فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک و ارتعاشات
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 27، تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/04/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهدی آریافر، هادی کارگر شریف آباد* صفحات 7-13

    مناطق گسترده ای از جهان با توجه به ویزگیهای مطلوب و دارای توسعه با کمبود آب شیرین مواجه هستند در حال حاظر در مناطق خشکی که در مقیاس بزرگ توسعه اتفاق افتاده است مانند بخشهایی از شمال آفریقا و خاورمیانه، برای تولید آب شیرین بوسیله آب شیرین کن ها به انرژی زیادی نیاز دارند مطالعات و تحقیقات زیادی جهت توسعه آب شیرین کن های خورشیدی توسط انرژی خورشیدی در حال انجام می باشد. با هدف شناسایی چالش های فنی کلیدی و فرصت های بالقوه انرژی خورشیدی، انواع فن آوری ها برای دریافت بهینه انرژی خورشیدی و همچنین فن آوری های مختلف برای سیستم آب شیرین کن خورشیدی شامل تکنینک های پیشرفته برای احیای انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. بنابر این نتیجه می گیریم که توسعه سیستم های آب شیرین کن خورشیدی مقرون به صرفه و با انرژی کارآمد در آینده نزدیک ممکن است زمینه ای برای تامین آب مناطق کویری جهان شود. در این تحقیق اثر خنک کننده آبی با دو حالت: آب شیرین کن ساده (غیر فعال) و آب شیرین کن با نصب خنک کننده آبی (فعال) ازلحاظ آزمایش میزان تولید روزانه موردبررسی و مقایسه قرار گرفته است. آزمایش در ماه آگوست (مرداد) در مختصات جغرافیایی (′ 22°, E: 53′ 34°N:35) انجام گرفت و بر اساس نتایج به دست آمده مشاهده می شود بیشینه نرخ تولید آب شیرین غیر فعال به (kg/m2) 0.26 در ساعت رسید. همچنین میزان راندمان روزانه حالت غیر فعال از (kg/m2.day) 1.035 به روزانه (kg/m2) 1.530 در حالت فعال رسید.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، خنک کننده آبی، آب شیرین
  • سید محمدجواد طاهری، علی حیدری* صفحات 14-21

    در این مقاله، یک مدلسازی ریاضی با هدف بهینه سازی هندسی مقطع عرضی پره صفحه تخت انتها عایق با کاربرد در تعیین عرض بی بعد بهینه چاه حرارتی با استفاده از 8 نوع مختلف نانوسیالات خنک کننده شامل نانوذرات آلومینا، سیلیکا، تیتانیوم دی اکسید، اکسید مس، طلا، مس، الماس و فروس اکسید با سیال پایه آب، انجام گرفته است. جریان برخورد کننده به پره آرام در نظر گرفته شده و تاثیر عدد رینولدز، کسر حجمی، قطر نانوذرات، سرعت متغیر و دمای متوسط جریان نانوسیالات بر بهینه سازی عرض بی بعد پره و عملکرد حرارتی آن بررسی شد. پره صفحه تخت عایق از جنس مس که دارای ضریب رسانش گرمایی بالایی می باشد در نظر گرفته شده است. نانوسیالات مختلف با کسرهای حجمی در محدوده 0.005 الی 0.1 درصد حجمی در قطرهای نانوذرات در رنج 8-10×3 تا 7-10×1 نانومتر برای پره با مقطع نازک مستطیلی تحلیل می شود. در این تحلیل با فرض اولیه زیاد بودن طول پره نسبت به عرض، حجم پره ثابت در نظر گرفته شده و پهنای پره بهینه سازی شده و سپس عملکرد حرارتی پره با این عرض بهینه بررسی می شود. نتایج تحلیل نشان داد که بیشترین عرض بی بعد بهینه پره برای نانوسیال طلا/ آب و کمترین مقدار مربوط به نانوسیال سیلیکا/ آب بدست می آید. همچنین با افزایش کسر حجمی، دمای میانگین ورودی و سرعت ورودی جریان، عرض بی بعد بهینه افزایش و با افزایش قطر نانوذرات کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی هندسی، پره صفحه تخت، نانوسیالات، اندازه نانوذرات، کسر حجمی
  • عباسعلی حبیب اللهی*، نصرالله بنی مصطفی عرب، علی دهقانی، امیرعلی نقی زاده صفحات 22-27

