فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 16 (اسفند 1393)
  • سال چهاردهم شماره 16 (اسفند 1393)
  • فوق العاده
  • تاریخ انتشار: 1393/10/05
  • تعداد عناوین: 39
|
  • سهیل داریوشی، مجتبی صدیقی صفحات 1-8
    در این مقاله تئوری غیر خطی مرتبه بالای سازه های ساندویچی برای تحلیل رفتار یک تیر ساندویچی تحت بارگذاری استاتیکی ارائه شده است. در این تئوری، با فرض تغییر شکل های بزرگ برای کلیه اجزای سازه ساندویچی، روابط سینماتیکی رویه ها و هسته بر اساس تانسور کرنش گرین نوشته شد. در تئوری ارائه شده، رویه ها به صورت تیر تیموشنکو و هسته به صورت یک جسم دوبعدی که می تواند در راستای ضخامت فشرده شود، مدلسازی گردید. پس از ارائه فرمول بندی، معادلات با استفاده از اصل مینیمم انرژی پتانسیل استخراج و با بکارگیری روش نیوتن- رافسون حل شد. به منظور ارائه یک مثال با استفاده از این تئوری، نتایج مربوط به بارگذاری خمش سه نقطه ای برای یک تیر ساندویچی محاسبه گردید. البته به منظور مقایسه بهتر، نتایج مربوط به تحلیل خطی نیز ارائه شد. در قسمت تجربی، تیرهای ساندویچی با رویه های کامپوزیتی و هسته های از جنس لانه زنبوری نومکس با طول های کوتاه و بلند ساخته شدند و تحت آزمون خمش سه نقطه ای قرار گرفتند. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی با نتایج حاصل از آزمونهای تجربی نشان داد که تئوری غیر خطی ارائه شده پیش بینی های بهتری از رفتار تیر ساندویچی را نسبت به تئوری خطی ارائه می کند. همچنین مشاهده شد که میزان خطای تحلیل خطی با افزایش طول تیر افزایش می یابد. بعلاوه در یک مطالعه پارامتری تاثیر پارامترهای هندسی مانند طول تیر، ضخامت رویه و ضخامت هسته بر میزان اختلاف بین تحلیل خطی و غیر خطی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: تئوری مرتبه بالا سازه ساندویچی، تغییر شکل های غیر خطی، کرنش بزرگ، بررسی تجربی
  • رامین هاشمی، ایرج جلیلی، مهران عبدالمحمدی صفحات 9-16
    هدف از این پژوهش، آزمایش و تشریح مکانیزم فرآیند شکل دهی که آن را شکل دهی حرارتی می نامند، به همراه توسعه ابزار عددی برای محاسبه موثر و پیش بینی رفتار آن است. فرآیند شکل دهی شامل گرم کردن نمونه ورق فولادی در ناحیه خطوطی که از قبل مشخص شده، بوسیله تورچ و گاز استیلن برای ایجاد انحناء و فرم دهی مد نظر می باشد. امروزه این روش که بطور گسترده ای در تولید ورق پوسته و سازه بدنه کشتی بکار می رود، به عنوان یک فرایند جایگزین و یا مکمل سایر روش های شکل دهی در صنایع کشتی سازی از قبیل پرس و نورد می باشد. بکارگیری یک روش منطقی در انتخاب میزان حرارت و نحوه اجرای روش شکل دهی حرارتی، این فرایند را بسیار مقرون به صرفه خواهد کرد. لذا تحقیقات زیادی در خصوص کسب فناوری شکل دهی حرارتی انجام شده است. در این مقاله، آزمایش تجربی و شبیه سازی عددی روش حرارت خطی برروی ورق دریایی گرید E انجام شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل المان محدود حرارتی و مکانیکی و نیز نتایج آزمایش تجربی نشان داد که با استفاده از حرارت گاز اکسی-استیلن می توان انحنای ملایمی در ورق ایجاد نمود که در ساخت بدنه شناورها کاربرد دارد. اثر میزان حرارت ورودی و افزایش خطوط حرارتی در این تحقیق ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که با افزایش دو خط حرارتی در ورق با عرض 700 میلیمتر میزان تنش بیشینه 6 درصد افزایش می یابد و افزایش حرارت ورودی میزان خمیدگی را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: شکل دهی ورق شناور، روش حرارت خطی، تحلیل المان محدود، آزمایش تجربی
  • سیده طلیعه پوراشرف، رضا انصاری خلخالی صفحات 17-26
    در این پژوهش، برای تحلیل ارتعاشات واداشته غیرخطی نانوتیر های ساخته شده از مواد هدفمند در محیط حرارتی با در نظر گرفتن اثرات تنش سطحی و تئوری الاستیسیته غیرموضعی، یک روش حل دقیق پیشنهاد شده است. فرض می گردد که خواص فیزیکی نانوتیر های ساخته شده از مواد هدفمند بر مبنای قانون پخش توانی در راستای ضخامت تغییر کنند. معادله حرکت غیرخطی و شرایط مرزی متناظر، با استفاده از اصل همیلتون بر مبنای تئوری تیر اویلر-برنولی استخراج می شود. با استفاده از تئوری های الاستیسیته گورتین-مورداک و ارینگن، به ترتیب اثرات تنش سطحی و اثرات غیرموضعی در معادلات به دست آمده به کار گرفته شدند. به منظور حل مساله نیز، ابتدا روش گلرکین برای کاهش معادله دیفرانسیل حاکم غیرخطی با مشتقات جزئی به یک معادله دیفرانسیل غیرخطی معمولی به کار گرفته می شود. این معادله جدید با استفاده از روش اغتشاشات مقیاس های چندگانه به صورت تحلیلی حل می گردد. در قسمت نتایج، اثرات پارامترهای مختلف شامل شاخص قانون توانی، تنش سطحی، پارامتر غیرموضعی، شرایط مرزی و تغییرات دما بر پاسخ ارتعاشات واداشته غیرخطی نانوتیرها مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین، نتایج تئوری های الاستیسیته کلاسیک، گورتین-مورداک و ارینگن با یکدیگر مقایسه می شوند. نشان داده می شود که با کاهش ضخامت، اثر تنش سطحی سبب تعدیل ویژگی غیرخطی سخت شوندگی نانوتیر می گردد و این تاثیر در ضخامت های پایین بسیار مشهود است. همچنین، می توان دریافت که با افزایش پارامتر غیرموضعی، رفتار غیرخطی سخت شوندگی نانوتیر تشدید می شود.
    کلیدواژگان: نانو تیر ساخته شده از مواد هدفمند، ارتعاشات واداشته غیرخطی، اثر تنش سطحی، اثر غیرموضعی، حل دقیق
  • مصطفی غدیری، محمود موسوی مشهدی، مهدی غمامی صفحات 27-33
    یکی از فرآیندهایی که در چند سال اخیر مورد توجه محققان و مهندسین قرار گرفته است، فرآیند تولید فلزات ریزساختار فوق ریزدانه و نانو می باشد. هدف از ارائه و انجام این فرآیندها عمدتا تولید قطعات سبک وزن با استحکام و قابلیت اطمینان بالاست. روش های زیادی برای تولید مواد فلزی و بالکی شکل تا به حال ارائه شده است ولی علی رغم نیاز گسترده به لوله های با استحکام به وزن بالا کارهای به نسبت کمتری برای تولید لوله های با ساختار فوق ریزدانه و نانو ریزدانه انجام شده است. از مزایای این روش ها می توان به قابلیت صنعتی بالا، هزینه کمتر، کیفیت بالای قطعات به لحاظ همگنی اشاره نمود. به این منظور در این پژوهش طراحی یک قالب بهینه به منظور افزایش همگنی ریزساختار ماده و همچنین کاهش نیروی اعمالی فرآیند تولید لوله انجام شده است. قالب طراحی شده براساس فرآیند فشار در کانال های زاویه دار لوله ای موازی طراحی شده است. این فرآیند به دلیل دارا بودن نیروی مورد نیاز کمتر و همگنی بیشتر نسبت به سایر فرآیندها دارای مزیت می باشد. زوایای کانال ها، زوایای انحناء گوشه ها، نسبت تغییر شکل و شعاع های کانال ها، ضریب اصطکاک بین لوله و کانال و تعداد پاس ها از جمله پارامترهای موثر در فرآیند فوق می باشد،تاثیر پارامترهایفوق در میزان همگنی کرنش موثر و نیروی مورد نیاز فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، اجزاء محدود، لوله های فوق ریزدانه، کانال های زاویه دار لوله ای موازی
  • آیدین زه فروش، سیامک حسین پور صفحات 34-44
    در مقاله حاضر به بررسی جابجایی طبیعی نانوسیال آب-مس درون محفظه بسته ای که قسمتی از آن با ماده متخلخل با تولید حرارت داخلی پر شده است پرداخته میشود. نانوسیال مورد استفاده محلول مس-آب می باشد که برای تعیین خصوصیات آن از مدل های ماکسول و برینکمن استفاده شده است. به دلیل سرعت های پایین نانوسیال، از معادله دارسی-برینکمن جهت مدلسازی محیط متخلخل استفاده میگردد. به منظور بدست آوردن بیشترین برداشت انرژی از منبع حرارتی وابسته به دما، پارامترهای مختلفی مانند عدد رایلی، کسرحجمی نانوسیال، تخلخل ماتریس متخلخل و نسبت هدایت محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش کسر حجمی نانوسیال سبب افزایش نوسلت در تمامی تخلخل ها میگردد که این افزایش در تخلخل های پایین بیشتر خواهد شد. تغییرات نسبت هدایت ماتریس متخلخل تنها درتخلخل-های پایین اثرگذار بوده و سبب هدایت سریع حرارت تولید شده و افزایش دو برابری نوسلت خواهد شد. همچنین تغییرات تخلخل سبب ایجاد نقطه مینیمم برای نوسلت در تخلخل های دامنه 4/0 تا 6/0 خواهد گردید. با افزایش رایلی نفوذ نانوسیال به درون ماتریس متخلخل افزایش یافته و با خنک شدن ماتریس نوسلت بیشتری در تمامی دامنه تخلخل بدست می آید.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، محیط متخلخل، نانوسیال، تولید حرارت داخلی
  • محمد مهدی جلیلی، مهدی زارع مهرجردی، رضا رشیدی میبدی صفحات 45-56
    در پژوهش حاضر تاثیر میزان پیش بار بر رفتار دینامیکی غیرخطی یاتاقان ژورنال آیرودینامیکی غیرمدور دو لب با استفاده از روش حل عددی اجزاء محدود بررسی شده است. با فرض صلب بودن روتور، معادله رینولدز حاکم بر روانکاری یاتاقان گازی در حالت استاتیکی و دینامیکی استخراج شده و نتایج مربوط به عملکرد یاتاقان در مقادیر مختلف پریلود مورد ارزیابی قرار گرفته اند. همچنین جهت اعمال همزمان اثرات زمانی در معادلات دینامیکی حرکت روتور روش رانگ – کوتا مرتبه چهار بکارگرفته شده است. در نهایت به منظور سنجش کیفیت حرکت روتور در فضای لقی یاتاقان، با توجه به نتایج استخراج شده در بازه های زمانی مطلوب، نمودارهای پاسخ فرکانسی، طیف توانی، مسیر دینامیکی، نگاشت پوانکاره و نمودار دو شاخه گی مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج حاصل، بروز رفتارهای پریودیک، شبه نوسانی و بی نظم منجر به برخورد سطوح روتور و یاتاقان را به ازای مقادیر مختلف پیش بار آشکار می سازند. تحلیل نمودارها گویای آنست که در صورت انتخاب مجموعه ای از شرایط مناسب بارگذاری، طراحی و مونتاژ برای سیستم های دوار شامل یاتاقان آئرودینامیکی می توان رفتار دینامیکی مرکز محور را به نحوی کنترل نمود که از هرگونه حرکت اغتشاشی نامناسب و یا منجر به برخورد و سایش سطوح جلوگیری نمود.
