فهرست مطالب

یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی - سال سوم شماره 1 (بهار 1402)

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال سوم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میثم پویانیان، اشکان غفوری* صفحات 1-11
    در این پژوهش، اثر قطر و کسر حجمی نانوسیال بر ویژگی های جریان و انتقال حرارت با استفاده از نوار های زاویه دار در یک مبدل حرارتی با مقطع دایره ای، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش حجم محدود حل شده است. دیواره لوله با شرایط مرزی شار حرارتی یکنواخت حرارت داده می شود. در این مطالعه، از چیدمان رو به جلو جهت قراردادن نوار زاویه دار به صورت 4 پره و عدد رینولدز 10000 استفاده شده است. اثرات زوایه شیب 10 درجه و گام نوار زاویه دار 50 میلی متر برای نانو ذره اکسید آلومینیوم با کسر های حجمی مختلف از 1 تا 4 درصد و قطر های مختلف نانوذره از 20 تا 50 نانومتر که در یک سیال پایه (آب) مخلوط شده اند، استفاده شده است. مقابسه نتایج تحلیل عددی با روابط موجود، همگرایی خوبی را نشان می دهد. نتایج حل عددی نشان می دهد، عدد ناسلت و معیار ارزیابی عملکرد با کاهش اندازه نانوذرات از 30 تا 20 نانومتر به ترتیب در حدود 8 % و 16 % افزایش می یابند. ضمن اینکه با کاهش قطر های نانوذرات بر ضریب اصطکاک تاثیر چندانی نمی گذارد. میزان افزایش عدد ناسلت و معیار ارزیابی عملکرد با افزایش کسر حجمی نانوذرات به ترتیب در حدود 18% و 15 % بوده است. افزایش کسر حجمی نانوذرات تغییر ناچیزی بر ضریب اصطکاک داشته است. آب کمترین عدد ناسلت را دارد. همچنین نانوسیال نسبت به سیال پایه ، دمای دیواره لوله را بیشتر کاهش داده است که این خود بیانگر مزیت استفاده از نانوسیالات در بهبود افزایش عملکرد حرارتی سیستم است.
    کلیدواژگان: نوار زاویه دار، نانوسیال، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک، ضریب هدایت حرارتی
  • محمدمهدی شهیب*، پیمان یوسفی صفحات 12-23

    در این تحقیق، هدف تعیین ضریب شدت تنش در یک ورق ترک دار تحت بارگذاری حرارتی و مکانیکی است. برای این منظور به کمک کدنویسی در نرم افزارمتلب یک ورق با ترک میانی به روش هم هندسی بر اساس عملگر بیزییر، مدل سازی و المان بندی گردید. در این روش توابع پایه نربز با استفاده از عملگر بیزییر به صورت یک ترکیب خطی از چندجمله ای های برنشتاین تولید می شوند. استفاده از این عملگر موجب تولید المان های بیزییر با پیوستگی Co شده که چندجمله ای های برنشتاین بر روی این المان ها تعریف می شوند. جهت مدل سازی ترک از روش هم هندسی توسعه یافته استفاده شد. در این روش به کمک تعریف تابع مجموعه تراز مناسب، نقاط کنترلی که در طول ترک و نوک ترک وجود دارند شناسایی و استخراج شده اند. با غنی سازی نقاط کنترلی استخراج شده با توابع غنی ساز مناسب و اعمال شرایط مرزی، فرآیند تحلیل انجام شده و کرنش ها و تنش ها محاسبه گردیدند. در نهایت مقدار ضریب شدت تنش مد اول بر اساس روش انتگرال اندرکنش به دست آمد. برای بررسی صحت نتایج به دست آمده، تحلیل مشابهی به روش اجزا محدود انجام شد و نتایج حاصل از هر دو روش مقایسه شد.

