فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال سیزدهم شماره 3 (امرداد و شهریور 1402)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال سیزدهم شماره 3 (امرداد و شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • الیاس میرزایی کاخکی*، جلیل رضایی پژند صفحات 1-16
    یکی از مسایل حایز اهمیت که همواره در زمینه مدل سازی و تحلیل مسایل مهندسی مورد توجه ویژه قرار گرفته است، تعادل میان دقت و هزینه محاسباتی روش بکار گرفته شده می باشد. لذا، مسیله مدل سازی انتشار موج در سازه ها و ارایه منحنی های پراکنش مربوطه، که در زمینه پایش سلامت سازه و شناسایی خواص مواد به کار گرفته می شود، نیز از این اصل مستثنی نمی باشد. اهمیت حفظ این تعادل به ویژه در مواردی که نیاز به تکرار در مدلسازی وجود دارد نمود پیدا می کند. در مقاله حاضر سعی بر آن شده است که با بکارگیری توابع شکل سلسله مراتبی در روش نیمه تحلیلی المان محدود و ایجاد روشی همانند روش المان محدود نوع پی، دقت و هزینه محاسباتی این روش را افزایش داد. علاوه بر روش ارایه شده تاثیر درجات آزادی مدلسازی در محاسبه فرکانس قطع، و به طبع آن دقت منحنی های پراکنش و افزایش خطای مدلسازی ناشی از آن پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: روش نیمه تحلیلی المان محدود، روابط پراکنش، موج هدایت شده، فرکانس قطع
  • مصطفی محمودی*، جاماسب پیرکندی، داود پورعبدالله صفحات 17-27

    در این مقاله میدان جریان آکوستیکی جت خروجی پرتابه برای یک مدل نمونه مشخص بررسی شده است.در حین پرتاب یک پرتابه، سطوح فشار آکوستیکی شدیدی در اطراف آن به وجود می آید. از این رو شناسایی و تحلیل بارهای آکوستیکی جهت ملاحظات برای پرتابه ها حایز اهمیت می باشد. در این پژوهش، برای محاسبات سطوح فشار آکوستیکی و پیش بینی نویز در خروجی جت پرتابه، با استفاده از معادلات مطرح شده توسط روش الدرد و با بهره گیری از نرم افزار متلب تهیه الگوریتم و کد مناسب برای محاسبات بار آکوستیکی صورت گرفته است. برای مدل سازی هندسه و تحلیل پرتابه در پژوهش حاضر، یک نمونه پرتابه آزمایشگاهی که به صورت تجربی و از نظر آکوستیکی بررسی شده، به کار رفته است. پارامترهای موثر در بار آکوستیکی شناسایی شده و تاثیر آن ها روی میزان سطح فشار آکوستیکی پرتابه بررسی شده و نمودارهای سطح فشار صوتی در محدوده فرکانس معین و کانتورهای آن در میدان هندسی اطراف پرتابه به دست آمده است. از جمله این عوامل، شیب هدایت کننده جریان خروجی نازل و نسبت فاصله جت نازل از سکوی پرتاب به قطر نازل می باشد.

