فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 9 (آذر 1393)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال چهاردهم شماره 9 (آذر 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/07/12
  • تعداد عناوین: 24
|
  • مصطفی سفیدگر، حسین بزم آرا، مجید بازارگان، سید مجتبی موسوی نایینیان، مجید سلطانی صفحات 1-9
    امروزه مدل سازی تومورها و نتایج شبیه سازی آنها برای پیش بینی چگونگی انتقال دارو به سلول از طریق مویرگ ها و بافت ها به کار می رود. این مدل سازی شامل بررسی جریان درون بافتی (جریان پخش و جابه جایی در ماتریس فراسلولی) و جریان عبوری از مویرگ ها، ایجاد شده توسط تومور است. در این مقاله مدل جامعی از جریان در بافت توموری و نرمال در برگیرنده آن با در نظر گرفتن مقیاس های مختلف، (جریان جابه جایی خون در مویرگ ها به عنوان کوچک ترین مقیاس تا جریان سیال درون بافتی) ارائه شده است. در این مقاله برای اولین بار به کمک مدل ریاضی، شبکه مویرگی ناشی از تومور با دو رگ والد در اطراف آن تولید شده است. در ادامه، با در نظر گرفتن خواص رئولوژی ناپیوسته خون در مویرگ ها و تطابق پذیری قطر مویرگ ها به عوامل جریانی و متابولیکی، جریان خون در شبکه مویرگی، مدل سازی شده است. این جریان همزمان با جریان درون بافتی که از طریق جریان عبور از دیواره مویرگ به هم متصل شده اند حل شده است. نتایج، فشار درون بافتی بالا در ناحیه توموری و همچنین شبکه مویرگی نامتناجس را که از عوامل اختلال در دارورسانی به تومورها هستند پیش بینی کرده است.
    کلیدواژگان: تومور، شبکه مویرگی بازسازی شده، جریان درون بافتی، جریان خون درون مویرگی
  • محمد مهدی ابوترابی زارچی، امیر عبدالله، محمدرضا رازفر صفحات 10-16
    محاسبه نیروی برشی در همه فرآیندهای ماشینکاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، ضخامت براده تغییر شکل نیافته در فرآیند فرزکاری به کمک ارتعاش آلتراسونیک یک بعدی محاسبه و سپس، مدلی برای تعیین نیروی برشی در این فرآیند ارائه شده است. روابط تحلیلی نشان می دهند که بیشینه نیروی برشی در فرزکاری آلتراسونیکی بیشتر از فرزکاری معمولی است ولی، میانگین نیروی برشی در فرزکاری آلتراسونیکی کاهش یافته است. برای راستی آزمایی مدل سازی پیشنهاد شده، به کمک یک تنظیم تجربی خاص و اعمال ارتعاش یک بعدی در راستای پیشروی به قطعه کار، نیروی برشی در فرزکاری معمولی و ارتعاشی به صورت تجربی اندازه گیری شده است. بزرگتر بودن بیشینه نیروی برشی در فرزکاری آلتراسونیکی و کاهش میانگین نیروی برشی در آن نسبت به فرزکاری معمولی، در نتایج تجربی نیز مشاهده می شود. مقایسه مقادیر متوسط نیروی برشی نشان می دهد که روابط تحلیلی برای پیش بینی نیروی برشی در فرزکاری معمولی به طور متوسط 16% و در فرزکاری آلتراسونیکی به طور متوسط 40% خطا دارد. با توجه به اینکه محاسبه تحلیلی ضخامت براده تغییر شکل نیافته و نیروی برشی در فرزکاری آلتراسونیکی و همچنین مقایسه نیروهای تجربی با نیروهای مدل سازی شده، برای نخستین بار در این مقاله انجام شده است، می توان دقت روابط ارائه شده را قابل قبول دانست.
    کلیدواژگان: فرزکاری به کمک آلتراسونیک، فرزکاری معمولی، نیروی برشی، ضخامت براده
  • محمد هدایتیان، غلام حسین لیاقت، غلامحسین رحیمی، محمدحسین پل صفحات 17-26
    به دلیل افزایش بسیار زیاد توان محاسباتی در سال های اخیر، شبیه سازی های عددی به دلیل در نظر گرفتن مکانیزم های مختلف و پیچیده شکست، بیشترین سهم در طراحی سازه های کامپوزیتی را از آن خود کرده اند. با این حال مدلسازی دقیق و سه بعدی آسیب های ناشی از پدیده ضربه هنوز هم به عنوان چالشی جدی مطرح می باشد. در تحقیق حاضر از پیشرفته ترین روش مدل سازی المان محدود کامپوزیت ها (آباکوس - اکسپلیسیت)، جهت تعیین رفتار سازه های مشبک استوانه ای کامپوزیتی، هنگامی که تحت برخورد قرار می گیرند، استفاده شده است. بدین منظور برای مدلسازی پوسته و تقویت کننده ها از المان های جامد سه بعدی و جهت تعیین رفتار ماده، از مدل مادی وی یومت بر مبنای معیارهای آسیب پاک و هاشین(سه بعدی) استفاده شد. به دلیل عدم وجود معیارهای ذکر شده در نسخه های تجاری نرم افزار و اهمیت در نظر گرفتن چنین آسیب-هایی در مدلسازی عددی، معیارهای مذکور با استفاده از کدنویسی در محیط نرم افزار فرترن نوشته شدند و به این شکل تحلیل پدیده نفوذ در سازه های کامپوزیتی که با المان های جامد سه بعدی مدل شده اند به قابلیت نرم افزار اضافه گردید. نمودارهای تغییرات سرعت و نیروی پرتابه، گستردگی سطح خرابی و مکانیزم های مختلف شکست به عنوان نتایج گزارش شده اند. در این تحقیق به منظور اعتبار سنجی مدل از آزمون های تجربی استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه سازی توافق بسیار خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت مشبک، آسیب، شکست، ضربه بالستیک، مدلسازی عددی
  • اکبر جعفری، وحید سلجوقی نژاد صفحات 27-34
    در این تحقیق، فرآیند غربال مواد دانه ایکه توسط سرند ارتعاشی انجام می شود، با روش المان گسسته یا به بیانی دیگر دینامیک ملکولی شبیه سازی گردیده است. برای مدل سازی نیروی بین ذرات و مرزها، تابع پتانسیل کوتاه برد ویسکوالاستیک هرتز استفاده شده است. ذرات مورد غربال دارایهندسه کرویبوده و روزنه هایتوریسرند به شکل مربع مستطیل هستند و به سطح توریارتعاش خطی اعمال گردیده است. طی شبیه سازی، معادلات دیفرانسیل حرکتذرات بصورت عددی حل شده و رفتار آنهاپیش بینی میشود. برنامه های کامپیوتری لازم جهت اجرا در نرم افزار منبع باز لایتس تهیه و متغیرهای موثر در حل عددی تنظیم و مقادیر مطلوب انتخاب شده اند. با اجرایتعداد زیادیشبیه سازی، اثر پارامترهای مختلفی از جمله شیب توری، فرکانس ارتعاش، زاویه ارتعاش وسایز روزنه هایتوریبر بازده سرند مورد مطالعه عددی قرار گرفته و نتایج مربوطه در قالب نمودار گزارش شده اند. نتایج حاصل با گزارش هایمنتشر شده در مرجع هایمرتبط مورد مقایسه کمی و کیفی قرار گرفته و اعتبار و صحت نتایج تایید گردیده است. هر چند راهکار تحقیق جاری عمومیت داشته و به یک مسئله خاصمحدود نیست، با اینحال جهت انتخاب برخیمقادیر عددی از اطلاعات یک مسئله واقعی سرند گندله آهن مربوط به کارخانه گندله سازی گل گهر سیرجان استفاده گردیده است.
