فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال دوازدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1401)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دوازدهم شماره 6 (بهمن و اسفند 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/21
  • تعداد عناوین: 16
|
  • ریحانه چگینی*، برهان بیگ زاده، محمدرضا حق جو، وحید فیروزی صفحات 1-12
    امروزه با توجه به افزایش بیماران کم توان حرکتی،وجود ربات های توانبخشی ضروری است.برای بهبود طراحی دستگاه های توانبخشی، مدل های اسکلتی-عضلانی به طور گسترده ای جهت تجزیه وتحلیل نیرو های تعاملی بین بدن و این دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند.دراین مقاله بااستفاده از نرم افزار اپن سیم،به مدلسازی یک دستگاه توانبخشی به همراه یک مدل اسکلتی-عضلانی بدن پرداخته شده است.این دستگاه توانبخشی پیشتر براساس مکانیزم تک درجه آزادی جنسن باهشت عضو طراحی شده است ودارای سیستم تعلیق وزن برای حمایت از وزن بیمار می باشد.این دستگاه توانبخشی برای هردو طرف چپ و راست بدن صرفااز یک محرک بهره می بردکه محور چرخان مکانیزم ها را دوران می دهد.به منظور بررسی نیروهای تعاملی بین دستگاه و بدن،از شبیه سازی سینماتیک و دینامیک مستقیم استفاده شده و زوایای مفاصل به دست آمده است.سپس به شبیه سازی دینامیک معکوس به کمک نرم افراز پرداخته شده ومیزان نیروها و گشتاورهای وارد شده درنقاط تماسی و مفاصل برای هر بازه زمانی تخمین زده شده اند.نتایج نشان می دهد که میزان نیرو های تعاملی در نقطه تماس ران با صندلی حدود 750 نیوتن است که متناسب با وزن کاربر که 75 کیلوگرم در نظر گرفته شده است می باشد.همچنین نیرو و گشتاور های بدست آمده در نقطه اتصال پا با پدال، حدود 16 نیوتن در جهت قایم می باشد که ناشی از وزن کاربر و دستگاه است و سایر مولفه های آن در حدود 2 نیوتن بوده که در مقایسه با مولفه قایم ناچیز است. همچنین میزان گشتاور تولید شده در محل اتصال پدال به پا حدود 0.01 نیوتن متر می باشد. نتایج این پژوهش، می تواند کمک شایانی به بهبود طراحی و بهینه سازی دستگاه توانبخشی نماید.
    کلیدواژگان: توانبخشی راه رفتن، ربات توانبخشی، نیروهای تماسی، تعامل دستگاه و بدن، اختلالات نوروفیزیولوژیک راه رفتن
  • زهرا باقری، مهسا سادات میر علینقی، مجتبی حقگو، مجید علی طاولی، هاشم بابایی* صفحات 13-23

    در این پژوهش، مکانیزم تغییر شکل پلاستیک و شکست ساختارهای ساندویچی با رویه های آلومینیومی و هسته ذرات لاستیک ضایعاتی تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پایین مورد بررسی قرار گرفته است. از سیستم سامانه سقوط وزنه برای اعمال بار ضربه ای به نمونه در 7 سطح انرژی مختلف 3/34، 6/68، 9/102، 2/137، 6/154، 5/171، 8/205 ژول استفاده شد. برای دستیابی به سطوح انرژی مذکور، جرم ضربه زننده ثابت و برابر با 5/3 کیلوگرم در نظر گرفته شد و ارتفاع ضربه زننده از نمونه از 1 تا 5/6 متر تغییر کرد. 10 نمونه آزمایشی در دو نوع لایه بندی، با و بدون هسته ذرات لاستیکی در نظر گرفته شد. در این سری از آزمایش ها، 1 میلی متر ضخامت ثابت رویه آلومینیومی و 16 و 32 میلی متر برای هسته ذرات لاستیک ضایعاتی در نظر گرفته شد. نتایج تجربی ساختار ساندویچی با هسته 16 میلی متری، ناحیه کوچک تر تغییر شکل دایمی در حدود 37 و 18 درصد را به ترتیب برای ارتفاع سقوط 2 و 3 متر به علت فضای متخلخل کم تر میان دو رویه آلومینیومی نشان داد. همچنین، در قیاس با ساختار ساندویچی بدون هسته، استفاده از هسته ذرات لاستیک ضایعاتی با جرم کم در سطوح انرژی کم موجب افزایش 19 درصدی قطر سوراخ ورق جلویی شد.

    کلیدواژگان: بارگذاری ضربه ای، سامانه سقوط وزنه، مطالعه آزمایشگاهی، ورق های ساندویچی، ذرات لاستیک ضایعاتی
  • محمدحسین تبار مرزبالی* صفحات 25-33

    تشخیص خطای عدمتقارن در ماشینهای القایی بر اساس جریان استاتور به جهت حضور نوسانات فرکانس پایین گشتاور بار منجر به هشدارهای نادرست میشود. در نتیجه جداسازی عدمتقارن رتور از نوسانات فرکانس پایین گشتاور بار میتواند عملکرد سیستم پایش وضعیت را بهبود بخشد. روش هایی که در گذشته ارایه شده است عموما به جریان های سه فاز و در برخی روش ها به ولتاژهای سه فاز و سرعت گردش رتور نیازمند است. در این مقاله، روشی جدید بر اساس داده های یک فاز ماشین ارایه شده است. در این رابطه، قاب مرجع چرخان مجازی مبتنی بر تبدیل هیلبرت که به سرعت گردش ماشین نیازی ندارد، ارایه شده است. برای بهبود وضوح طیف خروجی و کاهش محاسبات، روش ارایه شده با روش گورتزل ترکیب شده است. روش ارایه شده به وسیلهی داده های خودساخته و همچنین داده های عملی مورد تست و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که این روش مشخصهی خطای عدمتقارن را از مشخصهی نوسانات فرکانس پایین رتور به خوبی جدا میکند.

