فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال سیزدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1402)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال سیزدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • امیرمحمد منوچهری، غلامحسین لیاقت*، حامد احمدی صفحات 1-13
    ورق های کامپوزیتی گرمانرم به دلیل استحکام به وزن و ظرفیت جذب انرژی بالا، توجه روزافزونی را در صنایع مختلف به خود جلب کرده اند. در پژوهش پیش رو، رفتار ورق کامپوزیتی با زمینه گرمانرم پلی آمید6 و الیاف ممتد شیشه (PA6/GF) تحت آزمون نفوذ شبه استاتیک و سقوط وزنه بررسی شده است. از آنجایی که زمینه پلی آمید نسبت به اثرات نرخ کرنش حساسیت قابل توجهی دارد، خواص مکانیکی مورد نیاز در نرخ کرنش های مختلف توسط آزمون هاپکینسون استخراج شد. بر اساس این آزمایش، استحکام کامپوزیت مورد مطالعه در نرخ کرنش مشابه آزمون سقوط وزنه نسبت به نفوذ شبه استاتیک، 47 درصد رشد داشته است. در اثر برخورد پرتابه، مودهای خرابی شکستگی الیاف، جدایش الیاف از زمینه، ترک عمودی و افقی نسبت به جهت الیاف مشاهده شده است. همچنین شبیه سازی عددی با نرم افزار LS-DYNA انجام و اثرات نرخ کرنش استخراج شده از آزمون هاپکینسون در شبیه سازی عددی اعمال شد که دقت شبیه سازی را در محاسبه بیشینه نیرو به 9/6 درصد رساند. بر اساس نتایج شبیه سازی عددی، در ضخامت های کمتر از2/5 میلی متر مقادیر جذب انرژی به وزن ورق کامپوزیتی ثابت است؛ همچنین بیشینه جذب انرژی در کامپوزیت 4 لایه، مربوط به لایه چینی [02/902] با جذب 18 ژول انرژی بوده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت گرمانرم، پلی آمید6، شیشه، نفوذ شبه استاتیک، سقوط وزنه، LS-DYNA
  • بهزاد حیدرپور، عباس رهی*، مرتضی شهروی صفحات 15-23
    سیستم ماهواره هنگام پرتاب و جدایش تحت ضربه قرار می گیرد. در صورت عدم کنترل ضربه این ضربه بر قسمت های مختلف از جمله سیستم های الکترونیکی آسیب وارد می کند. در این مقاله مدار الکترونیکی مرتبط با سیستم هدایت ماهواره به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. این مدار روی 5 پایه که به بدنه متصل می باشند، قرار دارد. هدف از این بررسی و مطالعه، طراحی و تحلیل پایه ها، می باشد، به طوری که کمترین مقدار ضربه به مدار الکترونیکی وارد شود. مدار الکترونیکی در این مطالعه یک صفحه در نظر گرفته شده است. پارامترهای موثر در انتقال ضربه از جمله پارامترهای هندسی و زاویه پایه با سطح افق مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر زاویه پایه با سطح افق بر سفتی سیستم به صورت تحلیلی بررسی و با استفاده از شبیه سازی المان محدود صحت سنجی شده است. نتایج این بررسی نشان می دهد که تغییر زاویه پایه، باعث می شود قابیت انتقال پذیری شتاب متناسب با فرکانس تحریک تغییر کند. همچنین به دلیل وابسته بودن قابلیت انتقال پذیری شتاب به نسبت ω/ω_n ، پارامترهای مختلف باید متناسب با محدوده فرکانس تحریک انتخاب شوند زیرا در صورت عدم انتخاب صحیح پارامترهای مختلف شتاب مدار از شتاب ورودی بیشتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: پایه مدار الکترونیکی، ضربه، ماهواره
  • احسان عبدی علمی، آرش میر عبدالله لواسانی*، سعید دیناروند، محمد نیمافر صفحات 25-41

