فهرست مطالب

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و چهارم شماره 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/31
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میثم محمدی*، مجتبی محمودی صفحات 1-14
    در پژوهش حاضر به بررسی و مطالعه تغییرات خواص مواد در محیط های گرم و مرطوب و تاثیر آن بر رفتار خمشی ورق های چندلایه کامپوزیتی پرداخته شده است. حرارت و رطوبت از جمله عوامل محیطی هستند که بر خواص مکانیکی مواد پلیمری تاثیر زیادی دارد و در نتیجه موجب تغییر رفتار چندلایه های کامپوزیتی پایه پلیمری می شود. به منظور بررسی این تغییر رفتار، یک چندلایه کامپوزیتی بر اساس فرضیات کیرشهف و تیوری ورق های نازک، مدل سازی و معادلات حاکم بر خمش چندلایه استخراج شده است. سپس معادله حاکم، برای ورق چندلایه با شرایط مرزی چهار طرف تکیه گاه ساده به صورت دقیق حل شده و پاسخ بسته برای بررسی های عددی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بررسی تاثیر عوامل محیطی بر روی خواص مکانیکی این ورق ها، از مدل های تجربی ارایه شده در پژوهش های گذشته استفاده شده است. در انتها، به منظور بررسی بیشتر، تاثیر عوامل دیگر از جمله نظیر ابعاد ورق چندلایه، دما، رطوبت نسبی، کسر حجمی الیاف، کسر حجمی حفره و لایه چینی روی خیز بیشینه ورق چندلایه مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها نشان می دهد که تغییر میزان رطوبت نسبی یا دما خواص مکانیکی را به طور چشم گیری کاهش می دهد و رفتار ورق چندلایه را تحت تاثیر قرار می دهد.
    کلیدواژگان: ورق های چندلایه کامپوزیتی، تغییر خواص ماده، محیط گرم و مرطوب، خمش
  • علی جعفریان*، سید محمدرضا علوی طباطبایی، سعید شاخصی صفحات 15-28
    در مقاله حاضر ماتریس جرم افزوده کشتی هوایی با استفاده از روش المان مرزی تعیین شده است. گسسته سازی معادلات حاکم بر روی شبکه مثلثی بر روی سطح جسم انجام شده است. شبکه محاسباتی بر روی سطح جسم با استفاده از نرم افزار گمبیت ایجاد شده و به صورت ورودی در کد المان مرزی نوشته شده به زبان فرترن به کار گرفته شده است. ابتدا به منظور صحه سنجی کد المان مرزی، ماتریس جرم افزوده برای هندسه های متداول مانند کره و بیضی گون با نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک 2 و 85/3 انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی المان مرزی کاملا با مقادیر به دست آمده از حل تحلیلی تطابق دارند. سپس ماتریس جرم افزوده برای بدنه کشتی هوایی با دو پروفیل NPL و GNVR که از پرکاربردترین پروفیل ها در بدنه کشتی های هوایی است محاسبه شده است. در نهایت هندسه کامل کشتی هوایی به همراه مجموعه دم و سبد، با استفاده از دو پروفیل مختلف بدنه شبکه بندی شده است و ماتریس جرم افزوده برای کشتی هوایی در دو حالت به دست آمده است.
    کلیدواژگان: کشتی هوایی، روش المان مرزی، جرم افزوده
  • امیرحسین ربیعی*، محمدرضا برزن، ابوالفضل محمدابراهیم صفحات 29-43

    ناپایداری های ناشی از جریان یکی از چالش های اساسی در زمینه طراحی سازه های دریایی و زمینی در معرض جریان سیال به شمار می رود. روش های کنترلی غیرفعال و فعال بسیار متعددی برای کاهش نوسانات ناشی از جریان استوانه با مقطع مربعی به عنوان هندسه پایه ای برای سازه های دارای گوشه های تیز استفاده شده است. روش مکش و دمش جریان یکی از روش های اثربخش برای کنترل جریان و به تبع آن کاهش ارتعاشات حاصل از نیروهای آیرودینامیکی به حساب می آید که تا به حال برای استوانه مربعی قرار گرفته بر روی بستر الاستیک که آزادانه در جهت عرضی نوسان می کند، اعمال نشده است. بنابراین در مقاله حاضر جداگانه از روش های مکش و دمش برای سرکوب نوسانات ناشی از جریان بهره گرفته شده است. در روش مکش یک شیار در سطح جلویی استوانه و در روش دمش یک شیار در سطح پشتی استوانه جای گذاری شده است. در مطالعه حاضر اثر سرعت های مکش و دمش و هم چنین اثر طول شیارهای مکش و دمش بر کارآمدی روش به کار گرفته شده، مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به شبیه سازی های تعامل جریان- سازه ای مشاهده می شود که روش کنترل جریانی اعمال شده به خوبی توانسته است نوسانات ناشی از جریان را کاهش دهد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات ناشی از جریان، ریزش گردابه، کنترل جریان، گالوپینگ، هندسه مربعی
  • مصطفی زمانی محی آبادی*، فرید سلطانی، احمدرضا برومندپور، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 45-60