    کلیدواژگان: جت پرتابه، سطح فشار آکوستیکی، الگوریتم محاسباتی، شیب هدایت کننده، نسبت فاصله به قطر نازل
  • پیام ورشوی جاغرق*، مهدی طالع ماسوله، مهدی کریمی، فاطمه پورکریمان صفحات 29-43
    در این مقاله، با تلفیق آنالیز بازه‏ای با دو روش مختلف پالایش، به ارایه دو الگوریتم برای محاسبه فضای کاری ربات موازی با در نظر گرفتن محدودیت حرکت مفاصل فعال پرداخته می شود. در این روش‏ها، ابتدا بر پایه استفاده از مختصات مفاصل و قیود هندسی حاکم بر زنجیره های سینماتیکی ربات موازی، عبارت‏های سینماتیکی زنجیره‏ها محاسبه می‏شوند. در ادامه با استفاده از تلفیق مفاهیم آنالیز بازه ای با دو الگوریتم پالایش به نام‏های فرم مقدار میانگین و فرم شیب، به ارایه دو روش‏ برای محاسبه فضای کاری ربات موازی پرداخته می‏شود. دو روش پیشنهاد شده و روش عمومی آنالیز بازه‏ای بدون پالایش، بر روی ربات موازی سه درجه آزادی صفحه ای 3RRR اعمال و فضاهای کاری جهت ثابت آن‏ها به ازای محدودیت‏های مختلف حرکت مفاصل فعال بدست می‏آیند. برای اعتبارسنجی نتایج، فضای کاری ربات موازی 3RRR با استفاده از روش هندسی نیز محاسبه و نشان داده می‏شود که در صورت استفاده از پالایش در آنالیز بازه‏ای، فضای کاری ربات موازی کاملا مطابق با روش هندسی حاصل می‏گردد.
    کلیدواژگان: ربات موازی 3RRR، فضای کاری، محدودیت حرکت مفاصل، آنالیز بازه ای، عملیات پالایش
  • وحید مدانلو* صفحات 45-53
    انتخاب جنس مناسب در ساخت وسایل نقلیه ریلی سبک وزن با توجه به مواد مهندسی موجود امری پیچیده و حایز اهمیت می باشد. در این مقاله با استفاده از تکنیک تصمیم گیری با معیارهای چندگانه، جنس مناسب برای ساخت واگن های قطار انتخاب شده است. شش ماده مهندسی شامل فولاد DP600، فولاد TRIP700، فولاد TWIP، آلومینیوم 6005-T6، آلومینیوم 6082-T6 و آلومینیوم متخلخل با سلول بسته به عنوان گزینه های مهندسی در نظر گرفته شدند. همچنین چگالی، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، نسبت استحکام تسلیم به استحکام کششی نهایی، مدول یانگ، هزینه و مقاومت به خوردگی به عنوان معیارهای انتخاب مواد در نظر گرفته شدند. برای انتخاب بهترین ماده با توجه به معیارهای مذکور، از روش تصمیم گیری چندمعیاره MOORA استفاده شد. با وزن دهی معیارها و انجام تحلیل، مشخص شد که فولاد TWIP و آلومینیوم 6082-T6 به عنوان بهترین گزینه ها و همچنین فوم آلومینیوم و فولاد DP600 به عنوان بدترین گزینه ها انتخاب شدند. فولاد TWIP که دارای بیشترین استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی در بین تمام گزینه ها می باشد در مجموع و با در نظر گرفتن همزمان همه معیارها به عنوان بهترین ماده انتخاب شد. به علاوه آلومینیوم 6082-T6 با توجه به نسبت استحکام تسلیم به استحکام کششی نهایی بالا (88/0) و نیز چگالی کمتر و مقاومت به خوردگی بیشتر نسبت به مواد فولادی به عنوان دومین گزینه مناسب انتخاب شد.
    کلیدواژگان: ماده سبک وزن، سازه های ریلی، تصمیم گیری چندمعیاره، بهترین انتخاب
  • رضا ابراهیمی* صفحات 55-66
    کاربردهای مهندسی زیادی از لوله ها در مقیاس های مختلف برای حمل سیال وجود دارد. در این مطالعه، مشخصات دینامیکی یک لوله دوار حامل سیال قایم مجهز به وصله های پیزوالکتریک، تحلیل شده است. بر اساس تیوری تیر اویلر - برنولی، با استفاده از اصل همیلتون، معادلات حاکم بر حرکت سیستم استخراج شده اند. در این معادلات، کوپلینگ ژیروسکوپی، کوپلینگ الکترومکانیکی و اثرات گرانشی در نظر گرفته شده اند. روش گالرکین برای گسسته سازی معادلات حرکت، به کار گرفته شده است. نتایج عددی برای پیشبینی اثرات پارامترهای زاویه قرارگیری لایه پیزوالکتریک، سرعت دورانی، طول لوله و سرعت جریان روی پاسخ نابالانسی سیستم بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد که بسته به مقدار فرکانس تحریک، دامنه ارتعاشات می تواند با افزایش زاویه قرارگیری لایه پیزوالکتریک، کاهش یا افزایش یابد. نتایج این تحقیق می تواند در طراحی لوله پیزوالکتریک و پیشبینی های عملکردی برای کنترل ارتعاشات و کاربردهای برداشت کننده های انرژی در آینده استفاده شود.
    کلیدواژگان: لوله دوار، پیکربندی قائم، پیزوالکتریک، برهم کنش سیال-سازه، ارتعاشات
  • علی شاهینی، احمد گنجعلی*، ابوذر میرزاخانی صفحات 67-84
    در این پژوهش، به بررسی کارایی برآورد خطا مبتنی بر دو روش بازیافت تنش تعادل وصله ها و نقاط فوق همگرا در هدایت حل تطبیقی مسایل غیرخطی به روش ایزوژیومتریک، پرداخته شده است. همچنین با تحلیل مسایل الاستوپلاستیک مبتنی بر خواص مصالح و حل تطبیقی به روش گرادیان حرارتی، روند بهبود تنش مورد بررسی قرار گرفته است. نحوه عملکرد حل تطبیقی این پژوهش بر مبنای حرکت دهی نقاط کنترلی است و در بازیافت تنش بکار گرفته شده، با در نظر گرفتن اختلاف بین سطح تنش دقیق و سطح تنش بدست آمده از تحلیل ایزوژیومتریک برای هر المان، معیاری جهت تعیین میزان خطای موجود در آن المان بدست آمده است. بدین منظور مدلسازی دو مسیله در محدوده غیر خطی که دارای حل دقیق است، مورد توجه قرار گرفته است. نتایج نشان داده اند مجموع اختلاف نرم خطای دقیق و تقریبی در هر دو روش بازیافت تنش بکار گرفته شده بیش از 33 درصد و در جهت بهبود شبکه نقاط کنترلی است. همچنین روش تعادل وصله ها نسبت به روش مبتنی بر نقاط فوق همگرا، کارایی موثر تری را داشته که از آن می-توان به عنوان راه حلی مناسب جهت بهبود میدان تنش، بهره برد.
    کلیدواژگان: برآورد خطا، تعادل وصله ها، نقاط فوق همگرا، تحلیل ایزوژئومتریک، بهبود شبکه نقاط کنترلی
  • اردشیر محمودی نسب، علیرضا نطام آبادی*، فرزان براتی صفحات 85-96