    چاه های حرارتی همواره در خنک سازی تجهیزات الکتریکی نقش مهمی ایفا می کنند. دراین پژوهش در یک رویکرد جدید از پارافین به عنوان ماده تغییر فاز دهنده با توجه به محدوده دمای تغییر فاز مناسب با نانوذرات لوله کربنی چند جداره به صورت همگن در یک چاه حرارتی استفاده شده است. برای مدل سازی و حل معادلات حاکم از نرم افزار انسیس فلوینت با روش حجم محدود و الگوریتم پیزو استفاده شده است. فرآیند ذوب ماده تغییر فاز دهنده به صورت عددی با اعمال سه شار حرارتی 10000، 20000 و 30000 وات بر مترمربع به کمک روش آنتالپی-تخلخل در فضای سه بعدی بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده در حین فرآیند تغییر فاز، اضافه نمودن نانو ذرات با درصدهای حجمی 4، 6 و 8 درصد، عملکرد بهتری در جهت کاهش دمای تغییر فاز داشته است. پس از اتمام فرآیند تغییر فاز تغییر فاز، افزایش درصد حجمی نانو ذرات همیشه تاثیر مثبتی نداشته و از میان گزینه های پیشنهادی نانوذره با کسر حجمی 4 درصد بهترین عملکرد را داشته است. ایجاد این شرایط ناشی از افزایش انتقال حرارت هدایتی در ماده تغییر فاز دهنده بدلیل کاهش لزجت می باشد. به طور کلی افزودن 8 درصد نانوذره، زمان ذوب کامل را 15 درصد نسبت به ماده تغییر فاز دهنده خالص افزایش داده است.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت، فرآیند ذوب، شبیه سازی عددی، مواد تغییر فازدهنده، نانو لوله کربنی چندجداره
  • بهروز شهریاری*، اصغر مهدیان، مهدی شیرانی، مصطفی صحرایی، مجتبی اسماعیلیان صفحات 43-56
    بهینه سازی سازه در صنایع هوافضا به دلیل نیاز به سازه های سبک جهت کاهش هزینه ها و افزایش عملکرد پروازی از اهمیت ویژه برخوردار است. اجزای اصلی بال هواپیما از اسپارها، ریب ها و پوسته تشکیل شده است. در این پژوهش ابتدا یک سازه بال دارای دو اسپار I شکل، 6 عدد ریب و پوسته با مشخصات هندسی مشخص مدل سازی شده است. با انتخاب آلیاژ آلومینیوم به عنوان جنس سازه و استفاده از روش المان محدود، سازه بال تحت بارگذاری استاتیکی قرار گرفته و مقدار بیشترین تنش و جابه جایی ناحیه جعبه بال بدست آمده است. سپس با توجه به نتایج تحلیل و قابلیت بهینه سازی، سازه بال جهت بهینه سازی ضخامت اجزا در راستای طول بال به سه قسمت تقسیم گردیده است. با تعریف ضخامت اجزای جعبه بال در هر سه قسمت به عنوان فاکتورها و تنش و وزن به عنوان پاسخ های مسیله بهینه سازی از طریق روش طراحی آزمایش ها که در این مسیله آزمایش ها همان تحلیل استاتیکی سازه است، ضخامت اجزای ناحیه جعبه بال با توجه به هدف کمترین وزن و بیشترین تنش مجاز بهینه سازی گردیده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که پس از بهینه سازی وزن جعبه بال با کاهش 5/46 درصدی روبرو شده است.
    کلیدواژگان: سازه بال هواپیما، جعبه بال، تحلیل، بهینه سازی، طراحی آزمایش ها
  • پژمان نیک اندیش* صفحات 57-69
    با توجه به کاربرد گسترده سوپاپ های فرمان هیدرولیکی شامل روزنه ی با سطوح ثابت و متحرک موازی در ساختار سوپاپ های کنترل فشار دو مرحله ای، ارزیابی و تحلیل عملکرد آنها به منظور بهینه سازی و کنترل ضرورت دارد. در این مقاله، تاثیر برخی مشخصات هندسی سوپاپ فرمان هیدرولیکی مانند شیب، طول و انحنای نشیمنگاه سوپاپ بر توزیع فشار و سرعت جریان روغن عبوری از محفظه ی سوپاپ، ضریب جریان، ضریب نیرو و نیروی وارد بر جزء متحرک سوپاپ، به روش عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفت. در همه شرایط کاری، اختلاف میان نتایج حاصل از اندازه گیری های تجربی ضریب جریان و نیروی وارد بر جزء متحرک سوپاپ فرمان با نتایج عددی، به طور متوسط، کمتر از 6 درصد تعیین گردید. بررسی نتایج نشان داد که، کاهش شیب و طول نشیمنگاه، افزایش نیروی وارد بر جزء متحرک سوپاپ را به همراه دارد. در حالی که، ایجاد انحناء در مجرای ورودی سوپاپ، موجب کاهش 36 درصدی نیروی وارد بر جزء متحرک سوپاپ و افزایش 70 درصدی ضریب جریان آن می گردد. در ضمن، نیروی وارد بر جزء متحرک سوپاپ های شامل روزنه ی با سطوح ثابت و متحرک موازی نسبت به سوپاپ با نشیمنگاه قایم، به طور متوسط، 20 درصد کمتر تعیین گردید.