    کلیدواژگان: تشخیص خطا، ماشینهای القایی، خطای عدم تقارن رتور، پایش وضعیت
  • حسین استیری*، امیر باغبان صفحات 35-48
    روش های رهایی پویای معمول، به سبب بهره جستن از بار ثابت، توانایی پیمایش مسیر ایستایی را ندارند. در این شیوه ها، پرش هایی در نقطه های بازگشتی بار و تغییرمکان روی می دهند. با وارد کردن عامل بار متغیر، این کاستی برطرف می شود. در این مقاله، راه کار نوی برای محاسبه ی ضریب بار پیشنهاد می شود. این رابطه با کمینه کردن هم زمان کار خارجی و کارمایه ی پسماند به دست می آید. ضریب بار پیشنهادی فقط به عامل های ساختگی فن رهایی پویا وابسته است. برای نشان دادن شایستگی فرآیند جدید، چندین سازه ی خرپایی، قابی و پوسته ای تحلیل ناخطی هندسی می شوند. رتبه ی راه حل های گوناگون به وسیله ی شمار تکرارها، شمار نقطه های همگرایی و زمان واکاوی به دست می آید. پاسخ های عددی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهند. به سخن دیگر، شیوه ی نویسندگان افزون بر دقت مناسب، نرخ همگرایی بالایی نسبت به دیگر راه کارها دارد. از سوی دیگر، زمان واکاوی شیوه ی نویسندگان برای پیمایش مسیرهای ایستایی نسبت به دیگر فن ها کاهش مناسبی داشته است.
    کلیدواژگان: رهایی پویا، مسیر ایستایی، کار خارجی، کارمایه ی پسماند، نقطه های حدی
  • وحید طهماسبی*، محمدحسین اسلامی، مهدی قاسمی، پرهام کارخانه، مجتبی ذوالفقاری صفحات 49-65

    امروزه ماشین کاری استخوان به عنوان یکی از مهم ترین مراحل جراحی های ارتوپدی شناخته می شود. با شبیه سازی دقیق و موثر از فرایند ماشین کاری می توان به بهبود سریع تر بیمار و راندمان بالا در جراحی دست یافت. براین اساس تخمین و کنترل دمای تولیدی در ماشین کاری برای جلوگیری از تولید گرمای بیش از حد و آسیب حرارتی به استخوان ضروری است. بررسی فرایند برش متعامد به دلیل پایه ی دیگر فرایندهای ماشین کاری حایز اهمیت است؛ بنابراین مطالعه تجربی و عددی برای برش متعامد انجام شد. یک مدل المان محدود دوبعدی برای پیش بینی نتایج دما در طول برش متعامد ارایه شده است. از یک مدل الاستیک - پلاستیک به عنوان مدل ماده برای پیش بینی رفتار استخوان کورتیکال در شبیه سازی المان محدود استفاده شد. مدل آسیب برای شکست کامل ماده، نفوذ ابزار و تشکیل براده به کار گرفته شد. شبیه سازی برای اولین بار با مدل آسیب انجام گرفت و نتایج آن برای اولین بار با روش سطح پاسخ و تحلیل حساسیت به روش سوبل برای هر پارامتر به صورت جداگانه و برهم کنش پارامترها بررسی و تحلیل شد. نتایج آزمایش شبیه سازی توافق نزدیکی را با نتایج تجربی نشان می دهد. طبق بهینه سازی انجام شده کمینه دما در شرایطی که عمق برش 1/0 میلی متر، سرعت حدود 192 میلی متر بر ثانیه و زاویه براده 12 درجه است، حدود 26 درجه سلسیوس می شود. مطالعه انجام شده می تواند در پیشبرد هر چه بهتر فرایند ماشین کاری استخوان موثر باشد و باعث پیشرفت در حوزه جراحی ارتوپدی، بهینه سازی پارامترهای برش و طراحی ابزار شود.

    کلیدواژگان: برش متعامد استخوان، المان محدود، پاسخ سطح و آنالیز حساسیت
  • رضا ناصری* صفحات 67-81
    اعمال فرایندهای تغییرشکل پلاستیکی شدید (SPD) نظیر فرایند پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار موسوم به ایکپ (ECAP)، منجر به اعمال کرنش های شدید بر ماده ی فلزی و در نتیجه تحولات میکروساختاری می گردد. در اثر این تحولات میکروساختاری ساختار دانه بندی فوق ریزدانه شده و به بهبود خواص مکانیکی می انجامد. در این تحقیق تیتانیوم خالص تجاری به عنوان یک فلز با تغییرشکل پذیری سخت، تحت فرایند ایکپ سرد در کانال 135 درجه همراه با اعمال فشار پشتی قرار گرفت و اثر فشار پشتی بر خواص مکانیکی و کارپذیری آن بررسی شد. نتایج تجربی نشان داد که با اعمال همزمان فشار پشتی و غلاف کردن بیلت در لوله از جنس مس خالص، نمونه ی دوفلزی مورد استفاده تا چهار پاس ایکپ شد. با توجه به اینکه در حالت بدون فشار پشتی تنها دو پاس موفق وجود داشت، نتیجه گرفته شد که با اعمال فشار پشتی به دلیل تحمل کرنش بیشتر در پاس های بالاتر، کارپذیری بیلت های تیتانیومی افزایش یافته است. همچنین نشان داده شد که با اعمال فشار پشتی، استحکام نهایی فشاری ماده به طور قابل توجهی از 899 به 1163 و 1317 مگاپاسکال و میکروسختی از 163 به 203 و 262 ویکرز افزایش یافته و همچنین و ریزشدگی دانه ها از 49 به 34 و 24 میکرومتر اتفاق افتاده است. این نتایج به ترتیب برای ماده اولیه آنیل شده و حالت های بدون و با اعمال فشار پشتی ارایه شده است.
    کلیدواژگان: تیتانیوم خالص تجاری، فرایند ایکپ سرد، فشار پشتی، کارپذیری، خواص مکانیکی
  • سید حسین امام، احمد گنجعلی*، ابوذر میرزاخانی صفحات 83-98

