فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 4 (فروردین 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امین سلیمی، علیرضا ریاسی* صفحات 209-221

    پمپ بازتولیدکننده، پمپ هایی با سرعت مخصوص بسیار پایین می باشند. مشخصه اصلی پمپ های بازتولیدکننده توانایی تولید هدهای بالا در دبی های پایین می باشد. باوجود مزایای بسیاری که پمپ های بازتولیدکننده دارند، این پمپ ها به طور ذاتی و ساختاری دارای یک نقطه ضعف هستند و آن داشتن بازده هیدرولیکی پایین می باشد. علت این پدیده الگوی پیچیده جریان سیال در این نوع از توربوماشین است. در این مقاله از روش های عددی و آزمایشگاهی جهت تحلیل و بهبود عملکرد پمپ های بازتولیدکننده و همچنین بررسی اثر جریان نشتی پیرامون پروانه استفاده شده است. از مدل اس اس تی (sst) برای مدل سازی آشفتگی استفاده گردیده است. به منظور اعتبار سنجی یک مدارتست آزمایشگاهی پمپ های بازتولیدکننده طراحی و ساخته شده است. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی از انطباق و تطابق بالایی برخوردار هستند که نشان دهنده صحت بالای شبیه سازی عددی می باشد. باتوجه به نتایج می توان بیان کرد افزایش ضخامت هندسی نشتی منجر به افزایش اختلاط سیال پرفشار نایحه خروجی و سیال کم فشار ناحیه ورودی گریده و نهایتا سبب کاهش مقدار هد تولیدی پمپ بازتولیدکننده می شود. پارامتر عملکردی بازده نیز با افزایش ضخامت هندسی نشتی به 4/0 میلیمتر کاهش چشمگیری نسبت به هندسه اصلی و اولیه با نشتی 26/0 میلیمتر خواهدداشت. از طرفی کاهش ضخامت نشتی به 2/0 میلیمتر منجر به بهبود  پارامترهای عملکردی هد و بازده پمپ بازتولیدکننده خواهدگردید. همچنین هندسه ایده آل بدون نشتی جهت حد بیشینه و فرضی پارامترهای هد و بازده معرفی و محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: پمپ بازتولیدکننده، نشتی پروانه، انسیس سی اف ایکس(Ansys CFX)، پروانه شعاعی
  • محمدسجاد خدایاری، رحمن سیفی* صفحات 223-234

    مخازن استوانه ای جدار ضخیم در صنایع نفت، شیمیایی، هسته ای و نظامی به منظور تحمل فشارهای داخلی کاربرد ویژه ای دارند. وجود تنش پسماند فشاری در جداره ی مخازن جدار ضخیم موجب افزایش فشار ترکیدگی و عمر خستگی آن می گردد. فرآیندهای اتوفرتاژ و تداخل شعاعی در استوانه ی چندلایه از روش های مرسوم ایجاد تنش پسماند در جداره ی مخازن می باشند. به منظور دستیابی به استحکام و عمر خستگی بالاتر، از ترکیب این دو فرآیند نیز استفاده می شود. انتگرال J معیار مناسبی جهت ارزیابی رشد ترک در میدان های کرنش الاستیک  و الاستوپلاستیک می باشد. در این پژوهش با استفاده از روش اجزای محدود، توزیع انتگرال J در طول پیشانی ترک نیم بیضی در سطح داخلی استوانه ی دولایه ی متداخل که انتهای آن بسته بوده و لایه داخلی آن اتوفرتاژ گردیده، محاسبه و سپس فشار ترکیدگی بر مبنای معیار چقرمگی شکست ماده، JΙC  تعیین شده است. همچنین تاثیر پارامترهای مقدار اتوفرتاژ، تداخل شعاعی، عمق، زاویه و شکل ترک بر توزیع انتگرال J و فشار ترکیدگی بررسی گردیده است. لایه های داخلی و خارجی استوانه ی دو لایه از جنس آلیاژ آلومینیوم  7075 گرید 6T در نظر گرفته شده است. رفتار سخت شوند گی غیر خطی دوره ای این آلیاژ با استفاده از مدل چابوچه، پیش بینی گردیده است. اعتبار پژوهش بررسی و دقت بالای نتایج، اثبات گردید

    کلیدواژگان: انتگرالJ، فشار ترکیدگی، روش اجزای محدود، ترک نیم بیضی، اتوفرتاژ، تداخل شعاعی
  • سپیده اکبری، محمدهادی نامدار قلاتی، حامد غفاری راد*، سید مهدی رضاعی صفحات 235-247

