فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال دوم شماره 4 (زمستان 1391)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال دوم شماره 4 (زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1392/05/12
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سید علی حسینی کردخیلی، سید حسن مومنی ماسوله صفحات 1-14
    در این مقاله به مشکلات عددی ناشی از انتخاب مختصات مناسب مدل مودال برای شرکت در فرآیند کوپلینگ با رویکرد تجربی پرداخته می شود. برای این منظور ابتدا روش ترکیب مودهای مولفه ها (CMS) سطح مشترک آزاد برای توضیح روش کوپلینگ با استفاده از داده های تجربی بیان می شود. سپس خطای عددی افزونگی مدل مودال شرح داده می شود. در ادامه تجزیه مقدار تکین به عنوان یک ابزار ریاضی قدرتمند برای تشخیص مختصات مناسب جهت شرکت در فرآیند کوپلینگ مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین یک الگوریتم انتخاب مختصات برای جلوگیری از بروز خطای افزونگی مدل مودال معرفی شده است. در پایان میزان تاثیر این روش ها و محدودیت های آن ها با استفاده از دو مدل پیوسته نوار باریک و ورق و یک مدل تجربی ورق سنجیده شده است. شایان ذکر است به کارگیری روش تجزیه مقدار تکین روی داده های تجربی مدل ورق با مود صلب در فعالیت های پیش از این مشاهده نشده است. به علاوه مشکل افزونگی مدل مودال در ورق به خوبی نمایان است و می توان تاثیر روش های به کار گرفته شده را برای کاهش خطای افزونگی مدل مودال مشاهده نمود.
    کلیدواژگان: تفکیک سازه، تجزیه مقدار تکین، ترکیب مودهای مولفه ها، روش های تجربی
  • مهناز ذاکری صفحات 15-24
    در این مقاله فرآیندهای بازپخت موجود برای رهاسازی تنش و رفع تنشهای پسماند از صفحات پلی کربنات، مطالعه و با انجام آزمایش ارزیابی می شوند. سپس با انجام تغییر و تصحیح بر آنها، عملیات حرارتی متعدد در کوره بر روی نمونه های گوناگون به صورت سعی و خطا اجرا می شود. با بررسی نتایج حاصله، فرآیند حرارتی مناسبی پیشنهاد می شود که امکان تنش زدایی از صفحه پلی کربنات را ضمن کاهش زمان و هزینه بازپخت فراهم نماید. طبق این فرآیند، ابتدا دما تا 100 درجه سانتی گراد با نرخ ̊C/h 20 افزایش داده می شود. نمونه ها به مدت 3ساعت در این دما نگهداشته شده و سپس تا دمای 140درجه، افزایش دما با نرخ کمتر ( ̊C/h 5) ادامه می یابد. پس از آن نمونه ها با نرخ ̊C/h1 گرمتر می شوند تا به دمای بیشینه ̊C 156Tmax = برسند. پس از رسیدن به این نقطه، بلافاصله خنک کاری آغاز می شود و نرخ خنک کاری، معادل با نرخ گرم کردن نمونه ها می باشد.
    کلیدواژگان: فرآیند حرارتی، تنشهای پسماند، پلی کربنات، فتوالاستیسیته، حاشیه هم تنش
  • علی فرهی، سید حجت هاشمی * صفحات 25-35

    ارزیابی چقرمگی شکست به عنوان مقاومت ماده در برابر شروع ترک ترد در درز جوش لوله های فولادی انتقال گاز برای مهندسین و طراحان خط به دلیل شرایط بحرانی منطقه جوش بسیار حائز اهمیت است. از سوی دیگر آزمون های تعیین چقرمگی ماده بر اساس مبانی و اصول مکانیک شکست، دشوار، زمان بر و پرهزینه می باشند. هم چنین انجام این آزمون ها بعضا بدلیل محدودیت در اندازه (خصوصا ضخامت ماده) غیر ممکن است. در تحقیق حاضر که برای نخستین بار در داخل کشور صورت گرفته است، آزمون خمش سه نقطه ای بر اساس آزمون چند نمونه ای مطابق استاندارد ASTM (با طراحی خاص نمونه و قید و بند آزمایشگاهی) انجام می شود. هدف تحقیق تعیین چقرمگی شکست درز جوش مارپیچ لوله API X65 (به عنوان یکی از پرکاربردترین انواع لوله های فولادی انتقال گاز طبیعی در ایران) می باشد. روش های تجربی استفاده شده در تحقیق حاضر شامل دو روش تعیین چقرمگی مواد نرم است. یک روش بر اساس محاسبه گشودگی بحرانی نوک ترک (CTOD) و روش دیگر محاسبه JIC است. بر اساس روش اول مقدار CTOD برآورد شده 23/0 میلی متر و مقدار KIC معادل آن MPa√m 265 اندازه گیری شد. همچنین طبق روش دوم JIC برابر kJ/m2 396 و KIC معادل آن MPa√m 332 محاسبه گردید. به منظور تکمیل موضوع تحقیق، بحث و بررسی در خصوص دلایل تفاوت مقادیر KIC از دو روش و مقایسه نتایج با داده های محدود در مقالات مشابه ارائه می شود.

