فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 149 (خرداد و تیر 1402)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 149 (خرداد و تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد سلطانی تاج آبادی، حسن حاج عبدالهی، محمد شفیعی صفحات 3-21

    هدف از انجام این پژوهش، بهینه سازی ترمودینامیکی اقتصادی، کالکتور خورشیدی صفحه تخت و بررسی انتقال حرارت گذرا است. بطوریکه برای بدترین شرایط از نظر تشعشع، مدل سازی و بهینه سازی انجام می شود. روش پژوهش در این مقاله،  بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه (NSGA-II)  می باشد که با نرم افزار متلب انجام شده است. اجزا اصلی توابع هدف ، قیود و متغیرهای طراحی می باشدکه توابع هدف بازده کالکتور و قیمت کل سالانه می باشد. نتایج نشان می دهد، تاثیر افزایش طول کالکتور بر بازده ترمودینامیکی و قیمت کل سالانه با افزایش طول، بازده کاهش و قیمت کل سالانه افزایش می یابد. علاوه بر این با افزایش عرض کالکتور، بازده ترمودینامیکی اول افزایش و سپس کاهش می یابد و قیمت کل سالانه زیاد می شود. همچنین با افزایش تعداد لوله ها، قیمت کل سالانه کاهش می یابد و بازده ترمودینامیکی اول افزایش، سپس کاهش می یابد. مقایسه ای میان نمودارهای بازده انرژی، اگسرژی و قیمت کل سالانه برای چهار روز متفاوت انجام شده است.

    کلیدواژگان: جبهه بهینه پارتو، تشعشع دریافتی، متغیر طراحی، بازده ترمودینامیکی، قیمت کل سالانه
  • طیبه اکبری، الهام شهابی قهفرخی، امین میرزایی صفحات 22-30

    پایش سلامت سازه ‏‏ای روشی است که در آن سلامت سازه ‏‏ای به صورت زنده و برخط رصد می‏ شود تا خرابی‏ ها پیش از رسیدن به شکست فاجعه آمیز تشخیص داده شوند. در چندلایه‏ های کامپوزیتی فرایند ساخت لایه به لایه این امکان را فراهم می کند تا با جاسازی حسگر کرنش در بین لایه ‏ها، قطعات نسبت به بارهای وارده هوشمند شده و اطلاعاتی از وضعیت تنش درون سازه ‏‏ای قابل مشاهده گردد. نوآوری مقاله حاضر به کارگیری سیستم پایش سلامت برای سازه ‏های ساندویچی با هسته مشبک است به گونه ای که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. برای این منظور در حین ساخت نمونه، کرنش‏ سنجی در محل اتصال هسته به پوسته جاسازی شده است تا حالت شکست رایج در این نوع سازه یعنی جدا شدن پوسته از هسته مورد پایش قرار گیرد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می ‏دهد که هوشمند سازی پنل ساندویچی و پایش وضعیت آن با روش حاضر در حیطه الاستیک و در بارگذاری‏ های شبه استاتیکی با دقت خوبی امکان ‏پذیر است. خارج از حیطه الاستیک، داده ‏های حاصل از کرنش‏سنج عمدتا متاثر از شکست و آسیب در نزدیکی محل کاشت کرنش‏ سنج است.

    کلیدواژگان: پنل های ساندویچی، هوشمند سازی، پایش سلامت سازه ای، کاشت کرنش سنج
  • زهرا منصوری، میترا یادگاری دهکردی، عبدالامیر بک خوشنویس صفحات 31-45

    بررسی جریان حول سیلندر دایروی از مسایل کلاسیک مکانیک سیالات به شمار می رود. نیرو های ناپایدار تشکیل شده در پشت سیلندر، ناشی از گردابه های جدا شده از سطح آن است. کنترل شدت ریزش گردابه ها منجر به کنترل شدت نیرو های ناشی از گردابه ها می شود. یکی از نمونه تجهیزاتی که در کاهش نوسانات ناشی از گردابه ها مورد استفاده قرار می گیرد، سیم اغتشاش ساز می باشد. لذا در پژوهش حاضر، سرعت های نوسانی، تنش برشی رینولدز و ضریب پسا حول سیلندر دایروی همراه با سیم اغتشاش ساز در اعداد رینولدز 3900 و 13692 و 27383 بررسی شد. بدین منظور قطر سیلندر مورد پژوهش 20 میلی متر و قطر سیم های اغتشاش ساز نصب شده 25/0، 5/0، 75/0، 1 و 5/1 میلی متر می باشد. سیم های اغتشاش ساز در موقعیت های 140± و40  θ= ±درجه نصب شده اند. نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از سیم اغتشاش ساز با قطر 25/0 میلی متر منجر به کاهش 68%، 50% و 55% سرعت های نوسانی   و کاهش 85% تنش برشی رینولدز نسبت به سیلندر صاف می شود. همچنین وجود پیک در نمودارهای سرعت نوسانی بیانگر وجود گردابه های بزرگ در پشت سیلندر می باشد. تنش برشی رینولدز  با قطر سیم اغتشاش ساز رابطه مستقیم دارد.

