فهرست مطالب

نشریه روش های عددی در مهندسی
سال سی‌ام شماره 1 (تابستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1390/07/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدرضا وزیری سرشک، محمود سلیمی، محمد مشایخی صفحات 1-13
    در روش اصلاح شده لاگرانژی برای شبیه سازی فرایند ماشینکاری، جدایی براده از قطعه کار به کمک حذف اجزای دارای آسیب بحرانی ازمقابل نوک ابزار فراهم می شود. در این مقاله یک ارزیابی سیستماتیک از سه مدل انباشت (تجمع) آسیب صورت گرفته است تا بهترین معیار شکست در شبیه سازی شناسایی شود. سه مدل در نظر گرفت شده عبارت اند از مدلهای جانسون- کوک، کاکرافت- لاتم و ویلکینز. همچنین الگوریتم جدیدی برای توسعه این گونه از مدلهای آسیب در دامنه بالای کرنش، نرخ کرنش، دما و فشار ماشینکاری در حضور ترکیب دو اثر مکانیزم شکست کششی و برشی ارائه می شود. در این مورد، نتایج به دست آمده از تحلیلهای اجزای محدود با فرمولبندی لاگرانژی- اویلری اختیاری به عنوان منبعی برای انباشت آسیب مورد استفاده قرار می گیرند. شرایط پایدار برش فولاد 1045 مورد ملاحظه قرار می گیرد تا از اطلاعات موجود و داده-های آزمایشهای طرح «دستیابی به مدلهای ماشینکاری» در عملکرد این فولاد در برش متعامد به عنوان معیار بررسی دقت مورد استفاده قرار گیرد. کالیبره کردن این نوع مدلها و شرایط واقعی جدایش براده مهمترین مزیت مدل است. براساس نتایج این تحقیق مدل آسیب جانسون-کوک بهترین توانایی را درمعیار جدایی براده عرضه می کند.
  • حسین نوروزی، مهرداد بزاززاده، فریدون ثابت قدم صفحات 15-30
    در این تحقیق، شبیه سازی عددی جریان کاویتاسیونی حول هیدروفویل با استفاده از روش تراکم پذیری مصنوعی پیش شرط سازی شده برای حل معادلات ناویر- استوکس چندفازی انجام شده است. معادلات حاکم، پیوستگی و مومنتم مخلوط، به اضافه یک معادله انتقال کسر حجمی فاز مایع هستند. معادله انتقال کسر حجمی فاز مایع بر اساس ایده جریان همگن تعادلی در مدلسازی جریانهای چندفازی نوشته شده است. انتقال جرم بین فازها از مدل ارائه شده توسط مرکل، شبیه سازی و به منظور تسریع نرخ همگرایی، از روش پیش شرط سازی استفاده شده است. گسسته سازی جملات جابه جایی از روش تفاضل بالادست مرتبه سوم بر مبنای روش تفاضل شار و گسسته سازی جملات لزج از روش تفاضل مرکزی مرتبه دوم انجام شده است. لزجت گردابه ای جریان آشفته از مدل یک معادله ای اسپالارت- آلماراس محاسبه می شود. به منظور صحت سنجی نتایج خروجی، ابتدا حل جریان تک فازی حول هیدروفویل NACA0012 در زوایای حمله صفر و شش درجه در رینولدز 106×8/2Re= شبیه سازی و نتایج با اطلاعات در دسترس مقایسه شده است. در ادامه، توانایی برنامه در شبیه سازی جریانهای کاویتاسیونی در اعداد کاویتاسیون و زوایای حمله مختلف نشان داده شده و نتایج خروجی با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود، مقایسه شده اند. برای این منظور جریانهای کاویتاسیونی حول هیدروفویل اصلاح شده NACA0009 در دو حالت بریده نشده و بریده شده در رینولدز 106×2Re= و اعداد کاویتاسیون 1، 9/0، 80/0 و 75/0، 6/0، 5/0، 4/0 و 3/0، در زوایای حمله پنج و 5/2 درجه، شبیه سازی شده است و مقادیر ضریب فشار و ضرایب لیفت و درگ با مقادیر آزمایشگاهی و عددی مندرج در مرجع [7] مقایسه شده است. نتایج از دقت قابل قبولی برخوردارند.