    کلیدواژگان: لوله فولادی انتقال گاز طبیعی، درز جوش مارپیچ، چقرمگی شکست، آزمون خمش سه نقطه ای، شکست نرم
  • آزیتا آذرفر، حیدر طوسیان شاندیز، مسعود شفیعی صفحات 37-46
    در سالهای اخیر مدلسازی سینگولار سیستم های مکانیکی تحت قید مورد توجه زیادی قرار گرفته است. سیستم های سینگولار توانایی حل همزمان معادلات دیفرانسیلی و جبری را دارا می باشند؛ از این رو می توانند محدودیت های جبری یک سیستم را همراه با معادلات دیفرانسیل حاکم بر آن مدل کنند. اهمیت و کاربرد زیاد مدل های سینگولار لزوم کنترل این گونه سیستم ها را نیز بیان می دارد، از آن جهت در این مقاله کنترل فیدبک حالت تطبیقی برای یک سیستم سینگولار چند متغیره طراحی شده است و به عنوان مثال بر روی یک بازوی ربات تحت قید که به صورت سینگولار مدل شده است، پیاده سازی می شود. هدف کنترل حرکت نقطه انتهایی ربات سه مفصلی بر روی سطح همراه با اعمال نیروی ثابت می باشد. مسیر حرکت بازوی ربات در برخورد با سطح دیوار محدود می شود. اثبات پایداری سیستم به روش لیاپانوف انجام شده است و نتایج شبیه سازی کارایی روش کنترل پیشنهادی را تایید می کند.
    کلیدواژگان: سیستم سینگولار، کنترل تطبیقی، ربات مقید، سیستم چندمتغیره
  • مسعود ضیابشرحق، مصطفی محمودی صفحات 47-60
    هدف از این تحقیق، توسعه یک مدل مناسب ترمودینامیکی برای موتور استرلینگ نوع بتا، با تغییر در شکل بازیاب حرارتی است. در موتور های استرلینگ متعارف مدل بتا، جابجا کننده و پیستون توان در یک سیلندر قرار دارند و سیال عامل بین محفظه های انبساط و تراکم، از مسیر کنارگذر سیلندر اصلی، عبور می کند. در تحقیق حاضر شکل جدیدی از بازیاب حرارتی برای موتور استرلینگ مدل بتا پیشنهاد شده است. در شکل جدید، لایه های همگن پی دی پی سیم های مربعی، فضای پیستون جابجا کننده را پر کرده است، بطوریکه پیستون جابجایی، نقش جابجاکننده و بازیاب حرارتی را همزمان بر عهده دارد. برای این منظور، مدلسازی با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام شده و نتایج بدست آمده با مقادیر منتشر شده، مقایسه شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در مقایسه با موتور های متعارف، موتور پیشنهادی، علاوه بر کاهش اندازه هندسی، 1/6 % درصد راندمان بالاتری دارد و 16% درصد توان بالاتری تولید می کند.
