فهرست مطالب

- سال سیزدهم شماره 2 (خرداد و تیر 1402)
- تاریخ انتشار: 1402/03/01
- تعداد عناوین: 10
-
-
صفحات 1-13
در این پژوهش، اثر میدان های رطوبتی-حرارتی-مغناطیسی بر دینامیک تیرهای مدرج تابعی متحرک محوری با درنظرگیری مدل های مختلف تخلخل مطالعه شده است. همچنین، مطالعات پارامتریک برای شفاف سازی اثرات فاکتور اینرسی دورانی، بستر ویسکوهیتنی، شاخص توانی مواد، نیروی پیرو و شرایط مرزی بر فرکانس های ارتعاشاتی و آستانه ناپایداری انجام شده اند. خواص مکانیکی به صورت عرضی طبق قانون توانی مدرج شده اند. مدل های مختلف تخلخل یکنواخت و غیریکنواخت درنظرگرفته شده اند. تیر در شرایط متغیر دمایی و رطوبتی ارتعاش می کند و تحت یک میدان مغناطیسی طولی خارجی قرار دارد. معادله دینامیکی سیستم براساس اصل تعمیم یافته همیلتون و فرضیات تیوری تیر رایلی استخراج شده است. با کمک روش گالرکین، مسیله مقدار ویژه حل شده است و مشخصات فرکانسی و مرزهای ناپایداری سیستم به صورت عددی مشخص شده اند. سرعت محوری مربوط به ناپایداری استاتیکی سیستم به صورت تحلیلی تعیین شده است. نتایج نشان داده اند که با افزایش تخلخل برای سیستم با توزیع تخلخل غیریکنواخت نوع اول، پایداری بهبود می یابد. مشاهده شده است که همانند اثرات محیط های رطوبتی-حرارتی، با افزایش شاخص توانی مواد مدرج، سرعت محوری بحرانی کاهش می یابد. اثبات شده است که با افزایش پارامتر اینرسی دورانی/اعمال میدان مغناطیسی، پایداری سیستم کاهش/افزایش می یابد. نتایج پژوهش حاضر می توانند برای طراحی سیستم های متحرک محوری غیرهمگن در محیط های پیچیده مفید باشند.
کلیدواژگان: مواد مدرج تابعی متخلخل، ارتعاشات و پایداری، سرعت محوری بحرانی، بستر ویسکوهیتنی، حرکت طولی -
صفحات 15-25استفاده از مواد آلیاژ حافظ شکل که یکی از زیرشاخه های اصلی مواد هوشمند هستند، به عنوان عامل حرکت در عملگرها در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است. با این وجود، به دلیل پاسخ آهسته و پیچیدگی رفتاری ناشی از خواص غیرخطی این مواد نظیر هیسترزیس نامتقارن و اشباع، استفاده از عملگرهای آلیاژ حافظ شکل محدود باقی مانده است. تاکنون روش های مختلفی برای مدل سازی رفتار این عملگرها معرفی شده است. مدل "پرنتل ایشلینسکی تعمیم یافته" که یکی از ساختارهای قدرتمند برای شناسایی سیستم های دارای رفتار هیسترزیس است، یکی از معروف ترین این مدل ها است، که به دلیل دارا بودن معکوس مدل تحلیلی، بسیار در کنترل این عملگرها مورد استفاده قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، بهبود سرعت عملکردی یک سکوی موقعیت دهی میکرونی با استفاده از دو عملگر متقابل مورد مطالعه قرار گرفته و بر اساس داده های تجربی بدست آمده، یک مدل تجربی مبتنی بر ساختار پرنتل ایشلینسکی تعمیم یافته ارایه خواهد شد. با استخراج معکوس این مدل شناسایی شده و اعمال آن روی ورودی سیستم، مساله حذف رفتار غیر خطی و خطی سازی دقیق سیستم جهت طراحی کنترلر بررسی شده است. یافته های این پژوهش نشان می دهد که مدل پرنتل ایشلیسنکی تعمیم یافته، با وجود پیچیدگی های ناشی از برهم کنش دو عملگر متقابل، به خوبی می تواند رفتار غیرخطی سیستم را توصیف نماید. البته شناسایی مدل جامعی که بتواند رفتار عملگر آلیاژ حافظ شکل را در هر حالتی توصیف کند، با چالش های فراوانی روبرو خواهد بود.کلیدواژگان: شناسایی سیستم، عملگر آلیاژ حافظ شکل، سکوی موقعیت دهی میکرونی، مدل پرنتل-ایشلینسکی تعمیم یافته، مواد هوشمند
-
صفحات 27-39