  • آزاده آریانپور، مجتبی ازهری صفحات 31-43
    در این مقاله، رفتار پس از کمانش ورق با ضخامت متغیر و همچنین مقاطع ساخته شده از ورق که دارای نقص عضو اولیه هستند، مورد بررسی قرار گرفته است. روش عددی نوار محدود برای تحلیل فراکمانش مقاطع ساخته شده از ورق تحت فشار و خمش، به کار رفته و به منظور دستیابی به این هدف، برنامه ای رایانه ای تدوین شده است. در این مقاله، سختی محوری و خمشی مقاطع کانالی لبه دار و بدون لبه، مقاطع Z شکل با ضخامت بال متغیر و ثابت و مقاطع T شکل و هم چنین بازتوزیع تنش پس از کمانش این گونه مقاطع و ورق با ضخامت عرضی متغیر تعیین شده اند. از نتایج به دست آمده، می توان دریافت که ابعاد مقطع و کرنش اعمالی اولیه اثر چشمگیری بر توزیع تنش دارند و هم چنین سختی پس از کمانش مقطع کم می شود.
  • بهرام شاهین، محسن اصفهانیان، سعید ضیایی راد صفحات 45-59
    در این مقاله پدیده جیغ ترمز بررسی شده است. امروزه جیغ ترمز که صدای آزاردهنده برای سرنشینان و عابرین است، به فاکتوری مهم برای درجه بندی سیستم ترمز وسایل نقلیه تبدیل شده است. در ابتدا اهمیت موضوع بیان و سه دلیل اصلی بروز این پدیده مطرح می شود. مدلهای ارائه شده توسط محققان بررسی و نهایتا جفت شدن مودها به عنوان دلیل اصلی وقوع پدیده جیغ ترمز در نظر گرفته می شود. سپس راهکاری اجرایی برای شبیه سازی پدیده جیغ ترمز در روش اجزای محدود ارائه می شود. در ادامه، مدل اجزای محدود سیستم ترمز خودروی سمند تهیه و سپس با تکنیک ارائه شده حل می شود. به دلیل پیچیدگی و نیاز به حافظه و زمان حل زیاد، از روش پردازش موازی برای حل مسئله استفاده شده است. در نهایت ثاثیر پارامترهای مختلف فیزیکی مانند ضریب اصطکاک بین دیسک و لنت، نیروی ترمز و کشسانی و چگالی دیسک و لنت بر روی پدیده جیغ ترمز بررسی می شود. تاثیر وجود شیار بر روی لنت نیز به عنوان پارامتری برای بهبود عملکرد و کاهش نویز ناشی از جیغ ترمز مطرح و مورد مطالعه قرار می گیرد.
  • محمدحسین بازیار، عادل گراییلی صفحات 61-78
    در این مطالعه یک روش محاسباتی جدید به نام روش اجزای محدود با مرز مقیاس شده برای تحلیل مسائل تراوش محصور به کار گرفته می شود. این روش مزایای دو روش اجزای محدود و اجزای مرزی را با هم ترکیب می کند، فقط مرز مسئله مش بندی می شود، و به هیچ گونه حل بنیادی نیاز نیست، مسائل با دامنه نامحدود و دارای نقاط تکینگی به صورت دقیق مدل می شوند و مصالح ناهمسان و ناهمگن که شرط تشابه را ارضا کنند بدون هزینه محاسباتی زیادی مدلسازی می شوند. در این تحقیق فرمولبندی روش برای حل مسائل تراوش ارائه و سپس مسائلی با این روش تحلیل می شوند و نتایج حاصله با نتایج دیگر روش های عددی مقایسه و سرعت و دقت بالای این روش نشان داده می شود.
  • قنبر علی شیخ زاده، مصطفی محمودی صفحات 79-96
    جابه جایی آزاد نانوسیال آب- نقره در یک محفظه مربعی با وجود دو یا سه جزء سرد و گرم مجزا روی دیواره های عمودی آن به روش عددی شبیه-سازی شده و اثر تعداد و چینش اجزای گرمایی المانهای گرمایی و همچنین درصد حجمی نانوذرات بر مشخصه های جریان سیال و انتقال گرما مطالعه شده است. کسرحجمی نانوذرات درمحدوده 0 تا 2/0 در نظر گرفته شده است. چینش اجزای گرمایی در حالتهای مختلفی درنظر گرفته شده است که در هر حالت، تعداد گردابه متفاوتی در محفظه تشکیل می شود. مشخصه های جریان و انتقال گرما با استفاده از خطوط جریان، خطوط دما ثابت و عدد ناسلت بررسی شده اند. نتایج عددی افزایش نرخ انتقال گرما با افزایش عدد رایلی، افزایش تعداد گردابه های پدید آمده و افزایش درصد حجمی نانوذرات را نشان می دهد. همچنین مشاهده شده است که هرچه تعداد گردابه ها بیشتر باشد، اثر افزایش درصد حجمی نانوذرات بر افزایش انتقال گرما، بیشتر است. با پدید آمدن شش گردابه در محفظه، در عدد رایلی 106، افزایش کسر حجمی نانوذرات از 0 به 2/0 باعث افزایش عدد ناسلت متوسط در حدود 60% نسبت به سیال پایه می شود در حالی که با وجود چهار گردابه این افزایش در حدود 35% است. همچنین مشاهده شده است که اثر افزایش درصد حجمی نانوذرات بر افزایش انتقال گرما از اثر افزایش تعداد گردابه ها بیشتر است.
