فهرست مطالب

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال سی و پنجم شماره 2 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • معین طاهری* صفحات 1-15

    اهدافی همچون عدم آسیب رساندن به بافت های سالم و سایر ارگان ها در هنگام استفاده از دارو و شناسایی هرچه زودتر بافت های سرطانی، سبب ورود علم نانو در حوزه ی پزشکی شده است. در این راستا، تحقیقاتی با درنظر گرفتن ابزار و روش های گوناگون صورت گرفته که مطلوب ترین این روش ها با توجه به کاربردهای فراوان در هنگام مطالعه ی بافت های سلولی، در محیط های مختلف، روش نانومنیپولیشن مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی بوده است. لذا در این مقاله به منظور یافتن مطلوب ترین مقدار نیرو و زمان بحرانی در نانومنیپولیشن بافت سرطانی، با هدف کاوش سطح و به دست آوردن اطلاعات مربوط به بافت سرطانی معده با کمترین آسیب، شبیه سازی دوبعدی نانومنیپولیشن انجام شده است. فاکتور مهم مورد بررسی در این تحقیق اصطکاک می باشد که از جمله عوامل مقاوم در برابر حرکت و دارای اثر مستقیم بر نیرو و زمان بحرانی است. لذا با توسعه ی مدل های اصطکاکی ساده، با در نظر گرفتن مدل های اصطکاکی کارلسون-باتیستا، لمایتره-کارلسون و اف کاتی، نمودارهای نیرو- زمان ترسیم شده و مقادیر نیرو و زمان بحرانی محاسبه شده است. کمترین مقدار نیرو برابر با 0.453 نانونیوتن و کمترین مقدار زمان بحرانی برابر با 45 میلی ثانیه بوده است، که از شبیه سازی با مدل اصطکاکی اف کاتی حاصل شده است. همچنین مقایسه ی این مقادیر با پژوهش های گذشته، نشان دهنده ی کاهش نیرو و زمان بحرانی نسبت به مدل اصطکاکی لاگره بوده است.

    کلیدواژگان: بافت سرطانی معده، مدل اصطکاکی، نانومنیپولیشن، نیروی و زمان بحرانی، میکروسکوپ نیروی اتمی
  • سیاوش زینل پور، زهرا مهردوست* صفحات 17-35

    در این مقاله، تاثیر استفاده از چهار نوع آشوبگر مختلف درون لوله گیرنده حفره ای برج خورشیدی به منظور بهبود انتقال حرارت و کاهش توزیع دمای غیر یکنواخت بررسی شده است. شبیه سازی عددی به صورت سه بعدی انجام شده و تاثیر شکل آشوبگرها، موقعیت قرارگیری درون لوله گیرنده، گام و ضخامت آشوبگر و همچنین تاثیر شار حرارتی غیریکنواخت بر عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و دمای سطح لوله گیرنده بررسی شده است. جریان به صورت تراکم ناپذیر، پایا، آشفته و عدد رینولدز در محدوده 8000 تا 20000 در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی عددی برای چهار نوع آشوبگر نوار تابیده، نوار موج دار، نوار حلزونی و نوار پره دار نشان داد که آشوبگر نوار موج دار نسبت به سه نوع دیگر، دارای عدد ناسلت بالاتر و دمای متوسط کمتر روی سطح خارجی لوله گیرنده است. افزایش عدد ناسلت نوار موج دار نسبت به نوار پره دار، تابیده و حلزونی به ترتیب %8/1، %2 و %2/3 و نسبت به لوله گیرنده بدون آشوبگر %10 است. با افزایش ضخامت آشوبگر و کاهش گام، عدد ناسلت افزایش یافته و دمای متوسط سطح خارجی لوله گیرنده کاهش می یابد. بررسی موقعیت قرارگیری آشوبگر در سه حالت نزدیک به دیواره شار حرارتی غیریکنواخت، وسط لوله و نزدیک به دیواره عایق نشان داد که با افزایش فاصله آشوبگر از ناحیه اعمال شار حرارتی غیریکنواخت، اختلاط جریان سیال گرم و سیال سرد بهتر صورت می گیرد و توزیع دما یکنواخت تر می شود. بنابراین بهترین موقعیت برای قرار گرفتن آشوبگر، دورترین فاصله نسبت به دیواره شار حرارتی غیریکنواخت است.