    کلیدواژگان: سرند، مواد دانه ای، گندله، المان گسسته، دینامیک مولکولی
  • محمدحسن فتح الله زاده، قاسم حیدری نژاد، هادی پاسدارشهری صفحات 35-44
    در این مطالعه تاثیر دمای هوای ورودی بر بهینه سازی مصرف انرژی، آسایش حرارتی و عمر متوسط موضعی هوا در سیستم تهویه جابه جایی برای یک اتاق نمونه مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج تحقیق، هنگامی که دمای هوای ورودی سیستم تهویه جابه جایی در تابستان از 17/8 به 25/8 افزایش یابد، انرژی مصرفی به اندازه %50 کاهش می یابد. با توجه به اینکه بهینه سازی مصرف انرژی یک اقدام مقید به حفظ شرایط آسایش حرارتی ساکنین است، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، به بررسی پارامترهای میانگین آراء افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط و درصد نارضایتی افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط به عنوان دو شاخص آسایش حرارتی عمومی پرداخته شده است. هم چنین گرادیان عمودی دمای هوا به عنوان شاخص نارضایتی حرارتی موضعی و عمر متوسط موضعی هوا به عنوان شاخص کیفیت هوا مورد ارزیابی قرار گرفته-اند. تمامی شاخص های ذکر شده به جز عمر متوسط موضعی هوا، با افزایش دما در محدوده مورد نظر استاندارد ایزو 7730 قرار می گیرند اما شاخص کیفیت هوا دچار اندکی افت کیفی در ناحیه استنشاقی می گردد. این افت اندک، قابل اغماض بوده و سیستم تهویه جابه جایی به عنوان سیستم تهویه ای مناسب برای کاربردهای تابستانی قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی مصرف انرژی، سیستم تهویه جابه جایی، آسایش حرارتی، کیفیت هوای داخل
  • بهروز مشهدی، حمید مستقیمی صفحات 45-56
    در این مقاله بررسی دینامیک یک خودروی شاسی بلند هنگام حرکت روی دو چرخ مد نظر قرار گرفته است. هدف بدست آوردن معیاری فراگیر برای تعیین آستانه چپ شدن خودروهای شاسی بلند است. در این راستا ابتدا مدل جدیدی برای حرکت خودرو روی دو چرخ ارائه گردیده است تا بر اساس نتایج آن آستانه ای برای چپ شدن مشخص شود. این نتایج می توانند اساس طراحی کنترلرهای جدید برای پیش گیری از چپ شدن خودروها در بهترین زمان ممکن قرار گیرند. پس از مدلسازی خودرو، نیروهای وارد بر تایرها مورد نظر قرار گرفته اند و سعی شده است از مناسب ترین مدل ها در این زمینه بهره گرفته شود. در ادامه اعتباردهی به مدل پیشنهادی انجام شده است. به عنوان یکی از مهمترین قسمت ها، تحلیلی بر پایداری مدل آمده است. برای استخراج آستانه چپ شدن خودرو هنگام حرکت روی دو چرخ، از حل معادلات حرکت در حالت پایدار بهره گرفته شده است و بر همین اساس معیار پیش بینی آستانه چپ شدن خودرو مشخص شده است. پس از آن شبیه سازی خودرو در شرایط گوناگون تحت چند مانور انجام گرفته تا کارایی معیار ارائه شده تایید گردد. در نهایت مشخص گردید که معیار ارائه شده بسیار کاراتر از معیارهای موجود است و می تواند در شرایطی بهینه آستانه چپ شدن خودرو را در سرعت ها و ورودی های فرمان مختلف، پیش بینی نماید
    کلیدواژگان: آستانه واژگونی، مدلسازی واژگونی، شاخص واژگونی، خودروی شاسی بلند، حل پایدار
  • سید مصطفی حسینعلی پور *، محمد مهدی نمازی، آروین بهروان، خشایار قدیری، مسعود مددالهی صفحات 57-64

    در مطالعه حاضر، به ساخت و بررسی عملکرد لایه تشعشعی کاتالیستی در شرایط کارکردی و آب و هوایی مختلف پرداخته شده است. برای تهیه کاتالیست از g1 هگزا کلروپلاتینیک اسید شش آبه در 5/0 لیتر حلال شامل 50% آب مقطر و 50% اتانول استفاده شده و محلول حاصل روی پایه از جنس پتوی آلومینا - سیلیکاتی اسپری گردید. لایه آغشته شده، پس از خشک شدن و کلسیناسیون در کوره، آماده استفاده گردید. عملکرد لایه کاتالیستی با طراحی و ساخت دستگاه تست با قابلیت اندازه گیری پارامترهایی نظیر دمای سطح و عمق لایه کاتالیستی، میزان آلاینده های CO و NOx، دبی و فشار سوخت و دبی گردش هوای اجباری بر روی سطح پنل، مورد ارزیابی قرار گرفت. با قرار دادن پنل حاوی لایه کاتالیستی در یک محفظه تست محیطی، اثر شرایط آب و هوایی زمستانی چند شهر ایران نظیر بروجرد، خلخال، لاوان، ماهشهر و پولادشهر بر روی عملکرد پنل بررسی شد. دمای سطح پنل به طور میانگین برابر با °C350 بوده و میزان تولید آلاینده های NOx برابر با صفر و میزان CO زیر ppm 5 اندازه گیری شد. همچنین در شهر خلخال با کمترین دما و رطوبت، بیشترین میزان دمای سطح ثبت گردید و بیشترین میزان انتشار CO (حدود ppm 3) در شهر ماهشهر با بیشترین دما و رطوبت، ثبت شد. نشان داده شد که افزایش دبی سوخت باعث افزایش دمای سطح و افزایش میزان آلاینده CO می شود و با کاهش دما و رطوبت محیط، دمای سطح افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: احتراق کاتالیستی، پنل تشعشعی، تهیه کاتالیست پلاتین، تست شرایط محیطی
  • اکبر علی بیگلو، جمال رنجبر صفحات 65-72
    در این پژوهش، روشی تحلیلی برای بررسی رفتار ترموالاستیک نانو پوسته کروی تحت شوک حرارتی با استفاده از تئوری محیط پیوسته غیر محلی ارائه شده است. پوسته به صورت جامدی الاستیک، همگن و همچنین ایزوتروپ در نظر گرفته شده است. حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل حاکم، با استفاده از تبدیل لاپلاس و نیز به کارگیری روش تبدیل دیفرانسیلی (DTM) صورت گرفته است. مجهولات معادله بازگشتی استخراج شده با استفاده شرایط مرزی، در حوزه لاپلاس تعیین گردیده است. نتایج به دست آمده، با استفاده از تبدیل لاپلاس معکوس سریع (FLIT) از حوزه لاپلاس به حوزه زمانی تبدیل شده اند. برای صحه گذاری روش ارائه شده، نتایج عددی با نتایج موجود در مقالات مرتبط مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده، از دقت قابل قبولی نسبت به نتایج به دست آمده در پژوهش های پیشین برخوردار است. همچنین، اثر پارامتر غیر محلی و نیز ضخامت پوسته در جابجایی شعاعی و همچنین تنش های شعاعی و محیطی نقاط مختلف پوسته تحت شوک دمایی مورد بررسی قرار گرفته است. روش تحلیلی ارائه شده، زمینه مناسبی برای بررسی رفتار گذرای ترموالاستیک در پوسته های کروی تحت بارهای دمایی و مکانیکی مختلف فراهم می کند.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی، شوک حرارتی، تئوری الاستیسیته غیر محلی، روش تبدیل دیفرانسیلی
  • سعید کریمیان علی ابادی، عباس ابراهیمی صفحات 73-80
    در این تحقیق یک مدلسازی دقیق سیستمی از پرنده بالزن ارایه شده که به نوبه خود جدید است و شامل همه پارامترهای موثر بر عملکرد آن می باشد. مکانیزم بال زدن مزیت های قابل توجه مانور پذیری و سرعت کم را در میکرو پرنده ها بدست داده است. فعالیت جاری ضمن پرداختن به جنبه های مختلف مدلسازی و تلفیق معادلات ایروالاستیک، امکان یک مطالعه پارامتری جامع را فراهم اورده است. مدلسازی بر مبنای توسعه معادلات حاکم بر یک بال انعطاف پذیرانجام شده و در گام دوم، با قیاس داده های تجربی حاصل از یک سکوی تست استاتیک، اعتبار مدل ارزیابی و تایید شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و مطالعه پارامتری در قالب رفتار میانگین کمیت های عملکردی ارایه شده است. تغییرات نیروی جلوبرنده، توان مصرفی و راندمان بر حسب سختی پیچشی و نیز سینماتیک بال زدن نشان داده شده اند. بر این مبنا الزامات پرواز بهینه بالزن تدوبن شده است. نتایج این فعالیت نشان می دهد با تغییر فرکانس و بالطبع سرعت رو به جلوی پرنده، مقادیر بهینه دامنه بال زدن و پارامتر سختی پیچشی، مستقل می باشند. بنابراین با انتخاب مناسب متغیرهای سینماتیکی می توان با یک سختی معین، همواره در شرایط بهینه پرواز نمود.
