فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال سیزدهم شماره 4 (مهر و آبان 1402)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال سیزدهم شماره 4 (مهر و آبان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • مهدی دهقان، بهروز شهریاری*، امین موسائی صفحات 1-14
    در این مقاله تحلیل ترموالاستیسیته غیرخطی یک استوانه جدارضخیم تحت فشار داخلی انجام شده است. خواص ماده به صورت مدرج تابعی در راستای شعاعی و تابع دما در نظر گرفته می شود که سبب غیر خطی شدن معادلات انتقال حرارت هدایتی در استوانه می شود. در این تحقیق از تیوری اغتشاش برای حل معادلات غیرخطی انتقال حرارت استوانه استفاده می شود. شرایط مرزی دمایی استوانه به طور کاملا دلخواه و به صورت ترکیبی از تحریک دما و شار حرارتی در نظر گرفته شده است. با استخراج میدان دمایی در ضخامت استوانه و اعمال تاثیر آن در معادلات تعادل الاستیسیته، میدان تنش و جابجایی در استوانه بدست می آید. برای گسسته سازی معادلات تعادل الاستیسیته حاکم بر مسیله و شرایط مرزی از روش عددی مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته (GDQ) استفاده می شود. جهت اعتبارسنجی روش، نتایج حاصل از حل معادلات در حالت خطی با نتایج مستخرج از منابع علمی دیگر مقایسه شده است که دارای انطباق قابل قبول و همگرایی مناسب می باشد. پس از آن تقریب های مرتبه صفر، مرتبه اول و مرتبه دوم دمایی استخراج و تاثیر آن بر تغییرات خواص مکانیکی ماده وابسته به دما و نیز توزیع تنش در راستای شعاعی مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش اختلاف دما مابین سطوح داخلی و خارجی استوانه و برای رسیدن به دقت مناسب برای استخراج توزیع دما، باید از ترم های بیشتر از سری اغتشاشی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: تئوری اغتشاش، روش مربعات دیفرانسیلی (DQ)، استوانه FG، خواص وابسته به دما، تحلیل ترموالاستیک
  • مسلم نجفی، سعید محمودخانی* صفحات 15-37
    در این مطالعه ارتعاشات پوسته استوانه با دیسک صلب در لبه های انتهایی مورد بررسی قرار گرفته و میزان تغییرات نتایج در مقایسه با فرض متداول ثابت بودن لبه به جای درنظرگرفتن دیسک مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی پوسته از مدل سندرز-کویتر با احتساب برش عرضی مرتبه اول استفاده شده و اثر دیسک در انتها برای اولین بار با استفاده از روابط سینماتیکی حاکم به شکل مستدل و نظام مندی استخراج شده است. برای حل مساله نیز از روش اجزامحدود نیمه تحلیلی استفاده شده و نحوه اصلاح ماتریس های سفتی و جرم برای افزودن اثر دیسک نیز برای اولین بار شرح داده شده است. علت اثرگذاری دیسک بر روی ماتریس سفتی، قیدهای حرکتی ایجاد شده بین مولفه های جابجایی پوسته در محل اتصال به دیسک صلب است. مطالعات عددی متعددی برای بررسی اثر خواص جرمی دیسک بر فرکانس مودهای مختلف پوسته انجام شده که نشان دهنده اثرگذاری قابل توجه دیسک در فرکانس های طبیعی مودهای با تعداد موج های محیطی صفر و یک است. طبق نتایج حاصل، افزایش جرم دیسک می تواند مود با فرکانس کمینه را از مود با ارتعاشات موضعی متمرکز روی پوسته به شکل ارتعاشات خمشی شبه تیر تبدیل کند.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، دیسک صلب، اجزامحدود نیمه تحلیلی، شکل مود ارتعاشی
  • میلاد عظیمی*، مرضیه اقلیمی دژ صفحات 39-51
    در این مقاله به طراحی الگوریتم کنترل تحمل‏ پذیر عیب مبتنی ‏بر مشاهده‏ گر و کنترل فعال ارتعاشات به صورت همزمان جهت پایداری وضعیت فضاپیمای انعطاف ‏پذیر ناقص عملگر در قالب یک سیستم صلب-انعطاف پذیر که در معرض اغتشاشات خارجی قرار گرفته، پرداخته شده است. جهت تخمین خطای گشتاور ناشی از عیب عملگر، یک مشاهده‏ گر یادگیری تکرار شونده توسعه یافته است. یکی از ویژگی های اصلی این مشاهده گر خطا، لحاظ اغتشاشات خارجی در ساختار آن است. سپس، یک قانون کنترل تحمل ‏پذیر خطای مود لغزشی توسعه یافته مبتنی‏ بر ساختار تناسبی-انتگرالی-مشتقی با بهره سوییچینگ متغیر با زمان برای تولید سیگنال‏ های کنترلی با عملکرد مطلوب طراحی شده است. در نهایت، جهت کاهش ارتعاشات باقی‏مانده حین و پس از مانور، الگوریتم کنترلی فیدبک نرخ کرنش به طور همزمان با الگوریتم کنترل تحمل‏ پذیر عیب فعال‏سازی می‏شود. تضمین پایداری کلی سیستم حلقه بسته با استفاده از تیوری لیاپانوف صورت پذیرفته است. شبیه ‏سازی‏های عددی در قالب یک مطالعه مقایسه ای حاکی از آن است که سیستم توسعه یافته عملکرد مطلوبی نسبت به الگوریتم های رایجی مانند مود لغزشی انتگرالی در برابر خطای عملگر، اغتشاشات خارجی و تحریک مودهای انعطاف پذیر سیستم های با دینامیک صلب-انعطاف پذیر دارد.
    کلیدواژگان: کنترل تحمل‏ پذیر خطا، مود لغزشی، فیدبک نرخ کرنش، مشاهده‏ گر یادگیری تکرار شونده
  • نرجس قائمی، امین نیکوبین*، محمدرضا آشوری صفحات 53-66

