فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال هجدهم شماره 1 (پیاپی 67، بهار 1401)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال هجدهم شماره 1 (پیاپی 67، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/15
  • تعداد عناوین: 12
|
  • احمد مامندی*، بهزاد رئوفی صفحات 1-19
    در این پژوهش، به کمک نرم افزار المان محدود ANSYS تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر خستگی باقی مانده پره ترک دار ردیف 16 بخش کمپرسور توربین گاز V94.2 تحت تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از دوران، توزیع فشار و دما در بار 100 درصد در حالت پایا مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا، با مدل سازی تقارن محوری قطاع مجموعه دیسک و پره با نسبت 1 به 79، اعمال بارگذاری های ترمومکانیکی، شرایط مرزی و شرایط اولیه مکان هایی از پره که دارای تنش های بالایی هستند شناسایی شده اند. سپس، با مدل سازی ترک با ابعاد مختلف در دو ناحیه بر روی ایرفویل پره کمپرسور به کمک نرم افزار ANSYS ضرایب شدت تنش برای ترک ها به دست می آیند. همچنین، با استفاده رابطه پاریس و استخراج نمودار نرخ رشد ترک برحسب ضریب شدت تنش، عمر باقیمانده در رشد ترک خستگی برای ترک هایی با ابعاد مشخص در این دو ناحیه تخمین زده می شوند. در پایان، با انجام تحلیل مودال فرکانس های کاری پره به دست آمده و با استخراج دیاگرام کمپل، فرکانس تداخل ارتعاشی پره نیز به دست آمده است. نتایج نشان دهنده آن است که برای دو ناحیه ترک اول و دوم بر روی سطح فشاری با افزایش فاصله از ریشه پره کمپرسور عمر باقی مانده پره ترک دار افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، پره ترک دار کمپرسور، تخمین عمر خستگی، مکانیک شکست، تحلیل مودال
  • ابراهیم محمودپور*، علی پارسا، محمد پارسا صفحات 21-40

    در این مقاله روش مقیاس های چندگانه برای حل معادلات ارتعاشات آزاد و اجباری غیرخطی نانولوله های فلکسوالکتریک حامل سیال لزج، تحت میدان دمایی واقع بر روی فونداسیون الاستیک غیرخطی با استفاده از تیوری گرادیان کرنش غیرموضعی ارایه شده است. با فرض تیوری تیر اولر- برنولی با تکیه گاه ساده و هندسه غیرخطی ون کارمن، معادله دیفرانسیل حاکم بر ارتعاشات غیرخطی استخراج شده است. یک ولتاژ الکتریکی به سطح بالای نانولوله اعمال می شود که شرایط میدان الکتریکی مدار بسته را ایجاد می کند. در پایان، اثر پارامترهای مختلف مانند تغییرات دما، ولتاژ الکتریکی و... بر روی قسمت های حقیقی و موهومی فرکانس های طبیعی بررسی شده است. همچنین، اثر ضریب فلکسوالکتریک بر رزنانس اولیه، زیرهارمونیک و فوق هارمونیک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که ضریب فلکسوالکتریک باعث می شود که در رزنانس اولیه و فوق هارمونیک، در ابتدا سیستم رفتار سخت شونده از خود نشان می دهد و پدیده پرش کاملا مشخص است. اما با افزایش آن،  سیستم رفتار نرم شونده از خود نشان می دهد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد و اجباری غیرخطی، نانولوله فلکسوالکتریک حامل سیال، میدان دمایی
  • علی شهرجردی*، علی صفری فرد صفحات 41-53
    عملکرد صحیح سیستم ترمز در تمام شرایط رانندگی، در حفظ جان سرنشینان خودرو بسیار موثر است. یکی از سیستم های ترمز اصطکاکی، سیستم ترمز دیسک و پد است. در این تحقیق با استفاده از دیسک و پد FGM، بهبود در انتقال حرارت و خواص گرمایی سیستم ترمز  بررسی و  یک مدل سه بعدی تحلیلی برای تعیین توزیع دمای تماس بر روی سطح کاری ترمز در نظر گرفته شده است. با در نظر گرفتن اثرات پد به عنوان منبع گرمایی، از روش المان محدود برای مشخص کردن حوزه دمایی دیسک با شرایط مرزی حرارتی مناسب استفاده می شود. خصوصیات مادی اجزای تشکیل دهنده دیسک و پد ترمز با پیروی از قانون توزیع توانی در راستای ضخامت تغییر می کنند و تاثیر خواص دیسک و پد بر نتایج تحلیل حرارتی موردبررسی قرار می گیرد. همان گونه که در این پژوهش مشخص شده، با انتخاب ساختار FGM یک بار برای دیسک به تنهایی و یک بار برای دیسک و پد با لایه هایی از جنس های مشخص شده، می توان سرعت انتقال حرارت را افزایش و  آسیب های حرارتی را کاهش داد. دمای بیشینه در ساختار FGM  مقدار 324 درجه سانتی گراد می باشد، درحالی که در تحقیقات گذشته این مقدار 279 درجه سانتی گراد بود و شیب کاهش دما در ساختار FGM نسبت به ساختار غیر FGM بیشتر است که این موضوع نشان دهنده توانایی ساختار FGM در بهبود انتقال حرارت ناشی از ترمزگیری می باشد.
    کلیدواژگان: دیسک، پد، انتقال حرارت، FGM
  • محسن رستمی، امیرحمزه فرج الهی*، مرتضی قنبری، علی اصغر نادری صفحات 55-76