    عملگرهای نرم خمشی نیوماتیکی به عنوان عملگر هایی با ایمنی و قابلیت تطبیق پذیری بالا، بسیار قابل توجه محققان قرار گرفته اند، به طوری که آن ها را به گزینه ای ایده آل برای ساخت تجهیزاتی که تعامل بالایی با انسان ها دارند تبدیل کرده است. این ویژگی های مثبت، مشکلاتی را نیز به همراه دارد. تطبیق پذیری بالای ربات های نرم به واسطه درجات آزادی زیاد آن ها فراهم شده و بدین ترتیب مدل سازی آن ها را به چالشی جدی برای پژوهشگران تبدیل کرده است. در این مقاله با به کارگیری روش اجزای صلب محدود، به مدل سازی یک عملگر نرم خمشی با رشته های تقویت کننده که در تعامل با محیط قرار دارد، پرداخته شده است. استفاده از روش معرفی شده این امکان را فراهم آورده تا بتوان برای عملگرهای نرم پیوسته، روش های مورد استفاده در مدل سازی ربات های صلب متداول مانند روش دناویت-هارتنبرگ را به کار گرفت. بنابراین در ادامه به کمک همین تیوری رفتار استاتیکی و دینامیکی عملگر نرم در حالت آزاد و در حضور نیروی خارجی تحلیل و بررسی شده و در نهایت با نتایج تجربی بدست آمده از یک عملگر ساخته شده، مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که روش پیشنهادی در عین اینکه مدل ساده ای را برای مقاصد بعدی مانند پیاده سازی کنترل کننده ارایه می کند، دارای خطای مدل سازی کمتر از 9 درصد می باشد.

    کلیدواژگان: ربات نرم، عملگر نرم خمشی، مدل سازی استاتیکی و دینامیکی، تعامل با محیط، روش اجزای صلب محدود
  • صادق الهامی جوشقان*، پرگل رضوانی، محمدرضا رازفر صفحات 249-256

    امروزه استفاده از موادی مانند شیشه به دلیل خواصی مانند سختی بالا، مقاومت شیمیایی و سایش بالا، به طور گسترده در ساخت تجهیزات میکرونی، الکترونیکی و تجهیزات پزشکی توسعه یافته است، اما به دلیل سختی بالا و چقرمگی پایین، باربرداری مکانیکی و ایجاد ساختارهای میکرونی برروی آن با روش های سنتی دشوار است. روش تخلیه الکتروشیمیایی یک روش نوین ماشینکاری است که قابلیت ماشینکاری مواد سخت و نارسانای الکتریکی از جمله شیشه را دارد. در فرآیند سوراخکاری تخلیه الکتروشیمیایی، دقت ابعادی سوراخ و به ویژه ناحیه ورودی آن حایز اهمیت است اما در بیشتر موارد، ورودی سوراخ دارای شیب زیاد بوده که منجر به اضافه برش زیاد و مخروط شدگی دیواره سوراخ می گردد. در این تحقیق برای حذف ناحیه شیب دار ورودی سوراخ (عامل کاهش دقت سوراخکاری) از قطعه واسط با ضخامت کم استفاده شده است که پس از سوراخکاری از سطح قطعه اصلی جدا خواهد شد. نتایج نشان داد که این روش اضافه برش نواحی ورودی سوراخ را با توجه به قطر ابزار مورد استفاده، بین 50 تا 76% کاهش داده است. همچنین، نتایج سختی سنجی قطعه کار نشان داد با استفاده از قطعه واسط، سوراخ نهایی دارای ناحیه متاثر از حرارت کوچکتر در اطراف سوراخ است.

    کلیدواژگان: ماشینکاری تخلیه الکتروشیمیایی، قطعه واسط، اضافه برش، مخروطی شدن، سختی سنجی
  • مجید الیاسی*، وحید مدانلو، بهنام آخوندی، حسین طالبی قادیکلایی، فرزاد احمدی خطیر صفحات 257-264

    خمکاری لوله های جدار نازک یکی از فرآیندهای مهم برای ساخت قطعات در صنایع خودروسازی و هوافضا می باشد. این مقاله به بررسی تجربی اثر عملیات حرارتی روی خم پذیری لوله های جدار نازک آلومینیومی از جنس آلیاژ 6063AA می پردازد. با استفاده از فرآیند خمکاری کششی دورانی هیدرولیکی، میزان عدم دایروی بودن سطح مقطع لوله های آلومینیومی نمونه اولیه، آنیل شده و پیرسازی مصنوعی شده در فشارهای سیال مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش های تجربی، نسبت قطر به ضخامت لوله ها 88/13، نسبت خم بحرانی 6/1، قالب فشار ثابت و زاویه خم 90 درجه در نظر گرفته شدند. با بررسی نتایج مشخص شد که عملیات حرارتی و فشار سیال تاثیر بسزایی در کیفیت لوله های خم شده دارند. با افزایش فشار سیال تا 6/3 مگاپاسکال، میزان عدم دایروی بودن سطح مقطع بحرانی در همه نمونه ها کاهش یافته به طوریکه بیشترین میزان کاهش در نمونه آنیل شده به میزان 49% رخ داده است. همچنین در نمونه پیرسازی شده میزان عدم دایروی بودن سطح مقطع بحرانی حدود 46% کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد که در فشار 6/3 مگاپاسکال، میزان عدم دایروی بودن سطح مقطع بحرانی نمونه آنیل شده در مقایسه با نمونه پیرسازی شده به میزان 19% بهبود یافته است.