    در عصر حاضر تحلیل مواد مدرج تابعی ضروری است. از آنجا که روش اجزای محدود در تحلیل این مواد دارای محدودیت هایی است و خطا بخش جدا نشدنی در هر یک از تحلیل های عددی می باشد، لذا یافتن راه حلی جهت برآورد خطا در محاسبات دارای اهمیت است. در روش اجزای محدود، اصلاح و یا غنی سازی شبکه جهت کاهش خطا با مواردی چون همپوشانی المان ها در زمان جابه جایی، تشکیل المان با مساحت صفر و افزایش هزینه در محاسبات همراه است. در این پژوهش از روش ایزوژیومتریک برای اولین بار در تحلیل مسایل با مصالح مدرج تابعی در حل تطبیقی به روش حرکت دهی نقاط کنترلی به عنوان اصلاح وفقی بر مبنای برآورد خطا، با رویکرد بهبود میدان تنش استفاده شده است. با مقایسه نرم خطای دقیق و تقریبی در مثالهای حل شده، شاخص تاثیر بیش از 75 درصد بوده که نشان از کارایی برآورد کننده خطای پیشنهادی دارد. همچنین بهبود شبکه نقاط کنترلی در کاهش بیش از 60 درصدی میزان خطا موثر است و می تواند جهت افزایش دقت نتایج مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، مصالح مدرج تابعی، برآورد خطا، بازیافت تنش، حل تطبیقی
  • حسین حاتمی* صفحات 99-111
    در این تحقیق به خصوصیات مکانیکی شامل مقاومت خمشی و مقاومت در برابر ضربه برای تیرهای کامپوزیت فولادی با بتن با عملکرد بالا پرداخته می شود. در ساخت قسمت فولادی نمونه ها از مقطع سپری نمره 4 که در قسمت کششی از ورق با ضخامت 5 میلیمتر و در دو عرض 30 و 40 میلیمتر به طول 70 سانتیمتر استفاده می شود. لازم به ذکر است بال فشاری تعدادی از نمونه ها به وسیله بتن با نسبت الیاف فولادی متفاوت تقویت شده است. در ساخت بتن، نمونه ها از بتن خودمتراکم با 3 درصد الیاف فولادی متفاوت که عبارتند از 0 ،5/0 و 1 درصد استفاده گردید. نتایج آزمایش های ضربه نشان می دهد میزان جذب انرژی و همچنین نیروی بیشینه اولیه با افزایش درصد الیاف افزایش یافته است، به طوری که بیشترین جذب انرژی مربوط به تیر با عمق بتن 4 سانتی متر و درصد فیبر 1 درصد می باشد که نسبت به نمونه بدون بتن 09/0درصد افزایش داشته است. در مورد نتایج آزمایش خمشی نیز با بیشتر شدن الیاف، مقدار مقاومت بطور متناوب افزایش یافت به طوری که تیر مذکور بهترین عملکرد را داشته که افزایش مقاومت آن نسبت به نمونه مشابه بدون بتن برابر 204 درصد بوده است.
    کلیدواژگان: بتن با عملکرد بالا، خمش، ضربه، کامپوزیت
  • معین طاهری*، حامد فرجی صفحات 113-123
    مطالعه ی کاربردی بر روی بافت های سرطانی به منظور درمان بیماری، تنها با شناخت کامل سلول های سرطانی و سالم، ازلحاظ ساختار مکانیکی، شیمیایی و هندسی امکان پذیر می باشد؛ لذا با توجه به پژوهش های صورت گرفته، جابه جایی مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی، از فرآیندهای پرکاربرد در این زمینه مطرح شده است. حساسیت بالا در جابه جایی بافت های سلولی و آسیب پذیری آن ها در هنگام اعمال نیروهای زیاد، سبب مدل سازی بهینه فرآیند شده است. در فاز اول جابه جایی، نیروی اعمالی بر تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی، باید بر نیروهای مقاومی همچون اصطکاک غلبه نماید. بررسی های صورت گرفته در فاز اول جابه جایی نانوذرات و به صورت سه بعدی انجام شده است. نیرو و زمان بحرانی با مقایسه ی نیروهای اعمالی در هر سه جهت حرکت و نیروی برآیند، برای هر سه مدل اصطکاکی پرسون محاسبه شده و در جهت اطمینان از نتایج حاصل از این شبیه سازی، صحت سنجی های لازم با مدل های اصطکاکی لاگره، کولمب و اچ کا، که در تحقیقات قبل حاصل شده بود، انجام شده است. درنهایت نتایج حاکی از کم ترین مقدار در مدل اصطکاکی سوم پرسون، با مقادیر 93 نانونیوتن برای نیروی بحرانی و 78 میلی ثانیه برای زمان بحرانی بوده است.
    کلیدواژگان: بافت سلولی روده، مدل اصطکاکی پرسون، میکروسکوپ نیروی اتمی، نیرو و زمان بحرانی
  • پارسا بهین فر، امیر نورانی* صفحات 125-137
    در پژوهش حال حاضر، خواص مکانیکی استنت های آگزتیک، با ساختار Re-entrant، مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا هندسه ها به صورت پارامتری مدل شده اند و سپس با طراحی آزمایش ها به روش RSM و تعریف پارامترهای مکانیکی مورد نظر و انجام آزمون ها در نرم افزار تحلیل اجزای محدود آباکوس، رابطه ای ریاضی به صورت چند جمله ای، بین پارامترهای هندسی به عنوان ورودی و پارامترهای مکانیکی به عنوان خروجی به دست می آید که در نهایت می توان بهینه سازی را برای این رابطه انجام داد. در نهایت، استنت بهینه ی به دست آمده با ساختار آگزتیک Re-entrant، دارای پارامترهای خروجی مدول یانگ، مدول یانگ شعاعی، ضریب پواسون و صلبیت خمشی به ترتیب MPa 253، MPa 752، 0.58- و mPa.m4 40 است. ضمنا یک روش برای پیداکردن یک راه حل تحلیلی برای استنت های الاستیک فلزی به منظور تایید حل عددی پیشنهاد شد. همچنین تطابق پذیری استنت ها با سرخرگ برای استنت بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت که کامپلاینس آن تطبیق پذیری مناسبی برای استفاده عملی را نشان داد.
    کلیدواژگان: آگزتیک، استنت، اجزای محدود، بهینه سازی، کامپلاینس
  • حسین صفایی فر، حسن حیرانی* صفحات 139-148
    در ارتعاشات با دامنه زیاد با حضور میراگر ضربه ای، برخوردهای موثری بین جرم میراگر و سازه اصلی اتفاق می افتد. این برخوردهای موثر باعث می شود انرژی سیستم اصلی به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد. استفاده از میراگر ضربه ای در ارتعاشات آزاد سیستم یک درجه آزادی باعث کاهش دامنه ارتعاشات به صورت خطی می گردد که شیب این خط، شیب میرایی نامیده می شود. شیب میرایی معیاری از عملکرد میراگر بوده که عدد آن نشان دهنده اثر استفاده از میراگر ضربه ای در کاهش ارتعاشات سیستم نوسانی می باشد. در اکثر پژوهش های پیشین شیب میرایی به صورت موردی با روش عددی یا آزمایشگاهی استخراج شده و هیچ رابطه تیوری برای پیش-بینی شیب میرایی تاکنون ارایه نشده است. در این پژوهش تاثیر پارامترهای ضریب بازگشت و نسبت جرمی بر شیب میرایی میراگر ضربه ای تک جرمی صلب مطالعه شده است. سپس با تجزیه و تحلیل داده ها یک رابطه تحلیلی برای تعیین شیب میرایی برحسب ضریب بازگشت و نسبت جرمی ارایه شده است. این رابطه با خطای کمتر از شش درصد شیب میرایی را پیش بینی کرده و نیاز به مطالعات عددی و تجربی برای تعیین شیب میرایی را برطرف می سازد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، میراگر ضربه ای، کاهش دامنه، شیب میرایی، رابطه تحلیلی
  • جلال الدین صدر، سید حجت هاشمی*، علی اکبر مجیدی صفحات 149-162
    در این مقاله رفتار دینامیکی فولاد API X65 تحت بارگذاری ضربه ای با استفاده از دستگاه ضربه شارپی مجهزشده به مدار نیروسنج با ظرفیت 450 ژول بررسی گردید. از این دستگاه به دو طریق می توان انرژی شکست را به دست آورد. در روش اول اختلاف انرژی پتانسیل قبل و بعد از برخورد چکش به نمونه توسط صفحه دیجیتالی دستگاه گزارش می شود. در روش دوم از خروجی کرنش سنج های نصب شده روی چکش، نمودار نیرو-جابجایی به دست می آید و مساحت زیر آن به عنوان انرژی شکست فولاد آزمایش شده گزارش می شود. با استفاده از دستگاه مجهز شده، انرژی شروع ترک، انرژی رشد ترک و انرژی کلی شکست برای هشت گروه نمونه از فولاد آزمایش شده برحسب عمق متفاوت شیار اولیه به صورت نمایی محاسبه و گزارش شد. همچنین نیروهای ویژه مورد نیاز برای طراحی سازه های تحت بارگذاری دینامیکی استخراج و ارایه گردید. نوآوری مهم تحقیق حاضر حصول هشت ضریب تحصیح جدید به ازای عمق شیار های متفاوت نمونه است. ضرایب تصحیح محاسبه شده جدید و میانگین آنها با ضریب تصحیح گزارش شده در تحقیقات قبلی برای مدل های مرسوم پیش بینی شکست لوله های انتقال انرژی فولادی مقایسه شده است که تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: انرژی شکست، انرژی شروع ترک، انرژی رشد ترک، دستگاه ضربه مجهز شده شارپی، فولاد API X65
  • امید جباری فر، احسان امینیان، حمید صفاری* صفحات 163-180
    ادغام و یا چسبندگی قطرات زمانی رخ می دهد که قطرات آب به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک قطره منفرد را می دهند. در این مقاله به کمک شبیه سازی عددی، رفتار دینامیکی ادغام دو قطره با اندازه برابر و نابرابر بر روی سطح شیبدار مطالعه شده است. اثر شیب سطح و قطر قطرات بر دینامیک رفتاری پل مایع و خط تماس سه فازی قطره ادغام شده بررسی شده است. در جریان حل، پیوسته شاهد غلبه نیروهای گرانش و کشش سطحی بر جریان سیال می باشیم. نتایج بدست آمده نشان می دهد، که در ادغام قطرات کوچک نوسانات شدید تری در ناحیه پل مایع و جابجایی خط سه فاز، نسبت به قطرات بزرگتر رخ می دهد. در قطرات کوچک با افزایش شیب سطح، نوسانات در جابجایی نقاط ابتدایی و انتهایی خط سه فاز شدت می یابد، که این مساله باعث تضعیف نوسانات فرکانس بالا در ناحیه پل مایع می شود. برای ادغام قطرات بزرگ، جابجایی های انتهای جلویی و انتهای عقبی قطره، به طور یکنواخت افزایش می یابد. نتایج حاصل از ادغام قطرات نابرابر نشان می دهد که، سرعت تشکیل پل مایع در این حالت نسبت به ادغام قطرات متقارن بیشتر بوده که منجر به ایجاد نوسانات بیشتر با دامنه نوسانات پایین و فرکانس نوسانی بالا می شود.
    کلیدواژگان: ادغام قطرات، روش تنظیم سطح، سطح شیبدار، چگالش قطره ای، پیوند قطرات
  • سید امیر حسینی سبزواری* صفحات 181-190