     اثر جهت گیری و شکل وصله درسازه های ترک دار بر رفتار مکانیکی اجزا و بهینه سازی فرآیند ساخت بسیار مهم است. در این تحقیق در راستای ترمیم قطعات ترک دار تیتانیومی درجه 2 با بررسی پارامترهای طول ترک (ترک های مرکزی 1 ،2 و 3 سانتی متر) و نوع وصله از جنس مس (شکل های هندسی مستطیل، بیضی و شش ضلعی)، رفتار مکانیکی قطعات تحت بارهای شبه استاتیکی کششی مطالعه می شود. در این آزمایش اتصال وصله ها به ورق پایه تیتانیوم درجه2 به ابعاد 5/0×40×50 میلی متر مطابق با استانداردهای ASTM E 8/E 8M - 08 و ASME SA-370 بررسی می گردد. به عنوان یک ایده ی جدید وصله ها با روش دیفیوژن پیشرفته (SPS) در محدوده دمایی 850-820 درجه سانتی گراد و فشار 50-47 مگاپاسکال به ورق پایه متصل می شوند و کاربردشان در صنایع هوافضا می-باشد. به منظور بررسی کیفیت محل اتصال قطعه های ترک دار وصله شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM)) استفاده می شود. با مقایسه قطعات وصله شده تحت بارگذاری کشش استاتیکی می توان نتیجه گرفت افزایش طول ترک کاهش مقاومت قطعه را به دنبال خواهد داشت. از میان وصله های مطرح شده، وصله شش ضلعی به خاطر توزیع تنش بهتر نسبت به وصله های مستطیل و بیضی به ترتیب 0/534 و 0/691 درصد به طور میانگین در تمام طول ترک ها مقاومت بهتری را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: اتصال دیفیوژن، وصله مسی، ورق ترک دار، تیتانیوم
  • علی آقابالائی وحید*، ولی علی میرزالو صفحات 97-113

    پاسخ مکانیکی مواد کریستالی متاثر از جریان و سخت شوندگی نابجایی هاست؛ که برای توصیف آنها به عنوان مدل ماده در محاسبات اجزا محدود، پارامترهای جریان و سخت شوندگی در یک کد کریستال پلاستیسیته پیاده سازی می شوند. در این مطالعه، با ترکیب آزمون نانو فروروندگی تجربی و شبیه سازی اجزا محدود کریستال پلاستیسیته سه بعدی، پارامترهای جریان و سخت شوندگی آلیاژ آلومینیوم 1100 ‏مشخص شدند. با مقایسه منحنی های تنش-کرنش آزمون کشش تک محوری تجربی و شبیه سازی اجزا محدود کریستال پلاستیسیته سه بعدی بر روی مدل های تک کریستال و پلی کریستال، پارامترهای استخراج شده اعتبارسنجی شدند. همچنین، اثر ضریب اصطکاک در تعیین پارامترهای جریان و سخت شوندگی موردبحث قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که (‏i) پارامترهای تنش تسلیم اولیه، نرخ کرنش برشی مرجع و ‏تنش اشباع ‏به ترتیب بیش ترین همبستگی مثبت را با حداکثر بار دارند؛ (ii) منحنی بار-جابجایی به دست آمده از شبیه سازی آزمون نانو فروروندگی با پارامترهای مشخصه یابی شده ، دارای خطای نسبی 50/0% نسبت به آزمون نانو فروروندگی تجربی در حداکثر عمق فرورفتگی است؛ (iii) پارامترهای مشخصه یابی شده به طور قابل توجهی توانایی تخمین تنش تسلیم و مقاومت کشش نهایی را به ترتیب با خطای نسبی 60/2 % و 20/0 % برای مدل تک کریستال و 18/10% و 44/12% برای مدل پلی کریستال دارند. بااین حال، ضمن مدل سازی دقیق ناحیه تسلیم در مدل پلی کریستال، دقت پارامترهای مشخصه یابی شده تحت تاثیر جهت گیری مرزدانه هاست.

