فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال دوازدهم شماره 4 (مهر و آبان 1401)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دوازدهم شماره 4 (مهر و آبان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/15
  • تعداد عناوین: 14
|
  • امید کوچکیان فرد، مجید ساده دل* صفحات 1-12
    در مقاله حاضر، ارتعاشات و پایداری وابسته به اندازه میکروتیرهای چرخان با حرکت محوری محاط شده در بستر ویسکوز با شرایط مرزی مختلف دوسربسته در محیط های رطوبتی-حرارتی-مغناطیسی تحت نیروهای گرانشی و محوری براساس تیوری تنش کوپل و مدل تیر رایلی مطالعه شده است. معادلات دینامیکی سیستم با به کارگیری اصل همیلتون استخراج شده اند. با به کارگیری روش گالرکین و حل مسیله مقدار ویژه، فرکانس های ارتعاشاتی پس رو و پیش رو سیستم و آستانه های ناپایداری سیستم به دست آمده اند. برای اعتبارسنجی نتایج پژوهش حاضر، مطالعات مقایسه ای انجام شده اند. اثر پارامترهای کلیدی مختلف مانند پارامتر اینرسی چرخشی، میرایی بستر، نسبت سفتی خمشی بر دینامیک سیستم آزموده شده اند. نتایج نشان دادند که برعکس محیط های رطوبتی، میدان های مغناطیسی موجب بهبود عملکرد سیستم می شوند. همچنین، هنگامی که حرکت محوری سیستم در خلاف جهت شتاب گرانشی باشد، نیروهای گرانشی موجب کاهش آستانه ناپایداری سیستم می شوند و می توانند سیر تکاملی پایداری سیستم را تغییر دهند. ضمنا نشان داده شد که افزایش پارامتر اینرسی چرخشی اثر کاهنده بر فرکانس های ارتعاشاتی و پایداری سیستم دارد. مدل سازی و نتایج پژوهش حاضر می توانند در طراحی بهینه میکروسوییچ ها مفید باشند.
    کلیدواژگان: سیستم های چرخان متحرک، محیط پیچیده، نیروهای گرانشی، بستر ویسکوز، شرایط مرزی
  • هادی تیموری، حسن بیگلری* صفحات 13-26
    در این مقاله، توابع گرین حاصل از انتشار امواج در تک لایه فوم متخلخل ایزوتروپیک با شرایط مرزی انتهای فوم به صورت اتصال صلب مورد بررسی واقع شده است. هدف از این مقاله به دست آوردن تنش ها و جابجایی های حاصل از نشر موج نیرو های هارمونیک واقع بر روی سطح فوم می باشد. فوم ها به دلیل داشتن منفذ های توخالی که درون آنها سیال جابجا می شود از نوع مواد متخلخل اشباع می باشند. معادلات حاکم بر انتشار امواج برای مواد متخلخل اشباع از نوع دستگاه معادلات دیفرانسیل پیچیده با مشتقات جزیی می باشد که با استفاده از دو تابع پتانسیل مجهول به دو معادله مجزا تبدیل می گردند. معادلات به دست آمده با استفاده از تبدیلات انتگرال هنکل و سری فوریه به معادلات ساده تری تبدیل می شوند. به کمک شرایط مرزی حاکم بر مساله، دو تابع پتانسیل مجهول در فضای تبدیل یافته به دست می آیند و با استفاده از عکس انتگرال هنکل، جواب های حاصل در فضای فرکانسی به دست می آیند. از مهم ترین نتایج حاصل از این تحقیق این است که در بخش حقیقی توابع گرین، بارگذاری نقطه ای باعث ایجاد بیشینه تنش و تغییر مکان در راستای عمودی می گردد و هم چنین بارگذاری حلقوی و تخلخل کم، بیشترین زاویه فرکانس حاصل از نشر موج را در توابع گرین دارند.
    کلیدواژگان: انتشار امواج، توابع گرین، فوم متخلخل ایزوتروپیک، توابع پتانسیل، ضخامت محدود
  • حسین خدارحمی*، محمود کفاش میرزارحیمی، مجتبی ضیاء شمامی، روح الله حسینی صفحات 27-40

    سازه های ساندویچی با هسته ساخته شده از مواد متخلخل ازجمله انواع فوم های فلزی و پلیمری در جذب انرژی بارهای انفجاری موثر بوده و به دلیل سبکی می تواند کاربرد خوبی در صنایع مختلف داشته باشد. در این مقاله تغییر فرم و جذب انرژی سازه های ساندویچی با رویه آلومینیمی و فولادی و هسته ساخته شده از فوم پلی اورتان که از دو نوع پوکه معدنی با سایز مختلف (اصطلاحا نخودی و بادامی) پرشده است، تحت بارگذاری انفجار آزاد بروش تجربی و شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار اجزاء محدود Abaqus موردمطالعه قرارگرفته است. در این بررسی ابتدا رفتار مکانیکی هسته با ساخت نمونه های ترکیبی از فوم پلی اورتان و پوکه های معدنی، تحت آزمایش فشار مطالعه شده و نتایج آن در مدل های رفتاری نرم افزار مورداستفاده قرارگرفته است. پس از مقایسه نتایج عددی به دست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج آزمایش های تجربی و صحت سنجی نتایج روش عددی، مطالعات پارامتریک عددی انجام گرفته و اثر نوع پوکه، ضخامت هسته، جنس رویه ها و ضخامت رویه ها در میزان تغییر فرم یا خیز رویه ها و همچنین میزان جذب انرژی اجزاء سازه موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد پانل با رویه ی پشتی ضخیم تر عملکرد بهتری در جذب انرژی انفجار دارد. همچنین با افزایش استحکام یا ضخامت رویه ها نقش هسته در جذب انرژی کمتر می شود.

