروجی و ضریب یکنواختی دمای خروجی و هیدروکربن نسوخته در گزینه نهایی کمتر شد. با این حال یکنواختی دما داخل محفظه بیشتر شد.

    کلیدواژگان: محفظه احتراق، چرخاننده، آلایندگی، دما، بهینه سازی
  • مازیار خادمی، حسن مسلمی نایینی*، محمدجواد میرنیا صفحات 485-496

    در این مقاله، توسط معیار شکست GTN و تاثیر تکامل آن، دقت پیش بینی شکست مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی حالت های تنش، سه آزمون کالیبراسیون کشش تک محوری، کشش برشی و کشش کرنش صفحه ای برای کالیبراسیون معیار شکست و همچنین تعیین دقت معیار در پیش بینی شکست به کار گرفته شدند. برای مدل سازی رفتار شکست در آلومینیوم 6T-6061، معیار شکست نرم GTN توسعه یافته، از طریق روش ترکیبی تجربی-شبیه سازی کالیبره شد. نرم افزار اجزای محدود آباکوس به منظور شبیه سازی فرایند استفاده شد و معیارهای شکست توسط زیر برنامه VUMAT به این نرم افزار اضافه شدند. مقادیر نیرو-جابجایی و طول کورس شکست در آزمون های تجربی، به منظور صحت سنجی نتایج عددی و بررسی دقت معیار مورد استفاده قرار گرفت. مطابق با نتایج، کالیبراسیون با استفاده از آزمون کشش تک محوری و کشش برشی، شکست را به طور میانگین با خطای 6/17 درصد پیش بینی می کند درحالی که معیار اصلی GTN قادر به پیش بینی شکست در آزمون کشش برشی نمی باشد و میزان خطا در رابطه با آزمون کشش کرنش صفحه ای به 24 درصد می رسد. به منظور بررسی رفتار شکست آلومینیوم 6T-6061 و صحت سنجی معیار کالیبره شده در فرایند پیچیده تر و غیر از آزمون های کشش، آزمون خم کاری U شکل انجام شد. مشخص شد که معیار GTN توسعه یافته می تواند شروع شکست را در فرآیند خم کاری U شکل با خطای 3 درصد پیش بینی کند.

    کلیدواژگان: شکست، معیارهای GTN، پارامتر سه محوری تنش، خم کاری، آزمون های کالیبراسیون
|
  • Mirshams Baha, Fariborz Saghafi* Pages 429-439

    This paper focuses on 3-D dynamic modeling of a transport quadrotor with cable in the presence of load generating stochastic forces. In many practical cases, we are dealing with payloads that generate oscillating forces with random amplitude and frequency by their inherent dynamics or interacting with the environment. These forces can greatly affect the dynamics of the transport system. The innovation of the present study is to consider these forces and show their impact on quadrotor’s dynamics. Furthermore, in order to make the model more compatible with the real system, it is assumed that the connection point of cable and quadrotor is not located on the center of gravity of flying vehicle and the cable's inertia is considered in the modeling process. To this end, the systems’ equations of motion are derived based on both Euler-Lagrange and Newton-Euler methods. After obtaining equations of motion, the verification of the model is investigated in three steps. In the first step, by performing simulation, the validity of the nonlinear model is investigated and dynamical analysis is expressed. In the next step, by evaluating the structure of the model, it is shown that the equations of motion satisfy some structural features of a desirable dynamic model. Then, by setting some parameters and variables to zero, it is shown that simpler models provided in some references can be achieved from this comprehensive model. At the end, the conclusion of this work is presented.

    Keywords: Dynamic Modeling, Simulation, Transport Quadrotor, Cable-Suspended Payload, Stochastic Forces
  • Farid Azadi, AmirHosein Behravesh, Davood Akbari*, Seyyed Kaveh Hedayati Pages 441-449

    In this study, the effect of fiber presence in continuous fiber reinforced Fused Deposition Modeling samples (FDM) on the stress and residual strain created during the process was investigated. The FDM process has become one of the most widely used Additive Manufacturing methods for layered prototypes from a three-dimensional model. One of the most important issues in this process is the distortion of parts produced during printing. The distortion created is mainly due to the rapid cycles of melting and solidification of the material, which produce residual stresses in the sample. The main objective of this study was to measure the residual strain rate of residual stress in unreinforced and reinforced PLA samples with continuous fiber using digital image correlation and hole drilling technique. Digital imaging is one of the novel non-contact optical methods for measuring displacements, detecting defects and investigating the properties of components. Among the various optical methods, digital image correlation is superior to other optical methods due to its low cost, high speed and no need for phase analysis. According to the results, the maximum strain in the fiber reinforced specimen in the x and y directions was 1.09 and 0.34%, respectively. The strains released in the reinforced specimen were higher than other specimen at all stages of drilling.