    میکرو/نانوتشدیدگرها دستگاه هایی بسیار ظریف با ابعاد بسیار کوچک هستند. لذا هرگونه عیب و ایراد ناشی از فرآیند ساخت و اجرای آزمایشگاهی می تواند منجر به تغییرات اساسی در رفتارهای ارتعاشی آنها شود. در این مطالعه، معادلات کلی حاکم برای یک میکرو تیر (نانو لوله) دوسر گیردار با سطح مقطع نامتقارن که به صورت یک سطح مقطع بیضوی مدل شده است و تحت تحریک خارجی قرار گرفته است، استخراج می شود. سپس، با حذف نامتقارنی و فرض دایروی بودن سطح مقطع، معادلات فرکانسی لازم جهت تحلیل رفتارهای خطی و غیرخطی به روش مقیاس های زمانی چندگانه استخراج می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها تطابق خوبی با مراجع آزمایشگاهی موجود در ادبیات دارد. نهایتا با اعمال نامتقارنی در سطح مقطع تشدیدگر، سیستم از یک مدل ایده آل به یک مدل واقعی تر سوق داده شده و اثر سطح مقطع نامتقارن در ایجاد، تعدیل و حذف تشدید داخلی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد. در پایان مزایا و معایب ناشی از نامتقارنی ها تشریح می گردد و راه کارهایی جهت رسیدن به مدل های بدیع تر، کامل تر و با بازدهی بالاتر تبیین می گردد.

    کلیدواژگان: میکرو، نانورزوناتورهای مکانیکی، کوپلینگ مودال داخلی، رزونانس داخلی، روش مقیاس های زمانی چندگانه، رزوناتور نامتقارن
  • فرزاد امیری، جعفر اسکندری جم، محمدحسین علایی* صفحات 67-81

