فهرست مطالب

نشریه مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
سال سوم شماره 2 (پیاپی 8، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید سعید کشوری طباطبائی، سید علیرضا مصطفوی، محمد خلیلی* صفحات 135-156
    در وسایل نقلیه متداول حدود %40 از انرژی سوخت به توان مفید تبدیل شده و بقیه توسط سیستم خنک کاری و اگزوز به محیط هدایت می گردد که علاوه بر اتلاف انرژی یکی از اصلی ترین منابع آلایندگی هوا نیز به شمار می رود. در حال حاضر در سرتاسر جهان برای جابه جایی غذاهای آماده از محل تولید، مانند رستوران ها به مقصد ضمن حفظ کیفیت آن ها از سفارش های آنلاین برای مشتریان خود استفاده می شود. بااین حال در طول این مسیر به دلیل مسافت های طولانی و به تبع آن اتلاف حرارت از محفظه حمل غذا، مشکلاتی در زمینه سردشدن غذا و یا گرم شدن نوشیدنی ها در سفارش های آنلاین به وجود می آید؛ لذا استفاده از یک ترموسیفون در مسیر گازهای خروجی از اگزوز برای بازیافت حرارت اتلافی، یکی از روش هایی است که می تواند با کاربرد گرمایشی مورداستفاده قرار گیرد. همچنین برای کاربرد سرمایشی نیز می توان از خنک کننده ترموالکتریک به کمک الکتریسیته وسیله نقلیه استفاده نمود. در این تحقیق یک سیکل ترکیبی (محفظه گرمایشی - سرمایشی) سیار برای گرم نگه داشتن محفظه گرم تا دمای حدود °C48 پس از زمان 25 دقیقه با استفاده از ترموسیفون با بهترین نسبت پرشدگی %75 و سرد نمودن محفظه سرد تا دمای حدود °C5 در مدت زمان 8 دقیقه با کمک خنک کننده ترموالکتریک طراحی و ساخته شده است.
    کلیدواژگان: محفظه گرمایشی - سرمایشی سیار، وسایل نقلیه، ترموسیفون، خنک کننده ترموالکتریک، بازیافت حرارت اتلافی
  • علی جباری*، محسن سلطانی صفحات 157-173
    امروزه موتورهای الکتریکی، نقش مهمی در تولید انرژی در جهان ایفا می کنند. به همین دلیل بهبود پارامترهای موتور الکتریکی به منظور بهبود عملکرد موتور از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه های بهبود عملکرد موتورهای الکتریکی استفاده از مغناطیس دایم در ساختار موتورهای القایی می باشد. این نوع موتورها به عنوان موتورهای لاین استارت شناخته می شوند. استفاده از مغناطیس دایم باعث حذف تلفات اهمی و به دنبال آن افزایش راندمان می شود. باتوجه به این که مغناطیس دایم مهم ترین نقش را در این موتورها دارد، کوچک ترین تغییری در خواص مغناطیسی آهنربای استفاده شده، باعث بروز اختلال در عملکرد ماشین خواهد شد. یکی از پدیده های مهمی که خواص آهنربای هسته را تغییر می دهد، پدیده مغناطیس زدایی است. با وجود این که این پدیده اثرات بسیار مخربی بر عملکرد موتور دارد، اما همچنان طراحی موتورهای الکتریکی بدون درنظرگرفتن این مسیله انجام می شود. در این مقاله یک موتور لاین استارت طراحی شده است. این موتور تحت شرایط مغناطیس زدایی شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند عملکرد و راندمان موتور در حالت مغناطیس زدایی کاهش قابل توجهی دارد. همچنین جریان در موتورهای مغناطیس زدایی شده افزایش یافته، باعث کاهش بیشتر خواص مغناطیسی آهنربا می شود. این اثر به صورت پیش رونده بارها تکرار شده تا زمانی که خاصیت مغناطیس دایم استفاده شده از بین برود. در نهایت یک مدل تحلیلی برای بررسی و طراحی موتورهای الکتریکی، با درنظرگرفتن اثرات مغناطیس زدایی ارایه شد. نتایج نشان داد استفاده از مدل تحلیلی طراحی موتور با درنظرگرفتن اثرات مغناطیس زدایی می تواند جایگزین مناسبی برای استفاده از روش های مرسوم در طراحی موتورهای الکتریکی باشد.