    کلیدواژگان: بالزن، مدلسازی، آیروالاستیک، بهینه سازی، سینماتیک
  • سهیل نخودچی، علی شکوه فر، صالح اکبری ایرج، حسین رضازاده صفحات 81-89
    جوشکاری چند مرحله ای یکی از پرکابردترین انواع جوشکاری در صنایع مختلف است. در این مقاله توزیع دما و تنش پسماند ناشی از فرایند جوشکاری سه مرحله ای دو ورق فولادی زنگ -نزن از نوع AISI 321 با ضخامت غیریکسان بررسی شده است. فرآیند جوشکاری شامل دو مرحله جوشکاری الکترود دستی و یک مرحله جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی می باشد. این فرایند ابتدا در محیط آزمایشگاهی انجام گردید و توزیع دمای ناشی از فرآیند توسط ترموکوپل هایی ثبت گردید. همچنین تنش پسماند ایجاد شده به صورت تجربی و با استفاده از روش سوراخکاری مرحله ای مرکزی به دست آمد. سپس فرآیند مذکور در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس مدل سازی شده و نتایج با اندازه گیری های تجربی دما و تنش پسماند مقایسه شده است. مدل اجزاء محدود شامل خواص حرارتی و مکانیکی فلز پایه و فلز جوش به صورت تابعی از دما است. همچنین ابزارهای پیشرفته مدل سازی فرآیند جوشکاری مانند حرکت منبع حرارتی و تولد المان استفاده شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد که نتایج عددی و اندازه گیری های تجربی تطابق خوبی با یکدیگر داشته و مدل به وجود آمده می تواند پیش بینی خوبی از توزیع دما و تنش پسماند در این فرآیند جوشکاری داشته باشد، لذا این مدل قابل استفاده در طراحی و ارزیابی سازه جوشکاری شده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری، توزیع دما، تنش پسماند، روش اجزاء محدود
  • رحمت الله قاجار، محمد عباسپورنیاسانی، حامد سعیدی گوگرچین صفحات 90-98
    در این پژوهش، به بررسی ضریب شدت تنش مود اول ترک محیطی نیم بیضوی در سطح خارجی استوانه با نسبت شعاع به ضخامت 30 پرداخته می شود. این استوانه ها در سکوهای حفاری نیمه شناور کاربرد دارد. ابتدا بر اساس معادلات ترموالاستیسیته نیمه کوپل، میدان تنش در استوانه ای تحت بارهای حرارتی و مکانیکی استخراج می گردد. سپس، با استفاده از نتایج سه بارگذاری مرجع بر روی جبهه ترک، توابع وزن عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی ترک استخراج می شود. با استفاده از میدان تنش ترموالاستیسیته و توابع وزن استوانه ترکدار، روابطی صریح برای ضریب شدت تنش این نقاط استخراج می گردد. اختلاف ضریب شدت تنش حاصل از توابع وزن پیشنهادی با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود و نتایج تحقیقات دیگران در تطابق خوبی قرار دارد. اثرات اندرکنش بارهای حرارتی و مکانیکی در ضریب شدت تنش نیز مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که، ضریب شدت تنش بی بعد عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی ترک، با افزایش نسبت بار، به ترتیب کاهش و افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: ترک نیم بیضوی، ضریب شدت تنش، استوانه ترکدار، بارگذاری حرارتی و مکانیکی
  • احسان زمانی، غلامحسین لیاقت، محمدحسین پل صفحات 99-106
    فروریزش محوری مواد فومی به دو صورت قابل رخداد است: تخریب نواری گسسته و فروریزش پیشرونده. در این مقاله، یک مدل ریاضی کاملا جدید برای تخمین مقاومت و توصیف کیفی و کمی فروریزش پیشرونده یک بعدی فوم آلومینیومی در برابر بارگذاری ضربه ای معرفی گردیده و بر توانایی آن در تفکیک این الگوی فروریزش به دو رژیم مجزای انتشار موج شوک و موج الاستیک- پلاستیک، با استفاده از معیارهای صحیح تاکید شده است. سپس با استفاده از روابط بقا و بکارگیری این مدل جدید، حل تحلیلی تغییرشکل دینامیکی فومهای آلومینیومی در دو رژیم مذکور ارائه گردیده است. ویژگی بارز رژیم دوم، افزایش دو مرحله ای سطح تنش در خلال عبور موج از میان ماده است؛ بنحویکه تنش در ابتدا و با عبور بخش الاستیک موج تا آستانه تسلیم ارتقا یافته و آنگاه با عبور بخش پلاستیک آن، تا سطوح بسیار بالاتر پرش می نماید. حال آنکه در رژیم نخست، موج تنش تنها دارای یک بخش پلاستیک است که با جبهه ای عمودی و تیز و سرعتی کاملا فراصوتی، در محیطی اساسا آرام و دست نخورده منتشر می شود. مدل سازی تحلیلی ارائه شده با استفاده از شبیه سازی المان محدود درستی آزمایی و اعتبارسنجی گردیده است. نزدیکی بسیار مطلوب پیش بینی های تئوری به نتایج عددی، حاکی از دقت بالای مدل و معادلات توصیفگر آن است.
    کلیدواژگان: فوم آلومینیوم، مدل یکبعدی فروریزش پیشرونده، موج شوک، موج الاستیک، پلاستیک، موج الاستیک پیشرو
  • محمود مهرداد شکریه، رضا مسلمانی، سالم سویطی صفحات 107-116
    از جمله روش های پرکاربرد مطالعه رفتار مکانیکی پلیمرهای تقویت شده با نانولوله کربن، مدلسازی و شبیه سازی رفتار المان حجمی معرف می باشد. در مطالعه خواص مکانیکی با استفاده از المان حجمی معرف، مشخص می شود که این خواص، تابعی از خواص اجزاء سازنده و پارامترهای هندسی می باشند. در این تحقیق، یک المان حجمی معرف شامل ماتریس پلیمری پیرامون و یک نانولوله کربن در هسته، به صورت مکعب مستطیل با سطح مقطع مربعی در نظر گرفته شده است. طول و ضخامت المان حجمی معرف، طول نانولوله کربن و دو سر آن و همچنین درصد حجمی نانولوله کربن پارامترهای متغیر مورد نظر می باشند. بدینوسیله تاثیر تغییرات این پارامترها روی مدول الاستیسیته المان حجمی معرف و در نتیجه مدول الاستیسیته نانوکامپوزیت، مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین روابط تحلیلی مربوط به مدول الاستیسیته المان حجمی معرف بدست آمده و به کمک روش اجزاء محدود نیز، مدلسازی و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهند که در یک درصد حجمی ثابت با تغییر هر کدام از پارامترهای طول یا عرض المان حجمی معرف، به خصوص مدول الاستیسیته طولی آن به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند. بنابراین با استفاده از رابطه مایکرومکانیکی هالپین-تسای و روابط تحلیلی استخراج شده در این تحقیق، نسبت ابعادی مناسب المان حجمی معرف برحسب کسر حجمی، بدست آمده و پیشنهاد شده اند.
    کلیدواژگان: المان حجمی معرف، مدول الاستیک، نانولوله کربن، روش المان محدود
  • خلیل خلیلی، محمد خسروی، حسین امیرابادی صفحات 117-124
    در مهندسی معکوس گاهی اوقات با توجه به ابعاد و پیچیدگی قطعه کار نیاز به چندین بار برداشت نقاط توسط ماشین اندازه گیری مختصات و یا اسکن نوری و تنظیمات مربوطه می باشد. برای مدل سازی قطعه کار، لازم است نقاط به دست آمده از اندازه برداری های متفاوت در یک سیستم مختصات بیان شود، که به این عملیات تطابق می گویند. فرآیند تطابق برای دو یا چند ابر نقاط، تعیین تبدیل هندسی بین آنها در یک سیستم مختصات مطلق است. از تطابق، پارامترهای چرخش (سه زاویه) و جابجایی (سه مولفه جابجایی) به دست می آید. با داشتن مختصات حداقل سه نقطه متناظر در دو دستگاه مختصات محلی و مطلق، با توجه به معادلات ریاضی می توان پارامترهای تطابق را به دست آورد. در عمل با توجه به عدم دقت و وجود اغتشاش در داده ها، برای منطبق نمودن آنها (فرآیند تطابق) از روش های دیگر استفاده می شود. در این مقاله با توجه به مشکلات عملی و لزوم فرآیند تطابق در مباحث کاربردی، روش نلدر- مید در کاربردی متفاوت، برای انجام فرآیند تطابق ابر نقاط به کار گرفته شده است، هم چنین روش های تجزیه مقادیر منفرد و الگوریتم ژنتیک پیاده سازی شده اند. این روش ها از لحاظ دقت، میزان همگرایی و زمان اجرا با یکدیگر مقایسه گردیده اند.
    کلیدواژگان: مهندسی معکوس، تطابق، ابرنقاط، بهینه سازی
  • حمید باصری، سحر تورانداز، علیرضا فتحی صفحات 125-132
    مدل پرنتل- ایشلینسکی یکی از مدل های قدرتمند در شناسایی رفتار غیرخطی هیسترزیس در سیستم ها می باشد. شکل ابتدایی این مدل که مدل کلاسیک پرنتل- ایشلینسکی نامیده می شود، قابلیت شناسایی سیستم ها با خروجی اشباع شده را ندارد و همچنین هنگامی که حلقه های هیسترزیس نامتقارن باشد، نتایج شامل خطاهای قابل ملاحظه ای می شود. به منظور از بین بردن این نقاط ضعف، اصلاحاتی بر روی مدل کلاسیک انجام شده است که آن را مدل اصلاح شده پرنتل- ایشلینسکی می نامند. این مدل عمولا برای شناسایی رفتار هیسترزیس در موادی مانند پیزوالکتریک، پیزوسرامیک، آلیاژهای حافظه دار و... استفاده می شود؛ اما در این پژوهش از این مدل، جهت شناسائی رفتار هیسترزیس یک شیر کنترل فشار تناسبی هیدرولیکی که شامل حلقه های هیسترزیس نامتقارن می باشد، استفاده شده است. این مدل با استفاده از داده های تجربی بدست آمده از شیر کنترل فشار تناسبی، آموزش داده شده و پارامترهای آن به منظور سازگاری هر چه بیشتر آن با رفتار هیسترزیس واقعی، شناسایی شده است. این داده های تجربی شامل منحنی های بازگشتی کاهشی از حلقه ی اصلی می باشند. سپس دقت مدل بدست آمده در پیش بینی رفتار هیسترزیس شیر با استفاده از داده های تجربی متفاوت، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که این مدل از دقت بالایی برخوردار بوده و توانایی زیادی در پیش بینی رفتار هیسترزیس شیر کنترل فشار تناسبی دارد.