    کلیدواژگان: سوپاپ فرمان هیدرولیکی، روزنه، ضریب جریان، انحنای روزنه
  • سعید باعصمت، محمود پسندیده فرد*، علیرضا تیمورتاش صفحات 71-86
    امروزه در صنعت خودروسازی، آیرودینامیک وسایل نقلیه به دلیل اثرگذاری بر مصرف سوخت، میزان کنترل پذیری و پایداری خودرو از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر به روش عددی با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent عملکرد آیرودینامیکی خودروی تارا از طریق ایجاد کانال هوا با ابعاد و هندسه های مختلف بین پیشانی و اطراف چرخ جلو و همچنین اطراف چرخ عقب و پشت خودرو مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از اعمال تغییرات مذکور برقراری جریان میان نواحی از بدنه که اختلاف فشار بالایی دارند بود که در هر دو بخش اصلاح آیرودینامیک جلو و اصلاح آیرودینامیک عقب موجب کاهش نیروی پسا و برآ شد. همچنین تاثیر ایجاد انحنای جانبی بر بدنه نیز مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج حاصل نشان داد به طور کلی میزان اثرگذاری آن ها به طراحی و هدایت جریان هوای جوانب به پشت خودرو بستگی دارد با این وجود در همه حالت ها نیروی پسا کاهش یافت. در بخش پایانی ترکیبی از بهترین روش های بررسی شده به صورت همزمان بر روی خودرو پیاده سازی شد که بهینه ترین حالت از ترکیب تغییرات فوق در آیرودینامیک جلو و عقب با کاهش نیروی پسا و برآ به ترتیب به میزان %16/3 و %4/1 حاصل گردید و مقدار ضریب پسا از 0/332 به 0/278 رسید.
    کلیدواژگان: آیرودینامیک، نیروی پسا، خودرو، عددی
  • محمدمصطفی غفوریان، نیکان صلاحی، حمید نیازمند* صفحات 87-97

    ترانسفورماتور ها یکی از مهم ترین و حساس ترین تجهیزات در شبکه قدرت هستند. طول عمر و کارکرد مطلوب آن ها بسیار حایز اهمیت است. دمای نقطه داغ این تجهیز در مقدار طول عمر ترانس نقشی کلیدی ایفا می کند. افزایش بیش از حد دمای نقطه داغ باعث کاهش کیفیت روغن و پیری عایق و در نتیجه کاهش طول عمر ترانسفورماتور می شود. روش های مختلفی برای کاهش دمای نقطه داغ وجود دارد. یکی از این روش ها استفاده از روش غیر فعال لوله حرارتی است که نقش موثری در کاهش دمای نقطه داغ داشته است. با این حال استفاده از لوله حرارتی در فضای درون ترانسفورماتور مشکلاتی از جمله ایجاد اختلال در عملکرد الکتریکی آن به وجود می آورد. لذا در این پژوهش به بررسی تحربی اثرات حرارتی لوله حرارتی در داخل و خارج از تانک روغن بر عملکرد حرارتی ترانسفورماتور به صورت تجربی پرداخته می شود و در نهایت به قیاس نتایج بدست آمده پرداخته خواهد شد. نتایج نشان داد که می توان با نصب لوله حرارتی در خارج از ترانسفورماتور بر روی رادیاتورها، دمای نقطه داغ را حدود 12 درجه ی سانتی گراد کاهش داد که نرخ پیری متناظر با آن تا 17/0 کاهش می-یابد.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور، دمای نقطه داغ، لوله حرارتی
  • میثم ایزدی، سید آرش سید شمس طالقانی*، رضا خاکی صفحات 99-109

    هدف از این تحقیق بهبود عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ناکا- 23012 مجهز به ابزار برآافزای لبه فرار با تغییر در یکی از مهم ترین پارامترهای هندسی آن می باشد. در این تحقیق حل معادلات ناویراستوکس در شرایط جریان آشفته و تراکم ناپذیر با بهره گیری از نرم افزار فلوینت صورت پذیرفته است. بعد از فرآیند مدل سازی ایرفویل و فلپ، در زوایای فلپ متفاو ت(10 الی 30 درجه)، شبکه بندی بی سازمان در نرم افزار گمبیت تولید شد و بهبود عملکرد آیرودینامیکی ناشی از تغییر در پارامتر هندسی لبه شکاف مورد بررسی قرار گرفت. جریان از نوع دایم، آشفته و تراکم ناپذیر فرض شده و الگوریتم حل معادلات نیز فشار مبنا انتخاب شده است. محدوده عدد رینولدز جریان 106×6/3 بوده و مدل آشفتگی مورد استفاده کا-اپسیلون در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج و مشخصه های آیرودینامیکی ایرفویل مجهز به فلپ تک شکافه پس از ایجاد تغییر موردنظر در پارامتر هندسی، نشان می دهد که با بهبود قابل توجه ضرایب آیرودینامیکی (به طور میانگین افزایش 9 درصدی ضریب برآ و نیز افزایش 6 درصدی ضریب پسا)، باند فرود هواپیما کاهش خواهد یافت. هم چنین بررسی گرادیان های فشار و سرعت در مقاطع مختلف، نشان می دهند که تغییر به وجود آمده موثر بوده و در مقایسه با مقاله مرجع توزیع بهتری صورت پذیرفته است.