    در این مقاله، فرآیند جوشکاری نقطه ای لیزر در ورق های فولادی زنگ نزن AISI304، که در صنایع مختلف استفاده می شود، مورد بررسی قرار گرفته است. در فرآیند جوشکاری نقطه ای لیزر، کیفیت اتصالات به میزان زیادی به مقادیر پارامترهای تنظیمی وابسته است. از پارامترهای تنظیمی در روش جوشکاری نقطه ای لیزر می توان به توان ماکزیمم پالس، زمان پالس و ضخامت ورق اشاره کرد که در استحکام اتصال موثر بوده و در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند. مهمترین مشخصه کیفیت جوش در این روش، استحکام کششی- برشی است که در این تحقیق به عنوان معیار ارزیابی کیفیت جوش در نظرگرفته شده است. به منظور ایجاد رابطه ریاضی دقیق بین پارامترهای ورودی و متغیر پاسخ (استحکام کششی - برشی)، از روش طراحی آزمایشات و روش تحلیل رویه پاسخ استفاده شده است. پس از طراحی و اجرای آزمایش ها با استناد به تحلیل واریانس، مدل ریاضی منطبق بر فرآیند واقعی بدست آمده است. همچنین اعتبار مدل پیشنهادی به کمک روش های آماری تایید شده است. برای طراحی آزمایشات و تحلیل نتایج، از نرم افزار Minitab16 استفاده شده است. نتایج بدست آمده از انجام آزمایشات و تحلیل آنها، نشان داد که افزایش توان ماکزیمم پالس تا 4250 وات و زمان پالس پرتو لیزری تا 5/3 میلی ثانیه، بیشترین استحکام کششی - برشی (2200 کیلوگرم) ایجاد می کنند و اثر مرتبه دوم ضخامت ورق بیشترین تاثیر منفی را در استحکام کششی - برشی اتصال دارد.

    کلیدواژگان: جوش نقطه ای لیزر، طراحی آزمایش، رویه پاسخ، بهینه سازی، استحکام جوش
  • امیرعلی نقی زاده*، میثم خاکی صفحات 29-34

    در هنگام ماشینکاری بخشی از حرارت ایجاد شده بر اثر عمل کنش لبه های برنده ابزار نسبت به قطعه کار که به ماشین منتقل می شود و علاوه بر آن، اصطکاک ایجاد شده در حرکت مداوم Ball Screw ها در داخل Nut که بر اثر جابجا شدن محورهای ماشین بوجود می آید، باعث انبساط ابعادیBall Screw خواهد شد. به دلیل طویل بودن و نسبت طول به قطر زیاد، انبساط ایجاد شده در راستای طول Ball Screw حایز اهمیت خواهد بود. زیرا در پی هرحرکت اعمال شده در برنامه NC، با توجه به اختلاف اندازه میان خط قبلی برنامه تا خط کنونی، علاوه بر جابجایی اصلی یک جابجایی اضافی نیز به خاطر انبساط Ball Screw، انجام می پذیرد. در ماشینهای CNC پنج محور، علاوه بر تاثیر مستقیم انبساط طولیBall Screw محورهای خطی بر درستی هندسی قطعه کار، تاثیر غیر مستقیمی نیز وجود دارد که با توجه به آپشن RTCP (چرخش ابزار حول نقطه مرکزی اش)، برای جابجایی محورهای چرخشی نمایان می گردد. در RTCP فعال، مرکز ابزار در فضا ثابت وبجای آن، مرکز محورهای چرخشی متحرک می باشند. در این حالت برای جبران جابجایی های ابزار، در اثر حرکت محورهای چرخشی، محورهای خطی جابجا خواهند شد. در این مقاله تاثیر مستقیم وغیر مستقیم انبساط طولی Ball Screw ها بر روی درستی هندسی قطعه کار با استفاده از روابط تحلیلی-ریاضی مورد بررسی قرار گرفته واز نتایج آن می توان برای کنترل تطبیقی با موضوعیت عنوان مقاله در ماشینهای CNC پنج محور بهره برد.