    کلیدواژگان: مدل پرنتل، ایشلینسکی، هیسترزیس، شیر کنترل فشار تناسبی
  • مجیدرضا آیت اللهی، محمد جواد رضوی، حمیدرضا چمنی صفحات 133-139
    استفاده از سوراخ های متوقف کننده از جمله ساده ترین روش ها برای کاهش ضریب شدت تنش در نوک ترک و در نتیجه کاهش نرخ رشد ترک می باشد. کارایی سوراخ های متوقف کننده در مهار رشد ترک بر مبنای تاثیرگذاری آن ها روی ضرایب شدت تنش سنجیده می شود. بسیاری از اجزای فلزی در سازه های مهندسی به دلیل هندسه خاص خود، دارای سطوحی انحنادار می باشند. بنابراین در مقاله حاضر، با استفاده از تحلیل های اجزا محدود و با در نظر گرفتن آرایش های گوناگون سوراخ های متوقف کننده، تاثیر حضور این سوراخ ها بر ضرایب شدت تنش در قطعه انحنادار با ترک مرکزی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج عددی بیانگر این است که موقعیت و اندازه سوراخ های متوقف کننده بر مقدار ضریب شدت تنش نوک ترک تاثیرگذار است. مهم ترین دلیل تغییر در ضریب شدت تنش، تاثیرگذاری سوراخ های متوقف کننده بر میدان تنش نوک ترک می باشد. با افزایش اندازه سوراخ های دوطرف ترک و کاهش فواصل افقی و عمودی آنها از نوک ترک، تاثیرپذیری ضریب شدت تنش نیز بیش تر می شود. همچنین نتایج عددی بیانگر این نکته اند که کارایی سوراخ های متوقف کننده در سطوح انحنادار، برابر با کارایی روش مذکور در سطوح تخت است.
    کلیدواژگان: قطعه انحنادار، ترک مرکزی، سوراخ متوقف کننده، ضریب شدت تنش
  • مقداد خادمیان، مینا سعیدی حیدری، علی علیزاده، حمیدرضا بهاروندی صفحات 140-146
    در این مقاله تاثیر فرایند نورد گرم بر خواص و ریزساختار کامپوزیت Al-B4Cتولید شده به روش ریخته گری گردابی بررسی شده است. برای ساخت نمونه های کامپوزیتی، سه درصد حجمی ذرات B4C با میانگین اندازه ذرات 300 نانو متر به مذاب آلیاژ Al-356 افزوده شد. عملیات نورد در دمای 350 درجه سانتی گراد روی قطعات ریختگی حاصل از 15 دقیقه اختلاط در دمای 850 درجه سانتی گراد صورت گرفت. برای بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه های کامپوزیتی، آزمون های تخلخل سنجی، سختی سنجی و استحکام کششی انجام گرفت. ریزساختار نمونه ها نیز به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. نتایج نشان دهنده کاهش میزان تخلخل، افزایش سختی و افزایش استحکام کششی قطعات کامپوزیتی نورد شده می باشد. میزان تخلخل قطعات کامپوزیتی قبل از عملیات نورد 2/05 درصد بود که پس از انجام عملیات نورد به 0/35 درصد کاهش یافته است. استحکام کششی و سختی قطعات کامپوزیتی قبل و پس از عملیات نورد نیز به ترتیب 178 و مگا پاسکال 293 و 62 و 101 برینل به دست آمد. همچنین عملیات نورد گرم باعث نرم تر شدن شکست نمونه های کامپوزیتی تولید شده به روش ریخته گری گردابی شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه آلومینیومی، کاربید بور، ریخته گری گردابی، نورد گرم
  • علی اشرفی زاده، علی جودکی صفحات 147-156
    شکل مجرای جریان از طریق تاثیری که بر رفتار جریان سیال دارد، بر پدیده جابجایی حرارت اثر می گذارد. در این پژوهش به بررسی جریان سیال آرام و پایدار درون یک کانال با دیواره های موجدار پرداخته می شود. اگر کانال متشکل از یک واحد تکرار شونده در طول مسیر باشد، شکل این واحد را در حالت کلی می توان ترکیبی از یک دیفیوزر و یک نازل فرض کرد. در این مقاله اثر چند پارامتر هندسی این نازل ها و دیفیوزرهای فرضی نظیر طول/شکل دیواره و میزان عدم تقارن، بر افت فشار سیال و نرخ جابجایی حرارت در یک کانال دو بعدی مطالعه شده است. جریان داخلی، لزج و غیرقابل تراکم و عدد رینولدز 200 در نظر گرفته شده است. مطالعه انجام شده حاکی از آن است که افزایش طول نازل نسبت به دیفیوزر در یک واحد تکراری در امتداد کانال باعث افزایش عدد نوسلت متوسط شده ولی عدم تقارن دیواره ها بسته به میزان آن ممکن است باعث کاهش یا افزایش عدد نوسلت شود. به طور کلی در رینولدزهای پایین، تغییر شکل دیواره ها مکانیزم موثری برای افزایش نرخ انتقال حرارت نیست. درعین حال، با انتخاب مناسب پارامترهای هندسی نازل و دیفیوزر در یک واحد طولی کانال می توان نرخ جابجایی حرارت را افزایش داد. یک الگوریتم ژنتیک بهینه یابی به همین منظور معرفی و در حل یک مسئله نمونه به کار گرفته شده است.
    کلیدواژگان: مجرای موجدار، عدد نوسلت، افت فشار، الگوریتم ژنتیک
  • سینا آریایی، ابوالفضل توتونچی، عباس کیان وش * صفحات 157-164

    در پژوهش حاضر به منظور ارائه ی مدل رگرسیون و بهینه سازی استحکام کششی و کرنش پذیری اتصالات دوگانه ی«کامپوزیت پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه- فولاد سازه» از الگوریتم مرکب مرکزی چرخش پذیر استفاده گردید. با انتخاب دماو زمان پخت اتصالات به عنوان متغیرهای ورودی، این پارامترها، پس از انجام آزمون توزین حرارتی، کد گذاری شده و هرکدام در پنج سطح مورد مطالعه قرارگرفتند. به منظور براورد رویه پاسخ مورد نظر و ارائه ی مدل متناسب، سیزده آزمایش سیستماتیک انجام شد. به منظور سنجش دقت و اعتبار مدل پیشنهادی از آنالیز واریانس داده ها استفاده گردید. برای بررسی تاثیر همزمان ومتقا بل زمان و دمای پخت بر استحکام اتصالات وبراورد شرایط بهینه فرایند اتصال، نمودارهای دو بعدی مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفتند. مقدار بهینه ی هرکدام از متغیرهای پخت با بهره گیری از داده های نموداری مدل ریاضی ارائه شده، C°40 و 180 دقیقه به ترتیب برای دما و زمان پخت اتصالات بدست آمد. در نهایت، بررسی های ریز ساختاری با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی از سطوح شکست نمونه ها صورت گرفت که تطابق مناسبی با نتایج حاصل از مدل را نشان داد.

    کلیدواژگان: استحکام چسبندگی، مدل سازی ریاضی، طرح آماری مرکب مرکزی، آنالیز واریانس داده ها، اتصالات کامپوزیت پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه، فولاد سازه
  • محمدرضا آشوری، علی نحوی، شهرام آزادی، مهرشاد نیک نژاد، علی صادقی صفحات 165-174
    خواب آلودگی رانندگان یکی از علل مهم تصادفات شدید می باشد و بر اساس آمار، خواب آلودگی علت 30% تا 37% سوانح جاده ای منجر به فوت در ایران است. در این مطالعه از اطلاعات خودرو و جاده مبتنی بر فرمان و موقعیت عرضی خودرو جهت تشخیص خواب آلودگی راننده ها استفاده شده است. آزمایشات بر روی راننده های سواری در شبیه ساز رانندگی انجام شد. شرکت کنندگان از بین راننده های مرد 21 تا 28 ساله و با میزان تمایل به خواب بالا (10 ≤ شاخص خواب آلودگی اپ ورث) انتخاب شدند. سناریو شامل رانندگی بر روی جاده یکنواخت مجازی در دو حالت هوشیار و خواب آلوده بود. از معیار خواب آلودگی کرولینسکا و ارزیابی تصاویر ویدیویی راننده ها توسط ناظرین آزمایش جهت صحه گذاری بر نتایج آزمایشات استفاده شد. نتایج نشان دادند که منحنی فاز غربیلک فرمان (شاخص بیضی)، انحراف معیار زاویه فرمان، انحراف معیار موقعیت عرضی و میانگین موقعیت عرضی خودرو با خواب آلودگی راننده ها رابطه مستقیم دارند. انتخاب آستانه خواب آلودگی برای هر یک از شاخصه ها بر مبنای کمینه کردن اعلام هشدار برای خطاهای مثبت انجام گرفت. دقت تشخیص خواب آلودگی برای شاخص بیضی 77%، انحراف معیار زاویه فرمان 76%، انحراف معیار موقعیت عرضی 67% و برای میانگین موقعیت عرضی 65% بدست آمد.