    کلیدواژگان: ابزار برآافزا، فلپ های تک شکافه، پارامترهای هندسی فلپ، بهبود کارکرد آیرودینامیکی
  • سید قاسم مشیر استخاره، علیرضا مستوفی زاده*، مهرداد بزاززاده صفحات 111-124
    افزایش سرعت انتشار شعله به کمک نیروی گریز از مرکز می تواند منجر به کاهش طول محفظه احتراق و در نتیجه افزایش نسبت نیروی جلوبرنده به وزن در موتورهای توربین گاز هوایی شود. در این تحقیق تاثیر نیروی گریز از مرکز بر روی گسترش شعله پیش-آمیخته بررسی شده است. بدین منظور، شبیه سازی گردابه های بزرگ احتراق پیش آمیخته هوا-پروپان در دو هندسه داکت مستقیم و منحنی به همراه پله در دیواره خارجی به عنوان شعله نگه دار، با استفاده از نرم افزار منبع-باز اوپن فوم انجام و با نتایج تجربی مقایسه گردید. داکت های مورد نظر دارای ورودی و خروجی هستند و پارامترهای دمای میانگین و چین خوردگی (نسبت سرعت شعله آرام به مغشوش) برای دو سرعت ورودی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. ملاحظه گردید که داکت منحنی با القاء نیروی گریز از مرکز به مخلوط سوخت و هوا سبب اختلاط بهتر مخلوط شده و چین خوردگی، افزایش سطح مقطع شعله و درنتیجه سرعت گسترش شعله بهبود می یابد. همچنین داکت منحنی قابلیت تحمل افزایش سرعت ورودی به مقادیر بالاتر را نیز دارد. در ادامه به منظور بررسی اثر دوران بیشتر سیال، هندسه داکت جدیدی برای دوران بیشتر مخلوط، طراحی و مورد تحلیل قرار گرفت. مقایسه پارامترهای دما و چین خوردگی در مقطع خروجی برای دو هندسه منحنی اولیه (C2) و طراحی شده (C3)، نشان داد که افزایش دوران به دلیل افزایش نیروی گریز از مرکز، پارامترهای چین خوردگی و دمای میانگین در خروجی را بهبود می دهد.
    کلیدواژگان: احتراق، اوپنفوم، پیش آمیخته، شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • آرش تیموری، وحید نجاتی*، ایمان زحمتکش، سید رضا صالح صفحات 125-136

    در این پژوهش جابجایی ترکیبی درون یک محفظه مربعی بسته مورد بررسی قرار گرفت. هندسه این محفظه به صورت چهار ضلعی با ابعاد یکسان که به صورت کج قرار گرفته است و دو ضلع بالا و پایین عایق می باشد و ضلع سمت چپ گرم و سمت راست سرد می باشد در نظر گرفته می شود. اثر تغییر زاویه دیواره محفظه در چند زاویه خاص (θ)، تغییرات نسبت حجمی نانو ذرات در اعداد رینولدز 10 و 100 و در اعداد ریچاردسون 0.1 و 1 در محدوده جریان آرام به صورت دو بعدی مورد بررسی قرار می گیرد. سیال پایه آب و مخلوط نانو سیال همگن در نظر گرفته می شود. برای حل معادلات ناویراستوکس و انرژی گسسته و معادلات به صورت عددی حل شدند. معادلات گسسته سازی شده به کمک کد نویسی در نرم افزار فرترن حل شدند. نتایج به صورت توزیع عدد ناسلت، کانتور دما، کانتور جریان و بردار سرعت در حلات های مختلف ارایه گردیده است. نتایج نشان داد که با افزایش کسر حجمی نانو ذرات در سیال پایه، افزایش عدد رینولدز عدد بی بعد ناسلت افزایش می یابد. افزایش عدد ریچاردسون به خصوص در اعداد رینولدز بالا منجر به افزایش محسوس عدد ناسلت می شود. همچنین بیشترین میزان انتقال حرارت مربوط به زاویه 90 درجه می باشد.

