فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 8 (امرداد 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حسین یوسفیان*، حسن مسلمی نایینی، یعقوب دادگر اصل، حسین طالبی قادیکلایی، محمدمهدی حیدری صفحات 449-454

    شکل دهی مقطع کانالی نامتقارن با عیب پیچش همراه است؛ اما این عیب در مقطع متقارنی که سوراخ های آن به صورت نامتقارن باشد نیز ایجاد می شود. در این مقاله، عیب پیچش در فرایند شکل دهی غلتکی سرد مقطع کانالی متقارن سوراخ دار به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، ابتدا یک مدل اجزای محدود جهت بررسی فرایند شکل دهی غلتکی سرد مقطع کانالی متقارن با سوراخ های نامتقارن ارایه گردید. به وسیله طراحی آزمایش به روش فاکتوریل کامل، عوامل موثر بر عیب پیچش و تاثیر هر کدام حین انجام فرایند مورد بررسی قرار گرفت. نتایج عددی نشان داد که  ضخامت ورق و قطر سوراخ ها مهم ترین عوامل موثر در عیب پیچش می باشند. هرچه تفاوت قطر سوراخ ها در دو طرف کانال بیشتر باشد، میزان عیب پیچش بیشتر خواهد بود. همچنین برای زاویه شکل دهی 45 درجه، با افزایش ضخامت ورق از 2 میلیمتر به 3 میلیمتر، میزان زاویه پیچش قطعه از 5/1 درجه به 5/2 درجه افزایش یافت. با توجه به رفتار فلز، یک سری آزمایش های تجربی طراحی و میزان تاثیر عامل قطر سوراخ ها بر روی این عیب مشخص گردید. تطابق مناسب نتایج تجربی و عددی بیانگر نتایج عددی قابل اعتماد و قابل بررسی است.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، عیب پیچش، مقطع کانالی سوراخدار
  • حمیدرضا کاویانی*، احسان بشتالم صفحات 455-465

    یخ زدگی مساله ای متداول در توربین های بادی، دمنده ها و وسایل نقلیه پروازی می باشد. این پدیده تاثیر زیادی بر کاهش عملکرد ایرودینامیکی، افزایش آلودگی صوتی و اعمال بار اضافی بر روی سازه دارد. در این مقاله تاثیر یخ زدگی بر عملکرد ایرودینامیکی و ایروآکوستیکی ایرفویل ناکا-0012 مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل ایرودینامیکی از معادلات گذرا و سه بعدی ناویر-استوکس استفاده شده است. محاسبه صوت با استفاده از معادلات فاکس-ویلیام و هاوکینز صورت گرفته است. شبیه سازی گردابه ها با استفاده از روش LES و مدل مقیاس زیر شبکه WALE انجام شده است. ابتدا تمامی روش های محاسباتی با استفاده از داده های تجربی اعتبارسنجی شده اند. سپس اثر یخ زدگی بر عملکرد ایرفویل مطالعه شده است. گردابه های جریان مورد مطالعه قرار گرفته اند و مکانیسم های تولید صوت منطبق بر این گردابه ها شناسایی شده اند. نتایج نشان می دهد که یخ زدگی باعث کاهش نیروی برآ به مقدار 9/7 درصد و افزایش 3/8 برابری نیروی پسا می شود. در بازه حداکثر حساسیت شنوایی انسان (یک تا پنج کیلوهرتز) مقدار متوسط افزایش صوت نیز در حدود 9 دسی بل می باشد که از نظر آلودگی صوتی مقدار قابل توجهی است. افزایش صوت ناشی از یخ زدگی می تواند برای شناسایی و مقابله سریع تر با این پدیده و کاهش خطرات ناشی از آن مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: ایروآکوستیک، ایرفویل، یخ زدگی، LES، WALE
  • محمدحسین کریمی دونا، بیژن محمدی، فتح الله طاهری بهروز* صفحات 467-474

    هدف از این تحقیق توسعه روش های میکرومکانیک کلاسیک و استفاده از آنها در ارایه مدل ساختاری نانوکامپوزیت های الاستومری با استفاده از تیوری افزایشی می باشد. برای این منظور با استفاده از مفهوم کرنش ویژه، مدل بهبود یافته خود سازگار جهت پیش بینی خواص الاستیک نانوکامپوزیت ها ارایه می شود. همچنین با  استفاده از این مدل روابط مربوط به مدل ساختاری متکی بر تیوری افزایشی جهت پیش بینی رفتار تنش-کرنش نانوکامپوزیت های الاستومری ارایه می شود. در ادامه نتایج حاصل از حل مدل های تیوریک با نتایج حاصل از آزمون های تجربی و نتایج منتشر شده در متون علمی مقایسه می شود. بررسی نتایج نشان داده است مدل ساختاری توسعه یافته متکی بر روش میکرومکانیک خودسازگار بهبودیافته می تواند رفتار تنش کرنش نانوکاموزیت های الاستومری را در درصدهای بالا از نانوذرات تقویت کننده با دقت خوبی پیش بینی نماید.