    در کار حاضر جریان آشفته در یک دیفیوزر دو بعدی نامتقارن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در بسیاری از کاربردها، اطلاع از این که آیا لایه مرزی از سطح یا داخل یک جسم خاص جدا می شود و این که دقیقا جداسازی جریان در کجا رخ می دهد، از اهمیت خاصی برخوردار است. ترکیب داده های آشفتگی با هوش مصنوعی در حال حاضر یک موضوع تحقیقاتی فعال برای مطالعه آشفتگی است. در این مقاله پیش بینی جدایش جریان با وجود گرادیان فشار معکوس در دیفیوزر دوبعدی نامتقارن، با استفاده از سه مدل آشفتگی شامل مدل استاندارد k-e، مدل استاندارد k-w و مدل SST k-w و مدل هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN) مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. برای شبیه سازی عددی و حل معادلات حاکم از نرم افزار فلوینت استفاده شده است. نتایج در فواصل 21، 29، 39 و 49 سانتی متری از لبه دیفیوزر مورد تحلیل قرار گرفتند و با داده های تجربی مقایسه شدند. x و y/H هر نقطه به عنوان ورودی و U/U0 سرعت در آن نقطه به عنوان خروجی شبکه عصبی درنظر گرفته شده است. شاخص های آماری RMSE, MBE, t-test برای نقاط موردنظر محاسبه و گزارش شده است. مدل شبکه مصنوعی نسبت به سه مدل آشفتگی، پیش بینی بهتری از جدایش جریان را نشان می دهد و مدل استاندارد k-e نسبت به مدل های دیگر پیش بینی ضعیف تری را نشان می دهد. این تحقیق چشم انداز مدل سازی آشفتگی را با روش های یادگیری ماشین به خصوص شبکه عصبی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: دیفیوزر، مدل توربولانسی، شبکه عصبی
  • رضا کریمی احمدی، حمیدرضا نظیف* صفحات 61-86
    زیست توده به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر در سراسر جهان از اهمیت زیادی برخوردار است. نقش اختلاط و جدایش ذرات زیست توده و ماده بستر در فرآیند گازی سازی بستر سیال بسیار حایز اهمیت است. هر چه میزان اختلاط این ذرات به خوبی انجام شود، کیفیت گازهای سنتز شده خروجی از فرآیند گازی سازی زیست توده افزایش می یابد. این پژوهش با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی به روش حجم محدود با رویکرد جریان چند فازی اویلرین به بررسی فرآیند اختلاط سه فازی پوسته برنج (زیست توده)، شن (ماده بستر) و هوا در بستر سیال حبابی می پردازد. تاثیر ضریب برخورد بین ذرات و شرایط مرزی دیوار برای فاز جامد در فرآیند اختلاط زیست توده و ماده بستر مطالعه شده است. در این پژوهش، تاثیر لغزش آزاد، لغزش جزیی و بدون لغزش برای ذرات در برخورد با دیوار بررسی شده است. در شرایط لغزش جزیی، سرعت ذرات پوسته برنج و شن در مقایسه با دو حالت دیگر بیشتر می باشد، لذا هر چه سرعت ذرات در بستر افزایش یابد، اختلاط و توزیع یکنواخت ذرات در بستر افزایش می یابد. بررسی افت فشار در بستر سیال نشان می دهد، در شرایط لغزش آزاد، افت فشار به ترتیب 09/8 درصد و 2/14درصد نسبت به دو حالت لغزش جزیی و لغزش کلی کمتر می باشد. همچنین سه نوع پوسته برنج با ضرایب برخورد متفاوت مطالعه شده است. در نتیجه این مطالعه، با کاهش ضریب برخورد بین ذرات، سرعت ذرات پوسته برنج و شن حدود 9 درصد افزایش یافته و افت فشار حدود 22 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بستر سیال حبابی، رویکرد اویلرین، هیدرودینامیک، زیست توده، اختلاط ماده بستر و زیست توده، ضریب برخورد، ضریب برخورد آیینه ای، شرط مرزی دیوار برای فاز جامد
  • مهران مظفری جوین، سید علیرضا داودی ناوخ، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 87-98