    کلیدواژگان: ماشینهای فرزCNC پنج محور، RTCP، درستی هندسی، انبساط طولی، Ball Screw
  • مجتبی حسنلو*، اجمد باقری، فرید نجفی صفحات 35-47

    میرایی ارتعاشی تیر تیموشنکو براساس یافتن مکان، تعداد بهینه حسگر و عملگر پیزوالکتریک با استفاده از کنترلر LQR و الگوریتم MOPSO موضوع مورد بررسی در این تحقیق محسوب می شود. امروزه برای اینکه یک سازه دارای عمر، هزینه ساخت، مصرف انرژ قابلیت اطمینان بهینه ای باشد تلاش های فراوانی از سوی محققین این حوزه صورت پذیرفته است. یکی از تحقیقات تامین سازه هوشمند بهینه و کنترل شده با استفاده از حسگر و عملگر پیزوالکتریک است بگونه ای این حسگر و عملگر بتواند به محض دریافت یک ارتعاش توسط حسگر و با انتقال سیگنال ارتعاشی به کنترلر، بهترین بهره کنترلی را براساس نوع نگرش طراحی شده در کنترلر اتخاذ شده و آنگاه سیگنال مناسبی را به عملگر انتقال دهد. در واقع این عملگر است که تمام تلاش خود را برای خنثی سازی ارتعاش سازه به ظهور می رساند تا سازه ای با عمر بیشتر و خرابی کمتر داشته باشد و بتواند هدف طراح را به بهترین نحوه تامین نماید. حال در این پژوهش با استفاده از الگوریتم MOPSO و تعریف متغیرهای طراحی، بهترین تعداد و مکان جهت نصب حسگر و عملگر پیزوالکتریک در پایین و بالای سازه تیر یکسرگیردار در بازه ای مشخص را امکان پذیر جستجو نموده و آنگاه یک مدل بهینه از طراحی سازه هوشمند ارایه نماید.

    کلیدواژگان: کنترلرLQR، میرایی ارتعاشی، تیر تیموشنکو، مکان و تعداد بهینه پیزوالکتریک، الگوریتم MOPSO
  • قربانعلی مومن، محسن خواجه زاده* صفحات 48-54

    در این مقاله تاثیر نانو سیال دی اکسید سیلیکون (SiO2) با سیال پایه آب بر روی نیروی ماشین کاری قطعه کار در فرآیند تراش کاری فولاد ابزار عملیات حرارتی شده (AISI 4340) مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج حاصل با حالت خشک مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد افزودن نانو ذرات دی اکسید سیلیکون به مقدار 1% حجمی به آب موجب کاهش قابل ملاحضه مقدار نیروی ماشین کاری نسبت به حالت خشک می شود. بر اساس نتایج حاصل نانوسیال دی اکسید سیلیکون (SiO2) نیروی ماشین کاری را 24% نسبت به حالت خشک کاهش می دهد و در هنگام استفاده از نانوسیال مذکور در محدوده آزمایش های به عمل آمده کمترین نیروی ماشینکاری در سرعت پیشروی0.1 میلی متر بر دور و سرعت برشی 400 متر بر دقیقه حاصل شد.

    کلیدواژگان: نانو سیال دی اکسید سیلیکون، فولاد ابزار AISI 4340، نیروی ماشین کاری
  • محمدرضا مقومی*، علی کاهید باصری صفحات 55-63

