فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 9 (شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میلاد عالی، محمد افتخاری، قادر فرجی* صفحات 511-519

    در پژوهش حاضر، یک فرآیند تغییر شکل پلاستیک شدید بهبود یافته به نام فرآیند انبساط و اکستروژن تناوبی بهبود یافته معرفی شده است. ایده ی فرآیند مذکور از فرآیند سنتی انبساط و اکستروژن تناوبی لوله گرفته شده و در طراحی آن تلاش شده است تا برخی از مشکلات مهم فرآیند سنتی مرتفع گردد. فرآیند انبساط و اکستروژن تناوبی بهبود یافته، قابلیت تغییرشکل پلاستیک شدید و بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات لوله ای شکل را دارد. همچنین، این فرآیند در تولید لوله هایی با طول نسبتا بلند می تواند مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش، فرآیند انبساط و اکستروژن تناوبی بهبود یافته با موفقیت طی دو پاس بر روی لوله هایی از جنس آلیاژ منیزیم AZ91 اجرا گردید. سپس، تکامل ریزساختاری و بهبود خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که ریزساختار و خواص مکانیکی، بهبود قابل توجهی یافته است. در این راستا، پس از انجام دو پاس فرآیند، ساختاری فوق ریزدانه تشکیل شد و مقادیر استحکام نهایی، سختی و داکتیلیتی به ترتیب 6/3، 83/1 و 8/1 برابر گردید. همچنین، مقایسه نتایج حاصل از فرآیند انبساط و اکستروژن تناوبی بهبود یافته با نتایج فرآیند سنتی انبساط و اکستروژن تناوبی لوله نشان داد که مقادیر استحکام نهایی و سختی حاصل از فرآیند بهبود یافته به مقادیر حاصل از فرآیند سنتی نزدیک بوده ولی مقدار ازدیاد طول شکست حاصل از فرآیند بهبود یافته به طرز قابل توجهی بیشتر از فرآیند سنتی می باشد که می توان آن را به عنوان یکی از مزایای مهم فرآیند بهبود یافته نسبت به فرآیند سنتی در نظر گرفت.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، لوله، آلیاژ AZ91، فوق ریزدانه، خواص مکانیکی
  • وحید مدانلو*، احمد مشایخی، بهنام آخوندی صفحات 521-530

    صفحات دوقطبی فلزی در پیل های سوختی پلیمری، علاوه بر سبک بودن باید در محیط مرطوب و اسیدی کار کنند. تیتانیوم به دلیل چگالی کم و مقاومت به خوردگی عالی، یک گزینه مناسب برای ساخت صفحات دوقطبی است. در این مقاله، ساخت صفحات دوقطبی از جنس تیتانیوم خالص تجاری باضخامت اولیه 1/0 میلی متر با استفاده از فرآیند مهرزنی بررسی شده است. از یک قالب چهار کاناله با الگوی شیاری موازی مستقیم در آزمایش های تجربی استفاده شده است. به منظور تخمین شکل پذیری میکروکانال های صفحات دوقطبی، از روش سطح پاسخ، الگوریتم ژنتیک و سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی استفاده شد. لقی قالب، سرعت مهرزنی و ضریب اصطکاک بین ورق و قالب به عنوان متغیرهای ورودی و میزان پرشدگی قالب به عنوان خروجی در نظر گرفته شدند. آزمایش های طراحی شده با استفاده از روش سطح پاسخ، به منظور آموزش روش های فرا ابتکاری استفاده شدند. نتایج نشان داد که مدل رگرسیون حاصل از روش سطح پاسخ با دقت قابل قبولی میزان پرشدگی قالب را پیش بینی می کند. همچنین، ضرایب معادله حاصل از رگرسیون با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهبودیافته و میزان خطای آن در حدود 53% کاهش یافت. در پایان نیز از یک سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی برای پیش بینی میزان پرشدگی قالب استفاده شد. نتایج نشان داد که سیستم پیشنهادی بسیار موثر بوده و با دقت بسیار بالایی بیشینه میزان پرشدگی را تقریب می زند.