    کلیدواژگان: موتور استرلینگ، حل عددی، مدل آدیاباتیک، بازیاب متحرک
  • محسن قاضی خانی، عماد نوری فر، احمد شرف بایگی صفحات 61-75
    در این مقاله تاثیر سه نوع مختلف زائده تولید گردابه، شامل زائده های: 1- چهار وجهی گوه ای شکل؛ 2- مستطیلی بلوکی شکل؛ 3- مثلثی باله ای شکل، روی یک مبدل حرارتی پره لوله ای و با استفاده از تحلیل اگزرژی و به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. در این آزمایش برای به جریان در آوردن هوا از روی مبدل حرارت پره لوله ای، از یک سیستم تونل باد استفاده شده است. آب گرم نیز با دبی ثابت و محدوده ی تغییرات دمای ورودی بین44 تا 68 درجه سانتیگراد، و در حالت پایا درون لوله ها به گردش در می آید. نتایج نشان میدهد که استفاده از این زائده ها نسبت بازگشت ناپذیری سمت هوا به نرخ انتقال حرارت، را کاهش می دهد که این کاهش در مورد زائده های بلوکی شکل بیشتر از دو نوع زائده دیگر آزمایش شده است. برای آشکار شدن تاثیرات انواع زائده ها روی عملکرد مبدل حرارتی، از کمیت جدید دیگری به نام کارآیی زائده تولید گردابه (PVG)، استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که این کمیت دارای مقادیر کمتر از 5% برای زائده های گوه ای شکل تا بیش از 35% برای زائده های بلوکی شکل است که نشان دهنده ی تاثیر مثبت انواع زائده ها به خصوص زائده های بلوکی شکل روی عملکرد مبدل حرارتی است.
    کلیدواژگان: بازگشت ناپذیری، اگزرژی، مبدل حرارتی، کارآیی، انتقال حرارت
  • مجید رضایی، احمد رضا عظیمیان، داود طغرایی صفحات 77-91
    در این مقاله جریان الکترواسموتیک در یک محلول الکترولیت و در مجاورت دو دیواره باردار موازی شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که جریان الکترواسموتیک به صورت یک جریان یکنواخت با شرط عدم لغزش بر روی دیواره ها عمل می کند، یعنی سرعت جریان از مقدار صفر بر روی دو دیواره شروع شده و در ناحیه دوگانه الکتریکی با شیب نسبتا زیادی افزایش می یابد تا به یک مقدار ثابت در توده سیال برسد. در پژوهش حاضر، نمک های تک ظرفیتی کلرید سدیم و کلرید پتاسیم و نمک های دو و سه ظرفیتی کلرید منیزیم و کلرید لانتانوم به صورت جداگانه به محلول الکترولیت اضافه شده اند. با بررسی نتایج به دست آمده درمی یابیم که در نمک های تک ظرفیتی جریان قوی تری در توده سیال ایجاد می-شود. این نتایج نشان می دهند که در محلول های حاوی دو نمک چندظرفیتی مورد بررسی، بلافاصله پس از ناحیه دوگانه الکتریکی افت شدیدی در سرعت جریان ایجاد می شود. همچنین بررسی تغییرات چگالی بار الکتریکی در نزدیکی دیواره برای هر کدام از این محلول ها نشان می دهد که که با افزایش ظرفیت کاتیون های نمک، میزان بارالکتریکی جذب شده در زیرلایه فشرده افزایش می یابد و همین امر سبب کاهش چگالی بار الکتریکی در زیرلایه دیفیوز می شود.
    کلیدواژگان: جریان الکترواسموتیک، محلول الکترولیت، ناحیه دوگانه الکتریکی، سرعت الکترواسموتیک
  • امین حاجی زاده، دانیال کریمی، علیرضا ارغوان صفحات 93-103
    خودروی هیبرید هیدرولیکی شاخه مهمی از تکنولوژی هیبرید می باشد که دارای مزیت چگالی توان بالا و نرخ شارژ و تخلیه مقادیر عظیمی از انرژی است. از این رو این تکنولوژی برای خودروهای نیمه سنگین بسیار مناسب است. تقسیم توان میان دو منبع توان در این خودرو، نیازمند استراتژی کنترلی خاصی برای بهبود مصرف سوخت و افزایش راندمان می باشد.
    استراتژی مدیریت انرژی، الگوریتمی است که توان را میان موتور احتراقی و موتور هیدرولیکی تقسیم می کند. در این مقاله از یک کنترل کننده فازی در راستای تامین اهداف کنترلی استفاده شده است. این اهداف شامل بهبود شرایط رانندگی و بهبود مصرف سوخت می باشدکه توسط کنترل کننده فازی می توان مصالحه ای میان تمام اجزای خودرو ایجاد کرد. در این مقاله ابتدا شرایط کاری خودروی هیبرید هیدرولیکی در نظر گرفته شده و سپس با استفاده از یک استراتژی مناسب، عملکرد موتور احتراقی بر اساس تنظیم آن در شرایط بهینه کارکرد، تنظیم می شود. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که استراتژی مدیریت انرژی با استفاده از منطق فازی در خودروی هیبرید هیدرولیکی باعث بهبود مصرف سوخت و شرایط کاری خودرو می شود، بطوریکه 39% افزایش صرفه جویی در سوخت مشاهده می گردد.