    کلیدواژگان: تشخیص خواب آلودگی، شبیه ساز رانندگی، فرمان، موقعیت عرضی
  • فرامرز آشنای قاسمی، اسماعیل علیقلی زاده فیروز جایی، علی پورکمالی انارکی صفحات 175-182
    در تحقیق حاضر، رفتار ضربه ای صفحات آلومینیومی تعمیر شده توسط وصله های کامپوزیتی دارای لایه فلزی(FML) در دماهای مختلف با استفاده از دستگاه ضربه افتان مطالعه شده است. تعدادی نمونه آلومینیومی ترمیم شده توسط وصله های FML در محدوده دمایی 20- درجه سانتی گراد تا 60 درجه سانتی گراد مورد آزمایش ضربه افتان قرار گرفته، رفتار ضربه ای و مکانیزم های شکست آنها تا آستانه سوراخ شدن شان بررسی شده است. در این تحقیق از نمودار نشان دهنده انرژی(EPD) برای به دست آوردن انرژی آستانه سوراخ شدن و انرژی آستانه نفوذ استفاده شده، علاوه بر آن تاثیر دما روی خصوصیاتی نظیر: بار قابل تحمل، مدت زمان تماس و تغییرشکل دائمی مطالعه شده است. نتایج نشان داد که مقادیر نیرو تقریبا برای تمامی نمونه ها با افزایش دما (نسبت به دمای اتاق) افزایش می یابد. همچنین به سبب آنکه قابلیت جذب انرژی نمونه ها در دمای اتاق بیشتر از دماهای دیگر است، آستانه انرژی سوراخ شدن نمونه ها با تغییر دما نسبت به دمای اتاق عموما افزایش می یابد. نیز آنکه، تغییرات دما روی خصوصیات ضربه ای وصله ها بسیار تاثیرگذار است و در مواردی باعث کاهش 20 درصدی مقاومت به ضربه شده، بیشترین مقدار پارامترهای ضربه نیز در دمای 20- درجه سانتی گراد و 60 درجه سانتی گراد به دست می آید.
    کلیدواژگان: ضربه، وصله های کامپوزیتی، انرژی ضربه، مکانیزم های شکست، دما
  • علیرضا آقایی، حسین خراسانی زاده، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 183-194
    در این تحقیق اثر میدان مغناطیسی بر میدان جریان، انتقال حرارت و تولید انتروپی جابه جایی توام نانوسیال آب–مس با لحاظ اثر حرکت براونی نانوذرات در محفظه ی ذوزنقه ای مطالعه شده است. دیواره های جانبی محفظه عایق، دیواره ی بالایی سرد و متحرک به سمت راست یا چپ و دیواره ی پایینی گرم است و زوایه ی دیواره های جانبی با افق ̊45 است. مطالعه در گراشف 104، برای اعداد رینولدز 30، 100، 300 و 1000، اعداد هارتمن 25، 50، 75 و100 و کسر حجمی های 0تا 04/0 از نانوذرات انجام شده است. معادلات حاکم با روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر به صورت عددی با استفاده از یک برنامه کامپیوتری حل شده اند. نتایج نشان دادند که با اعمال میدان مغناطیسی و افزایش آن، سرعت جابه جایی نانوسیال و قدرت جریان کاهش می یابد و رفتار از جابه جایی توام به آزاد و یا هدایت حرارتی تغییر می کند. به همین دلیل در همه ی اعداد رینولدز و کسر حجمی ها با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد. در تمام حالت های بررسی شده، انتروپی تولیدی ناشی از اصطکاک بسیار ناچیز می باشد و عمده انتروپی تولیدی ناشی از انتقال حرارت برگشت ناپذیر است و همچنین تغییرات انتروپی تولیدی کل با عدد هارتمن مشابه تغییرات عدد ناسلت متوسط می باشد. تغییر در جهت حرکت درپوش در رینولدز 30 باعث تغییر ناسلت متوسط و انتروپی تولیدی کل می شود ولی در رینولدز 1000 تاثیر آن ناچیز است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، تولید انتروپی، میدان مغناطیسی، محفظه ذوزنقه ای، خواص متغیر
  • مسعود رضاسلطانی، علیرضا ریاسی، هادی مرادی صفحات 195-202
    در این مقاله یک نوع سیستم جاذب برای ربات های دیوار نورد، که به جاذب ورتکسی معروف می باشد، بصورت تحلیلی، عددی و آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم جاذب ورتکسی شامل محفظه جاذب، پروانه و موتور محرک می باشد که ورتکس درون این جاذب، با استفاده از پروانه (فن سانتریفوژ) تولید می شود. بارزترین ویژگی این سیستم جاذب، محصور بودن جریان سیال درون آن می باشد که این طراحی باعث افزایش نیروی جاذبه و کاهش توان مصرفی موتور می شود. در ابتدا، یک سیستم جاذب مجهز به تجهیزات اندازه گیری میدان فشار، دور و توان ورودی ساخته شده و تاثیر پارامترهای مختلف روی نیروی جاذبه تولیدی، اندازه گیری و تحلیل شده است. شبیه سازی عددی سیستم جاذب با استفاده از نرم افزار CFX انجام و نتایج حل، از طریق استقلال حل از شبکه و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی راست آزمایی شده است. در ادامه مطالعه تحلیلی این سیستم با استفاده از مدل ورتکس رنکین انجام شده است. در بخش آزمایشگاهی مشاهده شد که با افزایش فاصله جاذب از سطح، توان مصرفی افزایش می یابد. نتایج تحلیل جریان با استفاده از ورتکس رنکین نیز نشان می دهد که نیرو و فشار، هر دو با مربع سرعت دورانی پروانه، رابطه مستقیم دارند.
    کلیدواژگان: ربات دیوار نورد، جاذب گردابه ای، شبیه سازی عددی
  • مجتبی دهقان منشادی، فرزاد پورفتاح صفحات 203-210
    تمرکز مطالعه ی حاضر بر روی گذر جریان آرام به آشفته حول ایرفویل متقارن SD8020 در جریان آزاد و تحت پدیده ی اثر سطح با اعداد رینولدز پایین چهار هزار در زوایای حمله 5 و 8 درجه می باشد. برای حل معادلات RANS ناپایای حاکم بر جریان از روش حجم محدود استفاده شده است. نتایج با داده های تجربی دیگران مقایسه شده و مطابقت خوبی در پیش بینی ضرایب آیرودینامیکی تحت اثر پدیده ی سطح و جریان آزاد با اعداد رینولدز پایین مشاهده می شود. در الگوریتم عددی استفاده شده برای کوپل کردن میدان های سرعت و فشار از روش SIMPLEC و برای گسسته سازی معادلات ممنتوم از روش مرتبه ی دوم و جهت مدل سازی آشفتگی جریان از مدل چهار معادله ای Transition-SST استفاده شده است. نتایج نشان می دهد روش حل عددی استفاده شده به منظور شبیه سازی جریان با عدد رینولدز پایین، قادر به تشخیص گردادیان فشار معکوس بوده و حباب های جدایش و گذر جریان آرام به آشفته لایه مرزی مشاهده گردیده است. همچنین نتایج نشان می دهد محل تشکیل حباب جدایش آرام، طول آن و گذر جریان آرام به آشفته تحت تاثیر حضور سطح زمین قرار می گیرد بطوریکه تحت تاثیر اثر سطح، محل گذر جریان و تشکیل حباب به لبه حمله ایرفویل متمایل شده و توزیع فشار روی ایرفویل تحت تاثیر تغییر محل تشکیل حباب ها می باشد بطوریکه در محل تشکیل حباب های جدایش آرام، توزیع فشار دچار تغییر روند گردد
    کلیدواژگان: جریان در اعداد رینولدز پایین، گذر جریان، لایه مرزی، اثر سطح، دینامیک سیالات محاسباتی
|
  • Mostafa Sefidgar, Hossein Bazmara, Majid Bazargan, S. Mojtaba Mousavi Naeenian, Madjid Soltani Pages 1-9
    Nowadays، solid tumor modeling and simulation results are used to predict how therapeutic drugs are transported to tumor cells by blood flow through capillaries and fluid flow in tissues. This model involves processes such as fluid diffusion، convective transport in extracellular matrix، and extravasation from blood vessels. In this paper، a complete model of interstitial fluid flow in tumor and normal tissue is presented with considering multi scale of solution such as blood flow through a capillary (as the smallest scale) to interstitial flow (as the biggest scale). The advanced mathematical model is used to generate a capillary network induce by tumor with two parent vessel around the tumor for the first time. In the following، the blood flow is modeled through the network with considering the non-continuous behavior of blood rheology and adaptability of capillary diameter to hemodynamics and metabolic stimuli. This flow is simultaneously simulated with interstitial flow which is coupled to blood flow through capillary with extravascular flow. The results predict elevated interstitial pressure in tumor region and heterogeneous capillary network which are introduced as barriers to drug delivery.
