فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 2 (بهمن 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد میرنیا*، آتنا فلاح، مجید الیاسی صفحات 67-79

    در تولید قطعات دوفلزی با استفاده از فرایند آهنگری، می توان قطعات با نسبت استحکام به وزن بالاتر را به دست آورد. هدف از این پژوهش آهنگری قطعه دوفلزی است بطوریکه برای بخش داخلی از آلیاژ آلومینیوم و بخش بیرونی از آلیاژ برنج استفاده شده است. دمای آهنگری برای آلیاژهای برنج و آلومینیوم در محدوده کار داغ به ترتیب برابر 700 و 450 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. ابتدا آهنگری قطعه تک فلزی بصورت عددی و تجربی بررسی می شود. پس از صحت سنجی مدل المان محدود، به آهنگری قطعات دوفلزی در یک مرحله پرداخته می شود. تاثیر ضخامت پوسته برنجی و نیز اختلاف ارتفاع هسته آلومینیومی و پوسته برنجی بر موفقیت آمیز بودن فرایند آهنگری داغ تک مرحله ای مطالعه می گردد. نتایج نشان می دهد که ضخامت و ارتفاع پوسته برنجی تاثیر چشمگیری بر موفقیت آمیز بودن فرایند بر پوشش دهی کامل هسته توسط پوسته ندارد. در ادامه برای حل این مشکل، هندسه های غیرساده برای هسته و پوسته به عنوان پیش فرم، طراحی و آهنگری مرحله دوم بصورت عددی بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که جهت تولید قطعه دوفلزی با پوشش کامل هسته آلومینیومی توسط پوسته برنجی به دو مرحله آهنگری توسط یک پیش فرم مناسب غیرساده نیاز است. در نهایت پیش فرم تاییدشده توسط مدل المان محدود، بصورت تجربی تولید و آهنگری داغ بر روی آن انجام می شود. نتایج تجربی تاییدکننده نتایج عددی می باشند. با استفاده از تصاویر SEM نشان داده می شود که اتصال متالورژیکی مناسبی نیز در مرز دو فلز ایجاد می گردد.

    کلیدواژگان: آهنگری داغ، دوفلزی، شبیه سازی اجزای محدود، SEM
  • سروش غلامی مقدم، سید حجت هاشمی* صفحات 81-91

    زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک به عنوان یک پارامتر مناسب برای ارزیابی چقرمگی خطوط لوله گاز انتقال طبیعی به منظور توقف ترک در نظر گرفته می شود. منحنی نیرو-جابجایی بازتابی جامع از هندسه، خواص مکانیکی و رفتار شکست یک نمونه بارگذاری شده است، بنابراین نتیجه گیری مستقیم زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک از این منحنی بسیار سودمند خواهد بود. با ترسیم منحنی های نیرو-جابجایی مقدار حداکثر نیرو برای داده های آزمایشگاهی 209 کیلونیوتن و از طریق مدل سازی کامپیوتری 207 کیلونیوتن به دست آمد. در این مقاله به منظور ترکیب نیرو، جابجایی و تغییر شکل نمونه آزمایش ضربه سقوطی و سپس محاسبه زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک، از روش تک نمونه ای ساده شده استفاده شده است. زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک به شیب ناحیه رشد ترک پایدار و ضریب دوران پلاستیک وابسته است. در مرحله اول، بر اساس این واقعیت که با افزایش جابجایی در طول رشد ترک در حالت پایدار، نیرو به صورت خطی کاهش می یابد، شیب منحنی نیرو-جابجایی آزمایشگاهی فولاد API X65 در ناحیه رشد ترک پایدار 583/21 به دست آمد. در مرحله دوم، با مدل سازی آزمایش ضربه سقوطی در نرم افزار آباکوس و استفاده از دو روش تنش میزز و تار خنثی، ضریب دوران پلاستیک به ترتیب برابر 5688/0 و 5651/0 محاسبه شد. در نهایت با استفاده از این ضرایب مقدار زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک 00/12 و 08/12 درجه تعیین گردید.

