فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 34 (پاییز 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/06/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • پیمان جمشیدی مقدم، شاپور مرادی صفحات 1-14
    در این پژوهش ارتعاشات آزاد تیر کمانه شده ترک دار به کمک روش کوادراتور دیفرانسیلی بررسی شده است. ترک بصورت باز در نظر گرفته شده و با استفاده از فنر خطی بدون جرم مدل سازی می گردد. تیر به دو بخش تقسیم شده و معادلات حاکم بر مسئله ارتعاشات تیر کمانه شده در مختصات مماسی بدست می آیند. این معادلات یک دستگاه معادلات دیفرانسیلی غیر خطی را تشکیل می دهند. به منظور حل دستگاه معادلات دیفرانسیل غیر خطی استاتیکی ابتدا معادلات با روش کوادراتور دیفرانسیلی گسسته شده، سپس دستگاه معادلات جبری غیر خطی با استفاده از روش طول قوس حل می شوند. همچنین با توجه به کوچکتر بودن دامنه حرکت ارتعاشات آزاد تیر نسبت به دامنه حرکت استاتیکی، معادلات ارتعاشی خطی می گردند. برای حل دستگاه معادلات دیفرانسیل ارتعاشی خطی شده، این معادلات با روش کوادراتور دیفرانسیلی گسسته شده و مقادیر بدست آمده از حل استاتیکی در دستگاه معادلات گسسته شده دینامیکی جایگذاری می گردند. در پایان با حل مسئله مقدار ویژه استاندارد فرکانس های طبیعی و شکل مودهای تیر کمانه شده ترک دار بدست می آیند. جهت بررسی صحت روش عددی ارائه شده، نتایج حاصل با نتایج روش اجزاء محدود مقایسه می گردند. نتایج بدست آمده نشان دهنده دقت بسیار خوب و کارایی روش پیشنهادی می باشند.
    کلیدواژگان: ترک، ارتعاشات تیر، پس کمانش، روش کوادراتور دیفرانسیلی
  • علی اکبر عباسیان آرانی، علیرضا آقایی، حمیدرضا احترام صفحات 15-30
    در مطالعه حاضر، تاثیر حرکت براونی در جابجائی توام نانوسیال آب-اکسید مس داخل یک محفظه با وجود یک منبع گرم مربعی مرکزی به صورت عددی بررسی شده است. منبع گرم در دمای Th و دیواره های محفظه در دمای Tc می باشد. برای تحلیل جابجایی توام از یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن بر اساس روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر استفاده شده است. مطالعه برای کسر حجمی های 0، 02/0 و 04/0 نانوذرات، اعدد ریچاردسون 01/0، 1/0، 1، 10 و 100، عدد گراشف 104 و در نسبت های منظری 2/0، 4/0 و 6/0 انجام شده است. نتایج عددی نشان می دهد که عدد ناسلت متوسط، چه با در نظر گرفتن تاثیر حرکت براونی و چه بدون در نظر گرفتن تاثیر آن، با افزایش عدد ریچاردسن در همه نسبت های منظری کاهش می یابد. در عدد ریچاردسن100 عدد ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی همواره افزایش می یابد ولی در دیگر اعداد ریچاردسن تا رسیدن به کسر حجمی 02/0 عدد ناسلت متوسط افزایش می یابد و پس از آن با افزایش کسر حجمی عدد ناسلت متوسط تقریبا ثابت می ماند. در تمامی حالت های بررسی شده هنگامی که حرکت براونی در نظر گرفته شود، عدد ناسلت متوسط بیشتر از هنگامی است که این حرکت مورد نظر قرار نگیرد. بیشترین مقدار افزایش عدد ناسلت متوسط ناشی از در نظر گرفتن اثر حرکت براونی 31/9 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، جابجایی توام، حرکت براونی، خواص متغیر، حل عددی، محفظه مربعی
  • داود جنت، الیپس مسیحی* صفحات 31-48