    کلیدواژگان: برج خورشیدی، لوله گیرنده حفره ای، شار حرارتی غیر یکنواخت، آشوبگر، انتقال حرارت
  • نبی جهانتیغ*، جمشید پیری صفحات 37-53

    تابش خورشیدی پارامتر اساسی مورد نیاز برنامه های انرژی خورشیدی به دلیل محدودیت های تکنیکی و مالی در اقصی نقاط جهان اندازه گیری نمی شود و تعیین آن با روش های تخمینی دقیق ضروری است. در این تحقیق، یک مدل برای تخمین تابش خورشیدی پراکنده ی افقی روزانه با روش های هیبریدی ماشین بردار رگرسیونی، الگوریتم های گرگ و هارمونی توسعه یافت. در بررسی اعتبار مدل، داده های تابش خورشیدی اندازه گیری شده روزانه شهرهای مختلف با اقلیمهای متفاوت در قسمت آفتابی ایران (بندرعباس، کرمان، سنندج، سمنان و زاهدان) استفاده شد. پارامترهای ورودی مدل ها، دمای متوسط، رطوبت نسبی، ساعت آفتابی، تبخیر و سرعت باد می باشند. مقایسه تابش خورشیدی مدل هیبریدی با مقادیر اندازه گیری شده نشان دهنده نتایج مطلوب بر اساس تحلیل آماری بوده و مدل ماشین بردار رگرسیونی - هارمونی روشی کارآمد و دقیق در مقایسه با سایر مدل ها به ویژه مدل های تجربی می باشد. متوسط خطای بایاس مطلق بدست آمده، خطای مجذور متوسط ریشه و ضریب همبستگی برای ایستگاه زاهدان به ترتیب برابر با 77/14 مگاژول بر مترمربع، 85/ 26 مگاژول بر مترمربع و 68/0 برای معادله تجربی و مقادیر بدست آمده ماشین بردار رگرسیونی - هارمونی به ترتیب برابر با 85/13 مگاژول بر مترمربع ، 58/9 مگاژول بر مترمربع و 71/0 می باشد.

    کلیدواژگان: تابش خوشیدی، تغییر اقلیم، ماشین بردار رگرسیونی، الگوریتم گرگ، الگوریتم هارمونی، تجربی
  • هادی اسکندری*، سید ایمان هاشمی مرغملکی صفحات 55-75

    در این مقاله به مطالعه  تاثیر استفاده از بفل های تری فویل و قطاعی بر انتقال حرارت و افت فشار سمت پوسته مبدل های حرارتی پوسته - لوله پرداخته می شود. بفل ها در پوسته مبدل های حرارتی پوسته - لوله برای افزایش ضریب انتقال حرارت، تکیه گاه لوله ها، تعیین الگوی جریان، استحکام ساختاری و جلوگیری از ارتعاش، به کار می روند. با استفاده از الگوریتم ژنتیک در شرایط یکسان، تابع های انتقال حرارت و افت فشار بفل ها به صورت تک هدفه و چند هدفه  بهینه سازی می شوند. مبدل حرارتی با بفل تری فویل به وسیله نرم افزار انسیس فلوینت شبیه سازی می شود. نتایج نشان می دهد که بفل تری فویل ضریب انتقال حرارت را با افت فشار بیشتری، افزایش می دهد. ظرفیت انتقال حرارت بفل تری فویل نسبت به بفل قطاعی در وضعیت بیشینه حاصل شده از الگوریتم ژنتیک تک هدفه در آرایش مربع  19.944% و برای آرایش مثلث 16.25% بیشتر شده است، این در حالی است که افت فشار برای چیدمان مربع دسته لوله ها  3.2 برابر و برای چیدمان مثلث دسته لوله ها 2.075 برابر نسبت به بفل قطاعی بیشتر شده است.جریان های جت ایجاد شده در منفذهای تری فویل عملکرد انتقال حرارت مبدل حرارتی را افزایش می دهد و محصولات خوردگی و رسوبات شیمیایی دسته لوله ها را کاهش می دهد و باعث بهبود شرایط خوردگی مبدل حرارتی پوسته-لوله با بفل منفذدار تری فویل شده است.