    کلیدواژگان: پرشدگی قالب، فرآیند مهرزنی، صفحات دوقطبی، پیل سوختی پلیمری، الگوریتم های فرا ابتکاری
  • سجاد استرکی، احسان زمانی*، محمدحسین پل صفحات 531-541

    در این پژوهش، جذب انرژی در سازه ساندویچ پنل با هسته لانه زنبوری و پوسته از جنس کامپوزیت شیشه-اپوکسی چند لایه، آلومینیم و پارچه های شیشه ای دوبعدی آغشته به سیال غلیظ شونده برشی تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین مورد بررسی قرار گرفته است. برای ساخت سیال غلیظ شونده برشی از پلی اتیلن گلایکول 400 و سیلیکای دوده شده آب دوست با ابعاد نانومتری استفاده شده و سپس برای صحت سنجی از خواص ریولوژی سیال از دستگاه ریومتر استفاده شده است. آزمایش در دو ارتفاع 100 و 500 میلی متری با دستگاه سقوط وزنه انجام شده است. هسته لانه زنبوری ساندویچ پنل یک بار با سیال غلیظ شونده برشی پر شده و بار دیگر خالی از سیال غلیظ شونده برشی مورد برسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش ریولوژی نشان دهنده آن است که با افزایش نرخ برش مقدار ویسکوزیته افزایش پیدا می کند. نتایج آزمایش ضربه نشان دهنده افزایش میزان جذب انرژی در سازه ساندویچ پنل های پر شده با سیال غلیظ شونده برشی نسبت به ساندویچ پنل های تو خالی می باشد. در ارتفاع سقوط 500 میلی متری جذب انرژی ویژه در سازه ساندویچ پنل با جنس پوسته از پارچه آغشته به سیال غلیظ شونده برشی نسبت ساندویچ پنل با جنس پوسته از آلومینیم و کامپوزیت به ترتیب 27/93 و 9/47 درصد افزایش یافته و جذب انرژی در ساندویچ پنل با جنس پوسته از کامپوزیت نسبت به ساندویچ پنل با جنس پوسته از آلومینیم 16/86 درصد افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: جذب انرژی، ساندویچ پنل، سیال غلیظ شونده برشی، کامپوزیت
  • شهربانو صیادی*، علیرضا باغبانان، مرتضی جوادی، جوردی دلگادو، مارتین، حمید هاشم الحسینی صفحات 543-551

      یپیشنهاد مترمیلی 5/5 چقرمگی شکست مود I، بعنوان یک مشخصه در فرآیند آغاز و گسترش ترک، ویژگی مهمی در مصالح بشمار می آید. در این مطالعه به بررسی اثر طول ترک اولیه بر چقرمگی شکست مود I  پرداخته شده است. بدین منظور نمونه هایی از جنس پلیمر پلی متیل متاکریلات با استفاده از روش شبه فشرده کششی، تحت بارگذاری قرار گرفته است. جهت پایش توزیع میدان تغییرشکل در حین آزمایش و بررسی اثر تغییر طول ترک اولیه بر نحوه توزیع تغییرشکل در نمونه، از روش برهم نگاری تصاویر دیجیتالی بعنوان ابزار کمکی استفاده شده است. نتایج حاصل از آزمایش ها در قالب نمودارهای بار بر حسب جابجایی و زمان بررسی شده و مقدار چقرمگی شکست مود I در هریک از مقادیر طول ترک اولیه مورد ارزیابی قرار گرفته است. استفاده از روش شبه فشرده کششی در این مطالعه امکان بررسی و مقایسه مناسبی از کار انجام شده بر روی نمونه در مراحل پیش از شکست و پس از شکست را فراهم کرده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد؛ با افزایش طول ترک اولیه، میزان انرژی جذب شده تا لحظه شکست، وسعت تحت تاثیر ناحیه فرآیند ترک (FPZ)، تمرکز کرنش در نوک ترک، بار بیشینه و چقرمگی شکست مود I کاهش می یابد. بر اساس مقایسه نتایج حاصل از این مطالعه، قطر مناسب برای آزمایش شبه فشرده  کششی در حدود 50 میلی متر بوده که برای این قطر نمونه، طول ترک اولیه بین 11/5 الی  15/5 میلی متر پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: چقرمگی شکست مود I، روش شبه فشرده کششی، روش برهم نگاری تصاویر دیجیتال، طول ترک اولیه، پلی متیل متاکریلات
  • پژمان نمه شیری، اکبر الله وردی زاده*، بهنام داداش زاده صفحات 553-565

