فهرست مطالب

کارافن - سال نوزدهم شماره 57 (بهار 1401)

نشریه کارافن
سال نوزدهم شماره 57 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/31
  • تعداد عناوین: 20
|
  • سید رضا سلیم بهرامی* صفحات 13-34
    از زباله های ساختمانی به عنوان یکی از مهم ترین نگرانی های زیست محیطی در جهان می توان نام برد. این نگرانی در ایران نیز مستثنا نبوده و سالانه بیش از 20 میلیون تن مواد زاید ساختمانی در تهران تولید می شود. برای برون رفت از این اتفاق، محققان بازیافت بتن و استفاده مجدد آن در مصارف ساختمانی و غیرساختمانی را پیشنهاد می دهند. این مقاله با هدف پیش بینی مقاومت فشاری بتن 28 روزه با سنگ دانه بازیافتی با استفاده از روش ماشین های برداری پشتیبان (SVM) و رگرسیون خطی چندگانه (MLR) انجام شده است. داده های آموزش و آزمایش برای توسعه مدل SVM با استفاده از 124 مجموعه داده موجود از 11 مرجع منتشرشده، تهیه شده است. در فرایند مدل سازی، شبکه ای بهینه محسوب می شود که هم زمان با داشتن بالاترین ضریب همبستگی، کمترین میانگین مربعات خطا را نیز دارا باشد؛ از این رو ارزیابی کارایی مدل پیشنهادی، روش ماشین های برداری پشتیبان را با روش رگرسیون خطی چندگانه با استفاده از روش k-fold cross validation مقایسه شد. نتایج مقایسه دو ابزار پیش بینی نشان داد که ماشین های برداری پشتیبان از عملکرد مطلوب تری به نسبت روش رگرسیون خطی چندگانه برخوردار است. به همین دلیل می توان از روش ماشین های برداری پشتیبان به عنوان یک روش موثر برای پیش بینی مقاومت فشاری 28 روزه بتن بازیافتی نام برد.
    کلیدواژگان: ماشین برداری پشتیبان بتن با سنگ دانه بازیافتی k، fold cross validation مقاومت فشاری رگرسیون خطی چندگانه
  • رامین ولی*، محمود پارسامنش صفحات 35-58
    در این مقاله، افزایش ظرفیت باربری پی دایره ای و رینگی مستقر بر روی خاک ماسه ای بررسی شده است. بنابراین به منظور نیل به این هدف، از دیواره های تقویت کننده قایم برای افزایش ظرفیت باربری شالوده، استفاده شده است. در این راستا، مدل سازی عددی به صورت تقارن محوری و برپایه تحلیل حدی المان محدود و با درنظر گرفتن حد پایین و حد بالا انجام شده است. برای دستیابی به نتایج دقیق، بیش از هزار مدل سازی در فضای نرم افزاری OptumG2 انجام شده است. برای بررسی تاثیر تغییرات ایجاد شده بر ظرفیت باربری پی رینگی، پارامترهای سازه ای و ژیوتکنیکی مدنظر قرار گرفته است. این عوامل شامل زاویه اصطکاک داخلی خاک، ضریب تماسی سازه و خاک، نسبت های شعاعی متفاوت در پی رینگی و طول دیواره تقویت کننده قایم می باشند. نتایج حاصل از پژوهش، به صورت نمودارهای بی بعد شده طراحی، ارایه شده است. همچنین با استفاده از تحلیل های آماری، رابطه رگرسیون غیرخطی به منظور محاسبه مقادیر ظرفیت باربری در پی رینگی، پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: پی رینگی، تحلیل حدی المان محدود، تحلیل آماری، خاک ماسه ای، دیواره های تقویت کننده قائم، ظرفیت باربری
  • محمدمصطفی جعفری*، محمدحسین باقری پور، مسعود لکزاده صفحات 59-81

    به منظور مطالعه تاثیر الیاف پلی پروپیلن بر رفتار مکانیکی و پارامترهای مقاومتی خاک رس تثبیت نشده و تثبیت شده با سیمان و آهک نمونه هایی در دوازده گروه مختلف با درصدهای مختلف الیاف پلی پروپیلن شامل0 درصد، 4/0 درصد، 0/1 درصد، 7/1 درصد و 5/2 درصد (درصدی از وزن خاک خشک)،0 درصد و 4 درصد سیمان 0 درصد و 3 درصد آهک ساخته شد. پس از عمل آوری نمونه ها به مدت 14 و 28 روز در گرمکن با دمای 30 درجه سانتی گراد، آزمایش مقاومت فشاری تک محوری روی آنها صورت پذیرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که وجود الیاف مسلح کننده در طرح اختلاط خاک رس تثبیت شده و تثبیت نشده، سبب افزایش مقاومت فشاری تک محوری و نیز کرنش گسیختگی گردیده است و این تاثیر در نمونه های تثبیت شده نسبت به نمونه های تثبیت نشده بیشتر است. همچنین مقدار الیاف بهینه که سبب بیشترین مقاومت فشاری تک محوری نمونه ها شده معادل 4/0 درصد برآورد گردیده است. همچنین نتایج نشان داد وجود الیاف، سبب کاهش مدول الاستیسیته در نمونه ها، شکل پذیرتر شدن رفتار آنها و مقاومت بیشتر بعد از گسیختگی (تنش تحملی توسط مصالح در کرنش های بیشتر از کرنش متناظر با گسیختگی آنها نسبت به نمونه های فاقد الیاف یا دارای میزان الیاف کمتر، بیشتر می شود) گردیده است. اندرکنش بین سطوح الیاف با جسم خاک به وسیله عکس برداری الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. نتایج نشان داد اصطکاک و مقاومت ایجاد شده بین سطوح الیاف و خاک، عامل اصلی تغییر در راستای بهبود رفتار مکانیکی خاک است.

    کلیدواژگان: اختلاط خاک، بهسازی خاک، الیاف، خاک مسلح الیافی، مقاومت فشاری تک محوری
  • سید محمدرضا حسنی، مهدی نعمت زاده* صفحات 83-105

    بتن های سبز به عنوان بتن های دوست دار محیط زیست شناخته می شوند که با استفاده از مواد بازیافتی قابل تولید هستند. در این پژوهش رفتار فشاری و دوام بتن سبز حاوی سنگ دانه های ضایعاتی (ضایعات سنگ ساب) جایگزین درشت دانه و پودرسنگ مرمر جایگزین سیمان به صورت آزمایشگاهی ارزیابی شده است. در این مقاله 10 طرح مخلوط به همراه طرح مخلوط شاهد ساخته شده و نتایج آزمونه های بتنی با یکدیگر مقایسه شده است. متغیرهای اصلی شامل درصد حجمی سنگ دانه های ضایعاتی جایگزین شن با مقادیر 0، 25، 50 و 100 درصد و همچنین، درصد حجمی پودر سنگ مرمر جایگزین سیمان با مقادیر 0، 10 و 20 درصد می باشد. آزمایش های مقاومت فشاری در 28 روز و نیز درصد جذب آب و تخلخل برای بررسی دوام بتن انجام شده است. طبق نتایج به دست آمده، سنگ دانه های ضایعاتی جایگزین شن، تاثیر منفی و پودر سنگ مرمر جایگزین سیمان، تاثیر مثبتی بر مقاومت فشاری بتن داشته اند. با جایگزینی 100 درصد سنگ دانه های ضایعاتی به جای شن طبیعی، کاهش مقاومت 49 درصد نسبت به آزمونه شاهد و با جایگزینی 10 درصد پودرسنگ مرمر به جای سیمان، افزایش مقاومت 4/13 درصد نسبت به آزمونه شاهد مشاهده می شود که این میزان به ترتیب کمترین و بیشترین میزان تغییرات مقاومت فشاری بتن در مقایسه با آزمونه شاهد می باشد.