    کلیدواژگان: جذب انرژی، فوم پلی یورتان، پوکه ی معدنی، انفجار
  • علیرضا عظیمی، علی خرم*، ضیا والفی، علیرضا یزدی پور صفحات 41-54
    جوشکاری نفوذی یک فرآیند جوشکاری حالت جامد می باشد که در آن سطوح تماس تحت فشار در دماهای بالا با حداقل تغییر شکل ماکروسکوپی به هم متصل شوند. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای جوشکاری نفوذی بر ریز ساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد 17-4PH و آلیاژ Ti6Al4V با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت 150 میکرومتر می باشد. آزمایشها در کوره خلاء در سه دمای 900 ،950 و 1050 درجه سانتیگراد برای مدت زمان 45 و 60 دقیقه و تحت فشار 5 مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد که در دماهای 900 و 950 درجه سانتیگراد، ترکیبات بین فلزی Ni3Ti، NiTi و NiTi2 در مرز مشترک نیکل-تیتانیوم تشکیل می شوند در حالیکه با افزایش دما به 1050 درجه سانتیگراد، فازهایNiTi2+Fe2Ti، β-Ti و β-Ti+α-Ti در مرز اتصال تشکیل می شوند. کمترین میزان سختی (562 ویکرز) در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 45 دقیقه و بیشترین میزان سختی (700 ویکرز) در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 60 دقیقه به دست می آید. با افزایش زمان جوشکاری نفوذی از 45 به 60 دقیقه در دو دمای ثابت 900 و 950 درجه سانتیگراد، استحکام برشی به ترتیب 8/4 درصد و 6/23 درصد افزایش می یابد. همچنین با افزایش دمای جوشکاری نفوذی از 900 به 950 درجه سانتیگراد در زمانهای ثابت 45 و 60 دقیقه، استحکام برشی به ترتیب 3/55 درصد و 7/31 درصد کاهش می یابد. بهترین استحکام برشی اتصال در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 60 دقیقه به میزان 303 مگا پاسکال به دست آمد.
    کلیدواژگان: جوشکاری نفوذی، فولاد 17-4PH، آلیاژ Ti6Al4V، ریز ساختار، استحکام برشی
  • مرتضی صادقی، وحید فرتاشوند*، امیر عبدالله، دکتر فلاحی آرزو دار، رضوان عابدینی صفحات 55-68
    اعمال ارتعاشات فراصوتی توان بالا در فرآیندهای شکل دهی منجر به تغییر رفتار مکانیکی ماده و کاهش تنش سیلان در حین اعمال ارتعاشات می شود. این امر سبب بهبود شکل پذیری ماده و کاهش نیروهای شکل دهی می گردد. برای بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوتی روی مواد مختلف، می‎توان از آزمون کشش و فشار استاندارد استفاده کرد. در این پژوهش، برای بررسی رفتار فشاری آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی، یک مجموعه طراحی، تحلیل، ساخته و آزمایش شد. ارتعاشات فراصوتی توسط مبدل تولید و از طریق تقویت کننده (بوستر) و ابزار یا سنبه فشارنده (هورن) به نمونه آزمون منتقل می شود. هندسه ابزار (هورن) و شکل مود ارتعاشی (گره یا شکم) و نیز توان اعمال ارتعاشات فراصوتی از جمله پارامترهای موثر در این فرآیند است. از اینرو، شکل های مختلف سنبه ساخته شد تا نمونه در موقعیت گره (حداقل دامنه ارتعاشی) و شکم ارتعاشی (حداکثر دامنه ارتعاشی) قرار گیرد و اثر آن بر روی میزان انتقال امواج و بازدهی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اعمال ارتعاشات فراصوتی موجب کاهش تنش سیلان ماده (تا حدود 17.36 درصد) گردید. کاهش تنش سیلان به توان ارتعاشات فراصوتی وابسته است و با افزایش توان، تنش سیلان کاهش بیشتری می یابد. همچنین پدیده سخت شوندگی پسماند در این آلیاژ مشاهده نشد و بطور کلی، اعمال ارتعاشات فراصوتی منجر به کاهش کرنش شکست نمونه ها شد. در نهایت تفاوت میزان انتقال ارتعاشات فراصوتی به نمونه ها با سنبه های مختلف مشهود بود و حالت شکل مود ارتعاشی با موقعیت گره ارتعاشی بر روی نمونه اثرپذیری بیشتری را بر روی کاهش تنش سیلان داشته است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات التراسونیک، آلیاژ تیتانیم، گره ارتعاشی، شکم ارتعاشی، آزمون فشار
  • حسین جاودانی، مهدی گردویی* صفحات 69-79
    اتساع ورق های فلزی به علت اعمال تنش کششی بالا در حین شکل دهی و حذف برگشت فنری منجر به تولید قطعات پر استحکام با دقت ابعادی بالا می شود. در این پژوهش به بررسی تحلیلی-تجربی فرایند اتساع ورق فولادی DC04 به عنوان یکی از ورق های پرکاربرد در صنعت خودروسازی پرداخته شده است. در بخش تجربی با اجرای آزمون کشش تک محوری در زاویه های °0، °45 و °90 نسبت به راستای نورد ورق، ضرایب ناهمسانگردی پلاستیک، ثوابت سخت شوندگی مدل توانی و دیگر مولفه های مکانیکی جنس ماده به دست آمد. در ادامه مولفه های کرنش در نواحی مختلف قطعه با تحلیل روابط معیار تسلیم ناهمسانگرد هیل-48 مبتنی بر قانون جریان مرتبط محاسبه گردید. با نوشتن معادلات تعادل در سطوح تماسی ورق با اجزای قالب، اثر نیروهای اصطکاکی بر توزیع تنش-کرنش تعیین گردید. پس از طراحی و ساخت قالب و اجرای آزمون های تجربی اتساع، با سه جابجایی سنبه 5/10، 75/15 و 21 میلی متر بر روی نمونه های مش بندی شده، مقادیر کرنش، تنش و ضخامت اندازه گیری شد. در انتها خطای روش تحلیلی در مقایسه با نتایج آزمون تجربی برای این سه جابجایی به ترتیب برابر %8/15، %7/4 و %07/0 به دست آمد.
