فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 6 (شهریور 1393)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال چهاردهم شماره 6 (شهریور 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/05/05
  • تعداد عناوین: 22
|
  • امیررضا کوثری، مهدی پیروانی، مهدی فکور، حسین نجات صفحات 1-10
    در این مقاله به طراحی کنترل کننده LQG/LTR برای کنترل وضعیت ماهواره زمین آهنگ در فاز نامی پرداخته می شود. طراحی مد نظر از سه بخش طراحی رگولاتور LQR، فیلتر کالمن توسعه یافته و بخش LTR تشکیل می شود. طراحی کنترل کننده براساس مدل خطی ماهواره و با استفاده از مدل کاهش یافته کواترنیون ها انجام می-شود. مدل کاهش یافته کواترنیون ها مشکل عدم کنترل پذیری سیستم، در زیرفضاهای غیر قابل کنترل مدل کامل، را حل می کند. عملگر مورد استفاده در این مقاله چرخ عکس العملی و حسگرهای مد نظر، حسگر خورشید و زمین هستند. روش LQR روشی ایده آل محسوب می شود و نویز موجود در مدل و حسگرها را لحاظ نمی-کند. از اینرو، از فیلتر کالمن توسعه یافته برای تخمین حالت های آغشته به نویز استفاده کرده و بر اساس حالت های تخمینی کنترل کننده های LQG و LQG/LTR طراحی می شود. ضرایب بهره کنترل کننده ها نیز بر اساس مدل کاهش یافته کواترنیون ها حول نقطه تعادل و با در نظر گرفتن فرکانس حلقه بسته سیستم بدست می-آیند. به منظور مقاوم کردن کنترل کننده در برابر اغتشاشات ناشی از تشعشعات خورشیدی، مقادیر تکین کنترل کننده LQG را در بخش LTR به سمت فیلتر کالمن میل می دهیم. نتایج نشان می دهد که کنترل کننده LQG/LTR عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده LQG داشته و محدوده مقاومت مناسبی در برابر اغتشاشات ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: ماهواره زمین آهنگ، کنترل وضعیت، کنترل پذیری، LQG، LTR، مدل کاهش یافته کواترنیون ها
  • روح الله طالبی توتی، محمدحسن شجاعی فرد، رضا احمدی، بهزاد رنجبر صفحات 11-21
    در این مقاله، رفتار صوتی پنل های دوجداره کامپوزیتی عایق صوت با یک لایه میانی متخلخل در چارچوب تئوری کلاسیک صفحات کامپوزیتی لایه ای (CLPT) مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلی این مقاله، بررسی تحلیلی اثرات استفاده از شرایط مرزی مختلف بر روی لایه متخلخل و نیز شناسایی پارامترهای موثر بر روی انتقال توان صوتی از طریق این سازه ها است. بر این مبنا، روابط کوپلینگ ویسکوز و اینرسی در معادلات دینامیک انتقال تنش و نیز کوپلینگ گرمایی و الاستیک در نوشتن معادلات تنش-کرنش مواد متخلخل، بر اساس تئوری بایوت مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، معادلات حاکم بر انتشار موج با توجه به معادلات کلاسیک ارتعاشات مواد کامپوزیت لایه ای، استخراج شده است. سپس با اعمال شرایط مرزی مختلف و حل همزمان معادلات، ضریب افت انتقال صوت (TL) سازه محاسبه شده است. نتایج حل تحلیلی با نتایج عددی حاصل از تحلیل انرژی آماری (SEA) و نیز داده های آزمایشگاهی موجود در این زمینه مورد مقایسه قرار گرفته و صحه گذاری شده اند. نهایتا پارامترهای موثر بر روی ضریب TL این سازه ها و میزان تاثیر هر یک در شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند نحوه اتصال لایه متخلخل به صفحات کامپوزیتی (نوع شرایط مرزی) و نیز چیدمان لایه ها، نقش مهمی در کاهش انتقال توان صوتی از طریق این سازه ها دارند.
    کلیدواژگان: ضریب افت انتقال صوت، مواد متخلخل، صفحات کامپوزیتی، پنل های دو جداره، تحلیل انرژی آماری
  • عزیز عظیمی، پیران گودرزی، شهاب غلامی صفحات 22-28
    در تحقیق حاضر، شرط مرزی سطح تماس مشترک بین دو قطعه گوشت فرآوری شده در دمای متفاوت (دو قطعه در دماهای اتاق و سرد) که بطور ناگهانی در تماس با هم قرار گرفته بودند، در یک مساله هدایت حرارتی غیرفوریه معکوس تخمین زده شد. مساله مستقیم، انتقال حرارت هدایتی غیرفوریه ای بیان شده توسط مدل تاخیر فاز منفرد کسری در قطعه ای که در دمای اتاق است، بود. در این مساله، فرض می شود که معادله حاکم، خواص ترموفیزیکی و شرایط اولیه و مرزی معلوم بوده و پس از گسسته سازی عددی آنها، بصورت صریح با استفاده از روش مک کورمک تعمیم یافته حل شدند. در مساله معکوس، تخمین شرط مرزی تماسی مجهول در مدل غیرفوریه ای کسری با استفاده از روش تخمین پارامتر گرادیان مزدوج بدون/با مساله الحاقی که یکی از روش های معین کارا در آنالیز معکوس می باشد، بعنوان یک کاری نو انجام پذیرفت. همچنین در مساله معکوس به منظور بدست آوردن دمای اندازه گیری شده، از حل یک مدل خطی تاخیر فاز دوگانه که توسط داده های تجربی اعتبار سنجی شده بود، استفاده شد. در انتها نتایج این دو روش جهت تخمین شرط تماسی بین دو قطعه گوشت فرآوری شده مورد مطالعه، مقایسه شدند. نتایج بدست آمده از این دو روش نشان از تخمین مناسبی برای شرط مرزی تماسی مجهول در هدایت حرارتی غیرفوریه کسری داشتند.