    کلیدواژگان: پودر سنگ مرمر، سنگ دانه های ضایعاتی، دوام، مقاومت فشاری، تخلخل
  • فواد فرجی، کاوه عباسی* صفحات 107-123
    اتصالات انطباقی برای برقراری اتصال بوش به شفت در صنعت کاربرد فراوانی دارد و ساخت آن همچون دیگر فرایندهای ساخت، با انحرافات هندسی همراه است. در یک اتصال انطباقی، خطای انحراف ابعادی شفت و بوش از مرتبه صدم میلی متر می باشد که در فرایند ساخت، بسیار معمول است. این میزان خطا در مقایسه با تداخل موردنیاز برای برقراری اتصالات به نظر حایزاهمیت است و بر میزان استحکام اتصال موثر است. بررسی ها نشان می دهد که معمولا با توجه به روش ساخت، انحرافات فرم خاصی در تولید قطعات رخ خواهد داد. در این پژوهش تلاش شده است که تاثیر انحرافات هندسی معمول در سطح تداخل اجزای استوانه ای، بر استحکام اتصال به صورت تجربی بررسی گردد. در این راستا هشت نمونه شفت و بوش با ابعاد، زبری سطح و مقدار تداخل مشابه، ساخته شدند. همچنین شفت ها با انحراف فرم مشخص (نمونه های بدون عیب، دارای عیب دو پهنی، سه پهنی و مخروطی) ساخته و انطباق داده شد. سپس نیروی استخراج هریک از قطعات به صورت تجربی استخراج شد. در ادامه با استفاده از اندازه گیری های دقیق ابعاد قطعات، تاثیر انحرافات فرم شفت ها بر استحکام اتصال، بررسی شد. نتایج نشان داد انحراف هندسه بر میزان استحکام استخراج تاثیر خواهد داشت. اما در فرایند کنترل کیفی این قطعات می توان با اندازه گیری ابعاد قطعات، تاثیرات این انحرافات فرم معمول بر اتصال را پیش بینی کرد و به نحو موثرتری فرایند کنترل کیفی را به انجام رساند.
    کلیدواژگان: انطباقات تداخلی استوانه ای، انحرافات هندسی، سه پهنی، دو پهنی، مخروطی، استحکام استخراج
  • مصطفی اکبری، پرویز اسدی* صفحات 125-143
    در این مقاله به بررسی خواص ریزساختاری، مکانیکی و همچنین عیوب موجود در اتصال ورقه های آلومینیومی به کمک روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پرداخته شده است. ابتدا خواص ریزساختاری ناحیه جوشکاری اصطکاکی بررسی شد و سپس تاثیر پارامترهای فرایند بر خواص ریزساختاری مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان داد اندازه دانه در ناحیه اغتشاشی نسبت به فلز پایه، بسیار بهبود یافته است. سپس تاثیر پارامترهای ورودی فرایند بر اندازه ذرات بررسی شد. عیوب جوش که یکی از مهم ترین دلایل شکست اتصالات می باشد بررسی شد و تاثیر هندسه پین ابزار و پارامترهای فرایند بر ایجاد عیوب در ناحیه جوشکاری مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان داد ابزار رزوه دار در سرعت پیش روی بالاتری قابلیت تولید جوش بی عیب را دارد و به ترتیب ابزار های مربعی، مثلثی مخروطی و مثلثی در مراتب بعدی قرار می گیرند؛ به طوری که در سرعت دورانی 500 دور در دقیقه می توان با ابزار رزوه دار حتی در سرعت پیشروی 500 میلی متر در دقیقه نیز اتصال بی عیب تولید کرد درحالی که این مقدار برای ابزار مربعی و مثلثی به ترتیب 400 و 315 میلی متر در دقیقه است. در انتها سختی ناحیه جوشکاری شده در نمونه های مختلف بررسی شد. سختی فلز جوش به دلیل آنیل شدن و حذف کار سختی انجام شده روی ماده پایه (ناشی از فرایند نورد اولیه) پایین تر از ماده پایه است و با افزایش نسبت سرعت دورانی به سرعت پیش روی ابزار، سختی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 5083، عیوب جوش، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • حامد دیلمی عضدی، علیرضا حسنی، سیامک مزدک، علی زین العابدین بیگی، احسان شرکت قناد* صفحات 145-164
    ورق های ترکیبی جوشکاری شده با هدف کاهش وزن در صنایع خودرو و هوا فضا به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعه ی فرایندهای شکل دهی این ورق ها، بررسی شکل پذیری آن ها، همچنین کنترل عواملی از قبیل جابجایی خط جوش در حین شکل دهی می تواند به توسعه ی کاربرد آن ها کمک نماید. فرایند شکل دهی ورق به کمک بالشتک لاستیکی از فرایندهای شکل دهی با انعطاف پذیر است که ورق در اثر اعمال فشار یک سنبه صلب و با کمک یک بلوک لاستیکی دچار تغییر شکل می شود. در این مقاله فرایند شکل دهی ورق ترکیبی با جنس یکسان و تفاوت ضخامت در دو بخش جوش شده، به کمک بالشتک لاستیکی بر مبنای روش اجزای محدود و با استفاده از نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شده است. به کمک روش طراحی آزمایش اثر عوامل مختلف از جمله اصطکاک، ضخامت ورق های تشکیل دهنده لوح ترکیبی و نیروی ورق گیر اعمالی به دو بخش ورق ترکیبی بر حداکثر میزان جابجایی خط جوش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش ضخامت بخش های تشکیل دهنده ورق ترکیبی، افزایش نیروی ورق گیر اعمالی به هر یک از بخش ها و کاهش اصطکاک بین ورق و سنبه باعث کاهش حداکثر مقدار جابجایی خط جوش می شود. همچنین افزایش نسبت ضخامت در ورق ترکیبی، به افزایش حداکثر جابجایی خط جوش منجر می شود. افزایش همزمان ضخامت هر بخش و نیروی ورق گیر وارد بر آن بخش و یا بخش مقابل باعث کاهش حداکثر مقدار جابجایی خط جوش می شود.
    کلیدواژگان: شکل دادن فلزات، ورق ترکیبی جوشکاری شده، شکل دهی به کمک بالشتک لاستیکی، جابجایی خط جوش، روش اجزای محدود
  • مریم نیری*، حامد طاهری صفحات 165-182
    پژوهش حاضر به مطالعه تاثیر نقص های نقطه ای در ساختار تنگستن دی سولفید تک لایه با به کارگیری اصول اولیه می پردازد. این بررسی بر روی شش نقص تهی جای و به منظور بررسی تاثیرات آن ها بر خواص الکترونیکی و مغناطیسی WS2 تک لایه انجام گرفته است. ساختاری که بررسی می گردد ابرسلولی با 36 اتم است و موقعیت های اتمی نیز بهینه شدند. محاسبات نظریه تابعی چگالی در این مطالعه در چارچوب تقریب چگالی موضعی انجام شد. آنالیز ساختاری این ماده نشان می دهد تک لایه تنگستن دی سولفید دارای شکاف نوار مستقیم و برابر با 89/1 الکترون- ولت می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند بسته به نوع نقص های ایجاد شده در ساختار و موقعیت مکانی آن ها، رفتار ساختار می تواند از نیمه هادی به فلز و غیرمغناطیسی به مغناطیسی تغییر کند؛ برای مثال، حذف اتم تنگستن منجر به فلزی شدن ماده و مغناطیسی شدن ساختار می شود. همچنین، انرژی شکاف نوار WS2 تک لایه در غیاب اتم گوگرد کاهش می یابد. علاوه بر این، گذاری از نیمه هادی مستقیم به غیرمستقیم و کاهش انرژی شکاف نوار نسبت به ساختار بدون نقص دیده می شود. این موارد بیانگر این موضوع است که وجود نقص در نانوساختارهای نیمه هادی راهی را برای کاربرد این گونه نانوساختارها در الکترونیک تنظیم پذیر، الکترونیک نوری و اسپینترونیک هموار می سازد.
    کلیدواژگان: تنگستن دی سولفید، نانوالکترونیک، مغناطیسی، نقص، ساختار نوار
  • محمدرضا نخعی امرودی*، علی احمدی، نصرالله بنی مصطفی عرب صفحات 183-203

    نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/ اتیلن-پروپیلن- دی ان مونومر/ خاک رس به دلیل تعادل در خواص مکانیکی استحکام کشش و ضربه، به طور گسترده در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین مطالعه جوش پذیری آنها ضروری است. جوشکاری لیزری به عنوان یک روش اتصال، برای جوشکاری لب به لب این نانوکامپوزیت ها استفاده می شود. در این مطالعه تاثیر متغیرهای ورودی مثل مقدار نانوذرات خاک رس، توان لیزر، سرعت جوشکاری و فاصله کانونی برای دستیابی به بهترین پاسخ ها (بهترین استحکام کششی جوش ها) در چند سطح بررسی شد. روش پاسخ سطح برای بررسی تاثیر پارامترهای ورودی بر استحکام کششی جوش ها به کار گرفته شده است. نتایج نشان داد که افزایش مقدار نانوذره رس از مقدار 0 تا 6 درصد وزنی و افزایش فاصله کانونی از 5 تا 8 میلی متر به ترتیب باعث کاهش استحکام کششی از 6/9 به 1/6 و 19/9 به 36/8 مگاپاسکال می شود. مدل ها نشان داد که در توان 100 وات و محدوده سرعتی 400 تا 750 میلی متر بر دقیقه و فاصله کانونی 5 تا 5/6 میلی متر جوش هایی با استحکام 8 تا 9/9 مگاپاسکال به دست می آید.