    کلیدواژگان: اتساع، شکل دهی، ناهمسانگردی پلاستیک، حل تحلیلی، ورق DC04
  • سید رسول سجادی، سید یوسف احمدی بروغنی* صفحات 81-90
    در طی فرآیند ساخت لوله های فولادی دما و عناصر آلیاژی به طور غیریکنواخت در دیواره لوله توزیع می شود. در این مطالعه اثر این توزیع غیریکنواخت بر خواص مکانیکی در مقیاس ماکرو بررسی شد. برای این منظور نمونه های تخت کششی از دیواره لوله بریده شد؛ به طوری که هر نمونه مربوط به موقعیت خاصی از ضخامت دیواره بود. نتایج آزمایش کشش تغییرات معنادار خواص مکانیکی را در راستای ضخامت نشان می دهد. در ادامه اثر این تغییرات بر رفتار مکانیکی فولاد بررسی گردید. برای این منظور یک نمونه کششی ضخیم با استفاده از خواص اندازه گیری شده به صورت ساختار چندلایه (ناهمگن) مدل شد. در فرآیند مدل سازی، ابتدا به کمک شبیه سازی اجزاء محدود و با توجه به نمودار تنش-کرنش بدست آمده از آزمایش کشش، پارامترهای مدل آسیب گرسون-تیورگارد-نیدلمن برای هر یک از لایه ها به طور جداگانه کالیبره شدند. سپس این پارامترها در مدل سازی نمونه ناهمگن استفاده شد. بر طبق نتایج، نمودارهای نیرو-تغییر مکان نمونه ضخیم بدست آمده از مدل سازی و آزمایش دقیقا بر یکدیگر منطبق نیستند؛ این اختلاف به دلیل شرایط تنشی مختلف در نمونه های نازک و ضخیم و همچنین اثر تنش های پسماند است.
    کلیدواژگان: آزمایش کشش تک محوره، مدل آسیب گرسون-تیورگارد-نیدلمن، فولاد لوله انتقال گاز، خواص مکانیکی راستای ضخامت
  • ابراهیم صالحی، پوریا اکبرزاده*، امیرحسین کاظمیان صفحات 91-102

    مدل زنجیره مارکوف یکی از مدل های آماری- احتمالاتی است که با استفاده از نتایج تجربی در سیکل های اولیه می تواند وضعیت خرابی نمونه ها را در سیکل های بالاتر پیش بینی کند. بنابراین می تواند به صورت لحظه ای برای کنترل خرابی خستگی قطعات در حال کار استفاده شود. در این پژوهش، اتصالات چسبی دو لبه تحت بارگذاری سیکلی در سه سطح بارگذاری مختلف به صورت کشش-کشش قرار گرفته اند و هدف از انجام این کار، بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی می باشد. در این مقاله، تغییرات کرنش سیکلی به عنوان شاخص خرابی معرفی شده است که روند رشد خرابی خستگی را نشان می دهد. براساس نتایج تجربی مشاهده می گردد، شکست خستگی بعد از 18% رشد در اندازه کرنش سیکلی اولیه اتفاق افتاده است. این نتایج تجربی با داده های به دست آمده از مدل زنجیره مارکوف همخوانی و توافق دارند. بنابراین، این روش پیش بینی می تواند عمر باقیمانده ی اتصالات چسبی دو لبه را بر اساس اندازه گیری های کرنش و بدون توجه به تاریخچه بارگذاری آن ها پیش بینی کند.