    Keywords: Tumor, Remodeled capillary network, Interstitial fluid flow, Blood flow through capillaries
  • Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi, Amir Abdullah, Mohammad Reza Razfar Pages 10-16
    Calculation the cutting force in machining processes is of great importance. In this paper، undeformed chip thickness in one-dimensional ultrasonic vibration assisted milling is calculated and then، a model for determining the cutting force in this process is presented. Analytical relations show that in ultrasonic assisted milling (UAM)، the maximum cutting force is greater than in conventional milling (CM)، but the average cutting force is decreased. To verify the proposed relations، with the aid of a particular experimental setup، one-dimensional vibration in feed direction is applied to workpiece and cutting force in CM and UAM is measured experimentally. Greater maximum cutting force in UAM and decrease of average cutting force in UAM compared to CM is observed experimentally as well. Comparison of average values of cutting force shows that the analytical relations for predicting the cutting force have 16% average error in CM and 40% average error in UAM. Given that the analytical calculation of undeformed chip thickness and cutting force in UAM and also comparison of experimental forces with the modeled ones has been done in this paper for the first time، the accuracy of proposed relations are acceptable.
    Keywords: Ultrasonic Assisted Milling, Conventional Milling, Cutting Force, Chip Thickness
  • Mohammad Hedayatian, Golamhossein Lighat, G. H. Rahimi, Mohammad Hossein Pol Pages 17-26
    Due to the extreme increase in computational power over the recent years، numerical methods have gained the most proportion in analyzing composite structures and components because of the consideration complicated failure mechanisms such as delamination، fiber buckling and fiber breakage، matrix cracking، debonding ribs of skin and a combination of mentioned failure mechanisms. However exact three - dimensional modeling damages caused by impact phenomena is still a challenge. In present numerical work، the most advanced modeling techniques have been used to predict the behavior of composite structure under high velocity impact. The ribs and layers have been modeled using solid elements and a user defined material model with modified puck and Hashin (3D) failure criteria was implemented. Because these failure criteria do not exist in Commercial version of the Abaqus software، we have used Fortran software for writing these criteria so this capability was added to the software. Figures of velocity variations and force variations of projectile، damaged area، different mechanisms of fracture were reported as results and commented upon. In this study، The numerical results have been validated with experimental data and show very good agreement.
    Keywords: Grid composite, damage, fracture, ballistic impact, numerical modeling
  • Akbar Jafari, Vahid Saljooghinezhad Pages 27-34
    In this research، Discrete Element Method (DEM) or in other words، Molecular Dynamics (MD) is employed for simulation of sorting process of granular materials which is done by means of a linear vibratingscreen device. To model the interaction forces between the particles and walls، short range viscoelastic Hertz potential has been used. Spherical and rectangular shapeswere considered for the particles and the screen mesh aperturesrespectively; and a linear vibration is applied to the mesh surface. During the simulation، differential governing equations of the granules motions are solved numerically to predict their behavior. The required programs were developed to perform the simulations using the open source code، LIGGHTS; and the factors affecting numerical computationswere tuned to obtain suitable values. Numerous simulations were done to study the effects of different parameters includingmeshinclination،vibration frequency،vibration angle and apertures'' size onthe sorting performance; and the correlations are reported graphically. The obtained results are verified by comparison with the adequate ones reported in open literature. Although the current research is not limited to a special case، some data related to the characteristics of iron pellet and the screen device in Gol-e-Gohar pellet factory are employed for numerical studies.
    Keywords: Screen, Granular medium, Pellet, Discrete Element, Molecular Dynamic
  • Mohammad Hassan Fatollahzadeh, Ghassem Heidarinejad, Hadi Pasdarshahri Pages 35-44
    In this study، the effect of inlet supply temperature on energy consumption optimization، thermal comfort and mean local air age has been investigated for a displacement ventilation inside a typical room. Based on the results obtained from this study، an increase in the inlet supply temperature for a displacement ventilation from 17. 8 to 25. 8 in summer leads to a 50% reduction of consumed energy. Owing to the fact that optimization of consumed energy is an action bound to maintain thermal comfort of occupants، PMV (predicted mean vote) and PPD (predicted percentage of dissatisfied) parameters as two general thermal comfort indices have been investigated. In addition temperature gradient in vertical direction as local thermal discomfort index and mean local air age as air quality index have been probed. All the aforementioned indices except that of mean local air age، lie within the sightly range of ISO7730 standard with an increase in temperature، but air quality index experiences some quality drop in inhalation region، This slight drop is negligible and displacement ventilation system can be used as a suitable ventilation system for summer applications.
    Keywords: Energy consumption optimization, Displacement ventilation system, Thermal comfort, Indoor air quality
  • Behrooz Mashadi, Hamid Mostaghimi Pages 45-56
    Modeling of a Sport Utility Vehicle as it moves on two wheels studied in this paper. Our major purpose concentrated on developing a general criterion to specify rollover threshold. First، model of vehicle as it sustained on two wheels derived that its results used to develop rollover threshold of Sport Utility Vehicles. In addition، these results could be valuable to design new controllers، which are able to prevent rollover at the best state of vehicle dynamics. After vehicle modeling، appropriate model for tire forces and moments picked up from the most related and available references. Then validation accomplished as final part of modeling section. Stability of presented model studied as an important part of this paper. In order to specify rollover threshold as vehicle moves on two wheels، steady-state equations of motion used and based on steady state analyses a new criterion proposed. Next، by designing some maneuvers، simulations accomplished to show applicability of proposed criterion at different situations. As conclusion، presented criterion is more implementable and efficient than other proposed model for rollover threshold and can prospect rollover threshold at various steering angles and longitudinal speeds as model inputs.
    Keywords: Rollover threshold, Rollover modeling, Rollover index, Sport Utility Vehicle, Steady, state solution
  • Sayed Mostafa Hosseinalipour, Mohammadmehdi Namazi, Arvin Behravan, Khashayar Ghadiri, Masoud Madadelahi Pages 57-64

    In the present study، fabrication and performance testing of a flameless catalytic pad has been investigated. The catalyst was prepared with 1g of H2PtCl6. 6H2O solved in 0. 5 liter solvent contains 50% water and 50% ethanol and sprayed on the alumina - silica fiber mat as the catalyst support. The wet pad was dried and calcined before usage. The performance of the heater was evaluated by design and fabrication of a test stand which was capable of measuring parameters such as temperature at surface and in depth of the catalyst layer، the amount of pollutants such as CO and NOx، flow rate and pressure of the fuel and surface air circulation in front of the pad. In addition، by placing the panel containing the pad in an environmental test chamber، the effect of different climate conditions in five cities of Iran، i. e.، Borojerd، Khalkhal، Lavan، Mahshahr and Puladshahr were investigated. Average surface temperature of the pad was measured about 350°C. No NOx was detected and CO emission of the burner was measured up to 5ppm. In Khalkhal conditions with the lowest temperature and humidity، the highest temperature at surface was recorded and the maximum CO emissions in Mahshahr with the highest temperature and humidity was about 3ppm. It was shown that increasing the fuel flow rate increases the surface temperature and CO emissions. It was also shown that an increase of environment temperature and humidity، increases the surface temperature.

    Keywords: catalytic combustion, radiative catalytic pad, impregnation of support, Pt on Alumina fiber, Environmental test
  • Akbar Alibeigloo, Jamal Ranjbar Pages 65-72
    In this paper، an analytical method is presented to study thermo-elastic behavior of nanoscale spherical shell subjected to thermal shock based on nonlocal elasticity theory. The shell is considered as elastic، homogeneous and isotropic solid. The nonlocal differential equation of motion is derived in terms of radial displacement. The analytical solution of equation of motion is obtained by Laplace transform and differential transform method (DTM). Mechanical boundary conditions are used to obtain unknown parameters that get in recurrence equation in Laplace domain. The results in Laplace domain is transferred to time domain by employing the fast inverse Laplace transform method (FLIT). Accuracy of obtained results is evaluated by well-known similar articles. The results have a good agreement in comparison with published data in pervious literatures. Also، the effects of nonlocal parameter and wall thickness of shell on the dynamic characteristics of nanoscale spherical shell are studied in various points across the thickness of shell under thermal shock. The present analytical method provides an appropriate field for analysis of times histories of radial and hoop stresses in a nanoscale shells subjected to various time dependent thermo-mechanical loads.