    کلیدواژگان: یاتاقان ژورنال غیرمدور، روانکار گازی، رفتار دینامیک غیرخطی، نگاشت پوانکاره، نمودار دوشاخه گی
  • عبدالمجید خشنود، هومان مرادی مریم نگاری صفحات 57-66
    در طی یک مانور توسط یک ماهواره، صفحات خورشیدی انعطاف پذیر آن تحریک شده و شروع به نوسان می کنند. این ارتعاشات باعت پدید آمدن نیروهای اغتشاشی نوسانی می گردند که به بدنه صلب ماهواره نیز اعمال می شود. ارتعاشات ایجاد شده علاوه بر امکان به وجود آمدن ترک و در نتیجه شکست در صفحات خورشیدی بر اثر پدیده خستگی، بر روی بدنه صلب که در حال انجام کارهای دقیقی نظیر عکس برداری از سطح زمین و یا ارسال اطلاعات به پایگاهی در زمین است، اخلال ایجاد می کند. در نتیجه لازم است که از آن جلوگیری به عمل آید. در این مقاله، ابتدا معادلات دینامیکی یک ماهواره شامل یک قسمت صلب مکعب شکل و دو صفحه انعطاف پذیر استخراج شده است. سپس با استفاده از ترکیب نرم افزار های ANSYS و ADAMS بر روی مدل مذکور یک شبیه سازی دینامیکی انجام گرفته و نتایج با مدل تحلیلی مقایسه شده است. استراتژی کنترلی جدیدی برای کاهش ارتعاشات اجزاء انعطاف پذیر در سیستم های چندجسمی شامل اجزاء صلب و انعطاف پذیر ارائه شده است به این صورت که با حذف نوسانات از روی سرعت زاویه ای قسمت صلب، دامنه ارتعاشات اجزاء انعطاف پذیر کاهش می یابد. برای این منظور از یک سیستم کنترل تطبیقی و فیلتر باریک برای حذف نوسانات حاصل از ارتعاشات صفحات خورشیدی در فرآیند اندازه گیری استفاده شده است. در انتها نتایج حاصل از شبیه سازی سیستم کنترلی تطبیقی یک بار با در نظر گرفتن پدیده تشدید و بار دیگر بدون در نظر گرفتن آن آورده شده اند و مزیت های این روش مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ماهواره با صفحات انعطاف پذیر، مدل سازی دینامیکی اجسام چندجسمی، سیستم تطبیقی مدل مرجع، فیلتر باریک تطبیقی، شناسایی فرکانس ارتعاشی
  • حسین امیرآبادی، ابوالفضل فورگی نژاد، میلاد احمدی مجاوری صفحات 67-75
    فرآیند برش جت آب همراه با ذرات ساینده، شکاف برشی با لبه های زاویه دار و هندسه ای خاص بر روی قطعه کار تحت برش ایجاد می نماید. این موضوع باعث بروز محدودیت هایی در کاربردهای برش جت آب شده و یا نیاز به ماشینکاری لبه ها را در برخی موارد به وجود می آورد. در این مقاله نتایج تحقیقات انجام شده بر روی هندسه شکاف برش آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V در فرآیند برش جت آب همراه با ذرات ساینده ارائه گردیده است. بدین منظور از روش ترکیبی تاگوچی و تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی برای بهینه سازی همزمان مشخصه های هندسه شکاف برش در فرآیند برش آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V با جت آب همراه با ذرات ساینده که فرآیندی چند متغیره غیر خطی است، استفاده گردید. پارامترهای ورودی فرآیند برش جت آب همراه با ذرات ساینده، بر روی نرخ براده برداری و خصوصیات سطح برشکاری شده تاثیر می گذارند. پارامتر های ورودی فرآیند شامل فشار جت آب، سرعت پیشروی، نرخ ریزش ذرات ساینده و فاصله نازل تا سطح قطعه کار پارامترهای مورد مطالعه این تحقیق می باشند. انتخاب مناسب پارامتر های ورودی این فرآیند منجر به حداقل نمودن مشخصه های پهنای بالای شکاف برش، شیب شکاف برش و انحراف شکاف برش می شود لذا انتخاب مناسب پارامتر های ورودی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. نتایج به دست آمده از این روش نشان می دهد که روش ترکیبی تاگوچی و تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی یک راه حل مناسب برای بهینه سازی فرآیند جت آب همراه با ذرات ساینده است.
    کلیدواژگان: آلیاژ تیتانیوم Ti، 6Al، 4V، برشکاری جت آب همراه با ذرات ساینده، روش تاگوچی، تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی، بهینه سازی
  • محمدحسین پل، غلام حسین لیاقت، عرفان مهربانی یگانه، علی افروزیان صفحات 76-82
    در این مقاله، تغییر خواص کششی ماده مرکب چندلایه شیشه/ اپوکسی با الیاف بافته شده، بر اثر افزودن دو نوع نانو ذره مختلف، مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. نانو مواد مرکب با 12 لایه الیاف شیشه بافته شده با کسر حجمی الیاف 40 درصد و به روش لایه چینی دستی تولید شده است. سیستم رزین نیز از ایپون 828 به عنوان پایه اپوکسی و جف امین دی 400 به عنوان سخت کننده ساخته شده است. نانو رس معدنی و نانو سیلیکا به عنوان تقویت کننده به سیستم رزین (مجموع اپوکسی و سخت کننده) اضافه می گردند. نانو رس با نسبت های وزنی 0، 3، 5، 7 و 10 درصد و نانو سیلیکا نیز با نسبت های وزنی 0، 0.5، 1 و 3 درصد، درون رزین پخش می گردند. بررسی نتایج نشان می دهد که افزودن نانو رس در درصدهای پایین، تاثیر منفی بر خواص مکانیکی نانو ماده مرکب دارد. بیشترین افت خواص در 3 درصد وزنی مشاهده می شود. در 5 درصد وزنی نانو رس میزان جذب انرژی نمونه بیشینه است. در این حالت چقرمگی ماده 10% و استحکام کششی 7% افزایش را نشان می دهد. افزودن نانو سیلیکا به ماده مرکب برخلاف نانو رس، خواص را در درصدهای پایین بهبود می بخشد. بطوریکه بیشترین افزایش خواص مکانیکی را می توان در نانو ماده مرکب با 0.5 درصد وزنی نانو سیلیکا مشاهده نمود. در این حالت استحکام کششی 10%، کرنش شکست 14% و چقرمگی ماده 27% افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: نانو ماده مرکب، خواص مکانیکی، نانو رس، نانو سیلیکا
  • محمد نوابی، محمد ردایی صفحات 83-93
    خرابی های عملگر در یک سیستم می تواند باعث کاهش عملکرد سیستم، ناپایداری و حتی موجب حوادث و سوانح اسفباری گردد. لذا، کنترل تطبیقی هواپیما در حضور آسیب یکی از مهمترین موضوعات تحقیق در طراحی کنترل پرواز برای بالا بردن سطح ایمنی پروازها می باشد. آسیب باعث تغییرات ساختاری و عدم قطعیت های پارامتری می گردد که نیازمند یک مدل سازی جدید هواپیما و همچنین روش های کنترلی جدید می باشد. در این مقاله، ابتدا یک کنترل نامی مبتنی بر روش کنترلر تنظیم گر بهینه طراحی شده و نشان داده می شود که این کنترلر قادر به برخورد با خرابی نامعین عملگرها نبوده و عملکرد مطلوب حاصل نمی گردد. سپس، یک سیگنال فیدبک تطبیقی مبتنی بر روش کنترل تطبیقی مستقیم برای برخورد با عدم قطعیت ها (آسیب ها) طراحی می شود. طرح کنترل تطبیقی پیشنهادی برای یک مدل دینامیکی هواپیمای تجاری بزرگ که حرکت طولی و عرضی آن در نتیجه استفاده از مدل اختلاف تراست کوپل شده اند، پیاده سازی می شود. طرح کنترلی و مدل دینامیکی در حضور خرابی عملگرهای رادر، ایلرون و موتور اعمال می شوند. نوع آسیب در نظر گرفته شده برای این عملگرها از نوع قفل شدن در موقعیت در نظر گرفته شده و بداین معناست که بعد از زمان آسیب سطوح کنترلی در یک مقدار نامعین ثابت می شوند. آنالیز تحلیلی پایداری و نتایج شبیه سازی ها اثربخشی طرح پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: خرابی عملگر، کنترل تطبیقی، بازیابی پایداری، اختلاف تراست، ردیابی مجانبی
  • حسن امینی، حجت قاسمی، مرتضی خیاط صفحات 94-100
    برای انجام مطالعه تجربی در مورد هیدرودینامیک بسترسیال و پارمترهای موثر بر آن، یک بسترسیال طراحی و ساخته شد. این بستر، استوانه ای به قطر 14 سانتی متر است و ذرات آن شن سیلیکا در بازه 212 تا 700 میکرومتر بوده و توسط هوا با فشار و دمای محیط، سیال می شود. در این تحقیق ابتدا سرعت حداقل سیالیت برای ذرات مختلف به دست آمده و تاثیر اندازه ذرات و ارتفاع بستر بر روی این سرعت بررسی می شود. سپس افت فشار بستر و تاثیر ارتفاع و اندازه ذرات بر روی این سرعت مطالعه می شود. در پایان، نتایج حاصل از آزمایش برای سرعت حداقل سیالیت و افت فشار بستر با مقادیر محاسبه شده از روابط پیش بینی موجود، مقایسه می شود تا میزان انحراف این روابط با نتایج آزمایش ها مشخص شود. نتیجه این آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش اندازه ذرات، سرعت حداقل سیالیت افزایش می یابد. اما برای یک ارتفاع معین، اندازه ذرات تاثیری بر روی مقدار افت فشار بستر ندارد. افزایش ارتفاع بستر علاوه براینکه موجب افزایش افت فشار بستر می شود، سبب می شود تا سرعت حداقل سیالیت اندکی افزایش یابد اما این افزایش چشمگیر نبوده و قابل چشم پوشی می باشد.
    کلیدواژگان: سیالیت، بستر سیال، سرعت حداقل سیالیت، افت فشار بستر
  • محمدحسن جوارشکیان، امیر باقری، علی اسماعیلی، عبدالمجید زمانی فرد صفحات 101-111
    در این تحقیق حرکت فراز و فرود بالواره توسط یک روش عددی بر مبنای حجم محدود در رینولدزهای مختلف شبیه سازی و تاثیر ضخامت، فرکانس کاهیده و دامنه نوسان بر ضرایب آیرودینامیکی بررسی شده است. در روند عددی مذکور، از الگوریتم سیمپلسی، حل کننده ضمنی، اسکیم های مرتبه بالا و تکنیک شبکه های دینامیکی استفاده گردیده و جریان لزج، آرام، غیر قابل تراکم و ناپایا فرض شده است. شبیه سازی در سه عدد رینولدز 1000، 11000 و 50000 که به ترتیب مطابق با رژیم پروازی حشراتی مانند پروانه، پرنده کوچک مرغ مگس خوار و کبوتر است و در دو فرکانس کاهیده و سه دامنه نوسان انجام شده است. مقایسه نتایج این شبیه سازی با داده های منتشر شده، صحت تحقیق را تایید می نماید. توزیع فشار و گردابه های منتشره در اطراف بالواره نشان می دهند که تغییر ضخامت منجر به تاخیر در جدایش گردابه ها می شود و متوسط زمانی ضریب رانش تغییر پیدا می کند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که دامنه نوسان و فرکانس کاهیده دو پارامتر مهم می باشد اما فرکانس کاهیده نقش موثرتری از دامنه نوسان دارد. همچنین روش پاسخ سطح تقویت شده و برای بهینه سازی بالواره نوسانی استفاده گردیده است. نتایج حاصله نشان می دهد که بالواره با ضخامت 29/0، فرکانس 08/3 و دامنه نوسان بی بعد 5/0 بشترین نیروی رانش را ایجاد می کنند.
    کلیدواژگان: حرکت فرازوفرود، شبکه های دینامیکی، ضخامت بالواره، عدد رینولدز، رژیم پروازی پرندگان
  • محمد نوابی، سینا سلیمانپور صفحات 112-124
    از آنجا که معادلات سینماتیک و دینامیک وضعیت فضاپیما، معادلاتی غیرخطی هستند، برای کنترل در حالت واقعی تر باید از روش های کنترل غیرخطی استفاده شود. روش پسگام یک تکنیک سیستماتیک بر پایه لیاپانوف برای طراحی کنترل های پایدار سیستم های دینامیکی غیر خطی می باشد. از آنجایی که در عمل شاهد حضور اغتشاشات و عدم قطعیت های مختلف در سیستم هستیم، نیاز است که کنترلر طراحی شده قابلیت مقاومت در برابر این عدم قطعیت ها و اغتشاشات را داشته باشد. بنابراین در اینگونه موارد، از روش بهبود یافته ای به نام پسگام مقاوم استفاده می شود که در آن یک ترم دمپینگ غیرخطی به کنترلر اضافه می شود تا بتواند در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت های پارامتری سیستم مقاومت کند. در این مقاله، پس از استخراج معادلات سینماتیکی و دینامیکی فضاپیما بر حسب پارامترهای اصلاح شده رودریگز، با استفاده از روش پسگام استاندارد یک کنترلر پایدار وضعیت برای سیستم غیرخطی فضاپیما طراحی و پایداری آن توسط تئوری لیاپانوف اثبات می شود. سپس به منظور ایجاد مقاومت در سیستم در برابر عدم قطعیت در ماتریس اینرسی فضاپیما، با اضافه نمودن ترم دمپینگ غیرخطی به روش پسگام استاندارد، پسگام مقاوم بر روی سیستم معادلات فضاپیما پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازی، دقت تعقیب وضعیت و همچنین موفقیت آمیز بودن روش پسگام مقاوم برای مقاومت در برابر عدم قطعیت های پارامتری را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: کنترل غیرخطی، پسگام استاندارد، پسگام مقاوم، فضاپیما، پارامترهای اصلاح شده رودریگز
  • قاسم حیدری نژاد، محمدحسن فتح الله زاده، هادی پاسدارشهری صفحات 125-133
    در این مطالعه، با محاسبه بار سرمایی کویل در سیستم های توزیع هوای زیرسطحی، تاثیر دریچه های برگشت و خروج مجزا و ارتفاع دریچه برگشت بر مصرف انرژی، شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج تحقیق، هنگامی که ارتفاع دریچه برگشت به ترتیب برابر با 2، 3/1، 65/0 و 3/0 متر است، میزان کاهش مصرف انرژی نسبت به حالت بدون دریچه برگشت برابر با 9/10، 3/15، 9/18و 7/25 درصد می باشد. عوامل محدود کننده در میزان این کاهش، شرایط آسایش حرارتی ساکنان و کیفیت هوای داخل هستند. به همین منظور به کمک دینامیک سیالات محاسباتی(نرم افزار ایرپک با الگوریتم حل سیمپل با استفاده از مدل اغتشاشی صفرمعادله ای داخلی)، شاخص های آسایش حرارتی(میانگین آراء افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط و درصد نارضایتی افراد نسبت به شرایط گرمایی محیط)، شاخص نارضایتی حرارتی موضعی(گرادیان عمودی دما) و شاخص کیفیت هوای داخل(عمر متوسط موضعی هوا) با تغییر ارتفاع دریچه برگشت مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج، با کاهش ارتفاع دریچه برگشت از سقف تا کف، دمای هوای خروجی افزایش یافته و به سبب آن، اختلاف دمای هوا در جهت عمودی نیز افزایش می یابد. با بررسی های صورت گرفته، انتخاب موقعیت 3/1 متر(مرز بالایی ناحیه سکونت در حالت نشسته) برای دریچه برگشت، سبب صرفه جویی 3/15 درصدی در میزان مصرف انرژی با حفظ شرایط آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل می شود.