    در این مقاله، یک مبدل حرارتی پوسته و لوله که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف استفاده می‏شود، به صورت سه‏بعدی شبیه‏سازی شده است. این مبدل متشکل از یک پوسته است که 90 عدد لوله به صورت U شکل درون آن قرار دارد. برای انتقال حرارت بیشتر یک بار لوله ها بدون پره و بار دیگر همراه با پره که به صورت طولی و یکپارچه با بدنه لوله تولید می‏شوند، شبیه سازی و مقایسه شدند. سیال جاری در پوسته، روغن MIL-PRF 23699 و سیال جاری در لوله‏ها، سوخت JP-4 است. این دو سیال در مسیرهای جداگانه‏ و مخالف هم جریان دارند و از طریق تماس با سطح لوله‏ها، با همدیگر تبادل حرارت انجام می‏دهند. با استفاده از نرم افزار Aspen طراحی به گونه ای انجام شده که مبدل حرارتی طول و وزن کمتری داشته باشد تا تاثیر بهتر و بالاتری در راندمان بالگرد داشته باشد. به منظور بررسی اثر هندسه لوله‏ها و دبی جرمی روغن بر میزان انتقال حرارت بین سوخت و روغن، شبیه‏سازی در برنامه  ANSYS Fluent انجام شده است. در این شبیه‏سازی‏، بخشی از کل مبدل حرارتی به عنوان هندسه انتخاب شده و اثر تغییر هندسه لوله‏ها، دبی جرمی سوخت و روغن بر ضریب انتقال حرارت، ضریب کولبرن، ضریب اصطکاک و نسبت آن ها و تغییرات دمای خروجی بررسی شده است. نتایج حاصل از این شبیه‏سازی نشان می‏دهد که نرخ انتقال حرارت بین سوخت و روغن برای مبدل حرارتی با لوله‏های پره‏دار، حدود 11 درصد بیشتر از حالت بدون پره است. همچنین کاهش دبی جرمی روغن واردشده به پوسته موجب افزایش بازدهی مبدل حرارتی می‏شود.

    کلیدواژگان: مبدل حرارتی پوسته و لوله، ضریب کولبرن، انتقال حرارت، لوله پره&rlm، دار، ضریب اصطکاک
  • علی اکبر صادقی، احمدرضا ولی*، علی خاکی صدیق صفحات 77-90

    ردیابی اهداف هوایی برای برخی از مسیرها توسط سکوهای دو درجه آزادی معمول، مستلزم تولید سرعت و شتاب های بسیار بالا است که از آن به عنوان تکینگی یاد می گردد. برای رفع این مشکل یک سکوی سه درجه آزادی که دارای یک درجه افزونگی است، پیشنهاد می شود. ایجاد افزونگی در این سکو، علاوه بر افزایش مانورپذیری و بهبود عملکرد ردیابی، امکان عبور از نقاط تکین معمول در ساختارهای دو درجه آزادی را بدون نیاز به تولید سرعت و شتاب های بالا در محورهای حرکتی سکو ممکن می کند. چالشی که سکوی سه درجه آزادی پیشنهادی با آن روبرو است، عدم وجود جواب یکتا برای حل مسیله سینماتیک معکوس این سکو است. در این مقاله برای رفع چالش سینماتیک معکوس سکوی سه درجه آزادی دارای افزونگی، دو روش مبتنی بر کمینه سازی سرعت و شتاب محورهای حرکتی سکو پیشنهاد و با روش مرسوم شبه معکوس ژاکوبی مقایسه شده اند. در روش کمینه سازی سرعت، تابع هزینه مناسبی متشکل از خطای ردیابی و سرعت محورها به کار گرفته شده است. در روش کمینه سازی شتاب نیز تابع هزینه ای متشکل از شتاب و سرعت زاویه ای محورها به کار می رود. برای مقایسه این سه روش از چهار معیار انتگرال قدر مطلق دامنه، انتگرال مربع دامنه، انتگرال قدر مطلق دامنه با وزن دهی زمانی و انتگرال مربع دامنه با وزن دهی زمانی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی، برتری روش کمینه سازی شتاب در مقایسه با دو روش دیگر را بر اساس این معیارها نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سکوی ردیاب سه درجه آزادی، افزونگی، تکینگی، سینماتیک معکوس، کمینه سازی شتاب
  • محمدرضا الهامی*، حسین آذریون، خداداد واحدی صفحات 91-104

