فهرست مطالب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک - سال بیست و پنجم شماره 2 (بهار و تابستان 1393)

نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال بیست و پنجم شماره 2 (بهار و تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/08/21
  • تعداد عناوین: 9
|
  • علمی پژوهشی
  • علی عبداللهی فر، محمد رحیم نامی، بهادر سرانجام صفحه 1

    در این مقاله تحلیل ترک مود ترکیبی ورق مدرج تابعی با استفاده از روش MLPG انجام شده است و تاثیر تغییرات مقدار و زاویه ی گرادیان خواص بر ضرایب شدت تنش دینامیکی مود اول، دوم و موثر دینامیکی بررسی شده است. برای حل معادلات وابسته به زمان که توسط MLPG شکسته شده اند روش های تفاضل مرکزی و نیومارک استفاده شده است. اگر چه روش انتگرال J یکی از روش های مرسوم در محاسبه ی ضریب شدت تنش است اما به طور کلی این روش برای مواد مدرج تابعی قابل استفاده نیست. بنابراین در این مقاله برای محاسبه ی ضریب شدت تنش از انتگرال مستقل از مسیر J* که برای مواد ناهمگن فرمول بندی شده، استفاده گردیده است. نتایج نشان می-دهد که روش حاضر تطابق خوبی با حل دقیق و سایر حل های موجود دارد. هم چنین نتایج نشان می دهد، که حداکثر و حداقل مقدار ضریب شدت تنش موثر برای E2/E1>1 به ترتیب در زاویه ی گرادیان خواص 0 و 90 درجه رخ می دهد.

