فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و سوم شماره 4 (پیاپی 105، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/01
  • تعداد عناوین: 15
|
  • اشکان مجیدی دهکردی، افراسیاب رئیسی*، بهزاد قاسمی صفحات 1-10

    در این پژوهش بررسی انتقال گرمای ترکیبی همرفت طبیعی، رسانش و تابش در یک بلوک جامد شامل دو حفره پرشده با گاز هوا مطالعه می شود. دیواره ی سمت چپ بلوک دارای دمای Th، دیواره سمت راست بلوک دارای دمای Tc و دیواره های بالا و پایین عایق گرمایی هستند. بلوک شامل دو حفره است که سطوح داخلی آن از نظر تابشی، پخشنده خاکستری بوده و گاز داخل حفره از نظر تابشی غیرفعال است. این پژوهش توسط روش المان محدود و نرم افزار Comsol Multiphysics نسخه 1/6 انجام می شود. مطالعه عددی برای اعداد رایلی در محدوده ، ضریب صدور سطوح حفره در محدوده   و مقادیر مختلف نسبت رسانایی گرمایی ، انجام می شود. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی، عدد ناسلت همرفت افزایش و ناسلت تابشی کاهش می یابد. افزایش ضریب صدور تاثیر منفی روی شار گرمایی دارد به طوری که ناسلت همرفت کاهش و ناسلت تابشی افزایش می یابد. افزایش رسانایی گرمایی نیز باعث تقویت همرفت طبیعی می شود چرا که با افزایش رسانایی گرمایی، شار گرمایی سریع تر از بلوک جامد عبور می کند و به سیال درون حفره می رسد.

    کلیدواژگان: انتقال گرمای مزدوج، همرفت طبیعی، تابش سطحی، رسانش، محفظه، بلوک جامد
  • محمد منتشری، پویا ملاحی کلاهی، مجید بختیاری*، کامران دانشجو صفحات 11-19

    در این مطالعه، با بهره گیری از نظریه کنترل بهینه حلقه باز و کنترل کننده غیرخطی حلقه بسته، تعقیب مسیر بهینه توسط ربات متحرک مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا معادلات حرکت ربات تدوین و به عنوان قید در مسئله ی کنترل بهینه در نظر گرفته می شود. برای کاهش گشتاور مورد نیاز برای حرکت ربات، تابع هزینه ای توسعه داده شده و سپس برای حل مسئله ی کنترل بهینه، اصل کمینه ی پونتریگین مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن مسئله ی یافتن مسیر بهینه به عنوان یک مسئله ی مقدار مرزی، حالت های بهینه در هر لحظه محاسبه و سرعت های خطی و زاویه ای حاصل به عنوان ورودی برای ربات متحرک درنظر گرفته می شوند. با توجه به خطای حاصل در ردیابی مسیر بهینه توسط ربات، استفاده از نظریه ی کنترل غیرخطی برای کنترل سرعت های خطی و زاویه ای در هر لحظه از زمان براساس خطای بین موقعیت و جهت، و وضعیت بهینه ی آن، ضروری است، که با اعمال این کنترل کننده، سرعت های مذکور، کنترل شده و مسیریابی با خطای کمتر صورت می گیرد. نهایتا مسیرهای بهینه ی پیموده شده توسط ربات برای دوحالت حلقه باز و حلقه بسته باهم مقایسه می شوند.

    کلیدواژگان: ربات متحرک صنعتی، کنترل بهینه، کنترل غیرخطی، مسیر بهینه، مساله ی مقدار مرزی، اصل کمینه ی پونتریگین
  • مهسا دژاکام، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی*، حسام مویدی صفحات 21-30

    در تحقیق حاضر تاثیر استفاده از محرک پلاسما تخلیه دی الکتریک سطحی بر انتقال گرمای همرفت طبیعی در چهار کانال عمودی با دیواره صاف، دندانه دار مستطیلی، دندانه دار ذوزنقه ای و دندانه دار مثلثی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت بررسی تاثیر استفاده از محرک پلاسما و هندسه کانال، تغییرات عدد ناسلت موضعی، تغییرات نسبت عدد ناسلت میانگین و شاخص ارزیابی عملکرد بر میدان جریان و انتقال گرما مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش ولتاژ، عدد ناسلت متوسط برای تمام کانال ها افزایش می یابد. به عنوان نمونه در عدد رایلی 105، با افزایش ولتاژ از 6 کیلوولت به 10 کیلوولت، نسبت عدد ناسلت متوسط به ترتیب 11/89، 47/96، 50/102 و 62/96 درصد برای کانال های عمودی صاف، دندانه مستطیلی، دندانه ذوزنقه ای و دندانه مثلثی افزایش می یابد. همچنین شاخص ارزیابی عملکرد در حضور محرک پلاسما برای تمام کانال های عمودی در تمامی شرایط مقداری بزرگ تر از 25/1 دارد که نشان دهنده موثر بودن اعمال محرک پلاسما بر راندمان گرمایی جریان همرفت طبیعی درون کانال های صاف و دندانه دار می باشد.