    در این مقاله موقعیت نشتی ایجاد شده در یک لوله گاز تحت فشار تشخیص داده شده است. برای این منظور در بخش آزمایشگاهی این تحقیق، نشتی ایجاد شده در یک لوله فولادی به وسیله نازل های مختلف شبیه سازی شده است. به دلایل زیست محیطی و کاهش خطرات احتمالی در حین انجام آزمایش، از هوا به عنوان جایگزین گاز طبیعی استفاده شده است. پیش از این اکثر پژوهش های منتشر شده متکی به استفاده از حسگرهایی با فرکانس بالا در دو سمت نشتی ایجاد شده، بوده اند. در پژوهش حاضر روش نوینی برای تعیین موقعیت محل نشتی در یک لوله ارایه شده است. در این روش با بهره گیری از آنالیز میرایی امواج منتشر شده در لوله، از دو حسگر نصب شده در یک سمت لوله استفاده شده است. در روش پیشنهادی به منظور کاهش اثرگذاری عوامل محیطی در پاسخ نهایی، داده های ذخیره شده در تنها دریک بازه فرکانسی مشخص مورد استفاده قرار گرفته اند. بررسی نتایج حاصل از آزمایش های تجربی، نشان می دهد با افزایش فشار داخل لوله خطای تشخیص موقعیت کاهش می یابد. در نهایت با پردازش سیگنال های ذخیره شده، میانگین مقدار خطا در تشخیص موقعیت نشتی 77/13 سانتی متر حاصل شده است.