    کلیدواژگان: بفل تری فویل، بفل قطاعی، مبدل حرارتی پوسته-لوله، ترموهیدرولیک، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، شبیه سازی سه بعدی
  • حمید دهقان طرزجانی*، محمدعلی نظری، محمد محجوب صفحات 77-95

    فرکانس های طبیعی و شکل مودهای استخوان به طور گسترده در تشخیص بهبود شکستگی استخوان، بازسازی مجدد استخوان، تشخیص پوکی استخوان و برهم کنش ایمپلنت و استخوان مورد استفاده قرار می گیرد. این مشخصه ها را می توان با استفاده از تحلیل های عددی و مدل سازی اجزای محدود تخمین زده و با تست مودال نمونه های آزمایشگاهی اندازه گیری و صحه گذاری نمود. ناهمگنی استخوان در مدل های اجزای محدود بر فرکانس طبیعی آن تاثیر می گذارد. در این تحقیق تاثیر ناهمگنی استخوان و روابط چگالی-الاستیسیته بر فرکانس طبیعی استخوان و دقت تخمین آنها بررسی شده است. یک استخوان تیبیا گاوی تهیه و مورد تست مودال قرار گرفت. نتایج تجربی تست مودال با نتایج مدل اجزای محدود سه بعدی ایجاد شده از روی تصاویر سی تی اسکن استخوان، مقایسه گردید. ناهمگنی بر مبنای روابط چگالی-الاستیسیته پیشنهادی به صورت المان به المان (پیوسته) و به صورت ناحیه ای بر مبنای یک تلرانس (گسسته) در مدل اعمال شد. مقایسه نتایج مدل های ناهمگن با نتایج تجربی نشان می دهد که تفاوت بسیار کمی بین فرکانس های طبیعی مدل های ناهمگن گسسته و پیوسته وجود دارد. بطوریکه برای پنج فرکانس اول، یک مدل ناهمگن گسسته با 20 ناحیه، می تواند فرکانس های طبیعی را با خطای کمتر از 2درصد و صرف هزینه و زمان کمتر پیش بینی نماید.

    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، شکل مود، استخوان تیبیا، ناهمگنی استخوان، تست مودال، اجزای محدود
  • مسعود صیدی، فرشاد ربیعی*، زهرا صیدی صفحات 97-106
    یکی از قطعات صنعتی که نیازمند دقت ساخت بسیار بالایی می باشد قالب های صنعتی و خصوصا قالب های برش می باشد. در این قالب ها میزان لقی سنبه و ماتریس برابر 0.1 ضخامت ورق است از این رو دقت ساخت این قالب ها بسیار دارای اهمیت می باشد. امروزه از فرایند وایرکات در ساخت این قالب ها به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. در فرایند، بدلیل عدم تماس ابزار با قطعه کار، تنش های مکانیکی وجود ندارد و قطعات تولیدی دارای دقت بالایی هستند. با این وجود، جهت دستیابی به دقت بالای مورد نیاز در ساخت قالبهای برش، از روش های مختلفی استفاده می شود. در این تحقیق با استفاده از روش رویه پاسخ، مقدار دقت ابعادی بر اساس سه پارامتر سرعت سیم، کشش سیم و توان ژنراتور برای قطعه کار فولادی Mo40 مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس این روش، در ابتدا میزان اهمیت هر یک از پارامترها بر دقت ابعادی مشخص گردید. سپس با استخراج معادله منطبق بر تستهای انجام شده، مقدار بهینه دقت ابعادی بر اساس پارامترهای مذکور استخراج گردید. نتایج نشان داد که به ازای مقادیر کشش 1.3485 کیلوگرم، سرعت سیم 10 سانتیمتر بر ثانیه و توان 46.7677 درصد مقدار دقت به بیشینه مقدار خود می رسد. در نهایت این مقادیر به صورت تجربی مورد تست قرار گرفت و مقدار 0.2 درصد خطا ثبت گردید. از این رو می توان با استفاده از روش رویه پاسخ، مقدار دقت ابعادی را در فرایند وایرکات قالبهای صنعتی فولادی مورد استفاده قرار داد.
    کلیدواژگان: وایرکات، سرعت تزریق سیم، کشش سیم، توان ژنراتور، روش سطح پاسخ، دقت ابعادی، بهینه سازی
|
  • Moein Taheri * Pages 1-15