    در پژوهش حاضر به بررسی امکان سنجی تاثیر پارامترهای سیم های مختلف فلزی به عنوان تقویت کننده در هسته های فومی ساندویچ پانل ها، جهت بهبود خواص خمشی پرداخته شده است. در این راستا سه پارامتر تعداد سیم ها (در مقیاس 1، 2و 3 عدد سیم)، جنس سیم (آلومینیومی، آهنی و فولادی) و قطر آن ها (75/0، 1 و 5/1 میلی متر) به عنوان پارامتر تاثیرگذار ورودی و استحکام خمشی، مدول و استحکام به وزن سازه به عنوان پارامترهای خروجی طراحی آزمایش انتخاب شده اند. به منظور ارزیابی پارامترها پس از صحه گذاری بر مدل عددی با استفاده از نمونه اولیه ی ساخته شده، اقدام به طراحی آزمایش توسط نرم افزار مینی تب (روش تاگوچی) و انجام شبیه سازی آزمون های پیشنهادی توسط نرم افزار آباکوس شده است. درنهایت پس از واردکردن اطلاعات به دست آمده از شبیه سازی در نرم افزار مینی تب، نمونه بهینه یابی شده انتخاب، ساخته و با نمونه تولیدشده ی بدون تقویت کننده سیمی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که نمونه بهینه با اولویت استحکام به وزن شامل سه عدد سیم در هر طرف، جنس سیم فولادی و قطر یک میلی متر می باشد. همچنین با افزایش تعداد و قطر سیم ها استحکام بالاتر رفته اما در بررسی استحکام به وزن نمونه این رابطه همیشه صحیح نیست. افزایش خواص سیم مورد استفاده باعث افزایش استحکام کلی پانل ساندویچی می شود. در نهایت نتایج نشان داد استحکام خمشی ساندویچ پانل تقویت شده با سه عدد سیم فولادی حدود 43 درصد، مدول خمشی حدود 80 درصد، استحکام خمشی ویژه به مقدار 21 درصد و مدول خمشی ویژه 54 درصد افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت، سازه های ساندویچی، پنل های ساندویچی، تقویت هسته فومی، تقویت کننده فلزی
  • معین طاهری*، مهدی مدبری فر، امیر حسنی، پیمان کریمی، نیما رحمانی صفحات 83-94
    خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بافت های زنده با تغییر شرایط فیزیولوژیکی آن ها در هنگام بیماری تغییر می کند. میکروسکوپ نیروی اتمی می تواند تصویربرداری از سطح و مشاهده ی فراساختاری بافت های زنده را با تفکیک نانومتر در شرایط تقریبا فیزیولوژیکی انجام دهد و اطلاعات طیف سنجی نیرو، که امکان مطالعه ی خواص مکانیکی بافت را فراهم می کند، جمع آوری کند. در این پژوهش به کاربرد میکروسکوپ نیروی اتمی جهت اندازه گیری مدول الاستیسیته ی بافت سرطانی معده پرداخته شده است. بدین منظور، جهت نزدیک تر شدن نتایج تیوری به واقعیت تجربی، به مدل سازی سه بعدی تیوری های تماس توسعه یافته پرداخته شده است. از آن جا که در اکثر پژوهش های گذشته، شکل ذرات هدف کروی فرض شده است، به عنوان یک نوآوری مهم، در این پژوهش مدل های تماسی استوانه ای شامل هرتز، داوسون، نیک پور، هواپریچ و لاندبرگ مدل سازی شده اند و شبیه سازی هر یک از این مدل ها به وسیله ی نرم افزار متلب انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی مدل های تماسی با نتایج کار تجربی، مقایسه شده است. از نتایج به دست آمده از این مقایسه، مدول الاستیسیته برحسب کیلوپاسکال در مناسب ترین عمق نفوذ سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی برای یک بافت بیولوژیکی استخراج شده است. نتایج نشان داده است که مدل هواپریچ مدل مناسبی برای شبیه سازی تیوری بوده و بیشترین نزدیکی را به نتایج تجربی داشته است. با مقایسه ی نتایج به دست آمده و نتایج گذشته، درصد اختلاف نتایج برای بافت سرطانی معده بین 3 تا 20 درصد به دست آمده است و در پایان صحت سنجی نتایج صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: نانومنیپولیشن، استخراج مدول الاستیسیته، بافت معده، مدل های تماس استوانه ای
  • مجید الیاسی، وحید مدانلو*، فرزاد احمدی خطیر، حسین طالبی قادیکلایی صفحات 95-106
    در این مقاله، رفتار شکل پذیری لوله های جدار نازک آلومینیومی با استفاده از فرآیند خمکاری کششی دورانی هیدرولیکی به صورت تجربی بررسی شده است. در ابتدا، لوله های آلومینیومی آلیاژ 6063 با نسبت قطر به ضخامت 88/13، قطر خارجی 25 و ضخامت 8/1 میلیمتر تحت عملیات حرارتی آنیل و پیرسازی مصنوعی قرار گرفتند. در ادامه، آزمایش های تجربی خمکاری بر روی نمونه های اولیه و عملیات حرارتی شده در فشارهای سیال صفر، 1، 8/1، 2/3 و 6/3 مگاپاسکال انجام شد. پس از انجام آزمایش های تجربی، میزان نازک شدگی و ضخیم شدگی لوله های خم شده اندازه گیری شدند. با بررسی نتایج مشخص شد که برای همه نمونه ها بیشینه نازک شدگی و ضخیم شدگی در زاویه 40 درجه نسبت به قالب فشار رخ می دهد. همچنین بررسی نتایج شکل پذیری لوله ها نشان داد که عملیات حرارتی و فشار سیال روی هم اثر متقابل دارند به طوریکه در فشار سیال کمینه یعنی صفر مگاپاسکال، تاثیر عملیات حرارتی خیلی محسوس نیست ولی در فشار سیال بیشینه یعنی 36 مگاپاسکال، تاثیر عملیات حرارتی قابل توجه می باشد. در فشار سیال بیشینه، عملیات حرارتی پیرسازی منجر به کاهش نازک شدگی به میزان 7% و عملیات حرارتی آنیل منجر به افزایش نازک شدگی به میزان 13% نسبت به نمونه اولیه می شوند. به علاوه، میزان ضخیم شدگی لوله های پیرسازی و آنیل شده نسبت به نمونه اولیه به ترتیب به میزان 5% افزایش و 16% کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: خمکاری لوله، عملیات حرارتی، شکل پذیری، فشار سیال بیشینه
  • مجتبی شیخی، مهدی حسن زاده* صفحات 107-117
    در پژوهش حاضر طراحی بهینه شکل قالب در فرایند شکل دهی فلزات با استفاده از اکستروژن مورد بررسی قرارگرفته‫ است. باتوجه به وجود تغییر شکل های بزرگ در حین شکل دهی و درنتیجه ورود به ناحیه مومسان ماده، برای تحلیل مسیله در این ناحیه روش المان محدود به کار گرفته شده و مدل سازی در دستگاه اویلری انجام پذیرفته است. در این مطالعه تابع هدف رسیدن به کمترین انرژی کل مورد نیاز برای تغییر شکل در فرایند اکستروژن است. متغیر طراحی مورد نظر شکل قالب بوده و برای تولید شکل قالب از منحنی های اسپیلاین با در نظر گرفتن چند نقطه کنترلی استفاده شده است. با توجه به ماهیت غیر خطی بودن مسیله شکل دهی فلزات، پیچیدگی و حجم زیاد محاسبات در حین تحلیل مسیله، برای طراحی شکل بهینه قالب از یک روش بهینه‏سازی فراابتکاری ترکیبی قدرتمند الهام گرفته شده از دو روش رقابت امپریالیستی و الگوریتم مورچه (ICACO) کمک گرفته شده است. برای اعتبارسنجی نتایج به دست آمده برای شکل هندسی قالب در پژوهش حاضر، از مقایسه آن ها با نتایج ارایه شده در تحقیقات گذشته استفاده شد و میزان خطا کمتر از 2 درصد به دست آمد و هم خوانی خوبی مشاهده گردید. نتایج به دست آمده باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی کل در حین تغییر شکل به میزان حدودی 12 درصد نسبت به حالت مرسوم خطی شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
    کلیدواژگان: روش فراابتکاری ترکیبی، تحلیل المان محدود، بهینه سازی شکلی، منحنی اسپیلاین، رقابت امپریالیستی-گروه مورچه
  • امین صفرآبادی، وحید طهماسبی*، امین سوسن آبادی فراهانی، مجتبی ذوالفقاری صفحات 119-134
    کامپوزیت های زمینه فلزی، توجه روزافزونی برای کاربرد در صنایع هوافضا، دفاعی و خودروسازی را به خود جلب کرده اند. ماشین کاری این مواد با روش های سنتی ماشین کاری به دلیل وجود ذرات ساینده، بسیار مشکل است. ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) یکی از پرکاربردترین روش های ماشین کاری پیشرفته است و به نظر می رسد یک تکنیک امیدوارکننده برای ماشین کاری کامپوزیت های زمینه فلزی باشد. سایش ابزار در حین فرآیند، امری اجتناب ناپذیر است و نمی توان آن را به حد صفر رساند، ولی می توان آن را تا جایی که امکان دارد، کم کرد. در این تحقیق اثر پارامترهای جریان پیک تخلیه، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس، بر روی قطعه کار از جنس کامپوزیت زمینه فلزی آلیاژ AZ91 منیزیم، تقویت شده با 5 درصد ذرات کاربید سیلیسیم پودری و اثر آن بر روی نرخ سایش الکترود ابزار مسی، بررسی خواهد شد. آزمایش های این فرآیند با استفاده از روش سطح پاسخ مدل سازی شده و 17 آزمایش برای رسیدن به نتایج انجام گردیده است. جریان پیک تخلیه، زمان روشنی پالس، اثر تعاملی جریان پیک تخلیه و زمان روشنی پالس و اثر تعاملی زمان خاموشی پالس و جریان تخلیه از فاکتورهای موثر بر روی نرخ سایش ابزار هستند. کمترین نرخ سایش ابزار در زمان روشنی پالس 300 میکروثانیه، شدت جریان تخلیه 11.69 آمپر و زمان خاموشی پالس 20 میکروثانیه به دست آمد.
    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی، کامپوزیت زمینه منیزیومی، نرخ سایش ابزار، روش سطح پاسخ
  • آرش مهدوی، علی شاهنظری* صفحات 135-146