    کلیدواژگان: سیستم توزیع هوای زیرسطحی، مصرف انرژی، آسایش حرارتی، کیفیت هوای داخل
  • رضا پیل افکن، سید جاوید زکوی، سوده بخشی صفحات 134-142
    در کار حاضر تحلیل سه بعدی فرکانسی صفحه نسبتا ضخیم با در نظر گرفتن اثر سوراخ دایره ای با استفاده از تئوری سه بعدی الاستیسیته و روش حل عددی بدون المان با میانیابی شعاعی نقطه ای، ارائه شده است. با استفاده از این روش عددی، میانیابی متغیر میدان (مانند جابجایی) با استفاده از فقط گره های توزیع شده در حجم صفحه انجام می گیرد. به طوریکه به دلیل نبود ارتباط میان گره ها، توزیع مورد نظر به هر صورت دلخواه انجام پذیر می باشد. جنس صفحه، ماده با تابع هدفمند، متشکل از دو فاز فلز و سرامیک می باشد. به طوریکه خواص مکانیکی آن در هر سه جهت طول، عرض و ضخامت صفحه، به طور مستقل از هم با استفاده از مدل موری- تاناکا تغییر می کند. تاثیر شعاع سوراخ، توان های مختلف کسر حجمی ماده با تابع هدفمند در هر سه جهت طول، عرض و ضخامت صفحه و همچنین تاثیر شرایط مختلف مرزی روی فرکانس های طبیعی صفحه با استفاده از برنامه نوشته شده در نرم افزار متلب و شبیه سازی صورت گرفته در نرم افزار آباکس مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل با نتایج مقالات موجود مقایسه شده و نشان از دقت بالای روش مورد استفاده در کار حاضر دارد.
    کلیدواژگان: تحلیل فرکانسی، روش بدون المان، تئوری سه بعدی الاستیسیته، ماده با تابع هدفمند سه بعدی
  • محمدباقر نظری، امید عاصمی صفحات 143-151
    در این مقاله، ضریب شدت تنش برای یک ترک نیم بیضوی طولی در سطح داخلی یک استوانه جدار ضخیم به صورت تحلیلی و عددی تعیین شده است. استوانه به قدر کافی بلند در نظر گرفته شده است و تحت شوک حرارتی غیرفوریه ای (هذلولوی) سرمایشی در سطح داخلی به طور متقارن محوری قرار دارد. معادلات ترموالاستیسیته حاکم به صورت غیرکوپل حل شده اند. جواب تحلیلی معادله هدایت گرمایی پس از بی بعد سازی با روش جداسازی متغیرها استخراج می شود. ضریب شدت تنش برای عمق و گوشه های ترک با استفاده از روش تابع وزنی به دست می آید. نتایج رفتار متفاوت ترک تحت شوک حرارتی هذلولوی نسبت به مدل فوریه را نشان می دهد. در زمانهای ابتدایی اعمال شوک حرارتی، ضریب شدت تنش در عمق ترک به خصوص برای ترکهای با عمق نسبی کمتر در مدل هذلولوی بطور قابل ملاحظه ای بزرگتر از مدل فوریه است. ضریب شدت تنش عمق ترک برای دو مدل در ترکهای نازک تر مفدار بیشتری است. در گوشه ترک نیز ضریب شدت تنش برای مدل هذلولوی همیشه بزرگتر از مدل فوریه است. برخلاف بارگذاری مکانیکی، حداکثر ضریب شدت تنش ممکن است در گوشه ترک اتفاق بیفتد. مطابق نتایج، در نظر گرفتن مدل مناسب هدایت گرمایی در طراحی سازه ها تحت بارحرارتی گذرا اهمیت ویژه ای دارد.
    کلیدواژگان: ترک نیم بیضوی، ضریب شدت تنش، هدایت گرمایی هذلولوی، استوانه جدار ضخیم، روش تابع وزنی
  • مجید امین افشار، سپهر آقایی پور صفحات 152-162
    امروزه، تجهیز ساختمان با جداساز لرزه ای از روش های متداول مقاوم سازی لرزه ای ساختمان هاست. هدف اصلی این روش، کاهش جابجایی نسبی طبقات سازه و در عوض ایجاد حرکت جسم صلب در آن، از طریق نصب مصالحی نرم و انعطاف پذیر به نام الاستومر در پای ساختمان می باشد. با توجه به کثرت اجرای ساختمان های دارای پلان نامنظم و نیز شدت خسارت های ناشی از زلزله به این نوع سازه ها، در این مقاله، مکانیک اندرکنشی سازه نامتقارن جداسازی شده مطالعه می شود و معادلات حرکت آن در دو دستگاه مختصات، یکی نصب شده بر پایه ی ساختمان (مختصات کلی) و دیگری نصب شده بر کف طبقه جداساز در حال دوران (مختصات محلی)، ارائه می گردد. در دیدگاه متداول، معادلات حرکت در سیستم مختصات نخست به فرم خطی بدست می آیند، حال آنکه در نگرش جدید پیشنهادی این تحقیق، بررسی مکانیک حرکت در سیستم مختصات دومی، به معادلاتی از نوع غیرخطی منجر می شود. سه نوع سازه با نسبت های فرکانس طبیعی همبسته پیچشی-جانبی به فرکانس طبیعی جهت متقارن معرفی می-گردد. پاسخ های دو مدل خطی و غیرخطی برای 3 نوع سازه، تحت اثر تحریکات هارمونیک و زلزله در تحلیل تاریخچه زمانی و محتوای فرکانسی با یکدیگر مقایسه می-گردند. مشاهده می شود که در برخی موارد، تفاوت هایی بین دو مدل خطی و غیرخطی وجود دارد. سپس بروز برخی از پدیده های غیرخطی نظیر اشباع، انتقال انرژی بین مدها، و جابجایی صلب در این نوع سازه ها بررسی می شود.
    کلیدواژگان: مکانیک غیرخطی، جداساز لرزه ای، سازه نامتقارن، پدیده های غیرخطی
  • یوسف حجت، علی اصغر مداح، مجتبی قدسی، سهیل طالبیان، محمدرضا آشوری صفحات 163-169
    هدف این مقاله، به دست آوردن چیدمان بهینه آهنرباهای دائم در یک میراگر جریان گردابی بدون تماس است که منجر به بیشترین ضریب میرایی (c) در بین میراگرهای ساخته شده با ابعاد مشابه شود. در این مقاله تئوری جریان گردابی بررسی شده و با حل معادلات تئوری با استفاده از مدلسازی عددی، پارامترهای موثر در میرایی و نسبت بهینه هسته و آهنربا برای ابعاد مورد نظر به دست آمده است. برای صحت سنجی نتایج، یک میراگر با ابعاد به دست آمده طراحی و ساخته شده است. یک مجموعه آزمایشگاهی نیز برای تست میراگر ساخته شده است. ضریب میرایی به دست آمده از مدل ساخته شده برابر با (NS/m)5/69 و ضریب میرایی تجربی (NS/m)37/68 بوده که دقت بالای مدل را نشان می دهد. ضریب میرایی میراگر ساخته شده با میراگری با همین ابعاد مقایسه شده که %5/22 افزایش نشان می دهد. با استفاده از نرم افزار متلب و پاسخ فرکانسی بدست آمده، افزایش پهنای باند و کاهش دامنه ارتعاشات در میراگر جریان گردابی مورد بررسی قرار گرفته است که کاهش دامنه در قله های پاسخ فرکانسی را به میزان 20 دسیبل نشان می دهد.
    کلیدواژگان: میراگر جریان گردابی، میراگر غیر فعال، شبیه سازی عددی، جریان گردابی
  • فرید وکیلی تهامی، رضا حسن نژاد قدیم، اکبر رسولیان صفحات 170-180
    امروزه بهینه سازی یکی از موضوعات مهم در علوم مهندسی و صنعت بوده و برای رقابت در عرصه ی طراحی و تولید، استفاده از این روش در طراحی تمامی قطعات مکانیکی امری حیاتی است. از این رو می بایست به دنبال طرحی بهینه بود که در عین سادگی، امکان تولید داشته باشد. در صنایع هوافضا دو مسئله ی وزن و عمر قطعات بسیار حائز اهمیت هستند و از آنجایی که گیربکس یکی از مهم ترین بخش ها در سیستم پیشرانه ی هلیکوپتر می باشد مسئله ی بهینه سازی وزن و اطمینان از استحکام خستگی آن از اهمیت دوچندان برخوردار می شود. طرح های موجود بیشتر برمبنای یکی از این اهداف ارائه شده اند اما در واقع طرحی بهینه خواهد بود که هدف های مختلف را دربر گیرد. از این رو در این مقاله، مقادیر مناسب پارامترهای طراحی شامل مدول عمودی و عرض چرخدنده های گیربکس اصلی هلیکوپتر سیکورسکی ASH-3D با استفاده از بهینه سازی چندهدفه ی گسسته-پیوسته ی ترکیبی در جهت طراحی بهینه ی گیربکس از نظر کاهش وزن، افزایش ضریب اطمینان کمینه و کاهش اختلاف ضرایب اطمینان بیشینه و کمینه ی مجموعه ی چرخدنده ها تعیین شده و در نهایت نیز نتایج با طرح تولیدشده توسط سیکورسکی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده در بهینه سازی تک هدفه حاکی از کاهش 24/27 درصدی جرم چرخدنده های طرح بهینه در مقایسه با گیربکس صنعتی به کاررفته در هلیکوپتر سیکورسکی ASH-3D می باشند. نتایج بهینه سازی های دوهدفه و سه هدفه نیز به صورت جبهه ی پارتو ارائه شده اند و جواب هایی با حالات حدی به عنوان نمونه آورده شده اند.
    کلیدواژگان: گیربکس هلیکوپتر، خستگی، وزن، بهینه سازی چند هدفه ی گسسته، پیوسته ی، جبهه ی پارتو
  • خلیل خلیلی، مهدی دانش صفحات 181-189
    پایش وضعیت ابزار برشی یکی از عوامل مهم در فرآیند براده برداری می باشد. روش های مختلفی برای پایش وضعیت ابزار در تراشکاری مورد استفاه قرار گرفته است. اندازه گیری جریان موتور یکی از روش های غیر مستقیم در پایش وضعیت سایش ابزار می باشد. مزیت روش اندازه گیری جریان موتور در مقایسه با سایر روش های پایش وضعیت ابزار، هزینه پایین سنسور آن و عدم ایجاد اختلال در فرآیند براده برداری می باشد. در این مقاله تاثیر سایش و شکست ابزار بر مشخصه های هارمونیکی جریان بررسی گردیده و در نهایت روشی بر اساس انتگرال حاشیه ای زمان-فرکانس جریان موتور اسپیندل AC جهت اندازه گیری غیر مستقیم سایش و شکست ابزار ارائه گردیده است. به منظور راستی آزمایی سیستم پیشنهادی، ارتعاشات ابزار در راستای پیشروی با استفاده از شتاب سنج نصب شده بر روی بدنه ابزار اندازه گیری شده و از سیستم بینایی جهت اندازه گیری مستقیم سایش ابزار و ردیابی وضعیت ابزار از روی بافت سطح قطعه کار استفاده شده است. سیستم پیشنهادی بر روی مواد و اینسرتهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج نشان داد سیستم پیشنهادی با دقت مناسبی در کاربردهای عملی قابل استفاه می باشد.