    کلیدواژگان: پارامترهای جریان و سخت شوندگی، روش اجزا محدود، کریستال پلاستیسیته، نانو فروروندگی، آلیاژ آلومینیوم 1100
  • سامان خسروی، مرضیه رضازاده* صفحات 115-127
    کلکتور سهموی یکی از تجهیزات متداول برای استفاده از انرژی خورشیدی است که با درجه حرارت بالا راندمان خوبی ایجاد می کند. استفاده از نانوسیال به عنوان سیال عامل می تواند باعث افزایش راندمان حرارتی سیستم می شود. در نظر گرفتن برخی ویژگیهای حرارتی نانوسیال و همچنین پارامترهای جریان برای رسیدن به حداکثر راندمان امری ضروری است. در پژوهش حاضر، انتقال حرارت جابجایی مغشوش نانوسیال درون لوله جاذب یک کلکتور سهموی شبیه سازی شده است که شار حرارتی روی دیواره آن به صورت غیریکنواخت است. از نانوسیال اکسید تیتانیوم-سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم-آب با غلظتهای 1% ،%2 ،%3 % و 4% در رینولدزهای 10000 ،20000 و 30000 استفاده شده است. با مقایسه عدد ناسلت نانوسیال اکسید تیتانیوم-سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم-آب با سیال پایه می توان نتیجه گرفت که نانوسیال عملکرد حرارتی بهتری نسبت به سیال پایه دارد. بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت نانوسیال اکسید تیتانیوم_سیلترم800 و نانوسیال اکسید آلومینیوم_آب نسبت به سیال پایه خود، به ترتیب 66% و 57% است. بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت مربوط به نانوسیال اکسید تیتانیوم_سیلترم800 در رینولدز 10000 و غلظت 4% می باشد که در این حالت شاخص معیار ارزیابی عملکرد،PEC، 93/2 می باشد. برای هر دو نانوسیال با افزایش غلظت افزایش می یابد. با افزایش عدد رینولدز PEC برای اکسید تیتانیوم_سیلترم800 کاهش و برای اکسید آلومینیوم-آب افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کلکتور سهموی، انتقال حرارت، نانوسیال، دوفازی، شار حرارتی غیر یکنواخت
  • محمدحسین شربتیان، سامان رشیدی*، مجتبی میرحسینی صفحات 129-142

    در این مقاله، به بررسی میزان تولید آب شیرین در دستگاه آب شیرین کن خورشیدی شناور با استفاده از سنگ متخلخل در فصل پاییز و بهار پرداخته می شود. در این دستگاه استفاده از شیر یک طرفه قابلیتی به این دستگاه داده است که می تواند آب دریاچه یا استخر را به صورت کنترل شده به درون تشتک آن وارد کند. با قرار دادن دو نوع ذخیره ساز گرمایی در بستر تشتک، راندمان دستگاه و میزان تولید آب شیرین نسبت به دستگاه ساده افزایش پیدا می کنند. تمامی آزمایش ها در سمنان در کشور ایران انجام شد. دما، بهره وری، و راندمان اکسرژی این آب شیرین کن بدون استفاده از سنگ متخلخل و اصلاح شده با سنگ متخلخل با یکدیگر مقایسه شدند. در نهایت، تجزیه و تحلیل هزینه اقتصادی دستگاه انجام شد. نتایج نشان داد که میزان تولید روزانه آب شیرین کن خورشیدی شناور اصلاح شده با سنگ متخلخل در فصل های پاییز و بهار به ترتیب 113 و 219 سانتی متر مکعب و میزان تولید روزانه آب شیرین کن خورشیدی شناور ساده در فصل های پاییز و بهار به ترتیب 82 و 189 سانتی متر مکعب است. هزینه های تولید هر لیتر آب شیرین برای دستگاه آب شیرین کن خورشیدی شناور با استفاده از سنگ متخلخل و بدون استفاده از آن برای فصل پاییز به ترتیب0.0847 و 0.104 دلار به ازای هر متر مربع از مساحت آب شیرین کن و درفصل بهار این هزینه برای دستگاه آب شیرین کن خورشیدی شناور با استفاده از سنگ متخلخل 043/0 دلار به ازای هر متر مربع از مساحت آب شیرین کن است.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی شناور، ماده نوری-گرمایی، سنگ متخلخل، تجزیه و تحلیل اقتصادی
  • احسان یاری*، محمدرضا ناطقی صفحات 143-158