    کلیدواژگان: تشخیص موقعیت صدا، لوله گاز، تشخیص نشتی، آنالیز میرایی
  • مریم کشاورز، سید احسان حبیبی*، یاسر امینی صفحات 191-204
    یافتن راهکاری برای افزایش نرخ انتقال حرارت در چاه ها و مبدل های حرارتی از مسایل بسیار پراهمیت در صنایع بشمار می آید. از این رو تحقیقات متعددی در راستای بهبود عملکرد این سیستمها انجام گرفته است. در تحقیق حاضر مساله افزایش نرخ انتقال حرارت در یک میکرو کانال مستطیلی حاوی تعدادی مولد گردابه مورد بررسی قرار گرفته است. مولدهای گردابه ای درنظر گرفته شده شامل پینهای مکعبی هستند که دارای تیغه هایی منعطف مجهز به وصله های پیزوالکتریک می باشند. این تیغه ها با عبور جریان تحت اندرکنش سیال-سازه قرارگرفته و مرتعش میشوند. به منظور اطمینان از برقراری شرایط جریان آرام، عدد رینولدز برحسب قطر هیدرولیکی کانال برابر با 1000 درنظر گرفته شده است. اثرات هیدرولیکی- حرارتی تعداد مولدهای گردابه، سفتی تیغه ها در تحریک وصله های پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده این واقعیت هستند که مجهز شدن کانال به مولدهای پیزوالکتریک اثر قابل توجهی در افزایش نرخ انتقال حرارت دارد و میتوان با افزایش 33 درصدی توان مورد نیاز پمپی، به میزان 140 درصد نرخ انتقال حرارت را نسبت به کانال بدون مبدل گردابه، بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: اندرکنش سیال- سازه، افزایش نرخ انتقال حرارت، مولد گردابه، تیغه منعطف، بازده هیدرولیکی- حرارتی
  • منصور طالبی*، رضا عبدالهی، محمدامین برهانی صفحات 205-217

    در این پژوهش اثرات ترموهیدرولیکی مغشوش کننده های سیم پیچشی با گام های مختلف در شرایط ترموهیدرولیکی متفاوت برای یک مجتمع سوخت شش وجهی با هفت میله سوخت بررسی شده است. تحلیل حرارتی و سیالاتی برای چهارگام 66، 100، 200 و 400 انجام گرفته و سپس نتایج بدست آمده باحالت بدون مغشوش کننده مقایسه شده است. برای انجام این شبیه سازی از مدل آشفتگی k-ε استفاده شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد رینولدز نسبت افت فشار مجتمع سوخت دارای سیم پیچ به بدون سیم پیچ در رینولدز100000 افزایش 100 درصدی دارد. کانتورهای سرعت نشان می دهد کاهش گام مغشوش کننده سیم پیچشی باعث اختلاط بهتر جریان و چرخش سیال در طول کانال می شود. کاهش گام در رینولدز ثابت نیز باعث افزایش افت فشار است (افزایش 60 درصدی برای کاهش گام از 200 به 100 میلی متر). با استفاده از کانتورهای انتقال حرارت سیال در طول کانال اثرات بهبود انتقال حرارت با حضور سیم پیچ را می توان مشاهده کرد. همچنین کاهش گام باعث توزیع یکنواخت تر دما در هر مقطع از مجتمع می شود.