    انرژی الکتریکی و آب شیرین دو نیاز اساسی بشر است که این نیاز با استفاده صحیح از انرژی خورشیدی مرتفع می گردد. هدف از این پژوهش، تعبیه دستگاه آب شیرین کن کوپل شده با ماژول خورشیدی نیمه شفاف برای تولید الکتریسیته و آب شیرین بطور همزمان می باشد. سیستم خورشیدی کوپل شده در محیط نرم افزار ANSYS Workbench 2022 شبیه سازی شد. سپس برای بررسی میزان بهره وری، سیستم در دماهای مختلف آب شور 60، 70 و 80 و سرعت های متفاوت باد 1، 2، 3، 4 و 5 متر بر ثانیه شبیه سازی شد. همچنین ده سناریو بر حسب شدت تشعشع و دمای آب شور تعریف و شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که افزایش دمای آب شور و هم چنین سرعت باد موجب افزایش میزان تولید آب شیرین شد که اثر دمای آب شور در مقایسه با سرعت باد از این نظر بیشتر بود. برای سرعت باد m/s 3، با افزایش دمای آب شور از 60 به 70 و از 70 به 80 بطور متوسط میزان بهره وری ، بترتیب %64 و 120% افزایش یافت. همچنین افزایش توان الکتریکی خروجی سیستم برای دمای آب شور 70 با افزایش سرعت باد از m/s 1 تا m/s 5، 53/10% بوده است. نتایج شبیه سازی در ده سناریو مختلف نشان داد که سیستم خورشیدی کوپل شده نسبت به سیستم خورشیدی مستقل در هشت مورد بهره وری بیشتری داشته است. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش پیشنهاد می شود که مناطق جنوبی کشور با شدت تشعشع و سرعت باد بالا برای نصب سیستم خورشیدی کوپل شده مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی، شبیه سازی عددی، ماژول خورشیدی نیمه شفاف
  • محمدامین برهانی، امیرسعید شیرانی، منصور طالبی*، جواد مختاری صفحات 147-158