    کلیدواژگان: تحلیل شکست دینامیکی مود ترکیبی، روش بدون مش محلی پتروف، گالرکین، زاویه گردایان خواص، مواد مدرج تابعی، روش نیومارک، روش تفاضل مرکزی
  • موسی رضایی سعید لطفان وحید عرب ملکی صفحه 19
    در این مقاله، مدل پیوسته ی جدید و کامل تری از ناحیه ی ترک برای مطالعه و آنالیز ارتعاشات عرضی تیر ترک دار اویلر برنولی ارائه شده است. به این منظور، ترک به صورت یک اغتشاش پیوسته در میدان تنش و کرنش مدل شده که با کمک اصول مکانیک شکست به صورت تابع اغتشاش ترک ارائه شده است. در ادامه با کمک این تابع و به کارگیری اصل همیلتون معادله ی حرکت تیر ترک دار با ترک لبه باز به دست آمده است. فرکانس های طبیعی و شکل مود های ارتعاشی تیر ترک دار با استفاده از حل معادله ی حرکت به روش گالرکین، استخراج شده است. سپس برای در نظر گرفتن اثر باز و بسته شوندگی ترک، سفتی تیر در محل ترک به صورت دوخطی مدل شده است. یکی از ویژگی های این روش، قابلیت اعمال آن به تیرهای ترک دار در تمامی شکل مودهای ارتعاشی می باشد. نتایج نشان می دهد که کاهش فرکانس های طبیعی برای ترک باز و بسته شونده کم تر از ترک باز می باشد. در پایان نتایج به دست آمده با نتایج تجربی موجود در مقاله های پیشین مقایسه شده است، این نتایج نشان می دهد که مدل ارائه شده نسبت به مدل های قبلی، بهبود یافته است و رفتار ارتعاشی تیرهای ترک دار را به ازای پارامترهای مختلف ترک با دقت بهتری پیش بینی می نماید.
    کلیدواژگان: آنالیز ارتعاشی، تیر ترک دار، اصل همیلتون، تابع اغتشاش، مدل سفتی دوخطی
  • مهدی بامداد، آرمان مردانی صفحه 33
    در این پژوهش نوع جدیدی از گیره طراحی شده است. این گیره یونیورسال برای مواردی که لازم است اجسام گوناگون با سهولت، مطمئن، سریع و بدون هیچ بازخوردی گرفته شوند پیشنهاد میشود. با افزودن یک بالن حلقوی دور محفظه مواد دانه ریز، نیروی جانبی بالن اصلی را میفشرد و اصطکاک بین محفظه و بار را افزایش می دهد. با توجه به نتایج آزمایشها در این مقاله، اصلاحات مکانیزم گیره جدید، موثر واقع شده و میزان موفقیت پنجه با توجه به پارامترهای تاثیرگذار فرموله شده است که می تواند تخمین مناسبی برای طراحی پنجه موفق ارائه کند.
    کلیدواژگان: گیره رباتیک، مواد دانه ریز، نیروی جانبی
  • محمدرضا محقق مجید ملک جعفریان صفحه 47
    تحقیق حاضر جریان گذر صوتی ناپایدار حول ایرفویل های نوسانی را از طریق حل معادلات اویلر و ناویر استوکس و با استفاده از روش طیفی زمانی شبیه سازی کرده است و نتایج حاصل را با روش های قدیمی برای حل مسائل ناپایا نظیر فرمولاسیون تفاضلی پسرو و روش صریح شبکه ی سازمان یافته ی تطبیق پذیر، مقایسه می کند. روش طیفی زمانی از یک تبدیل فوریه گسسته در زمان استفاده می کند و از این رو، حل مستقیما در یک حالت تناوبی منطبق بر فیزیک جریان، پیش می رود. ابزار ریاضی استفاده شده در این جا تبدیلات مستقیم و معکوس فوریه می باشند. صحت الگوریتم حاضر از طریق پیاده سازی بر چند نمونه تست آیرودینامیکی دو بعدی تایید شده است. این نمونه تست ها ایرفویل های نوسانی نوع NACA 64A010 (مدل CT6) و نوع NACA 0012 (مدل CT1 و CT5) می باشند. به دلیل طبیعت آشفته ی جریان لزج در این نمونه تست ها، مدل آشفته Baldwin-Lomax برای آنالیز جریان لزج با دامنه ی نوسان بالا (مدل CT5) مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل از روش طیفی زمانی با نتایج آزمایشگاهی و دو روش ذکر شده، مقایسه شده است. نتایج ارائه شده توسط این روش، در عین حفظ دقت، کاهش چشمگیری را در هزینه ی محاسبات نسبت به دو روش دیگر نشان می دهد، چرا که جریان از طریق تبدیلات فوریه مستقیما به صورت تناوبی حل شده و از دقت طیفی برخوردار است. نتایج نشان می دهد که برای تسخیر فیزیک جریان، به تعداد فواصل زمانی اندکی (تنها چهار فاصله ی زمانی) در یک پریود نوسان ایرفویل در هر دو حالت دامنه ی نوسان پایین (مدل CT6) و دامنه ی نوسان بالا (مدل CT5)، در مقایسه با دیگر روش ها نیاز است.
    کلیدواژگان: روش طیفی زمانی، جریان گذر صوتی ناپایایدار، ایرفویل نوسانی، تبدیلات فوریه گسسته، مدل آشفته بالدوین، لوماکس (Baldwin، Lomax)
  • رحمن سیفی، زهرا عباسی صفحه 65
    در این مقاله، ایجاد چین خوردگی در فرآیند کشش عمیق دوفلزی با روش تحلیلی و استفاده از نرم افزار اجزای محدود شبیه سازی شده و نتایج آن با نمونه های تجربی مقایسه شده است. تاثیر پارامترهای پهنای فلنج، شعاع لبه ی ماتریس، شعاع لبه ی سنبه، اندازه لقی ورقگیر، شرایط تماس و ضخامت نسبی ورق ها بر تعداد و ارتفاع چین خوردگی ها و تغییرات نیروی سنبه در طول کورس مورد بررسی قرار گرفته است. دو پارامتر میزان لقی ورقگیر و شرایط تماس ورق ها بیش ترین تاثیر را بر تعداد چینخوردگی ها دارند و تنها پارامتر تاثیرگذار بر ارتفاع چینها، اندازه ی لقی ورقگیر است. با افزایش اندازه ی شعاع لبه ی سنبه و ضخامت نسبی فلز سخت تر، نیروی شکل دهی به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. تغییرات میزان لقی ورقگیر و شعاع لبه ی ماتریس تاثیر کمی در تغییر نیروی سنبه دارند.
    کلیدواژگان: کشش عمیق دو فلزک، اصطکاک، چین خوردگی، روش اجزاء محدود
  • امیر کریم دوست یاسوری، محمد پسندیده فرد صفحه 83
  • محمد مهدی افسری، سیدعلی میربزرگی، حمید نیازمند صفحه 97