    کلیدواژگان: اتصال چسبی دولبه، زنجیره مارکوف، کرنش سیکلی، پیش بینی عمر خستگی، خرابی خستگی
  • رضا ناظم نژاد*، حسن شکراللهی صفحات 103-116
    هدف این پژوهش، بررسی تاثیر انرژی سطح بر ارتعاشات آزاد محوری نانومیله های تابعی مدرج ترکداری است که بر اساس تیوری رایلی میله ها مدل شده اند. در تیوری رایلی، اثر اینرسی جابجایی های جانبی علاوه بر اینرسی محوری در نظر گرفته می شود. فرض شده است جنس نانومیله در راستای طول خود تابعی مدرج باشد و بر اساس رابطه توانی تغییر نماید. ترک نیز، با یک فنر خطی که سفتی آن متناسب با شدت ترک می باشد مدل شده است. انرژی سطح نیز شامل تاثیر پارامترهای چگالی سطح، تنش سطح و ثابت لامه سطح می باشند. بدلیل در نظر گرفتن اثر پارامترهای انرژی سطح، معادلات حرکت و شرایط مرزی بصورت ناهمگن ظاهر شده اند که به منظور حل آنها، ابتدا با استفاده از یک تغییر متغیر مناسب، تبدیل به معادلات همگن شده اند. سپس با استفاده از روش مربعات دیفرانسیل هارمونیک، فرکانس های طبیعی به ازای دو شرط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد استخراج شده اند. علاوه بر نوع شرط مرزی، تاثیر عواملی مانند طول و شعاع نانومیله، شدت و محل ترک، و شماره مود فرکانسی بر فرکانس های طبیعی نانومیله تابعی مدرج ترکدار در حضور انرژی سطح بررسی و گزارش شده است.
    کلیدواژگان: تئوری رایلی میله ها، ترک، انرژی سطح، ارتعاشات آزاد محوری، مواد تابعی مدرج
  • عرفان کاوکار مقدم، اسماعیل محمدیان، حسین افشین*، بیژن فرهانیه صفحات 117-131
    در این پژوهش با استفاده از نرم افزار شبیه ساز دینامیکی آتش، اثرات وجود نازل، انشعابات و فن تهویه هوا بر آتش سوزی در یک راهروی تونل معدن زغال سنگ در حال پیشروی به طول 40 متر بررسی شده است. این مطالعه نشان داده است وجود نازل علی رغم کاهش میدان دید به سبب تبخیر آب، سبب کاهش دمای سرتاسر راهرو و کاهش غلظت کربن دی اکسید به اندازه 15000 پی پی ام در دورترین نقطه راهرو خواهد شد. وجود انشعاب در یک راهروی تونل معدنی، علاوه بر تامین مسیر تخلیه از محل آسیب دیده، سبب افزایش مدت زمان ایمن ماندن نقاط مختلف معدن از نظر دما و غلظت گازهای مضر حاصل از آتش سوزی خواهد شد؛ از طرفی اگر انشعاب نزدیک به آتش باشد، به دلیل تامین اکسیژن مورد نیاز، منجر به گسترش آتش خواهد شد. وجود فن دمشی به منظور تهویه هوا در راهروی تونل علی رغم اطفای سریع تر آتش و کاهش 46 درصدی میانگین دمای روی منبع آتش، سبب افزایش غلظت کربن مونو اکسید به مقدار 5/7 پی پی ام در دورترین نقطه راهرو خواهد شد. همچنین استفاده از نازل های متصل به ترموکوپل به سبب نداشتن تاخیر زمانی نسبت به اسپرینکلرها، در مهار آتش موثرتر عمل می کنند و سبب کاهش 69 درصدی دما بر روی منبع آتش خواهند شد.
    کلیدواژگان: شبیه ساز دینامیکی آتش، اطفای حریق در معادن، اسپرینکلر و نازل، فن
  • شاهد عابدی، حسن خالقی*، رضا مداحیان صفحات 133-144
    مرسوم ترین روش شبیه سازی اسپری مایع در بستر گاز، رویکرد اویلر لاگرانژ است که در آن فاز گاز با روش اویلری و فاز مایع با روش لاگرانژی ره گیری می شود. در رژیم جریان متراکم، تاثیر فاز مایع روی فاز گاز و همچنین تاثیر قطرات بر روی یکدیگر دارای اهمیت است و منجر به وابستگی شدید معادلات فاز گاز و مایع می شود. ازنظر عددی حل وابستگی این معادلات از چالش های اصلی این روش است. در پژوهش حاضر دو رویکرد مختلف در ساختار الگوریتم سیمپل برای حل معادلات ارایه شده است. بنابراین یک برنامه کامپیوتری با زبان فرترن برای حل معادلات با رویکرد اویلر لاگرانژ توسعه داده شد. برای اعتبارسنجی و ارزیابی رویکردهای ارایه شده، مسیله اسپری سوخت دیزل حل گردید و با مقایسه نتایج تجربی و در نظر گرفتن زمان همگرایی، الگوریتم مناسب انتخاب شد. نتایج نشان داد استفاده از یک مرحله حل تقریبی معادلات فاز لاگرانژ در آغاز حلقه تکرار الگوریتم سیمپل و سپس دو مرحله تصحیح در موقعیت مناسب در داخل الگوریتم سیمپل، الگوی مناسبی برای حل پیوند چهار راهه معادلات در رویکرد اویلر لاگرانژ است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، اویلر لاگرانژ، شبیه سازی عددی، اسپری دیزل، الگوریتم حل عددی
  • مهدی مهدوی خواه، حمید نیازمند* صفحات 145-157
    سیستم آبشیرین کن جذب سطحی از گرمای درحال هدر رفتن با سطح دمای پایین که در منابع انرژی تجدیدپذیر وجود دارد استفاده می کند. یک مدل عددی سه بعدی وابسته به زمان برای مدلسازی انتقال حرارت و جرم در بستر ماده جاذب جفت سیلیکاژل-آب توسعه داده شده و با نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. یکی از اجزای اصلی آبشیرین کن جذب سطحی اواپراتور است و در این مطالعه تاثیر ابعاد لوله اواپراتور که یک مبدل پوسته-لوله است بر نرخ کارآیی و آب تولیدی روزانه مخصوص (SDWP) به صورت عددی بررسی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده از مدلسازی مشاهده شد نرخ کارآیی با افزایش زمان سیکل افزایش می یابد و به مقدار 66/0 میل می کند و نرخ این افزایش در طول لوله بزرگتر، کمتر است. مقدار SDWPبرای هر ابعاد اواپراتور دارای یک مقدار بهینه نسبت به زمان سیکل است که این مقدار ماکزیمم، با افزایش ابعاد اواپراتور افزایش می یابد. تاثیر افزایش طول لوله اواپراتور با افزایش طول لوله کاهش می یابد و مقدار بهینه با توجه به هزینه و فضای دردسترس انتخاب می شود. در نمونه مورد بررسی، مقدار SDWP با افزایش طول لوله اواپراتور از 2متر به 4متر 11% افزایش می یابد در حالی که افزایش از 4متر به 8متر تنها 6% در مقدار آب تولیدی تاثیر دارد.