    کلیدواژگان: آهنربا دایم خط راه انداز، مغناطیس زدایی، موتور القایی، مغناطیس دایم
  • بهروز شهریاری*، اصغر مهدیان، سیف الله عظیمی صفحات 174-193
    جهت سهولت در حمل و نقل برج توربین باد، برج از چند بخش مجزا ساخته شده و به یکدیگر فلنج و به وسیله فرایند جوشکاری تثبیت می گردند. یک پیامد ناخواسته در فرایند جوش کاری، اعوجاج ناشی از توزیع ناهمگون حرارت در فلنج است. این پیامد به صورت تنش پسماند و تغییر شکل های دایمی در فلنج پدیدار می شوند. در این تحقیق اعوجاج در جوش کاری فلنج برج توربین باد مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج عددی و تجربی نشان می دهند که میزان شار حرارتی بیشرین تاثیر را روی اعوجاج فلنج دارد. با نوشتن یک سابروتین و استفاده از حلقه های تکرار و شرطی، مسیر حرکت نازل جوشکاری برای برنامه تعریف و با دقت مناسبی میزان اعوجاج ناشی از توزیع حرارت پیش بینی می شود. مقایسه نتایج عددی و تجربی نشان می دهد که اختلاف نتایج جابجایی بستگی به ناحیه سطح مقطع فلنج و موقعیت زاویه ای آن دارد. در ناحیه بیرونی فلنج این اختلاف در تمام موقعیت ها نزدیک به صفر درصد است. در نواحی میانی سطح مقطع در موقعیت زاویه ای60 درجه این اختلاف33 درصد است که نسبت به موقعیت های صفر، 30 و 90 درجه کمترین درصد اختلاف را دارد. در نواحی داخلی فلنج در موقعیت زاویه ای 30 درجه اختلاف جابجایی 14 درصد بوده که نسبت به سایر موقعیت ها کمترین اختلاف را دارد.
    کلیدواژگان: فلنج توربین باد جوش کاری، اعوجاج جوش، تحلیل عددی و تجربی، ترموالاستیک
  • مصطفی ناظمی زاده*، مهران صمدی فروشانی، محمدمهدی محمدی قناغستانی صفحات 194-215

    این مقاله به بررسی پدیده فلاتر در یک ورق مستطیلی-شکل در جریان هوای مافوق صوت می پردازد. فلاتر، یک ارتعاش خود برانگیخته است که در معرض جریان سیال اتفاق می افتد. در این پژوهش، ابتدا پدیده فلاتر و روش شناسایی آن بر اساس تحلیل مقادیر ویژه مورد بررسی قرار می گیرد. سپس با استفاده از فرضیات ورق کیرشهف، معادله حرکت ورق استخراج شده و با مدل آیرودینامیکی پیستون مرتبه اول کوپل می شود. در ادامه، معادله کوپل شده سازه-سیال با استفاده از روش تفاضل مربعات (DQM) به صورت ماتریسی حل می شود. استفاده از روش عددی DQM در قالب ماتریسی، مزایایی از جمله دقت و سرعت بالا را برای حل مسیله فلاتر فراهم می کند، به شرطی که تعداد لایه مناسبی برای نقاط مرزی انتخاب شود. همچنین نتایج نشان می دهد که اولین پدیده فلاتر در یک ورق از جنس آلومینیوم با طول و عرض 1 متر و ضخامت 5 میلیمتر، در شرایط جوی سطح آزاد دریا و با شرایط مرزی دو سر گیردار و دو سر آزاد، در فشار دینامیکی بدون بعد 617 (معادل 3.395 ماخ) رخ می دهد. فرمول بندی ارایه شده می تواند به عنوان یک پایه برای حل و محاسبه سرعت فلاتر اجسام مختلف در جریان هوای مافوق صوت مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: سرعت فلاتر، جریان مافوق صوت، نظریه پیستون، روش عددی DQM، شرایط مرزی CFCF
  • مجتبی اسماعیلیان*، فرزاد برومند، مهدی دهقان صفحات 216-235
    در سال های اخیر در بسیاری از صنایع از جمله صنایع هوایی و ریلی، برای تولید رینگ های بدون درز از فرایند نورد حلقوی استفاده می شود. علت این امر مزایای این فرایند همچون صرفه جویی در هزینه و مواد، کیفیت بالا و بازدهی بالا می باشد. در این تحقیق شکل دهی اسپول جلو و عقب کمپرسور یک موتور هواپیما به کمک فرآیند نورد حلقوی مورد بررسی قرارگرفته است. به دلیل پیچیده بودن اشکال سطح داخلی و بیرونی این اسپول ها، شبیه سازی فرآیند نورد حلقوی برای آن ها دشوار می باشد. برای شبیه سازی انجام شده، بررسی تنش های اعمالی به غلتک اصلی با فرض شکل پذیر بون غلتک ها انجام شده است. همچنین نیروهای وارد بر غلتک اصلی در حالتی که غلتک ها شکل