    کلیدواژگان: پلی پروپیلن، اتیلن، پروپیلن، دی ان مونومر، خاک رس جوش لیزر استحکام جوش روش پاسخ سطح نانوکامپوزیت
  • عباس عباسیان*، سید محمد جسمانی، هادی مشرف زاده ثانی صفحات 205-223

    هدف از این تحقیق، شبیه سازی فرایند ریخته گری دقیق پره سوپرشارژر و اجرای عملی آن براساس نتایج حاصل از شبیه سازی است. برای این منظور قطعه موردنظر نخست پس از مدل سازی، فرایند در نرم افزار Pro-Cast تحلیل شد. نتایج این شبیه سازی نشان داد که انجماد قطعه از لبه ها شروع می شود و به سمت مرکز قطعه حرکت می کند و به همین علت عیوب انقباض حجمی و سطحی، نیامد در اثر شیب های حرارتی نامتعادل در مرکز متمرکز می شود. انتقال حرارت از لبه ها نسبت به مرکز بسیار سریع تر است که دلیل آن هدایت حرارتی لبه ها و هم چنین نازکی می باشد. برای اجرای عملی، قطعه موردنظر طراحی و توسط پرینتر سه بعدی از جنس پلیمر استفاده گردید. سپس قالب سیلیکونی قطعه از جنس RTV2 تهیه و با تزریق موم مدل مومی تولید شد، پس از آن قالب سرامیکی قطعه برای ذوب ریزی از جنس SiO2 تهیه گردید. نتایج حاصل از اجرای عملی قطعه نشان داد که به علت عیوب مشخص شده در شبیه سازی باید از سیستم خلا پس از پایان ذوب ریزی و در دمای بالا استفاده شود در غیر این صورت، قطعه به صورت کاملا معیوب تولید می گردد. استفاده از خلا باعث شد تا قطعه به صورت کاملا مطلوب و بدون عیب تولید شود.

    کلیدواژگان: ریخته گری دقیق، پره سوپر شارژر، طراحی، پرینتر سه بعدی، مدل مومی، دوغاب سرامیکی
  • رهام برومند، علیرضا بابائی*، هادی مظلوم بشیری، محمدحسن زاهری صفحات 225-242

    در تحقیق حاضر فراوری لوله های کامپوزیتی پایه فلزی با استفاده از روش اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی امکان سنجی گردید. بدین منظور میلگرد از جنس آلیاژ آلومینیوم 1100 به عنوان ماده خام اولیه استفاده شد. در فرایند اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی، ماده اولیه درون یک محفظه قرار گرفت و سنبه با حرکت توامان چرخشی و رو به پایین، به درون ماده نفوذ کرد و حرارت ناشی از اصطکاک باعث نرم شدن قطعه شد؛ در نتیجه ماده به دور سنبه به صورت رو به بالا اکسترود شده (اکستروژن معکوس) و قطعه لوله ای شکل گرفت. به منظور فراهم کردن امکان مقایسه نتایج، ابتدا یک نمونه لوله ای توسط روش مذکور تولید شد. در ادامه روی ماده خام آلومینیومی با استفاده از دستگاه سوپر دریل چند عدد سوراخ راه به در به قطر 5/1 میلی متر ایجاد شد و این سوراخ ها با پودر فلز استیل 316 با ابعاد میکرون پر شد. نمونه آماده شده تحت عملیات اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفت و نمونه لوله ای کامپوزیتی تولید شد. نحوه توزیع پودر در زمینه آلومینیومی توسط تصاویر متالوگرافی بررسی گردید. همچنین، روی نمونه های لوله ای تولید شده آزمون سختی سنجی با روش ویکرز و آزمون کشش ساده به عمل آمد و نتایج به دست آمده مقایسه شدند. نتایج حاصل، گویای افزایش چشمگیر استحکام لوله کامپوزیتی و کاهش انعطاف پذیری آن در مقایسه با لوله آلومینیومی است. برای بررسی هرچه بهتر رفتار تغییر شکل ماده در روش اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی، فرایند مذکور به صورت یک مدل کوپل سازه ای-حرارتی توسط نرم افزار اجزای محدود DEFORM مدل سازی شد.

    کلیدواژگان: لوله کامپوزیتی پایه فلزی، اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی، پودر، سختی سنجی، آزمون کشش
  • داوود بیرالوند، فرزاد بناء زاده، حسین قاضی زاده احسائی*، رسول مقدس صفحات 243-262

    رولربیرینگ ها از پرکاربردترین قطعات مکانیکی هستند که روان کار این قطعات در رژیمی از روان کاری که الاستوهیدرودینامیک نامیده می شود قرار دارد. به طور کلی برای درک رژیم های روان کاری، در نظر داشتن ضخامت لایه روان کاری از اهمیت بسیاری برخوردار است. ضخامت فیلم روان کار، یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار در عملکرد بیرینگ هاست. در مطالعه حاضر با به کارگیری روابط تیوری و استفاده از نرم افزار متلب، در ابتدا به بررسی و محاسبه کامل توزیع بار در طول کوره دوار و سپس به محاسبه ضخامت فیلم روان کار (روغن پایه و گریس) در بیرینگ های ساپورت [1] رولر کوره دوار مجتمع گندله سازی فولاد بوتیای ایرانیان پرداخته شده است. در ادامه تاثیر عوامل مختلف نظیر سرعت کوره، دمای عملیاتی روانکار، حجم گندله ورودی به کوره، درصد حرکت خطی جک هیدرولیک، ویسکوزیته [2] روغن پایه گریس و شاخص گرانروی روغن پایه بر عملکرد روانکاری مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش ویسکوزیته روغن پایه از 150 سانتی استوک به 1000 سانتی استوک 239 درصد ضخامت فیلم روانکار افزایش پیدا می کند. همچنین از نتایج مشاهده گردید که افزایش شاخص گرانروی سبب می شود در محدوده دمایی کارکرد، در ویسکوزیته روغن پایه تغییرات کمی پیدا شود و در شروع به کارگیری میزان گشتاور استارت کاهش یابد.

    کلیدواژگان: کوره دوار، گندله سازی، گریس، ضخامت فیلم روانکار، الاستوهیدرودینامیک
  • محمدرضا مدبرنیا، مجتبی معصوم نژاد*، علیرضا آکوشیده صفحات 263-289

    امروزه سیستم های مرتبه کسری کاربردهای متنوعی در مدل سازی پدیده های گوناگون پیدا کرده است. همچنین قابلیت ها و عملکرد طراحی کنترل کننده های مرتبه کسری در تحلیل و طراحی سیستم های خطی و غیرخطی موردتوجه بسیاری از محققان است. در این مقاله مهم ترین جعبه ابزارهای توسعه یافته برای تحلیل و طراحی سیستم های مرتبه کسری معرفی گردیده و قابلیت ها و عملکردشان در تحلیل و طراحی کنترل کننده های مرتبه کسری با یکدیگر مقایسه شده است. در این راستا ویژگی ها و امکانات اساسی چهار جعبه ابزار مختلف بررسی شده است. سپس به کمک سه جعبه ابزار، عملکرد دو کنترل کننده تناسبی، انتگرالی و مشتقی مرتبه کسری (FOPID) بهینه سازی شده با الگوریتم فراابتکاری برای پایدارسازی سیستم تنظیم ولتاژ ژنراتور سنکرون و کنترل سرعت موتور جریان مستقیم (DC) بدون جاروبک شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که نتایج حاصل از این جعبه ابزارها به مقدار بسیار زیاد به الگوریتم های مورد استفاده شان بستگی دارد. به طوری که نتایج دو جعبه ابزار تابع انتقال مرتبه کسری FOTF و جعبه ابزار کنترل و مدلسازی مرتبه کسری (FOMCON) به مقدار زیاد شبیه یکدیگر هستند و نتایج جعبه ابزار کنترل غیرصحیح (NINTEGER) به شکل معنی داری متفاوت است.