    یکی از زمینه های پژوهشی مهمی که امروزه ضرورت آن بیش از پیش در صنایع مختلف حس می شود، فرایند کنترل نیروی عملگرها به صورت بلادرنگ است که برای تحقق بخشیدن به این مهم و دستیابی به بهترین عملکرد عملگر نیاز است ابتدا پارامترهای مدل دینامیکی آن شناسایی شوند. در این پژوهش به منظور شناسایی پارامترهای عملگر الکترومغناطیسی، بستر آزمایشی طراحی و ساخته شده است که در این سیستم، فرایند تولید سیگنال مرجع برای شناسایی به صورت بلادرنگ توسط کارت STM32F746ZG انجام می پذیرد. میکروکنترلر ARM-Cortex M7 کارت مذکور امکان تولید هر نوع سیگنال با فرکانس، دامنه و میانگین مورد نظر را فراهم کرده است. در این بستر آزمایشگاهی برای شناسایی سیستم یک سیگنال هارمونیک فرکانس متغیر چیرپ تولید شده است تا رفتار عملگر را در بازه های فرکانسی مختلف بررسی نماید. مقدار نیروی اینرسی خروجی از عملگر توسط دینامومتر Kistler مدل 9255B اندازه گیری می گردد. در نهایت با تحلیل پاسخ سیستم، مدل دینامیکی مناسب برای بستر آزمایشی با موفقیت تخمین زده می شود.
    کلیدواژگان: شناسایی سیستم، عملگر الکترومغناطیسی، کارت STM32، سیگنال چیرپ
|
  • Meisam Mohammadi *, Mojtaba Mahmoudi Pages 1-14
    In the present study, the effect of material degradation in hygrothermal environment on the bending of laminated composite plates is investigated. Heat and humidity are environmental factors that affect the mechanical properties of polymers and therefore, behavior of laminated composites changes. For investigating these changes, a laminated composite is modeled through the Kirchhoff hypothesis and classical plate theory for thin plates, and the bending governing equations are derived. The resulted equation is solved for a simply supported laminated plate and exact solution is obtained for numerical analysis. The environmental effects on the mechanical properties are modeled using the available experimental results in the literature. Finally, the effects of laminate dimensions, temperature, relative humidity, fiber volume fraction, void volume fraction, lay-up on the maximum deflection of laminate is investigated in details. Results show that variation of temperature and relative humidity severely reduce the mechanical properties and affect the behavior of laminated plates.
    Keywords: Laminated composite plates, Material degradation, Hygrothermal environment, Bending
  • Ali Jafarian *, Sayed Mohammadreza Alavi Tabatabaei, Saeed Shakhesi Pages 15-28
    In this paper the boundary element method is used to calculate the added mass matrix of an airship. Here, the governing equations are desecrated on the triangular computational cells on the surface of the airship geometry. The computational grid cells are generated on the surface of the body using the Gambit software and inserted to the BEM Fortran code. First, in order to validate the numerical code, the added mass of a sphere and ellipsoid with two different fineness ratio (a/b=2, 3.85) is obtained and the results are compared with the analytical results. The BEM results are in a very good agreement with the analytical results. Then the BEM code is used to calculate the envelope added mass matrix with NPL and GNVR body profile which are two common body profiles in airships. Finally, the simulation is conducted for the whole airship with fins and gondola and the added mass matrix is obtained for two envelope profiles.
    Keywords: Airship, Boundary Element Method, Added Mass
  • AmirHossein Rabiee *, MohammadReza Barzan, Abolfazl Mohammad Ebrahim Pages 29-43