پذیر فرض شده اند، استخراج و با نتایج قبلی که کلیه غلتک ها صلب می باشد مقایسه شده اند. در هر دو اسپول فرم های پیچیده بر روی سطح غلتک طراحی شده وجود دارد. اگر از تمرکز تنشی که در نقاط نوک تیز ایجاد شده در زمان المان بندی صرفنظر شود، تنش های ایجاد-شده بر روی سایر قسمت های قالب در حدود 400 مگاپاسگال می باشد. بنابراین برای اسپول جلو و عقب می توان از فولاد H13 جهت ساخت کلیه قالب ها استفاده نمود. اما پیشنهاد می گردد که تا حد امکان سطح پوسته سخت کاری شده و بعد از ساخت قالب ها و استفاده از آن ها جهت تولید انبوه پوسته ها، به طور مداوم این سطوح بازبینی گردد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی المان محدود، فرآیند نورد حلقوی، اسپول جلو و عقب کمپرسور
  • سید میلاد رحیمدادی، محسن حیدری بنی، جعفر اسکندری جم* صفحات 236-266
    پوسته های کامپوزیتی به دلیل وزن کم و استحکام زیاد در صنایع متنوعی به صورت گسترده استفاده می شوند که برای طراحی این سازه ها تحلیل های مهندسی مختلفی صورت می گیرد و یکی از مهم ترین مطالعات، بررسی کمانش پوسته ها در بار محوری است. هدف این پژوهش بررسی روش همبستگی ارتعاشی بر روی استوانه کامپوزیتی دارای عیب تورق می باشد. عیب تورق در شرایط مختلفی در سازه ایجاد می شود و تاثیر زیادی بر استحکام استوانه می گذارد. لذا در پژوهش حاضر ابعاد و تعداد مختلف تورق در نمونه های متنوعی تحت روش همبستگی ارتعاشی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش از الیاف کربن T300 برای تقویت کننده و از رزین گرما سخت LY556 برای زمینه استفاده شد. هاردنر و شتاب دهنده ترکیب شده با رزین در این پژوهش به ترتیب HY917 و DY70 می باشند. لایه چینی در نمونه ها با زوایای [55 90 90 55] به روش رشته پیچی انجام گرفت که با استفاده از ورق تفلون بین لایه های 2 و 3 عیب تورق مصنوعی ایجاد شد. نمونه های ساخته شده در نیروهای فشاری مختلف تحت آزمون مودال قرار گرفتند و سپس به روش آزمون مخرب کمانشی بار بحرانی نمونه ها بدست آمد. با استفاده از نرم افزار مدل سازی عددی به صورت تحلیل خطی و غیرخطی بار بحرانی کمانش و فرکانسی طبیعی در بارهای محوری فشاری مختلف محاسبه شده و با نتایج تجربی مقایسه شدند. روش همبستگی ارتعاشی با نتایج تجربی و مدل سازی عددی غیرخطی در نمونه های بدون عیب با دقت 3 درصد توانست بار بحرانی کمانش را پیش بینی کند اما در نمونه های دارای عیب تورق دقت این روش بسیار کم بود.
    کلیدواژگان: پوسته کامپوزیتی، کمانش، روش همبستگی ارتعاشی، عیب تورق، مدل سازی عددی
  • سعید نیک آبادی*، حسین رستمی، سید حسن بطحائی صفحات 267-284
    در این پژوهش، چندین نمونه ورق فلزی ضخیم از منطقه شکست و اطراف آن مربوط به یک جرثقیل جهت بررسی علل تخریب مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه مورد بررسی مربوط به یک جرثقیل ریلی ساخت آلمان است که در سال 1974 ساخته شده است. جهت بررسی علل تخریب، ابتدا سطح شکست و سطح خارجی نمونه توسط میکروسکوپ استریو مورد مطالعه قرار گرفت. سپس، آنالیز شیمیایی نمونه توسط روش طیف سنجی نشری تعیین شد. جهت بررسی های ریزساختاری، نمونه های متالوگرافی از مقطع عرضی تهیه شد و توسط میکروسکوپ نوری مطالعه شد. جهت تعیین خواص مکانیکی، آزمون های سختی سنجی و کشش در دمای محیط انجام شد. جهت تکمیل مطالعات، سطح شکست توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. براساس مطالعات انجام شده و نتایج به دست آمده از آزمایش ها، عامل اصلی شکست، خوردگی خستگی است. حفره های نسبتا عمیق خوردگی در سطح به همراه ترک های سطحی در نواحی بدون پوشش نشان دهنده وقوع خوردگی است که با در نظرگرفتن زمان سرویس، وجود تنش های کاری (عمدتا سیکلی) و شرایط بارگذاری بیش از حد مجاز در مقاطع زمانی خاص منجر به شکست شده است.