    کلیدواژگان: سیستم های دینامیکی کسری، کنترل کننده مرتبه کسری، بهینه سازی
  • هادی قاسمی زوارق* صفحات 291-309
    با توجه به راندمان پایین موتورهای احتراق داخلی، قسمت بسیار زیادی از انرژی شیمیایی سوخت مصرفی آن ها به صورت گرما از طریق سیستم خنک کاری به محیط دفع می شود. متاسفانه در بیشتر موتورها، هنوز از سیستم خنک کاری کلاسیک استفاده می شود که این نوع سیستم عملا قادر به خنک کاری بهینه موتور در شرایط مختلف کاری آن نیست و این مقوله باعث افزایش مصرف سوخت و زیادشدن آلایندگی های خروجی از موتورها می شود. از این رو در این مقاله ابتدا یک سیستم خنک کاری کلاسیک مورد آزمون قرار گرفت و عملکرد آن ثبت شد، سپس در سیستم خنک کاری همان موتور، پمپ آب مکانیکی با یک پمپ آب برقی و ترموستات مکانیکی با یک ترموستات الکترونیکی جایگزین شد و پس از این ارتقا، موتور در همان شرایط حالت کلاسیک آزمون شد و نتایج آن با نتایج به دست آمده از سیستم کلاسیک مقایسه گردید. نتایج حاصل نشان می دهد که اگر از یک برنامه خوب و کامل برای کنترل پمپ آب برقی و ترموستات الکترونیکی استفاده شود در مقایسه با سیستم کلاسیک علاوه بر بالا رفتن عمر قطعات موتور، میزان مصرف سوخت حداقل 1.19 درصد و حداکثر 4.33 درصد کاهش می یابد، همچنین مدت زمان گرم شدن موتور حداقل 6.25 درصد و حداکثر 18.84 درصد کم می شود. علاوه بر این ها آلایندگی های HC و NO در بیشتر آزمون ها به ترتیب حداقل 15.32 درصد، حداکثر 70 درصد و حداقل 9.28 درصد، حداکثر 46.58 درصد کاهش را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: موتورهای احتراق داخلی، سیستم خنک کاری، پمپ آب، ترموستات، مصرف سوخت
  • رضا بابائی اسپوئی، رضا ناصری* صفحات 311-332
    در پژوهش حاضر رفتار و عملکرد جریان نانوسیال در یک کلکتور خورشیدی سهموی (پارابولیک) خطی، شبیه سازی و مطالعه شده است. جریان به صورت سه بعدی، آشفته و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است. مدل سازی جریان به صورت ترکیبی از روش مونت کارلو (MCRT) و شبیه سازی عددی بود که به ترتیب توسط نرم افزارهای soltrace و انسیس فلوینت اجرا گردید. شار تابشی بازتابیده شده از آینه بر روی لوله جاذب توسط نرم افزار soltrace محاسبه شد و توسط کد UDF به انسیس فلوینت معرفی گردید. خواص ترموفیزیکی شامل دانسیته، گرمای ویژه، ضریب هدایت حرارتی و لزجت، تابعی از دما در نظر گرفته شد. مشاهده شد که در عدد رینولدز 1000 و در دو کسر حجمی 2 و 5 درصد میزان افزایش ضریب انتقال حرارت برای اکسیدآلومینیوم به ترتیب 3 و 11 درصد، برای پودر مس 7 و 15 درصد و پودر نقره 7 و 42 درصد است. در عدد رینولدز 15000 به ترتیب اکسیدآلومینیوم 8 و 33 درصد، پودر مس 9 و 29 درصد و پودر نقره 8 و 25 درصد افزایش را نشان می دهد. نتایج نشان داد که با ثابت ماندن عدد رینولدز، میزان ضریب انتقال حرارت با افزایش مقدار حجمی نانوسیال، افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که عملکرد نانوذره پودر نقره در اعداد رینولدز پایین، بهتر از دیگر نانوذرات بود و با افزایش عدد رینولدز از میزان عملکرد آن کاسته می شود. عملکرد اکسیدآلومینیوم برخلاف پودر نقره در عدد رینولدز کم مطلوب نمی باشد ولی با افزایش عدد رینولدز، عملکرد آن بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: کلکتور سهموی خطی، نانوسیال، soltrace، انسیس فلوئنت، ضریب انتقال حرارت
  • کتایون کمالی، محمدصالح برقی جهرمی*، محمد سفید صفحات 333-355

    در این پژوهش، آنالیز انرژی و اگزرژی برای قسمت های مختلف نیروگاه خورشیدی با مولد مستقیم بخار (DSG) با مقیاس  برای شرایط جغرافیایی شهر یزد بررسی و مشاهده شد که بیشترین اتلاف انرژی در کندانسور و بیشترین اتلاف اگزرژی در بخش متمرکزکننده خورشیدی اتفاق می افتد. برای بهبود راندمان متمرکزکننده، بهتر است آب ورودی به آن توسط پیش گرم کن ها، گرم شود که برای این کار باید فشار و دبی جرمی بخار زیرکش از توربین بهینه شوند. برای فشارهای زیرکش مختلف در حالت هایی که سیکل دارای چندین پیش گرم کن می باشد، دبی زیرکش و بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک بررسی شده اند تا حالت بهینه به دست آید. نتایج به دست آمده برای حالتی که سیکل دارای چهار پیش گرم کن می باشد، نشان می دهد که بازده قانون اول و دوم به ترتیب برابر با 2/17 درصد و 16 درصد است که مقدار قابل توجهی افزایش نسبت به حالتی که سیکل دارای یک یا دو یا سه پیش گرم کن بوده، داشته است؛ بنابراین طبق نتایج به دست آمده از بازده قانون اول و دوم و بازگشت ناپذیری اجزای نیروگاه می توان چرخه مقاله حاضر را برای شهر یزد پیشنهاد کرد.

    کلیدواژگان: آنالیز انرژی و اگزرژی، نیروگاه خورشیدی حرارت مستقیم، پیش گرم کن، فشار زیرکش
  • ناصر طاهری*، احسان اکبری، نعمت الله عسکری، وزیر احمد تاجیک، حامد اروجلو، محمدعلی کاظمی، قربان قاسمی صفحات 357-381

    اتصال توربین های بادی به شبکه های قدرت بدون تاثیرگذاری منفی بر پایداری سیستم، یکی از مهم ترین معضلات آتی گسترش نفوذ مزارع بادی در سیستم های قدرت محسوب می شود. در این مقاله با هدف بهبود پایداری شبکه قدرت، میراسازی نوسانات ناشی از مودهای کششی و افزایش بازدهی تبدیل انرژی در توربین های بادی استراتژی کنترلی جدیدی برای حلقه کنترل توان اکتیو توربین بادی و همچنین سیستم های انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا پیشنهاد می گردد. ابتدا نشان داده می شود که منحنی غیرخطی سرعت- توان توربین بادی بر ضریب میرایی مودهای کششی و در نتیجه آن بر بازدهی تبدیل انرژی و پایداری توربین بادی موثر است. بر همین اساس استفاده از پایدارساز توربین بادی در حلقه کنترل توان توربین بادی پیشنهاد می گردد. از آنجا که نیروگاه بادی بر سیلان مولفه های توان اکتیو- راکتیو موثر است؛ از این رو برای بهبود پروفیل ولتاژ و پایداری دینامیکی شبکه قدرت، استفاده از کنترل کننده های تکمیلی پایدارساز در مبدل یک سوکننده سیستم VSC HVDC پیشنهاد می گردد. در استراتژی کنترلی پیشنهادی، از کنترل کننده های PID مرتبه کسری استفاده خواهد شد که ضرایب آنها با استفاده از الگوریتم پیشنهادی ژنتیک- خفاش تنظیم می شوند. در این الگوریتم به دلیل اجتناب از هم گرایی سریع خفاش ها به اکسترمم های محلی و توسعه بهینه فضای جست وجو، از دو عملگر جهش دینامیکی مبتنی بر احتمالات و ترکیب الگوریتم ژنتیک استفاده خواهد شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تحت استراتژی کنترلی پیشنهادی پایداری سیستم و پروفیل ولتاژ در شبکه به طور قابل توجهی بهبود می یابند.