    Goals such as not harming healthy tissues and other organs when using medicine and identifying cancerous tissues as soon as possible have led to the entry of nanoscience into the field of medicine. In this regard, a research was conducted considering various tools and methods, and the most desirable of these methods was the nanomanipulation method based on the atomic force microscope due to its many applications in the study of cell tissues in different environments. Therefore, in this article, in order to find the optimal amount of force and critical time in nanomanipulation of cancer tissue, with the aim of exploring the surface and obtaining information about gastric cancer tissue with the least damage, 2D simulation of nanomanipulation has been carried out. The important factor investigated in this research is friction, which is one of the factors that resist movement and has a direct effect on force and critical time. Therefore, with the development of simple friction models, considering Carlson-Batista, Lemaitre-Carlson and FKT friction models, force-time diagrams have been drawn and critical force and time values have been calculated. The lowest value of the force was equal to 0.453 nN and the lowest value of the critical time was equal to 45 ms, which was obtained from the simulation with the FKT friction model. Also, by comparing these values with past researches, a decrease in force and critical time compared to the LuGre friction model has been seen.

    Keywords: Gastric cancer tissue, friction model, Nanomanipulation, critical force, time, Atomic Force Microscopy
  • Siavash Zeynalpour, Zahra Mehrdoost * Pages 17-35

    In this paper, the effect of using four different types of inserts in cavity receiver tube of solar power tower to improve heat transfer and reduce non-uniform temperature distribution is investigated. Numerical simulation is performed in three dimensions and the effect of inserts configurations, position inside receiver tube, pitch and thickness of insert and the effect of non-uniform heat fluxon the Nusselt number, friction factor and temperature of outer surface of receiver tube are investigated. The flow is incompressible, steadystate, turbulent and the Reynolds number is in the range of 8000 to 20000. Numerical simulation results for four types of inserts: twisted-tape, wavy-tape, helical-tape and louvered-tape show that wavy-tape compared to the other three types, has the higher Nusselt number and the lower average temperature of receiver tubesurface. The Nusselt number of the wavy-tape is increased by 1.8%, 2% and 3.2% relative to the louvered-tape, twisted-tape and helical-tape, respectively and 10% relative to the receiver tube without insert. By increasing the insert thickness and decreasing the insert pitch, the Nusselt number increases and average temperature of receiver tubesurface decreases. Investigating the insert position in three cases: close to the non-uniform heat flux wall, the middle of the tube and close to the insulation wall show that by increasing the distance of insert from non-uniform heat flux wall, the mixing of hot and cold fluids flow is better and the temperature distribution is more uniform.Therefore, the best position to place insert is the farthest distance from the non-uniform heat flux wall.

    Keywords: Solar power tower, cavity receiver tube, non-uniform heat flux, insert, Heat transfer
  • Nabi Jahantigh *, Jamshid Piri Pages 37-53

    Solar radiation, the basic parameter required for solar energy programs, is not measured in all parts of the world due to technical and financial limitations, and it is necessary to determine with the accurate estimation methods. In this research, a model was developed to estimate the daily horizontal scattered solar radiation with the hybrid methods of Support Vector Regression, Gray Wolf Optimization and Harmony Search Algorithm. To determine the validity of the model, daily measured solar radiation data of different cities in the sunny part of Iran (Bandar Abbas, Kerman, Sanandaj, Semnan and Zahedan) were used. The input parameters of the models are the mean temperature, relative humidity, sunshine hour, evaporation and wind velocity. The comparison of the solar radiation of the hybrid model with the measured values shows the desired results based on statistical analysis, and the hybrid model is an efficient and accurate method compared to other models, especially experimental models. The average absolute bias error obtained, root mean square error and correlation coefficient for Zahedan station are respectively equal to 14.77 MJ⁄m^2, 26.85 MJ⁄m^2, and 0.68 for the experimental equation and the obtained values of the regression vector machine - Harmony respectively It was similar to 13.85MJ⁄m^2, 9.58 MJ⁄m^2 and 0.71. The research results showed that the regression-harmony vector machine model is an efficient method that is much more accurate than other models.