    کلیدواژگان: نانو سیال، کویتی، دیواره کج، دینامیک سیالات محاسباتی، انتقال حرارت جابجای ترکیبی
  • معین طاهری* صفحات 137-146
    کاربرد فلز طلا در فضانوردی، الکترونیک و در علوم پزشکی، سبب مورد توجه قرارگرفتن آن شده است. لذا بررسی های ساختاری و انجام تغییرات برای بهبود خواص و یا برقراری چیدمان های خاص اتمی در علوم نانو برای این فلز خاص صورت گرفته است. میکروسکوپ نیروی اتمی، از جمله ابزارهای پرکاربرد با اهداف ذکر شده، می باشد. لذا در این مقاله جابه جایی نانوذره طلا در طی منیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی که از اهداف فاز دوم می باشد، در شرایط محیطی آب، پلاسما و متانول، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا فرآیند به صورت دوبعدی مدل سازی شده و نیروهای بین مولکولی واندروالس، نیروی الکترواستاتیک دولایه و آب پوشی در آن در نظر گرفته شده اند. سپس، نمودارهای جابه جایی بت درنظر گرفتن نیروهای بین مولکول و محیط های مورد مطالعه ترسیم شده اند. در نهایت نیز طبق نتایج حاصل از شبیه سازی در محیط های مختلف بیشترین جابه جایی نانوذره ی طلا در فاز دوم منیپولیشن، در محیط آب و کمترین مقدار در محیط پلاسما بوده است.
    کلیدواژگان: جابه جایی، نانوذره ی طلا، میکروسکوپ نیروی اتمی، نیروهای بین مولکولی، محیط های مختلف مایع
  • حسن رایگان، سید یوسف احمدی بروغنی*، وحید اربابی صفحات 147-156
    آرتروز زانو یکی از مشکلات اصلی سلامتی در افراد است و بخش اعظمی از عمل های جراحی زانو نیز به این دلیل بوده است. این بیماری بیشتر در سنین بالا ایجاد می شود و با سرعت کم گسترش می یابد و اجزای مفصل زانو را تحت تاثیر قرار می دهد. ازآنجاکه آرتروز به مرور زمان باعث تخریب غضروف مفصلی در زانو می شود لذا تخریب این مفصل با توجه به تنش های واردشده مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. با ورود تصاویر سی تی اسکن و ام آرآی به نرم افزار میمیکس مدل های سه بعدی زانو استخراج و با استفاده از یک نرم افزار اختصاصی که جهت تجزیه و تحلیل تصاویر رادیوگرافی بر پایه برنامه نویسی در محیط GUI نرم افزار متلب توسعه یافته است فایل های سی تی اسکن سه بعدی روی تصاویر رادیوگرافی منطبق شده اند. با استفاده از نرم افزار سالیدورک مدل سه بعدی نهایی ایجاد شده است و با اجرای تحلیل عددی در نرم افزار آباکوس، تنش های وارد بر غضروف ها برای زانوی سالم و دارای آرتروز محاسبه شده است. نتایج نشان داد که میزان تنش در سمت میانی مفصل از سمت جانبی همواره بیشتر است و این تفاوت در مفصل آرتروزی بیشتر از مفصل سالم خواهد بود.