    Keywords: Digital Image Correlation, Continuous fibers, Fused Deposition Modeling
  • Saman Khalilpourazary* Pages 451-460

    The microstructure characteristics of the material have a significant effect on the results of plastic deformation processes. In this research, the effect of the coarse and fine-grained microstructure on the microhardness and surface quality in the roller burnishing process has been scrutinized. To facilitate comparison of the results, the input parameters including the size of the workpieces, speed, feed rate, the number of passes, the penetration depth, and burnishing tool were selected the same in all experiments. The results revealed that before the surface devastation, the arithmetic average of surface roughness of the coarse-grained microstructure decreased more than the fine-grained microstructure. Moreover, the penetration depth of the burnishing tool in the coarse-grained microstructure is more than the fine-grained, which indicates its proper ductility. With increasing the number of passes in the roller burnishing process, the surface microhardness of coarse and fine-grained microstructures has gradually increased and in all cases, the microhardness of the fine-grained microstructure is higher than the coarse-grained microstructure. Measurement of sub-surface hardness values shows that the microhardness in coarse-grained microstructure has increased to a greater depth than the fine-grained structure.

    Keywords: Roller burnishing, Microstructure, Microhardness, Surface quality
  • Maryam Zakavi*, Esmaeil Bakhshipour Pages 461-471

    In this paper, by using the Chaboche kinematic hardening model with the isotropic hardening law, the effect of temperature and bending moments is investigated on the strain accumulation behavior of carbon steel piping branch. Carbon steel branch junctions under internal pressure and temperature with dynamic bending moment are tested at five temperatures of 20, 50, 100, 150 and 200 ° C. The results obtained by numerical analysis show that the highest amount of ratcheting occurred near the branch junctions in the circumferential direction. The strain ratcheting occurred mainly because of dynamic moments and high temperatures. The results show that in all three samples, the amount of strain ratcheting increases with increasing of dynamic moment level and temperature. With increasing of the ratio of diameter to thickness in branch junctions, the onset of strain accumulation occurs at low moment levels. It can be concluded that initially, the rate of strain ratcheting is high and with the increase of loading cycles, this rate decreased due to the strain hardening phenomenon. The increase of strain ratcheting at high temperatures is due creep strain because of high temperature and mainly accumulated plastic strain under dynamic bending moments because of cyclic plasticity.

    Keywords: Piping branch, strain accumulation, Creep, Combined hardening model, Dynamic moment
  • Majid Aghayari*, Sadegh Tabejamaat Pages 473-483

    In the design of the combustion chamber, various parameters should be considered. These parameters include uniform temperature distribution at the outlet of the chamber, more flame stability, lower pollution, higher combustion efficiency, lower wall temperature, and lower pressure drop in the chamber. Regarding to the complex condition of the flow in the combustion chamber due to the various effects of turbulence and mixing of flows as well as the behavior of turbulent flames, predicting the performance of flow in the combustion chambers is very complicated. In this paper, it is tried to study and optimize the combustion chamber of Amirkabir University of Technology in terms of swirler. It is done by using the numerical method and finally the selected swirler in the numerical method is tested in the experimental setup to investigate optimization method .According to the studies, swirler with an angle of 60 degrees, 12 blades, and a thickness of 0.75 mm is selected as the final case. In the experimental results, the amount of CO pollution has significantly reduced. The output temperature, the pattern factor and unburned hydrocarbon have reduced in the final case. However, the temperature uniformity inside the chamber has increased.

    Keywords: Combustion chamber, Swirler, Pollution, Temperature, Optimization
  • Maziar Khademi, Hassan Moslemi Naeini*, MohammadJavad Mirnia Pages 485-496

    In this paper, fracture prediction accuracy was evaluated by the GTN ductile fracture criterion and the effect of its evolution. To investigate the stress states, three calibration tests, including uniaxial tension, plane strain tension, and In-plane shear tension, were used to calibrate the failure criterion and determine the accuracy of fracture prediction. For simulation of the fracture behavior in Aluminum 6061-T6, the GTN ductile fracture criterion was calibrated using the combined experimental-simulation method. ABAQUS software was used to simulate the forming process, and fracture criteria were implemented to the software by the VUMAT subroutine. The force-displacement values and the fracture displacement in the experimental tests were used to validate the numerical results and evaluate the fracture criterion accuracy. According to the results, calibration using uniaxial tension and In-plane shear tension tests predicts failure with an average error of 6.17%. While the original GTN criterion cannot predict the fracture of the In-plane shear tension test, the error value in the plane strain tension test reaches 24%. A U- bending test was performed to investigate the fracture behavior of Aluminium 6061-T6 sheets and validate the calibrated fracture criterion in a more complex process other than tension tests. The Extended GTN criterion was found to predict the onset of fracture in the U-bending process with an error of 3%.

    Keywords: Fracture, GTN Criteria, Stress Triaxiality, Bending, Calibration Test