    کلیدواژگان: سیلندر دایروی، سیم اغتشاش ساز، تنش برشی رینولدز، ضریب پسا، سرعت نوسانی
  • آیدین سلیمی اصل، اسماعیل صیدی، بهنام فرج پور صفحات 46-56

    با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریت- پرلیتی در کاربردهای صنعتی، بهینه سازی خواص آن ها یکی از موضوعات مهم تحقیقات در این حوزه است. بر این اساس بهبود ریزساختار نهایی آن ها که منجر به بهبود خواص مکانیکی می گردد، ضروری است. استفاده از بعضی فرآیندهای تولید همچون نورد می تواند سبب بهبود ریز ساختار و در نتیجه خواص مکانیکی محصولات گردد. در این تحقیق عملیات نورد گرم و کوینچ در دو محیط مختلف بر روی CK45 انجام شد. نمونه ها در دماهای مختلف و در سرعت های غلتک متفاوت، تحت کرنش های یکسان قرار گرفته و سپس در دو محیط مختلف آب یخ و هوا تا دمای هوای اتاق به سرعت سرد شدند. در نهایت ریزساختار نهایی آن ها با استفاده از میکروسکوپ نوری، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که در فرآیندهای نورد گرم در دماهای بالای 850 درجه سانتی گراد، ریزساختار پس از نورد و خنک شدن در آب یخ همواره به صورت مارتنزیتی بوده که با افزایش دما این ساختار ریزتر می شود. در نمونه های هوا سرد شده در سرعت ثابت، با افزایش دما، مدت زمان کافی برای رشد و تشکیل شبکه پیوسته از فاز فریت در قطعه وجود داشته و بنابراین نمونه در دماهای بالاتر به حالت قبل از نورد بر می گردد. اما در دماهای پایین و سرعت بالاتر، به دلیل نرخ کرنش بالا، ماده مدت زمان کافی برای بازیابی و تشکیل فاز شبکه -ای فریت نداشته و تنها فریت در جهات نورد تشکیل می گردد.

    کلیدواژگان: نورد گرم، ریزساختار، پارامترهای نورد، CK45، فولادهای فریتی - پرلیتی
  • محمد خوران، عیسی خوران، نوید صفرپور صفحات 57-65

    در صنعت برای سخت کاری سطحی راهنماها به کمک روش جوشکاری از سیم جوش MF-10-60-GRZ طبق استاندارد DIN8555 استفاده می گردد. در جوش های ایجاد شده توسط این سیم جوش، ترک هایی به نام ترک های آزاد سازی تنش و یا ترک چک دیده می شود. وجود ترک طولی بیش از استاندارد منجر به بازسازی و یا رد شدن قطعه می گردد. هدف این مقاله، بررسی راهکارهای مختلف انجام شده جهت حذف ترک های طولی ایجاد شده در هنگام سخت کاری سطحی است. در این پژوهش از روش های جوشکاری با سیم جوش توپودری خود محافظ و زیرپودری استفاده گردید. نتایج سخت کاری سطحی با روش های مختلف نشان داد که هیچ راه عملی برای لایه نشانی این ماده برای رسیدن به لایه سخت شده 15میلیمتری وجود ندارد و تنها راه قابل اطمینان این است که در بین لایه های سخت ایجاد شده (که از جنس چدن پرآلیاژ هستند)، از لایه های فولاد نرم کم کربن (فلز جوش رسوب داده شده با استفاده از ER70s-6) استفاده شود.