    یکی از روش های بهبود عملکرد انتقال حرارت جابه جایی، افزایش ضریب انتقال حرارت سیال عامل است. یکی از راهکارهای افزایش ضریب انتقال حرارت سیال، اضافه کردن نانوذرات فلزی یا غیرفلزی به سیال پایه است که به آن نانوسیال می گویند. پژوهش در زمینه ی نانوسیال ها در دو دهه اخیر رشد فراوانی کرده است. در مطالعه حاضر، اثر ترکیب همگن نانوذرات Al2O3 و TiO2 با آب دیونیزه شده، بررسی می شود. عملکرد ترموهیدرولیکی نانوسیال داخل کانال عمودی به روش های تجربی و عددی برای حالت آشفته و جریان آرام تحلیل می شود. مدل اغتشاشی استفاده شده در شبیه سازی عددی، مدل k-ε است. میله گرم کن داخل محفظه آزمایش، شار حرارتی کسینوسی یک کیلوواتی تولید می کند. نتایج نشان می دهد که افزایش غلظت نانوذرات، حداکثر دمای میله را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. استفاده از نانوسیال همگن 1٪ میزان دمای بیشینه را نسبت به آب خالص به میزان 20٪ در رینولدز 950 و 9.5٪ در رینولدز 4200 کاهش می دهد. همچنین ضریب انتقال حرارت با افزودن نانوذرات افزایش می یابد. نتایج به دست آمده از مدل اغتشاشی k-ε و روش تجربی، تفاوت 10٪ تا 13٪ را نشان می دهد. پژوهش انجام شده نشان می دهد، نانوسیال ترکیبی با عملکرد حرارتی مناسب، می تواند یکی از سیالات عامل در سیکل های حرارتی آینده باشد.

    کلیدواژگان: نانوسیال ترکیبی، مدارآزمون، انتقال حرارت، روش تجربی، روش عددی
  • مقداد رحیمی، سید محمدجواد حسینی*، علی اکبر رنجبر صفحات 159-170

    یخچال های خانگی به بخشی ضروری از زندگی مدرن تبدیل شده اند. از آنجایی که این وسایل به شبکه برق متصل هستند و در طول روز و سال کارکرد پیوسته دارند، انرژی زیادی مصرف می کنند. مطالعات تجربی نشان می دهند که افزودن مواد تغییر فاز در یخچال ها در مکان های مختلف باعث بهبود بازده انرژی یخچال ها می شود. در این مطالعه تاثیر افزودن محفظه حاوی ماده تغییر فاز دهنده بر عملکرد حرارتی و مصرف برق یک یخچال/فریزر معمولی تک درب مطالعه می گردد. محفظه ماده تغییر فاز دهنده با جنس های مختلف شامل مس، آلومینیوم و استیل به سطح زیرین اواپراتور متصل می گردد. آب با دمای ذوب صفر درجه سانتیگراد به عنوان ماده تغییر فاز استفاده شده است. برای مطالعه اثر افزایش هدایت حرارتی آب، فین هایی با جنس مشابه با محفظه قرار داده می شود تا اثر آن بر توزیع دمایی و مصرف انرژی مقایسه گردد. نتایج نشان می دهد که وجود محفظه آب در تماس با سطح زیرین اواپراتور به دلیل پتانسیل آب به عنوان ماده تغییر فاز دهنده در جذب و رهاسازی انرژی سرمایشی به کاهش دمای کابین کمک می کند. هم چنین نتایج نشان می دهد که مس به دلیل رسانایی حرارتی بالاتر برای محفظه آب مناسب تر بوده و باعث کنترل دمایی بهتر می گردد. علاوه بر این، بکارگیری فین در درون محفظه آب علاوه بر محدودتر کردن محدوده دمایی کابین، به طور میانگین باعث کاهش بیشتر 1 تا 4 درصدی مصرف انرژی در مقایسه با حالت بدون فین می شود.

