فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 8 (آبان 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 8 (آبان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/07/15
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سعید طالبی، علیرضا آریایی صفحات 1-13
    در این مقاله روشی تحلیلی موسوم به روش انتقال دیفرانسیل برای تعیین فرکانس های طبیعی تیر دورانی ترک دار اویلر برنولی با سطح مقطع متغیر ارائه شده است. ابتدا فرکانس های طبیعی تیر ترک دار با تغییر موقعیت ترک و عمق آن به دست می آید. نتایج حاصل جهت اعتبار سنجی با مقادیر تجربی به دست آمده از آزمایش مودال، نرم افزار آباکوس و روش های دیگر مورد استفاده در سایر مقالات مقایسه می شود که تطابق خوبی بین آنها مشاهده می گردد. در ادامه مساله معکوس مورد بررسی قرار می گیرد؛ بدین منظور با به کارگیری الگوریتم ژنتیک و با استفاده از فرکانس های طبیعی تیر ترک دار که از آزمایش مودال حاصل شده اند موقعیت و عمق ترک در تیر دورانی با سطح مقطع متغیر تعیین می شود. مشاهده می گردد که نتایج عددی یه دست آمده تطابق قابل قبولی با موقعیت و عمق واقعی ترک دارد که نشان دهنده کارآیی این روش در تعیین پارامترهای ترک در تیرهای دورانی است.
    کلیدواژگان: تیر دورانی اویلر، برنولی، الگوریتم ژنتیک، ترک، آزمایش مودال، فرکانس طبیعی
  • مرتضی بهبهانی نژاد، عزیز عظیمی، محسن شعبانی صفحات 14-27
    روش تفاضل محدود ضمنی استیگر- وارمینگ، برای شبیه سازی عددی جریان گذرای غیرهم دمای گاز مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به غیرخطی بودن معادلات، در ابتدا خطی سازی حول هر گام زمانی انجام شده است که این امر ضمن کاهش تلاش محاسباتی جریان مورد نظر را نیز با سهولت بیشتری تحلیل می نماید. به منظور اعتبارسنجی و ارزیابی دقت روش حل عددی، ابتدا جریان فانو و جریان درون یک لوله شوک مورد بررسی قرار گرفته است. سپس جریان گذرا درون یک خط لوله گاز که فشار در ورودی آن به صورت تابعی از زمان تغییر می کند، شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی عددی حاضر نشان می دهد که روش عددی تفاضل محدود خطی شده مورد استفاده در این مطالعه، تغییرات ناگهانی در شرایط جریان را به خوبی روش حل غیرخطی نمایان می سازد. همچنین روش عددی حاضر قادر است جریان های گذرای گاز را با دقت مناسب در مقایسه روش حل غیرخطی با تلاش محاسباتی کمتر تحلیل نماید.
    کلیدواژگان جریان غیرهم دما؛ جریان گذرا؛ خطوط لوله گاز؛ روش های خطی شده؛ گاز حقیقی
  • امید رضا محمدی پور، حمید نیازمند، سیدعلی میربزرگی صفحات 28-41
    از آنجایی که الگوریتم لتیس بولتزمن در یک شبکه کارتزین تعریف می شود، مدل سازی مرزهای منحنی محدود به یک سری خطوط شکسته است که جدا از کاهش دقت شبیه سازی می تواند نتایج غیر فیزیکی نیز به دنبال داشته باشد. رایج ترین ایده برای بهبود دقت شبیه سازی، برونیابی اطلاعات لازم در گره های مرزی است. در اغلب تحقیقات گذشته، متناسب با فاصله گره تا مرز منحنی از دو رابطه برای انجام برونیابی استفاده شده است که می تواند تغییرات شدید توابع توزیع ذرات را به هنگام تعویض رابطه به دنبال داشته باشد. در این مقاله طرحی جدید برای اعمال شرط مرزی پیشنهاد شده است که برونیابی صورت گرفته در آن تنها نیازمند به یک رابطه است و محدود به جریان سیال نبوده بلکه در تمامی مسائل فیزیکی قابل اعمال می باشد. به طور خاص برای شبیه سازی جریان سیال نیز شرط مرزی جدیدی معرفی شده است که در عین استقلال از شکل هندسی مرز، از برقراری شرط عدم لغزش در گره های مرزی اطمینان حاصل می نماید. طرح شرط مرزی جدید به کمک تعدادی از مسایل کلاسیک اعتبارسنجی گردیده است. نتایج نشان دهنده دقت و پایداری قابل قبول مدل شرط مرزی حاضر در شبیه سازی و حفظ تمامیت فیزیکی مرزهای منحنی می باشد.