    کلیدواژگان: کربن سیاه، میکرومکانیک، مدل اشلبی، الاستومر، نانوکامپوزیت
  • وحید طهماسبی*، سپهر آئینه بندی، محمد حافظ باقی، امین سوسن آبادی فراهانی صفحات 475-483

    پیشرفت های صورت گرفته در بسیاری از زمینه های مهندسی مرهون دستیابی به مواد اولیه با ویژگی های مطلوب است. استفاده از کامپوزیت های زمینه فلزی به دلیل دارا بودن نسبت استحکام به وزن مناسب، مقاومت به سایش و خزش و... به عنوان یک جایگزین برای مواد اولیه رایج ازجمله آلیاژهای آهنی در حال رشد سریع می باشد. ماشین کاری کامپوزیت های پایه فلزی به دلیل وجود ذرات تقویت کننده بسیار ساینده در زمینه فلزی آن، کاری دشوار و همراه با مشکلات فراوان روبه رو است. ازاین رو بررسی عوامل اثرگذار بر روی این مواد امری لازم و اجتناب ناپذیر است. در این مطالعه سعی بر این شده است مطالعه ای روشمند به منظور بررسی تاثیر پارامترهای سرعت دوران اسپیندل، سرعت پیشروی، عمق برش و درصد ذرات تقویت کننده بر روی رفتار نیروی برشی و سایش ابزار با استفاده از روش های طراحی ازمایش،  مدلسازی و روش های تحلیل حساسیت آماری صورت گیرد. تحلیل دقیق رفتارها با ارایه معادلات رگرسیون  آماری و بهینه سازی به روش درینگر و تحلیل حساسیت ای - فست انجام شده است. مطابق با نتایج به دست آمده عمق برش بیشترین تاثیر را بر نیروی ماشین کاری را داد. همچنین سرعت برشی با 77%، نرخ پیشروی با 9% درصد و عمق برش و درصد وزنی ذرات تقویت کننده با 7% درصد سایر پارامترهای اثرگذار بر روی سایش ابزار در فرآیند فرزکاری این کامپوزیت هستند.

    کلیدواژگان: آنالیز حساسیت، فرزی کاری، کامپوزیت پایه آلومینیومی، سایش ابزار، نیروی ماشین کاری
  • امیر کریمان مقدم، سعید رهنما* صفحات 485-495

    روش مناسب برای اتصال پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) به آلومینیوم که باعث توزیع تنش یکنواخت، عملکرد خستگی مناسب تر و کاهش وزن می گردد اتصال چسبی می باشد. در اتصال چسبی سطح تماس چسبنده ها و چسب نواحی حساس برای شروع و گسترش خرابی می باشند. برای از بین بردن آلودگی های سطحی چسبنده ها بایستی عملیات سطحی شوند. در این تحقیق تاثیر الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری در استحکام اتصال چسبی کامپوزیت/آلومینیوم مود اول شکست مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا عملیات سطحی لیزری در سرتاسر نمونه ها  انجام شده تا بتوان پارامترهای دستگاه لیزر که با ایجاد کیفیت سطح مناسب باعث افزایش استحکام اتصال می گردند پیدا شوند. سپس الگوی سطح هدفمند لیزری با پارامترهای مناسب برای ایجاد سایش و تمیزکاری سطح چسبنده ها انجام شده است. نتایج نشان دهنده افزایش 5/15% نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی مود اول برای نمونه عملیات سطحی لیزری سرتاسری نسبت به روش سنباده زنی می باشد. این در حالی است که با الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری نرخ رهای انرژی کرنشی بحرانی مود اول بترتیب 9/5% و 4/22% نسبت به عملیات سطحی لیزری سرتاسری و سنباده زنی افزایش پیدا کرده است. بررسی سطح شکست نمونه ها نشان دهنده به تاخیر افتادن رشد ترک در نمونه های الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری با تغییر از حالت خرابی اتصال به پارگی الیاف می باشد که باعث بهبود استحکام اتصال شده است.