    کلیدواژگان: پایش وضعیت، سایش ابزار، جریان موتور، انتگرال حاشیه ای زمان، فرکانس
  • فروغ عباسی پریزد، بهروز حسنی، حسین قاسم نژاد مقری صفحات 190-200
    بهینه سازی شکل سازه های پوسته ای با توابع هدف و قیود مختلف از جمله قید تنش موضوع این مقاله است. برای مدلسازی شکل از توابع بی-اسپلاین استفاده شده است که امکان تولید هندسه هموار با هر شکل دلخواه را به کمک تعداد کمی از پارامترها فراهم ساخته و متغیرهای طراحی مسئله بهینه سازی را تشکیل می دهند. برای تحلیل سازه از روش اجزای محدود با المان پوسته چهار گرهی ویلسون استفاده شده است. برای یافتن شکل بهینه، در هر گام از مسئله بهینه سازی مراحل تولید شبکه اجزای محدود، تحلیل سازه، تحلیل حساسیت و به هنگام کردن مدل هندسی، به طور متوالی تا حصول همگرایی انجام می شود. بیشینه کردن سختی سازه با قید حجم مصالح و نیز کمینه سازی وزن سازه با در نظر گرفتن تنش فون میزس به عنوان قید از جمله مسائل طرح شده در این مقاله هستند. در هر دو نوع مسائل مختصه قائم نقاط کنترلی توابع بی اسپلاین به عنوان متغیر طراحی در نظر گرفته شده است و از روش برنامه ریزی ترتیبی درجه دوم (SQP) برای حل مسئله بهینه سازی استفاده شده است. از آنجا که استفاده از این روش مستلزم مشخص بودن مقادیر مشتقات توابع هدف و قید در مسئله بهینه سازی است، در هر گام، تحلیل حساسیت به روش تفاضل های محدود انجام شده است. شکلهای هموار حاصل از بهینه سازی و نیز نمودارهای همگرایی تابع هدف مثالهای ارائه شده، نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی در بهینه سازی شکل سازه های پوسته ای می باشد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی شکل، پوسته های با شکل دلخواه، المان پوسته ویلسون، اجزای محدود، توابع بی، اسپلاین
  • سید جلال هاشمی، حسن مسلمی نایینی، غلامحسین لیاقت، جواد شهبازی کرمی، امیرحسین روحی صفحات 201-211
    پیش بینی پارامترهای فرآیندی بحرانی منجر به ترکیدگی و محل رخ دادن ترکیدگی در فرآیند هیدروفرمینگ گرم لوله مساله کلیدی در طراحی قطعات هیدروفرمینگ می باشد. در این مقاله برای پیش بینی حد شکل دهی لوله های آلومینیومی AA6063 در دمای بالا معیارهای شکست نرم اصلاح شده اند به طوری که تاثیر تغییرات دما و نرخ کرنش در شکست در نظر گرفته شود. برای کالیبره کردن معیارهای شکست نرم اصلاح شده از آزمایش های کشش در دماها و نرخ کرنش های مختلف استفاده شده و توابع کرنش شکست و کار شکست بر حسب پارامتر زنر – هولومن بدست آمده اند. فرآیند هیدروفرمینگ لوله یک قطعه مربعی در دمای بالا در نرم افزار آباکوس شبیه سازی و منحنی های بارگذاری با تغذیه محوری متفاوت بر روی لوله اعمال شده تا شعاع گوشه شکل گرفته به وسیله معیارهای شکست اصلاح شده پیش بینی شود. برای استفاده از معیارهای شکست نرم در روش اجزای محدود یک زیربرنامه نوشته شد. یک دستگاه هیدروفرمینگ گرم ساخته شده و پیش بینی معیارهای شکست نرم اصلاح شده با نتایج تجربی در دماهای مختلف مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که معیارهای شکست نرم اصلاح شده محل رخ دادن ترکیدگی را به خوبی مشخص می کنند. بیشترین نازک شدگی در ناحیه انتقال رخ می دهد که لوله تماس خود را با قالب از دست می دهد. هم چنین معیار آیادای اصلاح شده با خطای کمتری نسبت به دیگر معیارها شعاع گوشه قطعه مربعی را در دماهای بالا پیش بینی می کند و با توجه به نزدیکی پیش بینی این معیار نسبت به نتایج تجربی می توان از آن برای پیش بینی ترکیدگی لوله آلومینیومی در دمای بالا استفاده کرد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ گرم لوله، معیار شکست نرم اصلاح شده، ترکیدگی
  • مرتضی سرادار، علی باستی، محمد زعیمی صفحات 212-222
    دراین مقاله، نمودارحدشکل دهی دینامیکی به عنوان یک معیار شکست برای فولاد St13بررسی شده است. درواقع اثر نرخ کرنش های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. این معیار شکست بر اساس مدل مارسینیاک و کوزینسکی می باشد و حل معادلات با استفاده از روش نیوتن به انجام رسیده است. بعد از حل معادلات سه نوع نمودار حد شکل-دهی به دست آمده است: نمودار حدشکل دهی غیر وابسته به نرخ کرنش، وابسته به نرخ کرنش و نمودارحدشکل دهی دینامیکی. معیار آسیب دینامیکی نمودارحدشکل دهی را در هر نرخ کرنش بررسی می کند. ملاحظه می شود که با افزایش نرخ کرنش حد شکل دهی افزایش پیداکرده است. هم چنین به منظور لحاظ کردن رفتارناهمسانگردی و الاستیک پلاستیک ماده به ترتیب معیارتسلیم ناهمسانگرد Hill 1948 و رابطه سخت شوندگی سویفت استفاده شده است. هم چنین این مقاله به ویژگی های کششی تک محوره و شکل پذیری ورق فلزی در رابطه با اثرات نرخ کرنش پرداخته است. برای تایید نتایج، آزمایش های تجربی با یک چکش ضربه ای به انجام رسیده است که یک دستگاه ضربه ای سرعت بالا می باشد. برای مقایسه بین معیارهای آسیب شبه استاتیکی و دینامیکی، تمام مراحل آزمایش در نرم افزار المان محدود Abaqus شبیه سازی شده و نتایج با یکدیگر مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: نرخ کرنش، نمودارحد شکل دهی، تحلیل شبه استاتیک، رفتار ناهمسانگردی
  • امین موسایی، کوروش گودرزی، جلیل عباسی صفحات 223-230
    در این مقاله، یک مدل بستگی جبری برای شبیه سازی مستقیم عددی کاهش درگ آشفته در جریان کانال به کمک افزودنی های میکروفیبر پیشنهاد شده است. این مدل توسعه ای از یک مدل موجود در جهت رفع برخی نواقص آن است. در این مدل پیشنهادی، با در نظر گرفتن تانسور همبستگی سرعت در فرآیند مدل سازی، شرایط فیزیکی بیشتری از جریان آشفته در مدل دخیل است. با این کار، بخشی از نواقص مدل های جبری قبلی بر طرف شده است. مدل پیشنهادی برای شبیه سازی مستقیم عددی کاهش درگ آشفته در یک جریان کانال افقی تحت گرادیان فشار ثابت بکار رفته است. برای این منظور، معادلات ناویر-استوکس سه بعدی و وابسته به زمان برای جریان تراکم ناپذیر یک سیال غیرنیوتنی به صورت عددی حل شده است. کمیت های آماری بدست آمده از مدل جدید در مقایسه با شبیه سازی حل دقیق مونت-کارلو و مدل های جبری پیشین آورده شده اند. انطباق خوب نتایج نشان از دقت مناسب مدل جدید دارد. بطور خاص، جذر متوسط مربعات نوسان های سرعت در جهت اصلی جریان با دقت بسیار بیشتری نسبت به مدل های قبلی پیش بینی شده است. دیگر کمیت های آماری نیز با دقت مناسبی محاسبه شده اند. این مدل همه ویژگی های جریان کاهش درگ یافته به کمک میکروفیبر را پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: جریان کانال آشفته، کاهش درگ، مدل بستگی جبری، شبیه سازی مستقیم عددی، تانسور همبستگی سرعت
  • صالح فلاح، بهزاد قدیری، قاسم حیدری نژاد صفحات 231-242
    بررسی پدیده های مرتبط با برهمکنش سازه-سیال در توربوماشین ها با جریان گذرصوتی به لحاظ وجود رفتارهای ناپایدار جریان اهمیت دوچندانی پیدا می کند. محدودیت-های جدی روش های تجربی رویکرد محققان این حوزه به روش های عددی را توسعه بخشیده است. اما هزینه محاسباتی زیاد روش های عددی در شبیه سازی آیرودینامیک و آیروالاستیک مدل کامل توربوماشین ها، استفاده از مدل های ساده تر دوبعدی به منظور بررسی کیفی پدیده ها را اجتناب ناپذیر کرده است. در این مقاله با استفاده از حلگر توانمند سی اف ایکس جریان گذرصوتی عبوری از کسکید فن ثابت و فن با پره میانی با نوسانات هارمونیک اجباری شبیه سازی شده و الگوی تغییرات مشخصات آشفتگی جریان مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور جلوگیری از واگرایی حل و دستیابی به نتایج دقیق تر الگوریتم حل مرحله ای ابداع شده است. از طرف دیگر، برای حرکت شبکه دینامیکی اطراف پره نوسانی از روش فنری با فنرهای پیچشی خطی استفاده شدهاست. کیفیت شبکه با بررسی بیشینه ماخ و تغییرات y+ مورد ارزیابی و انتخاب قرار گرفته است.مقایسه نتایج بدست آمده با داده های تجربی موجود بیانگر اختلاف معناداری در نقاط قرارگیری گردابه های جداشده و دوباره چسبیده هستند. این تفاوت، لزوم استفاده از مدل آشفتگی دقیق تر را در شرایط وجود جدایش وسیع اثبات می کند. در این مقاله اثر هندسه پره، جدایش های جریان و نوسانات پره میانی بر الگوی جریان و مشخصات آشفتگی جریان گذرصوتی کسکید توربوماشین بررسی شده اند. نتایج بدست آمده، تاثیر هر کدام از عوامل ذکر شده را بر انرژی جنبشی و فرکانس اتلاف آشفتگی تبیین می-کند.
    کلیدواژگان: آشفتگی جریان توربوماشین ها، کسکید نوسانی، جریان گذرصوتی، فن گذرصوتی
  • حسن سالاریه، کاوه مرات، آریا الستی، علی مقداری صفحات 243-251
    در این مقاله به موضوع پایداری سیستم های تصادفی قطعه قطعه هموار که زیر مجموعه ای از سیستم های هیبرید تصادفی هستند، پرداخته می شود. در اینجا سیگنال های نویز در زیرسیستم های به صورت جمعی در نظر گرفته می شود که دامنه آن هادر نقطه تعادل سیستم صفر نمی شود. این نویزها مانع پایداری نمایی تصادفی سیستم های هیبرید تصادفی می شوند که این نوع پایداری نمایی به صورت گسترده در مقالات مورد بحث قرار گرفته است. همچنین پرش های بین زیرسیستم ها در این دسته از سیستم ها وابسته به متغیرهای پیوسته سیستم بوده که فرآیند بررسی پایداری را پیچیده تر می کند. قضیه ارائه شده با در نظر گرفتن نویز جمعی و پرش های وابسته به متغیرهای حالت، برای سیستم های تصادفی قطعه قطعه غیرخطی، حد بالایی برای ممان دوم تصادفی یا واریانس متغیرهای حالت سیستم ارائه می دهد و همچنین تضمین می کند که تابع چگالی احتمال پاسخ یک سیستم پایدار به حالت پایا می رسد. سپس مساله برای حالت خطی در این دسته از سیستم ها بررسی شده، شرایط پایداری با نامساوی ماتریسی خطی ارائه می شود،که در نتیجه آن حد بالایی روی کوواریانس متغیرهای حالت به دست می آید. سپس برای بررسی درستی قضیه پیشنهاد شده، حل معادلات فوکر پلانک که تحول تابع چگالی احتمال سیستم را مشخص می کند مورد مطالعه قرار می گیرد. برای مشکل ناشی از پرش های تصادفی در شرایط مرزی این دسته از سیستم ها، راه حل مناسب و ابتکاری ارائه شده است، و با روش حجم محدود معادلات با مشتقات پاره ای مذکور در یک مثال حل شده تا صحت نتایج قضیه به صورت عددی بررسی شوند.