    کلیدواژگان: پایداری سیستم قدرت سیستم VSC HVDC کنترل کننده میراساز PID مرتبه کسری الگوریتم ژنتیک، خفاش توربین های بادی مودهای کششی
  • حسن زارع*، حسین اصغرپورعلمداری صفحات 383-401
    این مقاله، به معرفی یک مبدل هفت سطحی تک فاز پرکاربرد، به منظور اتصال منابع تولید انرژی تجدیدپذیر با اندازه ولتاژ کمتر به شبکه های قدرت با اندازه های بیشتر پرداخته است. افزایش ولتاژ ورودی با ترکیب ولتاژ خازن ها در مسیرهای جریان از پیش تعیین شده صورت می گیرد. تولید شکل موج پلکانی AC خروجی با استفاده از یک منبع ولتاژ DC با کمک روش مدولاسیون تغییر فاز پهنای پالس (PD-PWM) انجام می شود. توانایی تعادل ولتاژ خودکار بدون نیاز به کنترل کننده یا سنسور خارجی، تعداد کمتر ادوات نیمه هادی، بازدهی بالا و سهولت بهره برداری از مهم ترین ویژگی های مبدل پیشنهادی است. قابلیت افزایش ولتاژ ورودی به میزان سه برابر در خروجی افزون بر قابلیت خود متعادل سازی ولتاژ خازن ها بدون استفاده از مدار کنترلی جانبی یا سنسور از دیگر مزایای ساختار پیشنهادی است. همچنین، با محاسبه تلفات توان و ظرفیت خازن های موردنیاز اینورتر پیشنهادی، مقدار بازدهی 8/95 درصد به دست آمد. درنهایت، عملکرد اینورتر هفت سطحی پیشنهادی در شرایط مختلف بار در محیط MATLAB SIMULINK شبیه سازی و نتایج آن با نتایج به دست آمده از نمونه اولیه آزمایشگاهی تایید شد.
    کلیدواژگان: اینورتر چند سطحی (MLI)، افزایندگاینورتر چند سطحی (MLI) افزایندگی ولتاژ مبدل کلید-خازنی تک منبع مدولاسیون PD-PWM ویژگی خود متعادل سازی ولتاژ ی ولتاژ، مبدل کلید-خازنی، تک منبع، مدولاسیون PD-PWM، ویژگی خود متعادل سازی ولتاژ
  • رضا رهبرهادی بیگلو، محمدمهدی موحدی* صفحات 403-428

    تاکنون کنترل کننده ها اغلب از معادلات حاکم بر سینماتیک مستقیم یا سینماتیک معکوس، با هدف کنترل موقعیت مجری نهایی بازوی رباتیک استفاده می کردند. حل دشوار معادلات سینماتیک مستقیم و سینماتیک معکوس، خطا در حل معادلات، نبود محیط گرافیکی کاربرپسند، انعطاف ناپذیری در تصمیم گیری کنترل کننده و حجم زیاد محاسبات از مشکلات سیستم های کنترلی موجود در کنترل بازوهای رباتیک می باشد. در این مقاله، ربات بالابر باسکولدار توسط دو روش کنترلی PID کلاسیک و Fuzzy و با تعداد درجه آزادی 4 به همراه ارایه شبیه سازی که در آن چهار قسمت از بازو توسط کنترل کننده بررسی شده و از Matlab/Simulink به عنوان ابزار برای آزمایش ویژگی های حرکتی بازوی ربات استفاده شده است. خروجی های پیاده سازی نشان دهنده عملکرد رضایت بخش کنترل کننده فازی طراحی شده است که توانسته با درصد بالازدگی و زمان نشست مطلوب 1.23 ثانیه به کنترل بازوهای این ربات بپردازد. همچنین به منظور آزمون عملکرد ربات بالابر باسکولدار، گره های حرکت بازو را هم به صورت مطلوب قرار داده و سیستم موردکنترل نشان از دقت بالای کنترل کننده فازی دارد؛ به طوری که بعد از گذشت 1.23 ثانیه در نقطه بحرانی یعنی مچ دست ناحیه wrisrt توانسته با نشستی مطلوب با خطای ماندگار صفر و بدون هیچ به هم خوردگی تداوم پیدا کند.

    کلیدواژگان: بازوی ربات، ربات بالابر باسکولدار، درجه آزادی، کنترل کننده PID، کنترل کننده Fuzzy
  • امیر جواد احرار*، محمد امید پناه، سید علی آقا میرجلیلی صفحات 429-457

    در این پژوهش، جریان، انتقال حرارت و تولید آنتروپی نانوسیال آب/Al2O3 در یک حفره بسته با حضور 4 مانع دایروی با دو چیدمان مختلف در هندسه شبیه سازی شده است. تکنیک به کاررفته برای شبیه سازی جریان نانوسیال براساس روش مشهور نانوسیال تک فاز غیرهمگن (مدل بونگیورنو) می باشد که در این روش اصولا نرخ نفوذ در معادله غلظت نانوسیال ضعیف می باشد و می تواند در همگرایی حل تاثیر منفی داشته باشد. از همین رو به منظور غلبه بر این نقیصه، نرم افزار مورداستفاده در این شبیه سازی فرترن 90 انتخاب گردید و کد موردنظر با استفاده از یک روش جدید FD-LBM با قابلیت TVD نوشته شد که با استفاده از این الگوریتم امکان شبیه سازی عددی جریان های سیالات با نرخ نفوذ پایین نسبت به نرخ همرفت بالاتر فراهم می شود. پارامترهای فعال در این پژوهش عدد ریلی، لویس و درصد حجمی نانوذرات اکسید آلومینیم هستند که تاثیر آنها بر عدد ناسلت، عدد شروود و نرخ آنتروپی تولیدشده در هندسه حل، با دو چیدمان مختلف موانع بررسی می گردد. براساس نتایج این مدلسازی تابع جریان و به تبع آن سرعت سیال در چیدمان لوزی به مراتب بیشتر از چیدمان مربعی می باشد. همچنین مشخص شد که با افزایش نانوذرات نه تنها نرخ انتقال حرارت از دیواره افزایش نمی یابد بلکه در % 9 = φ مقدار ناسلت نزدیک به 15 درصد کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: روش عددی هیبرید FD، LBM نانوسیال مدل تک فاز غیرهمگن چیدمان موانع مختلف ناپایداری روش حل شبکه بولتزمن
|
  • Seyed Reza Salim Bahrami * Pages 13-34
    Construction waste is one of the most important environmental concerns in the world. Iran is not an exception to this concern and more than 20 million tons of construction waste is produced annually in Tehran alone. To overcome this, researchers suggest recycling concrete and reusing it for construction and non-construction purposes. The aim of this paper was to predict the compressive strength of 28-day concrete with recycled aggregate using support vector machines (SVM) and multiple linear regression (MLR). Training and experimental data were developed for the development of the SVM model using 124 existing datasets from 11 published references. In the modeling process, an optimal network is considered to have the lowest mean square error and the highest correlation coefficient. Therefore, to evaluate the efficiency of the proposed model, the method of backup vector machines was compared with the method of multiple linear regression using the k-fold cross validation method. The results of comparing two 28-day compressive strength prediction tools including support vector machines and multiple linear regression using k-fold cross validation technique showed that support vector machines performed better compared to multiple linear regression method. Therefore, the support vector machine method can be mentioned as an effective method for predicting the 28-day compressive strength of recycled concrete.
    Keywords: Support machining Recycled aggregate concrete K, fold cross validation Compressive strength Multiple linear regression
  • Ramin Vali *, Mahmood Parsamanesh Pages 35-58
    In this paper, the increased bearing capacity of the circular and ring footings in sandy soil was investigated. Therefore, vertical skirts were used to increase the bearing capacity of the footing. In this regard, axisymmetric numerical modeling was performed using the lower and the upper bounds of the Finite Element Limit Analysis (FELA). More than 1,000 simulations were performed using OptumG2 software to ensure accurate results. The impact of different parameters on the bearing capacity of the ring footing was studied by considering structural and geotechnical parameters. The factors included the soil's internal friction angle, interaction coefficient between the footing and the soil, radius ratio of the ring footing, and vertical skirt length. Dimensionless design charts were used to present the research results. Additionally, statistical analysis was employed to derive a nonlinear regression equation for calculating the bearing capacity of the ring footings.
    Keywords: Ring Footing, Finite element limit analysis (FELA), statistical analysis, Sandy Soil, skirted footing, Bearing Capacity
  • MohammadMostafa Jafari *, Mohammadhossein Bagheripour, Masoud Lakzadeh Pages 59-81