    بیماری های قلبی عروقی از مهم ترین علل مرگ در جهان هستند و درمان آن ها از نظر پزشکی و مالی دارای اهمیت بسیاری است. یکی از روش های موثری که می تواند در درمان بیماری های قلبی عروقی بسیار مفید باشد، مدل سازی محاسباتی است که به کمک آن متخصصین پزشکی می توانند شناخت بهتری از قلب انسان داشته و رویکردهای درمانی تاثیرگذارتری ارایه دهند. مشخصه های مکانیکی ماهیچه قلب انسان که به عنوان یک بافت غیرخطی و ناهمسانگرد شناخته می شود، از مهم ترین قسمت های قلب است زیرا نقش اساسی را در پاسخ قلب به بارگذاری ها و باربرداری ها در خلال سیکل قلبی، بازی می کند. در این پژوهش، خاصیت هایپرالاستیک ارتوتروپیک و ویسکوالاستیک همسانگرد قلب انسان با لحاظ کردن اثر تنش فعال در ماهیچه قلبی و با بکارگیری هندسه بطن چپ ایده آل، مدل سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که خاصیت ویسکوالاستیک باعث میرا شدن تغییر شکل ماهیچه قلب می شود و مقدار پیچش تجربه شده توسط بافت را کاهش می دهد. همچنین، بافت ماهیچه قلب در شبیه سازی ویسکوالاستیک پدیده هیسترزیس را از خود نشان داد که این پدیده در مشاهدات بالینی از مکانیک قلب دیده شده است. مدل به طور کامل در نرم افزار المان محدود کامسول مولتی فیزیک پیاده سازی شده است و قابلیت این را دارد تا در پژوهش های آینده برای بکارگیری در مدل های الکترومکانیکی قلب مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: مدل سازی محاسباتی، هایپرالاستیک، ویسکوالاستیک، مکانیک میوکاردیوم، روش المال محدود
  • فرشید خلوصی، علی علوی نیا* صفحات 567-576

    پلیمرها در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند. در این پژوهش، به بررسی رفتار مکانیکی پلیمرهای مورد استفاده در صنایع شیشه سازی پرداخته شده است. پلیمرهای مورد بررسی شامل پلی یورتان ترموپلاستیک (TPU)، پلی وینیل بوتیرال (PVB) و سنتری گلس (SG) بودند. این پلیمرها در نرخ کرنش های مختلف از s-1 001/0 تا 25/0 تحت آزمایش های کشش و فشار قرار گرفتند. همچنین، خواص دینامیکی مکانیکی پلیمرها با استفاده از آزمون آنالیز دینامیکی مکانیکی در فرکانس ثابت انجام شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که رفتار مکانیکی پلی یورتان به نرخ کرنش وابسته نبوده ولی SG به شدت به نرخ کرنش حساس بوده است. همچنین، با افزایش نرخ کرنش، تنش شکست SG به شدت کاهش یافت. نتایج آزمون فشار نشان داد که TPU تنش بیشتری را می تواند تحمل کند. دمای شیشه ای شدن TPU نسبت به پلیمرهای دیگر پایین تر بود. در مجموع می توان نتیجه گرفت که در میان پلیمرهای مورد بررسی در این پژوهش، TPU رفتار مکانیکی بهتری داشته است.