    کلیدواژگان: هدایت غیرفوریه کسری، تخمین شرط مرزی تماسی مجهول، روش گرادیان مزدوج، روش گرادیان مزدوج الحاقی
  • غلامحسین رحیمی، رضا زمانی، محمدحسین پل صفحات 29-34
    در این مقاله، تاثیر افزودن نانوذرات اصلاح شده رسی بر خواص مکانیکی رزین اپوکسی بررسی شده است. سیستم رزین استفاده شده، از یک دیگلیسیدیل اتر بیس فنول نوع آبا نام تجاری ایپون 828 به عنوان پایه اپوکسی و یک تری اتیلن تترامین با نام تجاری تتا به عنوان سخت کننده ساخته شده است. نانوذرات رسی کلویسید سی بی با درصد های وزنی 0، 5/1، 3 و 5 درصد نسبت به مجموعه رزین (اپوکسی- نانوذرات رس) در سیستم اپوکسی پخش شده است. به منظور تعیین مورفولوژی نانوکامپوزیت های اپوکسی/ نانورس استفاده شده است. مشاهدات به روش پراش پرتو ایکس نشان می دهد که توزیع نانوذرات رسی اصلاح شده در زمینه پلیمری از نوع بین لایه ای می باشد. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های اپوکسی/ نانورس نیز با استفاده از آزمون های استاندارد کشش تک محوری و خمش سه نقطه ای تعیین شده است. نتایج مربوط به آزمایش های مکانیکی نیز نشان دهنده بهبود مدول کششی و همچنین مدول و استحکام خمشی رزین اپوکسی با افزودن نانوذرات رسی به ماتریس اپوکسی می باشد، این در حالی است که سایر خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، کرنش شکست و میزان جذب انرژی تا شکست، با افزودن نانوذرات رسی به رزین اپوکسی کاهش می یابد. نتایج همچنین نشان می داد که افزودن نانوذرات رسی به ماتریس اپوکسی سخت شده با سخت کننده تتا، سبب ترد شدن آن می شود.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانوذرات رسی، خواص مکانیکی، هاردنر تتا
  • محمد محسن شاه مردان، محمود نوروزی، امیر نقی خانی صفحات 35-40
    در این مقاله، حل عددی جریان سیال غیرنیوتنی از میان کانال با یک حفره بررسی شده است. از مدل غیرنیوتنی کاریو- یاسودا که وابستگی تنش به نرخ برش را به خوبی بیان می کند استفاده می شود و اثر توان نمایی() مدل روی خواص جریان مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم با استفاده از روش تفاضل محدود روی شبکه جابجاشده گسسته سازی شده و نحوه اختصاص پارامترهای جریان روی شبکه جابجاشده بر اساس روش علامت گذاری و سلول می باشد. به منظور وابستگی بین معادلات پیوستگی و ممنتوم از روش تراکم پذیری مصنوعی استفاده می گردد. نتایج حل عددی بیان می کند با کاهش توان نمایی، طول توسعه یافتگی جریان افزایش، سرعت در مرکز کانال و افت فشار جریان کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سیال غیرنیوتنی، مدل کاریو، یاسودا، شبکه جابه جاشده، تحلیل عددی، حفره
  • علی اکبر عباسیان آرانی، نرگس حاتمی نصار، محمد رضایی صفحات 41-51
    در این تحقیق انتقال حرارت جابه جایی ترکیبی نانوسیال آب- مس در یک محفظه ذوزنقه ای با منابع حرارتی روی دیواره های جانبی آن به صورت عددی بررسی شده است. منابع حرارتی روی دیواره های قائم در دماهای Th و Tc واقع شده اند و دیواره های افقی عایق می باشند. جریان جابه جایی اجباری توسط عبور سیال از آن و جابه جایی طبیعی با قرار دادن دیواره چپ در دمایی بالاتر از دیواره راست ایجاد می شود. برای بررسی اثر مکان دریچه ورودی و خروجی، دو حالت بررسی شده است. مقایسه بین نتایج نشان می دهد که نرخ انتقال حرارت در حالتی که ورودی به دیواره سرد نزدیک تر است بیشتر از حالتی است که دیواره گرم نزدیک تر می باشد. نتایج برای مقادیر مختلف کسر حجمی نانو ذرات، عدد ریچاردسون و عدد رینولدز ارائه شده اند. بر اساس نتایج مشاهده شد که به ازای اعداد رینولدز و ریچاردسون مورد بررسی، در یک عدد رینولدز و کسر حجمی مشخص با افزایش عدد ریچاردسون، عدد ناسلت افزایش می یابد و هم چنین در یک ریچاردسون و کسر حجمی مشخص افزایش عدد رینولدز باعث افزایش عدد ناسلت می شود. برای عدد ریچاردسون و رینولدز بالاتر، نانوسیال بر افزایش عملکرد انتقال گرما تاثیر بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مطالعه عددی، جابه جایی توام، محفظه ذوزنقه ای، دریچه ورودی و خزوجی
  • رحمت الله قاجار، سید محمدرضا خلیلی، مهدی یارمحمدی توسکی صفحات 52-62
    در این تحقیق، بررسی تجربی و عددی ضربه تکراری با سرعت کم بر روی ورق آلومینیم انجام می گیرد. روش مکانیک آسیب محیط پیوسته بر اساس مدل لمتق جهت بررسی واماندگی استفاده می شود. شبیه سازی عددی توسط نرم افزار اجزا محدود آباکوس انجام و کدنویسی آسیب با استفاده از زیر برنامه وی.یو.مت انجام می گردد. ضربه های تکراری با انرژی مساوی بر روی ورق اصابت می کند. در ضربه اول اثر پلاستیسیته بر روی ورق دیده می شود. با اعمال ضربات بعدی اثر کرنش سختی تا قبل از ترک در آلومینیم ملاحظه می شود. بعد از ایجاد ترک سفتی سازه کاهش می یابد و با انجام ضربه های بعدی افت سفتی و آسیب در ورق افزایش یافته و در نهایت فرورفتن و سوراخ شدن اتفاق می افتد. همچنین صحت سنجی مدل حاضر با نتایج آزمایشگاهی انجام می گیرد بطوری که مقایسه نتایج تجربی و عددی نمودارهای نیرو-زمان و نیرو-جابجایی توافق خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ضربه تکراری، مکانیک آسیب محیط پیوسته، سوراخ شدن، انرژی جذب شده، نیروی تماسی
  • علیرضا عالمی نایینی، جعفر روشنی یان صفحات 63-71
    در این مقاله، طراحی مسیر بازگشت به جو یک کپسول فضایی از لحظه خروج از مدار اولیه تا رسیدن به شرایط عملکرد سیستم بازیابی مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور دو روش حل عددی مسائل کنترل بهینه با رویکرد چند بازه ای توسعه داده شده و مورد استفاده و مقایسه قرار گرفته است. روش اول در دسته روش های پرتاب (شوتینگ متد) قرار دارد که بهینه سازی در آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت می پذیرد. در این روش با بهره گیری از مدل جامعی برای توصیف تاریخچه کنترلی، به طور همزمان تعداد و چینش بازه ها و نوع تاریخچه کنترلی در هر بازه بهینه می شود. روش دوم موسوم به روش شبه طیفی می باشد که در آن متغیرهای حالت و کنترل برای ارضای همزمان قیود و شرایط بهینگی در نقاطی موسوم به گره ها تعیین می شوند. این روش هم با رویکرد چند بازه ای حل شده و با روش اول مقایسه گشته است. روش های توسعه داده شده که در انتها عملکرد آنها مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته، قابل استفاده برای حل کلیه مسائل کنترل بهینه و طراحی مسیر می باشند.
    کلیدواژگان: بازگشت به جو، طراحی مسیر، روش شبه طیفی، روش پرتاب، الگوریتم ژنتیک
  • مهران محمدی، حسن مسلمی نایینی، محمد مهدی کسایی، مهدی سلمانی تهرانی، بهنام عباس زاده صفحات 72-80
    شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، فرآیندی جدید و پیشرفته برای تولید پروفیل های با سطح مقطع متغیر است. یکی از عیوب مهم این فرآیند، تابیدگی کف محصول تولید شده است که منجر به عدم دستیابی به تلرانس های ابعادی و هندسی مطلوب می گردد. در این مقاله، چگونگی ایجاد تابیدگی کف با انجام شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار آباکوس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که علت تابیدگی کف پروفیل، اعمال نشدن مقدار کافی کرنش طولی در لبه بال پروفیل در ناحیه انتقال می باشد. در ادامه نیز اثر پارامترهای هندسی محصول نظیر اندازه بال پروفیل، زاویه خم، شعاع ناحیه انتقال و ضخامت ورق بر میزان تابیدگی کف مشخص گردید. با تحلیل واریانس نتایج، اندازه بال، زاویه خم به عنوان موثرترین عوامل بر روی تابیدگی پروفیلی با ضخامت مشخص شناخته شد و رابطه ای جهت پیش بینی مقدار تابیدگی بر حسب پارامترهای هندسی محصول پیشنهاد شد. برای صحت سنجی مدل اجزای محدود، کرنش طولی لبه ورق تغییرشکل یافته از شبیه سازی ها بدست آمد و با نتایج تجربی محققین دیگرمقایسه گردید. انطباق آن ها، صحت مدل اجزای محدود را تائید کرد.