    کلیدواژگان: یخچال، ماده تغییر فاز دهنده، تقویت شده، فین، بهبود عملکرد
|
  • Mehdi Dehghan, Behrooz Shahriari *, Amin Moosaie Pages 1-14
    In this article, thermo-elastic analysis of a thick hollow cylinder under internal pressure is investigated. The material properties are considered to be temperature-dependent and functionally graded in radial direction. This temperature dependency caused the heat conduction equations to be nonlinear. The perturbation theory is performed for solving nonlinear heat conduction equations of the cylinder. Arbitrary combined thermal boundary conditions containing temperature and temperature gradient are considered. As the temperature field is extracted, it can be used to solve decoupling thermal stress governing equations. These thermo-elastic equations and related boundary conditions are discretized in strong form using differential quadrature method. Numerical results extracted from the suggested semi-analytical approach in a linear regime are then compared to the existing results. It is depicted that the presented method benefits from the low computational and high convergence behavior. The stress distribution of the cylinder is computed by considering the approximation of the temperature in zeroth-order, one-order as well as second-order. In order to achieve proper accuracy, more terms of the perturbation approximation series should be considered for the higher temperature difference between the inner and outer surfaces of the cylinder.
    Keywords: Perturbation theory, Differential quadrature (DQ) method, FG cylinder, Temperature-dependent material properties, Thermo-elastic analysis
  • Moslem Najafi, Saeed Mahmoudkhani * Pages 15-37
    The vibration of cylindrical shells with rigid disks attached at the edges is investigated and the results are compared by those obtained under the common simplifying assumption that the edges are clamped at points attached to the rigid disk. The shell is modeled using Sanders-Koiter shell theory, including the transverse shear deformation. The effect of the rigid disk on the edges displacements is also determined in a systematic manner by using the kinematic relations of the disk. To solve the problem, the semi-analytical finite element method is used and the stiffness and mass matrices of the element attached to the disks are completely determined for the first time. The reason that the disk affects the stiffness matrix is that some constraints appear between the displacement components of the shell edges due to the attached rigid disk. Numerous numerical studies are performed to investigate the effect of mass properties of the rigid disks on different shell natural frequencies and mode shapes. Results show that the rigid disk can significantly change the natural frequencies of the modes with zero and one circumferential wave number. It is also shown that by increasing the rigid disk mass, the mode with the smallest frequency would change from a mode with a high circumferential wave-number to a beam-like bending mode.
    Keywords: Cylindrical Shell, rigid disk, Semi-analytical finite element method, mode shapes
  • Milad Azimi *, Marzieh Eghlimidezh Pages 39-51
    The paper discusses the design of an observer-based fault-tolerant control algorithm and active vibration control for attitude stailization of a flexible spacecraft (as a rigid-flexible system) subject to external disturbances. An iterative learning observer has been developed in order to estimate the torque deviation caused by actuator faults. One of the main features of the proposed observer is the consideration of external disturbances in its structure. Next, a fault-tolerant sliding mode control (SMC) law based on a proportional-integral-derivative (PID) structure with a time-varying switching gain is proposed in order to generate control signals with ideal performance. To minimize residual vibrations during and after the maneuver, the strain rate feedback (SRF) control algorithm is also activated simultaneously with fault-tolerant control. Using Lyapunov theory, the proposed control strategies guarantee global stability for the closed loop system. Numerical simulations as a comparative study have been used to demonstrate the effectiveness of the developed system compared to conventional algorithms, such as integral sliding mode control, when handling actuator failures, external disturbances, and flexible body excitations in rigid-flexible dynamic systems.
    Keywords: Fault Tolerant Control, sliding mode, strain rate feedback, iterative learning observer
  • Narjes Ghaemi, Amin Nikoobin *, MohammadReza Ashory Pages 53-66

    Since resonant micro/nanoresonators are very delicate devices with very small dimensions, therefore, any defects and faults caused by the process of manufacturing and laboratory implementation can lead to fundamental changes in their vibration behaviors. Therefore, the effects of the mentioned disadvantages should be considered as much as possible to obtain more accurate sensors with higher efficiency. In this study, a general model of a doubly clamped microbeam (nanotube) with an asymmetric cross-section with external excitation is considered. Then, linear and non-linear behaviors of an ideal nanotube with a circular cross-section are investigated. The results of the simulations indicate a good agreement with the experimental references available in the literature. Then, taking into account the asymmetry in the resonator cross-section, the system is moved away from an ideal model to a more real model, and the possible effects of the asymmetric cross-section in adjustment, reduction, and vanish of internal resonance are investigated and studied. Finally, the advantages and disadvantages caused by asymmetries and the optimal use of such an opportunity to obtain more innovative and complete models with higher efficiency are explained.

    Keywords: Nonlinear micro, nano-mechanical resonators, intermodal coupling, internal resonance, Multiple Scales perturbation method, asymmetric resonator
  • Farzad Amiri, Jafar Eskandari Jam, MohammadHossein Allaee * Pages 67-81

    In this research, the influence of the parameters of metallic wires in the foam cores of sandwich panels as a reinforcement to improve the bending properties of sandwich panels has been investigated. In this regard, the three parameters including the number of wires (on a scale of 1, 2, and 3 wires), wire material (aluminum, iron, and steel) and their diameter (0.75, 1, and 1.5 mm) as the effective input parameters and specific bending strength and modulus of the structure have been selected as the output parameters of the design of experiment. In order to evaluate the parameters after validating the numerical model using the built prototype, an experiment has been designed using the Mini Tab software (Taguchi method) and simulation of the proposed tests has been carried out using the Abaqus software.The results showed that the optimal sample with priority of strength to weight includes three steel wires on each side, with the diameter of one millimeter. Also, with the increase in the number and diameter of the wires, the strength has increased, but this relationship is not always correct when assessing the strength to the weight of the sample. Increasing the mechanical properties of the wire increases the overall strength of the structure, so that the bending strength of the sandwich panel reinforced with three steel wires rises by about 43%, the bending modulus by about 80%, the specific strength by weight by 21%, and the special bending modulus by about 54%.