    کلیدواژگان: محرک پلاسمایی تخلیه دی الکتریک سطحی، همرفت طبیعی، تحلیل عددی، کانال عمودی، دیواره دندانه دار
  • زاهد شبابی، ایرج میرزایی، مرتضی خلیلیان*، صمد جعفرمدار صفحات 31-38

    با توجه به اهمیت و ضرورت بالای جایگزینی سوخت‏های فسیلی با منابع سوختی تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست، سالیان متمادی است که محققین بر روی روش‏های تولید هیدروژن به عنوان یکی از پاک ترین و در دسترس ترین سوخت‏های جایگزین، کارهای تحقیقاتی خود را متمرکز نموده اند. یکی از این روش‏های مورد مطالعه تولید هیدروژن با بهره گیری از آب و آلومینیوم می‏باشد. در پژوهش حاضر، تحلیل عددی بر روی این روش صورت می‏پذیرد و چگالنده لیبیگ فرآیند تولید بررسی می‏گردد. راندمان چگالنده و کل سیستم محاسبه می‏گردد. در گام بعدی، فاکتورهای شکست سیستم بر اساس ادبیات فن و نظرات خبرگان شناسایی شده و با بهره گیری از یکی از روش‏های تصمیم گیری چند معیاره به نام روش بهترین - بدترین، فاکتورهای شناسایی شده وزن دهی و رتبه بندی می‏گردد و تاثیر مهمترین شاخص بر عملکرد سیستم مطالعه می‏شود و راهکارهای افزایش راندمان سیستم ارائه می‏شود. نتایج نشان می دهد که نتایج عددی به دست آمده در قیاس با کار ژوکائوسکاس به طور متوسط 2/4 درصد خطا دارد که مقدار مطلوبی است. همچنین کسر حجمی بخار در 7 ثانیه اول نشان می‏دهد که سیال خنک کن ابتدا به محض ورود به مبادله کن تغییر فاز می‏دهد. با پیشروی زمان و افزایش حجم آب این تغییر فاز کاهش می‏یابد ولی در مدت زمان 7 ثانیه بخار داخلی تغییر فاز نمی‏دهد. برای رسیدن به تغییر فاز بخار لوله داخلی زمان بیشتری لازم است. نمودارها این زمان را بعد از 50 ثانیه نشان می‏دهند. علاوه بر این، راندمان چگالش، بر اساس نمودار به دست آمده بعد از 50 ثانیه افزایش می‏یابد و در 150 ثانیه به 89 درصد می‏رسد.

    کلیدواژگان: تولید هیدروژن، واکنش آلومینیوم آب، روش بهترین - بدترین، دینامیک سیالات محاسباتی، فرایند تولید، راندمان چگالنده
  • محرم شاملی*، غلامرضا هاشمی، احسان شالچی، سعید سرخیل صفحات 39-47

    پایداری یک جنبه حیاتی از سیستم های حمل ونقل و ساختارهای صنعتی است. این مقاله روشی را برای ارزیابی پایداری با استفاده از مقادیر شاخص ایمنی برای طراحی یک سیستم بالون مقید ارائه می کند. با استفاده از روابط ریاضی استخراج شده از طراحی مدل ایجادشده در SolidWorks، تجزیه وتحلیل جابجایی های مرکز جرم، عکس العمل های سیستم پایه و ممان های تثبیت و واژگونی اعمال شده بر روی سکو انجام می شود. سه شاخص، یعنی شاخص مرکز جرم، شاخص گشتاور و شاخص نیرو، که تمایل به واژگونی و ناپایداری سکوی بالون متصل را تعیین می کنند، برای بهبود اقدامات ایمنی و جلوگیری از واژگونی مورد تجزیه وتحلیل قرار می گیرند. مسئله پایداری در دو حالت که سکو بر روی یک سطح صاف و یک سطح شیب دار قرار می گیرد، تحلیل می شود. روش برنامه ریزی خطی برای ارزیابی نیروهای واکنش مجاز پایه ها با محدودیت های پایداری برای حالتی که سکو توسط تکیه گاه ها روی سطح نگه داشته می شود، استفاده می شود. رویکرد حداقل/حداکثر برای افزایش کارایی محاسباتی در ارزیابی نیروهای پایه در شرایط ایستا نامطمئن اعمال می شود. با توجه به نتایج به دست آمده، سکوی طراحی شده و ساخته شده در شرایط کاری موجود پایدار است.

    کلیدواژگان: سکوی بالون مقید، طراحی سازه، تحلیل پایداری سازه، واژگونی، گشتاور، نیروی پایه
  • فراز ناصری پور طوسی، سید مهدی میرساجدی* صفحات 49-57

    در این تحقیق به بررسی تاثیر تغییر در طول پره چرخاننده کم چرخش در یک شعله پیش مخلوط اشاره می شود. بدین منظور از دو چرخاننده چهار پره و هشت پره به شعاع 7 میلی متر و شعاع صفحه انسداد 5/4 میلی متر استفاده شده است. با حفظ نسبت انسداد 88/0، پنج حالت مختلف فرض شده است. شبیه سازی میدان با استفاده از نرم افزار Fluent و با حل معادلات سه بعدی ناویر-استوکس و مدل آشفتگی k-ε صورت گرفته است. از هوا به عنوان اکسیدکننده و متان به عنوان سوخت با نسبت هم ارزی 65/0 استفاده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که تغییر طول پره چرخاننده کم چرخش تاثیر به سزایی بر رفتار کلی جریان دارد. با افزایش طول پره، بیشینه مقدار سرعت در کانال، مربوط به چرخاننده چهار پره و هشت پره به ترتیب، از 14 متر/ثانیه تا 20 متر/ثانیه و از 19 متر/ثانیه به 26 متر/ثانیه افزایش می یابد. همچنین از منظر رفتار شعله مشاهده شد در دو حالت از چرخاننده چهار پره به دلیل نبود میزان چرخش لازم، شعله به صورت V شکل تشکیل نمی شود. نتایج نشان داد که در هندسه مورد نظر این تحقیق کمینه مقدار چرخش برای داشتن شعله V شکل 140 واحد/ثانیه می باشد. شایان ذکر است، که با افزایش طول پره چرخاننده، شعله به مکان پایین تری منتقل می شود که اختلاف در بیشترین و کمترین مقدار جابجایی در چرخاننده های چهار و هشت پره به ترتیب 7/4 و 8/7 درصد می باشد.