    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر_ پروفیل با سطح مقطع متغیر، تابیدگی کف
  • علیرضا رضوی، علی اشرفی زاده صفحات 81-90
    گردباد به عنوان یکی از پدیده های طبیعی مخرب هرساله خسارات زیادی به بار می آورد. برای مقاوم سازی سازه های در معرض آن، بررسی میدان جریان گردباد و پارامترهای موثر بر الگوهای تخریب لازم است. در این مقاله یک محفظه ی تولید گردباد آزمایشگاهی شبیه سازی و حل عددی جریان آشفته با به کارگیری مدلسازی گردابه های بزرگ، برای گردبادهای ساکن و با حرکت انتقالی گزارش شده است. اعتبارسنجی حل عددی گردباد ساکن با نتایج آزمایشگاهی بیکر انجام شده، سپس اثر پارامترهای بیشینه ی سرعت باد، زمان عبور سرعت های بیشینه و شتاب حرکت گردباد بر الگوی تخریب بررسی شده است. اولین نتیجه حاصل از حل عددی نشان از افزایش اثر تخریبی گردباد با افزایش ارتفاع می دهد؛ همچنین بیشترین میزان تخریب گردباد نزدیک به مرکز چرخش آن و در سمتی رخ می دهد که سرعت انتقالی موجب افزایش سرعت مماسی سیال می شود. با توجه به زیاد بودن شتاب در تمامی ارتفاعات، اثر این پارامتر در ساخت تمامی سازه ها، اعم از کوتاه و بلند، حائز اهمیت است. در مقابل، اثر اندازه ی سرعت و مدت زمان عبور سرعت های بیشینه بر الگوی تخریب سازه های بلند بیشتر از سازه های با ارتفاع کم و متوسط می باشد.
    کلیدواژگان: گردباد، محفظه ی گردباد ورد، الگوهای تخریب، شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • سیدعلی میربزرگی، مرتضی دلاکه نژاد صفحات 91-98
    در این مقاله اثر تغییرات همزمان طول های دو میدان الکترومغناطیس با لحاظ نواحی نفوذ جانبی بر توزیع دما و سرعت جریان در یک ریزپمپ ام اچ دی به طور عددی شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دو بعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، پایدار و آرام فرض شده است. بعلاوه دو خاصیت ترموفیزیکی سیال یعنی لزجت دینامیکی و هدایت الکتریکی تابع دما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر دو میدان جریان سیال و الکترومغناطیس به روش عددی حجم محدود حل شده و یک حل تحلیلی جامع شامل توزیع سرعت، فشار و دما برای یک حالت خاص ارائه گردیده است. نتایج عددی نشان می دهد که با تغییر طول میدان های الکترومغناطیس و لحاظ تابعیت دمایی خواص سیال (آب)، برای جریان در یک مجرا به مقطع مستطیلی 1000 میلیمتر مربع، شدت شار مغناطیسی 025/0 تسلا و قدرت میدان الکتریکی 20 ولت بر میلیمتر، دبی عبوری به 250 میلی لیتر بر ثانیه و دمای میانگین کاسه ای از 25 درجه سانتی گراد ورودی به 40 درجه سانتی گراد در خروج از مجرا می رسد. این در حالی است که با ثابت بودن خواص، حداکثر دبی و دمای میانگین به ترتیب70 میلی لیتر بر ثانیه و 60 درجه سانتی گراد می باشد.
    کلیدواژگان: ریزپمپ ام اچ دی، نیروی لورنتز، جریان کاملا توسعه یافته، طول میدان الکتریکی، طول میدان مغناطیسی
  • احمد صانعی، علیرضا باصحبت نوین زاده صفحات 99-106
    در مقالاتی که تاکنون در زمینه مدل سازی سیستم های تراکم پذیر به روش باندگراف منتشر شده، جریان آیزنتروپیک فرض شده است. اما در نازل های همگرا-واگرا، در محدوده ای از نسبت فشارها، در قسمت واگرای نازل شوک عمودی اتفاق می افتد که فرض آیزنتروپیک بودن جریان را نامعتبر می کند. در این مقاله برای درنظرگرفتن اثرات شوک عمودی، میدان ظرفیتی NIKE معرفی می شود. این میدان، علاوه بر درنظر گرفتن انرژی جنبشی سیال و معادلات مومنتوم، قادر است محل ایجاد شوک قائم در قسمت واگرای نازل را مدل سازی نماید. چگونگی کاربرد میدان انرژی NIKE در قالب یک مثال ساده توضیح داده خواهدشد و نشان داده می شود نیروی پیشرانش به دست آمده از شبیه سازی، با روابط تحلیلی مطابقت دارد. از آنجایی میدان معرفی شده جریانهای غیرآیزنتروپیک را مدل می کند، این میدان می تواند برای مدل سازی نیروی پیشرانش راکت موتورها و تراسترها در حالتهای گذرا مورد استفاده قرارگیرد. مزیت دیگر مدل ارائه شده این است که می تواند به راحتی در نرم افزارهایی مانند MS1، 20-sim®، SYMBOLS2000 به کار گرفته شود. بنابراین با استفاده از خواص ساختاری باندگراف، معادلات حالت به صورت سیستماتیک استخراج و با استفاده از روش های عددی مناسب حل می شوند و نیاز به استخراج معادلات به صورت دستی و حل آنها مرتفع می گردد.
    کلیدواژگان: باندگراف، سیال تراکم پذیر، نازل همگرا واگرا، جریان غیرآیزنتروپیک، شوک قائم
  • علی شکوه فر، بهروز عرب صفحات 107-112
    پلیمرهای اپوکسی به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی مطلوب و پایداری قابل ملاحظه در شرایط محیطی مختلف، جایگاه ویژه ای را در فعالیت های صنعتی و تحقیقاتی به خود اختصاص داده اند. در این تحقیق، از روش دینامیک مولکولی برای مطالعه ساختار پلیمرهای اپوکسی دارای اتصالات عرضی و پیش بینی رفتار تبدیل شیشه ای آن ها استفاده شده است. ابتدا، با استفاده از یک روش ارائه شده برای ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیره های رزین اپوکسی، سیستم پلیمری با درجه پلیمریزاسیون مورد نظر مدل سازی شد. سپس، یک سیکل حرارتی در بازه دمایی 300 الی 600 درجه کلوین با نرخ ثابت بر روی سیستم مورد مطالعه اعمال شده و منحنی های میانگین مربعات جابجایی به ازای دماهای مختلف و برای تخمین محدوده دمای تبدیل شیشه ای محاسبه و ترسیم شدند. در ادامه، با استفاده از روند تغییرات چگالی سیستم بر حسب دما، تخمین دقیق تری از دمای تبدیل شیشه ای بدست آمد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی های دینامیک مولکولی با نتایج تجربی مقایسه، و صحت و دقت روش شبیه سازی و نتایج بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، توابع توزیع شعاعی برای مطالعه ساختار موضعی پلیمر شبیه سازی شده و بررسی اثر دما و پلیمریزاسیون بر روی رفتار این دسته از پلیمرها بکار گرفته شدند.