    کلیدواژگان: سیستم هیبرید تصادفی، پایداری تصادفی، معادلات فوکر پلانک، تابع چگالی احتمال
  • مجتبی رحیم پور، کیومرث مظاهری، سید حسین سیدین صفحات 252-260
    در کار حاضر، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی اثر تغییر زاویه مشعل بر کارکرد کوره دوار ذوب آلومینیوم بررسی شده است. مدل عددی ارائه شده از این کوره فرآیندهای احتراق مغشوش و غیرپیش آمیخته گاز طبیعی و اکسیژن، تشعشع، دوران بدنه، ذوب آلومینیوم و اکسایش آلومینیوم را در نظر می گیرد. در این مدل با توجه به پدیده هایی که در قسمتهای مختلف کوره دوار ذوب آلومینیوم رخ می دهد، کوره به سه ناحیه لایه دیرگداز، ناحیه احتراق و ناحیه ذوب تقسیم شده است. بین این نواحی امکان تبادل جرم وجود نداشته و تنها انتقال حرارت ممکن است. نتایج حل عددی نشان داد با افزایش زاویه مشعل از o0 تا o15 به دلیل اختلاط بیشتر سوخت و اکسنده و افزایش زمان اقامت گازهای داغ در ناحیه احتراق، کارایی کوره بهبود یافته و نرخ تهیه آلومینیوم مذاب مرتبا افزایش می یابد. اما نزدیک شدن شعله به لایه دیرگداز و گرم شدن بیش از حد آن باعث می شود استفاده از زاویه های مشعل بیشتر از o10 عملی نباشد. به این ترتیب با تغییر زاویه مشعل از o0 به o10، زمان کارکرد کوره 35 دقیقه کاهش و بازده حرارتی کوره از 65% به 7/74% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کوره دوار ذوب آلومینیوم، دینامیک سیالات محاسباتی، اختلاط، نرخ تهیه مذاب
  • مهران کدخدایان، علی گله داری، سعید حدیدی مود صفحات 261-271
    با توجه به اهمیت جذب انرژی در صنایع مختلف، جاذب های ضربه سبک از جمله سازه لانه زنبوری تحت بارگذاری درون و برون صفحه ای مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق ابتدا رابطه تحلیلی برای تنش مسطح با در نظر گرفتن مدل سخت شوندگی توانی ارائه شده است. با استفاده از رابطه کرنش قفل شدگی و انرژی کرنشی، رابطه ی میزان انرژی ویژه جذب شده توسط سازه لانه زنبوری مدرج استخراج شده است. به منظور راستی آزمایی روابط تحلیلی استخراج شده، مسئله برای پنج نوع آلومینیوم مختلف در محیط نرم افزار آباکوس برای مدل ماده با سخت شوندگی توانی و مدل کشسان-کاملا مومسان شبیه سازی شده است. به منظور صحت سنجی روش شبیه سازی عددی، آزمون ضربه بر روی یک سازه لانه زنبوری مدرج انجام شده است. پس از مقایسه نتایج عددی و تجربی، انطباق مناسبی بین نتایج وجود دارد. برای دو مدل ماده، میزان انرژی جذب شده حاصل از حل عددی با حل تحلیلی مقایسه شده که مدل سخت شوندگی توانی انطباق بیشتری را نشان داده است. در مرحله اول بهینه سازی با استفاده از روش برنامه ریزی درجه دوم متوالی و الگوریتم ژنتیک، نسبت جرم سازه به انرژی جذب شده کمینه شده است. در مرحله دوم، با در نظر گرفتن پارامتر های هندسی بهینه، خواص مادی هر ردیف با هدف افزایش انرژی ویژه تغییر داده شده است. بر اساس نتایج بهینه سازی، با ثابت نگه داشتن جرم سازه ظرفیت جذب انرژی آن نسبت به مدل اولیه در مرحله اول %18 و در مرحله دوم %264 افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سازه لانه زنبوری مدرج، بارگذاری ضربه ای درون صفحه ای، سخت شوندگی توانی، انرژی ویژه، بهینه سازی
  • مازیار شفایی، پرویز محمدزاده، عباس الکایی بهجتی، سعید عباسی صفحات 272-282
    این مقاله بر روی مدل سازی جانمایی اجزا و بهینه سازی آن متمرکز می باشد. یک سامانه کنترلی فضایی به عنوان نمونه مطالعاتی انتخاب شده است. اکثر کارهای تحقیقاتی انجام شده در این حوزه، المان های طراحی را به صورت اجزای ثابت در طول زمان در نظر گرفته اند. در این مقاله رویکرد جدیدی بر مبنای جرم متغیر اجزا مطرح شده است که در آن تابع هدف کمینه کردن دامنه تغییرات مرکز جرم در مدت کارکرد سامانه می باشد. برای انجام جانمایی از دو روش تعامل انسان و کامپیوتر و روش مبتنی بر بهینه سازی استفاده شده است. در فاز مدل سازی، مشخصات تمامی اجزای سامانه به دست آمده اند. مدل ریاضی دربردارنده تابع هدف، قیود، متغیر ها و پارامتر ها می باشد. این مدل ریاضی اصلی ترین نقش را در انتخاب روش بهینه سازی ایفا می کند. بر مبنای مدل ریاضی و فضای طراحی، روش بهینه سازی مبتنی بر محاسبه گرادیان تابع هدف استفاده شده است. با پیاده سازی این الگوریتم، جانمایی بهینه ارائه شده و نتایج روش بهینه سازی و روش تعامل انسان و کامپیوتر با یکدیگر مقایسه شده اند. مقایسه نتایج بیانگر این واقعیت است که تکنیک های بهینه سازی به طور قابل ملاحظه ای می تواند نتایج مسئله جانمایی را بهبود بخشد. در پایان نیز روش مورد استفاده و نتایج به دست آمده در این مقاله با نتایج ارائه شده در مقالات مشابه مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و اعتبار سنجی شده اند. مقایسه نتایج نشان دهنده کارایی بالاتر و دقت بیشتر روش پیشنهادی در این مقاله در حل مسئله جانمایی می باشد.
    کلیدواژگان: سامانه کنترلی فضایی، مرکز جرم، بهینه سازی، روش های گرادیانی، الگوریتم برنامه ریزی مرتبه دوم متوالی
  • محمدحسن جوارشکیان، محمدرضا صابر صفحات 283-290
    در این تحقیق، دو پره بهینه شده و مبنا یک توربین بادی محور افقی از دیدگاه ایروالاستیسیته مقایسه شده اند. به منظور بهینه سازی پره، ابتدا با استفاده از تئوری المان پره BEM، وتر و زاویه نصب بهینه در مقاطع مختلف شعاعی پره محاسبه می شود. سپس شکل بالواره ها نیز توسط حل جریان لزج، الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی در زوایای حمله مختلف بهینه می گردد و در نهایت شکل پره بهینه شده استخراج میشود. شبکه بکار گرفته شده از نوع بی سازمان با المان های چهار وجهی میباشد. در روند شبیه سازی جریان سیال از الگوریتم سیمپل و روش مرتبه دوم بالا دست استفاده شده است. در ابتدا نیروهای فشاری و لزجی توسط حل دینامیک سیالات محاسباتی برروی گره های شبکه پره محاسبه می شوند، سپس این نیروها بطور مستقیم در تحلیل الاستیسیته پره مورد استفاده قرار می گیرند. در این مرحله، علاوه بر نیروهای ایرودینامیکی، نیروهای اینرسی حاصل از چرخش پره توربین باد نیز در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از تحلیل ایرودینامیکی برروی پره ها حاکی از افزایش راندمان و اختلاف فشار بیشتردر طرفین پره بهینه شده میباشد. نتایج حاصل از تحلیل تنش-کرنش نیز نشان میدهد که تنش ماکزیمم در پره بهینه شده کمتر از پره مبنا، ضریب اطمینان و توان متوسط توربین با پره بهینه نیز بیشتر از پره مبنا می باشد.
    کلیدواژگان: توربین باد، تئوری BEM، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی، بهینه سازی
  • علی اشرفی زاده، علی اکبر حسینجانی میاندهی صفحات 291-301
    در این مقاله به بررسی عددی تغییر فرکانس و دامنه نوسان بر جریان حول باله در حرکت نوسان پیچشی پرداخته شده است. یک روش حل عددی برای بررسی این جریان ارائه شده که می توان آن را شکل بهبود یافته خانواده ای از روش های مرز غرق شده موسوم به روش های نیرو مستقیم تلقی نمود. در این روش پیشنهاد شده است که از تقریب مرتبه اول زمانی به جای حل دستگاه معادلات، برای محاسبه نیرو در نقاط لاگرانژی استفاده شود. روش های مرز غرق شده به دلیل استفاده از یک شبکه کارتزینی ثابت، در مسایل با مرز متحرک بسیار کارآمد می باشند. برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی، از داده های معتبر مربوط به جریان حول استوانه های ثابت و نوسانی استفاده شده است. در این پژوهش علاوه بر کانتورهای ورتسیته و نمودار های ضرایب برآ و پسا، نحوه توزیع انرژی جنبشی منتقله به میدان جریان و تغییرات آن به واسطه تغییر دامنه و فرکانس حرکت باله نیز ارائه شده است. نتایج حاصل شده از این تحقیق نشان می دهد که با افزایش دامنه نوسان به بالاتر از 77/1 در یک عدد استروهال ثابت،22 /0 الگوی ایجاد گردابه های دنباله باله به هم خورده و در دامنه نوسان،80/2 جریان عملا ماهیت آشوبناک به خود می گیرد. علاوه بر این در دامنه نوسان ثابت71 /0 با افزایش عدد استروهال به بالاتر از،3/0 نظم ایجاد گردابه ها به هم خورده و درعدد استروهال 4/0 رفتار غیر متقارن گردابه ها قابل مشاهده است.
    کلیدواژگان: باله های نوسان گر، روش مرز مستغرق، کانتورهای ورتیسته، کانتورهای انرژی جنبشی
  • محمود سلیمی، داود شاهقلیان قهفرخی صفحات 302-310
    زمانی که دو جسم روی سطح مشترکی لغزش می کنند زبری های آن ها با یکدیگر درگیر شده و تغییر شکل می یابند و اصطکاک دینامیکی را به وجود می آورند با اعمال نوسانات آلتراسونیک به یکی از این دوجسم، نیروی اصطکاک بین دو جسم کاهش می یابد. آزمایشات نشان می دهد که نیروی اصطکاک بین دو جسم برای مواد مختلف می تواند تا 60 درصد کاهش یابد که این خاصیت در فرآیندهای شکل دهی و فرآیندهای ماشینکاری کاربرد بسیار زیادی دارد. بنابراین این نوسانات را می توان به عنوان یک روانکار با بازدهی بالاتر و آلودگی کمتر به جای روانکارهای شیمیایی استفاده کرد. در این تحقیق یک مدل الاستیک- پلاستیک از تماس سطوح ارائه شده است که قابلیت پیش بینی نیروی اصطکاک بین دو جسم در حضور نوسانات آلتراسونیک را داراست. نتایج مدل ارائه شده با نتایج تجربی مقایسه شده است و اختلاف آنها کمتر از 10 درصد می باشد. همچنین مدل ارائه شده با مدل دانگ نیز مقایسه شده است که نتایج، دقت بهتر در پیش بینی نیروی اصطکاک نسبت به مدل دانگ را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: مدل سازی، اصطکاک لغزشی، نوسانات آلتراسونیک، زبری، سطح تماس
  • محمدرضا سلطانی، مهدی عابدی، جواد سپاهی یونسی صفحات 311-320
    یک ورودی هوای مافوق صوت تقارن محوری از نوع تراکم ترکیبی که برای عدد ماخ 2.0 طراحی شده تحت انجام طیف وسیعی از آزمایش های تجربی در شرایط طراحی و غیر طراحی در دو حوزه ی عملکرد و پایداری قرار گرفته است. مقاله ی حاضر به بررسی و توصیف ماهیت و فیزیک جریان در شرایط کاری ناپایدار ورودی، جایی که نوسانات خود-نگهدار مجموعه ی امواج ضربه ای در طول ورودی رخ می دهد، پرداخته است. صرف نظر از علت خروج ورودی از شرایط پایدار و آغاز ناپایداری ها، این مقاله به بررسی اتفاقات رخ داده حین یک چرخه ی کامل پدیده ی موج-نوسان با استفاده از تصاویر آشکارسازی جریان به روش سایه نگاری و استفاده از داده های فشاری حسگر های فرکانس بالا، پرداخته است. بررسی نتایج نشان داده است که ورودی مذکور حین یک چرخه ی موج-نوسان دچار افزایش و کاهش فشار داخلی شده و اصطلاحا پر و خالی می شود. با حرکت مجموعه ی امواج ضربه ای از دهانه ی ورودی به سمت دماغه فرآیند تخلیه ی جریان از ورودی آغاز می شود و هنگامیکه مجموعه ی امواج به بالادست ترین موقعیت خود در نوک دماغه می رسد داخل ورودی در کمترین فشار کاری خود قرار می گیرد؛ در این حالت ورودی اصطلاحا خالی است. خالی بودن ورودی و کاهش فشار داخل آن شرایط را برای ورود جریان تازه فراهم کرده و فرآیند پر شدن با کشیده شدن مجموعه ی امواج ضربه ای به داخل ورودی آغاز می شود تا جایی که بر اثر پر شدن مجدد ورودی و افزایش فشار داخل آن، امواج ضربه ای داخلی به بالادست جریان حرکت کرده و هنگام قرارگیری در دهانه ی ورودی فشار داخلی به بیشینه ی خود می رسد و یک چرخه ی موج-نوسان کامل می شود.