یکی از کاربردهای روش های بهینه سازی، حل مسایل معکوس شناسایی مرزهای داخلی، تخمین خواص مکانیکی مواد و... می باشد. در بیشتر مقالاتی که تاکنون انجام شده به علت سادگی روابط، حالت هایی که ماده موردنظر یک جسم همگن می باشد، در نظر گرفته شده است، ولی در صنعت هنگامی که دو یا چند ماده مذاب در یک قالب روی هم ریخته می شوند، با توجه به نوع ماد ه ها امکان ترکیب و نفوذ ماده ها در هم وجود دارد که باعث به وجود آمدن یک ماده جدید ناهمگن می شود. در این مقاله شناسایی هندسه مرزهای داخلی نامنظم بین سه ماده و تخمین خواص مکانیکی ماده و تعیین ساختار درونی ماده میانی در حالتی که ماده میانی دارای مدول الاستیسیته متغیر می باشد، با تلفیق سه روش الگوریتم رقابت استعماری، سیمپلکس و روش گردایان مزدوج به همراه روش عددی المان های مرزی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر نوع و سختی مواد تشکیل دهنده جسم ناهمگن و تاثیر هندسه و موقعیت مرزهای داخلی در همگرایی بررسی شده است. نتایج بدست آمده حاکی از قدرت و توانایی روش ارایه شده و تخمین نسبتا خوب پارامترهای مجهول می باشد.
کلیدواژگان: روش المان های مرزی، الگوریتم رقابت استعماری، بهینه سازی، جسم ناهمگن، مدول الاستیسیته متغیر -
صفحات 41-54امروزه، پانل های ساخته شده از مواد مرکب به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند و مطالعه ی رفتار این پانل ها تحت ارتعاشات صوتی، یکی از موارد دارای اهمیت در تحلیل های مهندسی است. در این تحقیق عباراتی برای فرکانس های بحرانی، انطباقی و افت انتقال صوت در پانل های مستطیلی نازک و ضخیم ایزوتروپیک و ارتوتروپیک با طول بی نهایت به روش تحلیلی استحصال شده است. همچنین اثرات زوایای برخورد، سمتی و عدد ماخ مورد بررسی قرار گرفته و فرکانس بحرانی و افت انتقال صوت محاسبه شده با تحقیقات دیگر اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان می دهد که فرکانس های بحرانی و انطباقی و میزان افت انتقال صوت تحت تاثیر عواملی چون رفتار ارتوتروپیک پانل و ضخامت آن، زوایای برخورد و سمتی، عدد ماخ موج صوتی و انعطاف پذیری برشی عرضی قرار دارد. براساس نمودارهای حاصله، افزایش زوایای برخورد و سمتی موجب افزایش فرکانس بحرانی و افت انتقال صوت می شود در حالی که افزایش پارامتر ارتوتروپیک اثر معکوس دارد. از طرفی افزایش عدد ماخ و کاهش ضخامت پانل نیز موجب کاهش افت انتقال صوت و افزایش فرکانس بحرانی پانل می گردد و همچنین با افزایش انعطاف پذیری برشی عرضی پانل، فرکانس بحرانی پانل، افزایش می یابد. روند تغییرات فرکانس انطباقی نیز نسبت به پارامترهای موثر بجز زاویه برخورد، مشابه روندهای ذکر شده برای فرکانس بحرانی است. مطابق نتایج ارایه شده فرکانس انطباقی پانل، بر خلاف فرکانس بحرانی، با افزایش زاویه برخورد، کاهش می یابد.کلیدواژگان: افت انتقال صوت، فرکانس بحرانی، فرکانس انطباقی، زاویه برخورد، زاویه سمتی
-
صفحات 55-67
استفاده از نورد سرد، یکی از روش های تولید ورق های چندلایه فلزی است. مزایای این روش نسبت به دیگر روش های تولید ورق چندلایه، باعث گستردگی استفاده از آن در سال های اخیر شده است. وجود پارامتر های متعدد تاثیرگذار بر خواص مکانیکی و استحکام اتصال ورق های چندلایه ی تولیدشده با نورد سرد، موضوعات پژوهشی در این زمینه را گسترده و پراهمیت کرده است. در این مقاله با استفاده از روش تجربی، اثر چند پارامتر موثر ازجمله دما و زمان عملیات حرارتی و نوع آماده سازی سطح ورق ها بر خواص مکانیکی ورق سه لایه AA5456/AA1020/St321 تولیدشده با نورد سرد، موردبررسی قرارگرفته است. در این راستا از دو روش سنباده زنی شامل سنباده پره ای و سنباده استوانه ای برای آماده سازی سطح ورق ها استفاده شده و عملیات حرارتی هم در سه دمای 310، 355 و 400 درجه سانتی گراد و سه مدت زمان 30، 60 و 90 دقیقه انجام گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد بیشترین افزایش مقدار استحکام تسلیم در نمونه ی عملیات حرارتی شده در دمایC°400 و زمان 60 دقیقه و آماده سازی سطح شده توسط سنباده استوانه ای به دست می آید.