  • محمد مقیمی اردکانی، مهران عامری صفحات 97-111
    در این مقاله، کارایی روش مربعات دیفرانسیل(DQM) و روش مربعات دیفرانسیل تکه ای (IDQM) در حل مسایل جابه جایی آزاد گذرا بر روی کره بررسی شده است. بنابراین هم بر روی دامنه مکانی و هم بر روی دامنه زمانی از قوانین روش مربعات دیفرانسیل استفاده شده است. نشان داده شده است که شکستن کل بازه زمانی شدیدا کارایی این روش را تقویت می کند. شایان ذکر است که این الگوریتم تا کنون بر روی مسایل جریان جابه جایی گذرا استفاده نشده است؛ استفاده از این الگوریتم اولین تلاشی است که برای نشان دادن مزیتهای این روش در حل جریان جابه جایی آزاد گذرا انجام شده است. نتایج این تحقیق دو مزیت روش مربعات دیفرانسیل تکه ای نسبت به سایر روش های مرسوم در این گونه مسایل نشان می دهد: پایداری بی قید و شرط و حداقل هزینه محاسباتی. برای این منظور، همگرایی مسئله بررسی شده و برای مواردی که جواب آنها موجود است، مقایسه بین نتایج انجام گرفته است.
|
  • M.R. Vaziri, M. Salimi, M. Mashayekhi Pages 1-13
    In updated Lagrangian simulation of machining, chip separation from the workpiece is done by deleting the elements of predefined critical values in front of the tool tip. In this paper, a systematic evaluation of three progressive damage models is carried out to identify the most suitable fracture criterion in simulation of chip separation. The three models considered are the Johnson–Cook (J-C), the modified Cockcroft–Latham (C-L), and the Wilkins models. In addition, a new algorithm is presented to calculate the coefficients of damage models in the range of very high strain, strain rate, temperature and pressure of machining processes and in presence of the combined effects of two different tensile and shear failure mechanisms. In this respect, the results obtained by few Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) simulations are used as sources to study the accumulation of damage. The steady state orthogonal cutting of AISI 1045 steel was considered to take benefit of evaluation of the models performances with available experimental data in "Assessment of Machining Models" (AMM) effort. Calibration of damage models in real condition of chip separation is the most important advantage of the new method. According to the obtained results, the Johnson–Cook damage model is the most capable chip separation criteria.
  • H. Nouroozi, M. Bazzaz Zadeh, F. Sabetghadam Pages 15-30
    In this paper, numerical simulation of cavitating flow over hydrofoils is presented by the aid of Preconditioned Artificial compressibility Method for solving the multi-phase N-S equations. Dominant equations include conservation of mass, momentum and a liquid phase volume fraction transfer equation. Equation of volume fraction transfer is obtained on the basis of homogeneous equilibrium flow concept in modeling of multi-phase flows. Mass transfer between phases is simulated by the Merkle model. To accelerate the convergence rate, the discrete equations are preconditioned. Third order Roe-based flux difference splitting and second order central differencing method respectively is utilized for convection and viscous term discretization. Effects of turbulence are simulated in terms of an eddy viscosity coefficient added to molecular coefficient of viscosity via Spalart-Allmaras model. To demonstrate the capabilities of the scheme, several single and two-phase test case problems are computed and the results are compared with experimental and numerical data. Computed results present the appropriate accuracy of algorithm. Results of single phase flow over NACA0012 hydrofoil at renolds number, 2.8e6 & 0, 6 angle of attack, are compared with experimental data. The capability of code for simulation of cavitating flows at various cavitation numbers and angle of attacks are presented via simulation of two phase flow over non-truncated & truncated modified NACA0009 hydrofoil at renolds number, 2.0 e6 & 0, 2.5 angle of attack & σ = 1.0, 0.9, 0.8, 0.75, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3. Then results are compared with experimental and numerical data. The results are in good agreement with the available data and other published computations.