    روبات یدک کش روبات ماشین واره ای است که یک یا چند یدک فاقد نیروی محرکه را به دنبال خود می کشد. اضافه شدن هر یدک یک محدودیت سینماتیکی غیرهولونومیک به مساله مسیریابی اضافه می کند که باعث پیچیده-تر شدن مساله می شود. با به کاربردن مفهوم اندازه معادل (ES)، مسئله برنامه-ریزی حرکت یک روبات یدک کش تبدیل به مسئله برنامه ریزی حرکت روبات ماشین واره می شود. مقدار پارامتر ES با توجه به تعداد یدک ها، ابعاد آنها و همچنین نحوه اتصال و فاصله اتصال تعیین می شود. در این مقاله به وسیله روش پیشروی سریع – که یک روش عددی برای حل معادله دیفرانسیل جزئی غیر خطی Eikonal است – و با استفاده از مفهوم مانع مجازی یک الگوریتم مسیریاب برای روبات ماشین واره ارائه شده است که با استفاده از ES می توان آن را برای روبات های یدک کش تعمیم داد. الگوریتم ارائه شده سریع، دقیق، مستقل از شکل موانع و آسان در پیاده سازی است. علاوه بر آن روش مذکور با دو روش جستجوی شبکه ای و RRT غیر هولونومیک مقایسه شده و برتری آن از نظر سرعت حل نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: مسیریابی روبات، روبات یدک کش، روش پیشروی سریع، مانع مجازی
  • غلام علی شفابخش، مهدی محمدی صفحات 49-60
    در این مطالعه سعی می شود با استفاده از مدل نیروی اجتماعی که یکی از مدل های ارائه شده برای مدلسازی میکروسکوپیک عابرین پیاده است، رفتار عابرین پیاده مدلسازی شود. مدل نیروی اجتماعی به دلیل نزدیکی بیشتر به جهان واقعی نتایج واقع بینانه تری را ارائه می دهد. هدف از انجام این مطالعه ارزیابی مدل نیروی اجتماعی در شرایط موجود در پیاده روهای شهر تهران می باشد. روند به کار رفته در این مطالعه به این صورت بود که ابتدا رفتار واقعی افراد از طریق فیلم های برداشت شده از 6 منطقه 1، 4، 13، 16، 19 و 22 بررسی و داده های مربوط به سرعت و چگالی استخراج گردید. سپس رفتار مشاهده شده از حرکت افراد در مقاطع مورد مطالعه مدلسازی شد. طبق نتایج به دست آمده از تحلیل آماری داده ها، ضریب همبستگی بین داده های مطالعه میدانی و مدلسازی برای پارامتر سرعت و چگالی به ترتیب 916/0 و 907/0 می باشد که این مقادیر میزان قابل قبول همبستگی بین داده های مطالعه میدانی و مدلسازی را نشان می دهد. علاوه بر این طبق تحلیل رگرسیون خطی انجام یافته در نرم افزار spss ملاحظه شد که مقدار متغیر مستقل برای پارامتر سرعت برابر 956/0 و برای پارامتر چگالی برابر 030/1 می باشد. همچنین ضریب نکویی پارامتر سرعت برابر 839/0 و پارامتر چگالی برابر 870/0 به دست آمده است.
    کلیدواژگان: مدلسازی، عابر پیاده، نیروی اجتماعی، پیاده رو
  • روح الله وحدتی، مهرداد عضو امینیان صفحات 63-75
    در طی سالیان اخیر، تلاش هایی برای حذف شبکه از فرآیندهای حل عددی صورت گرفته که نتیجه ی این تلاش ها ایجاد گروهی از روش های محاسباتی به نام روش های بدون شبکه بوده است. در بین روش های بدون شبکه، روش های MLPG، یکی از روش-های موثر و موفق در حل مسایل مختلف به شمار می آیند. در این پژوهش، الگوریتم بدون شبکه MLPG، برای شبیه سازی و مدل سازی تنش های حرارتی و مکانیکی در حین فرآیند جوش نقطه ای و هم چنین تنش های پسماند پس از اتمام فرآیند جوش، استفاده شده است. در این روش از یک تابع پله ای واحد به عنوان تابع تست در فرم ضعیف شده ی ناحیه ای استفاده شده است و ناحیه ی آنالیز شده به زیرفضاهای کوچک-تری با اشکال دایره ای تقسیم گردیده است. نتایج عددی حاصل از روش MLPG با نتایج حاصل از روش FEM مقایسه شده است. نتایج حاصل از روش بدون شبکه انطباق مناسبی با شبیه سازی FEM دارد.