    در این پژوهش، به بررسی افت انتقال صوت در یک پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصله های پیزوالکتریک با استفاده از نظریه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پرداخته شده است. همچنین فرض شده است که پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیبی از سرامیک و فلز باشد و به وسیله مدل تابع توانی، خواص مواد در جهت ضخامت آن متغیر در نظر گرفته شده است. قابل ذکر است که از وصله های پیزوالکتریک در بیرون و داخل پوسته به عنوان عملگر و سنسور استفاده شده است. کل سازه در یک محیط آکوستیکی حاوی هوا غوطه ور است و تحت برخورد امواج آکوستیکی با زاویه برخورد مشخص قرار گرفته است. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوسته ها، اصل همیلتون و شرایط مرزی سیال/سازه استخراج شده اند. با استفاده از سری فوریه، فشار های صوت برخوردی، برگشتی و خروجی و جابجایی های پوسته، معادلات دینامیکی گسسته سازی شده و به فرم ماتریس حالت ارایه شده اند. بعد از اعتبارسنجی نتایج، نهایتا اثرات ولتاژ اعمالی از طرف وصله های پیزوالکتریک، درصد مواد مدرج تابعی، تعداد وصله های پیزوالکتریک، زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان داد که با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی افت انتقال صوت در محدوده فرکانس پایین کاهش می یابد. همچنین ولتاژ اعمالی قادر به بهبود افت انتقال صوت در سازه خصوصا در نواحی فرکانس بالا بوده است.