    12 groups of soil samples were prepared with various percentage of PP-fiber content (i.e. 0.0%, 0.4%, 1%, 1.7% and 2.5% by weight of soil), cement (i.e. 0% and 4% by weight of soil) as well as lime (0% and 3% by weight of soil) to study the effect of PP-fiber on mechanical behaviour and strength of non-stabilized and stabilized clayey soil with cement and lime. The unconfined compression tests were carried out on samples that were cured at 30°C and kept for 14 and 28 days in oven. The test results showed that inclusion of fiber reinforcement in stabilized and non-stabilized clayey soil mixtures caused an increase in the unconfined compressive strength (UCS) and failure strain. However, such effects were much more evident in stabilized samples when compared with those of non-stabilized samples. Furthermore, maximum unconfined compressive strength of samples was obtained at an optimum percentage of fiber content of 0.4%. The results indicated that the existence of fiber in specimens decreased the stiffness of samples, caused more ductile behaviour and loss of post-peak strength. The interactions at the interface between fiber and soil matrix were studied by using Scanning Electron Microscopy (SEM). The results demonstrated that the friction and bound strength between fiber surface and soil were significantly effective in changing the mechanical behaviour of soil.

    Keywords: Soil mixing, Soil Improvement, Fiber, Fiber reinforced soil, Unconfined compressive strength
  • Seyed MohammadReza Hasani, Mahdi Nematzadeh * Pages 83-105

    Green concrete can be produced as environmentally friendly concrete using recycled materials. In this study, the compressive and endurance behavior of green concrete containing waste aggregates as a replacement to coarse (gravel) and cement-replaced marble powders was evaluated experimentally. In the present research, 10 mix designs in addition to the control sample mix design were constructed and compared. The main variables included the volume percentage of waste aggregates as replacement sand with percentages of 0, 25, 50 and 100, and the volume percentage of marble powder as replacement cement with percentages of 0, 10 and 20. Compressive strength at 28 days and water absorption percentage and density tests were performed to evaluate the endurance of concrete. According to the results, gravel substitute waste stone had a negative effect and cement substitute marble powder had a positive effect on the compressive strength of concrete. By replacing gravel with 100% waste stone, approximately 49% reduction in strength was observed compared to the control sample, and by replacing cement with 10% marble powder, approximately 13.4% increase in resistance was observed compared to the control sample, demonstrating the minimum and maximum changes in compressive strength of concrete compared to the control test, respectively.

    Keywords: Marble Powder, Waste aggregates, Endurance, Compressive strength, porosity
  • Foad Faraji, Kaveh Abbasi * Pages 107-123
    Fit joints are widely used in industry to connect bush to shaft and its manufacturing process is always associated with geometric deviations similar to other processes. In a cylindrical fit connection, the geometrical deviation of the shaft and the bush is in order of one hundredth of millimeter, which is a common precision in manufacturing. This range of error seems to be significant compared to the required dimensional interference to make the connections and affects the strength of the interference fit joints. Usually, certain geometrical deviations will occur in the production process considering the selected manufacturing method. This research attempted to investigate the effect of common geometric deviations at the surface of interference of cylindrical interference fit on the experimental extraction strength. In this regard, 8 specimens of interference fit with same characteristic of dimensions, surface roughness and interference were produced. Furthermore, shafts with certain geometrical deviation (standard sample, two-lobes, three-lobes and conical) were made and fitted. Then, the extraction force of each part was extracted experimentally. Taking into consideration precise measurements of the parts dimension, the effect of shaft geometrical deviations on the strength of the joint was investigated. The results showed that the geometrical deviation affects the extraction strength. However, in the quality control process of these parts, by measuring the dimensions of the parts, the effects of these usual geometrical deviations on the joint strength could be predicted and the quality control process can be performed more effectively.
    Keywords: Cylindrical Interference fit Geometric deviation 3, lobe Oval Conical Extraction strength
  • Mostafa Akbari, Parviz Asadi * Pages 125-143
    In this paper, the microstructural and mechanical properties as well as the defects in the joining of aluminum sheets using the friction welding method are investigated. First, the microstructural properties of the friction stir welding zone are investigated, and then the effect of process parameters on the microstructural properties is discussed. The grain size in the stir zone was greatly improved compared to the base metal, which resulted in the improvement of the mechanical properties in this zone. Then, the effect of process parameters on the grain size was investigated. Welding defects, which is one of the most important reasons for joint failure, were investigated and the effect of tool pin profile and process parameters on the formation of defects in the welding area were discussed. For instance, by using the rotational speed of 500 rpm, a defect-free joint can be produced by the threaded pin even in the traverse speed of 500 mm/min, while the amount for the square and triangular pin profiles were 400 and 315 mm/min, respectively. Finally, the hardness of the welded area was studied in different samples. The hardness of the weld metal was lower than that of the base material due to the annealing of hardness which was generated as a result of primary rolling process. The hardness decreased by increasing the ratio of rotational speed to tool traverse speed.
    Keywords: Friction Stir Welding, Welding defects, 5083 aluminum, Microstructure, Mechanical properties
  • Hamed Deilami Azodi, Alireza Hassani, Siamak Mazdak, Ali Zeinolabedin Beygi, Ehsan Sherkatghanad * Pages 145-164
    Tailor welded blanks (TWBs) are increasingly used in the automotive and aerospace industries with the aim of reducing weight. Studying the forming processes of these sheets, examining their formability, as well as controlling factors such as the displacement of the weld line during forming can help to develop their application. The rubber pad forming process is a flexible forming process in which the sheet is deformed due to the pressure of a rigid punch with the help of a rubber cushion. In this paper, the rubber pad forming of tailor welded blank consisting of two welded sections with the same material but different thicknesses were simulated based on the finite element method and using ABAQUS software. The effects of various factors such as friction, thicknesses of the sheets that compose the TWB and the force applied to each section on the maximum displacement of the weld line were investigated through the use of a design of an experimental method. The results illustrated that increasing the thicknesses of the sheets that compose TWB, increasing the blank holding forces applied to each section, and reducing the friction between the TWB and the punch reduce the maximum amount of weld line displacement. In addition, increasing the thickness ratio of tailor welded blank led to an increase in the maximum weld line displacement. The simultaneous increase in the thickness of each section and the blank holding force applied to that section or the opposite section reduced the maximum amount of weld line displacement.
    Keywords: Metal forming, Tailor welded blank, Rubber pad forming, Weld line displacement, Finite element method
  • Maryam Nayeri *, Hamed Taheri Pages 165-182
    The present study investigates the effect of point defects in the structure of monolithic tungsten disulfide (WS2) using basic principles. This study was performed on six vacancies to investigate their effects on the electronic and magnetic properties of WS2 monolayer. The structure under study was a supercell with 36 atoms and the atomic positions were optimized. In the present study, density functional theory calculations were performed within the framework of local density approximation. Structural analysis of this material showed that the WS2 monolayer had a direct band gap of 1.89 eV. The simulation results illustrated that depending on the type of defects in the structure and their position, the behavior of the structure can change from semiconductor to quasi-metal and non-magnetic to magnetic. For instance, the removal of one tungsten atom leads to the metallization and magnetization of the structure. Moreover, the bandgap energy of the WS2 monolayer decreased in the absence of one sulfur atom.  In addition, there was a transition from direct to indirect semiconductors and a reduction in the energy of the band gap in comparison with its pristine. These cases indicate that the presence of defects in semiconductor nanostructures paves the way for the application of such nanostructures in tunable electronics, optical electronics, and spintronics.
    Keywords: WS2, Nanoelectronics, Magnetic, Defect, Band Structure
  • MohammadReza Nakhaei *, Ali Ahmadi, Nasrallah Bani Mostafa Arab Pages 183-203