کلیدواژگان: اتصال دهی به روش نورد سرد، ورق ساندویچی، آلومینیوم، فولاد، خواص مکانیکی، استحکام تسلیم -
صفحات 69-87فرایند کشش عمیق فرایندی است که معمولا به صورت سرد انجام میشود، اما مواردی از کاربرد این فرایند در شرایط گرم به منظور کاهش نیروی شکل دهی نیز به چشم میخورد. استفاده از ورق گیر در فرایند شکل دهی منجر به افزایش نیروی شکل دهی شده و تغییرات ضخامت ورق را به ویژه در حالت گرم به دلیل افزایش اصطکاک به همراه دارد. از سوی دیگر، حذف ورقگیر نیز به دلیل بروز تنشهای محیطی می تواند موجب چینخوردگی ورق شده و با افزایش عمق کشش این مشکل تشدید می گردد. در این پژوهش، تحلیل المان محدود برای شکلدهی کلاهک نیم کروی از ورق فولادی استحکام بالا در فرایند کشش عمیق داغ بدون استفاده از ورق گیر مورد مطالعه قرار می گیرد. شبیه سازی ها برای دو نوع قالب تراتریکس و تراتریکس تقریبی و ورق با ضخامت ها و قطرهای متفاوت انجام گرفته و نتایج آن با یک دیگر مقایسه می گردد. نتایج تحلیلها نشان میدهد با افزایش ضخامت و قطر ورق، نیروی موردنیاز سنبه برای شکل دهی افزایش می یابد. به طور کلی، در قالب تراتریکس به نیروی شکل دهی کمتری نیاز است و در عین حال تغییرات ضخامت کمتری به همراه دارد. هم چنین، شکل دهی نیمکرههای بدون دنباله ی استوانهای در ضخامتهای بالاتر از یک سانتی متر سالم و عاری از چینخوردگی خواهد بود.کلیدواژگان: تحلیل المان محدود، کلاهک نیم کروی، کشش عمیق داغ، قالب تراتریکس، قالب تراتریکس تقریبی
-
صفحات 89-101
در این مقاله، با استفاده از روش تحلیل هموتوپی، یک حل تحلیلی برای ارتعاشات آزاد غیرخطی میکرولوله های متخلخل مدرج تابعی حامل جریان سیال ارایه شده است. معادلات حرکت بر اساس تیوری تیر اویلر-برنولی، تیوری تنش کوپل اصلاح شده و با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی نوشته شده اند. فرض می شود که میکرولوله متخلخل بوده و توزیع تخلخل در آن به سه صورت توزیع یکنواخت، توزیع غیریکنواخت متقارن، و توزیع غیریکنواخت نامتقارن باشد. برای بدست آوردن معادلات حاکم بر حرکت، از اصل همیلتون بهره گرفته شده است. همچنین از روش گالرکین برای تبدیل معادلات پاره ای به معادلات دیفرانسیل معمولی استفاده شده است. درنهایت، با درنظر گرفتن شرایط مرزی تکیه گاه ساده ثابت و استفاده از روش تحلیل هموتوپی، به حل تحلیلی معادلات حاکمه پرداخته شده است. پاسخ بدست آمده از این روش با روش عددی رانگه-کوتا راستی آزمایی شده است که نشان می دهد روش تحلیل هموتوپی با در نظر گرفتن دو جمله از سری تیلور، دقت مناسبی دارد. نتایج نشان دادند که از بین طرح های توزیع تخلخل پیشنهادی در میکرولوله، طرح توزیع غیریکنواخت نامتقارن مناسب ترین است، زیرا میکرولوله در سرعت سیال بالاتری ناپایدار می شود.
کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، میکرولوله حامل جریان سیال، مواد مدرج تابعی متخلخل، تئوری تنش کوپل اصلاح شده، روش تحلیل هموتوپی -
صفحات 103-120در مقاله حاضر الگوریتم طراحی پیکره هواایست تاکتیکی در فاز طراحی مفهومی توسعه داده شده است. هواایست تاکتیکی به عنوان یک گام میانی برای بالن استراتوسفری است. الگوریتم توسعه داده شده، دارای چهار حلقه ی مجزا است و با استفاده از آن پارامترهای مهم طراحی و عملیاتی بالن مقید نظیر ابعاد بالن، شکل و ساختار دم ها، بودجه بندی جرمی اجزای بالن، درصد بالونت، جنس مواد، تنش وارد بر پوسته بالن، کشش افسار در وینچ، حاشیه پایداری استاتیکی، زاویه حمله، میزان عقب رفت بالن، طول افسار، پروفیل افسار، مکان نقطه ی گیرش و بسیاری از پارامترهای دیگر تعیین می شود. چرخه ی طراحی ارایه شده، با توجه به الزامات ورودی، برای یک بالن انجام شده و نتایج مربوط به طراحی ارایه شده است. به منظور بهینه سازی طراحی دم بالن مقید، از روش طراحی آزمایش تاگوچی و ماتریس آرایه های متعامد (45) L16 استفاده شده است. با استفاده از این روش 16 دم مختلف طراحی و اثر آن در طراحی و میزان پایداری استاتیکی بالن بررسی شده و دم بهینه معرفی شده است. با استفاده از الگوریتم حاضر، بالن مقیدی با طول 15.7 متر طراحی شده است که قابلیت حمل محموله 40 کیلوگرمی تا ارتفاع 200 متر را داراست. در نهایت اثر پارامترهایی نظیر سرعت باد عملیاتی، مقدار جرم محموله ی بالن، محل نصب محموله و ارتفاع منطقه عملیات بالن نسبت به سطح دریا بر روی پارامترهای عملکردی نظیر زاویه حمله ی بالن، مقدار حاشیه ی پایداری استاتیکی و مقدار کشش افسار در وینچ مورد بررسی قرار گرفته است.کلیدواژگان: هواایست تاکتیکی، طراحی هواایست، بالن مقید، چرخه طراحی، ضرایب آیرودینامیک
-
صفحات 121-128پیل سوختی غشا پلیمری که با هیدروژن و هوا کار می کند و دارای راندمان و چگالی توان بالا، کارکرد در دمای پایین و قابلیت راه اندازی سریع و بدون آلایندگی می باشد، می تواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد. عملکرد سلول سوختی غشای تبادل پروتون بستگی زیادی به هندسه ، پیکربندی کانال های جریان و اندازه دارد. پژوهش حاضر یک مطالعه عددی می باشد که به بررسی عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری با تکیه بر طراحی کانال های تزریق گاز با هندسه های مختلف در حالت ناپایا پرداخته شده است. برای حل معادلات حاکم از روش دینامیک سیالات محاسباتی بهره گیری شده است. در این روش برای گسسته سازی و حل کردن معادلات از متد حجم محدود استفاده می شود. هندسه های مختلفی که برای این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته که شامل شبه مارپیچی (مدلA)، موازی (مدلB) و پینی (مدلC) می باشد که ابعاد آن ها با مدل پایه مارپیچی شکل یکسان است. با استفاده از شبیه سازی دینامیکی مشاهده شد که بعد از گذشت حدود 70 ثانیه جریان به حالت پایدار رسید و تولید آب رفته رفته افزایش یافت. نتیجه ها نشان می دهد که مدل C نسبت به سایر مدل ها عملکرد بهتری دارد و در مقابل مدل B بدترین عملکرد را از خود نشان می دهد.کلیدواژگان: پیل سوختی غشای پلیمری، مدل سازی عددی، رفتار دینامیکی، هندسه کانال گاز
-
صفحات 129-142در مقاله حاضر، یک کمپرسور تک واحده دوطرفه با مکانیزمی جدید در انتقال توان از نوع نیم چرخ دنده و شانه ای ساخته شده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در این ساختار، دو پیستون در وضعیت مخالف یکدیگر جهت تولید هوای فشرده پیش بینی شده است، لذا در هر چرخش محور خروجی، دو کورس تولید هوای متراکم وجود دارد. در مکانیزم انتقال توان نیز از یک دنده شانه ای دوگانه و یک نیم چرخ دنده استفاده شده است، به طوری که با ورود انرژی به محور کمپرسور، نیم چرخ دنده به حرکت درآمده و منجر به حرکت خطی رفت و برگشتی دنده شانه ای و پیستون های کمپرسور می گردد. نتایج نشان می دهد که در وضعیت تجربی، مقدار انرژی مصرف شده جهت رسیدن مخزن به فشار 4 بار برابر با 6/142 کیلوژول است در حالی که حداقل کار مصرفی تیوری کمپرسور در وضعیت دما ثابت جهت رسیدن به همان فشار برابر با 5/72 کیلوژول است و این به منزله راندمان 51 درصدی این ساختار در قالب کارکرد در وضعیت کمپرسور می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد، بکارگیری حرارت از منابع تلف شده جهت افزایش فشار مخزن، از 4 بار به 5 بار، منجر به افزایش راندمان در حدود 60 درصد خواهد شد.کلیدواژگان: کمپرسور هوای فشرده دوطرفه، مکانیزم انتقال توان شانه ای، مکانیزم نیم چرخ دنده
-
Pages 1-13