    اجسام بالستیک در مدت زمان حرکت در سطوح مختلف پروازی می توانند نیروهای متنوعی را تحمل نمایند که بستگی به مقاومت ناشی از استحکام در قسمت های متفاوت جسم مورد نظر در زمان طراحی و ساخت آنها می باشد. از جمله نیروهای ناشی از معادلات آیرودینامیکی می توان به نیروی برآ و نیروی پسا، اشاره کرد. این دو نیرو به مشخصه هایی نظیر زاویه حمله بستگی دارند. در این مقاله یک موشک بالستیک شهاب 3 ساخت ایران به عنوان نمونه، پس از شبیه سازی توسط نرم افزار نجم مورد بررسی قرار گرفت. این نرم افزار برای تحلیل اجسام بالستیک قابل استفاده است. این کار در دو مرحله، یک بار با زاویه حمله 2 درجه و بار دیگر با زاویه حمله 8 درجه مورد تحلیل واقع شد. پس از بررسی های صورت گرفته مشخص شد که در زاویه حمله 2 درجه نیروهای ایجاد شده در بدنه جسم بالستیک هیچ گونه فشار و تنش بحرانی ایجاد نمی کند اما در زاویه حمله 8 درجه از طول 8 متری از نوک جسم، فشار جانبی آغاز شده و در ناحیه انتهایی به نقطه بحرانی می رسد که با واقعیت انطباق دارد. همچنین نسبت ضریب برآ به ضریب پسا که از مشخصه های تحلیل آیرودینامیکی محسوب می شود، برای زاویه 2 درجه بسیار مناسب تر است.

    کلیدواژگان: زاویه حمله، ضریب پسا، ضریب برآ، بالستیک
  • عبدالرضا علوی قره باغ*، علی دادرسی، ساسان فولادپنجه صفحات 64-70

    در این مقاله، چقرمگی شکس (KIC)، انرژی شکست (GIC) و مدول یانگ (E) کامپوزیت های استایرن آکریلونیتریل با محتوای 24 و 34 درصد آکریلونیتریل که با نانوذرات اکسید روی تا سقف 1 درصد حجمی تقویت شده، مورد بررسی قرار گرفته است. پارامتر درصد حجمی به عنوان پارامتر موثر بر خواص مذکور لحاظ گردیده است. همچنین این پارامتر به عنوان پارامتر ورودی جهت مدلسازی نتایج به روش های درخت تصمیم، شبکه عصبی مصنوعی و سطح پاسخ در نظر گرفته شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که افزودن نانوذرات اکسید روی در برخی موارد باعث افزایش و در برخی دیگر باعث کاهش خواص مکانیکی می شود. همچنین مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی نشان می-دهد که روش سطح پاسخ مرتبه دو بهترین پیش بینی را دارد. علاوه بر آن، مقدار بهینه چقرمگی شکست در 34 درصد حجمی آکریلونیتریل و 1/0 درصد حجمی اکسید روی مشاهده شده است که برابر MPa.m1/2283/2 است. بهترین مقدار انرژی شکست نیز در 34 درصد حجمی آکریلونیتریل و 33/0 درصد وزنی اکسید روی بدست آمد که معادل J/m21101 می باشد. همچنین مقدار بهینه مدول یانگ در 31 درصد حجمی آکریلونیتریل و 5/0 درصد حجمی اکسید روی بدست آمده که برابر GPa 281/4 است.

    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، انرژی شکست، روش سطح پاسخ، شبکه عصبی مصنوعی، بهینه سازی
|
  • Hadi Kargar Sharifabad * Pages 7-13

    Due to the favorable properties of wide regions of the world and has developed a shortage of fresh water in dry areas that already face large-scale development has occurred Such as parts of North Africa and the Middle East, to produce fresh water by desalination to need a lot of energy and a lot of research studies for the development of solar desalination is being done by solar energy With the aim of identifying key technical challenges and potential opportunities for solar energy, A variety of technologies for the optimum amount of solar energy as well as various technologies for solar desalination system includes advanced technique for restoring energy is studied we conclude that the development of solar desalination system for cost-effective and energy-efficient in the near future may be grounds for water supply desert regions of the world. The effects of water cooling with two modes: simple desalination (passive) by installing cooling and desalination of water (active) examined and compared in terms of daily production has been tested. Tests in August (August) in geographical coordinates (N:35°34′,E:53°22′) carried on the basis of the results observed maximum production rate freshwater disabled 0.26 (kg / m2) per hour. Moreover, the daily output disable mode of 1.035 (kg / m2.day) daily 1.530 (kg / m2) reached in active mode.