    کلیدواژگان: مفصل زانو، آرتروز، توزیع تنش، اجزای محدود، غضروف
|
  • A.M. Manouchehri, Gh.H. Liaghat *, H. Ahmadi Pages 1-13
    Thermoplastic composite sheets have attracted increasing attention in various industries due to their high Specific strength and energy absorption capacity. In the upcoming research, the behavior of composite sheets with polyamide6 thermoplastic matrix and continuous glass fibers (PA6/GF) has been investigated under quasi-static penetration and drop weight test. Since the polyamide matrix is significantly sensitive to the effects of strain rate, the required mechanical properties at different strain rates were extracted by the Hopkinson test. Based on this test, the strength of the studied composite has grown by 47% at the same strain rate as the drop weight compared to the quasi-static penetration test. As a result of the impact, failure modes such as fiber breakage, separation of fibers from the matrix, vertical and horizontal cracks concerning to the direction of the fibers have been observed. Also, numerical simulation was performed with LS-DYNA software and the effects of strain rate extracted from Hopkinson's test were applied in numerical simulation, which brought the accuracy of the simulation to 9.6% in calculating the maximum force. Based on the results of numerical simulation, in thicknesses less than 2.5mm, the SAE of the composite sheet is constant; Also, the maximum energy absorption in 4-layer composites were related to the laminate [902/02] with 18J of energy absorption.
    Keywords: Thermoplastic composite, PA6, GF, Quasi-static indentation test, Drop weight, LS-DYNA
  • B. Heidarpour, A. Rahi *, M. Shahravi Pages 15-23
    The satellite system is subjected to shock during launch and separation. The shock causes damage to various parts, including the electronic system. In this article, the electronic board of the satellite guidance system has been analytically examined. This board is located on 5 legs that are connected to the body. The purpose of this study is to design the legs so that the least amount of shock is introduced to the electronic board. The electronic board is assumed to be a plate. Effective parameters in shock transmission, including geometrical parameters and the leg angle with the horizon surface, have been studied. The influence of the leg angle with the horizontal surface on the stiffness of the system has been investigated using analytical relations. Finite element simulation has been used to validate the equivalent stiffness. The results of this study show that changing the base angle causes the transmissibility of acceleration to change according to the excitation frequency. Acceleration transmissibility depends on the ratio ω/ω_n . For this reason, different parameters should be selected according to the excitation frequency range. If different parameters are not selected properly, the output acceleration will be higher than the input acceleration.
    Keywords: Electronic board, leg, shock, satellite
  • E. Abdi Elmi, A. Mirabdolah Lavasani *, S. Dinarvand, M. Nimafar Pages 25-41

    Heat sinks have always played a crucial role in cooling electrical equipment. In this research, in a new approach, paraffin is used as a phase change material according to the suitable phase change temperature range with multi-wall carbon tube nanoparticles homogeneously in a heat sink. AnasysFluent software with finite volume method and PISO algorithm was used to model and solve the governing equations. The melting process of the PCM is numerically investigated in a three-dimensional space by applying three heat fluxes of 10,000, 20,000, and 30,000 watts per square meter, using the enthalpy-porosity method. According to the obtained results during the phase-change process, the addition of nanoparticles with volumetric percentages of 4, 6, and 8% leads to better performance in reducing the phase-change temperature. After the completion of the phase change process, increasing the volume percentage of nanoparticles does not always have a positive effect, and among the proposed options, nanoparticles with a volume fraction of 4% showed the best performance.This improvement is due to the increased conductive heat transfer in the PCM, resulting from reduced viscosity. Overall, adding 8% nanoparticles increases the total melting time by 15% compared to the pure PCM.

    Keywords: Heat Transfer, Melting process, Numerical Simulation, phase change materials, Multi-walled carbon nanotube
  • B. Shahriari *, A. Mahdian, M. Shirani, M. Sahraei, M. Esmaeilian Pages 43-56
    Structure optimization in aerospace industries is of particular importance due to the need for light structures to reduce costs and increase flight performance. The main components of an airplane wing consist of spars, ribs and skin. At first, in this research a wing structure with two I-shaped spars, 6 ribs and a shell with specific geometric characteristics is modeled. By choosing aluminum alloy as the material of the structure and using the finite element method, the wing structure has been subjected to static loading and the maximum amount of stress and displacement of the wing box area has been obtained. Then, according to the results of the analysis and the optimization capability, the wing structure has been divided into three parts in order to optimize the thickness of the components along the length of the wing. By defining the thickness of the wing box components in all three parts as factors and stress and weight as the answers to the optimization problem through the method of designing experiments, which in this problem is the static analysis of the structure, the thickness of the components of the wing box area according to the goal of the lowest weight and the highest stress Optimization is allowed. The obtained results indicate that after the optimization, the weight of the wing box has decreased by 46.5%.