    کلیدواژگان: لتیس بولتزمن، شرط مرزی منحنی، شرط مرزی عدم لغزش، شبکه بولتزمن
  • هادی پورشهسواری، اسماعیل قربانی، مهدی کشمیری * صفحات 42-56

    تعمیم و گسترش مفهوم آنالیز مودال برای سیستم های خطی متغیر با زمان پریودیک و استفاده از آن به منظور استخراج فرکانس های طبیعی یک تیر تحت اثر جرم متحرک مدنظر است. در همین راستا ابتدا مفهوم کلی آنالیز مودال برای سیستم های خطی متغیر با زمان در حوزه زمان بیان و چگونگی استخراج مشخصه های دینامیکی، شبه پارامترهای مودال، این سیستم ها با استفاده از محاسبه مقادیر ویژه ماتریس انتقال حالت سیستم ارائه می گردد. پس از معرفی شبه پارامترهای مودال، روند تعیین ماتریس انتقال حالت یک سیستم خطی متغیر با زمان بیان و در ادامه شبه پارامترهای مودال تشریح می شود. برای دنبال کردن هدف اصلی مقاله، پس از مدل سازی مسئله در نرم افزار متلب و ثبت دادهای ورودی و خروجی، شبه فرکانس های طبیعی یک تیر با جرم متحرک، به عنوان سیستمی متغیر با زمان، با استفاده از روش تشریح شده محاسبه و در انتها نیز نشان داده می شود که شبه پارامترهای مودال یک سیستم خطی متغیر با زمان پریودیک، با همان دوره تناوب تکرار می شوند.

    کلیدواژگان: آنالیز مودال، سیستم های خطی متغیر با زمان، شبه پارامترهای مودال و ماتریس انتقال حالت
  • مسعود رخش خورشید، سید حجت هاشمی صفحات 57-67
    در این پژوهش، از آزمون دیلاتومتری و مشاهدات ریزساختاری برای مطالعه رفتار استحاله در فولاد خط لوله API X65 و از ریزسختی سنجی برای تایید ریزساختارهای مشاهده شده استفاده شده است. فولاد مورد مطالعه تماما وارداتی است و بطور گسترده در خطوط لوله انتقال گاز ایران بکار می رود. با استفاده از نتایج حاصل، نمودار CCT این فولاد ترسیم گردید. مشاهدات نشان داد که با افزایش سرعت سرد کردن از 5/0 تا °C/s40، ریزساختار فولاد مورد مطالعه از فریت شبه چندوجهی-پرلیتی به فریت سوزنی تغییر می کند. در سرعت های سرد کردن بالاتر از °C/s5 ریزساختار حاصل بطور عمده از فریت سوزنی تشکیل شده است. از نتایج پژوهش حاضر می توان برای طراحی عملیات ترمومکانیکی بهینه در داخل کشور (با انتخاب سرعت سرد کردن مناسب در فرآیند تولید فولاد) استفاده کرد.