    Keywords: Solar desalination, water cooling, fresh water
  • Seyyed MohammadJavad Taheri, Ali Heydari * Pages 14-21

    This paper presents a mathematical model for geometry optimization of a rectangular cross-section flat plate fin with application in calculating optimized width of a heat sink for different Nano fluids (Aluminum oxide, Silicon dioxide, Titanium dioxide, Copper oxide, Gold, Copper, Diamond and Ferros oxide) with water as based fluid. Flow impinging on the fin is considered laminar. The effects of Reynolds number, volume fraction of nanoparticles, particle size, inlet velocity and different average temperature on the geometry optimization of the fin are investigated. A rectangular flat plate fin made from copper with higher thermal conductivity is used as the test case. Various Nano fluids with different volume fractions (0.005% to 0.1%) and different nanoparticle sizes (3×10-8 to 1×10-7 nanometer) are analyzed. In this analysis, as a basic assumption, the length of the fin is taken larger than the width and the fin volume is considered constant. Then, width of the fin will be optimized. The results indicated that the highest and the lowest optimized width is related to Gold and silicon dioxide nano fluids respectively. Increase in volume fraction, inlet velocity and temperature and decrease in nano particle size leads to optimized width enhancement.

    Keywords: Geometry optimization, flat plate fin, nano fluids, nanoparticles size, volume fraction
  • Abbasali Habibollahi *, Nasrollah Bani Mostafa Arab, Ali Dehghani, AmirAli naghizadeh Pages 22-27

    Welding plays an important role in manufacturing and it is a reliable and efficient joining process in which the coalescence of metals is achieved by fusion. Nowdays welding is as the main and most common process for joint of metals. Among the welding methods, Laser Beam Welding) has the potential of welding very small and precise components. Localized heating with solidification of the melt, makes the connection between parts. In this thesis, laser spot welding process, which is one of the varieties of LBW process, is studied. In fact the laser spot welding is a simple type of laser welding that is widely used in various industries. The low strength of joints can damage structures. Therefore it is important that the strength of the joint be estimated and optimized. In this research, investigation and optimization of the laser spot welding process using design of experiments and response surface method is considered. Three parameters (peak power, pulse duration and thickness) of the process at three levels were the input factors. Material of sheets that was used in this research is AISI 304 stainless steel. The response or output factor was tensile - shear strength. Minitab16 software was used for design of experiments and analysis of the results. Finally, results showed that increase the peak power until 4250 watt and pulse duration until 3/5 millisecond provide the most tensile - shear strength (2200 Kg), and Square of thickness has the most negative effect on tensile shear strength of the joint.

    Keywords: laser spot welding, Design of Experiments, Response Surface, Optimization, Strength
  • AmirAli naghizadeh *, Meysam Khaki Pages 29-34

    During machining a portion of the heat generated by operation activities edges of cutting tool relative to the workpiece is transferred to machine tool, and in addition, the friction generated in continuous motion of Ball Screw and the Nut that Due to shift of axis machine is created, causing the expansion of the Ball Screw size will be. Because of the length of the high ratio of length to diameter, expansion of the length of Ball Screw to be important. Because after every movement applied to in the NC, according to the size difference between the previous program and the current line, in addition to the original displacement, had done an additional displacement due to the expansion of the Ball Screw. Machines CNC five-axis, in addition to the direct impact of linear expansion length of Ball Screw linear axes for the accuracy of the workpiece geometry, the indirect effect are also considering option RTCP (Rotation Tool Center Point), to move the axis rotary is shown. The RTCP active, the center of cutting tool is fixed in space instead of, the center of the rotary axes are moving. In this case, to compensate for displacement of cutting tool, In effect movement the rotary axes, linear axes will be moved. In this paper, directly or indirectly effect of Ball Screw linear expansion on the workpiece geometric accuracy studied using analytical-mathematical And the results can be compared with the adaptive control as five-axis CNC machines used in the paper.