    در این مقاله یک ریزمخلوط گر غیرفعال الکترواسمتیکی با بار سطحی ناهمگن روی دیواره ی تخت و دو بعدی اش به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم شامل یک معادله ی لاپلاس برای توزیع میدان الکتریکی خارجی، یک معادله ی پواسون برای توزیع میدان الکتریکی درون لایه ی دوگانه ی الکتریکی، معادله ی ارنست – پلانک برای توزیع غلظت یون های مثبت و منفی، معادله ی ناویر – استوکس اصلاح شده برای میدان جریان و معادله ی حاکم بر غلظت گونه ها برای یک جریان غیرقابل تراکم پایدار به روش حجم محدود حل شده است. اعتبارسنجی کد عددی نوشته شده با مقایسه ی نتایج حل جریان الکترواسمتیک ایده آل با زتاپتانسیل ثابت و حل تحلیلی موجود انجام شده است. نتایج نشان می دهد با توزیع مناسب بار های ناهمگن سطحی می توان راندمان اختلاط را تغییر و کنترل نمود. بیشترین راندمان اختلاط مربوط به حالتی است که عدم تقارن در نحوه ی چینش بارهای ناهمگن دیواره افزایش یابد. هم چنین افزایش شدت بار الکتریکی با فرض ثابت بودن قدرت ریزپمپ الکترواسمتیکی، موجب افزایش راندمان اختلاط می شود.

    کلیدواژگان: اختلاط، ریزمخلوط گر غیرفعال، جریان الکترواسمیتک، توزیع بار ناهمگن
  • بادداشت پژوهشی
  • مجید سبک روح، سیدحجت هاشمی، محمدرضا فراهانی صفحه 111

    در این تحقیق ابتدا دو قطعه لوله ی 56 اینچ فولادی (از نوع درز جوش مارپیچ) با گرید ایکس 70 و ضخامت 780/0 اینچ بر اساس دستورالعمل ویژه ی شرکت ملی گاز ایران جوشکاری گردید. پس از آن، آزمون کرنش سنجی سوراخ در روی سطوح خارجی و داخلی لوله بر اساس استاندارد ASTM E 837 انجام شد. سپس مقادیر تنش پسماند با استفاده از این اطلاعات محاسبه گردید. نتایج تجربی نشان می دهد حداکثر تنش پسماند کششی (318 مگاپاسکال) در مرکز درز جوش در راستای محیطی سطح خارجی لوله به وجود می آید. هم چنین حداکثر تنش پسماند فشاری (137 مگاپاسکال) در راستاهای محیطی و محوری سطح داخلی لوله و در فاصله ی 30 میلی متر از مرکز جوش قرار دارد.

    کلیدواژگان: تنش پسماند، جوش چند پاسه ی محیطی، لوله ی فولادی انتقال گاز، کرنش سنجی سوراخ، API X70
  • مجتبی حقیقی یزدی جعفر اسکندری جم صفحه 121
    در این مقاله، قابلیت ایجاد یک مدل ویسکوالاستیک خطی در یک نرم افزار روش اجزاء محدود (COMSOL Multiphysics) مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر رفتار ویسکوالاستیسیته خطی برای حالات تنش صفحه ای و کرنش صفحه ای ارائه شده است. درستی این معادلات و نحوه کاربرد آنها در قالب یک مثال مهندسی مورد بررسی و تایید قرار گرفته اند. از آنجایی که معادلات ارائه شده قابل استفاده در مدل سازی فیزیک های چندگانه می باشد، می توان از مدل ارائه شده در مدل سازی رفتار ویسکوالاستیک خطی به صورت کوپل شده با فیزیک های دیگر نیز استفاده کرد.
    کلیدواژگان: روش عددی، مدل سازی اجزاء محدود، ویسکوالاستیک خطی، مدل رئولوژیک، فیزیک های چندگانه
|
  • A. Abdollahifar, M.R. Nami, B. Saranjam Page 1