    Flow-induced instabilities are one of the major challenges in the design of aerospace structures. Numerous passive and active control methods have been used to reduce the flow-induced oscillations of square cross-section cylinder as the basic geometry for structures with sharp corners. The suction and blowing flow control method are one of the most effective approaches for controlling the flow and consequently reducing the vibrations resulting from the aerodynamic forces, which so far are not considered for an elastically-mounted square cylinder which fluctuates freely in the transverse direction. Therefore, in this paper, suction and blowing flow control methods have been used separately to suppress flow-induced oscillations. In the suction-based method, a slut is placed on the front surface of the cylinder and in the blowing-based method another slot is inserted on the back surface of the cylinder. In the present study, the effect of suction and blowing velocities as well as the effect of suction and blowing slut lengths on the efficiency of the flow control approach was evaluated. According to the flow-structure interaction simulations, it is observed that the applied flow control method has been able to reduce flow-induced vibrations appropriately.

    Keywords: Flow-induced vibration, Vortex Shedding, Flow Control, Galloping, Square geometry
  • Mostafa Zamani Mohiabadi *, Farid Soltani, AhmadReza Boroomandpour, GhanbarAli Sheikhzadeh Pages 45-60

    In this paper, turbulent flow in an asymmetric two-dimensional diffuser is investigated. In many applications, it is important to know whether the boundary layer separates from the surface or inside a particular object, it is also important to know exactly where the flow separation occurs. Combining turbulence data with artificial intelligence is currently an active research topic for studying turbulence. This research makes it possible to replace traditional turbulent models with artificial neural networks (ANN). In this study, to predict flow separation in an asymmetric two-dimensional diffuser, three turbulence models, standard k-, standard k-and SST k-, and intelligent neural network model with reverse pressure gradient were investigated. Fluent software was used to solve the Navier-Stokes-Reynolds equations. Three types of networking are designed and at the end, the second type is used to analyze the flow. 21, 29, 39 and 49 cm distances from the edge of the diffuser were analyzed and compared with experimental data. x and y/H are considered as the input point and U/U0 is the velocity at that point as the output of the neural network model. RMSE, MBE, t-test statistical indices have been calculated and reported for the desired points, The ANN had a better prediction of separation than the other three standard models, and the standard k- had a lower prediction than the other models. This research shows the perspective of chaotic modeling with machine learning methods, especially neural networks.

    Keywords: Neural Network, turbulence, diffuser
  • Reza Karimi Ahmadi, Hamidreza Nazif * Pages 61-86
    Biomass is important as a renewable source of energy worldwide. The role of mixing and segregation of particles in the process of gasification of the fluidized bed is important. better mixing of these particles the better the quality of synthesized gases emitted from biomass gasification process. This study investigates the three-phase mixing process of rice husk (biomass), sand (bed material) and air in a bubbling fluidized bed using the finite volume and computational fluid dynamics tool with Eulerian multiphase flow approach. effect of the restitution coefficient between the particles and the wall boundary conditions for the solid phase in the process of mixing biomass and bed material has been studied. In this study, the effect of free slip, partial slip and no-slip for particles in contact with the wall has been investigated. In the case of partial slip the velocity of rice husk and sand higher than other two cases. Therefore, as the velocity of particles in the bed increases, the uniform mixing and distribution of particles in the bed increases and segregation of particles decreases. study of pressure drop in the fluidized bed shows that in free slip conditions, the pressure drop is 8.09% and 14.2% less than partial slip and no-slip, respectively. Also, three types of rice husks with different restitution coefficients have been studied. As a result of this study, with decreasing the restitution coefficient between particles, the velocity of rice husk and sand particles increases by about 9% and the pressure drop decreases by about 22%.
    Keywords: Bubbling Fluidized Bed, the Eulerian Approach, Hydrodynamic, Biomass, Mixing Bed Material, Biomass, Restitution Coefficient, Specularity Coefficient, Wall Boundary Condition for solid Phase
  • Mehran Mozaffari-Jovein, Seyyed Alireza Davodi Navokh, Behnam Moetakef-Imani * Pages 87-98
    Currently, real-time force control of actuators is one of the most important issues found in different branches of industry. In order to achieve the best performance of a given electromagnetic actuator, first of all, the parameters of the dynamic model of the actuator should be identified. In this research, an experimental platform is designed and manufactured to conduct experiments and identify the parameters of the electromagnetic actuator. The process of generating a reference signal for identification is performed in a real-time manner by the STM32F746ZG board. The ARM-Cortex M7 microcontroller on the board has provided us with the ability to produce any type of signal with the desired frequency, amplitude and bias. In this research, a harmonic chirp signal is generated to study the behavior of the actuator at different frequency intervals. The amplitude of inertial force generated by the actuator is measured by a Kistler Type 9255B dynamometer. Finally, by analyzing the system response, the accurate dynamic model for the system is successfully estimated.
    Keywords: System Identification, Electromagnetic actuator, STM32 board, Chirp signal