In this research, the influence of hygro-thermo-magnetic fields on the dynamics of axially moving functionally graded beams is investigated by considering various porosity models. Also, parametric studies are performed to clarify the effects of rotary inertia factor, visco-Hetenyi substrate, material power index, follower force, and boundary conditions on vibration frequencies and instability threshold. The mechanical properties are graded transversely according to a power law. Different uniform and non-uniform porosity models are considered. The beam vibrates in variable moisture and humidity conditions and is under an external longitudinal magnetic field. The dynamical equation is derived based on generalized Hamilton’s principle and Rayleigh beam theory assumptions. With the aid of the Galerkin method, the eigenvalue problem is solved and frequency characteristics and instability boundaries are determined numerically. The axial velocity related to static instability is determined analytically. The results show that by increasing the porosity of the system with the first type of non-uniform porosity, the stability improves. Similar to hygro-thermal environments, the critical axial velocity decreases by increasing the power index. It is proved that the stability decreases/increases by increasing the rotary inertia factor/magnetic field. The results can be useful for the design of axially moving inhomogeneous systems in complex environments.
Keywords: Functionally graded porous materials, vibration, stability, critical axial velocity, viscoelastic medium, longitudinal motion -
Pages 15-25The application of Shape Memory Alloy (SMA) materials, which are one of the subcategories of smart materials, as an actuator has significantly increased in recent years. However, the application of SMA actuators is restricted due to their slow response and complexity resulting from the nonlinear characteristics of these materials, such as asymmetric hysteresis and saturation. Several methods have been introduced to model these actuators. One of the most powerful and well-known structures for modeling systems with hysteresis behavior is the Generalized Prandtl-Ishlinskii (GPI) model, which is widely used to control these actuators due to its analytical inverse. The current research investigates the reduction of the response time of a micro-positioning platform with two mutual actuators. Based on the obtained experimental results, an experimental-based model using the GPI model was identified. By extracting the inverse of this identified model and implementing it into the input of the system, the issue of removing nonlinear characteristics and linearizing the system was considered for controller design. The results showed that the GPI model properly described the nonlinear behavior of the system despite the complexity caused by the interaction of two mutual actuators. However, identifying a comprehensive model to accurately describe the SMA actuator requires great effort.Keywords: System Identification, Shape Memory Alloy Actuator, Micropositioning Stage, Generalized Prandtl-Ishlinskii Model, Smart Materials
-
Pages 27-39
One of the applications of optimization methods is solving the inverse problems of identifying internal boundaries, estimating the mechanical properties of materials and etc. In most of the articles, due to the simplicity of the relationships, the cases where the material is a homogeneous body have been considered, But in industry, when two molten material are combined together, there is a possibility that the resulting material is non-homogeneous material.In this article, identifying the geometry of the irregular internal boundaries between three materials and estimating the mechanical properties is presented. The intermediate material has a variable modulus of elasticity. This problem has been studied by combining three methods of colonial competition algorithm, simplex and conjugated gradian method along with the numerical method of Boundary Elements Method. The effect of the type and hardness of the constituent materials of the non-homogeneous body and the effect of the geometry and position of the internal boudaries on the convergence have been investigated. The obtained results indicate the power and ability of the presented method to estimate unknown parameters.