    کلیدواژگان: زاویه بحرانی گشودگی نوک ترک، فولاد API X65، آزمایش ضربه سقوطی، روش تک نمونه ای ساده شده، ضریب دوران پلاستیک، چقرمگی توقف ترک
  • محسن ناظمیان علایی*، محمدصادق ولی پور صفحات 93-105

    حرفه وینگ سوت جزو یکی از رسته های پرطرفدار پروازی در دهه های اخیر می باشد. کارایی و امنیت در الویت اول طراحان لباس های این حرفه هوانوردی قرار گرفته است. تغییرات موجی شکل در سطح بال  یک مدل وینگ سوت در این مقاله بررسی شده است که عملکرد آیرودینامیکی را تحت شرایط جریان خاص بهبود می بخشد. یکی از مکانیسم های افزایش عملکرد، تولید گردابه است که تبادل حرکت در لایه مرزی را بهبود می بخشد. این مطالعه تجربی و عددی شکل گیری و تکامل این گردابه ها را در محدوده عدد رینولدز 106 بررسی می کند و بینشی را در مورد الگوهای جریان با هندسه روی سطح ارایه می دهد. ارزیابی های بدست آمده از مشاهدات تجربی و عددی امکان بررسی دقیق ساختار جریان را فراهم می کند. نتایج نشان می دهد که حضور قوی فشار در نزدیکی کوله پشتی باعث ایجاد مولد های قابل توجهی از گردابه در این ناحیه می شود. به محض ایجاد این گردابه ها، جریان تحت تاثیر آن روی سطح بال به صورت سه بعدی کشیده و منتشر می گردد. این فرآیندها منجر به جدایش زودهنگام تحت تاثیر زاویه حمله می گردد. بررسی ضرایب برآ و پسا نشان می دهد که، برای این رژیم جریان، مدل مورد مطالعه در زاویه حمله 10 درجه بهترین کارایی در پرواز را دارد.

    کلیدواژگان: وینگ سوت، الگوی جریان، ضرایب آیرودینامیکی، تونل باد، شبیه سازی عددی
  • محمدعلی محمدی، سعید نیازی*، یونس بخشان، جمشید خورشیدی صفحات 107-126

    در پژوهش حاضر با طراحی و ساخت مجموعه آزمایشگاهی، فرآیند جوشش استخری در یک هندسه خاص مطالعه شده است. بررسی فرآیند جوشش استخری، مقاومت الکتریکی، شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت، رشد و جدایش حباب، فرکانس رشد حباب و چگالی نقاط مولد حباب با اعمال شارحرارتی تا شارحرارتی بحرانی روی سیم حلقوی در آب دیونیزه با دمای مختلف صورت پذیرفته است. براساس نتایج، با افزایش تعداد حلقه و افزایش دمای سیال، شارحرارتی بحرانی کاهشی است. در شرایط سیم حلقوی با تعداد حلقه ثابت، سیال با دمای ثابت و اعمال مقادیر شارحرارتی کمتر از شارحرارتی بحرانی، دمای سیم افزایش می یابد اما در شرایط افزایش تعداد حلقه، سیال با دمای ثابت و اعمال مقادیر شارحرارتی بحرانی، دمای سیم کاهشی است. همچنین در سیم حلقوی با تعداد حلقه ثابت، با افزایش دمای سیال در مقادیر شارحرارتی کمتر از شارحرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت ثابت بوده اما در مقادیر شارحرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد. قطر حباب های تولیدی با افزایش شارحرارتی، بزرگ تر شده و با ترکیب شدن با یکدیگر از روی حلقه ها جدا می شوند. در ابتدای سرخ شدگی سیم حلقوی، شار حرارتی بحرانی رخ داده و با درنظر گرفتن110% از زمان لازم برای شارحرارتی بحرانی تصاویر وضعیت سیم حلقوی پس از شارحرارتی بحرانی ارایه شده است.