    Keywords: Solar radiation, Climate change, support Vector Regression, Wolf Optimization Algorithm, harmony search algorithm, Experimental Models
  • Hadi Eskandari *, Seyed Iman Hashemi Marghmaleki Pages 55-75

     In this paper, the effect of using trefoil and segmental baffles on heat transfer and pressure drop towards the shell of shell and tube heat exchangers is studied. Baffles are used in shell and tube heat exchangers to increase heat transfer coefficient, pipe support, flow pattern determination, structural strength and vibration prevention. Using the genetic algorithm under the same conditions, the heat transfer and pressure drop functions of the baffles are optimized as single-objective and multi-objective. The heat exchanger with the trefoil baffles is simulated by Aansys fluent software. The results show that in trefoil baffles, increasing the heat transfer coefficient will be accompanied by a greater pressure drop. The heat transfer capacity of the trefoil baffle has increased by 19.944% in the square arrangement and 16.25% in the triangle arrangement compared to the segmental baffle in the maximum state obtained from the single-objective genetic algorithm, while the pressure drop for the square arrangement of the tube bundle is 3.2 times and for the triangle arrangement tube bundle has increased 2.075 times compared to the segmental baffle. The jet fluid flow created in the trefoil perforated increase the heat transfer performance and the corrosion products and chemical sediments are reduced, which also improves the corrosion conditions of the shell and tube heat exchanger with the trefoil perforated plate.

    Keywords: Trefoil baffle, Segmental Baffle, Shell, Tube Heat Exchanger, Thermo-hydraulic, Genetic algorithm, Optimization, 3D simulation
  • Hamid Dehghan Tarzjani *, MohammadAli Nazari, Mohammad Mahjoob Pages 77-95

    The natural frequencies and mode shapes of bone are widely used in the diagnosis of bone fracture healing, bone remodeling, osteoporosis diagnosis, and implant-bone interaction. These characteristics can be estimated using numerical analysis and finite element modeling and measured and validated by modal testing of laboratory samples. Bone heterogeneity in finite element models affects its natural frequency. In this research, the effect of bone heterogeneity and density-elasticity relationships on the natural frequency of bone and the accuracy of their estimation have been investigated. A cow tibia bone was prepared and subjected to modal test. The experimental results of the modal test were compared with the results of the 3D finite element model created from the bone CT scan images. Inhomogeneity based on the proposed density-elasticity relationships was applied element by element (continuous) and regionally based on a tolerance (discrete) in the model. Comparing the results of heterogeneous models with experimental results shows that there is very little difference between the natural frequencies of discrete and continuous heterogeneous models. So, for the first five frequencies, a discrete heterogeneous model with 20 regions can predict the natural frequencies with an error of less than 2% with less cost and shorter time.

    Keywords: Natural Frequency, Mode Shapes, Tibia Bone, Bone Heterogeneity, Modal Test, Finite Elements
  • Masoud Seidi, Farshad Rabiei *, Zahra Seidy Pages 97-106
    One of the industrial parts that requires very high manufacturing accuracy is industrial molds and especially cutting molds. In these molds, the clearance of the dies is equal to 0.1 of the thickness of the sheet, so the accuracy of making these molds is very important. Today, the wirecut process is widely used in making these molds. In the process, due to the lack of contact between the tool and the work piece, there is no mechanical tension and the produced parts have high precision. Nevertheless, in order to achieve the high precision required in the production of cutting molds, various methods are used. In this research, using the response surface method, the dimensional accuracy value has been investigated based on three parameters of wire speed, wire tension and generator power for Mo40 steel workpiece. Based on this method, at first, the importance of each parameter on dimensional accuracy was determined. Then, by deriving the equation according to the conducted tests, the optimal value of dimensional accuracy was extracted based on the mentioned parameters. The results showed that for tension values of 1.3485 kg, wire speed of 10 cm/s and power of 46.7677%, the accuracy value reaches its maximum value. Finally, these values were experimentally tested and a 0.2% error was recorded. Therefore, by using the method of the response procedure, the amount of dimensional accuracy can be used in the wirecut process of industrial steel molds.
    Keywords: Wire Cut, Wire Feed Speed, Wire Tension, Generator Power, Response surface method, Dimensional Accuracy, Optimization