فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و سوم شماره 2 (بهار و تابستان 1391)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و سوم شماره 2 (بهار و تابستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/09/13
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رسول صفدریان کرویه، حسن مسلمی نایینی، محمد نوقابی، عماد رحیمی صفحه 1
    نمودار حد شکل دهی، یک روش مفید برای شناسایی شکل پذیری ورق های فلزی می باشد. در این تحقیق، مدل های عددی متفاوتی برای بررسی حد شکل دهی (FLD) لوح های ترکیبی استفاده می شود. لوح های ترکیبی متشکل از ورق های پایه از جنس IF و با ضخامت متفاوت بودند که با استفاده از جوش لیزر CO2 به هم جوش شدند. منحنی حد شکل دهی استخراج شده با استفاده از مدل های عددی، با منحنی حد شکل دهی حاصل از آزمایش های تجربی و مدل تجربی موسسه تحقیقاتی کشش عمیق آمریکای شمالی مقایسه می شود. هدف اصلی این تحقیق بررسی میزان کارایی روش های عددی در پیش بینی حد شکل دهی و جابه جایی خط جوش می باشد. این مدل های عددی برای پیش بینی حد شکل دهی شامل: مشتق دوم نازک شدگی (SDT)، نرخ کرنش موثر (ESR)، نرخ کرنش بیشینه (MSR)، نرخ کرنش ضخامت (TSR) و گرادیان ضخامت (TG) می باشند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که گلویی شدن، زمانی اتفاق می افتد که مقادیر مدل های ESR، MSR، TSR بیشینه باشند و برای معیار گرادیان ضخامت، زمانی گلویی شدن اتفاق می افتد که 78/0 TG≤ باشد. بر اساس معیار مشتق دوم نازک شدگی، گلویی شدن زمانی است که اولین پیک در نمودار SDT نسبت به زمان اتفاق می افتد. جابه جایی خط جوش یکی از پارامترهایی است که شکل دهی این ورق ها را تحت تاثیر می گذارد. بیشترین مقدار جابه جایی خط جوش با استفاده از معیارهای عددی پیش بینی و با نتایج تجربی مقایسه می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که معیار SDT از دقت مناسبی برای پیش بینی حد شکل دهی و جابه جایی خط جوش در شکل دهی لوح های ترکیبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: لوح ترکیبی (TWB)، منحنی حد شکل دهی (FLD)، جابه جایی خط جوش
  • سعید امینی، محمد جواد ناطق، امیر عبدالله صفحه 17
    در این تحقیق تراشکاری ارتعاشی، تراشکاری ارتعاش بیضوی و تراشکاری معمولی بر روی قطعه کار سوپر آلیاژ In738 مورد آزمایش قرار گرفته است. این آزمایش ها با ابزار الماس تک کریستال و دستگاه تراش CNC انجام شد. جهت اعمال ارتعاش در فرآیند تراشکاری ارتعاشی در جهت سرعت برشی و در فرآیند تراشکاری ارتعاش بیضوی در جهت سرعت برشی و عمق برش می باشد. فرکانس ارتعاشی 36.16 Khz و دامنه می باشد. نتایج آزمایش ها نشان داد که نیروی ماشین کاری و زبری سطح در تراشکاری ارتعاش بیضوی، کمتر از تراشکاری ارتعاشی و تراشکاری معمولی است. در فرآیند تراشکاری ارتعاش بیضوی، زبری سطح هم در جهت برشی و هم در جهت پیشروی، کمتر از دو فرآیند دیگر می باشد. سپس با تغییر پارامترهای ماشین کاری شامل، سرعت برشی، پیشروی و دامنه ارتعاش، نیروی ماشین کاری و زبری سطح در فرآیندهای فوق بررسی و مقایسه گردید.
    کلیدواژگان: تراشکاری ارتعاشی (VC)، تراشکاری ارتعاش بیضوی (EVC)، ماشین کاری
  • حسان اسمعیلی منیر، مهران تاج فر صفحه 29
    استفاده از وسایل پرنده کوچک به طور چشم گیری در چند سال اخیر توسعه یافته است. یکی از مهم ترین وسایل پرنده کوچک، ریز پهپادها (MAVs) هستند که آنها را می توان از روی اندازه کوچک، میزان نسبت منظری پایین و نیز سرعت کم آنها از سایر وسایل پرنده بازشناخت. در طراحی آیرودینامیکی این پرنده ها، بزرگ ترین سهم به طراحی بال آنها اختصاص دارد. یافتن شکل بال مناسب برای آنها بسیار مهم است. در این مقاله تاثیر شکل چند پلنفرم (PLANFORM)، تاثیر باد جانبی، تاثیر شکل لبه های بال، و تاثیر عدد رینولدز در جریان های رینولدز پایین برای بال ریز پهپادها معلوم می گردد. نتایج نشان می دهد که با کاهش نسبت منظری، شیب منحنی لیفت نیز مطابق پیش بینی تئوری های آیرودینامیکی کاهش می یابد. هم چنین برای بال های با نسبت منظری پایین در اعداد رینولدز کم، پلنفرم زیمرمان معکوس کارایی بهتری دارد. درضمن با کاهش نسبت کونیک لبه حمله، ضریب پسا افزایش می یابد. با افزایش این نسبت در زوایای پایین، ضریب پسا کاهش می یابد؛ اما در زوایای حمله بالا مجددا ضریب پسا افزایش می یابد. هم چنین با افزایش میزان عدد رینولدز کارایی بال ها افزایش می یابد. محاسبات CFD از طریق مقایسه با مقادیر تجربی موجود در سایر مقالات ارزیابی می شود.