    کلیدواژگان: اپوکسی، اتصالات عرضی، دینامیک مولکولی، دمای تبدیل شیشه ای، تابع توزیع شعاعی
  • مصطفی خوشنامی دشیری، مانی فتحعلی صفحات 113-123
    در این پژوهش به بررسی تاثیر طول مشخصه میدان آشفته بر روی دینامیک جریان و مشخصات لایه اختلاط بدون برش دوبعدی پرداخته شده است. برای این منظور از شبیه سازی عددی معادلات ناویر-استوکس تراکم ناپذیر دو بعدی با روش عددی شبه طیفی بهره گرفته شده است. با استفاده از تابع جریان و فرم چرخش معادلات ناویر- استوکس، صفر بودن دیورژانس میدان سرعت تضمین شده است. با محاسبه پارامترهای آماری نظیر ممان های سوم وچهارم و مشتق مکانی آن ها، اثر تغییر نسبت طول مشخصه روی دینامیک بین دو جریان مغشوش مطالعه شده است. هم چنین اثر تغییر نسبت طول مشخصه روی میزان اختلاط توسط پارامترهای طول و شعاع انحنای لایه اختلاط بررسی شده و نشان داده شده است که با افزایش اختلاف طول مشخصه در جریان مغشوش دو سوی لایه اختلاط، میزان ناهمسانی و اختلاط افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی مستقیم، روش شبه طیفی، لایه اختلاط، جریان مغشوش دو بعدی، ناهمسانی
  • مهدی معرفت، پیام شفیعی صفحات 124-134
    در این مقاله، سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرما تحت استراتژی تامین بار حرارتی، برای ساختمان های اداری در تهران طراحی شده و نسبت به سیستم تولید جداگانه، مورد ارزیابی قرار گرفته است. معیارهای صرفه جویی در مصرف انرژی اولیه، کاهش انتشار آلاینده دی اکسید کربن، کاهش هزینه عملکرد و نرخ بازگشت سرمایه، به منظور ارزیابی جامع سیستم تولید همزمان، برای یک ساختمان اداری فرضی دارای ویژگی های عموم ساختمان های اداری کشور، به کار گرفته شده اند. همچنین آنالیز حساسیت نرخ بازگشت سرمایه برمبنای تغییرات قیمت برق و گاز انجام شده است. نتایج نشان می دهد که، سیستم تولید همزمان در حالت فروش برق به شبکه، برمبنای تمامی معیارها، دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سیستم تولید جداگانه می باشد. در حالت عدم فروش برق به شبکه نیز، سیستم تولید همزمان دارای مزایا نسبت به سیستم تولید جداگانه می باشد، اما این مزایا در مقایسه با حالت فروش برق به شبکه، بسیار کمتر می باشند. در حالت فروش برق به شبکه، با افزایش تعرفه های برق و گاز، توجیه پذیری اقتصادی سیستم حفظ می گردد اما در حالت عدم فروش برق به شبکه، افزایش بیش از 40 درصد قیمت گاز منجر به عدم توجیه پذیری اقتصادی سیستم می-گردد.
    کلیدواژگان: تولید همزمان، ساختمان اداری، ارزیابی جامع، استراتژی تامین بار حرارتی، آنالیز حساسیت
  • انوشیروان فرشیدیان فر، امین ثقفی، علی اکبر اکبری صفحه 135
    چرخدنده ها یکی از منابع مهم ارتعاشات و ایجاد نویز در سیستم های دوار صنعتی محسوب می شوند. به منظور طراحی و ارائه یک سیستم انتقال قدرت چرخدنده ای آرام و بهینه، در این پژوهش یک سیستم کنترل فعال ارتعاشات چرخدنده- یاتاقان پیشنهاد و مورد ارزیابی قرار می گیرد. مدل دینامیکی ارتعاشات سیستم چرخدنده ای با درنظر گرفتن برخی از پارامترهای ناخواسته در طراحی از قبیل خطاهای ساخت، تغییرات فرم دندانه، خطاهای نصب و همچنین تحریکات ناشی از اغتشاشات گشتاور اعمالی، ارائه می گردد. برای کاهش و به حداقل رساندن اثرات نامطلوب این پارامترها بر ارتعاشات مجموعه، سیستم کنترل فعالی پیشنهاد می شود. ایده کنترلی مطرح شده، بکارگیری و اعمال یک نیروی تحریک در یاتاقان های سیستم می باشد. سیستم کنترل مورد نظر با استفاده از کنترل فیدبک و بر اساس معیار کنترل H-infinity پیاده سازی می گردد. این معیار به صورت یک تابع هزینه ارائه و الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات یا به اختصار PSO که از روش های بهینه سازی موجود در بین روش های هوش مصنوعی است، برای بهینه نمودن پاسخ سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور بررسی عملکرد سیستم کنترلی پیشنهاد شده، شبیه سازی سیستم انجام و نتایج حاصل مورد ارزیابی قرار می-گیرد
    کلیدواژگان: چرخدنده، کنترل ارتعاشات، کنترل H، infinity
  • میلاد سعیدی فر، محمد فتوحی، رضا محمدی، مهدی احمدی نجف آبادی، میلاد حاجی خانی صفحه 144
    کامپوزیت های ساندویچی به علت سفتی خمشی بالایی که دارند، به وفور در سازه های مختلف به کار می روند. جدایش بین لایه ای پوسته و هسته یکی از معمول ترین سازوکارهای خرابی در این سازه ها می باشد. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از روش نشرآوایی، رشد جدایش بین لایه ای در چندلایه های ساندویچی تحت بارگذاری مود I، بررسی شده است. ابتدا با توجه به شدت سیگنال های نشرآوایی ایجاد شده در حین بارگذاری نمونه ها، منحنی های نیرو- جابجایی به سه ناحیه تقسیم شدند. تفاوت انرژی سیگنال های نشرآوایی در نمونه ها، حاکی از وجود سازوکارهای مختلف خرابی در کامپوزیت است. بدین منظور مشخصات سیگنال های نشرآوایی مربوط به هر سازوکار خرابی، به طور جداگانه مشخص گردید. در ادامه، سیگنال های نشرآوایی سازوکارهای مختلف خرابی براساس محدوده فرکانسی آن ها، دسته بندی شدند و محدوده فرکانسی هر سازوکار خرابی تعیین گردید. سپس، با استفاده از تبدیل موجک، سیگنال های نشرآوایی مربوط به هر نمونه، تحلیل شده و با استفاده از آن درصد سازوکارهای مختلف خرابی در نمونه ها مشخص گردید. در انتها، با استفاده از تصاویر گرفته شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطوح شکست نمونه ها، نتایج بدست آمده از روش نشرآوایی، صحت-سنجی شده اند. نتایج پژوهش، عملکرد قابل قبول روش نشرآوایی در تشخیص و دسته بندی سازوکارهای خرابی در سازه های ساندویچی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های ساندویچی، نشرآوایی، جدایش بین لایه ای، تبدیل موجک
  • نسا پیرمحمدی، غلام حسین لیاقت*، محمدحسین پل، هادی صبوری صفحه 153

    در این مقاله یک مدل تحلیلی برای تحلیل فرآیند نفوذ پرتابه سرتخت در سازه ساندویچی با رویه های کامپوزیتی از جنس الیاف شیشه/ اپوکسی و هسته لانه زنبوری بر اساس مدل انتشار موج ارائه گردیده است. الگوهای تغییر شکل و مکانیز م های جذب انرژی در این تحلیل شامل: حرکت دینامیکی هدف، خمش و تغییر فرم سازه، لایه شدگی رویه های کامپوزیتی، شکست کششی کامپوزیت شیشه/ اپوکسی، جدا شدن رویه ها از هسته لانه زنبوری، برش لانه زنبوری، شکل گیری پلاگ در رویه جلویی و تشکیل پتال در رویه پشتی می باشد. در این مدل فرآیند نفوذ در سازه ساندویچی به چهار مرحله متوالی تقسیم می شود، که معادله حرکت پرتابه در هر مرحله و جرم های موثر هسته و رویه ها از مکانیک لاگرانژی استخراج شده است. معادلات غیر خطی بدست آمده از هر مرحله، با درنظرگیری وقوع تخریب های موضعی و انرژی های جذب شده حل شده است. همچنین با استفاده از شبیه سازی عددی، فرایند نفوذ توسط کد اجزاء محدود LS-DYNA مدل سازی شده است. برای اطمینان از نتایج حل تحلیلی و مدل سازی عددی نتایج آن ها با آزمایش های تجربی مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد، نتایج روش های تجربی، تحلیلی و عددی، انطباق خوبی با یکدیگر دارند.