    کلیدواژگان: اواپراتور، آب شیرین کن جذب سطحی، بهینه سازی، مدلسازی عددی
  • جاماسب پیرکندی*، رامین ساجدی، منیژه ذاکری صفحات 159-174

    روش رطوبت زنی-رطوبت زدایی هوا گزینه ی مناسبی برای تولید غیر متمرکز آب شیرین می باشد. نقطه ضعف اصلی این سیستم ها وابستگی آن به نور مستقیم خورشید می باشد. برای حل این مشکل، استفاده از روش ذخیره انرژی گرمایی خورشید در روز و استفاده از این انرژی در طول شب می تواند گزینه بسیار مناسبی باشد که با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده قابل تحقق است. در کار حاضر با مجهز کردن کلکتور خورشیدی مجهز شده با ماده تغییر فاز دهنده از دو نوع مختلف پارافین واکس امکان ادامه کار آب شیرین کن در ساعات بعد از غروب خورشید نیز فراهم گردیده است. برای حل معادلات حاکم بر اجزای سیستم آب شیرین کن از نرم افزار متلب استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده دمای آب خروجی از کلکتور خورشیدی نقش قابل توجهی در میزان آب شیرین تولید شده دارد و همچنین نتایج موید آن است که استفاده از ماده تغییر فاز دهنده بیش از 9% افزایش تولید آب شیرین را در پی دارد. نتیجه دیگر نشان می دهد که سرعت فرایند ذوب به مقدار قابل ملاحظه ای بیشتر از سرعت فرآیند انجماد است.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن، رطوبت زنی- رطوبت زدایی، کلکتور خورشیدی، مواد تغییر فاز دهنده
  • معصومه عامریان، علی خالقی*، محمود نوروزی صفحات 175-187
    در این مقاله، با به کارگیری مطالعات تجربی حاصل از روش طراحی آزمایش ها، به بررسی تاثیر پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور و کندانسور بر عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، با استفاده از روش سطح پاسخ پرداخته شده است. روش سطح پاسخ به مجموعه ای از فن های آماری و ریاضیات کاربردی برای ساخت مدل های تجربی باهدف کاهش آزمایش ها هست. پژوهش حاضر در راستای بهبود عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، مقاومت حرارتی کمینه تحت تاثیر دو پارامتر را موردمطالعه قرار می دهد. لوله ی حرارتی نوسانی موردبررسی به ابعاد کلی 3×210×200 میلی متر متشکل از چهار دور لوله-ی مسی با قطرهای داخلی و خارجی به ترتیب 4/2 و 3 میلی متر است. نتایج تجربی حاکی از آن است که تغییرات مقاومت حرارتی برحسب پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور به کندانسور، دارای نقطه عطفی است که تا قبل از آن ارتباط مقاومت حرارتی و هریک از پارامترها به صورت معکوس و پس از آن مستقیم خواهد بود.
    کلیدواژگان: لوله حرارتی نوسانی، مقاومت حرارتی، نسبت طول اواپراتور به کندانسور، نسبت پرشدگی
|
  • O. Koochakianfard, M. Sadedel * Pages 1-12
    In the present paper, the size-dependent vibrations and stability of rotating microbeams with axial motion embedded in a viscous medium with different supported boundary conditions in humid-thermal-magnetic environments under gravitational and axial loads are studied based on the coupled stress theory and Rayleigh beam model. The dynamic equations of the system are derived using the Hamilton principle. Using the Galerkin method and solving the eigenvalue problem, the backward and forward vibrational frequencies and the instability thresholds of the system are obtained. Comparative studies are performed to validate the results of the present study. The effects of various key parameters such as rotary inertia factor, substrate damping, flexural stiffness ratio on system dynamics are examined. The results showed that magnetic fields improve system performance in contrast to humid environments. Also, when the axial motion of the system is in the opposite direction of gravitational acceleration, gravitational forces reduce the instability threshold of the system and can change the system stability evolution. It is also shown that increasing the rotary inertia factor reduces vibrational frequencies and system stability. The modeling and the results of the present study can be useful in the optimal design of microswitches.