    کلیدواژگان: احتراق کم چرخش، چرخاننده کمچرخش، طول پره، شعله ی V شکل، گاز طبیعی، احتراق پیشآمیخته
  • عباس رهی*، علی رهی صفحات 59-64

    در این مقاله  یک جاذب دینامیکی ارتعاش جدید و  قابل اجرا، برای کاهش ارتعاش ابزار داخل تراش با طول بلند معرفی می شود. این جاذب دینامیکی ارتعاش باعث کاهش ارتعاش عرضی ابزار در فرآیند داخل تراشی می شود. برای این منظور ابتدا ابزار داخل تراش در حالت مجهز به جاذب دینامیکی ارتعاش پیشنهادی مدلسازی می شود و سپس معادلات حاکم بر سیستم با محاسبه انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم و با استفاده از اصل همیلتون تعمیم یافته استخراج می شود. با توجه به اینکه ارتعاش اصلی ابزار داخل تراش در مود اول ظاهر می شود لذا برای طراحی و تعیین ابعاد و مشخصات فنی جاذب دینامیکی ارتعاش، سیستم ابزار داخل تراش و جاذب متصل به آن، به صورت یک مدل معادل دو درجه آزادی تقریب زده شده است. سپس سفتی و جرم معادل ابزار داخل تراش و جاذب استخراج می شود. در انتها  تاثیر مقدار پارامترهای مختلف سیستم بر مقدار مشخصات فنی جاذب مورد بررسی قرار می گیرد و نتایج به صورت نمودارهایی ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که با توجه به فضای قابل استفاده برای جاذب دینامیکی ارتعاش لازم است که یک مصالحه برای تعیین ابعاد و مشخصه های فنی جاذب صورت پذیرد. نتایج حاصل می تواند پژوهشگران و مهندسان در صنعت را برای طراحی سیستم جاذب دینامیکی ارتعاش برای افزایش کیفت در فرآیند داخل تراشی کمک کند.

    کلیدواژگان: جاذب دینامیکی ارتعاش، ابزار داخل تراش، سفتی، ارتعاش، مدلسازی، اصل همیلتون
  • احمد مشایخی*، مهدی شاکری، بهنام آخوندی، وحید مدانلو صفحات 65-73

    ربات های لامسه ای برای شبیه سازی اجسام مجازی برای کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. شبیه سازی دقیق اجسام در محیط مجازی سبب تقویت ارتباط کاربر با محیط مجازی می شود. در اکثر شبیه سازی های اجسام مجازی، اجسام را به صورت فنر و میراگر شبیه سازی می کنند. حال آنکه اگر جرم مجازی نیز در کنار فنر و میراگر مجازی برای اجسام مجازی در نظر گرفته شود، کاربرد ربات لامسه ای در شبیه سازی اجسام واقعی تر و متنوع تر افزایش می یابد. در این مقاله، برای شبیه سازی جسم مجازی، علاوه بر فنر و میراگر مجازی، جرم مجازی نیز در نظر گرفته شده است و تاثیر آن بر روی پایداری ربات لامسه ای بررسی شده است. در واقع معادلاتی بسته برای تعیین مرز پایداری با در نظر گرفتن جسم مجازی به صورت جرم، فنر و میراگر بدست آمده اند که در تاخیرهای زمانی مختلف با استفاده از شبیه سازی و نتایج تجربی صحه گذاری شده است.

    کلیدواژگان: ربات لامسه ای، پایداری، جرم مجازی، شبیه سازی جرم، تاخیر زمانی، محیط مجازی
  • علیرضا نظری*، مهدی خانزاده مرادلو صفحات 75-84

    عملکرد مناسب چندلایه های پلیمری تقویت شده با الیاف در برابر بارهای خارج ازصفحه مورد توجه تحقیقات زیادی قرار گرفته است. در این تحقیق سه نوع لایه چینی متفاوت دارای الیاف متعامد، تقویت شده در راستای طولی و چندلایه های دارای الیاف بافته شده از جنس الیاف شیشه و رزین وینیل استر با روش قالب گیری رزین تزریق شده تحت فشار ساخته شده و برای دو نسبت منظر در پنل ها تحت بار متمرکز قرار گرفت. نمونه های آزمایشگاهی توسط مدل های المان محدود شبیه سازی شده و مودهای مختلف شکست شامل آسیب ماتریس و الیاف ملاحظه گردید تا الگوی مفاصل خرابی در خلال فروریزش پنل ها پیش بینی شود. مطابق با نتایج، فروریزش پنل ها با تشکیل دو لولای گسیختگی به صورت قطری در اطراف ناحیه کمانش کرده از پنل آغاز و موجب کاهش سفتی پنل شده و در ادامه با فعال شدن لولای گسیختگی سوم بر روی ناحیه کمانش کرده، عوامل فروریزش کامل شد. مقادیر بیشینه پارامترهای مقاومت باقیمانده و جذب انرژی پس از گسیختگی در مورد پنل های دارای لایه گذاری متعامد ملاحظه شد، هرچند الگوی خطوط خرابی در مدل های مختلف مشابه بود.