    کلیدواژگان: مغشوش کننده سیم پیچشی، انتقال حرارت، افت فشار، شبیه سازی عددی، ترموهیدرولیک
|
  • Reyhaneh Chegini *, Borhan Beigzadeh, Mohammadreza Haghjoo, Vahid Firouzi Pages 1-12
    Nowadays,due to the increase of patients with low mobility,the presence of rehabilitation robots is necessary.To improve design of rehabilitation devices,musculoskeletal models are widely used to analyze interaction forces between human body and assistive devices.In this study,combined model of rehabilitation system with musculoskeletal model of the body has been discussed using Opensim software.This system has already been designed based on Jensen's 1 DOF mechanism with eight links, and has weight supporter system to support the patient's weight.System uses only one actuator for both the left and right sides of the body,which rotates the crank.Interaction forces between the device and the body are investigated.For this purpose,by using kinematic simulations and direct dynamics,movement of the rehabilitation system has been simulated.Then,by static optimization and performing inverse dynamics simulation,the amount of force and torque applied at the points of contact and each joint have estimated.Results show that interaction forces at the point of contact between the user's hip and the seat of the mechanism are 750 Newtons,which is proportional to the weight of the user,which is considered to be 75 kg.Forces and torques obtained at the connection point of the feet with the pedal are 16 Newtons in the vertical direction,which is caused by the weight of the user and the device,and other components are 2 Newtons, which is insignificant compared to the vertical component, as well as torque produced at the place where the pedal is connected to the foot, is 0.01 Nm. Results of this study can be helpful in designing rehabilitation systems.
    Keywords: Gait Rehabilitation, Robotic Rehabilitation, Contact Forces, Interaction Forces, Neurophysiological Disorders
  • Zahra Bagheri, Mahsasadat Miralinaghi, Mojtaba Haghgoo, Majid Alitavoli, Hashem Babaei * Pages 13-23

    In this research, the plastic deformation and failure mechanism of sandwich structures with aluminum face-sheets and waste rubber particles core under low-velocity impact loading have been investigated. The drop hammer testing machine was used to apply the impact load to the sample at seven different energy levels 34.3, 68.6, 102.9, 137.2, 154.3, 171.5, and 205.8 J. To achieve the mentioned energy levels, the weight of the hammer was considered constant and equal to 3.5 kg and the standoff distance of the hammer was changed from 1 to 6.5 m. 10 test samples were considered in two types of layering with and without the core of rubber particles. In this series of experiments, the thickness of aluminum face-sheets was constant at 1 mm and two different thicknesses of 16 and 32 mm were considered for the core. Experimental results showed that, the sandwich panel with 16 mm had a 37 and 18 % smaller deformed area for fall heights of 2 and 3 meters, respectively, due to the less porous space between two aluminum face-sheets. Also, compared to the coreless sandwich structure, the use of a low-mass waste rubber particle cores at low energy levels increased the front sheet perforation diameter by 19 %.

    Keywords: impact loading, Drop hammer testing machine, Experimental Study, Sandwich sheets, Waste rubber particle
  • MohammadHoseintabar Marzebali * Pages 25-33

    Detection of rotor asymmetry faults (RAFs) in induction machines (IMs) based on stator current signature of machine due to the presence of low-frequency load torque oscillation (LTOs) can cause false alarm (FM). Therefore, isolating the RAFs from the LTOs can improve the condition-based monitoring system. The methods discussed in the past generally require three-phase current and voltage of stator windings information along with machine angular velocity. In this paper, a new method based on single phase machine data is presented. In this regard, a virtual rotating reference frame based on Hilbert transform is provided which do not need the angular velocity of machine. In order to improve the output spectrum resolution and low computational cost, the proposed method is combined with the Gortzel algorithm. The proposed method is tested and evaluated by synthetic data and then evaluated by means of experimental results. The results show that this method can isolate the RAFs indices from LTOs, effectively.

    Keywords: Fault Diagnosis, Induction machine, Rotor asymmetry fault, Condition Monitoring
  • Hossein Estiri *, Amir Baghban Pages 35-48
    The common dynamic relaxation algorithm (DR) does not have the ability to trace the static path. In these techniques, the jumps occur at the limit points. A variable load factor is used to fix this defect. Here, a new procedure is suggested to calculate the load factor. The authors’ relationship is achieved by minimizing external work and residual energy, simultaneously. It should be stated that the proposed load factor depends only on the DR artificial parameters. To show the ability of the new formulation, several truss and shell structures with nonlinear geometrically behavior are analyzed. All used methods are ranked by the number of iterations, numbers of convergence points and total duration analysis. Numerical solutions show the high efficiency of the new method. In other words, the authors' technique, in addition to good accuracy, has higher convergence rate, in comparison to the other strategies. On the other hand, the time duration of the proposed method to trace the static paths has been reduced appropriately compared to other techniques.
    Keywords: dynamic relaxation, External work, Residual energy, Equilibrium path, Limit points
  • Vahid Tahmasbi *, Mohammad Hossein Eslami, Mahdi Qasemi, Parham Karkhaneh, Mojtaba Zolfaghari Pages 49-65

    Today, bone machining is known as one of the most important steps in orthopedic surgery. With accurate and effective simulation of machining process can achieve faster patient recovery and high efficiency in surgery. Accordingly, estimating and controlling the production temperature in machining is necessary to prevent excessive heat generation and thermal damage to the bone. The study of the orthogonal cutting process is important because of the basis of other machining processes. Therefore, an experimental and numerical study was performed for orthogonal machining. An elastic-plastic model was used as the material model to predict cortical bone behavior in finite element simulation. The damage model was used for complete material failure, tool penetration and chip formation. The simulation was done for the first time with the damage model and its results were analyzed for the first time with the response surface method and sensitivity analysis using the Sobel method for each parameter separately and the interaction of the parameters. The simulation results are in agreement with the experimental results. According to the optimization, the minimum temperature is about 26ºC when the cutting depth is 0.1 mm, the cutting speed is about 192 mm/s and the rake angle is 12º. This study can be effective in further advancing the bone machining process and lead to progress in orthopedic surgery, optimization of machining parameters and tool design.