    کلیدواژگان: استحاله تبرید پیوسته، فولاد میکروآلیاژی، فریت سوزنی، خط انتقال گاز، API X65
  • مسعود خراتی کوپایی، امیر امیدوار، ایمان جلوداری صفحات 68-78
    در این تحقیق، صحت فرض خواص ترموفیزیکی مستقل از دما برای نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در انتقال حرارت جابجایی آزاد درون حفره بررسی شده است. محاسبات به روش عددی و بر اساس حجم محدود و الگوریتم سیمپل انجام شده است. نتایج برخی با روابط موجود برای حفره مقایسه شده است. به منظور ارزیابی عملکرد حرارتی حفره، مقدار متوسط عدد ناسلت روی دیواره گرم در دو حالت، یکی خواص ترموفیزیکی مستقل از دما و در دمای میانگین حفره و دیگری خواص متغیر با دما، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در تمام کسر حجمی های در نظر گرفته شده و در اختلاف دمای کمتر از 5 درجه سانتیگراد، میزان اختلاف در عدد ناسلت در حالتی که خواص مستقل از دما در نظر گرفته شده اند در مقایسه با حالتی که خواص تابعی از دما باشند کمتر از 10 درصد است. با افزایش اختلاف دما، اختلاف بین عدد ناسلت در دو حالت افزایش یافته و با افزایش کسر حجمی، این اختلاف بیشتر می شود. نتایج همچنین نشان می دهد که درصد خطای محاسباتی ناشی از ثابت فرض کردن خواص ترموفیزیکی و محاسبه آنها در دمای میانگین حفره تنها به اختلاف دمای دیوارهای سرد و گرم وابسته است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، جابه جایی آزاد، نانو سیال، خواص وابسته به دما
  • سید رضالاریمی، سیدعلی اکبر موسویان * صفحات 79-92

    در این مقاله، یک مکانیزم جدید پایدارسازی برای ربات دوچرخ دارای بازو ارائه شده است. ربات های دوچرخ، به دلیل آنکه دارای یک مفصل غیرفعال در محل تماس چرخ های پایه ی متحرک خود همانند یک پاندول معکوس می باشند، برای حفظ تعادل نیاز به کنترل و پایدارسازی به صورت دینامیکی دارند. روش کنترل تعادل این گونه ربات ها، با استفاده از به حرکت در آوردن ربات و کمک گرفتن از گشتاور اینرسی حاصل از این حرکت می باشد که با محدودیت هایی همراه است. در مکانیزم ارائه شده، جهت برطرف نمودن چنین نقایصی، از یک چرخ عکس العملی استفاده شده است. به این صورت که جهت حفظ تعادل از عکس العمل ناشی از اعمال گشتاور موتور به این چرخ استفاده می گردد. با بکارگیری این روش، به دلیل استقلال عملکرد این زیرمجموعه از حرکت یا سکون پایه حین پایدارسازی، در عملکرد مجموعه ربات و بازوان رباتیک اخلالی ایجاد نکرده و نیز وابستگی تعادل را به سطح حرکت به طور کامل حذف می نماید. مدل دینامیکی این مجموعه جهت شبیه سازی عملکرد، به صورت یک مدل تحلیلی استخراج و صحه گذاری شده است. سیستم کنترلی مورد استفاده بر روی این مجموعه نیز در حالات کاری مختلف شبیه سازی شده و نتایج آن مورد بحث قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: ربات، غیرهولونومیک، مفصل غیرفعال، چرخ عکس العملی
  • محسن نظری، محمدحسن کیهانی، آلاله انارکی حاجی باقری صفحات 93-107