    کلیدواژگان: افت انتقال صوت، پوسته های استوانه ای، مواد مدرج تابعی، پیزوالکتریک، تئوری میدان برشی مرتبه اول
  • ایرج رضایی، علی صادقی* صفحات 105-122
    در این تحقیق، رفتار ارتعاشی میکروتیر وی شکل میکروسکوپ نیروی اتمی با در نظر گرفتن نانوالیاف پلی وینیل الکل با داربست ها و غلظت های مختلف به عنوان نمونه نرم بررسی شده است. با توجه به اهمیت نانوفیبرهای پلی وینیل الکل و کاربرد آن ها در علوم پزشکی و صنعت، انجام تحقیقی مستقل در مورد رفتار مکانیکی و ارتعاشی نانوالیاف پلی وینیل الکل، لازم به نظر می رسد. پس از ساخت نانوالیاف پلی وینیل الکل با ساختارها و غلظت های مختلف، مدول کشسانی و نیروی چسبندگی آن ها برای هر دو مد نفوذی و بازگشتی میکروسکوپ به دست آمده است. برای بررسی خواص مکانیکی نانوالیاف پلی وینیل الکل با ساختارهای متفاوت، از میکروسکوپ نیروی اتمی جی پی کی مدل نانوویزارد 2 به همراه نرم افزار تخصصی آن با ویرایش 96/0/5 استفاده شده است. طبق نتایج، با افزایش غلظت پلی وینیل الکل همانند مد نفوذی میکروسکوپ، مدول کشسانی افزایش یافته، اما چسبندگی کاهش می یابد. برای بررسی رفتار-ارتعاشی میکروتیر از مدل تیر تیموشنکو استفاده شده است. در تحقیق حاضر برای نخستین بار با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، مدول کشسانی نانوالیاف پلی وینیل الکل با داربست ها و غلظت های مختلف، تعیین شده و سپس رفتار ارتعاشی میکروتیر وی شکل میکروسکوپ نیروی اتمی با توجه به پلی وینیل الکل به عنوان نمونه نرم با روش اجزای محدود و با استفاده از تیوری برخورد دی ام تی و همچنین روش تجربی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش مدول کشسانی، نمونه فرکانس تشدید و اندازه پاسخ فرکانسی در جهت جابه جایی عمودی افزایش می یابند. در نهایت، نتایج مدل سازی عددی با نتایج عملی ناشی از آزمایش، مقایسه شده که همگرایی خوبی را بین آن ها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروتیر وی شکل، پلی وینیل الکل، نظریه تیر تیموشنکو، مدول کشسانی
  • محمدرضا نجفی، سعید محجوب مقدس*، علی رحیمی صفحات 123-136
    از سیستم سورتمه به منظور آزمایش سازه های ضد نفوذ، آزمون پرش صندلی خلبان و تجهیزات فضایی استفاده می شود که فناوری آن در اختیار تعداد اندکی از کشورهای پیشرفته است. در این پژوهش، تحلیل دینامیکی نیروهای وارد بر یک نمونه از این سیستم، موردبررسی قرار گرفته است. نیروهای موثر وارد بر سورتمه شامل نیروی پیشرانه، نیروی پسا و برآ و نیروی اصطکاک است که همگی متغیر می باشند. به منظور به دست آوردن نیروی پیشرانه با توجه به مشخصات عملکردی و هندسی سورتمه طراحی شده، اقدام به طراحی گرین موتور سورتمه جهت رسیدن به سرعت 0/85 ماخ در مدت یک ثانیه شده است. پس از استخراج معادلات حاکم جهت به دست آوردن نیروی پیشرانه، با استفاده از برنامه نویسی، تغییرات نیروی پیشرانه در طول زمان سوزش به دست آورده شده و فرموله می شود. در مرحله بعد برای به دست آوردن نیروهای برآ و پسا از شبیه سازی عددی استفاده شده و پس از صحت سنجی روش عددی با پژوهشی تجربی، مقادیر نیروی پسا و برآ در سرعت های مختلف استخراج و فرموله می گردد. در ادامه با توجه به تغییرات جرم سورتمه در مدت سوزش، نیروی اصطکاک بین ریل و کفشک سورتمه به دست آورده می شود. در نهایت معادله دیفرانسیل سیستم استخراج و رفتار دینامیکی سیستم تحلیل می شود. نتایج نشان می دهد که بیشترین فشار در قسمت داخلی کفشک واردشده که در سرعت های بالا می تواند منجر به سایش و خرابی سطح ریل شده و منجر به انحراف سورتمه از مسیر ریل گردد. همچنین میزان نیروی اصطکاک در برابر سایر نیروها قابل صرف نظر است.
    کلیدواژگان: سورتمه، نیروی پسا، نیروی برآ، تحلیل دینامیکی، کفشک، نیروی پیشرانه
  • مجتبی ضیاء شمامی، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی، حسین خدارحمی صفحات 137-159
    در پژوهش حاضر، مکانیسم تغییر شکل بزرگ پلاستیک ورق های دایره ای تک و چندلایه فلزی هم جنس و غیر هم جنس با چگالی سطحی ثابت تحت بارگذاری دفعی مکرر یکنواخت موردبررسی قرارگرفته است. از سامانه پاندول بالستیک به همراه لوله استقرار خرج 200 میلی متری برای اعمال بار انفجاری به نمونه استفاده شد. 40 نمونه آزمایشی در سه لایه بندی مختلف تک، دو و سه لایه با هشت چیدمان مختلف در نظر شد. برای ایجاد شرایط بارگذاری و آزمایشی یکسان، از 10 گرم ماده منفجره پلاستیکی استفاده شد و پاسخ دینامیکی هر سازه تا 5 بار بارگذاری مکرر موردمطالعه قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی حاکی از تغییر شکل بزرگ پلاستیک همراه با نازک شدگی در مرزهای گیردار و همچنین پاره شدن برخی آزمایش ها است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش تعداد دفعات انفجار، بیشترین خیز دایمی ورق ها افزایش می یابد و با افزایش تعداد انفجارها، خیز پیش رونده ورق در مرکز آن به صورت نمایی کاهش می یابد. علاوه بر این، قرارگیری یک لایه ضخیم در جلو و پشتیبانی یک سازه با لایه نازک تر عملکرد بهتری به نمونه آزمایشی در برابر بار انفجاری مکرر می بخشد. نتیجه به دست آمده برای ساختارهای چندلایه هم جنس کاملا مطابق با نتایج ساختارهای غیر هم جنس است.
    کلیدواژگان: بارگذاری مکرر، بارگذاری دفعی، ساختار چندلایه غیر هم جنس، ورق دایره ای، خیز حداکثر
  • میرابوالفضل مختاری* صفحات 161-169
    در این پژوهش، با بهره گیری از دینامیک مولکولی اثر چسبندگی بر میزان حذف و جدا شدن مواد در طی فرایند خراش در مقیاس نانو و به روش عددی با کمک آزمون نانو خراش موردمطالعه قرارگرفته است. در این شبیه سازی، آزمون خراش با استفاده از یک سری تنظیمات مجازی بر یک زیرلایه صاف با ساختار مکعبی وجوه پر تک بلور و یک قلم خراش مخروطی با نوک کروی با عمق های خراش 0، 3، 7 و 10 آنگستروم انجام شده است. از پتانسیل کلاسیک بین اتمی لنارد-جونز برای مدل سازی و تنظیم چسبندگی بین اتم های قلم و زیرلایه استفاده شده است که این چسبندگی های در نظر گرفته شده از 5 تا 70 درصد قدرت چسبندگی بین اتمی اتم های آلومینیوم هست. با این کار اثر ماده روانکار بدون مدل سازی آن موردبررسی قرار می گیرد. باوجوداینکه بررسی تاثیر چسبندگی به طور مداوم در مطالعات گذشته صرف نظر می شده، اما مشاهده شده است که در خراش با عمق های کمتر، کار چسبان اثر قابل توجهی بر کار اصطکاک و سایش خواهد داشت. شایان ذکر است که در این مطالعه به دلیل اینکه اثر شکل پذیری اصلی ترین مکانیسم سایش بوده است، مطابق با مشاهدات تجربی کار اصطکاک و سایش باهم رابطه ای خطی دارند.
    کلیدواژگان: سایش چسبان، سایش خراشان، کار نیروی اصطکاک، کار شخم زنی، نانوخراش، دینامیک مولکولی
  • میلاد عظیمی*، ولی الله شاه بهرامی، علیرضا علیخانی صفحات 171-182