    رفتار هیدرو-آکوستیکی و نویز پروانه های دریایی، بویژه در شناورهای زیرسطحی و زیردریایی ها از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف اصلی از این مقاله، مدلسازی عددی نویز هیدرودینامیکی یک نمونه پروانه اسکیو بالا از سری استاندارد دریایی MAU با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی بکمک نرم فزار انسیس-فلوینت تحت شرایط آب آزاد می باشد. در شبیه سازی عددی از مدل توربولانسی DES استفاده شده است، که مدل خوبی در مدلسازی گردابه های کوچک نزدیک دیواره می باشد. به منظور اعتبارسنجی نتایج هیدرودینامیکی و هیدروآکوستیکی از داده های موجود از پروانه DTMB4119 استفاده شده است. مقایسه سطح نویز انتشاری بدست آمده برای پروانه DTMB4119 در کار حاضر و داده های موجود از مرجع، انطباق خوبی را در فرکانس های بالاتر از 20 هرتز نشان می دهد اما در فرکانس های کمتر از 20 هرتز حدود 20 درصد خطا مشاهده می شود. بر اساس نتایج بدست آمده، با افزایش تعداد پره های پروانه میزان دانسیته ورتکس تولید شده حول پره ها کاهش می یابد. افزایش تعداد پره های پروانه سبب افزایش متوسط میزان سطح نویز انتشاری در گیرنده های صوتی در راستای محوری شده است. افزایش تعداد پره های پروانه از 2 تا ماکزیمم 7 پره حداکثر توانسته است که 15 دسی بل میزان سطح نویز انتشاری در راستای محوری را کاهش دهد. در راستای شعاعی، بجز پروانه دو پره، نویز انتشاری دوقطبی ناشی از پروانه های 3 تا 7 پره نوساناتی مشابه هم دارند. مقدار سطح نویز انتشاری در راستای 45 درجه، برای پروانه های 2 تا 7 پره مشابه هم می باشند.

    کلیدواژگان: سطح نویز انتشاری، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل توربولانسی DES، پروانه DTMB4119، تعداد پره های پروانه
  • فهیمه داودی، حجت احسنی طهرانی*، محسن نظری صفحات 159-170
    مدل کلاسیک انتقال حرارت هدایتی که در آن سرعت پخش گرما در اجسام را بی نهایت فرض می کند، مدل فوریه ای نام داشته که معادلات آن به شکل بیضوی بوده و دارای کاربردهای فراوانی هستند. این مدل برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و به ویژه پزشکی، مناسب نبوده و باید از مدل هذلولوی (غیرفوریه ای) که سرعت محدود برای انتشار حرارت در نظر می گیرد، استفاده شود. کنترل دما در نقاطی مشخص از سیستمهایی که از این معادلات پیروی می کنند مساله بسیار مهمی است که در این مقاله به آن پرداخته شده است. در این مقاله، ابتدا اعتبارسنجی روش گرادیان مزدوج استفاده شده بوسیله یک شار حرارتی معلوم در یکی از مرزهای جسم، تایید شده و سپس با استفاده از این روش، شار حرارتی که منجر به توزیع دمای مطلوب داخل جسم می شود، تخمین زده خواهد شد. همچنین مدلسازی و حل مساله معکوس برای داده های ورودی همراه با اغتشاش نیز بررسی شده و نتایج حاکی از دقت و همگرایی مناسب روش حتی با وجود اغتشاش به نسبت زیاد در داده های ورودی دارد.
    کلیدواژگان: مدل هذلولی، مدل غیرفوریه ای، حل معکوس، گرادیان مزدوج
|
  • Elyas Mirzaee Kakhki *, Jalil Rezaeepajhand Pages 1-16
    Balancing accuracy and computational cost in modeling and analyzing engineering problems has always been a crucial concern in the field. The same principle applies to the modeling of wave propagation in structures and deriving dispersion curves, which are crucial in structural health monitoring and material property identification. The importance of maintaining this balance appears especially in cases where there is a need for repetition in modeling. In this study, we aimed to improve the accuracy and computational cost of the semi-analytical finite element method by incorporating hierarchical shape functions. The results indicate that using appropriate shape functions can enhance the performance of the semi-analytical finite element method for modeling wave propagation in structures. The study also investigated the impact of the number of degrees of freedom on the calculation of the cutoff frequency, the accuracy of the dispersion curves and the increase in modelling error as a result of this point.
    Keywords: SAFE, dispersion relation, guided wave, cut-off frequency
  • Mostafa Mahmoodi *, Jamasb Pirkandi, Davoud Pourabdollah Pages 17-27