    Keywords: Composites, Sandwich panel, Foam core, metallic reinforcement
  • Moein Taheri *, Mehdi Modabberifar, Amir Hasani, Peyman Karimi, Nima Rahmani Pages 83-94
    The physical and chemical properties of living tissues change with the change in their physiological conditions during disease. AFM can perform surface imaging and ultrastructural observation of living tissues at nanometer resolution under near-physiological conditions and collect force spectroscopic information, which enables the study of tissue mechanical properties. In this research, AFM was used to measure the elasticity modulus of stomach cancer tissue. For this purpose, in order to bring the theoretical results closer to the experimental reality, three-dimensional modeling of the developed contact theories has been done. Since in most of the past research, the shape of spherical target particles has been assumed, as an important innovation, in this research, cylindrical contact models including Hertz, Dawson, Nikpour, Hoeprich, and Lundberg have been modeled, and the simulation of each of these models has been done using MATLAB software. The simulation results of contact models have been compared with the results of experimental work. From the results obtained from this comparison, the modulus of elasticity in kilopascals at the most appropriate penetration depth of the AFM needle for biological tissue has been extracted. The results have shown that the Hoeprich model is a suitable model for theoretical simulation and is closest to the experimental results. By comparing the obtained results and the previous results, the difference percentage of the results for gastric cancer tissue is between 3 and 20% at the end, and the validity of the results was checked.
    Keywords: : Nanomanipulation, Young module extraction, T4A Cancer cell, Cylindrical contact models
  • Majid Elyasi, Vahid Modanloo *, Farzad Ahmadkkhatir, Hossein Talebi-Ghadikolaee Pages 95-106
    In this paper, the formability behavior of thin-walled aluminum tubes has been experimentally investigated using the hydraulic rotary draw bending process. At first, AA6063 tubes with a ratio of diameter to thickness of 13.88, outer diameter of 25 mm, and thickness of 1.8 mm were subjected to heat treatment operations; annealing and artificial aging. Then, bending experiments were carried out on as-received and heat-treated samples at fluid pressures of 0, 1, 1.8, 3.2, and 3.6 MPa. After performing the experiments, the amount of thinning and thickening of the bent tubes were measured. By examining the results, it was found that for all samples, the maximum thinning and thickening occur at an angle of 40 degrees to the pressure die. Also, the examination of the formability results of the tubes demonstrated that the heat treatment and the fluid pressure have interaction effects, so the effect of the heat treatment is not very noticeable at the fluid pressure of 0 MPa, but the effect of the heat treatment is remarkable at the maximum fluid pressure of 36 MPa. At maximum fluid pressure, aging heat treatment reduces thinning by 7% and annealing heat treatment increases thinning by 13% compared to the as-received sample. In addition, in comparison to the as-received sample, the thickening of aged tubes increases by 5% and decreases by 16%, respectively.
    Keywords: Tube Bending, Heat Treatments, Formability, Maximum Fluid Pressure
  • Mojtaba Sheikhi Azqandi, Mahdi Hassanzadeh * Pages 107-117
    The present study investigates the optimal design of the die shape in the metal forming process using extrusion. Due to the large deformations that occur during the forming process and the resulting entry into the plastic deformation zone, the finite element method is used to analyze the problem in this area, and the modeling is performed in the Eulerian system. The objective function of this study is to minimize the total energy required for deformation in the extrusion process. The design variable is the die shape, and spline curves with multiple control points are used to generate the die shape. Due to the nonlinear nature of the forming problem, the complexity, and the large amount of computation required during the analysis, a powerful combination of two metaheuristic optimization methods, the Imperialist Competitive Algorithm and Ant Colony Algorithm (ICACO), has been inspired for the optimal design of the die shape. To validate the obtained results for the die geometry, they are compared with the results presented in previous studies, The error was less than 2%, showing a good agreement. The results obtained have led to a significant reduction in the total energy consumption during deformation by approximately 12% compared to the conventional linear mode.
    Keywords: Hybrid metaheuristic Method, Finite Element Analysis, Shape Optimization, Spline, Imperialist competitive algorithm- Ant colony Optimization
  • Amin Safarabady, Vahid Tahmasbi *, Amin Sousanabadi Farahani, Mojtaba Zolfaghari Pages 119-134
    Metal matrix composites have attracted a lot of attention for application in the aerospace, defense, and automotive industries. Machining these materials with traditional machining methods is very difficult due to the presence of abrasive particles. Electrical Discharge Machining (EDM) is one of the most widely used advanced machining methods and seems to be a good method for machining metal matrix composites. Tool wear occurs during the process and cannot be reduced to zero, but it can be reduced as much as possible. In this research, the effect of discharge peak current, pulse on time, and pulse off time on the workpiece made of AZ91 magnesium alloy, reinforced with 5% of powdered silicon carbide particles has been investigated. The effect of these parameters on the wear rate of copper electrode is studied. The tests of this process have been modeled using the response surface methodology. 17 experiments have been done to reach the results. Discharge peak current, pulse on time, the interaction effect of discharge peak current and pulse on time, and the interaction effect of pulse off time and discharge peak current are effective factors on electrode wear rate. The lowest electrode wear rate is on the 300 microseconds pulse on time, 11.69 amp discharge peak current, and pulse off time of 20 microseconds.
    Keywords: electrical discharge machining, magnesium matrix composite, electrod wear rate, response surface methodology
  • Arash Mahdavi, Ali Shahnazari * Pages 135-146