    در این مقاله به طراحی کنترل مقاوم وضعیت یک سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان در قالب یک سیستم صلب-انعطاف پذیر با استفاده از الگوریتم هیبرید مرتبه دوم مود لغزشی فراپیچشی -ترمینال غیر تکین پرداخته شده است. حدود مشخصی از اغتشاشات خارجی و نامعینی های دینامیکی در کنار دینامیک کاملا کوپل بخش های انعطاف پذیر در ساختار کنترلی درنظر گرفته شده است. معادله دینامیک صلب-انعطاف پذیر سیستم با استفاده از روش لاگرانژ استخراج و با بکارگیری روش المان محدود و فرض تیوری تیر اویلر- برنولی برای بازوی انعطاف پذیر گسسته سازی شده است. رویکرد هیبرید کنترلی به کار گرفته شده شامل بخش مود لغزشی ترمینال غیرتکین منجر به افزایش دقت های بالا در ردگیری هدف و افزایش سرعت های همگرایی شده، و بخش مود لغزشی فراپیچشی منجر به کاهش قابل ملاحظه پدیده چترینگ می شود. پایداری کلی سیستم با استفاده از تیوری لیاپانوف اثبات شده است. شبیه سازی های انجام شده با به کارگیری تیوری کنترلی پیشنهادی در قالب یک مطالعه مقایسه ای امکان انجام مانورهای زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات ناشی از تحریک بخش های انعطاف‏پذیر را با معیار چابکی، دقت و سرعت بالای همگرایی نمایش داده و با کاهش پدیده چترینگ، عملکرد سیستم را از منظر تحریک مودهای فرکانس بالا افزایش داده است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات، ترمینال غیرتکین، چترینگ، سازه چرخان، کنترل مود لغزشی، فراپیچشی
  • مهدی خاک پور، یوسف بازرگان لاری*، پرهام زاهدی نژاد، محمدجواد کاظم زاده پارسی صفحات 183-199

    در این مقاله ارتعاشات آزاد تیرهای متخلخل تابعی مدرج با شرایط مرزی ساده، روی بستر الاستیک در محیط حرارتی با استفاده از تیوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم ردی، موردمطالعه قرار گرفت. خواص مواد به دما وابسته بوده و به طور پیوسته در جهت ضخامت تیر و بر اساس مدل توانی توزیع کسر حجمی مواد تشکیل دهنده تغییر می کند. توزیع تخلخل یکنواخت در سطح مقطع موردبررسی قرار می گیرد. اصل همیلتون برای به دست آوردن معادلات حاکم بر حرکت به کار گرفته شد. به منظور گسسته سازی این معادلات، روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته استفاده شده است. در اینجا اثر پارامترهای مختلف از قبیل نوع میدان حرارتی، مقدار اختلاف دما، شاخص قانون توانی، کسر حجمی تخلخل، نسبت لاغری و پارامترهای بستر الاستیک روی فرکانس های طبیعی تیر متخلخل تابعی مدرج و برای شرایط تکیه گاهی ساده، موردمطالعه قرار گرفت. نتایج علاوه برنشان دادن این تاثیرات بر رفتار ترمومکانیکی تیر، صحت روش عددی مورداستفاده را نیز تایید می نماید.