    در این مقاله به بررسی جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محفظه دارای لایه متخلخل میانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن پرداخته می شود. روش شبکه بولتزمن به کار رفته براساس معادلات تعمیم یافته ناویر-استوکس با در نظر گرفتن تمام نیروهای وارد بر سیال و نیز نیروی درگ حاصل از ماتریس جامد می باشد. نتایج این تحقیق، شامل بررسی اثرات پارامترهای بی بعد حاکم بر مسئله از جمله عدد رایلی، عدد دارسی، ضریب تخلخل ماده متخلخل و نیز بررسی اثر موقعیت لایه متخلخل میانی در دو حالت عمودی و افقی بر جریان سیال و میزان انتقال حرارت در محفظه می باشد. اثرات تغییر عدد بی بعد دارسی و رایلی نیز به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته و عدد بدون بعد رایلی اصلاح شده در حالت وجود لایه متخلخل محلی معرفی می شود. با تغییر این عدد بی بعد، رژیم غالب انتقال حرارت در لایه متخلخل می تواند به صورت مکانیزم هدایتی تا جابجایی تغییر کند. همچنین با توجه به تغییرات عدد ناسلت متوسط مشاهده گردید که میزان انتقال حرارت در محفظه در حالتی که لایه متخلخل میانی بصورت عمودی در محفظه قرار می گیرد، بالاتر است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی آزاد، محفظه بسته، روش شبکه بولتزمن، لایه متخلخل میانی عمودی و افقی
  • رضا سعیدی، محمدحسین صادقی*، آناهیتا رضایی صفحات 108-122

    فرآیند فورج پره بدلیل هندسه پیچیده و دقت ابعادی بالا، نحوه جریان ماده پیچیده و ضخامت های متغیر و در بعضی موارد بسیار کم، فرآیندی پیچیده است. امروزه شبیه سازی المان محدود به عنوان یک روش قدتمند، بطور گسترده در فرآیندهای شکل دهی فلزات استفاده می شود. از مهمترین پارامترهای ورودی شبیه سازی عددی، رفتار ماده و شرایط اصطکاکی می باشند. آزمایش های عملی فشار استوانه و حلقه [رینگ] برای بدست آوردن این پارامترها برای آلیاژ آلومینیوم Al-2024 که برای تولید پره فن ژنراتور 202 مگا ولت آمپر زیمنس استفاده می شود، اجرا گردید. برای ارزیابی نتایج آزمایش ها و صحت شبیه سازی هایی که انجام می شود آزمایش های عملی اجرا شده است. به این ترتیب با توجه به هزینه های بسیار بالای ساخت نمونه اصلی پره، از آزمایش پرس جانبی استوانه استفاده شد. نتایج آزمایش عملی و شبیه سازی عددی تطابق بسیار خوبی با هم دارند. حفره قالب نهایی و سپس پیش فرم های مورد نیاز برای دست یابی به پره Al-2024 فن ژنراتور زیمنس، طراحی گردیده است. این مراحل شامل اکستروژن، خم، آپستینگ و مرحله نهایی برای بدست آوردن یک قطعه سالم و شرایط نیرویی مناسب می باشد. فرآیند نهایی در دماهای قالب و قطعه کار و نرخ کرنش های مختلف شبیه سازی شد و با بررسی نتایج، شرایط بهینه فورج ارائه گردید.

    کلیدواژگان: فورج پره آلومینیومی، آلیاژ Al، 2024، شبیه سازی عددی
  • حسین امیرآبادی، خلیل خلیلی، ابوالفضل فورگی نژاد، جواد عاشوری صفحات 123-134
    در این مقاله از الگوریتم تازه گسترش یافته کرم شب تاب برای بهینه سازی فرآیند برش شیشه با جت آب همراه با ذرات ساینده که فرآیندی چند متغیره غیر خطی است، استفاده گردید. در روش پیشنهادی به منظور مدل سازی و پیش بینی زبری سطح فرآیند برش شیشه؛ با توجه به پارامترهای فرآیند شامل فشار جت آب، سرعت پیشروی، نرخ ریزش ذرات ساینده و فاصله نازل تا سطح قطعه کار از شبکه عصبی مصنوعی پیشخور با باز انتشار خطا استفاده شد. در ادامه، الگوریتم کرم شب تاب با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی پیشنهادی، اقدام به بهینه کردن زبری سطح برش خورده به عنوان تابع هدف نمود و در نهایت پارامترهای متناسب با زبری سطح کمینه ارائه گردید. نتایج حاصله نشان داد که مدل پیشنهادی برای پیش بینی پارامترهای خروجی مناسب بوده و همچنین نتایج بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی استفاده شده، حاکی از کاربردی بودن این الگوریتم در فرآیندهای با طبیعت پیچیده، دارد.