    کلیدواژگان: روش هم هندسی توسعه یافته، عملگر بیزییر، چند جمله ای برنشتاین، ترک، ضریب شدت تنش
  • مهدی بروجردنیا*، عباس رجبی صفحات 24-36
    اسید کلریدریک در صنایع مختلف کاربرد دارد که یکی از کاربردهای آن در صنایع نفت و گاز جهت اسیدشویی بویلرها و اسیدکاری چاه های نفت است. در این پژوهش تاثیر ممانعت کننده پایه ایمیدازولین PL-464 بر روی فولاد میکروآلیاژی X65 در محلول اسید کلریدریک بررسی شده است. به همین منظور آزمون های پلاریزاسیون و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در غیاب و در حضور غلظت های 50، 100 و 150 ppm ممانعت کننده پایه ایمیدازولین در دماهای 25، 40 و 60 درجه سانتی گراد در محلول اسید کلریدریک انجام شد. نتایج این آزمون ها نشان داد که این ممانعت کننده از نوع جذبی و مکانیزم اثر آن جذب سطحی است. با افزایش دما، پتانسیل خوردگی به سمت مقادیر مثبت تر جابجا شده و راندمان بازدارندگی کاهش یافته است. همچنین با افزایش غلظت ممانعت کننده میزان خوردگی کاهش یافته است. درصد کاهش وزن ناشی از خوردگی با افزایش غلظت ممانعت کننده کاهش یافته است. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس نیز نشان داد که در محلول دارای ممانعت کننده نسبت به محلول بدون ممانعت کننده سطح فولاد صاف تر بوده که این امر نشان می دهد مولکول های ممانعت کننده با تشکیل یک لایه محافظ روی سطح فولاد از حل شدن فولاد در اسید جلوگیری می کند.
    کلیدواژگان: فولاد میکروآلیاژی X65، اسید کلریدریک، ممانعت کننده پایه ایمیدازولین
  • عباس تقی پور* صفحات 37-44

    استفاده از نانوافزودنی ها در روان کننده ها یکی از موثرترین روش های کنترل اصطکاک و سایش است که برای حفظ انرژی، کاهش آلاینده ها و حفاظت از محیط زیست از اهمیت بالایی برخوردار است. با رشد علم و فناوری، پیشرفت های زیادی در زمینه افزودنی های نانو روان کار در تحقیقات علمی و کاربردهای صنعتی حاصل شده است. در این تحقیق به طور خلاصه به دسته بندی مواد افزودنی نانو روان کار و بررسی خواص تریبولوژیکی این افزودنی ها پرداخته شده است. بر اساس عناصر تشکیل دهنده نانو مواد، افزودنی های نانو روان کار برای سه گروه افزودنی ها بر پایه نانو فلزات، افزودنی ها بر پایه نانو کربن و افزودنی ها بر پایه نانوکامپوزیت تشریح گردیدند. علاوه بر این انواع مکانیزم های روان کاری افزودنی های نانو روان کار شامل تشکیل تریبو فیلم، عملکرد خود ترمیم کننده و اثر هم افزایی نیز بیان شده است. درنهایت، چالش ها و چشم انداز افزودنی های نانو روان کارها بیان شده است که طراحی و سنتز افزودنی های جدید با خاصیت روان کنندگی و ضدسایش در آینده را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: افزودنی نانو روان کار، پایداری پراکندگی، خواص تریبولوژیکی، مکانیزم روان کاری
  • فربد فرزاد، فرزاد چراغ پور سموتی* صفحات 45-52
    مکانیزم ها و ربات های پوشیدنی برای ارتقا عملکرد انسان و به فرم بدن طراحی می شوند و هدف از طراحی آنها کمک به انسان در تعامل بهتر با محیط در انجام وظایف تعریف شده است. ارتقا عملکرد فرد می تواند شامل خستگی کم تر در انجام فعالیت، محافظت در مقابل آسیب های جسمی حاصل از کارهای سنگین، ظرفیت حمل بار بیشتر توسط فرد و یا سرعت بالاتر در اجرای حرکات باشد. مکانیزم رباتیک اسکلت خارجی بالاتنه اوبر (UBER) به عنوان یک مکانیزم آسان پوش، انعطاف پذیر و قابل تنظیم برای جلوگیری از آسیب های معمول، بیماری های عضلانی، اسکلتی، نخاعی و مفاصل طراحی شده است. هدف از طراحی این ربات کمک حرکتی برای یک کارگر ماهر، اجرای وظایف تخصصی مانند عملیات مونتاژکاری در یک خط تولید در مدت زمان نسبتا زیاد، با خستگی کمتر می باشد و همچنین به راحتی از ابزارهای مورد نیاز خود استفاده کند. تحلیل های تنش و کرنش انجام شده با بارگذاری 5 کیلوگرم، نشان می دهد که بازو علاوه بر تحمل وزن دست کاربر، قابلیت جابجایی بار را نیز تا 3 کیلوگرم دارا می باشد. با توجه به گستره حرکتی ربات طراحی شده و تعداد درجات آزادی آن، استفاده از این ربات در دراز مدت موجب حفظ سلامتی اسکلتی کارگر ماهر شده و بدین ترتیب با کاهش هزینه های سلامت نیروی کار، بهره وری تولید را ارتقا خواهد داد.
    کلیدواژگان: ربات پوشیدنی، اسکلت خارجی، بالاتنه، ربات همیار، طراحی ربات
  • مهدی شکارزاده*، محمدصادق اعلائی صفحات 53-61