    کلیدواژگان: مدل تحلیلی، سازه ساندویچی، لانه زنبوری، ضربه سرعت بالا، شبیه سازی عددی
  • فرزاد بازدیدی تهرانی، اکبر محمدی احمر، محسن کیامنصوری صفحه 165
    در مقاله حاضر، قابلیت مدل های مختلف k–ε غیرخطی برای پیش بینی میدان جریان و پراکندگی آلاینده ها در اطراف یک ساختمان مدل مکعبی شکل به همراه دودکش واقع در مرکز سقف آن در داخل لایه مرزی آشفته بررسی شد. یک مدل غیرخطی مربعی که توسط نیسیزیما و یوشیزاوا پیشنهاد گردید و دو مدل غیرخطی مکعبی که توسط لین و همکاران و ارهارد و موسیوپولاس ارائه شد، با نتایج مدل k–ε استاندارد و نتایج تجربی موجود مقایسه شدند. تمامی محاسبات انجام شده با استفاده از توسعه برنامه-نویسی شی گراء C++ در بسته نرم افزاری اپن فوم انجام گرفت که شامل برنامه هایی برای حل کننده های حجم محدود می باشد. برای میدان جریان، مدل k–ε استاندارد به دلیل اینکه قادر به بازتولید جریان برگشتی بر روی سقف ساختمان مدل نیست نتایج نامطلوبی را پیش بینی کرد. در مقابل، مدل های غیرخطی به دلیل توانایی در پیش بینی تنش های غیرایزوتروپی، نشان دادند که تنش های رینولدز در جهت جریان بر روی سقف غالب هستند. مدل های غیرخطی به دلیل داشتن جمله های مربعی و مکعبی قادر بودند میدان غلظت را بهتر از مدل k–ε استاندارد پیش بینی نمایند. مدل مکعبی ارهارد از میان مدل های آشفتگی بررسی شده، بهترین توافق را با نتایج تجربی نشان داد. همچنین همه مدل های مورد مطالعه پخش میدان غلظت را کمتر از نتایج تجربی پیش بینی کردند، ولی نشان داده شده است که مدل های غیرخطی این اختلاف را کاهش می دهند.
    کلیدواژگان: پراکندگی آلاینده ها، دینامیک سیالات محاسباتی، اپن فوم، مدل های k- ε غیرخطی، ساختمان مدل
  • محمد محمدی اقدم، مهدی عین بیگی صفحه 175
    یک مدل میکرومکانیکی دوبعدی،برپایه فرضیات کرنش صفحه ای توسعه یافته برای مطالعه رفتار الکترو-الاستیک کامپوزیت های پیزوالکتریکی الیافی با پولاریزاسیون عرضی ارائه می گردد.کوچک ترین عضو تکرار شونده از کامپوزیت به عنوان المان نماینده انتخاب می شود که 1/4 از سطح مقطع فایبر را با ماتریسی که آن را در برگرفته به نمایش می گذارد.این کامپوزیت،حاوی الیافی بلند و موازی ازجنس موادپیزوالکتریکی با خواص ایزوتروپیک عرضی است که فرض می شود این الیاف با آرایش مربعی درون زمینه ی پلیمری با خواص ایزوتروپیک، در اتصال کامل می باشند.همچنین ماتریس از لحاظ پیزوالکتریسیته غیرفعال بوده و فرض می شود که اجزای کامپوزیت از رفتار الاستیسیته و الکتریسیته خطی تبعیت می کنند. در این پژوهش، روش عددی بدون المان گلرکین برای حل معادلات حاکم بر مساله به کار گرفته می شود. در این روش، برای تقریب متغیر میدان از ساختار توابع شکل حداقل مربعات متحرک استفاده می گردد. مقایسه نتایج حاضر با سایر تکنیک های موجود در مقالات چاپ شده، موافقت خوبی را به نمایش می گذارد.نتایج حاکی از این موضوع است که ضریب پیزوالکتریکیe31درحالت پولاریزاسیون عرضی نسبت به همان ضریب در حالت ماده پیزوخالص،بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد.بررسی ها نشان می دهدکه در حالت پولاریزاسیون عرضی،الیاف با سطح مقطع بیضوی،میزان حساسیت الکتریکی کامپوزیت را برای یک راستای خاص نسبت به نوع دایروی چندین برابر تقویت می کنند.
    کلیدواژگان: مدل میکرومکانیکی، روش بدون المان گلرکین، کامپوزیت های پیزوالکتریکی، خواص الکترو، الاستیک
  • احسان احمدی، محمدرضا فروزان، منیژه آقایی، مسعود شیرانی صفحه 185
    لوله های چدن نشکن کاربرد وسیعی در شبکه های مدرن آب آشامیدنی و فاضلاب دارند. این لوله ها اغلب به روش ریخته گری گریز از مرکز افقی تولید می شوند. در تحقیق حاضر از بسته نرم افزاری انسیس به منظور شبیه سازی حرارتی فرآیند ریخته گری این لوله ها بر مبنای روش اجزاء محدود، استفاده شده است. این شبیه سازی شامل بدست آوردن تاریخچه توزیع دما در قالب و مذاب طی چرخه های دمایی مختلف می باشد. در این تحلیل تغییر فاز ناشی از انجماد، تابعیت خواص ترمو فیزیکی مواد با دما، ضریب انتقال حرارت در مرز مشترک مذاب- قالب ناشی از پوشش قالب و فاصله هوایی و شرایط مرزی حرارتی متناسب با شرایط عملی در نظر گرفته شده است. در این مقاله، فرآیند مذاب ریزی توسط ناودان متحرک نیز، شبیه سازی شده و توزیع گذرای دما در سرتاسر بدنه اصلی قالب و لوله بدست آمده است. نتایج حل حرارتی فرآیند ریخته گری با نتایج آزمایشگاهی انجام شده در این تحقیق و نتایج تجربی ارائه شده توسط دیگر محققان مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد. این نتایج می تواند به عنوان ورودی برای مدلی که عمر خستگی حرارتی قالب های لوله ریزی را تخمین می زند بکار رود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مقاومت حرارتی ناشی از فاصله هوایی و پوشش قالب نقش موثری در توزیع دما در قالب و لوله دارد. همچنین فرآیند مذاب ریزی باعث تشکیل گرادیان های دمایی در جهت محوری در قالب و لوله می گردد.
    کلیدواژگان: ریخته گری گریز از مرکز افقی لوله، انتقال حرارت، شبیه سازی گذرای حرارت، تحلیل اجزاء محدود
  • احسان شکوری، محمدحسین صادقی، مهدی معرفت، محمدرضا کرفی، مهدی معمارپور صفحه 194
    عارضه شکستگی استخوان در پزشکی که ناشی از عوامل سانحه، کهولت سن و بیماری می باشد، از همان زمان که بشر شروع به کار و فعالیت نموده، وجود داشته است. فرآیند سوراخکاری استخوان، مرحله مهمی از بی حرکت سازی داخلی در عمل جراحی ارتوپدی محسوب می شود. نیروی مورد نیاز جهت تشکیل براده در فرآیند سوراخکاری، منجر به تولید حرارت در موضع سوراخ و وقوع پدیده نکروز حرارتی می گردد. تحقیق حاضر بصورت تجربی تاثیر ارتعاشات آلتراسونیک بر روی نیروی محوری، در فرآیند سوراخکاری استخوان ران گاو را مورد مطالعه قرار داده است. این روش مبتنی بر اعمال ارتعاشات فرکانس بالا و دامنه پایین در جهت پیشروی ماشینکاری بوده و قادر است با گسترش ترک های ریز در استخوان و کاهش اصطکاک، موجب کاهش نیروهای برشی شده و همچنین سرعت تخلیه براده را افزایش داده که این عوامل در مجموع منجر به کاهش نیروهای سوراخکاری می شوند. نتایج تجربی نشان می دهند که فرآیند سوراخکاری استخوان به کمک ارتعاشات آلتراسونیک، نیروی محوری کمتری نسبت به فرآیند سوراخکاری معمولی ایجاد می نماید و سرعت چرخشی rpm 1000، سرعت بهینه برای دستیابی به حداقل نیروی محوری برای تمامی نرخ های پیشروی می باشد. ضمن آنکه به علت عدم وابستگی نیرو به مقدار نرخ پیشروی در این سرعت، قابل استفاده در عمل های جراحی ارتوپدی می باشد.