    Polypropylene/ ethylene–propylene-diene monomer/ Nanoclay (PP/EPDM/ Nanoclay) nanocomposite with different loadings of clay content is used in many industries because of balance on the tensile and impact strengths. Laser welding, as a fabrication method, is applied to the butt-welding of these nanocomposites. The input parameters (clay content, laser power, scan velocity, and stand-off-distance) were varied to achieve the best responses (tensile strength of welds). Response surface methodology (RSM) was utilized to relate the input parameters and the response. The effects of all input parameters on the responses were investigated. Results demonstrated that increasing the clay content from 0 to 6 wt% and increasing stand-off-distance from 5 to 8 mm decreased the tensile strength from 9.6 MPa to 6.1 MPa and 9.19 MPa to 8.36 MPa, respectively. The models showed that laser power of 100 W, traverse speed of 400–750 mm min21, and stand-off-distance of 5 – 6.5 mm, led to weld strength from 8 to 9.9 MPa.

    Keywords: PP, EPDM, Clay, Laser Welding, Weld strength, Responce surface methodology (RSM), Nanocomposite
  • Abbas Abbasian *, Seyed Mohammad Jesmani, Hadi Moshrefzadeh Sani Pages 205-223

    The purpose of this research was to simulate the investment casting process of the supercharger blade and its practical implementation based on the simulation results. For this purpose, the desired specimen after modeling was first analyzed in Pro-Cast software. The results of this simulation showed that the solidification of the piece starts from the edges and moves towards the center of the piece, and therefore the volumetric and surface shrinkage defects are not concentrated due to unbalanced thermal gradients in the center. Heat transfer from the edges to the center is much faster due to the thermal conductivity of the edges as well as the thinness. For practical implementation, the desired specimen was designed and used by a polymer 3D printer. Then, the silicone mold of the piece was made of RTV2 and a wax model produced by injecting wax. This was followed by the ceramic mold of the piece being made of SiO2 for melting. The results of the practical execution of the specimen showed that due to the defects identified in the simulation, the vacuum system should be used after the end of melting and at high temperature; otherwise, the piece produced would be completely defective. The use of vacuum caused the piece to be produced in a completely desirable and flawless manner.

    Keywords: Investment Casting, Supercharger Blade, Design, 3D printer, Wax Model, Ceramic Slurry
  • Roham Boroumand, Alireza Babaei *, Hadi Mazloom Bashiri, MohammadHasan Zaheri Pages 225-242

    In the present study, the feasibility of processing of MMC tubes via friction stir backward extrusion (FSBE) technique was investigated. In this regard, an aluminum alloy 1100 bar was utilized as initial raw material. In the FSBE method, the initial material is placed inside a chamber and a rotating punch is fed downward penetrating into the material softened due to the generated frictional heat. Consequently, the material is back extruded around the punch and a cylindrical tube is formed. In order to compare the results, first, a tubular specimen was produced by the FSBE method. Then, several through holes with 1.5 mm diameter were drilled by a super drill machine. These holes were filled with SS 316 powder having micrometric dimensions. The prepared specimens were processed via FSBE technique and MMC tubes were successfully produced. The distribution of powder particles was investigated by metallographic observations. Furthermore, the mechanical properties of the processed tubes were documented by Vickers hardness measurements and tensile tests. The comparison of the results demonstrates that the MMC tubes have higher strength and lower ductility. The material deformation behavior during FSBE was simulated by a coupled structural-thermal model via DEFORM finite element software.

    Keywords: MMC tube, friction stir back extrusion, Powder, Hardness, Tensile test
  • Davood Beyralvand, Farzad Banazadeh, Hossein Ghazizade-Ahsaee *, Rasoul Moghaddas Pages 243-262

    Roller bearings are one of the most widely used mechanical components. The load on the bearing is supported by the pressure that is developed in fluid-film and thus the lubricant is less able to escape and a longer-lasting lubricant film is generated called elastohydrodynamics lubrication (EHL). In general, to understand the lubrication regimes, it is important to consider the thickness of the lubrication layer. Lubricant film thickness is one of the most important parameters affecting the performance of bearings. In the present study, using theoretical equations and using MATLAB programing software, the load distribution along the rotary kiln was investigated and calculated, and then the film thickness of the lubricant (base oil and grease) in the roller bearings of the rotary kiln of Butia Iranian Steel Pelletizing Complex was calculated. Finally, the effect of various parameters such as rotary kiln speed, lubricant operating temperature, fill ratio, base oil viscosity and viscosity index of base oil were deliberated. The results showed that by increasing the base oil viscosity from 150 cst to 1000 cst, the film thickness increased by 239%. Furthermore, increasing the viscosity index caused small changes in the base oil viscosity in the operating temperature and reduced the starting torque at the beginning of application.

    Keywords: Rotary kiln, Pelletizing, Grease, lubricant film thickness, Elastohydrodynamics
  • Mohammadreza Modabbernia, Mojtaba Masoumnezhad *, Alireza Akoushideh Pages 263-289

    Today, there is a growing utilization of fractional order systems in the modeling of various phenomena. Furthermore, the capabilities and performance of fractional order controllers in the analysis and design of fractional order systems are of interest to many researchers. In the present research, the most important toolboxes developed for analyzing and designing fractional-order systems were introduced and their capabilities and performance in the analysis and design of fractional order controllers compared. In this regard, the basic features and capabilities of the four different toolboxes were examined. The advantages and disadvantages of each were listed. Then, with the help of three toolboxes, the performance of two fractional-order proportional, integral, and derivative (FOPID) controllers optimized with a meta-heuristic algorithm to stabilize the synchronous generator voltage regulation system and brushless DC motor were simulated. The simulation results showed that the performances of these toolboxes depend to a large extent on their employed algorithms. Thus, the results of Fractional-order Transfer Function (FOTF) and Fractional-order Modelling and Control (FOMCON) toolboxes were very similar and non-integer (NINTEGER) toolbox results were significantly different.