    Keywords: Analytical solution, Thermal shock, nonlocal elasticity theory, Differential transforms method
  • Saeed Karimian, Abbas Ebrahimi Pages 73-80
    A new complete system model of a flapping wing has been derived which consists of all effective parameters. Flapping mechanism can deliver maneuverability as well as low speed flight capability in MAVs. Here a validated aeroelastic model is being developed based on the wing torsional deformation assumption. Based on the proposed model complete parameter study could be performed and consequently the optimization requirements can be extracted. Experimental results of a static test stand have been used for validation. Performance indices، composed of force generated، power consumption and efficiency are depicted in terms of stiffness and kinematic properties. The average behavior is being referred. It is revealed that by changing frequency and speed، the optimum values for stiffness and amplitude are independent. Therefore using suitable kinematics one can utilize specified constant stiffness to optimize the flapping robot flight.
    Keywords: Flapping wing, Modeling, Aeroelastic, Optimization, Kinematics
  • Soheil Nakhodchi, Ali Shokuhfar, Saleh Akbari Iraj, Hossein Rezazadeh Pages 81-89
    Multi-pass welding process is one of the most applicative methods of welding in various industries. In this paper، temperature and residual stress distribution due to three pass welding of two plates made of AISI 321 stainless steel having different thicknesses is studied. Welding process consists of three welding passes of two Shielded Metal Arc Welding (SMAW) process and one Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) process. First، the benchmark plates are manufactured and welding process is performed. The transient temperature distribution during the welding process is recorded using thermocouples attached to the welding plates. First this process simulated experimentally and temperature distribution during to welding process was measured using thermocouples. Furthermore، the final residual stress distribution after welding process is measured using incremental center hole drilling technique (ICHD). The three pass welding process was then simulated using ABAQUS finite element (FE) code. The finite element model consists of temperature-dependent properties of base metal and weld metal. Furthermore، moving heat source and the element-birth technique is implemented in FE model. Experimentally measured temperature and residual stresses provide an in-depth knowledge insight the complicated welding process.. Comparing between the results shows that the numerical predictions and experimental measurements have good agreement and therefore the FE developed model can be employed in designing and evaluating of welded structures.
    Keywords: Welding, Temperature distribution, Residual Stress, Finite Element Method
  • Rahmatollah Ghajar, Mohammad Abbaspour, Hamed Saeedi Googarchin Pages 90-98
    In this study، the first mode of stress intensity factor of semi-elliptical circumferential crack in the outer surface of a cylinder with radius to thickness ratio of 30، is investigated. The cylinder is applied in semi-submersible drilling platforms. First، the stress field of the cylinder under thermal and mechanical loads is extracted based on semi couple thermo-elastic equations. Then، the weight functions are derived for deepest and surface points using three reference loads results. Explicit expressions of stress intensity factors for surface and deepest points are presented using thermo-elastic stress field and the weight functions of the cracked cylinder. The results obtained by proposed weight functions and those obtained by finite element method and those presented in the literatures have a good accuracy. The interaction effects of thermal and mechanical loads on the stress intensity factors are studied. The results show that with increasing load ratio، the dimensionless stress intensity factors of deepest and surface points، decrease and increase، respectively.
    Keywords: Semi, elliptical Crack, Stress intensity factor, Cracked Cylinder, Thermal, Mechanical Loading
  • Ehsan Zamani, Gholamhossein Liaghat, Mohammad Hossein Pol Pages 99-106
    Axial compression behavior of foam materials can be explained by two ideal deformation scenarios: discrete crush band process and progressive collapse. In this paper، a perfectly new model for strength assessment and quantitative/qualitative description of one-dimensional progressive collapse of aluminum foams under impulsive loadings is presented and its capability to split this way of crushing into two distinct regimes of shock wave and elastic- plasic wave propagation is highlighted. Then، using conservation relations and the new introduced model، the analytical solution of dynamic deformation of aluminum foams in the two mentioned regimes is developed. Regime 2 considers the case when the crushing front velocity is lower than the linear sound velocity of the foam; but remains higher than the effective sound velocity for a perturbation in which the amplitude lies in the so-called “plateau region’ of the static stress-strain diagram. The physical difference between this regime and the fiest one entails not only the creation a shock front associated with the collapsing foam، but also an acoustic precursor in the case of second regime. Finite element simulation is also performed to validate the analytical procedure. The numerical prediction is found to be in very good agreement with the analytical results.
    Keywords: Aluminum foam, 1D progressive collapse model, Shock wave, Elastic, Plastic wave, Precurser elastic wave
  • Mahmood Mehrdad Shokrieh, Reza Mosalmani, Salem Soveity Pages 107-116
    One of the most applicable methods to study the mechanical behavior of reinforced polymers with CNTs is modeling of representative volume element (RVE). It has been shown that the mechanical behavior of RVE depends on its ingredients mechanical properties and its geometrical parameters. In this research، a RVE which includes a CNT and its surrounding polymer is chosen as a rectangular cube. In this research، effects of the length and depth of the RVE، the length of the CNT and the CNT caps on the elastic behavior of the RVE have been studied. Furthermore، the effect of the volume fraction of CNTs is also considered. First، an analytical solution has been developed to predict the elastic modulus of the RVE. Then، using a finite element method، the elastic behavior of the RVE is modeled. The analytical and numerical results show that at a constant volume fraction of the CNT، variation of each material and geometrical parameters can affect the longitudinal elastic modulus of the RVE significantly. However، it has been shown that the transverse elastic modulus of RVE is not sensitive to the geometrical parameters variations. Finally، using a combination of the Halpin-Tsai micromechanical model and the present analytical solution، a proper aspect ratio of the RVE for each volume fraction of the CNT has been determined and suggested.
    Keywords: Representative volume element, Elastic modulus, Carbon nanotube, Finite Element Method
  • Khalili - Khalili_Mohammad Khosravi_Hossien Amirabadi Pages 117-124
    In reverse engineering it may be required to perform multiple measurements due to the size and part complexity limitations of the physical equipment CMM / Optical Scanner and / or settings. To model the whole part it is required to bring different point sets obtained during different scans to a common coordinate system. Registration process for point clouds is to find the geometric transform between them in which all point clouds are transformed into a single absolute coordinate system. Theoretically، it is very straight forward to perform registration by finding the six components of transformation matrix (3 angles plus 3 displacements) and this can be mathematically determined if three non-linear points are known in both global and local coordinate systems. The process of registration is strongly affected by inaccurate data and may fail in the case of noisy data، hence other methods are usually sought to find the transformation matrix. This paper tries to solve the problem in practical applications. The Nelder-Mead method was employ for point clouds registration for the first time. The registration was also performed using Singular value decomposition and Genetic Algorithm methods. The three methods were compared in terms of convergence، accuracy and computation time.
    Keywords: Reverse Engineering, Registration, Point Clouds, Optimization
  • Hamid Baseri, Sahar Toorandaz, Ali Reza Fathi Pages 125-132
    The Prandtl-Ishlinskii (P-I) model is one of the powerful models which is used in modeling complex hysteretic nonlinear behavior in systems. The initial form of this model، called the Classical Prandtl-Ishlinskii model، cannot describe systems with output saturation and also results have considerable error when there is an asymmetric in hysteresis loops. In order to eliminate these defects، some modifications are applied to the Classical Prandtl-Ishlinskii model and these models are called the generalized or modified Prandtl-Ishlinskii models. This model is usually utilized in modeling complex hysteresis nonlinear behavior in piezoceramic، piezoelectric، magnetostrictive and shape memory alloy actuators، but in this work، the model is used for identification hysteresis behavior of hydraulic proportional relief valve consist of asymmetric hysteresis loops. This model is trained by the experimental data which are obtained of hydraulic proportional relief valve and then the parameters of the model are identified in order to adapt the model response to the real hysteretic behavior. The data consist of the descending reversal curves of major loop. Then the accuracy of the obtained model in predicting nonlinear hysteresis behavior of the valve is validated with some different experimental data. The results show this model has well accurate and good ability in behavior prediction of proportional relief valve.
    Keywords: Prandtl–Ishlinskii model, Hysteresis, proportional relief valve
  • Majid Reza Ayatollahi, Mohammad Javad Razavi, Hamid Reza Chamani Pages 133-139
    The use of stop drill holes is one of the most convenient methods for reducing the stress intensity factors and crack growth rate. The efficiency of stop drill holes on the crack growth retardation depends on the amount of reduction in stress intensity factors. The curved plates are frequently used in engineering structures. Therefore، in this paper، by using the finite element method، the effects of configurations and diameters of crack flank holes on the variations of stress intensity factor are studied for a curved plate. The numerical results indicate that the location and the size of stop drill holes affect the stress intensity factors which is mainly due to their interaction with the crack tip stresses. Closer distances to the crack tip and larger diameters of the flank holes provide more reduction in the stress intensity factors. Also، the finite element results show that the use of stop drill hole method for the curved plates has the same efficiency as that of the flat plates.