    کلیدواژگان: پنل های کامپوزیتی، آسیب پیش رونده، مودهای خرابی، الگوی لولاهای خرابی، بارگذاری خارج از صفحه، جذب انرژی
  • سعید اکبرنژاد، مسعود ضیا بشرحق* صفحات 85-93

    این مقاله برای اولین بار طرح های جدیدی از نازل فرا صوت اولیه با مقطع غیر دایره ای را برای افزایش نسبت مکش یک اجکتور دو فازی بخار و هوا معرفی می کند. با انجام آزمایش های تجربی تاثیر این نازل ها با طراحی جدید که شامل نازل با سطح مقطع ستاره، مربع ساده، مربعی تابیده شده در جهت محور نازل، یک طرح خاص و مقطع دایره ای ساده به عنوان نازل مرجع، بر روی عملکرد اجکتور بررسی شد. با توجه به محدودیت های روش های ماشین کاری سنتی امکان ساخت این هندسه ها در گذشته وجود نداشت. در این پژوهش با استفاده از پرینتر سه بعدی و ماده مقاوم به دما در شرایط عملیاتی مورد نیاز، نازل ها با هندسه جدید ساخته شدند و عملکرد آن ها با نازل معمولی مخروطی مقایسه شد. نتایج نشان داد که نازل های جدید توانایی افزایش نسبت مکش اجکتور را تا 12 درصد در مقایسه با نازل مرجع با مقطع دایره ای دارند.برای اعتبارسنجی آزمایشات تجربی، شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نیز انجام شد. نتایچ این پژوهش می تواند مقدمه ای بر استفاده از راه حل های نوآورانه در بهبود عملکرد اجکتورهای فراصوت با استفاده از هندسه های جدید برای نازل اولیه باشد.

    کلیدواژگان: اجکتور، فراصوت، راندمان، نازل، دوفاز، نسبت مکش
  • محمد نوابی*، مجتبی صالحی صفحات 95-103

    تعیین یا تخمین وضعیت، یکی از ارکان سیستم کنترل وضعیت می باشد. حسگرها ابزار اصلی تعیین وضعیت سیستم می باشند اما به دلیل وجود نویزها و اغتشاشات مختلف موثر بر حسگرهای وضعیت، بایستی از روش های فیلتر کردن مناسب استفاده نمود. کاهش هزینه و وزن در سامانه های پروازی بسیار حائز اهمیت بوده است، به همین جهت استفاده از حسگرهای میکرو الکترومکانیکی باوجود مصرف انرژی، وزن و قیمت پایین، موردتوجه بسیاری قرارگرفته است. اما نویزپذیری از ایرادهای حسگرهای میکرو الکترومکانیکی می باشد که با ترکیب داده حسگرهای مختلف با استفاده از الگوریتم های فیلتر مناسب، می توان داده ها را به حد قابل قبولی بهبود بخشید. در این پژوهش، الگوریتم فیلتر مکمل با جدول بهره بر روی حسگر ارزان قیمت و در شرایط آزمایشگاهی و بر پایه سکوی تست طراحی و ساخته شده با دینامیک و نویز شدید پیاده سازی شده و با داده های فیلتر کالمن و مرجع ثابت مقایسه شده است. درنهایت از طریق تست های آزمایشگاهی مشهود است که الگوریتم پیشنهادی با اعمال نویزهای مکانیکی در حالت ایستا و همچنین حرکت نوسانی در نظر گرفته شده، دقیق تر از فیلتر کالمن عمل می کند. به صورتی که می توان نتیجه گرفت، در شرایط مفروض، الگوریتم پیشنهادی داده بسیار دقیق تر و قابل اتکاتری نسبت به فیلتر کالمن ارائه می دهد.

    کلیدواژگان: تخمین وضعیت، حسگرهای میکرو الکترومکانیکی، الگوریتم های ترکیب داده، فیلتر کالمن، فیلتر مکمل با جدول بهره
  • ناهید طاهری، افراسیاب رئیسی*، بهزاد قاسمی صفحات 105-114

    هدف از این تحقیق، مطالعه همرفت طبیعی همراه با تابش سطحی و حجمی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم با در نظر گرفتن اثر سیال غیرنیوتنی درون محفظه مربعی شکل که یک پره رسانا بر روی دیوار گرم آن نصب شده است، می باشد. دیواره های داخلی از لحاظ تابشی، فعال می باشند. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی برای نانوسیال غیرنیوتنی به کمک روش حجم کنترل و با استفاده از الگوریتم SIMPLE حل می شوند. جمله تابش حجمی در معادله انرژی، با استفاده از روش رزلند تقریب زده می شود. اثر موقعیت و اندازه پره، اثر پارامتر تابش حجمی بر روی میدان جریان و آهنگ انتقال گرما بررسی می شود. بر اساس نتایج، در اعداد رایلی پایین (Ra=103) افزایش طول پره، سبب بهبود عملکرد گرمایی تا حدود 80 درصد می شود ولی در اعداد رایلی بالا (Ra=105) عدد نوسلت متوسط حدود 16 درصد کاهش می یابد. با توجه به نتایج، عدد رایلی بحرانی وجود دارد که در آن افزایش طول پره تاثیری روی عدد نوسلت متوسط ندارد. همچنین افزایش پارامتر تابش حجمی در محدوده  برای Ra=105  سبب افزایش 2 برابری عدد نوسلت متوسط می شود.

    کلیدواژگان: همرفت طبیعی، تابش حجمی، تابش سطحی، نانوسیال غیرنیوتنی، پره رسانا، محفظه مربعی
  • محمدرضا شبگرد*، سعید حشمتی گنبر صفحات 115-122