    Keywords: Fractional, order dynamical system Fractional order controller Optimization
  • Hadi Ghasemi Zavaragh * Pages 291-309
    Due to the low efficiency of internal combustion engines, a large part of the chemical energy of the fuel they consume is dissipated to the environment as heat through a cooling system. Unfortunately, most engines still use the classic cooling system, which is practically unable to cool the engine optimally unnder different operating conditions, and this category increases fuel consumption and increases emissions from engines. Therefore, in this paper, first, a classic cooling system was tested and its performance recorded. Then, in the cooling system of the same engine, a mechanical water pump and mechanical thermostat were respectively replaced with electric water pump and an electronic thermostat. After this upgrade, the engine was tested under the same conditions as the classic mode, and its results were compared with the results obtained from the classic system. The results illustrated that if a good and complete program is used to control the electric water pump and electronic thermostat, fuel consumption was reduced by at least 1.19% and at most 4.33% compared to the classic system in addition to increasing the lifespan of engine parts. In addition, the engine warm-up time was reduced by a minimum of 6.25% and a maximum of 18.84%. Moreover, HC and NO pollution in most tests showed a minimum of 15.32% and a maximum of 70% and a minimum of 9.28% and a maximum of 46.58%, respectively.
    Keywords: internal combustion engines, cooling system, Water Pump, thermostat, Fuel
  • Reza Babaei Spouei, Reza Naseri * Pages 311-332
    In the present study, the performance of nanofluid flow in a Linear Parabolic Trough Solar Collector was simulated and studied. The flow is considered three-dimensional, turbulent and incompressible. Flow modeling is a combination of Monte Carlo Ray Tracing (MCRT) and numerical simulation which was implemented by Soltrace and Ansys Fluent software, respectively. The radiative flux reflected from reflector on the absorber tube was calculated by Soltrace software and introduced to Ansys Fluent by UDF code. Thermophysical properties including density, specific heat, thermal conductivity and viscosity were considered as a function of temperature. It was observed that in Reynolds 1000 number and in two volume fractions of 2 and 5 percent, the enhancement of heat transfer coefficients were respectively 3 and 11 percent for Al2O3, 7 and 15 percent for copper powder (Cu), and 7 and 42 percent for silver powder (Ag). In Reynolds number 15,000, increases of 8 and 33 for Al2O3, 9 and 29% for copper powder (Cu), and 8 and 25% for silver powder (Ag) were respectively observed. The results showed that at a constant Reynolds number, the heat transfer coefficient increased with increased nanofluid volume. It was also observed that the performance of silver powder (Ag) nanoparticles at low Reynolds numbers was better than other nanoparticles, but it decreased with increasing Reynolds number. Unlike silver powder (Ag), the performance of Al2O3 at low Reynolds number was insufficient, but improved with increasing Reynolds number.
    Keywords: Linear Parabolic Trough Solar Collector, Nanofluid, soltrace, Ansys Fluent, Heat Transfer Coefficient
  • Katayoon Kamali, MohammadSaleh Barghi Jahromi *, Mohammad Sefid Pages 333-355

    In this study, energy and exergy for different parts of a 5 MWe direct steam generation (DSG) solar power plant was analyzed for Yazd city climate. It was observed that the most energy in the condenser and the most exergy losses occurred in the parabolic solar concentrator. To improve the efficiency of the concentrator, this study recommends to preheat the water entering the concentrator with one or more open preheaters in which the extractions of steam from turbine should be optimized by their pressures and mass flow rates. For different cases in which the cycle has up to 4 preheaters, the efficiency of the first and second laws of thermodynamics was investigated. In the case of 4 preheaters, based on obtained results, it was revealed that the efficiency of the first and second laws were 17.2% and 16%, respectively which was a significant increase compared to the case where the cycle had one, two or three preheaters. Therefore, according to the obtained results from the efficiency of the first and second laws as well as the irreversibility of power plant components, the cycle of the present article can be recommended for the city of Yazd.

    Keywords: Energy, exergy analysis Direct steam generation solar power plant, Water Open Preheater, Extraction, Bleed pressure
  • Naser Taheri *, Ehsan Akbari, Nematollah Askari, Vazir Ahmad Tajik, Hamed Orojlo, MohammadAli Kazemi, Ghorban Ghasemi Pages 357-381

    Connecting wind turbines to power networks without adversely affecting system stability is one of the most important future challenges to expand wind farms. In this paper, to improve the power network stability, damping the oscillations caused by torsional modes and increasing the energy conversion efficiency of wind turbines, a new control strategy was proposed for the active power control loop of wind turbines as well as HVDC transmission systems. First, the nonlinear speed-power curve of the wind turbine was shown to be effective in damping coefficients of torsional modes, energy conversion efficiency and the stability of the wind turbine. Accordingly, the use of wind turbine stabilizer in the wind turbine power control loop was proposed. Since the wind power plant is effective in the flow of the active-reactive power components, the use of supplementary damping controllers in the rectifier of VSC HVDC system was proposed to improve the voltage profile and the dynamic stability of the power network. The fractional order PID controllers were used in the proposed control strategy whose coefficients were adjusted using the proposed genetic-bat algorithm. In this algorithm, in order to avoid the rapid convergence of bats to local extremes and the optimal development of the search space, two operators of genetic algorithms, the dynamic mutation based on probabilities and the crossover were used. The simulation results showed that under the proposed control strategy, the stability of the system and the voltage profile in the network were significantly improved.

    Keywords: Power system stability VSC HVDC system Fractional Order PID Damping Controller Genetic, Bat algorithm Wind turbine Torsional modes
  • Hassan Zare *, Hossein Asgharpour-Alamdari Pages 383-401
    This paper introduces a versatile single-phase seven-level inverter for integrating lower voltage renewable energy sources to the higher voltage amplitude power grids. The input voltage was increased by combining the voltage of the capacitors in the predetermined current paths. The output staircase waveform was formed by using a DC voltage source, two capacitors, and the aid of the phase disposition pulse width modulation (PD-PWM) strategy. The self-voltage balancing ability of the capacitors without the need for any external controllers nor sensors, high efficiency, and ease of operation were the most important features of the proposed converter. Requiring fewer semiconductor devices compared to other inverters mentioned in recently published papers ensures the superiority of the proposed boosting multilevel inverter. The ability to increase the input voltage by three times at the output in addition to the ability to self-balance the voltage of the capacitors without the use of a side control circuit or sensor were other advantages of the proposed structure. Furthermore, by calculating the power losses and circuit capacitances, 95.8% efficiency was obtained. Finally, the performance of the proposed seven-level inverter under different load conditions was simulated in MATLAB SIMULINK environment and the results were confirmed by the results obtained from the laboratory prototype.
    Keywords: multi, Level Inverter (MLI) Switched, Capacitor Circuit PD, PWM Boosting Ability Self, Voltage Balancing Single, Source
  • Reza Rahbar Hadi Bigloo, MohammadMehdi Movahedi * Pages 403-428

    Thus far, controllers have often used the equations governing direct kinematics or reverse kinematics to control the position of the final implement of the robotic arm. Difficulties in unravelling direct kinematic equations and reverse kinematics, errors in solving equations, lack of user-friendly graphical environment, lack of flexibility in controller decision making and large volumes of calculations are problems of control systems in controlling robotic arms. In this paper, a skeletal lift robot with two classic PID and Fuzzy control methods with 4 degrees of freedom, in addition to a simulation in which four parts of the arm were examined by the controller and Matlab / Simulink as a tool for feature testing were used. Robotic arm movements were used. Implementation outputs show the satisfactory performance of the fuzzy controller which was able to control the arms of this robot with a percentage of uplift and a desired sitting time of 1.23 seconds. Furthermore, in order to test the performance of the scaffolding robot, the movement nodes of the arm were placed optimally and the controlled system showed the high accuracy of the fuzzy controller so that after 1.23 seconds at the critical point, the wrist area, it was able to continue with the desired sitting with a permanent error of zero and without any distortion.

    Keywords: Palletizer, Robot arm, 4DOF, Controller PID, Controller Fuzzy
  • Amir Javad Ahrar *, Mohammad Omidpanah, Seyed Ali Agha Mirjalily Pages 429-457

    In this study, the flow patterns, heat transfer rate and entropy generation rate of Al2O3/Water nanofluid was simulated in a closed cavity containing 4 circular cylinders with 2 different arrangements. The renowned single-phase nonhomogeneous technique (Buongiorno Model) was chosen to assess the nanofluid flow and heat transfer rate numerically. However, the diffusion term in the concentration equation of the technique usually possesses a relatively low value, which might cause instability issues during the iteration process. Hence, in order to deal with this problem, an in-house Fortran 90 code was developed using a novel hybrid FD-LBM method with TVD characteristics. The mentioned algorithm has been proved to be a great asset when facing flows with lower rate of diffusion compared to convection. The active parameters in this study were Ra, Le, and Al2O3 nanoparticle volume fractions, and their influence on the Nu and Sh numbers as well as the entropy generation rate of the system were investigated in the cavity for both cylinder arrangements. According to the results of this simulation, the stream function and consequently the flow velocity in the diamond arrangement were much higher compared to the square arrangement. Moreover, it was observed that not only the addition of nanoparticles could not raise the heat transfer rate from the wall, but in φ = 9 %, the Nusselt number experienced an approximate 15 % decrement.

    Keywords: Hybrid FD, LBM numerical technique Nanofluid Single, phase nonhomogeneous model Arrangements for cylinders Instabilities in LBM solution method