    کلیدواژگان: پلیمر، نرخ کرنش، آزمون دینامیکی مکانیکی، بارگذاری شبه استاتیکی.، میان لایه
|
  • Milad Aali, Mohammad Eftekhari, Ghader Faraji* Pages 511-519

    In present study, an improved severe plastic deformation process named improved tube cyclic expansion extrusion process has been introduced. The idea of this process is taken from the conventional tube cyclic expansion extrusion process, and in this novel process, it is tried to solve some important problems of the conventional process. Improved tube cyclic expansion extrusion process is capable of severe plastic deforming and improving microstructure and mechanical properties of tubular components. Also, this process can be considered for producing relatively long tubes. For this purpose, the improved tube cyclic expansion extrusion process was successfully performed on AZ91 magnesium alloy tubes, up to two passes. Then, the microstructure evolution and the mechanical properties improvement were scrutinized. The results showed that the microstructure and mechanical properties were improved considerably. In this way, after two passes of this process, an ultrafine grained (UFG) microstructure was formed, and the values of ultimate strength (UTS), hardness (Hv) and ductility (EL%) became 3.6, 1.83 and 1.8 times higher, respectively. Also, the comparison of the results of the improved tube cyclic expansion extrusion process with those of the conventional tube cyclic expansion extrusion process indicated that ultimate strength and hardness of the improved process were near to those of the conventional process, but the value of elongation to failure of the improved process is considerably higher than the value of the conventional process. This can be considered as one of the important advantages of the improved process over the conventional process.

    Keywords: Severe plastic deformation, Tube, AZ91 alloy, Ultra-fine grained, Mechanical properties
  • Vahid Modanloo*, Ahmad Mashayekhi, Behnam Akhoundi Pages 521-530

    In addition to the need for lightweight properties, the metallic bipolar plates in the PEM fuel cells should work in a humid and acidic environment. Due to its low density and excellent corrosion resistance, titanium is a proper candidate for manufacturing bipolar plates. In this paper, the manufacturing of bipolar plates made of commercially pure titanium with an initial thickness of 0.1 mm was investigated using the stamping process. A four-channel die with a parallel flow field was used in the experiments. To estimate the formability of microchannels of the bipolar plates, the response surface method, genetic algorithm, and adaptive neural fuzzy inference system were employed. Die clearance, stamping speed, and friction coefficient between the sheet and die were considered input variables, whereas the die filling rate was as output. The designed experiments using the response surface method were used to train the meta-heuristic techniques. The results showed that the regression model obtained from the response surface method predicts the die filling rate with acceptable accuracy. Furthermore, the coefficients of the equation obtained from the regression have been improved using the genetic algorithm and the error rate has been reduced by about 53%. Finally, an adaptive neural fuzzy inference system was used to predict the die filling. The results showed that the proposed system is very feasible and approximates the maximum filling rate with high accuracy.

    Keywords: Die filling, Stamping process, Bipolar plates, PEM fuel cell, Meta-heuristics algorithms
  • Sajjad Astaraki, Ehsan Zamani*, MohammadHossein Pol Pages 531-541

    In this research, energy absorption in sandwich panel structures with honeycomb core and skin made of glass-epoxy multi-layer composite, aluminum, and two-dimensional glass fabrics impregnated with shear-thickening fluid under low-velocity impact loading has been investigated. Polyethylene glycol 400 and hydrophilic fumed silica with nanometer dimensions were used to make the shear thickening fluid, and then a rheometer was used to verify the rheological properties of the fluid. The test was carried out at two heights of 100 and 500 mm with a drop weight device. The sandwich panel honeycomb core has been tested once filled with shear thickening fluid and again empty of shear thickening fluid. The results of the rheology test show that the viscosity value increases with the increase of the shear rate. The impact test results show an increase in energy absorption in the structure of sandwich panels filled with shear thickening fluid compared to empty sandwich panels. At the drop height of 500 mm, the absorption of specific energy in the sandwich panel structure with a skin made of two-dimensional glass fabrics impregnated with shear thickening fluid, the ratio of sandwich panel with a skin made of aluminum and composite increased by 27.93, and 9.47%, respectively, and energy absorption in The sandwich panel with composite skin has increased by 16.86% compared to the sandwich panel with aluminum skin.