    Keywords: Airplane wing structure, Wing box, Analysis, Optimization, Design of experiments
  • P. Nikandish * Pages 57-69
    Considering the widespread use of hydraulic pilot valves, including orifices with fixed and moving parallel surfaces in the structure of two-stage pressure control valves, it is necessary to evaluate and analyze their performance in order to optimize and control. In this article, the effect of slope, length and curvature of the valve seat on pressure distribution and oil flow rate passing through the pilot valve chamber, flow coefficient, force coefficient and force on the moving part of the valve were investigated using numerical and experimental methods. In all working conditions, the difference between the results obtained from the experimental measurements of the flow coefficient and the force on the moving part of the pilot valve with the numerical results was determined to be less than 6%. Investigation results showed that reducing the slope and length of the seat, the force on the moving part of the valve is increased. Meanwhile, creating a curve in the inlet port of the valve causes 36% reduction in the force on the moving part of the valve and 70% increase in its flow coefficient. The force on the moving component of the valves including orifices with fixed and moving parallel surfaces was determined to be 20% lower on average than the valve with a vertical seat.
    Keywords: Hydraulic Pilot Valve, Orifice, Flow Coefficient, Orifice Curvature
  • S. Baesmat, M. Pasandidehfard *, A.R. Teymourtash Pages 71-86
    In the transportation industry, the vehicles aerodynamics is important because it affects on fuel consumption and stability of cars. In this numerical research by using Ansys Fluent software, the aerodynamic performance of the Iranian car Tara was investigated by creating an air duct with different dimensions and geometries in the modification of front aerodynamics and the modification of rear aerodynamics. The purpose of these changes was to establish air flow between areas of the body that have a high pressure difference, which in both aerodynamic developments reduced drag force and lift force. Also, the effect of creating side curvature on the body was also studied. The results showed that design and direction of the air flow from the sides to the back of the car is very important in aerodynamics forces, however, drag force was reduced in all cases. Finally, the best methods were combined simultaneously on the car. In the most optimal model, through the combination of the the front aerodynamic modifications and rear aerodynamic modifications the drag coefficient and lift coefficient reduced 16.3% and 4.1% respectively as the drag coefficients reduced from 0.332 to 0.278.
    Keywords: Aerodynamic, Drag force, Sedan, Vehicle, Numerical
  • M. M. Ghafurian, N. Salahi, H. Niazmand * Pages 87-97

    Transformers are one of the most significant and sensitive tools in the electrical grid. Their life and optimal operations are very imperative. The hot-spot temperature of this equipment plays a crucial role in the life of the transformer. Increasing hot spot temperature reduces the oil quality and aging of the insulation, ultimately, the life of the transformer. There are several ways to reduce the hot-spot temperature. One of these techniques is the passive cooling system via heat pipe, which has played an effective role in reducing the hot-spot temperature. However, using heat pipes in the space inside the transformer causes problems, including disruption of its electrical performance. Therefore, in this research, the thermal effects of the heat pipe inside and outside the oil tank on the thermal performance of the transformer are investigated experimentally, and finally the obtained results are compared. The results showed that by installing the heat pipe outside the transformer on the radiators, the temperature reduction of the hot spot reached 12 degrees Celsius, which reduces the corresponding aging rate to 0.17.

    Keywords: Transformer, Hot-spot temperature, Heat pipe
  • M. Izadi, A. Shams Taleghani *, R. Khaki Pages 99-109

    This research aims to improve the aerodynamics performance of a NACA 23012 airfoil equipped with a High lift device by changing one of its most important geometric parameters. In this research, Navier-Stokes equations are solved in turbulent and incompressible flow conditions using Fluent software. After the airfoil and flap modeling process, at different flap angles (10 to 30 degrees), unstructured meshing was produced in Gambit software and the improvement of aerodynamics performance due to change in the geometric parameter of the slot lip was investigated. The flow is assumed to be steady, turbulent, and incompressible, and the algorithm for solving the equations is also selected as pressure-based. The flow Reynolds range is 3.6×106 and the turbulence model used is realizable k-epsilon. A comparison of the results and aerodynamics characteristics of the airfoil equipped with a flap after making a change in the geometric parameter shows that with the significant improvement of the aerodynamics coefficients (on average, an increase of 9% in the lift coefficient and also an increase of 6% in the drag coefficient), the landing distance of the airplane will be reduced. Also, the investigation of the pressure and velocity gradients at different stages shows that the change is effective and better distributed compared to the reference article.