    In this paper، the mixed-Mode dynamic fracture analysis of a FGM plate is performed using MLPG method also the effect of changes in value and angle of material gradation on the dynamic Stress Intensity Fctor (SIF) of Mode I، II، and effective are investigated. To solve time dependent equations that discretized by MLPG method، the Central Difference Method (CDM) and the Newmark method are used. Although the J integral is one of the most common methods to calculate the SIF، but in general، it is not applicable for FGMs. So، in this paper the path independent integral، J*، which is formulated for the non-homogeneous material is used to calculate stress intensity factor. Results show that the present method has good agreement with the exact and other existent solutions. Results also، show the maximum and minimum values of effective stress intensity factor for E2/E1>1 are occurred at material gradation angle equal to 0 and 90 respectively، and for E2/E1

    Keywords: Mixed, Mode dynamic fracture analysis, Meshless local Petrov, Galerkin (MLPG) method, Material gradation angle, Functionally graded material (FGM), Newmark method, Central difference method (CDM))
  • Mousa Rezaee, Saeed Lotfan, Vahid Arab Maleki Page 19
    In this paper، in order to analyze the transverse vibration of a uniform Bernoulli-Euler beam containing one single edge crack، a new continuous model is proposed for the cracked section. To this end، by using the fracture mechanics، the crack is modeled as a continuous disturbance in the stress and strain fields. By applying the Hamilton’s principle، the equation of motion and the corresponding boundary conditions of the system are derived. The resulting equation is solved by the Galerkin method، and the natural frequencies and mode shapes are obtained. In order to consider the opening and closing effects of the crack، the stiffness at the crack location is modeled by a bilinear function. The results show that the changes in vibration frequencies for a breathing crack are smaller than ones caused by an open crack. The results have been validated by the experimental and theoretical data reported in the previous studies. There is a good agreement between the results obtained through the proposed method and those obtained from the reported experimental data. This agreement shows that present model is more accurate than the previous ones، and it can predict the vibration behavior of beams more precisely.
    Keywords: Vibration analysis, Cracked beam, Hamilton's principle, Disturbance function, Bilinear stiffness model
  • Mahdi Bamdad, Arman Mardani Page 33
    In this paper، a new kind of gripper is designed. This universal gripper is proposed where different objects should be gripped easily، reliably within rapid succession without any feedback. By adding an annular balloon around the granular bag، a lateral force pushes the main membrane and increases the friction force between the bag and the load. According to the acquired test results reported in this paper، the modification on this new robotic gripping mechanism is effective and the success rate of the gripper is formulated considering the influential parameters and it can provide a good estimation for a gripper design.
    Keywords: Robotic gripper, Granular material, Lateral force
  • M.R. Mohaghegh, M. Malek Jafarian Page 47
    The present research simulates time-periodic unsteady transonic flow around pitching airfoils via the solution of unsteady Euler and Navier-Stokes equations، using Time Spectral Method (TSM) and compares it with the traditional methods such as BDF and Explicit Structured Adaptive Grid Method. The TSM uses a Fourier representation in time and hence solves for the periodic state directly according to physics of flow. Mathematical tools used here are discrete Fourier transformations. The TSM has been validated with 2D external aerodynamics test cases. These test cases are NACA 64A010 (CT6) and NACA 0012 (CT1 and CT5) pitching airfoils. Because of turbulence nature of flow، Baldwin-Lomax turbulence model has been used in viscous flow analysis with large oscillation amplitude (CT5 type). The results presented by the TSM are compared with experimental data and the two other methods. By enforcing periodicity and using Fourier representation in time that has a spectral accuracy، tremendous reduction of computational cost has been obtained compared to the conventional time-accurate methods. Results verify the small number of time intervals per pitching cycle (just four time intervals) required to capture the flow physics with small oscillation amplitude (CT6) and large oscillation amplitude (CT5) as compared to two other methods.
    Keywords: Time Spectral Method, Unsteady transonic flow, Pitching airfoil, Discrete Fourier transform, Baldwin, Lomax
  • Rahman Seifi, Zahra Abbasi Page 65
    In this paper، formation of wrinkling in bimetal deep drawing process has been investigated by the analytical، numerical and experimental methods. The effects of width of flange، fillet radii of matrix and punch، clearance of blank holder، contact conditions and relative thickness of two sheets on the number and height of wrinkle waves are studied. Clearance and contact conditions have the greatest impact on the number of waves while only clearance has significant effects on the height of waves. Increasing of the mandrel edge radius and relative thickness of tougher metal increase significantly the forming force. Variation of holder’s clearance and matrix edge radius have a little effects on the punching force.
    Keywords: bimetal deep drawing, friction, wrinkling, finite element method
  • Mohammad Mahdi Afsari, Seyed Ali Mirbozorgi, Hamid Niazmand Page 97