    کلیدواژگان: حباب، رشد، جدایش، سیم حلقوی، جوشش استخری
  • سیاوش گیتی فر، امیرسامان میرجلیلی، علی جمالی، سعید پیرولی زاده، وحید فخاری* صفحات 127-138

    امروزه با توجه به گسترش جوامع، پیشرفت روزافزون صنایع و تکنولوژی و همچنین افزایش نیاز جوامع به انرژی، تولید برق از منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی، که به محیط زیست آسیب نمی زند و آلودگی اندکی دارد، موردتوجه بسیاری از محققان و مهندسان قرار گرفته است. در این مقاله، به ارایه طرح جدیدی برای ردیاب خورشیدی دومحوره قطبی، طراحی و ساخت آن در ابعاد آزمایشگاهی و ارزیابی تجربی عملکرد آن به روش کنترل حلقه باز پرداخته می شود. به این منظور، پس از بررسی مزایا و معایب طرح های پیشین، طرح مفهومی جدید و متفاوتی برای ردیاب پیشنهاد می شود. از جمله ویژگی های ردیاب پیشنهادی می توان به قابلیت هم بندی، نصب و بهره برداری سریع و آسان، خاصیت خودقفل شوندگی، قابلیت دوران 360 درجه حول هر دو محوراشاره نمود. این ردیاب، محدودیتی برای استفاده در نواحی جغرافیایی مختلف از جمله نواحی نزدیک به قطب شمال یا جنوب و در ساعات ابتدایی و انتهایی روز که راستای تشعشع خورشید به شدت مایل است، ندارد. در ادامه، به طراحی جزیی ردیاب پیشنهادی و ارایه روش کنترلی حلقه باز پرداخته می شود. در نهایت، با انجام آزمون های تجربی، توان تولیدی ردیاب پیشنهادی در مقایسه با صفحه خورشیدی ثابت مورد ارزیابی قرار می گیرد. بر اساس نتایج حاصل، انرژی الکتریکی تولیدی بدست آمده از ردیاب خورشیدی پیشنهادی 49 درصد بیش تر از صفحه خورشیدی ثابت است.

    کلیدواژگان: ردیاب خورشیدی، ردیاب دومحوره قطبی، کنترل حلقه باز، خاصیت خودقفل شوندگی، طراحی و ساخت، ارزیابی تجربی
  • محمد عباسی خاتون آبادی، روح الله عزیزی تفتی* صفحات 139-149

    در حین انجام درمان ریشه دندان (عصب کشی) ممکن است همه یا بخشی از تاج دندان از بین برود. پست وکور یکی از روش های ترمیم تاج آسیب دیده است که در آن، از یک پین جت آغشته به رزین آکریلیک جهت قالب گیری از کانال دندان و ساخت پست وکور ریختگی استفاده می شود. هدف اصلی در این مقاله تولید پین جتی ارزان قیمت با استحکام مورد نیاز و چسبندگی مناسب به رزین آکریلیک است. در این راستا، تعیین جنس مناسب برای پین جت اهمیت بالایی دارد که در نتیجه، آزمون های برشی لب روی هم و کشش بر روی هشت ماده پلیمری انجام شد تا به ترتیب، چسبندگی پین جت به رزین آکریلیک و استحکام تسلیم آن بررسی شود. برای ساخت پین جت، یک قالب تزریق پلاستیک ساخته شد و برای تعیین پارامتر های فرآیند تزریق، از نرم افزار مولدفلو اینسایت برای شبیه سازی استفاده گردید. نتایج نشان داد که ماده پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS 7240) با کم ترین قیمت در بین مواد بررسی شده و چسبندگی کافی به رزین آکریلیک برای جنس پین جت مناسب است. هم چنین، این ماده با استحکام تسلیم 91/10 مگاپاسکال، از استحکام مناسب به منظور جلوگیری از تغییرشکل پلاستیک حین فرآیند قالب گیری پست وکور برخوردار بود. در حالی که زمان تزریق، دمای مذاب و دمای قالب در دو روش شبیه سازی و تجربی برابر و به ترتیب 1 ثانیه، 230 و 25 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد، فشار تزریق در روش شبیه سازی و تجربی به ترتیب 19 و 18 مگاپاسکال و سرعت تزریق به ترتیب 3/0 و 27/0 سانتی متر بر ثانیه به دست آمد. تولید بدون عیب پین جت نشان از دقت شبیه سازی در پیشنهاد پارامترهای فرآیندی تزریق پلاستیک است.