    کلیدواژگان: ریز پهپاد، پلنفرم، جریان با عدد رینولدز پایین، نسبت منظری، ضرایب برا و پسا
  • سیدحجت هاشمی، مسعود رخش خورشید صفحه 47
    در این تحقیق از شبکه عصبی پیشرو با الگوریتم پس انتشار خطا، برای پیش بینی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی (مقاومت تسلیم، مقاومت کششی و ازدیاد طول نسبی) فولاد API X65 (مورد استفاده در ساخت لوله های قطور انتقال گاز ایران) استفاده گردید. داده های تجربی با جدا کردن نمونه از 100 لوله ساخته شده در مقیاس صنعتی (با ذوب و فرآیند ساخت یکسان) و انجام آنالیز شیمیایی و آزمون کشش فراهم شد. از نمودار پراکندگی و معیارهای آماری ضریب همبستگی و مجذور میانگین مربعات خطای نسبی (MSRE)، برای ارزیابی شبکه استفاده شد. سپس با توجه به نتایج مناسب به دست آمده از شبکه عصبی، از آن برای پیش بینی اثر کمی نیکل، مس و مجموع عناصر میکروآلیاژی (Nb + Ti + V + Al) بر خواص مکانیکی فولاد مورد مطالعه، استفاده گردید.
    کلیدواژگان: شبکه عصبی، ترکیب شیمیایی، عناصر میکروآلیاژی، خواص مکانیکی، فولاد میکروآلیاژی API X65
  • موسی رضایی، ناصر شرفخانی، عطا الله چیت ساز خویی صفحه 65
    در تحقیقات پیشین رفتار مکانیکی میکروانبرهای ساخته شده از یک ماده همگن، مطالعه شده است. در این مقاله با توجه به خصوصیات مطلوب مواد مدرج تابعی (Functionally graded materials (FGMs))، همانند: مقاومت بالای حرارتی و مقاومت به سایش، رفتار مکانیکی میکروانبر ساخته شده از این نوع مواد، تحت اعمال ولتاژ DC و تغییرات دمایی بررسی شده است. میکروانبر مورد نظر از دو میکروتیر FGM که به صورت متقارن در مقابل هم قرار گرفته اند تشکیل شده است. یک سطح میکروتیرهای میکروانبر FGM از فلز خالص تشکیل شده است. سطح دیگر، ترکیبی از فلز و سرامیک است که درصد سرامیک به صورت تابع نمایی در ضخامت میکروتیرها تغییر می کند. معادلات غیرخطی حاکم بر رفتار استاتیکی میکروانبر استخراج و به کمک روش خطی سازی مرتبه به مرتبه و روش گالرکین حل شده است. پاسخ و پایداری سیستم به ازای ولتاژ های مختلف بررسی و تاثیر ابعاد هندسی، درصد سرامیک و تابع تغییرات آن در میکروتیرها و تاثیر تغییر درجه حرارت بر رفتار مکانیکی و پایداری سیستم، نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: میکروانبر FGM، نیروی الکترواستاتیک، ولتاژ ناپایداری، ممان حرارتی
  • امیر کریم دوست یاسوری، محمد پسندیده فرد صفحه 81
    در این تحقیق، دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب بر روی سطوح با پسماند زاویه تماس مختلف، به صورت تجربی و تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. تبخیر سطحی قطرات آب بر روی سطوح، عموما در سه مرحله صورت می گیرد: مرحله سطح تماس ثابت، مرحله زاویه تماس ثابت و مرحله ترکیب که در آن سطح تماس و زاویه تماس توامان کاهش می یابد. حل معادله حاکم بر نرخ تبخیر قطره به دلیل نامعلوم بودن وابستگی زاویه تماس دینامیکی و شعاع تماس به زمان در طی تبخیر قطره، دشوار است. مشاهدات تجربی انجام شده در این تحقیق نشان می دهد که سطوح با پسماند بالا در بیشتر زمان تبخیر در مرحله سطح تماس ثابت قرار می گیرند و این در حالی است که قطره بر روی سطوح با پسماند پایین، در بیشتر مدت زمان تبخیر، فرآیند زاویه تماس ثابت را تجربه می کند. در ادامه مقاله، از این نتیجه استفاده شده و فرض می شود که کل فرآیند تبخیر بر روی سطوح با پسماند بالا و پایین در یک مرحله غالب صورت می گیرد و با استفاده از این فرض، معادله حاکم بر تبخیر قطره بر روی سطوح با پسماند بالا و پایین جداگانه و به صورت تحلیلی حل می گردد. هماهنگی بالایی بین نتایج به دست آمده از این تحلیل تئوری با داده های تجربی مشاهده می شود که اعتبار مدل تحلیلی پیشنهادی را تایید می کند.