Keywords: Elements Method (BEM), Imperialist Competitive Algorithm (ICA), Optimization, Non- homogeneous body, variable modulus of elasticity -
Pages 41-54Nowadays, composite panels are widely used in various industries, and the study of the behavior of these panels under acoustic vibrations is one of the important cases in engineering analysis. Also, the effects of incidence and azimuthal angles and Mach number are investigated and the calculated critical frequency and sound transmission loss are validated with other works. The results show that the critical and coincidence frequencies and sound transmission loss are influenced by factors such as the orthotropic behavior of the panel and its thickness, incidence and azimuthal angles, sound wave Mach number, and transverse shear flexibility. Based on the resulting graphs, increasing the incidence and azimuthal angles causes the enhancement of the critical frequency and sound transmission loss, while the orthotropic parameter has the opposite effect. On the other hand, increasing the Mach number and decreasing the thickness of the panel reduces the sound transmission loss and increases the critical frequency of the panel. Also, with the increase of the transverse shear flexibility of the panel, the critical frequency is increased. The trends of coincidence frequency changes are also similar to the mentioned trends of critical frequency with respect to the effective parameters except for the incidence angle. According to the presented results, the coincidence frequency of the panel, unlike the critical frequency, decreases with the increase of the incidence angle.Keywords: Sound Transmission Loss, Critical Frequency, Coincidence Frequency, Incidence Angle, Azimuthal Angle
-
Pages 55-67
The use of cold rolling, is one of the methods of producing multilayer clad sheets. The advantages of this method over other methods of producing multilayer clad sheets have led to its widespread use in recent years. Existence of several parameters affecting the mechanical properties and bond strength of multilayer sheets produced by cold roll bonding, has made research in this field important. In this paper, using experimental method, the effect of several effective parameters such as temperature and time of thermal operation and type of sheet surface preparation on the mechanical properties of AA5456 / AA1020 / St321 three-layer sheet produced by cold rolling has been investigated. In this regard, two sanding methods including flap disc and Cylindrical Sandpaper have been used to prepare the surface of the sheets and heat treatment has been performed at three temperature levels of 310, 355 and 400 ° C for three periods of 30, 60 and 90 minutes. The results of these tests showed that the highest increase in tensile strength was obtained in the sample of heat treatment at a temperature of 400 ° C for 60 minutes and surface preparation by Cylindrical Sandpaper.
Keywords: Cold roll bonding, Sandwich clad sheet, Aluminum, Steel, Mechanical Properties, tensile strength -
Pages 69-87Deep drawing is a process that is usually performed in cold conditions, but there are also cases of using this process in hot conditions to reduce the forming force. The use of a blank holder in the forming process leads to an increase in the forming force and changes the thickness of the sheet, especially in the hot state, due to the increase in friction. On the other hand, omition of blank holder will cause wrinkling of the sheet due to development of periferal stresses, and this problem is aggravated by increasing the depth of drawing. In this research, the finite element analysis for forming a hemispherical head from a high strength steel sheet in the hot deep drawing process without using a blank holder is studied. Simulations are done for two types of tractrix and pseudo tractrix dies and for sheets with different thicknesses and diameters, and the results are compared with each other. The results of the analyzes show that with the increase in the thickness and diameter of the sheet, the force required by the mandrel for forming increases. In general, less forming force is required in the tractrix die and at the same time it brings less thickness changes. Furthermore, the formation of hemispherical objects lacking cylindrical tiles in thicknesses higher than one centimeter will be healthy and free of wrinkles.Keywords: Finite Element Analysis, Hemispherical Head, Hot Deep Drawing, Tractrix Die, Pseudo Tractrix Die
-
Pages 89-101
In this paper, using homotopy analysis method, an analytical solution for the nonlinear free vibrations of the functionally graded porous micropipes conveying fluid flow is presented. The equations of motion are obtained based on Euler-Bernoulli beam theory and modified couple stress theory with consideration of geometric nonlinearity. It is assumed that the micropipe is porous and the porosity distribution is in three forms; uniform, non-uniform symmetric, and non-uniform asymmetric distributions. The Hamilton principle is used to obtain the governing equations of motion. Also, the Galerkin method is used to convert partial differential equations to ordinary differential equations. Finally, by considering immoveable simply-supported boundary conditions and using the homotopy analysis method, the analytical solution for the governing equations is performed. The results obtained from this method has been verified by the Runge-Kutta numerical method which shows that the homotopy analysis method has good accuracy by considering two terms of the Taylor series. The results showed that between the proposed porosity distribution schemes in the micropipe, the non-uniform asymmetric distribution pattern is the most suitable, because the microtube becomes unstable at a higher fluid velocity.