    کلیدواژگان: ورودی هوا، جریان مافوق صوت، موج، نوسان، امواج ضربه ای، فرکانس نوسانات
  • متعادل سازی ایستایی سه مکانیزم صفحه ای موازی سه درجه آزادی 3-RRR، 3-PRR، 3-RPR و متعادل سازی ایستایی با وزن متغیر
    مهدی طالع ماسوله، محمد همایون پور صفحات 321-331
    تعادل ایستایی از ارزشمندترین روش های طراحی صنعتی به شمار می رود. این روش جهت متعادل سازی ایستایی سه مکانیزم متداول صفحه ای سه درجه آزادی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است که در آن از فنر و ضد وزنه، که از متداول ترین روش های ایجاد تعادل ایستایی به شمار می روند، استفاده شده است. در این مقاله ابتدا با بیان تئوری های تعادل ایستایی بوسیله ی فنر و ضد وزنه و بررسی معادلات مربوطه، به معرفی طرح های پیشنهادی ایجاد تعادل ایستایی، در سه مکانیزم موازی صفحه ای سه درجه آزادی 3-RRR، 3-PRRو 3-RPR با وزن ثابت و سپس جرثقیل متعادل ایستایی سه درجه آزادی فضایی با وزن متغیر به کمک این روش ها و بهبود آن ها طراحی و معرفی شده است. به عنوان نمونه عملی، مدل سازی مکانیزم متعادل ایستایی 3-RRR در Adams به کمک فنر و ضد وزنه انجام و در نهایت ساخت این مکانیزم در مقاله اشاره شده است. جرثقیل از تعادل ایستایی بهره می برد و عملگر تنها لازم است که نیروی جابجایی ضد وزنه در صفحه XY را تامین نماید که مشخصا از نیروی لازم جهت جابجایی بار اصلی در راستای گرانش کمتر است. از مزایای این مکانیزم ها می توان به کاهش هزینه ساخت و بهره برداری، امنیت بیشتر و کاهش قدرت عملگرها اشاره نمود.
    کلیدواژگان: تعادل ایستایی، مکانیزم موازی، ضدوزنه، فنر، وزن متغیر
  • محمدحسین سعادتبخش، امیر راستی، محمدحسین صادقی، حامد حسن پور، احمدرضا امیددودمان صفحات 332-338
    روش فرزکاری مارپیچ به عنوان یکی از فرایندهای نوین برای تولید سوراخ با کیفیت بالا مطرح است. در این روش، ابزار فرز با حرکت روی یک مسیر مارپیچ، سوراخی با کیفیت و راندمان بالا تولید می کند. قطر سوراخ را می توان با تغییر قطر این مسیر مارپیچ تعیین کرد. با توجه به اهمیت کیفیت سوراخ در قطعات صنعتی، نیاز است تا این فرایند با روش سنتی ایجاد سوراخ مقایسه شود. به همین منظور، مقایسه فرایندی دو روش فرزکاری مارپیچ و سوراخ کاری معمولی در این تحقیق صورت پذیرفت. 8 آزمایش با درنظرگرفتن 2 سطح سرعت برشی و نرخ پیشروی روی نمونه هایی از جنس فولاد 4340 AISI با سختی 45 راکول سی انجام گرفت. نوع سیستم روان کاری با حداقل سیال برشی و دو نازل پاشش بود. از روان کار روغن معدنی برش بهران 11 با دبی روغن 100 میلی لیتر بر ساعت، و فشار هوا 4 بار در این سیستم استفاده شد. خروجی های مورد بررسی شامل نیروی ماشین کاری، زبری سطح، اندازه اسمی سوراخ، تلرانس گردی و استوانه ای بودند. بر اساس نتایج بدست آمده، سرعت برشی تنها پارامتری بود که اثر مثبتی بر تمامی معیارهای کیفیت سوراخ تولیدی داشت. از سوی دیگر، فارغ از پارامترهای برشی، فرایند فرزکاری مارپیچ، نیروهای ماشینکاری کمتر، زبری سطح پایین تر و تلرانس های هندسی مطلوب تری را نسبت به سوراخ کاری معمولی نتیجه داد.
    کلیدواژگان: کیفیت سوراخ، فرزکاری مارپیچ، سوراخ کاری، تلرانس های ابعادی و هندسی
  • مجید معاونیان، محسن پژوهیانی، محمد احسان مومنی هروی صفحات 339-348
    کیفیت پارچه بافته شده در ماشین آلات گردباف نسبت به هر گونه تغییرات ناخواسته در مکانیزم بافت و اجزای آن منجمله بروز پدیده سوزن شکسته که سبب پیدایش عیب خطوط عمودی در سطح پارچه می شود، حساس است. پایش وضعیت ماشین آلات گردباف به منظور افزایش کیفیت و کاهش هزینه های تولید، امری اساسی و ضروری به نظر می رسد. در فرایند بافندگی زمانی که نخ توسط سوزن جهت تشکیل حلقه بافت به سمت پایین کشیده می شود، نیروی کششی ایجاد شده درون نخ سبب بروز نوسانات جریان حرکتی نخ در حال تغذیه می گردد. هدف از تحقیق حاضر شناسایی عیب شکستگی سوزن و تعداد آنها در ماشین گردباف یکروسیلندر با استفاده از شبکه عصبی بروی سیگنال های نوسانی جریان حرکتی نخ است. روند اجرایی آزمایشات به گونه ای طراحی شد که سه وضعیت معیوب سوزن شکسته در شرایط تولید صنعتی به ماشین گردباف اعمال گردید. سیگنال نوسانی جریان تغذیه نخ توسط سامانه ثبت نوسانات، ذخیره و آغشتگی نویز آن با استفاده از تکنیک موجک حذف و سپس به کمک روش های آماری و استفاده از جزئیات به دست آمده از آنالیز موجک، استخراج ویژگی ها صورت گرفت. در نهایت قابلیت شبکه عصبی در تفکیک سیگنال ها به چهار دسته سالم، یک، دو و چهار سوزن شکسته محک خورد. بررسی نتایج نشان می دهند که دقت تشخیص تعداد سوزن های شکسته در این روش با پنجاه مرتبه تکرار 99.43 درصد است.
    کلیدواژگان: عیب یابی، ماشین گردباف یکروسیلندر، شبکه عصبی، تبدیل موجک
  • نوید سیدکاظم ویلیانی، مهدی هاشمی، هادی وادی زاده، حسن پوررستمی، سیدمحسن مصطفوی، فرآمند هاشمی زاده صفحات 349-357
    در این مقاله به بررسی تحلیلی و تجربی پکیج فشارسنج میکرو الکترومکانیکی پرداخته شده است. این پکیج فشارسنج از یک حسگر میکروالکترومکانیکی، برد مدار چابی، نمایشگر خازنی تشکیل شده است. در ابتدا، مدلسازی ریاضی و کامپیوتری با استفاده از نرم افزار کامسول ارائه شده که بر اساس تحلیل اجزاء محدود مقادیر خروجی ولتاژ و حساسیت از حسگر فشار میکروالکترومکانیکی پیزومقاومتی محاسبه شده است. شایان ذکر است که عنصر مقاومتی در نظر گرفته شده روی دیافراگم از نوع ضربدری می باشد. علاوه بر تحلیل استاتیکی و مودال دیافراگم این فشارسنج، اثرات پارامترهای هندسی بر روی ولتاژ خروجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با تغییر ابعاد و موقعیت عنصر مقاومتی روی دیافراگم و ابعاد و ضخامت دیافراگم، حساسیت حسگر تغییر می یابد. سپس، با ساخت برد مدار چاپی و تعبیه نمودن اجزا بر روی آن، پکیج نهایی تهیه شده و مورد تست آزمایشگاهی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که پکیج فشارسنج میکروالکترومکانیکی دارای خطای کمتر از 5/0 درصد می باشد. این پکیج فشارسنج قادر است تا فشار 6 بار را با دقت مذکور اندازه گیری کند که نتایج تجربی حاصل از کار آزمایشگاهی در پایان مقاله ارائه شده است. از این پکیج می توان با توجه به الزامات طراحی در صنعت پتروشیمی در اندازه گیری فشار گاز مخازن ذخیره و مخازن تحت فشار پتروشیمی فن آوران استفاده می شود.
    کلیدواژگان: حسگر فشارسنج میکروالکترومکانیک، پیزومقاومت، صنایع پتروشیمی، بررسی تحلیلی و تجربی
  • احسان جوانمرد، شهریار منصور زاده، احمدرضا پیشه ور صفحات 358-366
    هدف پژوهش حاضر بررسی اثر تغییر زاویه سطوح کنترلی افقی(سطوح کنترلی استرن) بر میزان نیروی درگ وارد بر ربات هوشمند زیرآبی پژوهشکده علوم و فناوری زیر دریا به روش تجربی و شبیه سازی عددی و استخراج ضریب هیدرودینامیکی مربوط به آن است. در بخش تجربی پژوهش، مدل یک به یک این ربات درون حوضچه کشش دانشگاه صنعتی اصفهان تحت کشش با زوایای حمله مختلف برای سطوح کنترلی افقی قرار می گیرد. در این آزمون ها، سرعت کشش ربات در محدوده سرعت 1 تا 3 متر برثانیه و اتصال مدل به ارابه کشش توسط استروت هایی با مقطع هیدروفویل انجام شده است. در ادامه، نیرو و ضریب درگ وارد بر یک سطح کنترلی این ربات در سرعت های کشش مختلف و نیز زوایای مختلف استرن به روش تجربی استخراج شده اند. در بخش عددی پژوهش، آزمون های تجربی صورت گرفته در بخش آزمایشگاهی توسط کد تجاری سی اف ایکس در سرعت 5/1 متر برثانیه شبیه سازی و نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی مقایسه شده اند. در این مقاله نشان داده شده است که تغییرات نیروی پسا و ضریب نیروی پسای ربات نسبت به زاویه استرن بصورت یک منحنی درجه دوم قابل تخمین است و ضریب هیدرودینامیکی مرتبط با آن، به دو روش تجربی و عددی استخراج شده است. تطابق خوب نتایج حاصل از دو روش نشان داد که میتوان روش های عددی را در محدوده سرعت های مورد بررسی جایگزین روش های پر هزینه تجربی کرد. نتایج حاصله نشان داد که در سرعت 5/1 متر برثانیه با افزایش زاویه سطوح کنترلی به 45 درجه ضریب درگ 174 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ربات هوشمند زیرآبی، سطوح کنترلی، دینامیک سیالات تجربی، دینامیک سیالات محاسباتی، حوضچه کشش
  • اسماعیل غفاری، جلیل رضایی پژند صفحات 367-374
    در این مقاله تحلیل استاتیک تیرهای کامپوزیتی با چیدمان و سطح مقطع دلخواه ارائه شده است. شیوه حل بر پایه تفکیک مسئله الاستیسیته غیرخطی سه بعدی، به حل دو-بعدی سطح مقطع و یک بعدی در طول تیر می باشد. مدل سازی بیان شده به کمک فرضیات کوچک بودن کرنش ها نسبت به واحد و ابعاد مقطع نسبت به طول موج تغییر شکل انجام می شود. در تحلیل دوبعدی سطح مقطع توابع اعوجاج به صورت تابعی از کرنش های یک بعدی محاسبه و سپس ماتریس سفتی، دارای کوپل کامل از تغییر شکل های کششی، پیچشی و خمشی در دو جهت متعامد حاصل می شود. در این تحقیق از روش ریلی-ریتز جهت محاسبه توابع اعوجاج استفاده می شود. مزیت استفاده از ریلی-ریتز ساده سازی روند حل سطح مقطع در مقایسه با حل المان محدود مورد استفاده در روش های مشابه می باشد. تحلیل یک بعدی در طول تیر با روش المان محدود از طریق محاسبه انرژی کرنشی تیر انجام گرفته است. اثر تغییر زاویه چیدمان مقطع کامپوزیت بر سفتی های مختلف بررسی شده است. مقایسه نتایج تحلیل استاتیک تیر قوطی (box beam) یکسرگیردار کامپوزیتی متقارن و نامتقارن با نتایج المان محدود سه بعدی در نرم افزار آباکوس (Abaqus) و نتایج تجربی همگرایی مناسبی نشان می دهد. روش پیش رو، نتایج با دقت بالاتری برای مقطع نامتقارن ارائه می دهد. با توجه به هزینه بالای تحلیل المان محدود سه بعدی، روش حاضر با سرعت بالا و دقت قابل قبول، مناسب جهت تحلیل اولیه و بهینه سازی سازه های تیرشکل کامپوزیت می باشد.
    کلیدواژگان: تیر کامپوزیت، تابع اعوجاج، ریلی، ریتز، المان محدود
|
  • Soheil Dariushi, Mojtaba Sedighi Pages 1-8
    A novel geometrically nonlinear high order sandwich panel theory considering finite strains of sandwich components is presented in this paper. The equations are derived based on high order sandwich panel theory in which the Green strain and the second Piola-Kirchhoff stress tensor are used. The model uses Timoshenko beam theory assumptions for behavior of the composite face sheets. The core is modeled as a two dimensional linear elastic continuum that possessing shear and vertical normal and also in-plane rigidities. Nonlinear equations for a simply supported sandwich beam are derived using Ritz method in conjunction with minimum potential energy principle. After obtaining nonlinear results based on this enhanced model, simplification was applied to derive the linear model in which kinematic relations for face sheets and core reduced based on small displacement theory assumptions. A parametric study is done to illustrate the effect of geometrical parameters on difference between results of linear and nonlinear models. Also, to verify the analytical predictions some three point bending tests were carried out on sandwich beams with glass/epoxy face sheets and Nomex cores. In all cases good agreement is achieved between the nonlinear analytical predictions and experimental results.