    Keywords: Moving spinning systems, complex environment, gravitational loads, viscous foundation, boundary conditions
  • H. Teymouri, H. Biglari * Pages 13-26
    In this paper, the green’s functions resulting from wave propagation in a porous isotropic foam monolayer with the boundary condition of the foam end as a rigid-bonded are investigated. This article aims to obtain the stresses and displacements resulting from wave propagation of harmonic forces located on isotropic foam. Foams are of the saturated porous material type due to the hollow pores in which fluid moves. The governing equations of wave propagation for saturated porous material are complex partial differential equations converted into two separate equations using two unknown potential functions. The obtained equations are transformed into simpler equations using Henkel integral and Fourier series transformations. By utilizing the governing boundary condition of the problem, two unknown potential functions are obtained in the transformed space, and with Henkel's integral inverse operations, the resulting solution is obtained in the frequency space. One of the most important results of this study is that in the real part of Green’s functions, point loading causes maximum stress and displacement in the vertical direction. Ring load and low porosity have the maximum frequency angle from the wave propagation in Green’s functions.
    Keywords: Wave propagation, Green&rsquo, s function, Porous isotropic foam, Potential function, Finite thickness
  • H. Khodarahmi *, M. Kaffash Mirzarahimi, M. Zia Shamami, R. Hosseini Pages 27-40

    Sandwich structures with cores made of porous materials such as various types of metal and polymer foams are effective in absorbing the energy of explosive loads and due to their lightness can be used well in various industries. In this paper, deformation and energy absorption of sandwich panels with aluminum and steel face sheet and cores made of polyurethane foam, which is filled with two types of mineral pumice of different sizes (so-called chickpea size and almond size), under experimental free explosion loading. And numerical simulation has been studied with the help of Abaqus finite element software. In this study, the mechanical behavior of the core was first studied by making samples of polyurethane foam and mineral pumice under compression testing and the results were used in software behavioral models. After comparing the numerical results with the results of experimental test, and validating the results of numerical methods, numerical parametric studies were performed and the effect of pumice type, core thickness, face sheet material and thickness on the rate of deformation and energy absorption of sandwich panel components have been studied. The results show that the panel with a thicker back face sheet has a better performance in absorbing explosion energy. Also, as the strength or thickness of the face sheets increases, the role of the core in energy absorption decreases.

    Keywords: Energy absorption, Polyurethane foam, pumice, Explosion
  • A.R. Azimi, A. Khorram *, Z. Valefi, A.R. Yazdipour Pages 41-54
    Diffusion welding is a solid-state welding process in which contacting surfaces to be joined under pressure at elevated temperatures with minimal macroscopic deformation. This study aimed to investigate the effect of diffusion welding parameters on the microstructural characteristics and mechanical properties of the dissimilar joint between 17-4PH steel and Ti6Al4V alloy using Ni interlayer with a thickness of 150 µm. The experiments were performed in a vacuum furnace at three temperatures of 900, 950 and 1050 °C for 45 and 60 min under the pressure of 5 MPa. The results indicate that at the temperatures of 900 and 950 °C, Ni3Ti, NiTi and NiTi2 intermetallic compounds are formed at the nickel-titanium interface, while with increasing the temperature to 1050 °C, NiTi2+Fe2Ti, β-Ti and β-Ti+α-Ti phases are formed at the interface. The minimum microhardness (562 HV) is achieved at the temperatures of 900 °C and time of 45 minutes and the maximum microhardness (700 HV) is obtained at the temperatures of 900 °C and time of 60 minutes. By increasing the time of diffusion welding from 45 to 60 minutes at two constant temperatures of 900 and 950 ° C, the shear strength increases %4.8 and %23.6, respectively. Also, by increasing the temperature of diffusion welding from 900 to 950 °C at fixed times of 45 and 60 minutes, the shear strength decreases %55.3 and %31.7, respectively. The best shear bond strength was 303 MPa, which was obtained at the temperature of 900 ° C and the time of 60 minutes.
    Keywords: Diffusion Welding, 17-4PH Steel, Ti6Al4V alloy, Microstructure, Shear strength
  • M. Sadeghi, V. Fartashvand *, A. Abdullah, A.R. Fallahi Arezoodar, R. Abedini Pages 55-68
    Superimposing high power ultrasonic vibration on metal forming processes changes the mechanical behavior of the material and reduces its flow stress. These phenomena improve the ductility of material and reduce forming forces. To investigate the influence of ultrasonic vibration on various materials, standard compression and tensile tests under ultrasonic vibration could be performed. This research investigates the compression behavior of Ti-6Al-4V alloy under superimposed ultrasonic vibration. For this purpose, a special set-up was designed, fabricated and tested. Ultrasonic vibration is transmitted from the ultrasonic transducer to the booster and then guided by horn (punch) to apply to test sample. Horn geometry, vibrational mode shape and ultrasonic power were selected as input variables. The effect of specimen position in system vibrational mode shape was studied by using different ultrasonic transmitters, which allowed the specimen to place at node and anti-node positions. It is found that ultrasonic vibrations reduced the formability of this alloy. Acoustic hardening phenomena do not observe in this material. Also, flow stress of the material reduced under ultrasonic vibration up to 17.63% which has direct relation to ultrasonic power. In addition, the most efficiency was observed when the specimen placed in the node position.