    کلیدواژگان: خمکاری، عملیات حرارتی، فشار سیال، عدم دایروی بودن
  • محمدمهدی صالحی، محمدرضا موحدی* صفحات 265-273

    امروزه استفاده از پرینت سه بعدی به منظور نمونه سازی به خوبی در صنعت شناخته شده است و تلاش ها در این جهت است که بتوان قطعات عملکردی را نیز در دایره قابلیت های این تکنولوژی وارد نمود تا وسعت عملکردی آن بیش از گذشته شود و جایگزین روش های ساخت دیگر در تولید کم تیراژ گردد. در این بین محدودیت در جنس مواد رایج که به صورت رشته ای (فیلامنتی) هستند و محدودیت در ساخت قطعات بزرگ، مانعی در این مسیر است. به منظور استفاده از مواد مختلف و جدا شدن از این محدودیت ها، استفاده از مواد اولیه گرانولی مورد توجه قرار دارد. در این مقاله مواد اولیه گرانولی با جنس ABS که دارای کاربرد فراوانی در صنعت می باشد انتخاب گردیده است و تحلیل سیستم اکسترودر با قابلیت استفاده از مواد اولیه گرانولی مورد توجه قرار گرفته است. همچنین ویژگی های عملکردی اکسترودر شامل فشار کاری مجموعه، سرعت چرخش مورد نیاز ماردون و گشتاور لازم برای چرخش آن برای یک دبی ثابت واقعی استخراج شده است که می تواند پایه ای در شناخت بهتر این سیستم باشد و در نهایت تست های آزمایشگاهی بر روی مجموعه طراحی شده اکسترودر، مادون و سیستم محرکه به همراه سیستم حرارتی آن انجام گردید که نتیجه آن روند دیده شده در معادلات نظری را تایید می کند.

    کلیدواژگان: پرینت سه بعدی، مواد گرانولی، اکسترودر، گشتاور، فشار کاری، تست تجربی
|
  • Amin Salimi, Alireza Riasi* Pages 209-221

    Regenerative pumps are pumps with a very low specific speed. The main characteristic of regenerative pumps is the ability to produce high heads at low flow rates.  In this article, numerical and experimental methods have been used to analyze and improve the performance of regenerative pumps and also to investigate the effect of leakage flow around the impeller. In order to validate, an experimental test circuit of regenerative pumps has been designed and built. The comparison of the numerical and experimental results have a good agreement, which indicates the high accuracy of the numerical simulation. Based on the results of the study, we conclude that increasing the geometric thickness of the leak leads to an increase in mixing the high-pressure fluid of the outlet nozzle with the low-pressure fluid of the inlet area, leading to a decrease in the generating head generated by the regenerative pump. The performance parameter of efficiency will also decrease significantly by increasing the geometric thickness of the leakage to 0.4 mm compared to the original geometry with a leakage of 0.26 mm. On the other hand, reducing the leakage thickness to 0.2 mm will lead to the improvement of the functional parameters of the head and the efficiency of the reproducing pump. Also, the ideal geometry without leakage has been introduced and calculated for the maximum and theoretical limit of head and efficiency parameters.

    Keywords: Regenerative pump, Impeller leakage, Ansys CFX, Radial impeller
  • MohammadSajjad Khodayari, Rahman Seifi* Pages 223-234

    Thick-walled cylindrical vessels are specially used in oil, chemical, nuclear and military industries in order to withstand internal pressure. The presence of the compressive residual stress in the walls increases the bursting pressure and fatigue life. Autofrettage processes and radial interference in multilayer cylinders are among the conventional methods of creating residual stresses in the pressure vessels. In order to achieve higher strength and fatigue life, the combination of these processes is also considered. J integral method is a suitable criterion for evaluating the crack parameters in elastic and elastoplastic strain fields. In this research, distribution of the J integral along the semi-elliptical crack front on the inner surface of the interferenced two-layered cylinder with closed end has been studied. Inner layer was autofrettaged. Burst pressure was determined based on the fracture toughness criterion (JΙC). Also, the effects of the autofrettage percent, radial interference; depth, angle and aspect ratio of the crack on the J integral and burst pressure variations have been investigated. The inner and outer layers of the cylinder were made of 7075-T6 aluminum alloy. The periodic nonlinear hardening behavior of this alloy has been predicted using Chabooche model. The validity of the results and their accuracy were examined