    Keywords: High order sandwich panel theory, Large deformation, Finite strain, Experimental study
  • Ramin Hashemi, Iraj Jalili, Mehran Abdolmohammadi Pages 9-16
    The purpose of this research is to examine and explain the mechanisms of the forming process called ‘line heating’ and to develop numerical tools for efficient calculation and prediction of its behavior. The forming process consists of heating at a (steel) plate in a predetermined pattern of lines by means of a gas torch so that the plate assumes a certain‚ curved shape. Today this method which is widely applied in the production of ship hull shell plate and construction is an alternative or supplement to other forming methods such as pressing and rolling. Considering a rational method for the determination of heating line patterns and heating among would be very beneficial. Much research is carried out in industry and at universities to achieve technology of this method‚ as the potential economic benefit is obvious. In this paper, experimental test and numerical simulation of Line Heating method has been done on naval plate- Grade E. Thermal and mechanical finite element analysis has been done separately. Experimental test results shows that with using Oxy-Acetylene gas heat we can make smooth curvature on plate. Effect of heat input and increasing of heating lines studied in this research. Results shows that increasing two heating lines on plate will increase maximum stress 6% and increasing heat input will enhance bending effect.
    Keywords: Forming of ship plates, Line heating method, Finite Element Method
  • S. Talieh Pourashraf, Reza Ansari Pages 17-26
    In this investigation, an exact solution is proposed for the nonlinear forced vibration analysis of nanobeams made of functionally graded materials (FGMs) in thermal environment with considering the effects of surface stress and nonlocal elasticity theory. The physical properties of FGM nanobeams are assumed to vary through the thickness direction on the basis of the power law distribution. The geometrically nonlinear equations of motion and corresponding boundary conditions are derived using Hamilton’s principle on the basis of the Euler-Bernoulli beam theory. Using the Gurtin-Murdoch and Eringen elasticity theories, the surface stress and nonlocal effects are taken into account in obtained equations, respectively. For the solution purpose, first, the Galerkin procedure is employed in order to reduce the nonlinear partial differential governing equation into a nonlinear ordinary differential equation. This new equation is solved analytically by the multiple scales perturbation method. In the results section, the influences of different parameters including power law index, surface stress, nonlocal parameter, boundary conditions and temperature changes on the nonlinear forced vibration response of nanobeams are investigated. Also, comparisons are made between the results obtained from the classical, Gurtin-Murdoch and Eringen elasticity theories. It is shown that as the thickness decreases, the surface stress effect moderates the hardening-type nonlinear behavior of nanobeams. This effect is more prominent at low magnitudes of thickness. Moreover, one can find that by increasing the nonlocal parameter, the hardening-type response of nanobeams is intensified.
    Keywords: Functionally Graded Nanobeam, Nonlinear Forced Vibration, Surface Stress Effect, Nonlocal Effect, Exact Solution
  • Mostafa Ghadiri, Mahmoud Mosavi, Mahdi Ghamami Pages 27-33
    Various methods have been proposed to produce metallic and bulk form materials.Severe plastic deformation, the ways in which you can set quite a lot of mechanical work applied to the metal. Various methods have been proposed to produce metallic and bulk form materials. However, despite the widespread need for tubes with high strength to weight ratio, few studies and attempts have been done to produce ultra-fine and nano structures.Ultra-fine grain metal created by the process have a high resistance by itself. therefore, these can be as high strength steels are used in harmony with the environment. In this study, optimal design of a cast is done in order to increase the homogeneity of the material microstructure and reduce applied force of the pipe production process.Finite element software is used to design the desired format. Since the framework has been designed based on the pressure in angular channels with parallel tube, the channels angles, corners and curved angles, reshaping and the channel radius ratio, the coefficient of friction between the pipe and the channel and the number of passes are the parameters affecting the process.The effect of the above parameters in a homogeneous effective strain rate and force of the process has been studied.
    Keywords: Severe Plastic Deformation, Finite Element, Ultra, Fine Tubes, Parallel Tubular Channel Angular Pressing (PTCAP)
  • Aydin Zehforoosh, Siamak Hossainpour Pages 34-44
    In this paper, natural convection of Cu-Water nanofluid inside an enclosure which is partially filled with porous media, with internal heat generation has been studied numerically. Cu-water nanofluid was used where Maxwell and Brinkmen models determine its properties. Due to the low velocity of nanofluid, Darcy-Brinkman equation used for the modeling of porous media. In order to gain the maximum energy from the temperature dependent heat source, different parameters such as Rayleigh number, volume fraction of nanoparticles, porosity of porous matrix and heat conduction ratio has been investigated. The results show that increasing the volume fraction of nanofluid increases Nusselt number at all porosities and Nusselt will further increases at lower porosities. Changes of thermal conductivity ratio were effective only at low porosities and causes to fast conduction of generated heat and two-fold increase in Nusselt number. Moreover the porosity changes at different thermal conductivity ratio Cause to minimum Nusselt at the porosity of 0.4 to 0.6. Increasing Rayleigh number will lead to nanofluid penetration increase into the porous matrix and with further matrix cooling more increase in Nusselt number in all porosity ranges will be achieved.
    Keywords: Natural convection, Porous Media, Nanofluid, Internal Heat Generation
  • Mohammad Mahdi Jalili, Mahdi Zare Mehrjardi, Reza Rashidi Pages 45-56
    In this article, using finite element method the effects of the preload on the nonlinear dynamic behavior of the noncircular two lobe aerodynamic journal bearing have been investigated. Assuming that the rotor is solid, the governing Rynolds equations for both the gas lubricant and rotor equation of motion in static and dynamic conditions have been derived and performance of the noncircular aerodynamic journal bearing in different conditions has been evaluated. Rung Kutta method has been used to solve the time dependent equations of motions of noncircular aerodynamic journal bearing and its gas lubricant. Using the numerical results, to investigate the motion of the center of the rotor in dynamic conditions, the graphs of frequency response, power spectrum, dynamic trajectory, Poincare map and bifurcation diagram have been plotted. The results show periodic, quasi periodic and chaotic rotor behavior for different bearing preload. It is concluded that appropriate selection of rotor parameters like its preload and suitable design and fabrication of rotor and its bearing can prevent any undesirable perturbed motions of the shaft and both the collision and wear of the rotor and bearing.
    Keywords: Noncircular journal bearing, Gas lubricant, Nonlinear dynamic behavior, Poincare map, Bifurcation diagram
  • Abdolmajid Khoshnood, Hooman Moradi Pages 57-66
    Flexible solar panels of a satellite during a maneuver get excited and vibrate. Such vibrations will cause some oscillatory disturbance forces that affect the satellite rigid body. Vibrations cause cracks in flexible solar panels and these cracks, because of fatigue, make panels fracture. Moreover, satellite rigid body which does accurate works like capturing picture of earth surface or sending information to earth will be disturbed as a result of vibration. Therefore it needs to be prevented against resonance. In this paper, dynamic equations of a satellite including cubical rigid body are extracted, then with combination of ANSYS and ADAMS softwares, the model is simulated and its responses has been compared with analytical model. New control strategy for reducing the vibration of flexible bodies of the multi body system, includes rigid and flexible bodies, is proposed. With eliminate oscillation from rigid body angular velocity, vibrations amplitude of flexible parts will be reduced. For this purpose, an adaptive control system and a notch filter is used to eliminate the oscillation of measurement procedure caused by the vibration of flexible solar panels. Adaptive control system responses with considering resonance and without resonance, is shown and merits of this method is evaluated.
    Keywords: Satellite with flexible panels, Moltibody systems dynamics modeling, Model reference adaptive system, Adaptive notch filter, Vibration frequency identification
  • Hossein Amirabadi, Abolfazl Foorginejad, Milad Ahmadi Mojavery Pages 67-75
    Abrasive water jet cutting process can produce tapered edges on cutting kerf. This problem can limit the applications of abrasive water jet cutting process and in some cases it is necessary another edge preparation process. In this paper, an experimental investigation kerf characteristics of Ti-6Al-4V titanium alloy under abrasive water jet cutting is presented. In this regards, it is shown how to use the hybrid approach of Taguchi method and principal component analysis to optimize abrasive water jet cutting are used in this paper. The abrasive water jet cutting process input parameters effect on material removal rate and the characteristics of the surface. A considerable effort was made in understanding the influence of the system operational process parameters such as water jet pressure, traverse speed, abrasive flow rate, and standoff distance. Due to appropriate selecting abrasive water jet cutting process parameters leads to optimizing of kerf characteristics include top kerf width, kerf tapper and kerf deviation, therefore it is important to select appropriate input parameters. The obtained results from this method show that the hybrid approach of Taguchi method and principal component analysis is a suitable solution for optimizing of abrasive water jet cutting process.
    Keywords: Ti, 6Al, 4V Titanium alloy, Abrasive water jet cutting, Taguchi Method, Principal component analysis, Optimization
  • Mohammad Hossein Pol, Gholam Hosein Liaghat, Erfan Mehrabani Yeganeh, Ali Afrouzian Pages 76-82
    In this paper, the tensile properties of 2D woven glass epoxy composite reinforced by two different nanoparticles have been investigated and compared. Hand lay-up method has been used to manufacture nanocomposites with 12 layers of 2D woven glass fibers with 40% fiber volume fraction. The nano-epoxy resin system is made of epon 828 resin with jeffamine D400 as the curing agent. The composites were reinforced by adding organically modified montmorillonite nanoclay (Closite 30B) and nanosilica (SiO2) particles. The nanoclay particles were dispersed into the epoxy system in a 0%, 3%, 5%, 7% and 10% ratio in weight with respect to the matrix, while the spherical nanosilica particles were dispersed into the epoxy system in a 0%, 0.5%, 1% and 3% ratio in weight with respect to the matrix. The results show that low loading of nanoclay decreases the mechanical properties of nanocomposite, while significant improvements of nanocomposite mechanical properties are shown in low loading of nanosilica. Tensile strength and toughness of nanocomposite increase by 7% and 10% after adding 5 wt.% nanoclay. Loading of 0.5 wt.% nanosilica cause 10% and 27% improvement in tensile strength and toughness of nanocomposite.
    Keywords: Nanocomposite, Mechanical properties, Nanoclay, Nanoilica
  • Mohammad Navabi, Mohammad Radaei Pages 83-93
    Actuator failures can cause control system performance deterioration and even lead to instability and catastrophic accidents and incidents. Therefore, the adaptive control of damaged aircraft in designing flight control systems to enhance safety level has recently become the subject of research. Damage causes structural changes and parametric uncertainties which need a new modeling and control approach. In this paper, firstly, a nominal control design based on linear quadratic regulator design is used and shown that the linear quadratic regulator design is not capable of coping with the unknown actuator failure and cannot achieve satisfactory performance. Then, a feedback adaptive signal is designed based on direct approach to handle uncertain actuator failures in linearized system. The adaptive control scheme is applied to the linearized model of a large transport aircraft in which the longitudinal and lateral motions are coupled as the result of using engine differential thrusts. The type of damage which is considered for actuators in this paper is lock-in-place which means control surfaces are fixed in an uncertain value after damage. Analytical stability analysis and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.
    Keywords: Actuator Failure, adaptive control, stability recovery, asymptotic tracking, differential thrust
  • Hasan Amini, Hojjat Ghasemi, Morteza Khayat Pages 94-100
    For the experimental study of fluidized bed`s hydrodynamics and investigating of several effective parameters on this hydrodynamics, a fluidized bed is designed and manufactured. This bed is a cylindrical transparent column with internal diameter as 14 cm. Bed particles are silica sand in the size ranged from 200 to 750 micrometers. In this study, first the Minimum fluidization velocity ("Umf") of Different sieve particles is determined and the effect of particle size and bed height on this velocity is investigated. Then, influence of particle size and bed height on the bed pressure drop is studied. Then experimental results are compared with calculated values from current prediction correlations to determine the deviations of the prediction values from experimental data. As a result, by increasing the particle size in the equal bed height, Minimum fluidization velocity is increased but the pressure drop does not significantly change. Also, by increasing bed height, the Minimum fluidization velocity and pressure drop increased. But for Minimum fluidization velocity, this increase is insignificant and it can be ignored. Also bed pressure drop changed linearly with bed height.
    Keywords: Fluidized bed, Fluidization, Minimum fluidization velocity, Bed pressure drop
  • Mohammad Hasan Javareshkian, Amir Baghri, Ali Esmaeli, Abdolmajid Zamanifard Pages 101-111
    In this research, the plunging motion of an airfoil by a numerical method based on finite volume in different Reynolds numbers is simulated and the thickness effect, amplitude and reduced frequency on the aerodynamic coefficients are investigated. In this process, SIMPLEC algorithm, implicit solver, high order scheme and dynamic mesh method is used in unsteady simulation and the flow is supposed viscous, incompressible and laminar. Simulations are in three Reynolds 1000, 11000 and 50000, respectively, in accordance with the flight of the insects, small birds and pigeons are done in two amplitudes and three reduced frequencies. The simulation results are compared with published data to confirm the validity of research. This comparison shows comprisable agreement. Pressure distribution and Vortex shedding around airfoils show that the thickness of the airfoils delays vortex shedding and changes time-averaged thrust coefficient. Reduced frequency and amplitude of oscillation are two important parameters in this simulation, but the reduce frequency is more effective than amplitude. The response surface methodology (RSM) was used to optimize the plunging airfoil. Optimization shows that airfoil with 0.29% thickness, 3.08 reduced frequency and 0.5 dimensionless oscillating amplitude produce maximum trust coefficient.