    In this paper، numerical investigation of a flat passive micromixer with heterogeneous surface properties that the flow through it، is driven by the electroosmotic flow have been presented. The governing equations، which consist of a Laplace equation for the distribution of external electric potential، a Poisson equation for the distribution of electric double layer potential، modified Navier-Stokes equations for the flow field، the Nernst-Planck equation for the distribution of ions concentration have been solved numerically for an incompressible steady flow of a Newtonian fluid using the finite-volume method. The key features of an ideal electro-osmotic flow with uniform zeta potential has been compared with analytical solutions for the ionic concentration and velocity fields for the validation of the numerical scheme. Results show that the arrangement of the heterogeneous surface properties has a significant impact on the efficiency of mixing. Maximum mixing efficiency is related to the condition that the asymmetry in the wall of the heterogeneous arrangement loads increase. The increase in intensity of the electric charge with constant power load of the electroosmotic micropump enhances the efficiency of mixing.

    Keywords: Mixing, Passive micromixer, Electroosmotic flow, Patchy charge distribution
  • M. Sabokrouh, S.M. Hashemi, M.R. Farahani Page 111

    In this paper، two API X70 steel pipes (with spiral seam weld) of 56 inch outside diameter and 0. 780 inch wall thickness were girth welded first. Next، hole drilling tests were conducted for strain measurement on the surfaces of the pipes. The values of residual stresses on the internal and external surfaces of the pipe were determined، from strain data using ASTM 837 standard. The experimental data showed that the maximum tensile residual stress (318MPa) was located on the centre line of the weld gap on the pipe outer surface alongside with the pipe hoop direction. Moreover، the maximum compressive (hoop and axial) residual stresses (137MPa) occurred on the pipe inner surface at 30mm from the centre line of the weld gap.

    Keywords: Residual stress, multi, pass girth weld, thermomechanical steel pipe, natural gas transmission, hole drilling, API X70
  • Mojtaba Haghighi Yazdi, Jafar Eskandari Jam Page 121
    In this paper، the capabilities of modeling linear viscoelasticty in a finite element method software package (COMSOL Multiphysics) have been investigated. The governing equations of linear viscoelasticity have been developed for 2D cases of plane stress and plane strain. These equations have been verified by solving a related engineering example. Since the developed equations are suitable for modeling multiphysics mechanisms، the presented model can also be used in modeling linear viscoleasticity coupled with other multiphysics phenomena.
    Keywords: Numerical Method, Finite Element Modeling, Linear Viscoelasticity, Rheological Model, Multiphysics