    کلیدواژگان: RSW، تمرکزتنش، روش های بدون شبکه، روش MLPG، روش FEM
  • مازیار دهقان، مصطفی میرزایی، آرش محمد زاده صفحات 77-85
    جریان آرام تراکم ناپذیر سیال غیر نیوتنی روی یک صفحه کشسان متحرک، در حضور یک میدان مغناطیسی یکنواخت مطالعه شده است. سرعت صفحه مشخص و در طول آن به صورت خطی تغییر می کند. به کمک تبدیلات تشابهی، دستگاه معادلات پاره ای حاکم بر جریان به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی غیر خطی تبدیل و سپس توسط روش عددی ارئه شده بر مبنای تفاضل محدود، حل گردیده است. اثرات پارامتر های سیال، جریان و میدان مغناطیسی بر میدان سرعت در لایه مرزی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش میدان مغناطیسی ضخامت لایه مرزی کاهش می یابد. همچنین دیده شده است که در نظر گرفتن مدل نیوتنی برای سیالات غیر نیوتنی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی هستند، می تواند تا 100% خطا به دنبال داشته باشد.
    کلیدواژگان: سیال غیر نیوتنی، میدان مغناطیسی، صفحه کشسان، تبدیلات تشابهی، شبیه سازی عددی
  • محمدرضا الهامی، سید رضارضویان، حسن تیموری جروکانی صفحات 87-93
    دستگاه «شبیه ساز ارتعاشی آنالیز مودال» به کمک یک دستگاه ارتعاش دهنده، فرکانس ها و شکل مودهای طبیعی یک یا چند قطعه ارتعاشی تحت نوسان های آزاد و اجباری را اندازه گیری و مشاهده پذیر می سازد. در این مقاله، طراحی جدیدی به منظور کاهش خطاهای اندازه گیری و حفظ حرکت خطی مجموعه، با در نظر گرفتن لایه یکنواخت تر هوا و کاهش بهینه اصطکاک توسط بالشتک هوا انجام گرفته است. در این طراحی، بهینه سازی اصطکاکی دستگاه به روش الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در روش ارائه شده، حرکت خطی جرم با عامل اصطکاکی ویسکوز مدل شده و مقدار بهینه-ی ضریب اصطکاک ویسکوز C با توجه به تغییر در شش فاکتور طراحی بدست آمده است. با توجه به قیود تعریف شده برای هر فاکتور طراحی و با در نظر گرفتن عوامل دیگر از قبیل در دسترس بودن مواد اولیه، قابلیت ساخت و نیز صرفه ی اقتصادی، نتایج بدست آمده، مناسب تر و کاربردی تر از نمونه ی اولیه بوده و کاهش 70 درصدی ضریب اصطکاک را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، آنالیز مودال، بهینه سازی، شبیه ساز ارتعاشی، نوسان آزاد و اجباری
|
  • P. Jamshidi Moghadam, S. Moradi Pages 1-14
    The vibration analysis of cracked post-buckled beam is investigated using the differential quadrature method. Crack، assumed to be open، is modeled by a massless rotational spring. The beam is divided into two segments and the governing nonlinear equations of motion for the post-buckled state are derived. The solution consists of static and dynamic parts، which both result in nonlinear differential equations. Application of differential quadrature to the static differential equations results in a nonlinear algebraic system of equations، which will be solved utilizing an arc length strategy. Next، the differential quadrature is applied to the linearized dynamic differential equations of motion and their corresponding boundary and continuity conditions. Upon solution of the resulting eigenvalue problem، the natural frequencies and mode shapes of the beam are extracted. Several numerical case studies on cracked beams are conducted to ensure the integrity and accuracy of the proposed method. The results confirm the efficiency and accuracy of the differential quadrature method in dealing with this class of engineering problems.
    Keywords: Crack, Beam vibration, Post buckling, Differential quadrature method
  • A.A. Abbasian Arani, A. Aghaee, H. Ehteram Pages 15-30
    This paper presents a numerical study on the mixed convection in an enclosure، with a heat source at its center filled with a water–CuO nanofluid. Central heat source and the wall heat source have Th and Tc respectively. For this purpose we used a Fortran program based on Finite Volume Method and SIMPLER algorithm. The effects of parameters such as volume fraction for 0، 0. 02 and 0. 04، Richardson number for 0. 01، 0. 1، 1، 10 and 100، Grashof equal to 104، as well as aspect ratio 0. 2، 0. 4 and 0. 6 are examined. The results show that the Nusselt number decrease with Richardson number for all aspect ratio with and without Brownian motion effects. At Richardson number equal to 100 average Nusselt number increase with volume fraction while at other Richardson number it increase from 0 to 0. 02 and it has not change after 0. 02. When we consider the effect of Brownian motion average Nusselt number show grater increase at all cases under study. Maximum increase in average Nusselt number is 9. 31 with effect of Brownian motion.