    Keywords: Energy absorption, Sandwich panel, Shear thickening fluid, Composite
  • SHAHRBANOU SAYADI*, ALIREZA BAGHBANAN, MORTEZA JAVADI, JORDI DELGADO-MARTIN, HAMID HASHEMALHOSSEINI Pages 543-551

      fracture toughness (KIC) is one of the most important parameters in fracture mechanics, which represents the ability of a material containing a pre-existing defect to resist tensile failure. In this paper, the crack length effect on the mode I fracture toughness of an isotropic homogeneous material was investigated. For this purpose, several disc shaped PPMA samples were loaded in pure tension by performing pseudo-compact tension (pCT) tests. Digital image correlation (DIC) method was utilized to assess and monitor the distribution of the deformation field during the tests. DIC results were also used to compare the effect of crack length on the deformation field variation in samples. Very good agreement was found between the KIC values estimated in this study and those reported in the past for the similar material; indicating that the pCT method is convenient for the assessment of KIC. The experimental results also show that the initial crack length has a tangible impact on KIC, although the magnitude of its influence is closely related to material structure and type. According to the tests results, an increase in the initial crack length leads to increase the ultimate displacement at failure point, decrease the maximum load, and the amount of absorbed energy until the moment of failure, and finally decrease the mode I fracture toughness of the material. According to the comparisson of the results, in the optimum range of sample diameter, the initial crack length is suggested between 11.5 to 15.5 mm for PMMA.

    Keywords: mode I fracture toughness, pseudo-compact tension method, initial crack, PMMA, digital image correlation method
  • Pezhman Namashiri, Akbar Allahverdizadeh*, Behnam Dadashzadeh Pages 553-565

    Heart diseases are one of the most important causes of death in the world, and their treatment is very important from a medical and financial perspective. One of the effective ways that can be very useful in the treatment of cardiovascular diseases is computational modeling which can help medical professionals to better understand the human heart and provide more effective therapeutic approaches. The mechanical characteristics of the myocardium of human heart, known as a nonlinear and anisotropic tissue, are the most important part of the heart because it plays a key role in myocardial response to loading and unloading during heart cycle. In this study, the orthotropic hyperelastic and isotropic viscoelastic properties of the human heart were modeled by taking into account the effect of active stress on myocardium and using an idealized left ventricular geometry. Simulation results showed that the viscoelastic property cause the myocardium deformation to be damped and reduces the amount of torsion that experienced by the tissue. Also, myocardium tissue in viscoelastic case showed the hysteresis phenomenon which is found in clinical observations of heart mechanics. The Model is entirely implemented in COMSOL Multiphysics finite element software and can be used in heart electromechanical models in future studies.

    Keywords: Computational Modeling, Hyperelastic, Viscoelastic, Myocardial Mechanics, Finite Element Method
  • Farshid Kholoosi, Ali Alavi Nia* Pages 567-576

    Polymers are used in a wide range of industries. In this research, the mechanical behavior of polymers used in the glass industry has been studied. The investigated polymers included thermoplastic polyurethane (TPU), polyvinyl butyral (PVB) and sentry glas (SG). These polymers were subjected to tension and compression tests at different strain rates from 0.001 to 0.25 s-1. Also, the mechanical dynamic properties of the polymers were extracted using the mechanical dynamic analysis test at a constant frequency. The tensile test results showed that the mechanical behavior of polyurethane is not dependent on strain rate, but SG is highly sensitive to strain rate. Also, with increasing strain rate, the fracture stress of SG decreased drastically. The pressure test results showed that TPU can withstand more stress. The glass transition temperature of TPU was lower than the other two polymers. Overall, it can be concluded that among the polymers studied in this research, TPU had better mechanical behavior.

    Keywords: Polymer, strain rate, mechanical dynamic analysis, quasi-static loading, interlayer