    پلی کربنات از جمله پلاستیک های مهندسی با رفتاری از نوع داکتیل با چقرمگی بسیار بالا می باشد. با این حال، حساسیت نسبتا بالای این پلیمر نسبت به حضور شکاف های ریز استفاده از این پلیمر را در بسیاری از کاربردها محدود می نماید و همچنین جریان پذیری پایین پلی کربنات[1] (PC)، امکان قالب گیری محصولات نازک را نیز سلب می کند. در این پژوهش برای افزایش استحکام ضربه ای  و فرایند پذیری، پلیمر آکریلونیتریل بوتادین استایرن[2] (ABS) به پلی کربنات افزوده شد. افزون براین، از نانو لوله های کربنی[3](CNT) برای بهبود استحکام مکانیکی و گرمایی استفاده شد. آمیخته های PC/ABS در دو درصد وزنی مختلف (50/50 و30/70) و نانو کامپوزیت های بر پایه آمیخته  (30/70)PC/ABS  حاوی 2/0 و 3/0 درصد وزنی نانو لوله های کربنی با استفاده از دستگاه مخلوط کن  و دستگاه پرس گرم تهیه گردید. نتایج آزمایشهای مربوط به تصاویر SEM از سطح شکست نمونه های آزمون ضربه شکاف دار نشان دهنده توزیع مناسب فاز ABS در زمینه PC در آمیخته (30/70)PC/ABS  و همچنین توزیع یکنواخت نانو لوله های کربنی در نانو کامپوزیت (0.3/30/70) PC/ABS/MWCNT می باشد، و همچنین نتایج آزمایشهای مربوط به خواص مکانیکی نشان داد که افزودن 30 درصد از ABS در زمینه PC، باعث افزایش استحکام خمشی، استحکام ضربه ای، مدول کششی و مدول خمشی به ترتیب به میزان 1/1، 2/30، 2/15 و 15/1 درصد شد، ولی استحکام به کشش به میزان 3/3 درصد کاهش یافت و همچنین بکارگیری نانو لوله های کربنی با درصد وزنی 3/0 درصد در زمینه آمیخته PC/ABS باعث افزایش مدول کششی، مدول خمشی و استحکام به ضربه به ترتیب به میزان 4/13، 8/20 و 1/107 درصد و کاهش استحکام کششی و نیروی خمشی به ترتیب به میزان 6/16 و 5/16 درصد نسبت به آمیخته (30/70)PC/ABS   شده است. طبق آزمون گرمایی DSC، با افزودن 2/0درصد از نانو لوله های کربنی به زمینه آمیخته PC/ABS دمای اکسید شدن فاز پلی بوتادین ABS به میزان 10 درجه سلسیوس افزایش یافته است و با افزودن 3/0 درصد از نانو لوله های کربنی به زمینه آمیخته PC/ABS دمای انتقال شیشه ای PC به میزان 25 درجه سلسیوس افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: پلی کربنات، نانو کامپوزیت، نانو لوله های کربنی، آکریلونیتریل بوتادین استایرن، پرس گرم، آمیخته های PC، ABS
  • مجید مصباح*، پوریا فلاح نژاد، علیرضا مالکی، مسعود قدیمی صفحات 123-132

    این مقاله به بررسی کنترل جریان ثانویه در پره یک کمپرسور جریان محوری با هدف افزایش راندمان می پردازد. در ابتدا، پدیده جریان ثانویه در توربوماشین ها و تکنیک های کنترل آن معرفی می شود. با توجه به عملکرد این تکنیک ها که در پژوهش های قبلی منتشرشده اند، روش دیواره نامتقارن جهت بهبود عملکرد پره و  افزایش راندمان مورداستفاده قرارگرفته است. برای طراحی دیواره نامتقارن، یک زنجیره بهینه سازی خودکار توسعه داده شده است که  ایجاد ابرداده و استفاده از مدل جایگزین بهره می برد. برای تحلیل میدان جریان و عملکرد پره، شبیه سازی های عددی با استفاده از مدل توربولانسی  انجام شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که طراحی دیواره نامتقارن باعث افزایش راندمان نسبت به دیواره متقارن می شود. آنالیز پدیده های جریانی، کوچک شدن اندازه گردابه گوشه و همچنین کاهش جدایش جریان در ناحیه نزدیک به دیواره نامتقارن را نمایش می دهد.

    کلیدواژگان: جریان ثانویه، دیواره نامتقارن، کمپرسور محوری، شبیه سازی جریان، کنترل جریان، افزایش راندمان
  • محمد حسین زاده، رضا پیل افکن*، علی علی جانی، وحید عرب ملکی صفحات 133-142

    در این مقاله، رفتار ارتعاشات غیرخطی میکروورق نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی در تماس با سیال ساکن بررسی شده است. معادلات حرکت با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول صفحات و در نظر گرفتن اثر اندازه های کوچک و تغییر شکل های بزرگ به دست آمده است. خواص مکانیکی معادل با استفاده از قانون مخلوط ها تعیین شده است. معادلات غیرخطی حاکم با استفاده از روش گالرکین گسسته سازی شده و پاسخ معادله به صورت عددی به دست آمده است. پس از صحت سنجی نتایج، تاثیر مشخصات هندسی میکروورق، پارامتر اندازه های کوچک، ارتفاع سیال و کسر وزنی نانولوله های کربنی بر فرکانس های طبیعی و پاسخ دینامیکی مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ارتفاع سیال فرکانس طبیعی کاهش می یابد. همچنین، تقویت میکروورق با استفاده از نانولوله های کربنی باعث رفتار سخت شوندگی فنر نرم شونده شده و منحنی پاسخ را به طور قابل ملاحظه ای به سمت راست خم می کند. این خمش با تغییرات جزئی در فرکانس تحریک می تواند باعث بروز ناپایداری جهش شود. نمودارهای پاسخ زمانی، منحنی فاز و پوانکاره نشان می دهد که رفتار ارتعاشی متناوب، شبه متناوب و آشوبناک در سیستم اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشی، میکروورق، نانوکامپوزیت، نانولوله های کربنی، سیال ساکن، فرکانس طبیعی
|
  • A. Majidi Dehkordi, A. Raisi *, B. Ghasemi Pages 1-10

    In this research, the combined heat transfer of natural convection, conduction, and radiation has been investigated in a solid block including two cavities filled with gas (air), where the left wall of the block has a temperature of Th, the right wall of the block has a temperature of Tc. The upper and bottom walls of the block are thermally insulated. The block contains two cavities, whose internal surfaces are diffuse gray in terms of radiation, and the gas inside the cavity is a nonparticipating medium. The research is carried out by the finite element method and Comsol Multiphysics software version 6.1. The results show that with the increase of the Rayleigh number, the convective Nusselt number increases while the radiative Nusselt number decreases. But due to the low contribution of surface radiation in the heat transfer rate, the total heat transfer rate increases with increasing Rayleigh number. Increasing emissivity reduces the convective Nusselt number and increases the radiative Nusselt number so that it decreases the total heat transfer rate. Increasing the thermal conductivity coefficient ratio also strengthens the natural convection while it deteriorates the radiation exchange.