    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، تیرهای متخلخل تابعی مدرج، محیط حرارتی، بستر الاستیک، روش مربعات دیفرانسیلی
|
  • Ahmad Mamandi *, Behzad Raoofi Pages 1-19
    In this research, the fracture mechanics analysis for the 16th stage of a V94.2 gas turbine compressor blade under mechanical and thermal stresses due to rotation, pressure and temperature distributions in the full load steady state condition is studied using ANSYS finite element software. Modelling asymmetric sector of a balde-disk assembly with a ratio of 1 to 79, applying thermomechanical loading, boundary conditions and initial conditions, locations with high stress levels on the blade airfoil are recognized. Then, using ANSYS software to model some cracks with different sizes in two specified locations on the airfoil, the stress intensity factors are calculated. Moreover, by applying Paris relation, crack growth rate with respect to the stress intensity factors are drawn to estimate remaining life in the fatigue crack growth for the cracks with initial dimensions in these two locations. Finally, doing modal analysis, the operating frequencies of the blade are calculated and the Kampbell diagram, the interacting frequencies for the blade are also specified. The obtained results show that for these two cracks locations on the pressure side of the blade airfoil, by increasing the distance along the root of the compressor blade, the remaining life of the cracked compressor blade increases, accordingly.
    Keywords: Gas Turbine, Compressor cracked blade, Fatigue life estimation, Fracture Mechanics, Modal Analysis
  • Ebrahim Mahmoudpour *, Ali Parsa, Mohammad Parsa Pages 21-40

    In this article, the method of multiple scales is presented for solving nonlinear free and forced vibration equations of flexoelectric nanotube conveying viscous fluid under a temperature field located on a nonlinear elastic foundation using nonlocal strain gradient theory. By assuming simple Euler-Bernoulli beam theory and the nonlinear geometry of Van Carmen, the differential equation governing nonlinear vibrations was derived. An electrical voltage was applied to the upper surface of the nanotube, which created the electric field conditions of the closed circuit. Finally, the effect of different parameters such as temperature changes, electrical voltage, etc. on the real and imaginary parts of natural frequencies was investigated. Also, the effect of flexoelectric coefficient on primary, subharmonic and super harmonic resonance was investigated. The results show that the flexoelectric coefficient at the primary and super harmonic resonance initially causes the hardening behavior in the system and the jump phenomenon is quite clear; But as it increases, the system shows softening behavior.

    Keywords: Nonlinear free, forced vibrations, Flexoelectric nanotube carrying fluid, Temperature Field
  • Ali Shahrjerdi *, Ali Safarifard Pages 41-53
    The accurate performance of the braking system in all driving conditions is significantly effective in saving the life of the car's occupants. The disk and pad braking system is regarded as one of the friction braking systems. Employing the FGM disks and pads, the improvement of heat transfer and thermal properties of the braking system is investigated in this research. In order to specify the contact temperature distribution on the work surface of the brake, a three-dimensional analytical model is considered. Using the FEM, the temperature range of the disk with the appropriate thermal boundary conditions is determined based on the effects of the pad as a heat source. Following the power law of distribution, the material properties of the brake disk components change within the thickness and the effect of disk and pad properties on the thermal analysis results is examined. As stated in this research, selecting FGM structure only for the disk and once for the disk and pad with layers of the specified materials, the heat transfer rate can be raised, and the heat damage can be minimized. The maximum temperature in the FGM structure is 324 °C; however, in the previous research, this value is 272 °C and the slope of the temperature reduction in the FGM structure is more significant compared to the non-FGM structure which indicates the capability of the FGM structure to improve heat transfer resulting from braking.
    Keywords: Disk, Pad, Heat Transfer, FGM
  • Mohsen Rostami, Amirhamzeh Farajollahi *, Morteza Ghanbari, Aliasgar Naderi Pages 55-76

    In this paper, a shell and tube heat exchanger used to transfer heat between two different fluids is simulated in three dimensions.This converter consists of a shell with 90 U-shaped tubes inside. For further heat transfer, the tubes were simulated and compared once without fins and again with fins, which are produced longitudinally and integrally with the tube body.The current flowing in the shell is MIL-PRF23699 oil and the flowing fluid in the tubes is JP-4fuel.These two fluids flow in separate and opposite directions and exchange heat with each other through contact with the surface of the tubes. Using Aspen software, the design is done in such a way that the heat exchanger has a shorter length and weight to have a better and higher effect on the efficiency of the helicopter.To investigate the effect of tube geometry and oil mass flow on the rate of heat transfer between fuel and oil,simulation has been performed in ANSYSFluent program.In this simulation, a part of the whole heat exchanger is selected as the geometry and the effect of changing the geometry of the tubes, mass flow of fuel and oil on the heat transfer coefficient,Colburn coefficient, coefficient of friction and their ratio, and outlet temperature changes are investigated.The results of this simulation show that the heat transfer rate between fuel and oil for a heat exchanger with finned tubes is about 11%higher than without a fin.Also, reducing the mass flow of oil entering the shell increases the efficiency of the heat exchanger.