    کلیدواژگان: پین جت ارزان قیمت، چسبندگی رزین آکریلیک به پین جت، استحکام پین جت، پلی استایرن مقاوم به ضربه
|
  • MohammadJavad Mirnia*, Atena Fallah, Majid Elyasi Pages 67-79

    In forging of bimetallic components, products with a high strength to weight ratio can be obtained. The purpose of this research is to forge a bimetallic component made from aluminum and brass alloys as the inner and outer parts, respectively. The forging temperature for the brass and aluminum alloys is considered in the hot work range as 700 °C and 450 °C, respectively. First, the forging of a single component is investigated numerically and experimentally. After validating the finite element model, bimetallic components are forged in single stage. The effect of brass ring thickness and height difference between aluminum core and brass ring is studied on the success of the single-stage hot forging process. The results show that the thickness and height of the brass ring do not have a significant effect on the success of the process in terms of complete covering of the core by the ring. In the following, to solve this problem, non-simple geometries are designed for the core and ring as a preform, then forging of the second stage are numerically investigated. The results show that in order to produce a bimetallic component with a complete covering of the aluminum core by a brass ring, a two-stage forging is needed using a suitable non-simple preform. Finally, the preform approved by the FEM is experimentally produced and hot forging is performed on it. The experimental results confirm the numerical results. SEM images show that an appropriate metallurgical bonding is created at the interface of two metals.

    Keywords: Hot forging, Bimetal, FEM, SEM
  • Soroush Gholami Moghaddam, Sayyed Hashemi* Pages 81-91

    The critical Crack Tip Opening Angle ( ) is considered as a convenient parameter to characterize the crack arrest toughness of natural gas pipeline. Load-displacement curve is a comprehensive reflection of geometry, mechanical property and fracture behavior of a loaded specimen, so it would be highly advantageous to deduce   from load-displacement curve directly. From force-displacement curves, maximum force of 209kN and 207kN were obtained for experimental and numerical data, respectively. In this article, a combination of load-displacement and deformation of the drop weight tear test specimen was used to calculate the critical crack tip opening angle. For this purpose, the simplified single-specimen test method was used. The   is dependent on the slope of the steady-state crack growth region and the plastic rotation factor. Firstly, based on the fact that load decreases linearly with the increment of displacement during steady-state crack growth, the slope of the experimental load-displacement curve of API X65 steel in the steady-state crack growth region was obtained as 21.583. Secondly, by modeling the drop weight tear test in Abaqus software and using two methods of mises stress and neutral axis, the plastic rotation factor was obtained as 0.5688 and 0.5651, respectively. Finally, these parameters were used and the critical crack tip opening angle was determined as 12.00 and 12.08 degrees.

    Keywords: Crack tip opening angle, API X65 Steel, Drop weight tear test, Simplified single-specimen method, Plastic rotation factor, Crack arrest toughness
  • Mohsen Nazemian Alaei*, MohammadSadegh Valipour Pages 93-105

    Wingsuit flying is one of the most popular flight disciplines in recent decades. In the aviation profession, efficiency and safety are paramount concerns for costume designers. An article in this issue examines how waveform changes to the wing surfaces of a wingsuit model improves aerodynamic performance. In order to increase performance, vortices are produced inside the boundary layer that improve the exchange of motion. In this experimental and numerical study, we investigate the formation and evolution of vortices in the Reynolds number range of 106 and provide insights into flow patterns on surfaces with geometric changes. A detailed study of flow structure can be obtained from experimental and numerical evaluations. According to the results, there are significant vortex generators near the backpack due to high pressure. Immediately after the creation of these vortices, the flow is drawn and spread on the surface of the wing in three dimensions. As a result of the angle of attack, the wing surface separates prematurely. Based on the lift and drag coefficients, the study model showed the best performance in flight at an angle of attack of 10 degrees for this flow regime.