    Keywords: Conjugate Heat Transfer, Natural Convection, Radiation, Conduction, Enclosure, Cavity, Solid Block
  • M. Montasheri, P. Mallahi Kolahi, M. Bakhtiari *, K. Daneshjou Pages 11-19

    In this study, the optimal path tracking of a mobile robot is accomplished using open-loop optimal control theory and closed-loop nonlinear control. Initially, the dynamic equations of robot are derived and utilized as constraints in the context of optimal control problems. To minimize the required torque for robot movement, cost functions are formulated, and the Pontryagin's minimum principle is employed to solve the optimal control problems. In this research, by considering the problem of finding the optimal path as a boundary value problem, optimal states are computed, and the resulting linear and angular velocities are taken as inputs for the mobile robot. Considering the errors encountered in the optimal path tracking by the robot, the utilization of nonlinear control theory for regulating the linear and angular velocities at each moment, based on the error between position and orientation, as well as their optimal states, becomes crucial. By applying this controller, the mentioned velocities are managed, resulting in improved navigation with reduced error. Ultimately, the optimal paths traversed by the robot are compared for both open-loop and closed-loop configurations.

    Keywords: Industrial Mobile Robot, Optimal Control, Non-Linear Control, Boundary Value Problem, Pontryagin's Minimumprinciple
  • M. Dejakam, N. Amanifard, H. Mohaddes Deylami*, H. Moayedi Pages 21-30

    In this study, the effect of DBD plasma actuator on natural convection heat transfer enhancement in four vertical channels with the smooth wall, rectangular corrugation, trapezoidal corrugation and triangular corrugation has been numerically studied. In order to investigate the effect of using a plasma actuator and channel geometry, local Nusselt number, variations of average Nusselt number ratio, and performance evaluation criterion on the flow field and heat transfer are studied. The results show that increasing voltage increases the average Nusselt number for all channels. For example, in Rayleigh number 105 , by increasing voltage from 6 kV to 10 kV, the average Nusselt number ratio is 89.11, 96.47, 102.50, and 96.62% for vertical channels with smooth, rectangular corrugation wall, trapezoidal corrugation wall, and triangular corrugation wall, respectively. Also, the performance evaluation criterion in the presence of the DBD plasma actuator for all vertical channels has a value higher than 1.25 in all conditions, which indicates the effectiveness of the DBD plasma on the thermal efficiency of the natural convection heat transfer in smooth and corrugated channels

    Keywords: DBD Plasma Actuator, Natural Convection, Numerical Investigation, Vertical Channel, Corrugated Wall
  • Z. Shababi, I. Mirzaee, M. Khalilian*, S. Jafar Madar Pages 31-38

    Considering the high importance and necessity of replacing fossil fuels with renewable and environmentally friendly fuel sources, for many years researchers have been working on hydrogen production methods as one of the cleanest and most available alternative fuels. have focused their research. One of these studied methods is hydrogen production using water and aluminum. In the current research, thermodynamic analysis is done on this method and the Liebig condenser is the production process of thermodynamic analysis. The efficiency of the condenser and the whole system is calculated. In the next step, system failure factors are identified based on technical literature and experts' opinions, and using one of the multi-criteria decision making methods called the best-worst method, the identified factors are weighted and ranked, and the impact The most important index on system performance is studied and solutions to increase system efficiency are provided.

    Keywords: Hydrogen Production, Aluminum-Water Reaction, Best-Worst Method, Computational Fluid Dynamics, Productionprocess Condenser Efficiency
  • M. Shameli*, Gh. Hashemi, E. Shalchi, S. Sarkheil Pages 39-47

    Stability is a crucial aspect of transportation systems and industrial structures. This paper presents a method for evaluating stability using safety index values to design a tethered balloon system. Using the mathematical relations extracted from the model design created in SolidWorks, analyzes of the displacements of the center of mass, the reactions of the base system, and the stabilizing and overturning moments acting on the platform are performed. Three indices, namely the center of mass index, the torque index and the force index, which quantify the overturning tendency and instability of the tethered balloon platform, are analyzed to improve the safety measures and prevent overturning. The stability problem is analyzed in two cases where the platform is placed on a flat and an inclined surface. The linear programming method is used to evaluate the allowable reaction forces of the bases with stability limits for the case where the platform is held on the surface by the supports. The minimum/maximum approach is applied to increase the computational efficiency in evaluating the foundation forces under statically uncertain conditions. According to the obtained results, the designed and built platform is stable under the existing working conditions.

    Keywords: Tethered Aerostat, Structure Design, Analysis Of Structure’S Stability, Overturning, Torque, Outrigger Force
  • F. Naseripour Toosi, S. M. Mirsajedi* Pages 49-57

    In this research, the objective was to investigate the impact of altering the length of low-swirl burner blades within a premixed flame. To achieve this, two types of swirler, one with four blades and another with eight blades, both featuring a radius of 7 mm and a perforated plate radius of 4.5 mm, were utilized. Five different operational modes were considered, while maintaining a blockage ratio of 0.88. The computational simulations were conducted using Fluent software, involving the solution of the three-dimensional Navier-Stokes equations and the k-ε turbulence model. Air served as the oxidizer, and methane was used as the fuel with an equivalence ratio of 0.65. The results indicate that modifying the length of the low-swirl burner blades exerts a substantial influence on the overall flow characteristics. As the blade length increases, the maximum velocity within the channel, corresponding to the four-bladed and eight-bladed burner, increased from 14 m/s to 20 m/s and from 19 m/s to 26 m/s, respectively. Additionally, concerning flame behavior, it was observed that in two instances with the four-blade burner, the flame failed to form a V-shape due to insufficient rotational motion. The findings revealed that in the specific geometric configuration of this research, a minimum rotational rate of 140 units/second was required to achieve a V-shaped flame. It is noteworthy that as the length of the rotating blades increased, the flame descended to a lower position, resulting in a maximum displacement of 4.7% and 7.8% for the four-bladed and eight-bladed burner, respectively