    کلیدواژگان: تبخیر سطحی قطره، پسماند زاویه تماس، قطره آب، مراحل تبخیر سطحی
  • فرهاد کلاهان، محسن منوچهری، عباس حسینی صفحه 99
    فرآیند ماشین کاری یکی از پرکاربردترین روش ها در تولید قطعات فلزی است. از مهمترین مشخصه های قطعات تولیدی با این روش، کیفیت سطح قطعه می باشد. صافی سطح قطعات به نوبه ی خود تحت تاثیر پارامترهای تنظیمی فرآیند و هندسه ی ابزار قرار دارد. هدف اصلی در این تحقیق، بهینه سازی همزمان پارامترهای ماشین کاری (سرعت برشی، نرخ پیشروی) و زوایای ابزار (زاویه براده، زاویه تنظیم اصلی، زاویه تنظیم فرعی) در فرآیند تراشکاری فولاد AISI1045 می باشد. بهینه سازی همزمان پارامترهای برشی و زوایای ابزار، با استفاده از تحلیل های آماری بر روی داده های تجربی، انجام شده است. به منظور گردآوری داده های تجربی، از طرح تاگوچی در رویکرد طراحی آزمایش ها، استفاده شده است. سپس به کمک نتایج آنالیز واریانس (ANOVA) و تحلیل نسبت سیگنال به نویز(S/N)، سطوح بهینه پارامترها به منظور بیشینه کردن کیفیت سطح تعیین شده اند. نتایج بهینه سازی از انطباق مناسبی بر آزمایش ها تجربی برخوردارند.
    کلیدواژگان: پارامترهای ماشین کاری، زوایای ابزار برش، طرح تاگوچی، بهینه سازی، تحلیل واریانس
|
  • Rasoul Safdarian Korouyeh, Hasan Moslemi Naeini, Mohammad Noghabi, Emad Rahimi Page 1
    The forming limit diagram (FLD) is a useful method for characterizing the formability of sheet metals. In this paper, different numerical models were used to investigate the FLD of Tailor Welded Blank (TWB). TWBs were Co2 laser-welded samples of interstitial-free (IF) steel sheets with different thicknesses. The results of the numerical models were compared with the experimental FLD as well as with the empirical model proposed by the North American Deep Drawing Research Group (NADDRG). The emphasis of this investigation is to determine the performance of these different approaches in predicting the FLD. These numerical models for FLD are: second derivation of thinning (SDT), effective strain rate (ESR), major strain rate (MSR), thickness strain rate (TSR) and thickness gradient (TG). Results of this research show necking will happen, when the value of MSR, TSR, ESR criteria is maximum, TG ≤ 0.78 and SDT criterion has the first peak in forming process time. Weld line movement is one of parameters which influence formability of TWBs. Maximum of weld line movement of TWB base on different numerical criteria was predicted and compared with experimental results. Results of this research show that SDT criterion has a good accuracy for prediction of forming limit diagram and also weld line movement in the forming of TWB.
    Keywords: Tailor Welded Blank (TWB), Forming Limit Diagram (FLD), Weld Line Movement
  • Saeed Amini, Mohammad Javad Nategh, Amir Abdollah Page 17
    Vibration cutting (VC), elliptical vibration cutting (EVC) and ordinary cutting (OC) of In738 work-pieces have been experimentally investigated in the present research. The experiments were carried out by using single crystal diamond tool and ultra-precision CNC lathe. Vibration frequency is 36.16KHz and the amplitude is. The influence of various cutting parameters including cutting speed, feed-rate, vibration amplitude and phase angle on the cutting force, surface roughness and tool life have been studied and the results have been compared. The results indicate that the cutting force in EVC is much less than the two other processes. The surface roughness in both the cutting and feed directions was also less than those in other processes.