    کلیدواژگان: ورقه ضخیم فلزی، جرثقیل ریلی، منطقه شکست، تنش کاری، خواص مکانیکی
|
  • Seyed Saeed Keshvari Tabatabaei, Seyed Alireza Mostafavi, Mohammad Khalili * Pages 135-156
    In conventional vehicles, about 40% of fuel energy is converted into useful power, and the rest is directed to the environment by cooling and exhaust systems, which, in addition to energy loss, are also one of the main sources of air pollution. At present, all over the world, food suppliers use online orders for their customers to move ready-made food from the place of production, such as restaurants, to their destination while maintaining its quality. However, along this route, due to the long distances that cause heat loss from the food container, it creates problems for food to cool or heat drinks in online orders. Therefore, using a thermosyphon in the exhaust gas path to recover waste heat is one of the methods that can be used in addition to solving the problem of existing pollution with heating applications and also for cooling applications of vehicle electricity as chamber cooling. In this research, a mobile combined cycle (heating-cooling chamber) was used to keep the chamber warm with the best filling percentage of 75% in all inlet capacities for 25 minutes to about 48 °C using a thermosyphon and cool the other chamber for 8 minutes. It was designed and built up to a temperature of about 5 °C with the help of thermoelectric cooling.
    Keywords: Mobile heating-cooling chamber, Vehicles, thermosyphon, Thermoelectric cooling, Waste heat recovery
  • Ali Jabbari *, Mohsen Soltani Pages 157-173
    It is very important to improve the parameters of the electric motor in order to improve its performance. One of the ways to improve the performance of electric motors is to use permanent magnets in the structure of induction motors. These types of motors are known as line start motors. The use of permanent magnets eliminates ohmic losses and increases efficiency. Due to the fact that permanent magnetism plays the most important role in these motors, the smallest change in the magnetic properties of the used magnet will cause malfunction of the machine. One of the important phenomena that changes the properties of the core magnet is the phenomenon of demagnetization. Although this phenomenon has very destructive effects on engine performance, the design of electric motors is still done without considering this issue. In this article, a line start motor is designed. The numerical simulation results show that the performance and efficiency of the motor in the demagnetization mode are significantly reduced. Also, the increased current in demagnetized motors causes a further decrease in the magnet's magnetic properties. This effect is progressively repeated many times until the property of the applied permanent magnet is lost. Finally, an analytical model was presented for examining and designing electric motors, considering the effects of demagnetization. The results showed that the use of the analytical model of motor design considering the effects of demagnetization can be a suitable alternative to the use of conventional methods in the design of electric motors.
    Keywords: Line start Motor, Demagnetization, Permanent Magnet Machine
  • Behrooz Shahriari *, Asghar Mahdian, Seyfollah Azimi Pages 174-193
    In order to facilitate the transportation of the wind turbine tower, the tower is made of several separate parts and they are flanged to each other and fixed by the welding process. An unwanted consequence in the welding process is the distortion caused by the uneven distribution of heat in the flange. This consequence appears as residual stress and permanent deformations in the flange. In this research, the distortion in the welding of the wind turbine tower flange is studied. Numerical and experimental results show that the amount of heat flux has the greatest effect on flange distortion. By writing a subroutine and using repetition and conditional loops, the path of the welding nozzle is defined for the program and the amount of distortion caused by the heat distribution is predicted with appropriate accuracy. The comparison of numerical and experimental results shows that the difference of the displacement results depends on the cross-sectional area of the flange and its angular position. In the outer region of the flange, this difference is close to zero percent in all positions. In the middle areas of the cross-section in the angular position of 60 degrees, this difference is 33%, which has the lowest percentage difference compared to the positions of zero, 30 and 90 degrees. In the inner areas of the flange at an angular position of 30 degrees, the displacement difference is 14%, which is the least difference compared to other positions.