    کلیدواژگان: مدل سازی، جت آب همراه با ذرات ساینده، بهینه سازی، شبکه عصبی، الگوریتم کرم شب تاب
  • ارسلان مقصودی، ابراهیم افشاری، حسین احمدی کیا صفحات 135-150
    در این مقاله، سیستم تغذیه سوخت آند پیل سوختی غشا پلیمری به وسیله اجکتور نازل همگرا، مطالعه شده است. این سیستم برای کاهش توان پارازیتی پیل، بازگشت دوباره سوخت و استفاده از انرژی پتانسیل فشاری مخزن سوخت بسیار موثر است. با انتخاب یک مدل تقارن محوری اجکتور، معادلات حاکم شامل: بقا جرم، ممنتم، انرژی و معادله حالت به روش عددی حل شده اند و تاثیر افت فشار گاز در کانال سوخت سمت آند، فشار عملکرد پیل سوختی و دمای عملکرد پیل بر عملکرد اجکتور بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش افت فشار پیل، عملکرد اجکتور بهبود یافته و حتی در فشار جریان اولیه پایین تر، افزایش عملکرد بهتر خواهد بود که این مزیت خوبی می باشد که در فشار پایین تر به بالاترین نسبت دبی جرمی جریان ثانویه به دبی جرمی جریان اولیه دست یابیم. با افزایش فشار و دمای کارکرد پیل نیز عملکرد اجکتور بهتر خواهد شد؛ هر چند که حساسیت عملکرد اجکتور به افزایش فشار کارکرد، بسیار بیشتر است. تاثیر نسبت قطر ناحیه اختلاط به قطر نازل نیز به عنوان یک پارامتر هندسی مهم بررسی شده است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، اجکتور، جریان برگشتی آند، عملکرد، مدلسازی عددی
  • سجاد صیفوری، غلامحسین لیاقت، مجید فولادی صفحات 151-160
    در این مقاله ضربه کم سرعت قائم بر روی نانوتیر تیموشنکو بر اساس تئوری غیر محلی، بصورت تحلیلی و برای بررسی رفتار دینامیکی نانوتیر ارائه شده است. با در نظر گرفتن معادلات ارتعاش آزاد تیر، ضربه وارد شده به نانوتیر با استفاده از شرایط مرزی و مقدار اندازه حرکت پرتابه و نانوتیر بلافاصله بعد از برخورد، بیان شده است. شرایط مرزی دو سر ساده و دو سر گیردار، همچنین تاثیر نسبت جرم نانوتیر به پرتابه (نسبت جرم) بر روی تغییر شکل دینامیکی نانوتیر تیموشنکو، بررسی شده است. برای اعتبار سنجی، نتایج حاصل از این روش، با تحلیل های موجود و بر اساس تئوری الاستیسته و تئوری تیر کلاسیک، برای دو ماده مختلف(فولاد و آلومینیوم) مقایسه و تطابق مناسبی مشاهده شده است. با افزایش پارامتر غیر محلی، تغییر شکل دینامیکی حداکثر وسط نانوتیر، افزایش یافته و فرکانس نانوتیر در همه نسبت های جرم، کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: تئوری غیر محلی الاستیسیته، ضربه کم سرعت، نانوتیر تیوشنکو، تغییر شکل دینامیکی
|
  • Saeid Talebi, Alireza Ariaei Pages 1-13
    The current article presents an analytical approach، for determining the natural frequencies of a rotating cracked Euler–Bernoulli beam with a varying transverse cross-section، using the so-called differential transform method (DTM). First، the natural frequencies of the beam are obtained for different values of the crack position and depth. The results have been validated against those obtained from experimental modal test، Abaqus software and some other methods reported in the literature and a good agreement between the results is observed. Then، the inverse problem is investigated. For this reason، the position and depth of the crack of the rotating beam with a varying transverse cross-section are estimated using the genetic algorithm and then، the natural frequencies are obtained from the modal test. It is seen that the numerical results have a suitable agreement with the actual position and depth of the crack that indicates the effectiveness of this method in determining the parameters of the crack in the rotating beams.
    Keywords: Euler, Bernoulli rotating beam, genetic algorithms, Crack, Modal Analysis, Natural frequency
  • Aziz Azimi Pages 14-27
    Numerical simulation of non-isothermal transient gas flow is performed using implicit Steger-Warming finite difference method. Because of nonlinearity of the governing equations، they are linearized at each time step. The linearization either reduces computational effort or analyzes the flowfield more conveniently. In order to validate and evaluate the accuracy of current numerical method، Fanno and shock tube flows are investigated first. Then، transient flow in a gas pipeline that its inlet pressure changes with time is simulated. The results of present study show that Steger-Warming finite difference scheme can well captured the sudden changes in the flowfield. Moreover، the present method is able to analyze transient gas flows as nearly accurate as the nonlinear one with less computational effort.