    کلیدواژگان: استخوان، نکروز حرارتی، ارتعاشات آلتراسونیک، نیروی محوری
|
  • Amirreza Kosari, Mehdi Peyrovani, Mahdi Fakoor, Hossein Nejat Pages 1-10
    In this paper، a LQG/LTR controller is proposed for attitude control a geostationary satellite at nominal phase. Basically، proposed methodology includes three parts: LQR regulator، EKF، and loop transfer recovery. Controller design is based on the linearized equations of the spacecraft dynamics using reduced quaternion model. Reduced quaternion model solve uncontrollable problem in some subspaces in the linearized state space quaternion model using all four components of quaternion. Spacecraft actuators are reaction wheels and attitude determination sensors are sun and earth sensors. LQR controller is ideal and it doesn’t account for the model uncertainty and sensor noise and it uses the feedback of the full states. To consider the model uncertainty and sensor noise، we have designed EKF which is used by LQG and LQG/LTR controllers. Controller gain coefficients are obtained using a reduced quaternion model، and based on linearization around the equilibrium point and the natural frequency of the closed loop system. To increase the robustness of the design with respect to solar radiation disturbance، singular values of LQG are approximated to Kalman filter، in LTR section. The results demonstrate that LQG/LTR performance is better than LQG’s and LQG/LTR has a good robust stability margin with respect to disturbances.
    Keywords: Geostationary satellite, attitude control, controllability, LQG, LTR, reduced quaternion model
  • Roohollah Talebi, Mohammad Hassan Shojaeefard, Reza Ahmadi, Behzad Ranjbar Pages 11-21
    In this paper، the sound behavior of a double walled composite with an intermediate porous layer has been conducted using the classical laminated plate theory (CLPT). The main objective of the paper is devoted to considering the analytical study of various boundaries on porous layers as well as parameter study on power transmission through the structure. Thus، viscous and inertia coupling in a dynamic equation، as well as stress transfer، thermal and elastic coupling of porous material are considered based on Biot theory. In addition، the equation of wave propagation are extracted according to vibration equation of composite layers. Then، with applying the various boundaries on the structures along with solving these equations simultaneously، the Transmission Loss (TL) is calculated. The analytical results are compared with both numerical ones obtained from Statistical energy Analysis (SEA) as well as empirical results and an excellent agreement is observed. The parametric studies are presented to investigate the effects of boundary conditions on TL. The results indicate that the interface of porous-composite layers as well as stacking sequences of the composite layers would play an important role in reduction of power transmission through the structure.
    Keywords: Sound Transmission Loss, Porous Materials, Laminated Composite Plates, Double Panel, Statistical Energy Analysis (SEA)
  • Aziz Azimi, Piran Goudarzi, Shahab Gholami Pages 22-28
    In this paper، contact boundary condition between two pieces of the processed meat at different temperatures (two pieces with cold and room temperatures)، that were suddenly in contact with each other in an inverse non-Fourier heat conduction problem was estimated. The direct problem was non-Fourier heat conduction that expressed with fractional single phase model and this problem involved only the piece of the processed meat in the room temperature. In this problem، it was assumed that governing equation، thermophysical properties and initial and boundary conditions were known and then it was solved numerically using the modified Mac-Cormack method. In the inverse problem، the estimation of the unknown contact boundary condition in the fractional non-Fourier model as a new work is done using the parameter estimation version of conjugate gradient method without/with adjoin problem that is one of the efficient deterministic methods in inverse analysis. In addition، in order to obtain the measured temperature of the inverse problem، a linear dual phase lag model validated with experimental data، was used. Finally، these two methods were compared to each other. Their results of these two methods showed the efficient estimation of the unknown contact boundary condition in fractional non-Fourier heat conduction.
    Keywords: Fractional non, Fourier, Contact boundary condition estimation, Conjugate gradient, Adjoint conjugate gradient
  • G. H. Rahimi, Reza Zamani, Mohammad Hossein Pol Pages 29-34
    This study examines the reinforcing effect of organically modified layered clay on the structure and mechanical properties of the amine-cured epoxy/clay nanocomposites. The epoxy resin system is made of a diglycidyl ether of bisphenol A، Epon 828، as the epoxy prepolymer and Epikure 3234، namely TETA، as the curing agent. The organically modified clay، Closite 30B، is dispersed into the epoxy system in a 0%، 1. 5%، 3% and 5% ratio in weight with respect to the matrix. The state of dispersion was characterized by X-ray diffraction method. The results of XRD show that the clay has been further intercalated by the epoxy matrix. The tensile and flexural properties of the epoxy/clay nanocomposites were investigated according to the standard tests. It is found that the tensile and flexural modulus and flexural Strength of the epoxy/clay nanocomposites increase with adding clay loading into the resin. However، the other mechanical properties such as tensile strength، strain at break and energy to break decrease as the clay nanoparticles is added into the resin. The results also approved that the TETA-cured epoxy resin can be more brittle when the clay nanoparticle is added into the epoxy resin.
    Keywords: Nanocomposite, Clay nanoparticles, Mechanical properties, Epikure TETA
  • Mohammad Mohsen Shahmardan, Mahmood Norouzi, Amir Naqhikhani Pages 35-40
    In this paper، numerical solution of non-Newtonian fluid flow through a channel with a cavity is studied. Carreau-Yasuda non-Newtonian model which represent dependence of stress on shear rate well is used and the effect of n index of model on attribute of flow is considered. Governing equations are discretized using finite difference method on staggered mesh and the form of allocating flow parameters on staggered mesh is based on marker and cell method. For dependence between continuity and momentum equations، artificial compressibility method is used. Numerical results express that with decrease of n index، the developing length is increased and the velocity in center of channel and pressure drop of flow are decreased.
    Keywords: Non, Newtonian fluid, Carreau, Yasuda model, Staggered mesh, Numerical analysis, Cavity
  • Ali Akbar Abbasian Arani, Narges Hatami Nesar, Mohammad Rezaee Pages 41-51
    In this work، mixed convection of Cu-water nanofluid in a trapezoidal enclosure with heat source on lateral walls has been numerically investigated. Vertical walls of the enclosure are kept at constant temperatures of Th and Tc، while horizontal walls are insulated. The mixed convection flow has been generated by passing the fluid through the enclosure and natural convection has been، also، investigated by holding the left wall at a temperature higher than the right wall. In order to examine the effect of the ports position، two cases were considered. Comparison between the results indicates that the rate of heat transfer is higher when the inlet port is near the cold wall than the hot wall. The results have been presented for various volume fractions، Richardson and Reynolds numbers. It was observed that for the considered Reynolds numbers and Richardson number، at a given Reynolds number and solid volume fraction، the Nusselt number increases with increasing the Richardson number. Moreover، at a given Richardson number and solid volume fraction، increasing the Reynolds number results in an increase in the Nusselt number. For the higher Richardson and Reynolds numbers، the nanofluid has more effect on the increase of the heat transfer performance.
    Keywords: Nanofluid, Numerical method, Mixed convection, Trapezoid cavity, Inlet, outlet ports
  • Rahmatollah Ghajar, Seyed Mohammad Reza Khalili, Mehdi Yarmohammadi Pages 52-62
    In this study، repeated low velocity impacts on aluminum plate are investigated experimentally and numerically. In order to investigate the failure mechanism، Lemitre''s model of the continuum damage mechanics is used. Numerical simulation is carried out employing a Vumat subroutine in Abaqus FE package. Repeated impacts are performed on the plate with the same level of energy. Plastic deformation is observed on the plate in the first impact. During the subsequent impacts and prior to crack initiation، the effect of strain hardening on the aluminum plate is observed. After crack initiation، the stiffness of the structure decreases. As the impacts continue، stiffness further decreases and the damage area increases، finally perforation and penetration appear on the plate. Also، the present model is validated by the experimental results. Comparison of numerical with experimental results shows a good agreement for the force-time and force-displacement histories.