    Keywords: _ tube heat exchanger, Colburn factor, Heat Transfer, Fin tube, Friction factor
  • Ali Akbar Sadeghi, Ahmad Reza Vali *, Ali Khakisedigh Pages 77-90

    Tracking aerial objects using conventional 2-DOF pedestals requires excessive angular acceleration and velocity in the joints for some trajectories that pass through singular points, which is referred to as singularity. In this research, a 3-DOF redundant pedestal is proposed to solve such a problem. The redundant DOF increases the maneuverability and overall performance of the pedestal and makes it possible to pass through the conventional singularities in two-degree-of-freedom structures without the need to generate high speeds and accelerations in the movement axes of the pedestal. The challenge faced by the proposed three-degree-of-freedom pedestal is the lack of a unique solution to solve the inverse kinematics problem of this pedestal. In this article, to solve the problem of inverse kinematics of the pedestal with redundant three degrees of freedom, two optimization-based algorithms regarding limited joint velocities and limited joint accelerations are proposed and compared with the conventional quasi-inverse Jacobi method. In the limited joint velocities approach, a cost function of tracking error and joint velocities is formed and minimized. In the limited joint acceleration, on the other hand, joint velocities and accelerations are the elements that form the cost function. The criteria used to compare these methods are Integral of Squared Amplitude (ISA), Integral of Absolute Amplitude (IAA), Integral of Time-weighted Absolute Amplitude (ITAA), and Integral of Time-weighted Squared Amplitude (ITSA). The simulation results show the superiority of the limited joint acceleration method compared to the other two approaches.

    Keywords: 3-DoF tracker, Redundancy, Singularity, Inverse Kinematic Problem, Acceleration optimization
  • Mohammad Reza Elhami *, Hossein Azariun, Khodadad Vahedi Pages 91-104

    In this study, sound transmission loss of a cylindrical shell made out of functionally graded materials with an arrangement of piezoelectric patches is investigated in the framework of the first-order shear deformation theory. Also, power law model is utilized to take into account material characteristics distribution along the thickness of the shell. It is noteworthy that both outer and inner piezoelectric patches are used as actuator and sensor. The structure is immersed in an acoustic medium of air and is subjected to acoustic waves with certain incident angle. The derivation of vibroacoustic equations in the form of coupled relations is realized by implementing Hamilton’s principle in conjunction with fluid/structure compatibility conditions. An analytical method is exploited to solve the coupled vibroacoustic governing equations with Fourier series. After validation study, parameter studies reveal the effects of the functionally graded index, incident angles, external electric voltage, and characteristics of piezoelectric patches on the sound transmission loss behavior of the structure in a certain frequency domain. Results indicated that with increasing the power law index, sound transmission loss decreases in the low-frequency region. Also, the applied voltage is able to improve the sound transmission loss especially in high-frequency region.