    با توجه به پیشرفت علوم فنی و مهندسی و پیچیده تر شدن تجهیزات و ماشین آلات در سال های اخیر، تکنولوژی تعمیرات و نگهداری مبتنی بر پایش وضعیت و برآورد عیب تحت عناوین مختلفی مورد توجه قرار گرفته است. روش های عیب یابی هوشمند برای شناسایی خرابی ماشین های دوار در مراحل اولیه خرابی به منظور جلوگیری از زیان های جانی، مالی و افزایش آهنگ تولید استفاده می شوند. در این مقاله یک سیستم عیب یابی برای تشخیص عیب یاتاقان پمپ سانتریفیوژ ارایه شده است. برای طراحی این سیستم عیب یابی هوشمند، مجموعه آزمایشی شامل محور، یاتاقان و شرایط تکیه گاهی واقعی در آزمایشگاه طراحی و اجرا شد. در این مجموعه آزمایشگاهی داده های ارتعاشی مورد نیاز از سه یاتاقان با شرایط یک عدد سالم، یک عدد فرسوده و یک عدد یاتاقان دارای کنس خارجی خراب پس از نصب (به صورت جداگانه) برداشت شد.  پس از تشریح سیگنال ها در حوزه زمان، سیگنال نهایی استخراج گردید و سپس ویژگی های گوناگون به دست آمده از سیگنال ها به عنوان داده های ورودی طبقه بندی کننده استفاده گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، از میان ویژگی های آماری مختلف، ویژگی صدک، مناسب ترین است. برای طبقه بندی و شناسایی عیب، از روش تحلیل مولفه های غیر وابسته بهره برده شد و در نهایت دقت تشخیص عیب با استفاده از روش بهینه سازی دسته ذرات بهینه گردید و به بیش از سه برابر حالت غیربهینه ارتقا یافت.

    کلیدواژگان: تحلیل مولفه های غیروابسته، عیب یابی هوشمند، بهینه سازی دسته ذرات، پمپ سانتریفیوژ
|
  • Meysam Pouyanian, Ashkan Ghafouri * Pages 1-11
    In this study, the effect of using louvered strip inserts in heat exchangers on flow and transfer characteristics is numerically investigated. The continuity, momentum, and energy equations have been solved using a finite volume method. The wall of the tube is heated with a uniform heat flux boundary condition. This paper uses a louvered strip insert arrangement (forward) with a Reynolds number of 10,000. The effects of louvered strip slant angle of  and pitch of 50 mm were used for Al2O3 nanoparticles with different volume fractions in the range of 1% to 4% and different nanoparticle diameters in the range of 20 nm to 50 nm, mixed in a base fluid (water) is used. The comparison of numerical analysis results with existing equations has shown a good convergence. The numerical results reveal that the Nusselt number has increased with decreasing the nanoparticle diameter. The results indicate a slight change in the skin friction coefficient when nanoparticle diameters of Al2O3 nanofluid are varied. The Nusselt number increases with increasing nanoparticle volume fraction of Al2O3 /water nanofluid, while it is found that pure water has the lowest Nusselt number value. Also, the nanofluid has reduced the wall's temperature more than the base fluids (water), which indicates the advantage of using nanofluids in improving the system's thermal performance.
    Keywords: Louvered strip insert, Nanofluid, Nusselt number, Skin friction coefficient, Thermal conductivity coefficient
  • MohammadMehdi Shoheib *, Peyman Yousefi Pages 12-23

    In this research, an analysis of the stress and stress intensity factor in a cracked plate under thermal and mechanical loading is done. For this purpose, using MATLAB coding, a plate with a center crack was modeled by the isogeometric method (IGA) based on the Bezier extraction operator. In this method, NURBS basis functions are generated as a linear combination of Bernstein polynomials using the Bezier extraction operator. Using this operator Bezier elements with Co continuity (similar to elements of the finite element method) were produced and Bernstein polynomials are defined on these elements. In order to model the crack, the extended isogeometric method (XIGA) was used. In this method, the control points that exist along the crack and at the tip of the crack are identified and extracted using the proper level set functions. Therefore, there is no need to re-meshing or modify the elements. By enriching the extracted control points with appropriate enrichment functions and applying boundary conditions, the analysis process was carried out and the strains and stresses were calculated. Finally, the value of the first mode stress intensity factor was obtained based on the interaction integral method. To check the accuracy of the obtained results, a similar analysis was performed using the finite element method and the results obtained from both methods were compared. These studies showed that the considered isogeometric method provides more accurate solutions with a much smaller number of elements and computational costs.