    Keywords: Repeated impact, Continuum damage mechanics, Perforation, Absorbed energy, Contact force
  • Ali Reza Alemi Naeeni, Jafar Roshanian Pages 63-71
  • Mehran Mohammadi, Hassan Moslemi Naeini, Mohammad Mehdi Kasaei, Mehdi Salmani Tehrani, Behnam Abbas Zadeh Pages 72-80
    Flexible roll forming is a modern process for producing profiles with changing cross section. One of the important defects in this process is the web warping of product that causes failure to obtain dimensional and geometrical tolerances. In this paper، mechanism of web warping occurrence was investigated by finite element simulation in ABAQUS/CAE software. Results of simulation indicated that inadequate longitudinal strain in the edge of profile’s flange in transition zone is the reason of profile’s web warping. Furthermore، the effect of geometric parameters of product such as flange length، bend angle، radius of transition zone and thickness on the web warping were determined. Analysis of variance showed flange length and bend angle are recognized as the most effective factors on warping of profiles with specific thickness. An equation for prediction of warping was proposed in terms of geometrical parameters of product. In order to verify the finite element model، the longitudinal strain of deformed strip edge was obtained from simulations and compared with the experimental results of other researchers. A good agreement between them confirmed the accuracy of the finite element model.
    Keywords: Flexible roll forming, Changing cross section profile, Web warping
  • Alireza Razavi, Ali Ashrafizadeh Pages 81-90
    Tornado is a destructive phenomenon which causes severe damage every year. To improve resistance of structures which face tornado، the flow field and factors which affect damage patterns of tornado need to be investigated. In this paper، numerical simulations of stationary and translating tornadoes are carried out using Ward-type simulator results and large eddy turbulence model. Validation for stationary case has been done with experimental work of Baker. The effects of peak winds، duration of intense winds and acceleration of translating tornado on damage patterns have been investigated. Results show that destruction is more intense at the side of the tornado that translational velocity and tangential wind velocity are added up. Moreover، peak wind velocity and duration of intense winds are important factors that have important effects on the destruction pattern of tall structures. However، the value of the translational acceleration of tornado is important for the design of all structures regardless of their heights.
    Keywords: Tornado, Ward, type tornado vortex chamber, Damage patterns, Large Eddy Simulation
  • Seyed Ali Mirbozorgi, Morteza Dallakehnezhad Pages 91-98
    In this paper the effect of electromagnetic field lengths to change simultaneously is simulated on the temperature distribution and flow velocity of a MHD micropump considering the lateral electromagnetic diffusive regions. The geometry of flow is a two-dimensional channel between two parallel plates and the flow is assumed to be incompressible، steady and laminar. In addition، thermophysical properties such as the dynamic viscosity and electric conductivity of fluid are considered to be the function of temperature. The governing equations of both flow and electromagnetic fields have been solved using the finite volume numerical method a comprehensive analytical solution including velocity، pressure and temperature filed distributions has been derived for an special case. The numerical results show that by changing the length of electromagnetic fields and considering the fluid (water) properties as a function of temperature، for flow in a 1000 mm2 cross-section channel، magnetic field intensity 0. 025 Tesla and electric field strength 20 volt/mm، the flow rate reaches 250 mLit/s and the mean cup temperature from 25 0C at entrance reaches to 40 0C at the exit of channel. However for constant properties، the flow rate and the mean cup temperature reach 70 mLit/s and more than 60 0C respectively.
    Keywords: MHD micropump, Lorentz force, fully developed flow, Electrode, field length, Magnetic, field length
  • Amad Sanei, Alireza Basohbat Novinzadeh Pages 99-106
    In the papers published on compressible fluid using Pseudo Bond Graph approach، isentropic flow is assumed. However in a converging- diverging nozzle، for a specific pressure ratio، the assumption of isentropic flow is invalid. For the purpose of considering normal shock effects، this paper introduces a new field (NIKE-field) to the pseudo bond graph. The output of the new field can be also used to determine normal shock position and to extract momentum equation as well. In the following، the methodology developed in this paper has been applied a simple pedagogic example. Simulation result is validated by comparison with the analytical result. As the new field can be modeled non-isentropic flow، it can be used to for modeling rockets motors and thrusters in transient state. One of another advantage of new field (NIKE-field) is that it can be easily used in many software applications like MS1، SYMBOLS2000 and 20SIM®; therefore، With regard to the systematic derivation of a mathematical model from a bond graph in these softwares، there is no need to derive any state equations and their solutions.
    Keywords: Bond Graph, Compressible fluid flow, Converging, diverging nozzle, Non isentropic flow, Normal shock
  • Ali Shokuhfar, Behrouz Arab Pages 107-112
    Recently، great attention has been focused on epoxy polymers in different industrial and scientific activities، owing to superior mechanical properties and their stability in different environmental conditions. In this study، the molecular dynamics method was used to study the structure of cross-linked epoxy polymers and predict glass their transition temperature (Tg). The epoxy polymer with a certain degree of cross linking was constructed through the previously proposed cross linking procedure. A temperature cycle (300-600 K) with a constant rate was then applied to the cross-linked epoxy، and a rough estimate of the glass transition region was obtained through mean squared displacement curves. Thereafter، variation of density in terms of temperature was utilized to precisely calculate Tg. The estimated Tg was found to be in good agreement with experimental observations. Radial distribution function was finally used to investigate the effects of temperature and cross linking on the local structure of simulated polymer.
    Keywords: Epoxy, Cross Linking, Molecular Dynamics, Glass Transition Temperature, Radial Distribution Function
  • Mostafa Khoshnami Deshiri, Mani Fathali Pages 113-123
    The impact of the different integral scales of two isotropic turbulent fields on the dynamics of a shear-free turbulent mixing layer is investigated. To this end، two-dimensional incompressible Navier-Stokes equation is numerically solved using pseudo-spectral method. Governing equations are considered in the vorticity-stream function formulation to guarantee the divergence freeness of the velocity field. Dynamics of the turbulent interaction is examined through relevant statistical parameters such as skewness and kurtosis of the velocity components and their spatial derivatives. Moreover، the efficiency of mixing is investigated by considering the length and curvature of the mixing layer. It has been observed that increasing the difference between the initial integral length scales of two isotropic turbulent fields increases the mixing and anisotropic level of interaction.
    Keywords: DNS, Pseudo, spectral, Free Shear Layer, Two Dimensional Turbulence, Anisotropy
  • Mehdi Maerefat, Payam Shafie Pages 124-134
    In this article، after the design of a CCHP system for office buildings in Tehran، a mathematical analysis of the CCHP system following thermal demand management in comparison to separate system is presented. In order to have a comprehensive evaluation of the performance of the CCHP system، four criteria including primary energy saving، CO2 emission reduction، operational cost reduction and rate of return are employed for a typical office building in Iran. Also a sensitivity analysis of rate of return based on increasing natural gas and electric price is performed. Results show that the CCHP system with selling electricity to grid has much better performance than separate system when all of the criteria are involved. Also without selling electricity to grid the CCHP system achieves more benefits than separate system but these benefits are less than the benefits of the situation with selling electricity to grid. The sensitivity analysis shows that in the situation with selling electricity to grid، with increasing natural gas and electric price the ROR will be increased but in the situation without selling electricity to gird، with 40% increase in natural gas price the ROR will become less than Interest Rate.
    Keywords: CCHP, Office building, Multi, criteria analysis, Thermal demand management, Sensitivity analysis
  • Anooshirvan Farshidianfar, Amin Saghafi, Ali Akbar Akbari Page 135
    Gears are one of the important sources of vibrations and noise in industrial rotating machinery and power transmission systems. In order to design and develop an optimal and quiet geared power transmission system, this paper presents the design of an active vibration control for gear-bearing system. A dynamic model of the geared system is presented, where some undesired parameters in the design such as manufacturing errors, teeth deformations, mounting errors as well as external excitations resulting from distributions of applied torque are included. An active control system is presents in order to control and attenuate the disturbance impress on the system vibrations. The idea behind the design of this control system is to reduce vibration transmissibility by the introduction of the excitation forces in the bearing. The controller is investigated and designed by using feedback control and based on the H-infinity control approach. It can be presented as an optimization problem. To solve this optimization problem, Particle swarm optimization (PSO) algorithm is used, which is one of the optimization methods available among artificial intelligence. The simulation results are performed to investigate performance of the control system.