    Keywords: High-Lift Devices, Slotted Flaps, Aerodynamics Optimization, unstructured grid
  • Seyyed Gh. Moshir Estekhareh, A.R. Mostofizadeh *, M. Bazazzadeh Pages 111-124
    Increasing the propagation speed of the flame due to centrifugal force can lead to reducing the length of the combustion chamber and increasing the thrust-to-weight ratio in air gas turbine engines. The effect of centrifugal force on the propagation of the premixed flame has been investigated. For this purpose, the large eddy simulation of premixed combustion of the air-propane mixture in two straight and curved ducts with a step in the outer wall as a flame holder was performed using OpenFoam software and compared with the experimental data. The ducts have an inlet and outlet, and the averaged temperature and the wrinkling (the ratio of laminar to turbulent flame speed) were investigated for two different inlet velocities. It was observed that the curved duct inducing centrifugal force to the fuel and air mixture causes better mixing and wrinkling, increases the area of the flame, and as a result, the speed of flame propagation was improved. Also, the curved duct can withstand increasing the inlet velocity to higher values. To study the effect of fluid circulation, a new duct geometry for more mixture circulation was designed and analyzed. The comparison of temperature and wrinkling parameters in the outlet section for two initial curve ducts (C2) and the new one (C3) showed that the increase in the rotation due to the increase in centrifugal force improved the average temperature and wrinkling parameters in the outlet.
    Keywords: Combustion, OpenFOAM, Premixied, Large Eddy Simulation
  • A. Teimouri, V. Nejati *, I. Zahmatkesh, Seied R. Saleh Pages 125-136

    In this research, the combined displacement inside a closed square enclosure was investigated. The geometry of this chamber is considered as a quadrilateral with the same dimensions, which is tilted and the upper and lower sides are insulated, and the left side is hot and the right side is cold. The effect of changing the angle of the chamber wall in some specific angles (θ), changes in the volume ratio of nanoparticles in Reynolds numbers 10 and 100 and in Richardson numbers 0.1 and 1 in the range of laminar flow are investigated in two dimensions. The base fluid is water and the nanofluid mixture is considered homogeneous. To solve Navirastox and discrete energy equations, the equations were solved numerically. Discretized equations were solved by coding in Fortran software. The results are presented in the form of Nusselt number distribution, temperature contour, flow contour and velocity vector in different solutions. The results showed that increasing the volume fraction of nanoparticles in the base fluid increases the Reynolds number and the dimensionless Nusselt number. An increase in the Richardson number, especially at high Reynolds numbers, leads to a noticeable increase in the Nusselt number. Also, the highest amount of heat transfer is related to the angle of 90 degrees.

    Keywords: Nanofluid, Cavity, tilted wall, Computational Fluid dynamics, Combined Heat Transfer
  • M. Taheri * Pages 137-146
    The use of gold metal in astronautics, electronics and medical sciences has led to its consideration. Therefore, structural studies and changes have been made to improve the properties or establish special atomic arrangements in nanoscience for this particular metal. Atomic force microscopy(AFM) is one of the most widely used tools for these purposes. Therefore, in this paper, the displacement of gold nanoparticles during manipulation using the atomic force microscopy, which is one of the objectives of the second phase, in the environmental conditions of water, plasma and methanol, has been investigated. For this purpose, the process is first modeled in two dimensions and the intermolecular forces of van der Waals, the double layer force and the hydration force are considered. Then, the displacement diagrams are drawn considering the forces between the molecule and the studied environments. Finally, according to the simulation results in different environments, the highest displacement of gold nanoparticles in the second phase of manipulation was in water and the lowest in plasma.
    Keywords: manipulation, gold nanoparticles, atomic force microscope, Intermolecular forces, Different liquid environments
  • H. Rayegan, Seyed Y. Ahmadi Brooghani *, V. Arbabi Pages 147-156
    Arthritis of the knee is one of the leading health problems in people, and most knee surgeries have been for this reason. This disease occurs mostly in old age, spreads slowly, and affects the knee joint components. Since arthritis over time causes the destruction of the articular cartilage in the knee, therefore, the destruction of this joint is discussed and investigated according to the applied stresses. By entering CT scan and MRI images into Mimix software, 3D models of the knee are extracted and by using a dedicated software developed for the analysis of radiographic images based on the programming in the MATLAB GUI environment, the 3D CT scan files are matched to the radiographic images. The final 3D model has been created using Solidwork software, and by running numerical simulations in Abaqus software, the stresses on the cartilages have been calculated for healthy and arthritic knees. The results showed that the amount of stress in the middle side of the joint is always higher than on the lateral side, and this difference will be greater in the arthritic joint than in the healthy joint.
    Keywords: Knee Joint, Arthritis, stress distribution, Finite element, Cartilage