    Keywords: Ultrasonic Vibration, Titanium Alloy, Node Position, Anti-node Position, Compression Test
  • H. Javdani, M. Gerdooei * Pages 69-79
    Stretching of sheet metals due to the high applied tensile stress and elimination of springback leads to the production of high-strength parts with high dimensional accuracy. In this research, an analytical-experimental study of stretching of the DC04 steel sheet as one of the most widely used sheets in the automotive industry has been considered. In the experimental stage, by performing uniaxial tensile test at angles of 0 °, 45 °, and 90 ° with respect to the rolling direction of the sheet, the plastic anisotropy coefficients, the constants of the power-law hardening model, and the other mechanical factors of the material were obtained. Then the strain components in different areas of the specimens were calculated by using the Hill-48 anisotropic yield criteria based on the associated flow law. Using equilibrium equations at the contact surfaces of the sheet with the tooling components, the effect of frictional forces on the stress-strain distribution was determined. After designing and fabricating the apparatus and performing experimental tests, the values of strain, stress and thickness were measured with three displacements of punch stroke at 10.5, 15.75, and 21 mm on the specimens. Finally, comparing the results of analytical method with experimental observation, the magnitude of the errors for three mentioned punch strokes were obtained 15.8%, 4.7%, and 0.07%, respectively.
    Keywords: Stretching, Forming, Plastic anisotropy, Analytical solution, DC04 sheet
  • S. R. Sajadi, S. Y. Ahmadi Brooghani * Pages 81-90
    Alloying elements and temperature are non-uniformly distributed in the wall of a steel pipe during the manufacturing process. In this study, the effects of these non-uniform distributions on mechanical properties were evaluated macroscopically. Plate-type tensile specimens were cut from the wall of a steel pipe in a way that each specimen was separated from a specified location along the wall thickness. The results of tensile tests showed significant variation of mechanical properties in the thickness direction. To investigate the effect of this variation on the steel deformation, a thick tensile specimen with a thickness equal to the pipe wall thickness was then modeled as a multilayer structure based on the measured mechanical properties. First of all, with the help of finite element simulation and according to the obtained stress-strain curve from the tension test, GTN damage parameters have been calibrated for every single layer, and then, these parameters were used in modeling the multilayer specimen. According to the results, the numerical load-displacement curve obtained from multilayer modeling did not exactly match the experimental curve of the thick specimen; this can be due to different governing stress states in thin and thick specimens and also the effect of residual stresses.
    Keywords: tensile test, Gurson Tvergaard Needleman model, Linepipe steel, Through-thickness mechanical properties
  • E. Salehi, P. Akbarzadeh *, A. H. Kazemian Pages 91-102

    The Markov chain model is one of the statistical-probabilistic approach that can predict the failure status of samples in higher cycles by using experimental results in primitive cycles and also it can be used instantaneously to control fatigue failure of parts in working. In this paper, double lap adhesive joints are subjected to cyclic loading at three different charge levels in the form of tensile load, and the purpose of this work is investigating the fatigue failure process of adhesive joints. In this study, ratcheting changes have been introduced as a failure indicator that shows the growth trend of fatigue failure. It is observed that fatigue damage occurred after 18% growth in the initial ratcheting size. These experimental results are consistent with the data obtained from the Markov chain model. Therefore, this forecasting method can predict the remaining life of double lap adhesive joints based on strain evaluations regardless of their loading history.

    Keywords: Double-lap Adhesive Joint, Markov Chain Model, Ratcheting Strain, Life Prediction, Fatigue Damage
  • R. Nazemnezhad *, H. Shokrollahi Pages 103-116
    The aim of this research is investigation of surface enerfy effet on free axial vibration of cracked functionally graded nanorods modelled based on the Rayleigh theory of rods. In Rayleigh theory, the effect not only of the axial inertia but also of the inertia of lateral motions are considered. It is assumed that the material of nanorod is functionally graded in its length direction and varies as power low relation. The crack is also modelled as a linear spring in which its stiffness is proporsional to crack severity. The surface energy is included effects of the surface density, surface stress and surface Lame constants parameters. Due to considering the effect of surface energy parameters, the governing equations of motions and corresponding boundary conditions become inhomogeneous in which to solve them, they are converted to homogeneus ones using an appropriate change of variable, firstly. Then, the natural frequencies of fixed-fixed and fixed-free nanorods are extracted using the method of harmonic differential quadrature. In addition to type of boundary condition, effects of parameters like length and radius of nanorod, severe and location of crack, and mode number on natural axial frequencies of cracked functionally graded nanorods in presence of surface energy are investigated.