    Keywords: Gear, vibration control, H, Infinity control
  • Milad Saeedifar, Mohammad Fotouhi, Reza Mohammadi, Mehdi Ahmadi, Milad Hajikhani Page 144
    Sandwich composites are widely used in structural applications because of their appropriate mechanical properties and low strength/weight ratio. Delamination is common failure mode in these structures that lead to a reduction in strength and stiffness of composite. In this paper, using acoustic emission, initiation and propagation of delamination in sandwich composite specimens was investigated. The specimens were loaded under mode I loading. Then the characteristics of the signals related to different damage mechanisms were specified. The acoustic emission signals were classified based on their frequency ranges. Then the acoustic emission signals were recorded during the test specimens were processed using wavelet transform. Thus the percentage of energy in each components of the acoustic emission signal was specified. Each of these components has a certain frequency range corresponding to a damage mechanism. Thus the percentages of different damage mechanisms in each specimen were specified. The Scanning Electron Microscopy (SEM) was also employed to verify the results which were obtained from acoustic emission and wavelet transform method. The results showed acoustic emission is efficient tool for identification and separation of different damage mechanisms in sandwich structures.
    Keywords: Sandwich Composites, Acoustic Emission, Delamination, wavelet Transform
  • Nesa Pirmohammad, Gholam Hossein Liaghat, Mohammad Hossein Pol, Hadi Sabouri Page 153

    In this paper, ballistic impact on sandwich panel with composite face sheet made of Glass/Epoxy and aluminum honeycomb core has been studied. The solution is derived from a wave propagation model. At first both analytical and numerical solutions were clarified and their results were compared with experimental results. Some deformation patterns, failure modes and energy absorption mechanisms were identified by observation, such as: dynamic movement of the target, stretching, bending deformation, delamination, debonding, shear fracture honeycomb, tensile fracture of Glass/Epoxy and plug and petal formation in composite facings. The solution involves a four-stage and effective masses of the face sheets and core as the shock waves travel through sandwich panel are derived using Lagrangian mechanics. The resulting non-linear differential equation of motion was solved considering the local damage effects and corresponding energy absorptions. Also numerical model, analysis of the penetration process was performed by a nonlinear explicit finite element code, LSDYNA. The results of analytical solution and numerical simulation are compared with experimental tests. Ballistic impact tests is carried out on the samples by flat-ended projectile with 8/5 gr mass and 10 mm diameter in difference velocities.

    Keywords: Analytical model, Sandwich structures, Honeycomb, High, velocity impact, Numerical simulation
  • Farzad Bazdidi, Tehrani, Akbar Mohammadi, Ahmar, Mohsen Kiamansouri Page 165
    The present paper investigated the capability of various non-linear k–ε models for predicting flow field and pollutant dispersion around a cubical model building with a stack vent located on its roof center within the turbulent boundary layer. One quadratic model proposed by Nisizima and Yoshizawa, and two cubic models, proposed by Lien et al. and Ehrhard and Moussiopoulos were examined by comparing their simulation results with the wind tunnel data and standard k–ε model. All the computations were performed by using the self-developed object-oriented C++ programming in OpenFOAM CFD package, which contains applications and utilities for finite volume solvers. The standard k–ε model provided inadequate results for the flow field, because it could not reproduce the basic flow structures, such as reverse flow on the roof. By contrast, the non-linear models were able to predict anisotropic stresses and correctly showed the dominant stress over the roof to be the streamwise Reynolds stress. The non-linear models were able to predict the concentration field better than the SKE model due to inclusion of the quadratic and cubic terms. Among the RANS models, the Ehrhard model showed the best agreement with the experimental data. It was shown that concentrations predicted by all turbulence models were less diffusive than those of the experiment, although the non-linear k–ε models have reduced this difference.
    Keywords: Pollutant dispersion, Computational fluid dynamics (CFD), OpenFOAM, Non, linear k, ε models, Model building
  • Mohammad Mohammadi Aghdam, Mehdi Eynbeygi Page 175
    A two dimensional generalized plane strain micromechanical model is developed to study electro-elastic behavior of piezoelectric fiber reinforced composites (PFRC) with transverse polarization. A small repeating area of the composite, representing a quarter of fiber surrounded by matrix is considered as representative volume element (RVE). The composite system consists of long parallel piezoelectric fibers with transversely isotropic properties and perfectly bounded to the isotropic matrix in a square array arrangement. In addition, the constituents are assumed to have both linear elastic and electrical behavior, whereas, the matrix is piezoelectrically passive. The element free Galerkin method is employed to obtain solution for the governing system of partial differential of equations. In this method, the Moving Least Square shape functions are used to approximate the field variable at arbitrary point. Comparison of the presented results with other techniques available in the literature reveals good agreement. It is demonstrated that the piezoelectric coefficient “e31” in the transverse polarization is considerably improved in comparison with corresponding coefficient of pure piezoelectric material. Furthermore, as a result, it is found that fibers with elliptical cross section may enhance the amount of electrical sensitivity of PFRC several times than circular fibers in a specific direction.
    Keywords: Micromechanical model, Element free Galerkin method, Piezoelectric fibrous composites, Electro, elastic properties
  • Ehsan Ahmadi, Mohammad Forouzan, Manizheh Aghaei, Masoud Shirani Page 185
    Ductile iron pipes are widely used in modern drinking water and wastewater networks. They often produce by horizontal centrifugal casting process. In this reasearch, the finite element base package ANSYS software has been used for thermal simulation of horizontal centrifugal casting process of ductile iron pipes.The simulation includes obtaining temperature distribution of mold and cast during different temperature cycles. In the simulation, latent heat due to solidification, temperature-dependent thermo-physical properties of material, heat transfer coefficient in metal-mold interface due to mold coating and air gap and thermal boundary conditions proportional to practical conditions, are considered. In this paper, pouring process to get transient thermal distribution in main body of mold and cast are also simulated. The results of the thermal simulation show good agreement with the experimental results conducted in this study and literature. The results can be used as input data for the numerical model to estimate thermal fatigue life of a permanent mold. The results of simulation have shown that, the thermal resistance of the air gap and mold coating has a significant effect on the temperature distribution in the pipe and the mold. Pouring process causes temperature gradients in the axial direction in the mold and the cast.
    Keywords: Horizontal centrifugal pipe casting, Heat transfer, Transient thermal simulation, FE Analysis
  • Ehsan Shakouri, Mohammad Hossein Sadeghi, Mehdi Maerefat, Mohammadreza Karafi, Mehdi Memarpour Page 194
    The problem of bone fracture in medicine due to an accident, aging or diseases, has existed from times when humans started to work and activity. The process of bone drilling is an essential part of internal immobilization in orthopaedic and trauma surgery. The force required to chip formation in drilling process, resulting in heat generation in drill site that leads to the occurrence of thermal necrosis. This research experimentally investigates the effect of ultrasonic vibration on thrust force in drilling of bovine femur bone. This method induces high-frequency and law-amplitude vibration in the feed direction during cutting, and has the potential to spread tiny cracks in bone and decrease friction leading to reduce of cutting forces and also increase the speed of chip disposal leading to reduction of machining forces, totally. Experimental results demonstrate that ultrasonic assisted drilling of bone produces fewer thrust force than conventional drilling and rotational speed of 1000 rpm is the optimal speed to achieve at minimum thrust force for all feed rates. Moreover, this method is due to the force independence of the feed rate in the rotational speed of 1000 rpm, is applicable in orthopedic surgery.
    Keywords: Bone, Thermal Necrosis, Ultrasonic Vibration, Thrust Force