    In this paper, the flow field is investigated by solving the acoustics of the launch vehicle for a specific sample model . During the launch of a space vehicle, the intense sound pressure levels created around the vehicle. Therefor identification and analysis of acoustical loads of launch vehicle is an important issue of consideration. In this study, for calculation of acoustic pressure levels and prediction of noise at the discharge of the nozzle jet, presented formula of Eldred was used with the assistance of MATLAB software and the algorithm and code were obtained to handle acoustical loads. In this research, the geometry of one launch vehicle sample was used. The effective parameters including the slope of deflector and the ratio of nozzle outlet distance from launch pad to the jet outlet diameter, were identified and investigated. The curves of sound pressure levels and contours of SPL around the launch vehicle field are obtained versus to the interval of specified frequencies.

    Keywords: Jet, Sound Pressure Level, Calculational algorithm, Slope of deflector, ratio of distance to nozzle diameter
  • Payam Varshovi-Jaghargh *, Mehdi Tale Masouleh, Mehdi Karimi, Fatemeh Pourkariman Pages 29-43
    In this paper, two new algorithms are presented for calculating the workspace of parallel robot considering the limitation of active joints movement by combining interval analysis with two refinement methods. In proposed methods, the kinematic expressions of the chains are calculated based on the joint coordinates and geometrical constraints governing the kinematic chains of the parallel robot. In the following, two methods are presented for calculating the workspace of parallel robot by combining the concepts of interval analysis with two refinement algorithms, namely mean value form and slope form. The two presented algorithms and the interval analysis method without refinement operation are implemented on the 3-RRR planar parallel robot and the constant-orientation workspaces are obtained for different limitation of active joints movement. For the sake of comparison, the constant-orientation workspace of 3-RRR parallel robot is also obtained using the geometric method, and it is shown that if refinement is used in the interval analysis, the workspace of the parallel robot is entirely consistent with the results of the geometric method.
    Keywords: 3-RRR parallel robot, Workspace, Limitation of joints movement, Interval analysis, Refinement
  • Vahid Modanloo * Pages 45-53
    Selection of the proper material in manufacturing lightweight railway vehicles is a complex and essential challenge considering the available engineering materials. In this paper, the appropriate material has been selected for manufacturing railway wagons using a multi-criteria decision-making technique. Six engineering materials including DP600 steel, TRIP700 steel, TWIP steel, 6005-T6 aluminium, 60826-T6 aluminium and porous aluminium with closed cells were considered as engineering alternatives. Also, density, yield strength, ultimate tensile strength, the ratio of yield strength to maximum tensile strength, Young's modulus, cost and corrosion resistance were considered as selection criteria. To select the best material according to the mentioned criteria, the MOORA multi-criteria decision-making method was applied. By weighting the criteria and performing the analysis, it was found that the TWIP steel and 6082-T6 aluminium were chosen as the best candidates and aluminium foam and DP600 steel were selected as the worst candidates. Due to its maximum yield strength and ultimate tensile strength compared to other candidates, TWIP steel was chosen as the best material considering all criteria. Furthermore, the 6082-T6 material was chosen as the second-best material due to the high ratio of yield strength to ultimate tensile strength (0.88) and lower density and higher corrosion resistance than steel materials.
    Keywords: Lightweight Material, Railway Structure, Multi-criteria Decision Making, Best Selection
  • Reza Ebrahimi * Pages 55-66
    There are many engineering applications of pipes at different scales for conveying fluid. The dynamic characteristics of a spinning pipe conveying fluid in vertical configuration equipped with piezoelectric patches are analyzed in this study. Based on Euler–Bernoulli beam theory, the governing equations of the system are derived by applying Hamilton’s variational principle. In this equations, the gyroscopic coupling, electromechanical coupling and gravitational effects are considered. The Galerkin’s method is used to discretize the governing equations of motions. Numerical results are investigated to predict the influences of the piezoelectric layer spanning angle, spinning speed, pipe length and flow velocity, on the unbalance response of the system. The results indicate that, depending on excitation frequency, the vibration amplitude can be decreased or increased by increasing the piezoelectric layer spanning angle. The results of this research can be used to conduct piezoelectric pipe design and performance predictions for future pipe vibration control and energy harvesting applications.
    Keywords: Spinning pipe, Vertical configuration, Piezoelectric, Fluid–structure interaction, Vibration
  • Ali Shahini, Ahmad Ganjali *, Aboozar Mirzakhani Pages 67-84
    In this research, the efficiency of error estimation based on two methods of recovering the equilibrium stress of patches and superconvergent points in guiding the adaptive solution of nonlinear problems by isogeometric method has been investigated. Also, by analyzing elasto-plastic problems based on material properties, and adaptive solution by temperature gradient method, the stress improvement process has been investigated. The method of the adaptive solution of this research is based on the movement of control points and it is used in stress recovery, taking into account the difference between the exact stress level and the stress level obtained from the isogeometric analysis for each element, as a criterion to determine the amount of error in it. The element is obtained. For this purpose, the modeling of two problems in the non-linear range, which has an exact solution, has been considered. The results have shown that the total norm difference of exact and approximate error in both stress recovery methods used is more than 33% and in the direction of improving the network of control points. Also, the method by equilibrium patches is more effective than the method based on superconvergent points, which can be used as a suitable solution to improve the stress field.
    Keywords: Error estimation, Equilibrium Patches, Superconvergent Points, Isogeometric Analysis, Improving the Network of Control Points
  • Ardeshir Mahmoudi Nasab, Alireza Nezamabadi *, Farzan Barati Pages 85-96