    کلیدواژگان: سخت کاری سطحی، ترک طولی، ترک آزادسازی تنش، تکنیک لایه به لایه، سیم جوشMF-10-60-GRZ
  • ناصر بهارلو هوره، سید عرفان سخنگوی صفحات 66-80

    در این تحقیق با مرور بر بیش از 50 مقاله معتبر و به روز بین المللی، مزایا و چالش های خودرو پیل سوختی، بیان گردیده است. همچنین ضمن ارایه آخرین آمار از بازار خودروهای پیل سوختی در دنیا، راهکارهای کشورهای مختلف جهت رفع چالش ها و توسعه این خودروها و نیز پیش بینی آینده آن ها عنوان گردیده است. بسیاری از کشورها سال های 2030 الی 2050 را به عنوان شروع ممنوعیت فروش خودروهای احتراق داخلی اعلام کرده اند. یکی از چالش های مهم خودرو پیل سوختی تولید هیدروژن است. طبق گزارش اتحادیه اروپا هزینه متوسط تولید هیدروژن از سوخت فسیلی 8/1 دلار به کیلوگرم است در حالیکه هزینه تولید هیدروژن از انرژی های تجدیدپذیر بین 3 تا 6/6 دلار بر کیلوگرم است. با کاهش هزینه تولید هیدروژن از طریق استفاده از انرژی های تجدید پذیر، می توان به هدف ایده آل هزینه پایین و آلایندگی کم دست پیدا کرد، به نحوی که طبق نقشه راه آژانس بین المللی انرژی (IEA) در سال 2050 هزینه خودروهای پیل سوختی بسیار نزدیک به خودروهای بنزینی خواهد بود و سهم بازار خودرو پیل سوختی در حدود 17 درصد خواهد بود. هم اکنون تخصیص یارانه های دولتی بسیار پر رنگ است. برای مثال می توان به تخفیف 65 درصدی در کالیفرنیا برای فروش تویوتا Mirai و تخفیف 50 درصدی در کره جنوبی برای فروش هیوندای NEXO اشاره کرد.

    کلیدواژگان: خودرو الکتریکی، خودرو پیل سوختی، تولید هیدروژن، پیل سوختی غشاپلیمری، هزینه، یارانه، آلایندگی
|
  • MohammadJavad Soltani Tajabadi, Hassan Hajabdollahi*, Mohammad Shafiei Pages 3-21

    The purpose of this research is economic thermodynamic optimization of flat plate solar collector and investigation of transient heat transfer. In this way, modeling and optimization are done for the worst conditions in terms of radiation. The research method in this article is optimization with the help of multi-objective genetic algorithm (NSGA-2) which is done with MATLAB software. The main components are the objective functions, constraints and design variables, which are the objective functions of collector efficiency and annual total price. As the results, the effect of increasing the length of the collector on the thermodynamic efficiency and the total annual price, which shows that with the increase in length, the efficiency decreases and the total annual price increases. In addition, with the increase in the width of the collector, the thermodynamic efficiency first increases and then decreases. and the total annual price increases. Also, with the increase in the number of pipes, the total annual price decreases and the thermodynamic efficiency first increases and then decreases. It is done on four different days.

    Keywords: Pareto optimal front, Received radiation, Design variable, Thermodynamicefficiency, Annual total price
  • Tayebeh Akbari, Elham Shahabi Ghahfarokhi*, Amin Mirzaei Pages 22-30

    Structural Health Monitoring (SHM) is a method in which the structural health is monitored in order to detect damages before catastrophic failure. In composite laminates, the layer-by-layer fabrication process makes it possible to embed strain sensors between the layers to make the part intelligent with respect to the incoming loads and to obtain information about the stress state inside the structure. The innovation of the present article is to use the health monitoring system for sandwich structures with lattice core in such a way that it would be economical. For this purpose, during the construction of the sample, a strain gauge is embedded between the core and the shell to monitor the common failure mode in this type of structure, i.e. the delamination of the shell from the core. The results of this research show that it is possible to make the sandwich panel smart and monitor its health using the present method in the elastic range and in quasi-static loading with good accuracy. Outside of the elastic range, the data obtained from the strain gauge is mainly affected by the damage and failure near the strain gauge.