Keywords: Nonlinear vibrations, Micropipe Conveying Fluid, Functionally graded porous materials, modified couple stress theory, Homotopy Analysis Method -
Pages 103-120In this paper, an algorithm for the conceptual design of the aerostat is developed. This tactical aerostat is an intermediate step for stratospheric high altitude platforms. In the presented algorithm, the design and operational parameters of the aerostat such as geometry and dimension of the aerostat hull, shape and configuration of the tails, the mass budget of the balloon components, ballonet percentage, fabrics materials, stress of hull fabric, tether tension at the winch, static margin, angle of attack, blow by, tether length, tether profile, the confluence point position, etc. are determined via 4 distinguished loops. In addition, an aerostat is designed for the special given requirements using this algorithm, and the results are prepared in the paper. Furthermore, to optimize the tail sizing, the Taguchi orthogonal array L16 (45) is used. 16 different tails are designed and the static stability of the aerostat is analyzed using these tails and the final optimum geometry of the tail is introduced. Finally, the influence of the wind velocity, payload mass, payload position, and the operational height above mean sea level on the operational parameters of the aerostat are explored.Keywords: Tactical Aerostat, Aerostat Design, Tethered Balloon, Design algorithm, Aerodynamic coefficient
-
Pages 121-128The polymer membrane fuel cell, which works with hydrogen and air and has high efficiency and power density, low-temperature operation, and the ability to start quickly and without pollution, can be a good alternative to fossil fuels. The performance of a proton exchange membrane fuel cell is highly dependent on the geometry, flow channel configuration, and size. In the current research, which is a numerical study, the performance of the polymer membrane fuel cell has been investigated by relying on the design of gas injection channels with different geometries in an unsteady state. The computational fluid dynamics method has been used to solve the governing equations. In this method, the finite volume method is used to discretize and solve the equations. Different geometries have been used for this research, including pseudo-spiral (model A), parallel (model B), and pin (model C), whose dimensions are the same as the spiral base model. Using dynamic simulation, it was observed that after about 70 seconds, the flow reached a stable state, and water production gradually increased. The results show that model C performs better than other models, and model B shows the worst performance.Keywords: Polymer Membrane Fuel Cell, Numerical Modeling, Dynamic Behavior, Gas Channel Geometry
-
Pages 129-142In this paper, a bidirectional single unit air compressor equipped with two reciprocating pistons and operating with a new mechanism of semi gear and rack type in power transmission has been made, developed and analyzed. In this structure, there are two reciprocating pistons in two opposite positions to produce compressed air, therefore, there are two compressed air strock in each rotation of the output shaft. In the power transmission mechanism, a rack gear and a semi gear have been used, so that The rotation of the compressor shaft causes the rotation of the semi gear and finally, the reciprocating movement of the rack and the pistons. The results show that in the experimental situation, the amount of energy consumed to reach the tank pressure of 4 bar is equal to 142.6 kJ, while the minimum theoretical work of the compressor in the isotherm state to reach the same pressure is equal to 72.5 kJ and this represents 51% efficiency of this structure in the form of working in compressor mode. Also, the results show that using heat from waste sources to increase the tank pressure from 4 bar to 5 bar will lead to an increase in efficiency of about 60 percent.Keywords: Bidirectional air compressor, Rack transfer mechanism, Semi gear mechanism