    Keywords: non, isothermal flow, transient flow, gas pipeline, linearized schemes, real gas
  • Hadi Pourshahsavari, Esmaeel Ghorbani, Mehdi Keshmiri Pages 42-56

    This paper discusses an adaptation of modal analysis concepts to time-varying periodic systems. It will be shown that the pseudo-modal parameters preserve certain properties of the conventional modal parameters defined for LTI systems. For this reason، after definition of pseudo modal parameters for time varying systems، a new modal analysis method will be introduced in time domain and it will be shown that these parameters could explain the nature of system. For periodic time varying systems، state transition matrices are formed by an ensemble set of responses which are obtained through multiple experiments on the system with the same time varying behavior. In next step the pseudo natural frequencies of a beam with moving mass using introduced method will be extracted. In final، it will be proved that for a linear time periodic system، the pseudo natural frequency treats periodic too.

    Keywords: Modal Analysis, Linear Time Varying system, Pseudo Modal Parameters, State Transition matrix
  • Sayyed Hojjat Hashemi Pages 57-67
    The transformation behavior and microstructural characteristics of API X65 pipeline steel were investigated by dilatometry and microstructural observation. Microhardness measurements were used to verify the observed microstructures. The test steel is imported from abroad and is used extensively in Iran natural gas transmission projects. The continuous cooling transformation curves of the test steel were constructed. The results showed that with increasing the cooling rate from 0. 5 to 40°C/s، the microstructure changes from polygonal ferrite، quasi-polygonal ferrite-pearlite to acicular ferrite. The microstructure was dominated by acicular ferrite in cooling rates higher than 5°C/s. The results can be used to design the optimum thermo-mechanical control process (through the selection of proper cooling rate) in domestic manufacturing process of the test steel.
    Keywords: Continuous Cooling Transformation, Microalloyed Steel, Acicular Ferrite, Gas Transportation Pipeline, API X65
  • Amir Omidvar Pages 68-78
    In this research، validity of temperature-independent thermophysical properties assumption of water-Al203 nanofluid in natural convection problems within the enclosures is investigated. The numerical results are obtained utilizing an in-house finite volume code based on the SIMPLE algorithm. In order to do the validation the numerical results and those of existing correlations are compared. In order to evaluate the thermal performance of the enclosure، the average Nusselt number on the hot side wall in both temperature-independent and dependent cases is compared Results show that، in the all considered solid volume fractions، the difference in the Nusselt number in the case of temperature-independent properties is less than 10 percent in comparison with the case in which the properties are temperature-dependent when temperature difference is less than 5 ○C. As the temperature increases، the difference between Nusselt number in both cases increases and the effect of increase in solid volume fraction is to increase this difference. Results also show that the difference between these two cases is dependent solely on temperature differences between the hot and cold walls regardless of the temperature they have.
    Keywords: Heat transfer, free convection, nanofluid, temperature, dependent properties
  • Seyedreza Larimi Pages 79-92

    In this article، a new stabilizing mechanism for a two wheel robot is proposed. Such systems، due to inherent ‎instability، require dynamic stabilization. The conventional method for stabilizing these robots is moving the base back ‎and forth، to use its inertia effects. Therefore، such strategies drastically depend on the ground surface، besides the ‎robot is not able to reconfigure its manipulator to do any desired task. These limitations reduce the capability of the ‎robot to manipulate objects، and to perform accurate tasks. In order to omit these restrictions، in the developed ‎mechanism، a reaction wheel is used. The proposed mechanism exploits the inertia moment of reaction wheel to ‎stabilize motion of the robot. Therefore، since there is no interaction between the reaction wheel and the ground surface، ‎by using this mechanism there would be no concern about the surface that the robot moves on that. Also، manipulator ‎of the robot can track the given trajectories، without considering stability limitations. In order to show the performance ‎of proposed mechanism، a verified dynamics model of the robot is used and the control algorithm with various initial ‎conditions is simulated. ‎

  • Mohsen Nazari Pages 93-107
    In this paper، natural convection heat transfer inside an enclosure which is partially filled with porous layer is reported using lattice Boltzmann method. Generalized equations in modeling flow in porous media have been employed which are coupled with the lattice Boltzmann formulation of the momentum and energy equations. The present study investigates the effect of position of porous layer on heat transfer rate for different dimensionless parameters، such as Rayleigh number، Darcy number and porosity of the porous layer. In addition، a modified Rayleigh number is presented as an effective parameter which affects the degree of penetration of the fluid into the porous layers. The obtained results showed that the heat transfer rate in the case of vertical layer is more than that of horizontal porous layers.