    Keywords: J integral, burst pressure, finite elements method, semi-elliptical crack, autofrettage, radial interference
  • Sepideh Akbari, MohammadHadi Namdar Ghalati, Hamed Ghafarirad*, Seyed Mehdi Rezaei Pages 235-247

    Pneumatic Soft bending actuators as safe and highly adaptable robots are being considered by researchers, such that they become an ideal choice for making devices that interact more with humans. These advantages come along with several disadvantages. Their great adaptability is provided by their high degrees of freedom, and consequently, it makes the modeling a significant challenge for researchers. In this paper, the modeling of a soft fiber-reinforced bending actuator that is in contact with the environment has been conducted by utilizing the finite rigid element method. This method provides a context within which the modeling theories of traditional rigid robots, such as the Denavit-Hartenberg method, become usable for a soft continuum actuator. Therefore, in the following, resorting to this theory, the static and dynamic behavior of a soft actuator under the effect of the external load has been investigated and compared with the empirical results derived from a fabricated actuator. The results show a minimum accuracy of 9 percent, although being as simple as can be used for other purposes like implementing control systems based on that.

    Keywords: Soft Robot, Soft Bending Actuator, Static, Dynamic Modeling, Contact Condition, Finite Rigid Element Method
  • Sadegh Elhami*, Pargol Rezvani, MohammadReza Razfar Pages 249-256

    Today, the application of materials such as glass has been widely developed in the manufacture of micronutrients, electronics and medical equipment because of its high hardness, chemical resistance and high abrasion. But due to high hardness and low toughness, mechanical machining can not be applied. The Electrochemical discharge method is a new machining method that is capable of machining hard and non-conductive electrical materials such as glass. In the process of electrochemical discharge drilling, the dimensional accuracy of the hole and especially its inlet area is important. but almost, the inlet of the hole has a high slope, which leads to excessive hole overcut and tapering of the hole side wall. In this study, to remove the high slope entrance area, a thin intermediate part was used which will be separated from the main workpiece after the drilling process. The results showed that mentioned method reduced the entrance overcut of the hole by 50 to 76% depending on the diameter of the tool. Also, the hardness measuring of points on the hole inlet showed that using the intermediate part led to the smaller heat-affected zone (HAZ) around the hole entrance.

    Keywords: Electrochemical Discharge Machining, Intermediate Part, Overcut, Tapering, Hardness
  • Majid Elyasi*, Vahid Modanloo, Hossein Talebi Ghadikolaee, Farzad Ahmadi Khatir, Behnam Akhoundi Pages 257-264

    Thin-walled tube bending is one of the important processes for manufacturing parts in the automotive and aerospace industries. This paper investigates the effect of heat treatment on the bendability of thin-walled tubes made of AA6063 alloy. With the hydro rotary draw bending process, the cross-section ovality of the as-received, annealed, and artificial aged tubes has been examined at different fluid pressures. In the experiments, the tube diameter to tube thickness ratio was 13.88. Also, the critical bending ratio was 1.6, and the bending angle was 90 degrees. By examining the results, it has been found that heat treatment and fluid pressure had an important effect on the quality of the bent tubes. By increasing the fluid pressure to 3.6 MPa, critical cross-section ovality has decreased in all specimens. The maximum decrease of cross-section ovality is obtained in the annealed sample by 49%. Also, in the artificially aged specimens, the critical cross-section ovality decreases by about 45%. It has also been observed that at a pressure of 3.6 MPa, the critical cross-section ovality of the annealed sample has improved by 19% compared to the artificially aged specimens.

    Keywords: Bending, Heat treatment, Fluid pressure, Ovality
  • MohammadMahdi Salehi, MohammadReza Movahhedy* Pages 265-273

    Nowadays using 3D printing for prototyping is well known in industrial applications and there are efforts to make functional parts with this technology to reach low volume production markets. By using pellets rather than filaments, the limitations caused by lack of variety of materials can be conquered. Also there will be no need to make a massive part as several divided parts and then glue them together.In this article pellets of ABS, that are well known and functional in industry, are analysed for an extruder to investigate the ability of pellet material extruding. Characteristic specifications of extruder such as operating pressure, screw rotational speed and required torque for rotating the screw are achieved for they are important factors to find out the mechanism for experimental tests and selecting suitable operating parts such as motor and gearbox. At the end, the experimental tests on designed system are done and the result approved the trends of theoretical data.

    Keywords: 3D Printing, Pellet, Extruder, Torque, Operating Pressure, Experimental Tests