    Clean electrical energy and freshwater are two basic human needs that can be met by using solar energy properly. In this article, the goal is to produce electricity and freshwater simultaneously by installing a solar still coupled with a semi-transparent solar module. The coupled solar system was simulated in ANSYS Workbench 2022 software environment.To check the water yield, the system was simulated at different brackish water temperatures of 60 , 70 , and 80 and different wind speeds of 1, 2, 3, 4, and 5 m/s. Also, ten scenarios were defined and simulated according to radiation intensity and brackish water temperature. The results showed that the increase in brackish water temperature and the wind speed increased the amount of freshwater production, and the effect of brackish water temperature was greater compared to wind speed. By increasing the brackish water temperature from 60 to 70 and from 70 to 80 , the average water yield increment for the wind speed of 3 m/s is 64% and 120%, respectively. Also, by increasing the wind speed from 1 m/s to 5 m/s at 70 , the output power of the system increases by 10.53%. The simulation results in ten different scenarios showed that the coupled solar system was more efficient than the independent solar system in eight cases. According to the results of this research, it is suggested that the southern regions of the country with high radiation intensity and high wind speed should be considered for installing the coupled solar system.

    Keywords: Renewable energy, solar energy, Numerical Simulation, Semitransparent photovoltaic module
  • MohammadAmin Borhani, AmirSaeed Shirani, Mansour Talebi *, Javad Mokhtari Pages 147-158

    One method to improve heat convection is to increase the heat transfer coefficient of the working fluid. Adding metal or non-metal nanoparticles into the base fluid, known as nanofluid, is a technique to enhance the heat transfer coefficient. Research in the field of nanofluids has grown significantly in the last two decades. In this study, the effects of a homogenous combination of Al2O3 and TiO2 nanoparticles with deionized water are investigated. The thermohydraulic performance of the nanofluid inside the vertical channel is analyzed by experimental and numerical methods for turbulent and laminar flow. The turbulence model utilized in computational fluid dynamics is the k-ε model. The heating rod in the test section produces 1 kW cosine heat flux. The results show that increasing the concentration of nanoparticles significantly reduces the maximum temperature of the rod. The use of 1% homogeneous nanofluid reduces the maximum temperature by 20% at the Reynolds of 950 and 9.5% at the Reynolds of 4200 compared to pure water. Also, the heat transfer coefficient increases with the addition of nanoparticles. The difference between the results obtained by the k-ε turbulence model and the experimental method shows a difference of 10% to 13%. This research shows that the combined nanofluid with suitable thermal performance can be one of the working fluids in future thermal cycles.

    Keywords: Combined nanofluid, test circuit, Heat Transfer, Experimental method, Numerical method
  • Meghdad Rahimi, Seiyed MohammadJavad Hosseini *, Aliakbar Ranjbar Pages 159-170

    Domestic refrigerators have become an essential part of modern life.Since these devices are connected to the power grid and operate continuously throughout the day and year, they consume a lot of energy.Experimental studies show that adding phase change materials in refrigerators in different places improves the energy efficiency of these appliances.In this study, the effect of adding a phase change material(PCM)box on the thermal performance and electricity consumption of a single-door refrigerator/freezer is studied.The box of phase change material is attached to the bottom surface of the evaporator with different materials.Water with a melting temperature of zero degrees Celsius has been used as a phase change material.To study the effect of increasing the thermal conductivity of water, fins with the same material(copper, aluminum and steel)as PCM box are placed in the box to evaluate their effect on temperature distribution and power consumption.The results show that the presence of the water box in contact with the bottom surface of the evaporator helps to reduce the temperature of the cabin due to the potential of water as a phase change material in absorbing and releasing cooling energy.Also, the results show that copper is more suitable for water storage because of its higher thermal conductivity and it helps to more evenly distribute the temperature.Furthermore, using a fin inside the water chamber, in addition to limiting the temperature range of the cabin, on average causes a further reduction in energy consumption by 1 to 4% compared to the case without a fin.

    Keywords: Refrigerator, Phase Change Material, Reinforced, Fin, Performance enhancement