    کلیدواژگان: اتصال چسبی، پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن، الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری، نمونه تیریکسرگیردار دولبه، نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی مود اول شکست
  • راضیه عابدینی، فائزه نجفی، محمد پسندیده فرد*، امیر عبدالله، علی فائزیان صفحات 497-510

    در این مقاله به بررسی عددی و تجربی اثر امواج آلتراسونیک روی نرخ انتقال حرارت با افزایش دامنه ی موج صوتی پرداخته می شود. مدلسازی عددی امکان بررسی تاثیر امواج آلتراسونیک را روی توزیع جریان سیال و انتقال حرارت مشخص می کند. برای این منظور، مخزن به صورت استوانه ای شبیه سازی می شود و گرمکن مارپیچی در ارتفاع ثابت و در سیال قرار می گیرد. همچنین، ترانسدیوسرهای آلتراسونیک به صورت صفحات دایروی در کف مخزن در نظر گرفته می شوند. جهت شبیه سازی انتقال حرارت جابه جایی، از نرم افزار انسیس فلوینت استفاده می شود و مدلسازی در دو مرحله شامل قبل و بعد از اعمال آلتراسونیک صورت می گیرد. جهت اعتبارسنجی، نتایج عددی برای یک دامنه ی مشخص با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می گردد. برای این منظور، در سامانه ی آزمایشگاهی که از دو استوانه ی هم محور تشکیل شده، گرمکن مارپیچی در ارتفاع مشخص در سیال آب نگهداری و پنج ترانسدیوسر در کف مخزن چسبانده می شود. نتایج آزمایشگاهی و عددی نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت جابه جایی با به کارگیری امواج آلتراسونیک افزایش می یابد و اختلاف نتایج تقریبا برابر با 4 درصد است. با افزایش ضریب انتقال حرارت، دمای آزمایشگاهی و عددی سطح گرمکن با به کارگیری امواج آلتراسونیک کاهش می یابد و نتایج با اختلاف حدود 5 درصد به هم نزدیک هستند. مقایسه ی توزیع سرعت و دما که از نتایج عددی حاصل شده، نشان می دهد که با به کارگیری امواج آلتراسونیک، اختلاط جریان سیال بهتر صورت گرفته و هر چه دامنه موج آلتراسونیک بیشتر باشد، افزایش ضریب انتقال حرارت و در نتیجه کاهش دمای سطح گرمکن بیشتر خواهد شد.

    کلیدواژگان: آلتراسونیک، کاویتاسیون صوتی، موج صوتی، ضریب انتقال حرارت، دامنه ارتعاشی
|
  • Hossein Yousefian*, Hassan Moslemi Naeini, Yaghoub Dadgar Asl, Hossein Talebi Ghadikolaee, MohammadMahdi Heydari Pages 449-454

    The roll forming of an asymmetrical channel section is associated with a twisting defect, but this defect also occurs in a symmetrical section whose holes are asymmetrical. Therefore, first, a finite element model was presented to investigate the process. By designing the full factorial method, the important factors affecting the twisting defect and the effect of each during the cold roll forming process have been investigated. In the end, it was concluded that the thickness of the sheet and the diameter of the holes are the most important factors affecting the twisting defect. It was concluded that the greater the difference in the diameter of the holes on both sides of the channel, the higher the amount of twisting defect. For the forming angle of 45 degrees, by increasing the thickness of the sheet from 2 mm to 3 mm, the twist angle of the piece increased from 1.5 degrees to 2.5 degrees. According to the behavior of the metal, a series of experimental tests were designed and the effect of the hole diameter factor on this defect was determined. Appropriate matching of experimental and numerical results indicates reliable and verifiable numerical results.

    Keywords: Roll forming, Twist, Holes Channel Section
  • Hamidreza Kaviani*, Ehsan Bashtalam Pages 455-465

    Freezing is a common issue in blowers, wind turbines and flying vehicles. This phenomenon has a great impact on reducing aerodynamic performance, increasing noise pollution and imposing extra load on the structure. In this article, the effect of freezing on the aerodynamic and aeroacoustic performance of the Naka-0012 airfoil has been studied. Transient and three-dimensional Navier-Stokes equations have been used for aerodynamic prediction. Sound wave is calculated using Fox-Williams and Hawkins equations. Simulation of eddies has been done using LES method and WALE subgrid scale model. First, all calculation methods have been validated using experimental data. Then the effect of freezing on airfoil performance has been studied. Flow vortices have been studied and sound production mechanisms corresponding to these vortices have been identified. The results show that freezing reduces the lift force by 9.7% and increases the drag force by 3.8 times. In the range of maximum human hearing sensitivity (one to five kHz), the average amount of sound increase is around 9 dB, which is a significant amount in terms of noise pollution. The increase in sound caused by freezing can be used to identify and deal with this phenomenon faster and reduce its risks.

    Keywords: Aeroacoustics, Airfoil, Icing, LES, WALE
  • Mohamadhossein Karimi Dona, Bijan Mohammadi, Fathollah Taheri-Behrooz* Pages 467-474

    In the present research, classic micromechanical methods and their application as constitutive models in conjugation with incremental theory were developed. Using the modified Eshelby model, the Eigen strain concept in polymeric composite, and a modified form of self-consistent model the elastic properties of nanocomposites were predicted. Also, the stress-strain behavior of elastomer nanocomposites was calculated and validated by the experimentally determined ones. The results showed that the new model can predict the stress-strain behavior of elastomer nanocomposite at different particle volume fractions.