    Keywords: Vibration cutting (VC), elliptical vibration cutting (EVC), In738 machining
  • Hessan Esmaeili Monir, Mehran Tadjfar Page 29
    In recent years, design of small aircrafts are studied and extensively developed. One of the most important of these aircrafts is micro aerial vehicles (MAVs). As part of aerodynamic design of MAVs, the wing design is important. In fact, the main part of this design is to find an appropriate shape for the wing. In this work, influence of the wing shape at low Reynolds number flow is investigated using several planforms. Results show that as aspect ratio decreases, the lift-curve slope decreases as predicted by aerodynamic theory. The performance of the inverse Zimmerman and rectangular planforms are higher than elliptic and Zimmerman planforms. Also, the inverse Zimmerman planform is less influenced with the side flow. Effects of the Reynolds number and the wing edges on aerodynamic coefficients are discussed. The CFD computations are performed, and verified with the experimental data and aerodynamic theory.
    Keywords: MAV, Planform, Low Reynolds Number flow, Aspect Ratio, Lift, Drag Coefficients
  • Seyyed Hojjat Hashemi, Masood Rakhshkhorshid Page 47
    A neural network with feed forward topology and back propagation algorithm was used to investigate the effect of composition on mechanical properties in API X65 microalloyed steel (used in manufacturing of large diameter pipes). Experimental data was obtained by cutting 100 specimens from pipes manufactured in industrial scale (with similar heats and manufacturing processes). The chemical analysis and tensile tests were conducted according to the requirements specified by API 5L standard. Scatter diagrams and two statistical criteria: correlation coefficient and mean squared relative error were used to evaluate the prediction performance of developed model. With regard to the satisfactory performance of the developed neural network, it was used then to investigate the effect of Ni, Cu and microalloying elements (Nb + Ti + V + Al) on mechanical properties of test steel.
    Keywords: neural network, chemical composition, micro, alloying elements, mechanical properties, API X65 microalloyed steel
  • Mousa Rezaee, Naser Sharafkhani, Ataollah Chitsaz Khoei Page 65
    In previous researches, mechanical behavior of a microgripper with homogenous and the same material has been studied. In this paper considering the desired characteristics of FGMs, as a good thermal and wear resistance, the mechanical behavior of FGM microgripper under DC voltage and temperature variations is investigated. It is assumed that the two microbeams of the FGM microgripper are mounted symmetrically against each other and one side of the microbeams is made of a pure metal the other side is a mixture of metal and ceramic, and the percentage of ceramic varies exponentially through the microbeams thickness. The nonlinear equations governing the static deflection of microbeams due to the application of DC voltage and the temperature changes are derived and solved using the step by step linearization method and the Galerkin method. The response and the stability of the system against the variation of DC voltage and temperature are investigated. Also, the effect of geometrical dimensions, ceramic percentage and its variations through the microbeams thickness on the mechanical behavior and the system stability are studied.
    Keywords: FGM Microgripper, Electrostatic Force, Pull, in Voltage, Thermal Moment
  • Amir Karimdoost, Yasuri, Mohammad Passandideh, Fard Page 81
    In this paper, the dynamics of evaporation of water droplets on surfaces with different contact angle hysteresis is studied experimentally and theoretically. The evaporation of water droplets on surfaces usually occurs in three distinct stages, namely the constant contact area mode, followed by the constant contact angle mode, and the mixed mode in which both contact angle and contact area are decreased. Due to the unknown nature of the time dependency of both the dynamic contact angle and contact radius, solving the governing equations for the evaporation rate of a droplet is complicated. The experimental observations performed in this study for the evaporation of sessile droplets on different solid substrates under various conditions shows that the surfaces with a high contact angle hysteresis remain more in the constant contact area mode. On the other hand, the surfaces with a low contact angle hysteresis remain more in the constant contact angle mode. Based on these observations, it is assumed that the entire process of evaporation on surfaces with high and low contact angle hysteresis occur in a dominated mode. Next, based on this assumption, the governing equation for the droplet evaporation for both surfaces is solved separately using a theoretical model. A good agreement is observed between the results of the theoretical analysis with those of the experiments; this confirms the validity of the proposed theoretical model.
    Keywords: droplet evaporation, contact angle hysteresis, water droplet, evaporation modes
  • Farhad Kolahan, Mohsen Manouchehri, Abbas Hosseini Page 99
    Machining operation is one of the most applicable processes for the manufacturing of industrial parts. Usually, the quality of finished part in turning operation is measured in terms of surface roughness. In turn, surface quality is determined by machining parameters and tool geometry specifications. The main objective of this study is to model and optimize machining parameters and tool geometry in order to improve the surface roughness in turning operation of AISI1045 steel. Simultaneous optimization of machining parameters and tool geometry was performed using experimental data and statistical methods. A Taguchi approach is employed in order to gather experimental data and then, based on signal-to-noise (S/N) ratio, the best sets of cutting parameters and tool geometry specifications have been determined. Experimental results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach.
    Keywords: Machining parameters, Tool geometry, Taguchi method, Optimization procedure, Analysis of variance