    Keywords: Wingsuit, Flow pattern, aerodynamic coefficients, wind tunnel, Computational fluid dynamics
  • Mohammadali Mohammadi, Saeid Niazi*, Younes Bakhshan, Jamshid Khorshidi Pages 107-126

    The present study examined the pool boiling process in a specific geometry by designing and constructing a laboratory complex. Investigation of pool boiling process, electrical resistance, critical heat flux, heat transfer coefficient, bubble growth and departure, bubble growth frequency, and nucleation site density by applying heat flux to critical heat flux was carried out on a ring wire in deionized water at different temperatures. According to the results, increasing the number of rings and fluid temperature decreased the critical heat flux. In the case of a ring wire with a constant number of rings, a fluid with a constant temperature, and the use of heat flux values less than the critical heat flux, the wire temperature increased, but it decreased in the case of increasing the number of rings, a fluid with a constant temperature and applying critical heat flux values. In a ring wire with a constant number of rings, the heat transfer coefficient was constant by increasing fluid temperature at values of heat flux less than the critical heat flux, but the heat transfer coefficient decreased at critical heat flux values. The diameters of the produced bubbles were enhanced by increasing heat flux and they separated from the rings when combined. At the beginning of the reddening of the ring wire, a critical heat flux occurred, and considering 110% of the time required for the critical heat flux, the images of the state of the ring wire after the critical heat flux are presented.

    Keywords: Bubble, Growth, Departure, Ring wire, Pool boiling
  • Siavash Gitifar, AmirSaman Mirjalili, Ali Jamali, Saeed Pirvalizadeh, Vahid Fakhari* Pages 127-138

    These days, societies' need for energy increased due to the expansion of societies, industries, and technology. The production of electricity from renewable energy sources such as solar energy, which does not harm the environment and has little pollution, has attracted the attention of many researchers and engineers. This article will present a new plan for the dual polar axis solar tracker, its design and construction in laboratory dimensions, and the experimental evaluation of its performance using the open-loop control method. For this purpose, after examining the advantages and disadvantages of the previous designs, a new and different conceptual design for the tracker is proposed. Among the features of the proposed tracker, we can point out the ability to combine, install and operate quickly and easily, the self-locking feature, and the ability to rotate 360 ​​degrees around both axes. This tracker has no restrictions for use in different geographical areas, including areas near the North or South Pole and in the early and late hours of the day when the direction of the sun's radiation is strongly inclined. In the following, the detailed design of the proposed detector and the presentation of the open-loop control method will be discussed. Finally, by conducting experimental tests, the production power of the proposed detector is evaluated in comparison with a fixed solar panel. Based on the results, the electricity energy produced from the proposed solar tracker is 49% more than the fixed solar panel.

    Keywords: Solar tracker, Dual-axis polar tracker, Open-loop control, Self-locking feature, Design, fabrication, Experimental Evaluation
  • Mohammad Abbasi Khatoon Abadi, Roohollah Azizi Tafti* Pages 139-149

    During root canal treatment, whole or a part of the tooth crown may be lost. Post and core is a method of repairing a damaged crown, in which a pinjet dipped in acrylic resin is used to mold the tooth canal and make a cast post and core. The main goal of this research is to produce an inexpensive pinjet with required strength and proper adhesion to acrylic resin. Therefore, to determine a right material for pinjet, lap shear and tensile tests were performed on eight polymer materials to check the adhesion of pinjet to acrylic resin and its yield strength, respectively. To produce some pinjets, a plastic injection mold was built and Moldflow Insight software was used to determine the process parameters of the injection molding. The results showed that HIPS 7240 with the lowest price among the examined materials and sufficient adhesion to acrylic resin is a suitable material for the pinjet. Also, this material with a yield strength of 10.91 MPa had an appropriate strength to prevent plastic deformation during the post and core molding process. While the injection time, melt temperature, and mold temperature were considered to 1 s, 230 ˚C, and 25 ˚C, respectively in both simulation and experimental methods, the injection pressure was 19 and 18 MPa and the injection speed was obtained 0.3 and 0.27 cm/s respectively in the simulation and experiments. Producing a perfect pinjet shows the ability and accuracy of the simulation in proposing the process parameters of plastic injection molding.

    Keywords: Inexpensive pinjet, acrylic resin adhesion to pinjet, strength of pinjet, HIPS 7240