    Keywords: Nonofluid, Mixed convection, Brownian motion, Variable properties, Numerical solution, Square Cavity
  • D. Jannat, E. Masehian Pages 31-48

    This paper deals with motion planning of Tractor-trailer robots، which are car-like robot dragging several trailers with no driving force. Each trailer has a nonholonomic kinematic constraint which increases the complexity of the path planning problem. We solved this problem by implementing the Equivalent Size concept، which depending on the size، number، and link-point positions of trailers، transforms a tractor-trailer path planning problem into a single car-like robot path planning problem. In this paper a new path planning algorithm is proposed for car-like robots which utilizes the Fast Marching Method (FMM)، which is a numerical method for solving the Eikonal differential equation، and the concept of Virtual Obstacles. The algorithm is fast، works independent of the shape of obstacles، and is easy to implement. To evaluate the quality of the solutions the algorithm is compared with the grid search and nonholonomic RRT algorithms. The results showed that the new method has by far lower runtime compared to the other algorithms، while producing short and smooth paths.

    Keywords: Robot path planning, Tractor, trailer Robot, Fast Marching Method, Virtual Obstacle
  • Gh. Shafabakhsh, M. Mohammadi Pages 49-60
    In this study، it is tried to simulate the behavior of pedestrians by using Social Force model، which is one of the presented model in the microscopic simulation. Because of the fact that this model is close to the real world، its results are more realistic. The aim of this study is to evaluate this model in Tehran’s sidewalks. In order to do this، sidewalks of 22 districts of Tehran were observed، and in the end، 6 districts (1، 4، 13، 16، 19، 22) were chosen since they had better conditions for shooting films. The procedure was that the real behavior of people was considered using the films، then، the data related to velocity and density were extracted. Based on the results achieved from statistical analysis، the Correlation coefficient between the data of the field study and modeling the velocity and density parameters are 0. 916 and 0. 907 which show an acceptable level of Correlation between the field study and the simulation. Moreover، based on the linear regression analysis done in the SPSS software program، it was observed that the variable constant amount in both velocity and density parameters equals to zero and the amount of the independent variable for the velocity parameter equals to 0. 956 and for the density parameter equals 1. 03. Also، the adjusted R square coefficient of the velocity parameter is 0. 839 and for the density parameter is 0. 870.
    Keywords: Modeling, Pedestrian, Social Force, Sidewalk
  • R. Vahdati, M. Ozvaminian Pages 63-75
    In current years، some attempts have been done to eliminate the grid of numerical solving processes. These attempts were created the groups of calculation methods which are known as meshless methods. MLPG methods are one of the efficient meshless methods in solving different problems. In this study، the MLPG meshless algorithm was used to Modeling and simulation of thermomechanical stresses and residual stresses in resistance spot welding between two sheets. In this method، a unit step function is used as a test functions in local weak-form. The Analyzed domain is divided to small subdomains with a circular shape. The numerical results of MLPG method are compared with the result of finite element method. The results of meshless method are similar to FEM simulation.
    Keywords: RSW, Stress concentration, Meshless methods, MLPG method, FEM method
  • M. Dehghan, M. Mirzaei, A. Mohammadzadeh Pages 77-85
    Steady flow of a non-Newtonian fluid over a stretching sheet under influence of a constant transverse magnetic field has been investigated based on the power-law model. Velocity of the sheet varies linearly along the flow direction. PDE type equations of motion of fluid were transformed to a nonlinear ODE type equation using similarity transformation. A numerical scheme based on finite difference and shooting method has been proposed to solve the governing equations. Effects of characteristics of flow، fluid and magnetic field have been investigated. Results show that the magnetic field acts as a drag force and decreases the boundary layer thickness. Finally، considering the Newtonian model for a non-Newtonian fluid causes considerable errors up to 100% especially for the skin friction coefficient.
    Keywords: Non, Newtonian Fluid, Magnetic Field, Stretching Sheet, Similarity Transformation, Numerical Simulation
  • Elhami, Razavian, H. Teimuri Pages 87-93
    The aim of this study is friction modeling and optimization of a “vibration modal analysis simulator”. This device has been used for observation and measurement of natural frequencies and mode shapes ofvibrating components and parts under the free or forced vibration conditions. In this paper to obtain linear vibrating motion with less measurement errors and optimum friction factor، the new prototype has been designed using the genetic algorithm. Mass linear motion is modeled by viscous friction agent so that optimized friction factor C with six sub-designation factors is calculated. Obtained results with respect to precursor’s availability، fabrication ability and from the economical point of view are more amenable and applicable than the preliminary devices and show a 70% reduction in friction factor.
    Keywords: Free or forced vibration, Genetic Algorithm, Modal analysis, Optimization, Vibration simulator