    Keywords: carbon black, micromechanics, Eshelby model, elastomer, nanocomposite
  • Vahid Tahmasbi*, Sepehr Aeinehbandy, Mohammad Hafez Baghi, Amin Sousanabadi Farahani Pages 475-483

    Advances in many engineering fields depend on materials with appropriate properties. The use of metal-matrix composites is rapidly growing as a suitable alternative to conventional materials due to their strength-to-weight ratio, resistance to wear and creep, etc. Machining of metal-based composites is a difficult task due to the presence of very abrasive reinforcing particles in its based metal. Therefore, it is necessary to investigate the factors affecting these materials. In this research, a methodical study has been conducted to investigate the effect of the parameters of spindle  speed, feed rate, depth of cut and the percentage of reinforcing particles on the behavior of cutting force and tool wear using experimental design methods, modeling and statistical sensitivity analysis methods. . Detailed analysis of behaviors has been done by providing statistical regression equations and optimization by Deringer's method and E-Fast-Sensitivity Analysis. According to the obtained results, the cutting depth had the greatest effect on the machining force. Also, cutting speed with 77%, advance rate with 9% percent and cutting depth and weight percent of reinforcing particles with 7% percent are other parameters affecting tool wear in the milling process of this composite.

    Keywords: sensitivity analisis, milling, Al matrix composite, tool wear, cutting forces
  • Amir Kariman Mghaddam, Saeed Rahnama* Pages 485-495

    The proper method for jointing Carbon fiber reinforced polymers (CFRP) to aluminum, which causes uniform stress distribution, more suitable fatigue performance and weight reduction, is adhesive bonded joint. In adhesive bonding, the interface of adhesives and adherent are sensitive areas for the initiation and propagation of failure. In order to eliminate surface contamination, adherents must be surface treated. In this research, the effect of the functional pattern of laser surface treatment on the strength of aluminum/composite adhesive bonded joint in the mode I fracture has been investigated. At first, laser surface treatments were performed throughout the specimen in order to find the parameters of the laser device that increase the strength of the adhesive bonding by creating a suitable surface quality. After that, the functional pattern of laser surface treatment with the appropriate parameters for ablation and cleaning of the adhesive surface is done. The results show a 15.5% increase in the critical strain energy release rate of the mode I for the all-over laser surface treatment specimen compared to the sanding method. Meanwhile, with the functional pattern of laser surface treatment, the critical strain energy release rate of the mode I has increased by 5.9% and 22.4% compared to all-over laser surface treatment and sanding, respectively. Examining the fracture surface of the specimen shows the delay in crack growth in the specimen of the functional pattern with changes from the adhesive failure to the fiber tearing, which has improved the strength of the adhesive bonding.

    Keywords: Adhesive bonded joint, Carbon fiber reinforced polymers, Functional pattern of laser surface treatment, Double-cantilever beam specimen, critical strain energy release rate of the mode I fracture
  • Razieh Abedini, Faezeh Najafi, Mohammad Passandideh-Fard*, Amir Abdolah, Ali Faezian Pages 497-510

    In this article, the numerical and experimental investigation of the effect of ultrasonic waves on the heat transfer rate with an increase of the wave amplitude is discussed. Numerical modeling determines the possibility of the investigation of the ultrasonic wave’s effects on fluid flow distribution and heat transfer. For this purpose, a cylindrical tank is considered inside which a spiral heater is placed at a fixed height in the water. In addition, ultrasonic transducers are considered as circular plates under the bottom of the tank. In order to simulate, the ANSYS Fluent software is used and the modeling is accomplished in two stages before and after ultrasonic excitation. To validate the numerical results, they are compared with those of the experiments. For this purpose, an experimental setup is prepared witch consists two coaxial cylinders, a spiral heater kept at a certain height in the water, and five transducers attached to the bottom of the tank. Both experimental and numerical results show that the convection heat transfer coefficient increases with the use of ultrasonic waves with a discrepancy of nearly 4% between the results. By increasing the heat transfer coefficient, the heater surface temperature decreases. The discrepancy between the measured and calculated temperature is about 5%. The velocity and temperature distributions obtained from the numerical results show that using ultrasonic waves enhance the fluid flow mixing which in turn increases the convection heat transfer. The higher the amplitude of the ultrasonic wave, the higher the heat transfer coefficient will result.

    Keywords: ultrasonic, acoustic cavitation, acoustic streaming, heat transfer coefficient, vibration amplitude