    Keywords: Extended IGA method, Bezier extraction operator, Bernstein polynomial, Crack, Stress intensity factor
  • Abbas Rajabi Pages 24-36
    Hydrochloric acid is used in many industries. One of its applications is for boilers’ acid cleaning and well acidizing in the oil and gas industry. For the reduction of HCl corrosion on metal parts and installations, corrosion inhibitors are used. In this research, the effect of Imidazole-Based corrosion inhibitor PL-464 and the corrosion behavior of X65 steel in Hydrochloric Acid (HCl) is considered. Polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) experiments without and with 50, 100, and 150 ppm of PL-464 corrosion inhibitor at 25, 40, and 60ºc in hydrochloric acid solution are done. The result of these experiments showed that PL-464 inhibits corrosion by surface adsorption mechanisms. As temperature increases, corrosion potential moves toward positive amounts, and inhibition efficiency decreases. Also, corrosion decreases as inhibitor concentration is increased. Weight loss experiment at 25, 60ºc without and with 50, 150 ppm inhibitor is done, which corrosion weight loss percent is decreased as inhibitor concentration is increased. SEM and EDAX analysis showed that the steel surface in solution without inhibitor is damaged and Fe picks are shorter with respect to steel in solution with inhibitor. The results are attributed to the adsorption of inhibitors onto the steel surfaces which protects the steel surface from dissolving in acid solution.
    Keywords: API 5L X65 Steel, hydrochloric acid, PL-464 corrosion inhibitor
  • Abbas Taghipoor * Pages 37-44

    Using nano additives in lubricants is one of the most effective ways to control friction and wear, which is significant for energy conservation, emission reduction, and environmental protection. With scientific and technological development, great advances have been made in nano lubricant additives in scientific research and industrial applications. This review summarizes the categories of nano lubricant additives and illustrates the tribological properties of these additives. Based on the component elements of nanomaterials, nano lubricant additives are discussed in three types, nanometal-based, nanocarbon-based, and nanocomposite-based additives in the review systematically. Moreover, the review summarizes the lubrication mechanisms of nano lubricant additives, including tribofilm formation, micro-bearing effect, self-repair performance, and synergistic effect. At last, the challenges and prospects of nano lubricant additives are proposed, which guide the design and synthesis of novel additives with significant lubrication and antiwear properties in the future.

    Keywords: nanolubricant additive, dispersion stability, tribological properties, lubrication mechanism
  • Farbod Farzad, Farzad Cheraghpour Samavati * Pages 45-52
    Wearable mechanisms and robots are designed to improve human performance and body shape, and their design aims to help humans interact better with the environment. By using this human-connected mechanism, it is possible to help disabled people in more appropriate performance of movement activities such as walking, sitting and standing up, as well as in lifting objects that they are normally unable to lift. Improving a person's performance can include less fatigue in performing activities, protection against physical injuries resulting from heavy work, a person's capacity to carry more load, or a higher speed in performing movements. The upper body exoskeleton robotic mechanism (UBER) is designed as an easy-to-wear, flexible and adjustable mechanism to prevent common injuries, musculoskeletal, spinal and joint diseases. The purpose of developing this mobility aid robot for a skilled worker is to perform specialized tasks such as assembly operations in a production line in a relatively long period of time, with less fatigue and also to use the tools he needs easily. The stress and strain analysis performed with a load of 5 kilograms shows that the arm, in addition to bearing the weight of the user's hand, can also move a load of up to 3 kilograms. Considering the range of motion of the designed robot and the number of degrees of freedom, using this robot in the long term will maintain the skeletal health of the skilled worker, thus increasing production efficiency by reducing labor health costs.
    Keywords: Wearable robot, Exoskeleton, Upper body exoskeleton, assistive robot, Robot design
  • Mehdi Shekarzadeh *, MohammadSadegh Aalaei Pages 53-61

    Due to the progress of technical and engineering sciences and the more complex equipment and machinery in recent years, the maintenance and repair technology based on condition monitoring and defect estimation, under different titles such as performance-based logistic (PBL) and condition-based maintenance (CBM) is considered. These methods are used to prevent human and financial losses and to increase the production rate. This thesis presents an intelligent troubleshooting system to diagnose centrifugal pump-bearing faults. As a result, to design this intelligent troubleshooting system, a test set including shaft, bearings and real support conditions was designed and implemented in the laboratory. In this setup, three bearings with Normal wear and fault conditions (defect on the outer race) were examined, and vibration data were obtained. Then, the vibration data in extraction time and statistical features were calculated. After that, these features were used as classifier input data for intelligent troubleshooting. To identify the defect, the independent component analysis method was used. Also, the accuracy of fault detection was improved by using the particle batch optimization method. Finally, it was found that the statistical feature of Percentile can detect bearing defects by combining independent component analysis and particle swarm optimization methods.

    Keywords: Intelligent Identification, Independent Component Analysis, Pump Damage, particle swarm optimization, Bearing