    Keywords: Rayleigh Theory, Crack, Surface Energy, Free Axial Vibration, functionally graded materials
  • E. Kavkar Moghadam, E. Mohammadian, H. Afshin *, B. Farhanieh Pages 117-131
    Using Fire Dynamic Simulator (FDS) software, this study investigates the effects of sprinklers, branches and blowing fan on fire in a 40-meter-long coal mine tunnel corridor. This study has shown that nozzles, despite reducing the visibility due to water evaporation, will reduce the temperature throughout the corridor and reduce the concentration of carbon dioxide by 15,000 ppm at the farthest point. A branch in a corridor and providing an evacuation route from the damaged area will increase the time for different parts of the mine to remain safe in terms of temperature and the concentration of harmful gases. On the other hand, if the branch is close to the fire, it will cause the fire to spread due to providing the required oxygen. The presence of a blowing fan for ventilation in the tunnel corridor, despite faster fire extinguishing and a 46% reduction in the average temperature on the fire source, will increase the concentration of carbon monoxide by 7.5 ppm at the farthest point. Also, the nozzles connected to the thermocouple, due to the lack of Time Response Index (RTI) compared to sprinklers, are more effective in fire controlling and will reduce the temperature on the fire source by 69%.
    Keywords: Fire dynamics simulator (FDS), Mine fire extinguishing, Sprinkler, Nozzle, Fan
  • Sh. Abedi, H. Khaleghi *, R. Maddahian Pages 133-144
    The most common method of simulating liquid spray in a gaseous environment is the Eulerian Lagrangian approach where the gas phase is solved by the Euler method and the liquid phase by the Lagrange method. In the dense regime, the effect of the liquid phase on the gas phase and also the effect of the droplets on each other are of great importance. Due to the strong coupling between the gas phase and liquid phase, numerical solution of these equations is one of the main challenges of this approach. In this study, two SIMPLE based algorithms for solving these equations are presented. To do this task, a Lagrangian-Eulerian computer code was developed for the two-phase flow equations. To evaluate the proposed approaches, the diesel fuel spray was solved and by comparing results, the appropriate algorithm was selected. The results showed solving the liquid phase equations at the beginning of the SIMPLE iteration loop and then making two corrections in the appropriate position inside the algorithm, provides a suitable method for solving governing equations of the spray with the assumption of four-way coupling in the Eulerian-Lagrangian approach.
    Keywords: Two phase flow, Euler-Lagrange, Numerical Simulation, Diesel Spray, Numerical Algorithm
  • M. Mahdavikhah, H. Niazmand * Pages 145-157
    Adsorption desalination system employs low temperature waste heat, which is available in renewable energy sources. A three-dimensional transient model has been developed for modeling heat and mass transfer in adsorbent bed silicagel/water pair and validated by the experimental results. Evaporator is one of the main adsorption desalination parts and in this study, the effects of shell and tube evaporator pipe lenght on the performance ratio (PR) and specific daily water production (SDWP) are numerically investigated. According to modeling results, it was found that the performance ratio increases by increasing the evaporator pipe length, while aproaching 0.66. SDWP has an optimum cycle time for each evaporator pipe length, which increases with increasing the evaporator size. However, it was also found that the SDWP remains almost constant for evaporator pipe length larger than 4m. Specific daily water production increases by 11% for the pipe length increase from 2m to 4m, while it only increases by 6% when the pipe lenght increases from 4m to 8m.
    Keywords: Evaporator, Adsorption desalination, Optimization, Numerical Modeling
  • J. Pirkandi *, R. Sajedi, M. Zakeri Pages 159-174

    The air humidification-dehumidification method is a good option for decentralized freshwater production because of no need for high temperature operation. The main disadvantage of these systems is their dependence on direct sunlight. to solve this problem, using the sun's thermal energy storage during the day and using this energy during the night can be a very good option that can be achieved using phase change materials. In the present work, it is also possible to continue the desalination process after sunset, by equipping the solar collector with phase change material from two different types of paraffin wax. MATLAB software has been used to solve the equations governing the components of the desalination system. According to the results, the temperature of the output water from the solar collector plays a significant role in the amount of fresh water produced. The results also confirm that the use of phase change material leads to more than 9% increase in fresh water production. Another important result is that in the phase change materials the melting process speed is substantially higher than the freezing process speed.

    Keywords: desalination, humidifier-dehumidifier, Solar collector, phase change materials
  • M. Amerian, A. Khaleghi *, M. Norouzi Pages 175-187
    In this paper, using experimental studies, the effect of volumetric filling ratio and evaporator and condenser length ratio on the performance of the pulsating heat pipe has been investigated using the response surface methodology. The surface methodology is a response to a set of statistical techniques and applied mathematics to construct experimental models with the aim of reducing experiments. In order to improve the performance of the pulsating heat pipe, the present study studies the minimum thermal resistance under the influence of two parameters. The pulsating heat pipe with general dimensions of 3 × 210 × 200 mm consists of four rounds of copper pipe with internal and external diameters of 2.4 and 3 mm, respectively. Experimental results show that the changes in thermal resistance in terms of the parameters of the volume filling ratio and the ratio of the length of the evaporator to the condenser, has a turning point before which the relationship between thermal resistance and each of the parameters will be inverted and then direct.
    Keywords: Pulsating Heat Pipe, thermal resistance, Evaporator to condenser length ratio, Filling Ratio