    کلیدواژگان: خودروی هیبرید هیدرولیکی، کنترل کننده منطق فازی، بهبود مصرف سوخت، استراتژی مبتنی بر قواعد
|
  • Pages 1-14
    Numerical problems arising from lack of suitable selection of coordinates in substructures’ modal models lead to absurd results and gross the errors. In the present paper numerically problems that are normally associated with coupling procedures when experimentally approaches employ، are discussed. For this purpose، free interface component mode synthesis (CMS) method is described. CMS is a coupling approach that employs experimentally generated data. Redundancy in modal model is also expressed. Afterward، to recognize proper modal coordinates that required in coupling process، singular value decomposition is used as a most powerful mathematical tool. In addition، to decrease the redundancy errors an algorithm is employed that eliminates extra degrees of freedom (DOFs). Using two continues model (strip of sheet and plate) and one empirical plate model، the efficacy of these methods and their eliminations are estimated. According to the results، modal redundancy errors are evident well in plates and effects of methods which employed to decrease these errors can be observed، easily.
    Keywords: Singular Value Decomposition, Component Mode Synthesis, Experimentally Approach
  • Mahnaz Zakeri Pages 15-24
    In this paper، annealling processes for stress relaxation and removing residual stresses from polycarbonate sheet are studied and evaluated using experimental tests. Then، by making some alterations and modifications in the prevous heating cycles، thermal operations in the furnace on different samples are performed. By appraising the obtained results، a modified thermal process is presented which can remove the residual stress from the polycarbonate sample، while reducing the time and cost of the annealing process. According to this process، the temperature is raised to 100˚C at the heating rate of 20˚C/h. The samples are kept at this temperature for 3 hours and then، the heating is continued up to 140˚C at a slower rate of 5˚C/h. Then، the specimens are heated at the rate of 1˚C/h until maximum temperature of Tmax = 156˚C. After reaching this point، the samples are cooled immediately، and the cooling rates are same as the heating rates.
    Keywords: Thermal Process, Residual Stress, Polycarbonate, Photoelasticity, Isochromatic Fringe
  • Ali Farrahi Pages 25-35

    Assessment of fracture toughness in pipe weldment is important for pipeline engineers and designers as welded zone is the most critical site for crack initiation and propagation. This research reports the determination of fracture toughness in spiral seam weld of API X65 pipe steel. This steel pipe has vast usage in Iran’s gas transportation projects. To measure the material fracture toughness، single edge notch bend (SENB) specimens were machined from the pipe. For evaluating the fracture toughness in test material، two techniques were used (based on multi-specimen tests in ASTM E 1820 standard). These techniques were based on determination of crack tip opening displacement (CTOD)، and JIC. A value of 0. 23 mm was obtained for CTOD، and its equivalent KIC was 265 MPa√m from the first method. The second test method gave a value of 396 KJ/m2 for JIC، whose equivalent KIC was 332 MPa√m. A discussion on the reasons for KIC difference from the two test techniques، and comparison between the obtained results and similar data from the literature conclude the paper.

    Keywords: Gas transportation steel pipe, spirally welded steel, Fracture toughness, Three Point Bend Test, Ductile crack growth
  • Azita Azarfar Pages 37-46
    In recent years the analysis of the constrained mechanical system by using singular models has been established. Singular models consist of both differential and algebraic equation so they are very useful for modeling constraint mechanical systems where the restrictions are usually introduced by algebraic equations. Due to the importance of singular systems، control approaches of such systems have attracted many interests. In this paper، we address an adaptive state feedback control approach for MIMO singular systems that makes the closed loop dynamics of this class of systems regular، impulse free and stable. The proposed controller has been implemented on a 3-link constrained robot manipulator which is modeled by singular systems. The control objective is that the Robot end-effector moves on a special surface with determined force applying to that. The wall surface limit the robot manipulator moves. The stability of proposed controller has been proved using Lyapunov theorem. Simulation results illustrate the effectiveness of presented controller
    Keywords: singular systems, adaptive control, constrained robot manipulator, MIMO systems
  • Masoud Ziabasharhagh, Mostafa Mahmoodi Pages 47-60
    The purpose of this research was to develop an approperiate thermodynamic model for beta-type stirling engine via changing the form of heat regenerator. In conventional beta-type stirling engines، power and displacer piston are placed in one cylinder and the operating fluid passes between the compression and expansion chambers via the bypass of the main cylinder. In the present study، a new form of heat regenerator was proposed for the beta-type stirling engine. In this new form، successive homogeneous layers of square wire meshes filled the space of displacer piston so that the displacer piston took the role of heat regenerator and displacer simultanously. To this end، modeling was done using MATLAB software and the obtained results were compared with the published values. Considering the obtained results in comparison with the conventional engines، the proposed engine had decraesed geometrical size in addition to 6. 1% higher efficiency; also، it generated 16% higher power.