    Keywords: Orthogonal Cutting Bone, Finite element, Response Surface, Sensitivity Analysis
  • Reza Naseri * Pages 67-81
    The applying of Severe Plastic Deformation (SPD) processes, such as Equal Channel Angular Pressing (ECAP), leads to the introducing of high strains on the metallic material and consequently microstructural evolution. As a result of these microstructural evolution, the grains structure were changed to ultra-fine and leads to the improvement of mechanical properties. In this research, commercially pure titanium, as a difficult deformable metal, was subjected to cold-ECAP process in channel angle of 135º with back pressure, and the effect of back pressure on its mechanical properties and workability was investigated. The experimental results showed that by simultaneously applying back pressure and encapsulating the billet in a pure copper tube, the bimetallic work-piece was processed up to four passes. Considering that there were only two successful passes in ECAP process without back pressure, it can be concluded that the workability of pure titanium billets increased by applying back pressure due to the higher strains in higher passes. It was also demonstrated that by subjecting the back pressure, the ultimate compressive strength of material significantly increased from 899 to 1163 and 1317 MPa and microhardness is enhanced from 163 to 203 and 262 Vickers. In addition, the refining of the grains was occured from 49 to 34 and 24 µm. These results were presented for initial annealed material and the states without and with back pressure, respectively.
    Keywords: Commercially Pure Titanium, Cold-ECAP Process, Back Pressure, Workability, Mechanical Properties
  • Seyed Hossein Emam, Ahmad Ganjali *, Aboozar Mirzakhani Pages 83-98

    In today's era, it is necessary to analyze functionally graded materials. Since the finite element method in the analysis of these materials has limitations and the error is an inseparable part of any numerical analysis, therefore, finding a solution to estimate the error in calculations is important. In the finite element method, modifying or enriching the network to reduce the error is associated with such things as the overlapping of elements during displacement, the formation of elements with zero areas, and the increase of cost in calculations. In this research, the isogeometric method has been used for the first time in the analysis of problems with functionally graded materials in the adaptive solution using the method of moving control points as adaptive correction based on error estimation, with the approach of improving the stress field. By comparing the exact and approximate error norm in the solved examples, the effectivity index is more than 75%, which shows the effectiveness of the proposed error estimator. In addition, improving the network of control points is effective in reducing the error rate by more than 60% and can be used to increase the accuracy of the results.

    Keywords: Isogeometrical Analysis, Functionally graded material, Error estimation, Stress Recovery, Adaptive Solution
  • Hossein Hatami * Pages 99-111
    In this research, the mechanical properties including bending strength and impact resistance for steel composite beams with high performance concrete are discussed. In the construction of the steel part of the specimens, the shield cross-section grade 4 is used in the tensile part of the sheet with a thickness of 5 mm and two widths of 30 and 40 mm and a length of 70 cm. It should be noted that the compression wing of some specimens is made of concrete with Different steel reinforced fibers. Self-compacting concrete with 3 percent of different steel fibers, which are 0, 0.5, and 1 percent, was used in making the concrete of the specimens. The results of the impact tests showed that the amount of energy absorption as well as the initial maximum force increased with the increase in the fibers percentage that the highest energy absorption is related to the w4hc4sf1 beam, which has increased by 0.09% compared to the specimen without concrete. Regarding the results of the bending test, the resistance value increased intermittently with the increase of fibers. The w4hc4sf1 beam had the best performance, and its strength increase compared to the same specimen without concrete was equal to 204%.
    Keywords: High Performance Concrete, Bending, Impact, Composite
  • Moein Taheri *, Hamed Faraji Pages 113-123
    Applied study on cancerous tissues for the purpose of treatment is possible only with complete knowledge of cancerous and healthy cells, in terms of mechanical, chemical and geometrical structure. The high sensitivity in the displacement of cellular tissues and their vulnerability when applying large forces has led to the optimal modeling of the process. In the first phase of manipulation, the force applied to the pole of the atomic force microscope must overcome the resistance forces such as friction. Investigations have been done in the first phase of nanomanipulation and in three dimensions. The critical force and time were calculated for all three Persson friction models by comparing the applied forces in all three directions of movement and the resultant force, and in order to ensure the results of this simulation, the necessary verifications were made with Lager, Kolb and Hka friction models, which were obtained in previous researches. was done Finally, the results indicated that the lowest value was in Persson's third friction model, with values of 93 nano newtons for critical force and 78 milliseconds for critical time.
    Keywords: Colon cell tissue, Persson friction modelatomic force microscopy, critical force, time
  • Parsa Behinfar, Amir Nourani * Pages 125-137
    The present study examines the mechanical properties of auxetic stents with Re-entrant structure. Geometries were parametrically modeled, and the design of experiments (DOE) was developed by defining the elastic properties of the stents and using the response surface method (RSM). Finite element (FE) analysis was performed in order to find a polynomial relationship between the geometric parameters as inputs and the elastic parameters as the outputs. Then, the optimal stent was obtained in terms of elasticity parameters by using RSM method. As a result, the optimal parameters of the Re-entrant stent including flexural stiffness, axial elasticity modulus, radial elasticity modulus and Poisson’s ratio were obtained as 40 mPa.m4, 253 MPa, 752 MPa and -0.58, respectively. Moreover, a method was proposed to find an analytical solution for metal elastic stents in order to verify the FEM results. Finally, the blood vessel compliance of the optimal stent was evaluated, showing a good compliance for practical usage.
    Keywords: Auxetic, Stent, Finite element, Optimization, Compliance
  • Hossein Safaeifar, Hasan Heirani * Pages 139-148
    In high amplitude vibrations when there is an impact damper, effective collisions occur between the damper particle and the main structure. These effective collisions cause the energy of the main system decreases significantly. The use of impact dampers in the free vibrations of a system of one degree of freedom reduces the amplitude of vibrations linearly, where the slope of this line is called the damping inclination.The damping inclination is a criterion of the damper performance, whose number indicates the effect of using the impact damper in reducing the vibrations of the oscillating system. In most of the previous researches, the damping inclination has been extracted by numerical or experimental methods, and no formula has been presented to predict the damping inclination. In this research, the effect of parameters of the coefficient of restitution and the mass ratio on the damping inclination of rigid single mass impact dampers has been studied. Then, by analyzing the data, an analytical relationship has been presented to determine the damping inclination according to the coefficient of restitution and mass ratio. This formula predicts the damping inclination with an error of less than six percent and eliminates the need for numerical and experimental studies to determine the damping inclination.
    Keywords: Free vibrations, impact dampers, amplitude reduction, damping inclination, analytical relation
  • Jalaleddin Sadr, Sayyed Hojat Hashemi *, Ali Akbar Majidi- Jirandehi Pages 149-162
    In this paper, dynamic behavior of API X65 steel under impact loading was studied using an instrumented Charpy machine of 450J capacity. The fracture energy can be measured using this testing machine in two different ways. In the first method, the difference in potential energy before and after impact test is reported via machine dial. In the second method, the output voltage from load-cell (mounted on the machine tup) gives load-displacement data from which energy is calculated via curve integration. Using instrumented data, the initiation energy, propagation energy and total fracture energy for eight series of specimens made from tested steel were measured and found to have exponential behavior versus initial notch depth. Furthermore, the characteristic forces used for the design of dynamically loaded structures (namely general yielding, Fgy, and maximum force, Fm) were determined from the force-displacement diagram. The important innovation of this research is presentation of eight new correction factors for different notch depth of specimens. These new correction factors and their mean value were compared with a similar data from a previous research work for conventional fracture models of energy transportation steel pipelines which showed good agreement.
    Keywords: Fracture Energy, Crack initiation energy, Crack propagation energy, Instrumented Charpy impact machine, API X65 steel
  • Omid Jabbarifar, Ehsan Aminian, Hamid Saffari * Pages 163-180
    Droplet coalescence or adhesion occurs when water droplets attach to a bond and form a single drop. In this paper, using numerical simulations, the dynamic behavior of merging two drops of equal and unequal size on a inclined surface is studied. The effect of surface slope and droplet diameter on the behavioral dynamics of the liquid bridge and the three-phase droplet contact line is integrated. During the solution, we constantly see the dominance of gravity and surface tension forces over the fluid flow. The results show that in the integration of small droplets, more intense oscillations occur in the area of the liquid bridge and the displacement of the three-phase line, compared to the larger droplets. In small droplets, with increasing slope level, the fluctuations in the displacement of the beginning and end points of the three-phase line become severe, which weakens the high-frequency oscillations in the liquid bridge area. For merging large droplets, the forward and rear end displacements of the droplet increase uniformly. The results of merging unequal droplets show that the speed of liquid bridge formation in this case is higher than the merger of symmetric droplets, which leads to more oscillations with low oscillation amplitude and high oscillation frequency.
    Keywords: Droplets coalescence, Level-set, inclined surface, Dropwise Condensation, Droplets merging
  • Seyed Amir Hoseini Sabzevari * Pages 181-190