    Keywords: Natural Convection Heat Transfer, Cavity, Lattice Boltzmann Method, Vertical, Horizontal Porous Layer
  • Reza Saeedi, Mohammad Hosein Sadeghi Pages 108-122

    Blade forging is an intricate process due to complicated geometry، high dimensional accuracy، complicated material flow، varying and sometimes very thin thicknesses. As a powerful tool، numerical simulation is used in different steps of designing process. Mechanical properties (stress-strain curves) of the material and friction factor of contact surface are of the most important inputs of the simulation. Thus، cylinder and ring compression experiments were conducted to obtain these inputs for Al-2024 used in forging of 202 MVA Siemens generator fan blade. Because of high costs of blade forging and suitability of cylinder side-pressing this experiments were used to evaluate the compression tests and simulations. Good accordance was observed between simulation and experiment. Final forging die cavity and then preforms needed to produce a sound part are modeled. Designed preforming steps include extrusion، bending and upsetting. Blade final forging step was simulated in different temperatures of die and workpiece and strain rates and the optimum condition was determined.

    Keywords: Aluminum Blade Forging, Al, 2024 Alloy, Numerical Simulation
  • Khalil Khalili, Abolfazl Foorginejad, Jawad Ashory Pages 123-134
    In this paper، it is shown how to use the recently developed Firefly Algorithm to optimize abrasive water-jet cutting as a nonlinear multi-parameter process. Back propagation neural network were developed to predict surface roughness in abrasive water-jet cutting (AWJ) process. In the development of predictive models، machining parameters of traverse speed، water-jet pressure، standoff distance and abrasive flow rate were considered as model variables. Firefly Algorithm by using back propagation neural network optimizes glass surface roughness in abrasive water-jet cutting and proposes appropriate parameters for minimum surface roughness. Testing results demonstrate that the model is suitable for predicting the response parameters. However this algorithm has not be tested for practical problems، the results showed this algorithm applicable for processes with complex nature.
    Keywords: Modeling, Abrasive water jet cutting, Optimization, Neural network, Firefly algorithm
  • Ebrahim Afshari Pages 135-150
    In this study، convergent nozzle ejector in the PEM fuel cell system is analyzed. This method can reduce the parasitic power of the fuel cell، recycle the unconsumed hydrogen to the fuel cell to increase the fuel usage efficiency، utilize the pressure potential energy of hydrogen and regulate the anode humidity with the recycle gas. For this purpose، continuity، momentum، energy and state equations are solved by numerical methods and effects of pressure drop (through the channel towards the anode)، operating pressure and temperature of the fuel cell and also nozzle diameter on the ejector performance was analyzed. With decreasing of pressure drop، even in primary lower pressure، increasing of performance pressure the performance of ejector will improved. The temperature increase has no effect on the performance of the ejector itself، but has enormous effect on the fuel cell. Increasing the diameter ratio of the constant diameter zone to the nozzle diameter leads to increasing of recirculation anode line of the fuel in higher pressure.
    Keywords: PEM Fuel Cell, Ejector, Recirculation, Performance, CFD
  • Pages 151-160
    In this article، analytical solutions of low velocity transverse impact on a nanobeam are presented using the nonlocal theory to bring out the effect of the nonlocal behavior on dynamic deflections. Impact of a projectile (mass) on simply supported and clamped nanobeams are investigated using nonlocal Timoshenko beam theory. In order to obtain an analytical result for this problem، an approximate method has been developed wherein the applied impulse is replaced by a suitable boundary condition and initial momentum of projectile and nanobeam. A number of numerical examples with analytical solutions for nonlocal nanobeam and classical beam (steel and aluminum) have been presented and discussed. When the value of the striker mass is increased، the frequencies are decreased and the maximum dynamic deflection at the center of the beam is increased for both of the simply supported and the clamped-clamped nanobeams. The inclusion of the nonlocal effect increases the magnitudes of dynamic deflections and decreases frequencies. Furthermore، the mass and the velocity of the nanoparticle (striker) have significant effects on the dynamic behavior of nanobeam.
    Keywords: Nonlocal elasticity theory, Low velocity impact, Timoshenko nanobeam, Dynamic deflection