    Keywords: Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory
  • Iraj Rezaei, Ali Sadeghi * Pages 105-122
    In this study, the vibrational behavior of V shaped AFM beam by supposing poly vinyl alcohol (PVA) nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations as the soft samples has been investigated. Based on the importance of polyvinyl alcohol nanofibers and their application in medical sciences and industry, it seems necessary to consider an independent study on the vibrational behavior of atomic force microscope cantilevers considering polyvinyl alcohol nanofibers. After making of PVA nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations by electrospinning system, the elasticity modules and adhesions of the samples have been earned in extend and retraction strokes as the most important step to study the vibrational behavior of the AFM beam. By increasing the PVA concentration, the elasticity modules increases, but adhesion decreases. Appling the extend strokes increases the elasticity modules, but decrease the adhesion. For theoretical dynamic behavior of V shaped AFM beam, Timoshenko bema theory has been applied. In the present study, the elastic modulus of poly vinyl alcohol (PVA) nanofibers scaffolds with different formats and PVA concentrations has been defined using AFM, then the vibrational behavior of V shaped AFM cantilever by supposing PVA nanofibers as the soft sample has been studied. The obtained results by FEM modeling show that increasing the elasticity modules of the samples increases the resonant frequency and amplitude of FRF of vertical movement of the beam. The results by theoretical modeling has been compared with experimental method. The results show excellent agreement.
    Keywords: Atomic force microscope, V-Shaped cantilever, Poly Vinyl Alcohol, Timoshenko beam theory, Elastic modulus
  • Mohammad Reza Najafi, Saeed Mahjoub Moghadas *, Ali Rahimi Pages 123-136
    The sled system is used to test anti-penetration structures, ejection seat, and spacecraft equipment that its technology is owned by a few developed countries. In this research, the dynamic analysis of applied forces on the system has been investigated. The effective forces on the sled include propulsive force, drag force, lift force, and friction force, which are all variable. To obtain the propulsive force according to the functional and geometric specifications of the designed sled, the grain engine design has been carried out to reach 0.85 Mach in a second. After extracting the governing equations for extracting the propulsive force, the changes of the propulsive force during the combustion time were obtained and formulated. At the next step, numerical simulation is used to obtain the lift and drag forces and after validating the numerical solution with experimental research, the values of drag and lift forces at different speeds are extracted and formulated. Next, due to sled mass variations during the combustion step, the friction force between the rail and the slipper is obtained. Finally, the differential equation and dynamic behavior of the system are analyzed. The results show that amount of friction force is negligible in comparison with other forces. Also, the highest pressure is applied to the inner part of the slipper, which can lead to wear and damage of the rail surface at high speeds and lead to the sled deviating from the rail track.
    Keywords: Sled, Drag forces, Lift force, Dynamic Analysis, Slipper, Trust force
  • Mojtaba Ziya-Shamami, Hashem Babaei *, Tohid Mirzababaie Mostofi Pages 137-159
    In the current research study, the large plastic deformations of similar and dissimilar single- and multi-layered metallic plates with the same areal density under repeated uniform impulsive loading have been investigated. The ballistic pendulum along a 200 mm length standoff blast tube was used to apply the blast load on the specimen. Forty testing specimen in three different layering configurations including single-, double, and triple-layered, and eight different arrangements were considered. For the same loading and experimental condition, 10 g plastic explosive was utilized and the dynamic response of structures was studied up to five consecutive loads. The experimental results indicated large plastic global deformation with thinning happening at the clamped boundary and also tearing for some experiments. The results also represented that the maximum permanent deflections of plates were increased by the number of blast loads and the progressive deflection of the plates at the center was decreased exponentially with increasing the number of blasts. Placing a thick front layer a thin back layer gives better blast performance to the tested specimen against repeated impulsive loading. The obtained result for multi-layered configurations with the same material is completely consistent with those structures made of dissimilar layers.
    Keywords: Repeated loading, Impulsive loading, Multi-layered mixed configuration, Circular plate, Maximum displacement
  • Mir Abolfazl Mokhtari * Pages 161-169
    In this study, using Molecular Dynamics (MD) simulations, the effect of adhesion on the removal and separation of materials during the nano-scale scratching process has been studied numerically using the nano-scratching test. The virtual setup simulates the scratching of a flat substrate made of a single crystalline aluminum using a rigid conical indenter with a blunted spherical tip (radius of 20 nm) at four different scratching depths (i.e., 0, 3, 7 and 10 A) was studied. The classical Lenard-Jones interatomic potential is used to model and regulate the adhesion between the atoms of the pen and the substrate, which is 5 to 70% of the interatomic adhesion strength of aluminum atoms. This mimics the effect of the lubricant without modeling it. Although the effect of adhesion has been consistently neglected in previous studies, it has been observed that in scratches with shallower depths, the adhesive will have a significant effect on friction and wear. It is worth noting that in this study, because the effect of plasticity was the main mechanism of wear, according to experimental observations, friction and wear have a linear relationship with each other.
    Keywords: Adhesive wear, Abrasive wear, Frictional work, Ploughing work, Nano-scratching, Molecular Dynamics
  • Milad Azimi *, Valiollah Shahbahrami, Alireza Alikhani Pages 171-182

    In this paper, a robust hybrid control approach for vibration and attitude control of a flexible rotating structure as a fully coupled rigid-flexible system is investigated. Two control algorithms as a combination of second-order super twisting-nonsingular terminal sliding mode control (SMC) considering external disturbances and system uncertainties are developed. The nonlinear dynamic equation of the motion is derived via the Lagrangian approach and the finite element method. The non-singular terminal SMC leads to high accuracy in target tracking, and convergence and the super twisting part significantly reduce the chattering phenomenon. The overall stability of the system has been guaranteed using the Lyapunov theory. The simulations in the form of a comparative study (with agility, accuracy, and high convergence criteria) show the feasibility of performing large-angle maneuvers and significantly reducing the vibrations caused by the flexible parts. Moreover, by controlling the chattering phenomenon, the system performance regarding high-frequency modes excitation is increased.

    Keywords: Vibration, Nonsingular Terminal, Chattering, Rotating Structure, Sliding Mode Control, Super Twisting
  • Mahdi Khakpour, Yousef Bazargan-Lari *, Parham Zahedinejad, Mohammad- Javad Kazemzadeh-Parsi Pages 183-199

    In this paper, the free vibrations of functionally graded porous beams with simple boundary conditions on an elastic foundation in a thermal environment were studied using the theory of third-order shear deformation. The properties of the material are temperature dependent and continuously change in the direction of the thickness of the beam and according to the power law distribution of the volume fraction of the material constituents. The uniform porosity distribution at the cross section is examined. Hamilton's principle was used to obtain the governing equations of motion. In order to discretize these equations, the generalized differential quadrature method has been used. Here, the effect of various parameters such as heat field type, temperature difference, power law index, porosity volume fraction, slenderness ratio and elastic foundation parameters on the natural frequencies of a functionally graded porous beam was studied for simple boundary conditions. The results, in addition to showing these effects on the thermomechanical behavior of the beam, also confirm the accuracy of the numerical method used.

    Keywords: free vibration, Functionally Graded Porous Beams, Thermal Environment, Elastic foundation, differential quadrature method