    Keywords: Stirling engine, Numerical solution, Adiabatic model, M oving regenerator
  • Ahmad Sharaf Baygi Pages 61-75
    In this study a fin-tube heat exchanger with different kinds of vortex generator has been studied experimentally، using exergy method. Three kinds of vortex generator have been employed: 1-Tetrahedral wedge shape 2-Rectangular block shape 3-Triangular winglet shape. In this research we used a wind tunnel to produce wind flow over heat exchanger. hot water was circulating with the steady volume flow rate and temperature range of 44 to 68 celsius in the system. The results shows that use of these VGs will decrease the air side irreversibility to heat transfer ratio (ASIHR) in the air region and for a heat exchanger with block shape VGs، this reduction is more than the other two types. This could be due to the irreversibility decline in the air region because of lower mean temperature difference of water and air and the heat transfer conditions improvement. To reveal the effects of various VGs on heat exchanger performance with respect to reducing ASIHR، a quantity is used namely performance of vortex generator (PVG). The results showed that PVG values are in the range of less than 5% for wedge-shaped VG''s to over 35% for block-shaped VG''s. Which represents the good effects of VGs especially block-shaped ones on the heat exchanger performance.
    Keywords: irreversibility, exergy, heat exchanger, performance, heat transfer
  • Majid Rezaei, Ahmadreza Azimian Pages 77-91
    Electro-osmotic flow of an aqueous electrolyte solution between two parallel silicon walls was studied by molecular dynamics simulation. Also، effects of the electrolyte solution on the electro-osmotic flow properties were examined by varying type of the dissolved salt. To achieve this goal، two mono-valent salts (NaCl & KCl)، a divalent salt (MgCl2)، and a trivalent salt (LaCl3) were simulated and the obtained results were compared together. The unique point of the present study is that all of the events happened in the flow properties are analyzed by investigating the changes made in the electrical double layer (EDL) properties. It was found that flow velocity rises from zero to a larger value in the EDL، and it remains constant in the bulk flow. Obtained profiles showed that the electro-osmotic flow formed by a mono-valent salt is stronger than the flow formed by divalent and trivalent salts. Also it was observed that the flow velocity suddenly decreases، immediately after the EDL''s boundaries. Results showed that by increasing the valence of the salt، the number of cations attracted in the stern layer increases and so the ability of the EDL to form the electro-osmotic flow decreases. In addition، it was observed that physical properties of the driving ions (which are the cations in this work) like the ionic diameter; affect on the electro-osmotic flow properties.
    Keywords: Electro, osmosis Flow, electrolyt, Electrical double layer, Electro, osmosis velocity
  • D. Karimi, A. Arghavan Pages 93-103
    As a way to meet the challenge of developing more fuel efficient and lower emission producing vehicles، auto manufacturers are increasingly looking toward revolutionary changes to conventional powertrain technologies as a solution. A Hybrid hydraulic Vehicle combines some of the benefits of conventional vehicles with mechanical energy storages. The presence of the hydraulic powertrain is intended to achieve better fuel economy than an conventional vehicle. The complexity of an Hybrid Vehicle Powertrain together with the vehicle''s many operating modes demand that intelligent controller is developed at the vehicle to guarantee stable and consistent operation. So، in this paper fuzzy control strategy has been considered for energy management strategy. The objectives of this paper are improving driving conditions and improved fuel consumption، control for hydraulic hybrid vehicles. Simulation Results like energy storage’s state of charge، ICE torque، vehicle speed and fuel economy، show that the effectiveness of the proposed control strategy during the standard driving cycle.
    Keywords: Hybrid hydraulic Vehicle, fuel economy, fuzzy control, energy managment