    Keywords: Low-Swirl Combustion- Low-Swirl Burner, Blades Length, V Flame, Natural Gas, Premixed Combustion
  • A. Rahi*, A. Rahi Pages 59-64

    This paper introduces a new and applicable dynamic vibration absorber to reduce the vibration of long-length of the boring bar. This dynamic vibration absorber reduces the transverse vibration of the tool in the machining process. For this purpose, firstly, the boring bar is modeled in the state equipped with the proposed dynamic vibration absorber. Then, the governing equations of the system are derived by calculating the kinetic energy and potential of the system and using the extended Hamilton's principle. Considering that the main vibration of the boring bar appears in the first mode, therefore, to design and determine the dimensions and technical specifications of the dynamic vibration absorber, the system of the boring bar and the absorber connected to it is approximated as a simple equivalent model of two degrees of freedom. Then, the stiffness equivalent and equivalent mass of the boring bar and the absorber are extracted. At the end, the effect of different system parameters on the amount of technical characteristics of the absorber is investigated and the results are presented in the form of graphs. The results show that according to the usable space for the dynamic vibration absorber, it is necessary to make a compromise to determine the dimensions and technical characteristics of the absorber. The results can help researchers and engineers in the industry to design a dynamic vibration absorber system to increase the quality of the machining process.

    Keywords: Dynamic Vibration Absorber, Boring Bar, Stiffness, Vibration, Modeling, Hamilton's Principle
  • A. Mashayekhi*, M. Shakeri, B. Akhoundi, V. Medanlou Pages 65-73

    Haptic devices are used to simulate virtual objects for users. Accurate simulation of objects in the virtual environment improves the user's relationship with the virtual environment. In most simulations of virtual objects, objects are simulated as springs and dampers. However, if virtual mass is also taken into account alongside virtual spring and damper elements, the utilization of h devices in simulating objects will lead to increased diversity, enhancing the realism of the objects. In this article, to simulate the virtual object, in addition to the virtual spring and damper, the virtual mass is also considered and its effect on the stability of the haptic device is investigated. In fact, closed-form equations have been obtained for determining the stability boundary by considering the virtual object in the form of mass, spring and damper, which have been validated in different time delays using simulation and experimental results.

    Keywords: Haptic Device, Stability, Virtual Mass, Virtual Mass Simulation, Time Delay, Virtual Environment
  • A. R. Nazari, M. Khanzadeh-Moradllo Pages 75-84

    Appropriate performance of fiber reinforced polymeric (FRP) laminates subjected to the out-of-plane loads has been concerned in many studies. In this study, three different layups for the laminates consisted of cross-ply, strengthened longitudinally and woven plies, made of E-glass fibers and vinylester resin were fabricated using the resin injection molding technique for concentrated loading of the panels with two aspect ratios. The experimental specimens were simulated by FE models considering the various damage modes related to matrix and fibers to estimate the patterns of failure hinges in the laminated panels through the collapse. According to the results, failure in the panels initiated by occurrence of two diagonal failure hinges around the buckled region of the panels which led to degradation of stiffness and in the following, by manifestation of the third failure hinge on the buckled region, the factors required for collapse were completed. The parameters of residual strength and energy absorption capacity after the failure showed the maximum values for the laminated panels with cross-ply layups, however a similar pattern of the failure hinges was observed for various specimens.

    Keywords: Composite Panels, Progressive Damage, Failure Modes, Pattern Of Failure Hinges, Out-Of-Plane Loading, Energyabsorption
  • S. Akbarnejad, M. Ziabasharhagh* Pages 85-93

    This paper introduces a novel approach to enhance the performance of a two-phase steam and air ejector through primary supersonic nozzle designs with uncircular cross-sections. Experimental tests evaluated the impact of these novel nozzle designs ،which included a star shape ،a simple square ،a square skewed in the direction of the nozzle axis ،a special sketch ،and a simple circular cross-section as the reference nozzle ،on the ejector's performance. The results indicated that the novel nozzles demonstrated the capability to enhance the ejector's entrainment ratio by up to 12% compared to the conventional circular cross-section reference nozzle. To validate and gain further insights into the novel nozzle designs ،computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted. The integration of CFD simulations and experimental data showcased the potential of these uncircular cross-section nozzles to improve the ejector's performance. The findings offer promising opportunities for optimizing ejector configurations ، paving the way for more efficient and innovative solutions in various engineering applications.

    Keywords: Ejector, Supersonic, Efficiency, Nozzle, Two-Phase, Entrainment Ratio
  • M. Navabi*, M. Salehi Pages 95-103

    Determination or state estimation is one of the pillars of the Attitude Control System. Sensors are the main instrument for determining the attitude of the system, but due to the presence of various noises and disturbances affecting the attitude sensors, appropriate filtering methods should be used. Cost and weight reduction in flight systems has been very important, so the use of microelectromechanical sensors, due to energy consumption, weight and low price, has received much attention. But noise is one of the drawbacks of microelectromechanical sensors that by combining data from different sensors using fusion algorithms, the data can be improved. In this research, the Gain scheduled complementary filter algorithm on a low-cost sensor and in laboratory conditions, based on a test platform with high dynamics and noise is implemented and compared with Kalman filter data and fixed reference. Finally, laboratory tests that the proposed algorithm works more accurately than the Kalman filter by applying noises in a static state as well as considering the oscillatory motion.