    The orientation and shape of joints in cracked structures significantly impact the mechanical behavior of components and the optimization of the construction process. This study investigates the mechanical behavior of titanium grade 2 cracked components under quasi-static tensile loads, considering the crack length (central cracks of 1, 2, and 3 cm) and patch type (rectangular, oval, and hexagonal shapes) parameters. patch connections to the 50 × 40 × 0/5 mm titanium grade 2 base plate are examined according to ASTM E 8/E 8M – 08 and ASME SA-370 standards. A novel approach to patch connection is employed using the advanced diffusion method (SPS) at a temperature range of 820-850 degrees Celsius and a pressure of 47-50 megapascals, with potential applications in the aerospace industry. A scanning electron microscope (SEM) is used to investigate the quality of the joint area of the cracked pieces joined together. Results show that an increase in crack length leads to a decrease in component resistance under static tensile loading. The hexagonal patch demonstrates better resistance with averages of 0/534 and 0/691 compared to rectangular and oval patchs, respectively, due to its superior stress distribution along the entire length of the cracks.

    Keywords: Diffusion bonding, Copper patch, Cracked plate, Titanium
  • Ali Aghabalaeivahid *, Vali Alimirzaloo Pages 97-113

    The mechanical response of crystalline materials is affected by the flow and hardening of dislocations; that to describe them as a material model in finite element calculations, the flow and hardening parameters are implemented in the crystal plasticity code. In the present study, flow and hardening parameters for 1100 aluminium alloy were characterized by combining the experimental nanoindentation test and 3D crystal plasticity finite element simulations. Extracted parameters were validated by comparing the stress-strain curves of the experimental uniaxial tensile test and simulation of 3D crystal plasticity finite element on single crystal and polycrystal models. Also, the effect of the friction coefficient in determining the flow and hardening parameters was discussed. The results of this study showed that (i) parameters of initial yield stress, reference shear strain rate, and saturation stress, respectively had the highest positive correlation with the maximum load; (ii) the load-displacement curve obtained from the simulation of the nanoindentation test using the characterized parameters has a relative error of 0.50% compared to the experimental nanoindentation test at the maximum indentation depth; (iii) The characterized parameters significantly can estimate the yield stress and ultimate tensile strength with a relative error of 2.60% and 0.20% for the single crystal model and 10.18% and 12.44% for the polycrystal model, respectively. However, while accurately modeling the yield zone in the polycrystalline model, the accuracy of the characterized parameters is affected by the grain boundary orientation.