    Keywords: Curved plate, Center crack, Stop hole, Stress intensity factor
  • Meghdad Khademyan, Mina Saeedi Heydari, Ali Alizadeh, Hamid Reza Baharvande Pages 140-146
    In this article the effect of hot rolling process on properties and microstructure of Al-B4C composite is investigated. To produce the composite samples، 3 vol. % B4C particles with 300 nm average grain size added to melted Al-356 alloy. Rolling process was done at 350 °C on vortex samples that is made after 15 minutes mixing at 850 °C. Porosimetry، hardness and tensile strength tests were carried out to investigate the physical and mechanical properties of composite samples. Microstructures of the samples were also investigated by using scanning electron microscopy. The results indicate lowering the amount of porosity، increasing hardness and increasing tensile strength of rolling composites. The amount of porosity before rolling process was 2. 05% that is decreased to 0. 35% after rolling process. Tensile strength and hardness of composites before and after rolling process achieved 178 MPa and 293 MPa and 62 HBN and 101 HBN respectively. Also hot rolling process caused to more ductile fracture of composites that is produced by vortex. Tensile strength and hardness of composites before and after rolling process achieved 178 MPa and 293 MPa and 62 HBN and 101 HBN respectively. Also hot rolling process caused to more ductile fracture of composites that is produced by vortex.
    Keywords: Aluminum Matrix Composite, Boron Carbide, Vortex, hot rolling
  • Ali Ashrafizadeh, Ali Joodaki Pages 147-156
    Variation of the cross-sectional area of a channel affects the flow field and، therefore، convective heat transfer between the fluid and channel walls. In this paper، a geometrical model is proposed for a wavy channel carrying steady laminar flow of an incompressible fluid. The two-dimensional channel is modeled as a combination of a number of subsonic diffusers and nozzles. Effects of the geometrical characteristics such as length، boundary shape and symmetry of the channel، which describe the shape of these nozzles and diffusers، are investigated. Numerical studies at Re=200 show that the shape of the wall does not dramatically affect the convection heat transfer rate in the steady laminar regime. However، optimization studies can be carried out to change the shape of the channel and improve the average Nusselt number to some extent. It is shown that the average Nusselt number increases with the increase of the length of the diffuser part، but the asymmetry of the channel might increase or decrease the average Nusselt number. Finally، a genetic algorithm is introduced and used to optimize the geometrical parameters which describe the aforementioned nozzles and diffusers and، hence، the shape of the channel.
    Keywords: Wavy channel, Nusselt number, Pressure drop, Genetic algorithm
  • Sina Ariaee, Abolfazl Tutunchi, Abbas Kianvash Pages 157-164

    In the present study، central composite algorithm was used in order to model and optimize the mechanical behavior of “glass fiber reinforced epoxy composite - structural steel “connections. Initial tests showed that the polymer curing variables play a significant role as key process parameters in producing strong and reliable connections. After conducting Thermal Gravimeteric Analysis on polymer، by selecting curing time and curing temperature as input variables، the parameters were coded and each of them was studied in five levels. In order to estimate the desirable response and provide appropriate models، thirteen tests were conducted systematically. In order to assess the accuracy and to validate the proposed model، analysis of variance was performed successfully. The effect of curing time and curing temperature on the connection’s strength quality was studied utilizing two-dimensional graphs. Utilizing this approach the optimal bonding process variables was achieved at 40°C and 180 min for curing temperature and curing time respectively. Finally، the results obtained from micro structural characterization and fractography analyses of joints by Optical and Scanning Electron Microscope were in good agreement with the results achieved by the developed model.

    Keywords: Mathematical modeling, central composite rotatable design, Analysis of Variance, glass fiber reinforced epoxy composite, structural steel connections
  • Mohammad Reza Ashouri, Ali Nahvi, Shahram Azadi, Mehrshad Niknejad, Ali Sadeghi Pages 165-174
    Drowsy driving is a main cause of severe accidents. Drowsiness is responsible for 30% to 37% of fatal road accident in Iran. In this paper، driver drowsiness is detected based on features related to the steering wheel angle and the lateral position of the vehicle. Data from the vehicle and the virtual road are used to extract drowsiness features. Experimental results using a driving simulator are presented. Participants were 21 to 28 year-old males with a high tendency to sleep (Epworth Sleepiness Scale≥10). The subjects had to drive a lane keeping scenario on a long and monotonous virtual road in both drowsy and alert states. The drowsiness criteria are validated with Karolinska Sleepiness Scale (KSS) and video rating based on KSS measurements. The results illustrate that the phase diagram of the steering wheel angle (Ellipse criterion)، the standard deviation of the steering wheel angle، and the mean and the standard deviation of the lateral position of the vehicle are highly correlated with drowsiness. The accuracy of the diagnosis was 77% for the Ellipse criterion، 76% for the standard deviation of the steering wheel angle، 67% for the standard deviation of the lateral position، and 65% for the mean value of the lateral position.
    Keywords: Drowsy driving, steering, lane departure, driving simulator
  • Faramarz Ashenai Ghasemi, Esmaeil Aligholizadeh, Ali Pourkamali Anaraki Pages 175-182
    The present research deals with the impact response of notched aluminum plates repaired by fiber metal laminate (FML) patches under various temperatures using drop weight impact test status. Some aluminum samples repaired by FML patches were prepaired to study their impact behavior and frcture mechanisms under drop weight tests at the temperature range of -20 ℃ to 60 ℃. An Energy Profiling Diagram (EPD) was used to obtain the penetration and perforation thresholds of hybrid composites. Besides، the effect of temperature on some impact characteristics such as endurance load، contact time and permanent deflection were also studied. The results showed that the amount of force for nearly all of the samples increased by increasing of the room temperature. The ability of energy absorption of the samples was also the most at the room temperature، therefore the energy thereshold of samples increases by increasing of the room temperature. Temperature variation also affects on the impact characteristics of composites patches and in some cases results in a 20 percent reduce in impact strength of the samples. It was also shown that the most value of impact parameters reaches at -20 ℃ and 60 ℃.
    Keywords: Impact, Composite patches, Impact energies, Failure mechanisms, Temperature
  • Alireza Aghaei, Hoessin Khorasanizadeh, Ghanbar Ali Sheikhzadeh Pages 183-194
    In this study، the effects of magnetic field on the flow field، heat transfer and entropy generation of Cu-water nanofluid mixed convection in a trapezoidal enclosure have been investigated، numerically. The side walls of the cavity are insulated، the top lid is cold and moving toward right or left and bottom wall is hot and the side walls angle from the horizon is 45˚. The results showed that with imposing the magnetic field and enhancing it، the nanofluid convection and the strength of flow decrease and the flow tends toward natural convection and finally toward pure conduction. For this reason، for all of the considered Reynolds numbers and volume fractions، by increasing the Hartmann number the average Nusselt number decreases. Furthermore، for any case with constant Reynolds and Hartmann numbers by increasing the volume fraction of nanoparticles the maximum stream function decreases. For all of the studied cases، entropy generation due to friction is negligible and the total entropy generation is mainly due to irreversibility associated with heat transfer and variation of the total entropy generation with Hartmann number is similar to that of the average Nusselt number. With change in lid movement direction at Reynolds number of 30 the average Nusselt number and total entropy generation are changed، but at Reynolds number of 1000 it has a negligible effect.
    Keywords: nanofluid, Entropy generation, Magnetic field, Trapezoidal enclosure, Variable properties
  • Masoud Rezasoltani, Alireza Riasi, Hadi Moradi Pages 195-202
    In this work، adhesion system for wall climbing robots، known as «vortex attractor»، has been studied analytically، numerically and experimentally. Vortex attractor system consists of the following components: vortex cup، centrifugal fan and an electrical motor. In this design، vortex flow which is generated at the fan impeller eye produces a considerable suction pressure. Knowing this fact that the air flow is trapped inside the cup، the suction force increases and also power consumption is reduced. Firstly، an attractor system is manufactured considering necessary measurement facilities. The effect of different parameters such as rotational speed and gap between system and surface on system performance is investigated. Numerical simulation of vortex attractor system is performed using CFX software. The numerical results were verified through grid independency and validated with comparison with those obtained from measurements. In the next step analytical study is carried out using Rankine vortex. Experimental results show that as gap increases، power consumption increases. In the case of vortex attractor stick to surface، repulsive force is observed. Analytical results show that generated force and pressure are proportional to square of rotational speed.
    Keywords: Wall climbing robot, Vortex attractor, Numerical simulation
  • Mojtaba Dehghan Manshadi, Farzad Pourfatah Pages 203-210
    This study focuses on transition of laminar to turbulent flow around a symmetrical airfoil at a low Reynolds number in free flow and flow near the ground at different angles of attack. Finite volume method is adopted to solve the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equation. Flow around the symmetrical airfoil SD8020 at a low Reynolds number (4000) at 5 and 8 degree angle attack has been simulated in free stream and near the groundnumerically. Current numerical result is compared with other’s experiment and numerical result in free flow at low Reynolds number and flow in ground effect that good agreement has been obtained in aerodynamic coefficient prediction. SIMPLEC method is used for pressure and velocity coupling and flow equations discrete with Quick method. Transition-SST model is used for modeling turbulence of flow. Result shows that the current numerical method can detect adverse pressure gradient، laminar separation bubble and transition of laminar flow to turbulent. According to the result، in ground effect location of laminar separation bubble، length of bubble and location of transition is moved to leading edge and pressure distribution is effected by location of laminar separation bubble.
    Keywords: Flow at low Reynolds numbers, Transition, Boundary Layer, Ground effect, CFD