  • A. Aryanpour, M. Azhari Pages 31-43
    In this paper, post-buckling behavior of cold-formed, thin-walled structures containing thickness-tapered plate with initial imperfection is investigated. A computer program has been developed using the nonlinear Finite Strip Method for postbuckling analysis of plates and plate assemblies under compression and bending. Axial and flexural stiffness of lipped channels, Z-shaped and T-shaped sections containing thickness-tapered and thickness constant plates are calculated for different geometries. Stress redistributions of those sections are also determined. Results for stress redistributions show that sectional geometries and applied strains have important effects on stress distributions.
  • B. Shahin, M. Esfahanian, S. Ziaei-Rad Pages 45-59
    This paper is concerned with the phenomenon of disc brake squeal. Brake squeal is a high frequency noise created by the car brake systems. The noise does not disturb the performance of the brake system but mainly affects the passenger’s comfort. That is why nowadays it is one of the main factors in determining the quality of the brake system. First, the reasons expressed in the literature for the source and mechanisms of generating brake squeal are presented. Next, the instability causeb by close modes is shown as a realistic basis for the onset of brake squeal. In other words, modes which are close to each other in the frequency range and have similar characteristics may merge as the friction contribution increases and creates the squeal noise. A finite element model of the Samand brake system was constructed in a commercial finite element software and then solved in several steps. Due to the complexity of the problem and presence of large number of degrees of freedom in the model, the solution is carried out by use of parallel computing. Finally, the behavior of the model is analyzed with respect to the variation of important parameters such as coefficient of friction, brake force, stiffness of the brake system and its material characteristics. The effect of slots on the pads is also investigated. It is shown that the slots can have an important role in the squeal noise suppression.
  • Mohammad Hossein Bazyar, Adel Graili Department Of Civil Engineering, Yasouj University Abstract: Pages 61-78
    In this study, a new computational scheme called the scaled boundary finite element method (SBFEM) is employed to analyze confined seepage flow. This technique combines the advantages of both finite element and boundary element methods, i. e., only the boundary is discretized, no fundamental solution is required, unbounded domains and singularity points are modeled rigorously, and finally anisotropic materials and non-homogenous materials satisfying similarity can be modeled without additional computational efforts. In this paper, after presenting formulation of the method for solving confined seepage problems, selected problems using this method are analyzed and the results are compared with the results of other numerical methods. High accuracy and efficiency of this method is demonstrated.
  • Gh. A. Sheikhzadeh, M. Mahmoodi Pages 79-96
    Free convection of Ag-water nanofluid in a square cavity with two or three pairs of hot and cold discrete elements on its side walls is simulated and the effects of number and arrangement of thermal elements and volume fraction of nanoparticles on the fluid flow and heat transfer are studied. Volume fraction of nanoparticles ranges from 0 to 0.2. Several different arrangements of the thermal elements are considered in a manner that for each case, numbers of vortexes formed inside the cavity are different. The obtained results show that by increasing the Rayleigh number, the number of vortexes, and the volume fraction of the nanoparticles, the rate of heat transfer is increased. Also it is observed that when the number of formed vortexes inside the cavity increases, the effect of increasing the volume fraction of the nanoparticles on the heat transfer rate is enhanced. When six vortexes are formed in the cavity at Ra=106, by increasing the volume fraction of nanoparticles from 0 to 0.2, the average Nusselt number increases about 60% with respect to the base fluid, while for the case of four vortexes, the increasing is about 35%. Moreover it is found that at all the considered Rayleigh numbers, the average Nusselt number is more sensitive to the nanoparticles volume fraction than to the number of formed vortexes.
  • M. A. Moghimi, M. Ameri Pages 97-111
    The applicability of the differential quadrature method (DQM) and incremental differential quadrature method (IDQM) in solving the unsteady free convection flow over a sphere is investigated in this paper. The rules of DQ method are used in both Spatial and temporal domains. Also, it is shown that splitting the total temporal domain greatly enhances the performance of method. It is worth mentioning that this is the first attempt in using these methods for modeling of transient convective fluid flow. Two advantages of IDQM over the conventional methods are shown through the results of this study, which are: (1) unconditional stablity & (2) minimum computational effort required. For this purpose, the convergence study is performed and for the cases that a solution is available, comparison is done.