    Keywords: Wind Turbine flange, Welding process, Welding distortion, Numerical, experimental investigation, Thermoelastic
  • Mostafa Nazemizadeh *, Mehran Samadi Foroushan, MohamadMehdi Mohammadi Ghanaghestani Pages 194-215

    The presented paper investigates the flutter phenomenon in a rectangular-shaped plate in supersonic air flow. First, the phenomenon of flutter and its identification method based on the analysis of eigenvalues are presented. Then, using the assumptions of Kirchhoff plate, the plate motion equation is derived and coupled with the first-order piston aerodynamic model. Next, the coupled structure-fluid equation is solved in matrix form using the differential quadrature method (DQM). Using the DQM numerical method in matrix form provides advantages such as high accuracy for solving the flutter problem. The obtained results show that the first phenomenon of flutter in an aluminum plate with a length and width of 1 meter and a thickness of 5 mm with clamped-free-clamped-free boundary conditions occurs in dimensionless dynamic pressure 617 (equivalent to Mach 3.395). The presented formulation can be used as a benchmark for solving and calculating the flutter speed of various objects in the supersonic air flow.

    Keywords: flutter speed, Ultrasonic flow, Piston theory, DQM numerical method, CFCF boundary conditions
  • Mojtaba Esmailian *, Farzad Boroumand, Mehdi Dehghan Pages 216-235
    In recent years, ring rolling process is used to produce seamless rims in many industries, including the aviation and railway industries. The reason for this is the advantages of this process, such as saving money and materials, high quality and high efficiency. In this research, the shaping of the front and rear spools of an airplane engine compressor has been investigated using the ring rolling process. Due to the complexity of the internal and external surface shapes of these spools, it is difficult to simulate the ring rolling process for them. For the performed simulation, the stress applied to the main roller has been checked with the assumption of the shape of the rollers. Also, the forces acting on the main roller in the case where the rollers are assumed to be malleable have been extracted and compared with the previous results where all the rollers are rigid. In both spools, there are complex forms designed on the surface of the roller. If the concentration of stress created at the sharp points during elementing is ignored, the stresses created on other parts of the mold are around 400 MPa. Therefore, H13 steel can be used for the front and back spools to make all molds. But it is suggested that the surface of the shell should be as hard as possible and after making molds and using them for the mass production of shells, these surfaces should be constantly reviewed.
    Keywords: finite element simulation, Ring rolling process, Front, rear spool of the compressor
  • Seyed Milad Rahimdadi, Mohsen Heydari Beni, Jafar Eskandari Jam * Pages 236-266
    Composite shells are widely used in various industries due to their low weight and high strength. Designing these structures involves various engineering analyses, and one of the most important studies is the investigation of the buckling of shells under axial load. The aim of this research is to investigate the vibrational correlation method on composite cylinders with delamination defects. Delamination defects can occur in structures under different conditions and have a significant impact on the strength of the cylinder. Therefore, in this study, different dimensions and quantities of delamination defects in various specimens were examined using the vibrational correlation method. Carbon fibers of type T300 were used as the reinforcement material, and the epoxy resin LY556 was used as the matrix. The hardener and accelerator combined with the resin in this research are HY917 and DY70, respectively. The layer stacking in the specimens was done with angles [55 90 90 55] using the filament winding method, and artificial delamination defects were created between layers 2 and 3 using Teflon sheets. The manufactured specimens were subjected to modal testing under various compressive forces, and then the critical buckling load of the specimens was obtained using the modal testing method. Using numerical modeling software, critical buckling loads and natural frequencies were calculated for various axial compressive loads through linear and nonlinear analysis. These numerical results were compared with experimental results. The vibrational correlation method accurately predicted the critical buckling load in defect-free specimens with a 3% error, but its accuracy was significantly
    Keywords: Composite Shell, Buckling, vibration correlation method, torq defect, Numerical Modeling
  • Saeid Nickabadi *, Hosein Rostami, Seyed Hasan Bathaee Pages 267-284
    In this research, several samples of thick sheet metal from the fracture area and its surroundings related to a crane have been examined and studied in order to investigate the causes of destruction in this research. The studied sample is related to a German-made rail crane that was built in 1974. In order to investigate the causes of destruction, first the fracture surface and the external surface of the sample were studied by a stereo microscope. Then, the chemical analysis of the sample was determined by the emission spectroscopy method. In order to investigate the microstructure, metallographic samples were prepared from a cross section and studied by an optical microscope. To determine the mechanical properties, hardness and tensile tests were performed at ambient temperature. To complete the studies, the fracture surface was examined by scanning electron microscope. Based on the studies conducted and the results obtained from the experiments, the main cause of failure is fatigue corrosion. Relatively deep corrosion pits on the surface along with surface cracks in the uncovered areas indicate the occurrence of corrosion, which has led to failure by considering the service time, the presence of working stresses (mainly cyclical) and overload conditions at certain times.
    Keywords: Thick metal sheet, Rail crane, Failure zone, Stress relief, Mechanical properties