    Keywords: Sandwich panels, Smartening, Structural Health Monitoring (SHM), Embeddedstrain gauge
  • Zahra Mansouri, Mitra Yadegari, Abdolamir BakKhoshnevis* Pages 31-45

    Investigating the flow around a circular cylinder is one of the classical problems of fluid mechanics. Unsteady forces formed behind the cylinder are caused by vortices separated from its surface. Controlling the intensity of vortex shedding leads to controlling the intensity of forces caused by vortices. One of equipment that is used to reduce fluctuations caused by vortices is trip wires. Therefore, in the present study, the fluctuating velocities, Reynolds shear stress and drag coefficient around the circular cylinder with the trip wire have been investigated at different Reynolds numbers. For this purpose, the diameter of the circular cylinder is 20 mm and the diameter of the installed trip wires is 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5 mm. Trip wires are installed at θ=±40 and ±140 positions. The results show that the use of trip wires with a diameter of 0.25mm causes a decrease of 68%, 50% and 55% of fluctuating velocities (u', v', w') and a decrease of 85% Reynolds shear stress compared to the smooth cylinder. Also, the presence of a peak in the fluctuating velocity indicates the presence of large vortices behind the cylinder. Reynolds shear stress has a direct relationship with the diameter of the trip wire.

    Keywords: Circular Cylinder, Trip Wire, Reynolds Shear Stress, Drag Coefficient, Fluctuating Velocity
  • Aydin Salimiasl*, Esmaeil Seidy, Behnam Farajpoor Pages 46-56

    Optimization of Ferritic-pearlitic steel properties is one of the most important aims of the researchers in this study branch due to increasing use of these steels in industry applications.Therefore, improving their final microstructure is necessary to enhance the level of the mechanical properties. On the other hand, employing some manufacturing methods such as rolling can improve the microstructure and the mechanical properties in turn. In this research, the hot rolling operation and quenching in two different environments was carried out on CK45 steel. The samples were rolled in different temperatures and different rotational speeds of work-rolls under the same reduction percentage. They were then quickly cooled down in room atmosphere and cold water and the final microstructure was examined using of optical microscope. The results show that in hot rolling process, over 850○C temperatures, the microstructure is always in the form of martensite phase after rolling and cooling in cold water and the microstructure gets smaller even with increasing the temperatures. About the samples which are cooled in room atmosphere and with increasing the temperature, there is enough time for growth and forming continuous background of ferrite phase’s in the sample, so the samples return to their before rolling state. However, in low temperatures and high speeds, because of high strain rate, material has not enough time for retrieving and forming ferrite phase and the ferrite phase is formed only in rolling direction.

    Keywords: Hot rolling, Microstructure, Rolling parameters, CK45, Ferritic-pearlitic steels
  • Mohammad Khoran*, Navid safarpour Pages 57-65

    In the industry, MF-10-60-GRZ welding wire is used according to DIN8555 standard for surface hardening of the guides with the welding method. Cracks called stress release cracks or check cracks can be observed in the welds that have been created by this welding wire. The existence of a longitudinal crack more than the standard leads to reconstructions or rejection of the part. The purpose of this article is to review the various solutions used to remove longitudinal cracks created during surface hardening. In this research, the methods of Submerged Arc Welding (SAW) and Flux Cored Arc Welding (FCAW) were used. The results of surface hardening with different methods showed that there is no practical way to reach a hardened layer of 15 mm, and the only reliable way is to create the low-carbon steel layers (welded metal deposited using ER70s-6) between the hard layers (high-alloy cast iron).

    Keywords: Surface hardening, Longitudinal cracks, Stress relieving cracks, Layer weldingtechnique, MF-10-60-GP welding wire
  • Nasser Baharlou Houreh*, Seyed ErfanSokhangouy Pages 66-80

    In this research, by reviewing more than 50 authentic and up-to-date international articles, the advantages and challenges of fuel cell cars have been stated. Also, while presenting the latest statistics of the fuel cell car market in the world, the solutions of different countries to solve the challenges and development of these cars, as well as predicting their future, have been mentioned. Many countries have announced the years 2030 to 2050 as the beginning of banning the sale of internal combustion vehicles. One of the important challenges of the fuel cell car is hydrogen production. According to the European Union report, the average cost of producing hydrogen from fossil fuel is 1.8 dollars per kilogram, while the cost of producing hydrogen from renewable energy is between 3 and 6.6 dollars per kilogram. By reducing the cost of hydrogen production through the use of renewable energies, the ideal goal of low cost and low emissions can be achieved, so that according to the roadmap of the International Energy Agency (IEA) in 2050, the cost of fuel cell vehicles will be very close to gasoline cars and the market share of fuel cell cars will be around 17%. Currently, the allocation of government subsidies is very colorful. For example, we can mention a 65% discount in California for the sale of Toyota Mirai and a 50% discount in South Korea for the sale of Hyundai NEXO.

    Keywords: Electric vehicle, Fuel cell vehicle, Hydrogen production, Polymer membrane fuelcell, Cost, Subsidy, Pollution