    Keywords: Five-axis CNC milling machines, RTCP, geometric accuracy, linear expansion, Ball Screw
  • M.Hasanlou *, A.Bagheri, F.Najafi Pages 35-47

    The subject of this study was vibration damping of Timoshenko beam based on finding optimal place and number of piezoelectric sensor and actuator using LQR controller and MOPSO algorithm. Today, researchers make a lot of effort to make a structure have optimized reliable life, manufacturing cost, and power consumption. One of the researches on optimized and controlled smart structure is through using piezoelectric sensor and actuator so that the sensor and actuator can adopt the best controlling interest based on the type of approach to design the controller upon receipt of a vibration by sensor and with the transfer of vibration signals to the controller. Then, it can transfer a proper signal to the actuator. In fact, it is the actuator that tries to neutralize the vibrations of the structure in order to have a structure with longer life and lower failure and can meet the designer's objective in the best way. In this study, using MOPSO algorithm and defining the design variables, the best number and location to place the piezoelectric sensor and actuator at the bottom and top the bottom and top cantilever beam in in a specified range can be searched and then an optimal model of smart structure was suggested.

    Keywords: LQR controller, Vibration suppression, Timoshenko beam, Optimal Placement, Number PZT, MOPSO algorithm
  • Ghorbanali Momen, Mohsen Khajehzadeh * Pages 48-54

    This paper studies the effects of soluble cutting fluid-based sio2 Nano-fluid on machining force in turning of hardened AISI 4340 tool steel. These influences, Moreover, are compared with the outputs of similar tests through dry. The obtained results showed 1% volume fraction of sio2 Nanoparticles added to soluble water as cutting fluid was considerably reduced machining force in comparison dry. The investigations indicated that sio2 Nano-fluid reduced machining force by 24% compared to the dry state Moreover, the results illustrated that the lowest machining force obtained in cutting speed 400 m/min, feed rate 0.1 mm/rev and cutting nanofluid.

    Keywords: SiO2 nano-fluid, AISI 4340 Tool Steel, Machining force
  • MohammadReza Moghoomi *, Ali Kahidbaseri Pages 55-63

    During movement in different flying levels, ballistic objects can endure various forces, which depend on the strength of different parts of the intended body at the time of their design and manufacturing. Among the forces resulting from aerodynamic equations, lift and drag forces could be noted. These two forces depend on characteristics such as the angle of attack. In the present paper, a Shahab-3 ballistic missile (manufactured in Iran) has been evaluated by simulating in the software Najm. This software can be used to analyze the ballistic objects. This work were analyzed in two stages, once with the attack angle of 2 degree and once again with the angle equal to 8 degree. After performing the investigations, it was determined that in the attack angle of 2 degree the forces created in the body of ballistic object do not develop any critical pressure or tension. However, in the attack angle of 8 degree, the lateral pressure starts from the length of 8 m from the object’s tip and it reaches the critical point in the end area, which complies with reality. Moreover, the lift-to-drag coefficient ratio that is considered as a characteristic of aerodynamic analysis is much more suitable for angle of 2 degree.

    Keywords: Angle of attack, Drag coefficient, Lift coefficient, ballistic
  • Abdorreza Alavi Gharahbagh *, Ali Dadrasi, Sasan Folladpanjeh Pages 64-70

    A study on fracture toughness (KIC), fracture energy (GIC) and Young's modulus of styrene acrylonitrile composites by two volume content of 24% and 34% acrylonitrile has been conducted. ZnO nanoparticles were added to composites up to 1 vt%. Volume percent parameter has been described as a sensational parameter. The experimental results indicate that adding ZnO nanoparticles increase the mechanical properties and in some cases, it decreases them. Also the experimental results and the results of modeling show that the second order response surface method makes the best prediction. Additionally, the best value for Fracture toughness is 2.283 MPa.m1/2 when the volume percent of styrene acrylonitrile is 34% and volume percent of ZnO is 0.1%. Also, the best value for fracture energy is equal to 1101 J/m2, when the volume percent of styrene acrylonitrile is 34% and the volume percent of ZnO is 0.33%. And finally, this method shows that the best value for Young's modulus is 4.281 GPa when the volume percent of styrene acrylonitrile is 31% And volume percent of the particle is 0.5%.

    Keywords: fracture toughness, Fracture energy, Response Surface Method, Artificial Neural Network, Optimization