    Keywords: Attitude Estimation Microelectromechanical Sensor, Data Fusion Algorithms, Kalman Filter, Gain Scheduledcomplementary Filter
  • N. Taheri, A. Raisi *, B. Ghasemi Pages 105-114

    The present research aims to investigate the combination of natural convection and surface and volumetric radiation in wateraluminum oxide nanofluid with non-Newtonian effects in a square cavity with a conductive baffle on its hot wall. The internal walls are radiatively active. The mass, momentum, and energy conservation equations are solved using the control-volume method and the SIMPLE algorith in the Fortran software for the non-Newtonian nanofluid. The volumetric radiation term in the energy equation is approximated using the Rosseland method. The effect of the baffle position and size, the volumetric radiation parameter on the flow field and the heat transfer rate are investigated. In lower Rayleigh numbers (Ra=103 ), increasing baffle length improves thermal performance by about 80%, but in high Rayleigh numbers (Ra=105 ) the average Nusselt number decreases by about 16%. Accordingly, there is a critical Rayleigh number in which increasing the length of the baffle does not affect the average Nusslet number. A rise in the volumetric radiation parameter in the range 0 ≤ ≤ 2 increases the average Nusselt number by about two times at Ra=105

    Keywords: Natural Convection, Surface Radiation, Volumetric Radiation, Non-Newtonian Nanofluid, Conductive Baffle, Squarecavity
  • M. R. Shabgard*, S. Heshmati Gonbar Pages 115-122

    Polycarbonate is one of the engineering plastics with ductile behavior and very high toughness. However, the relatively high sensitivity of this polymer to the presence of fine cracks limits the use of this polymer in many applications, and the Down flowability of polycarbonate (PC) also deprivation the possibility of molding thin products. In this research, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) polymer was added to polycarbonate to increase impact strength and processability. In addition, carbon nanotubes (CNT) were used to improve mechanical and thermal strength. PC/ABS blends in two different weight percentages (50/50 and 70/30) and nanocomposites based on PC/ABS blend (70/30) containing 0.2 and 0.3 weight percent of carbon nanotubes using a mixer and a hot press were prepared. The results of the tests related to the SEM images of the fracture surface of the Slotted impact test samples indicating the appropriate distribution of the ABS phase in the PC context in the PC/ABS blend (70/30) and also uniform distribution of carbon nanotubes in the PC/ABS/MWCNT(70/30/0.3) nanocomposite. Also, the results of the tests related to mechanical properties showed The addition of 30% of ABS in the base of PC increased the bending strength, impact strength, tensile modulus, and bending modulus by 1.1%, 30.2%, 15.2% and 1.15% respectively. But the tensile strength decreased by 3.3% ,Also, the use of carbon nanotubes with a weight percentage of 0.3% in the base of PC/ABS mixture increases the tensile modulus, bending modulus and impact strength by 13.4%, 20.8% and 107.1%, respectively, and reducing the strength Tensile and bending strength by 16.6% and 16.5%, respectively, compared to the PC/ABS (70/30) mixture. According to the DSC thermal test, by adding 0.2% of carbon nanotubes to the PC/ABS mixed base, the oxidation temperature of ABS polybutadiene phase has increased by 10 degrees Celsius, and by adding 0.3% of carbon nanotubes to the PC/ABS mixed base increased the glass transition temperature of PC by 25°C.

    Keywords: Polycarbonate, Nano Composite, Carbon Nanotube, Acrylonitrile Butadiene Styrene, Hot Press, PC, ABS Mixture
  • M. Mesb*, P. Fallahnezh, A. R. Malek, M. Ghadim Pages 123-132

    This article focuses on the control of secondary flow in an axial flow compressor blade to improve efficiency. It introduces the concept of secondary flow in turbomachinery and various control techniques. Based on the performance of these techniques published in previous research, the non-axisymmetric endwall method has been used to improve blade performance and increase efficiency. The design of a non-axisymmetric endwall is achieved through an automated optimization process using Surrogate method. Numerical simulations are performed to analyze the flow field and blade performance by solving the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with the k-ε turbulence model. The simulation results demonstrate a 2.7% increase in efficiency with the non-axisymmetric endwall design compared to a symmetric endwall. The analysis of flow phenomena reveals a reduction in corner vortex size and a decrease in flow separation near the endwall, which contribute to the improved efficienc

    Keywords: : Secondary Flow, Non-Axisymmetric Endwall, Axial Compressor, Flow Simulation, Flow Control, Corner Vorte
  • M . Hoseinzadeh, R. Pilafkan*, A. Alijani, V . Arab Maleki Pages 133-142

    This paper discusses the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite microplates reinforced with carbon nanotubes in contact with static fluids. Equations of motion are derived using the first-order shear deformation theory of plates and considering the size effects and large deformations. Effective mechanical properties are determined by applying the law of mixtures. By use of the Galerkin method, the nonlinear equations governing motion are discretized and the numerical solution is obtained. The results have been verified and the effect of micro-plate geometrical characteristics, small size parameter, fluid height and weight fraction of the carbon nanotubes studied on natural linear and nonlinear frequencies and the dynamic response has been evaluated. The results indicate that the natural frequency of the system decreases with increasing fluid height. The reinforcement of microplates by carbon nanotubes also results in a softening of the stiffening behavior of the spring and a substantial bending of the response curve. Depending on the excitation frequency, this bending may result in jump instability. By examining the time response, phase, and Poincaré map of the system, periodic, quasi-periodic, and chaotic vibration behavior can be observed.

    Keywords: Vibration Analysis, Microplate, Nanocomposie, Carbon Nanotube, Static Fluid, Natural Frequency