    In this paper, the position of the leakage in a pressurized gas pipe is localized. As an experimental example, the leakage in a steel pipe is simulated by different orifices. To decrease the risk of explosion and environmental contamination during experiments, pressurized air was used instead of natural gas. Most of the published papers are based on using high sampling rate sensors placed on both sides of the leakage. In this study, a new method is extended due to leakage localization in a gas pipe. To achieve this goal, attenuation analysis is implementing by installing two sensors on one side of the pipe. In the proposed technique, the dominant frequency of recorded signals is used, to decrease the effect of background noises on final results. Experimental results reveal by increasing the pressure the leakage localization error is decreased. Finally, by implementing signal processing into the data the average value of leakage localization error is reported 13.77 cm.

    Keywords: Sound Localization, gas pipeline, Leakage detection, Attenuation analysis
  • Maryam Keshavarz, Seyedehsan Habibi *, Yasser Amini Pages 191-204
    Heat transfer processes are widely used in many industrial applications, therefore many studies have been conducted in this field. so in this research, the effect of the active vibrations of a piezoelectric vortex generator on the displacement heat transfer rate in a microchannel is investigated. The assumed vortex generators consist of square pins having a flexible splitter plates on their lee side. These plates will be deformed under fluid structure interactions. The Reynolds number, based on the channel’s hydraulic diameter,is set to 1000 to ensure laminar flow. The heat transfer performance, the hydrodynamic friction factor and the overall hydrothermal efficiency for different number of VGs and splitter’s flexural rigidity are investigated. The results showed that softer splitters provide better heat transfer capability and the higher hydrothermal performance. The results also indicated that, by selecting proper configuration, in the expense of 33% decrease in total hydrothermal efficiency with respect to clean channel, 140% increase in the rejected heat, compared to clean channel, can be achieved.
    Keywords: Fluid structure interaction (FSI), Heat transfer enhancement, Vortex generator, Flexible splitter, overall hydrothermal performance
  • Mansour Talebi *, Reza Adollahi, Mohammad Amin Borhani Pages 205-217

    In this paper, thermo-hydraulic effects of the wire-wrap spacer in a hexagonal fuel assembly with seven fuel rods have been investigated. The effects of wire-wrap pitch and Reynolds number on fluid flow, pressure drop, and temperature distribution have been analyzed. Thermal and fluid analysis has been studied for 66, 100, 200, and 400 wire-wrap pitches. K-ε turbulence model is used to perform this numerical simulation. The results are compared with a no-wire-wrap state. The results show that by increasing the Reynolds number, the pressure drop of the assembly with and without wire-wrap increases (100% increase in Reynolds number of 100,000). At a constant Reynolds number, decreasing the pitch of wire-wrap increases the pressure drop (60% increase by reducing the pitch from 200 to 100 mm). Wire-wrap improves flow mixing and heat transfer, and by reducing the pitch of the wire-wrap, the results have a more uniform distribution of temperature in each section of the assembly.

    Keywords: Wire Wrap Spacer, Heat Transfer, Pressure drop, Numerical Simulation, Thermo-Hydraulic