    Keywords: Flow, Hardening Parameters, Finite Element Method, Crystal Plasticity, Nanoindentation, 1100 Aluminium Alloy
  • Saman Khosravi, Marzieh Rezazadeh * Pages 115-127
    Parabolic solar collector, use highly reflective materials to collect and concentrate the heat energy from solar radiation. The thermal efficiency of the solar collectors increases by using nanofluid. It is necessary to consider some thermal properties of nanofluid and operating parameters to reach maximum efficiency. This article presents the heat transfer of a nanofluid in the absorber tube of a parabolic collector with non-uniform heat flux on the wall. Two types of nanofluids were utilised and prepared TiO2-Syltherm 800 and Al2O3-water with 1.0%, 2.0%, 3.0%, and 4.0% nanoparticle volume fractions are used as working fluids. Reynolds number is between 10,000 and 80,000. Comparing the Nusselt number of TiO2-Syltherm 800 and Al2O3-water nanofluid demonstrated that the nanofluid has better thermal performance than the base fluid. The highest percentage increase in Nusselt number of TiO2-Syltherm 800 and Al2O3-water compared to their base fluid is 66% and 57%, respectively. The highest increase in Nusselt number is related to TiO2-Siltherm 800 nanofluid. at Reynolds 10000 and concentration of 4%. In this case, the Performance evaluation criterion, PEC, is 2.93. For both nanofluids, PEC increases with increasing concentration. With increasing Reynolds number, PEC decreases for TiO2-Siltherm 800 and increases for Al2O3-water nanofluid.
    Keywords: Parabolic collector, Heat transfer, Nanofluid, Two phase, Non-uniform heat flux
  • MohammadHossein Sharbatiyan, Saman Rashidi *, Mojtaba Mirhosseini Pages 129-142

    In this article, the rate of freshwater production in the floating solar still using pumice stone is investigated. In this device, the use of a one-way valve has given this device the ability to direct lake or pool water into its basin in a controlled manner. By placing a type of photothermeral material (pumice stone) in the basin of the solar still, the efficiency of the device and the amount of fresh water production increase compared to the simple device. All experiments were performed in Semnan in Iran. The temperature, productivity, and exergy efficiency of this water softener without the use of limestone and modified with limestone were compared. Finally, a cost analysis wass performed to check the economic status of the device. The results showed that the daily production rate of the floating solar still modified with pumice stone in autumn and spring was 113 and 219 cm3, respectively, and for the conventional floating solar still was 82 and 189 cm3, respectively. The costs of producing each liter of fresh water for a floating solar still modified with pumice stone and the conventional floating solar still for the autumn were 0.0847 and 0.104 $/m2, respectively, and in the spring, this cost for the floating solar still modified with pumice stone is 0.043 $/m2.

    Keywords: Floating solar still, Thermal storage, Pumice stone, performance, Cost analysis
  • Ehsan Yari *, MohammadReza Nateghi Pages 143-158

    The hydro-acoustic behavior and noise of marine propellers, especially in underwater vessels and submarines is of great importance. The main purpose of this article, is numerical modeling of the hydrodynamic noise of a high skew propeller sample from MAU marine standard series using computational fluid dynamics method with the help of Ansys-Fluent software under open water conditions. In the numerical simulation, the DES turbulence model was used, which is a good model for small vortices modeling near the wall. In order to validate the hydrodynamic and hydr-oacoustic results, the available data from the DTMB4119 benchmark propeller has been used. Comparison of the sound pressure level obtained for the DTMB4119 propeller in the present work and the available data from the reference shows a good compliance at frequencies higher than 20 Hz, but at frequencies lower than 20 Hz, about 20% error is observed. Based on the obtained results, with the increase in the number of propeller blades, the amount of vortex density around the blades decreases. The increase in the number of propeller blades has caused an increase in the average level of radiation noise in receivers at the axial direction. Increasing the number of propeller blades from 2 to a maximum of 7 blades has been able to reduce the radiated noise level in the axial direction by 15 decibels. In the radial direction, except the two-bladed propeller, the dipole radiated noises caused by the 3-7-bladed propellers have similar fluctuations.

    Keywords: Noise radiation level, CFD, DES turbulence model, DTMB4119 propeller, number of blades
  • Fahimeh Davoodi, Hojjat Ahsani Tehrani *, Mohsen Nazari Pages 159-170
    The classical conduction heat transfer model which considers infinite thermal propagation speed, named Fourier model and its equations are in elliptic form and has numerous applications. This model is not appropriate for many industrial applications especially in medical applications and thus hyperbolic or non-Fourier model that considers finite heat propagation speed should be used. Temperature control in certain points of such systems obeying these types of equations is an important problem which has been studied in this paper. In this paper, firstly, the validity of the conjugate gradient method is approved using a known heat flux at a system boundary and then the method is used to estimate the boundary condition which leads to a desired temperature distribution in the geometry. Also, the modeling and inverse problem solution are studied for noise in input data and results showed appropriate accuracy and convergence even for considerable noise in input data. Also, the modeling and inverse problem solution are studied for noise in input data and results showed appropriate accuracy and convergence even for considerable noise in input data.
    Keywords: Hyperbolic Equation, Non-Fourier Heat Transfer, Inverse Problem, Conjugate Gradient Method