    Keywords: Plunging, Dynamic Mesh, Airfoil Thickness, Amplitude, Frequency
  • Mohammad Navabi, Sina Soleymanpour Pages 112-124
  • Ghassem Heidarinejad, Mohammad Hassan Fatollahzadeh, Hadi Pasdar Shahri Pages 125-133
    In this study, by cooling coil load calculation in under floor air distribution systems, the effect of separate location of the return and exhaust vents and return vent height on energy consumption, thermal comfort conditions and indoor air quality have been investigated. Based on the results obtained from this study, when the height of return vent is equal to 2.0, 1.3, 0.65 and 0.3 m, the amount of energy usage reduction compared to no return vent is equal to 10.9, 15.3, 18.9 and 25.7 percent respectively. Limiting factors in the amount of this reduction are thermal comfort of occupants and indoor air quality. To this end, thermal comfort indices (Predicted Mean Vote and Predicted Percentage of Dissatisfied), local thermal discomfort index (Temperature gradient in vertical direction), and indoor air quality index (Mean Local Air Age) have been probed with changing return vent height by CFD methods (AirPak software with SIMPLE algorithm by using Indoor Zero Equation turbulence model). Based on the results, by reducing the height of return vent from ceiling to floor, the exhaust air temperature increased, which causes to temperature gradient increase in vertical direction. The survey was conducted that choosing the location of 1.3 m(upper boundary of occupied space in seated mode) for return vent, causes to 15.3 percent reduction in the amount of energy consumption while maintaining the states of thermal comfort conditions and indoor air quality.
    Keywords: Under floor air distribution system, Energy Consumption, thermal comfort, indoor air quality
  • Reza Pilafkan, Seyed Javid Zakavi, Soudeh Bakhshi Pages 134-142
    In this paper, three dimensional frequency analysis of moderately thick plate with considering the effect of a circular hole is presented by using of Three Dimensional theory of Elasticity and a numerical mesh-less method with radial point interpolation functions. Using this numerical method, the field variable (such as displacement) is interpolated just using nodes scattered in the plate domain. Because there is no relation between nodes, they can be scattered arbitrarily in the problem domain. The plate is made of a functionally graded material that is consists of two different phases of metal and ceramic. Mechanical properties of the plate change independently in the length, width and thickness directions of it using (according to) Mori-Tanaka model. The effects of radius of holes, different volume fraction exponents of functionally graded plate in three directions and different boundary conditions on natural frequencies of the plate is investigated by using of the code written in MATLAB and simulation in ABAQUS. The results have been compared with results in available papers and it shows the high accuracy of the method used in this present work.
    Keywords: Frequency Analysis, Meshless Method, Three, dimensional Elasticity Theory, Three, dimensional Functionally Graded Material
  • Mohammad Bagher Nazari, Omid Asemi Pages 143-151
    In this paper, the stress intensity factor for a longitudinal semi-elliptical crack in the internal surface of a thick-walled cylinder is derived analytically and numerically. The cylinder is assumed enough long and subjected to the axisymmetric cooling thermal shock on the internal surface. The uncoupled thermoelasticity governing equations for an uncracked cylinder are solved analytically. The non-dimensional hyperbolic heat equation is solved using separation of variables method. The weight function method is implemented to obtain the stress intensity factor for the deepest and surface points of the crack. Results show the different behavior of the crack under hyperbolic thermal shock. At a short time after the thermal shock, the stress intensity factor at the deepest point –especially for shallow cracks- for hyperbolic model is significantly greater than Fourier one. The stress intensity factor at the deepest point is greater as the crack is narrower for both models. Unlike mechanical loading, the greatest stress intensity factor may occur at the surface point. According to the results, assumption of adequate heat conduction model for structure design under transient thermal loading is critical.
    Keywords: Semi, elliptical crack, Stress intensity factor, hyperbolic heat conduction, thick, walled cylinder, weight function method
  • Majid Amin Afshar, Sepehr Aghaei Pour Pages 152-162
    Today, base isolation of buildings is a conventional approach to earthquake resistance. The prominent goal is to reduce displacement of structure by movement of elastomeric bearings installed on the base of structures on the ground. Considering widespread construction of asymmetric buildings well as the intensity of damages to such types of structures resulting from earthquake, the present research covers study of interaction mechanics of asymmetric base-isolated structures, where motion equations are presented in two coordinates, one fixed on the building base (global coordinate) and the other on the torsional isolation level (local coordinate). In this conventional approach, the motion equations are calculated on linear form in the initial coordinate system, whereas in the new approach proposed in this research, motion mechanics analysis in the secondary coordinate system will lead to non-linear equations. Three types of structures are proposed with ratio of torsional-lateral correlated natural frequency on asymmetric natural frequency. Responses of both linear and nonlinear methods for the three types of structures under harmonic effects and earthquake are compared while analyzing time history and frequency. Some differences are observed between the linear and nonlinear methods. Then, some non-linear phenomena such as saturation, energy transfer between modes, and rigid displacement in such structures are also analyzed.
    Keywords: Nonlinear Mechanics, Base Isolator, Asymmetric Structure, Nonlinear Phenomena
  • Yousef Hojjat, Ali Asghar Maddah, Mojtaba Ghodsi, Soheil Talebian, Mohammad Reza Ashoori Pages 163-169
    The purpose of this paper is obtaining an optimal arrangement of permanent magnets in a non-contact eddy current damper in order to achieve the maximum damping coefficient (c) among dampers with the same dimension. Magnetic theory and eddy current equations have been employed and solved by finite element numerical method. The dominant damping parameters and the optimum ratio of the ferrite core and the permanent magnet for the specific dimension have been achieved. A damper with the dimensions obtained from design is manufactured in order to verify the result of simulations. A setup also is designed and manufactured to verify the damping coefficient. The damping coefficient of simulation and experimental setup is 69.50 and 68.37 respectively which shows a close correlation between simulation and experiment results. The damping coefficient of the designed damper has been increased by 22.5% compared with a same dimension damper. Furthermore, frequency response is obtained by MATLAB software and a decrease of vibration amplitude in eddy current damper has been investigated. The result showed 20 dB reduction in the peak amplitude of frequency response in the designed damper.
    Keywords: Eddy Current Dampers, passive Dampers, Numerical Simulation, Eddy Current
  • Farid Vakil, Tahami, Reza Hassannejad Qadim, Akbar Rasoulian Pages 170-180
    Nowadays, optimization is becoming one of the most important techniques in engineering and industry to provide competing products in design and manufacturing. Therefore, it is a necessity to search for optimum designs with productibility. In aerospace industry reducing weight and improving reliability of the products are major concerns. As regards the gearbox is one of the most important parts in the helicopter propulsion system, these objects should be more considered. However, most of the existing designs consider only one object, hence, it is vital to implement optimization techniques to include different objectives to improve the existing designs and provide optimum products. In this paper, optimum design parameters including module and face width of gears for the main gearbox of Sikorsky ASH-3D helicopter have been determined (modified) using single and multi-objective mixed discrete- continuous optimization method to minimize weight of the gearbox, increase the safety factor and reduce the difference between safety factors of different gears. The results show that the weight of the gears can be reduced by 27.24% comparing with the existing gearbox. The results of the multiobjective optimization have also been presented as Pareto front diagram wich can be used by the manufacturers to satisfy the prefered requiments.
    Keywords: Helicopter Gearbox, Fatigue, Weight, Discrete, Continuous Multi, Objective Optimization, Pareto Front
  • Khalili, Khalili, Mehdi Danesh Pages 181-189
    The condition of a cutting tool is an important factor in any metal cutting process. Several different methods have been developed to monitor the condition of tools in turning. Motor current measurement is one of the indirect tool wear monitoring methods in machining processes. The advantage of motor current measurement method over other methods for detecting malfunctions in the cutting process is that the measuring system has an acceptable cost and the measurement apparatus does not disturb the machining process. In this paper, the effect of tool wear and tool breakage on the harmonics of the AC spindle motor is investigated. Finally a method based on time-frequency marginal integral of current signal is proposed for indirect measurement of tool wear in turning. In order to validate the proposed tool monitoring system, an accelerometer was attached to the shank of the cutting tool to measure vibrations resulting from tool wear in feed direction. A vision system was also used to measure tool wear and traces tool state by observing the surface texture of the workpiece. Performance of the proposed system was validated against different experiments. The results showed improved robustness of the proposed system with high potential for practical application in detecting tool wear.
    Keywords: Tool wear, Condition Monitoring, Motor Current, Time, Frequency Marginal Integral
  • Forogh Abasi, Behrooz Hassani, Hossein Ghasemnejad Pages 190-200
    Shape optimization of free form shell structures with different objective and constraint functions including the stress constraint is the subject of this article. To construct the geometry B-Splines are employed that allow generating smooth free form geometries with a small number of parameters which are considered as the design variables of the optimization problem. For analysis, the finite element method by using the Wilson’s quad shell element is employed. For shape optimization, in each step of the optimization process the mesh generation, finite element analysis, sensitivity analysis and geometry update steps are repeated until convergence. Maximization of the stiffness of structure with volume constraint and the minimization of the weight of structure with the von Misses stress constraint are the addressed problems of this article. In both kinds of problems, the applicates of the control points are considered as the design variables of the shape optimization problem and the sequential quadratic programming (SQP) is employed to solve the optimization problem. Since in this approach, the derivatives of the objective and constraint functions are needed, the sensitivity analysis is carried out in each step by the finite difference method. The quality and smoothness of the obtained results together with the convergence graphs of the presented examples are indicative of the usefulness and efficiency of the proposed approach for shape optimization of shell structures.
    Keywords: Shape optimization, Free form shell, Wilson element, Finite Element Method, B, Spline
  • Seyed Jalal Hashemi, Hassan Moslemi Naeini, Gholam Hossein Liaght, Javad Shahbazi, Amir Hossein Roohi Pages 201-211
    Prediction of critical process parameters which causes bursting and its location in warm tube hydroforming is a key factor in hydroforming parts design. In this paper, ductile fracture criteria have been modified so that effect of variation of temperature and strain rate on fracture is considered in forming of aluminum AA6063 tubes. Calibration of modified ductile fracture criteria has been performed using uniaxial tension tests at different temperatures and strain rates. Also, fracture strain and fracture work have been obtained as functions of Zener-Holloman parameter. Tube hydroforming process of a square part has been simulated at high temperatures in Abaqus software and loading curves with various axial feeds have been used to deform the tube. Then, the formed corner radius before bursting has been predicted using modified fracture criteria. A subroutine has been written for using modified fracture criteria. A warm tube hydroforming setup has been fabricated and prediction of modified ductile fracture criteria is compared with experimental results at various temperatures. Results show that modified criteria determine the location of bursting well. Maximum of thinning occurs in transition zone which the tube loses its contact with die cavity. Also, modified Ayada criterion, rather than other criteria, predicts corner radius with little error at high temperatures. Thus, because of its precise prediction, modified Ayada criterion can be used to predict the bursting of aluminum tubes at elevated temperatures.
    Keywords: Warm tube hydroforming, modified ductile fracture criterion, bursting
  • Morteza Saradar, Ali Basti, Mohammad Zaeimi Pages 212-222
    In This paper dynamic forming limit diagram has been investigated as fracture criteria for St13 steel. In fact, effect of various strain rates has been studied. This fracture criterion is based on the Marciniak-Kuczynski (M-K) theory and Solutions of equations have been obtained by applying the Newton -Raphson method. After solution three forming limit diagrams has been created: independent strain rate, dependent strain rate and dynamic forming limit diagram. Dynamic damage criteria investigates forming limit diagram in every strain rate. It is observed that the forming limit is increased by increasing the strain rate, Also for considering the anisotropic and the elastic-plastic behavior of material, the Hill 1948 yield criterion and the Swift hardening rule are used respectively. Also this paper is concerned with the uniaxial tensile properties and formability of sheet metal in relation to the strain rate effects. In order to verification of the results several experiments have been done with a Drop Hammer which is a high speed impact machine. For comparison between quasi static and dynamic damage criterions, all of the stages of experiment were simulated in finite element software Abaqus and results are compared together.
    Keywords: Strain rate, Forming Limit Diagram, quasi static analysis, anisotropic behavior
  • Amin Moosaie, Kourosh Goudarzi, Jalil Abbasi Pages 223-230
    In this paper, a new algebraic closure model for the DNS of turbulent drag reduction in a channel flow using microfiber additives is presented. This model is an extension of an existing model and cures some the shortcomings of the old model. In the proposed model, using the velocity correlation tensor in the modeling process, more physical conditions of the flow field are taken into account. With this, some of the shortcomings of other models are cured. The proposed model is used to directly simulate turbulent drag reduction in a horizontal channel flow under the action of a constant pressure gradient. For this purpose, time-dependent, three-dimensional Navier-Stokes equations for the incompressible flow of a non-Newtonian fluid are numerically solved. Statistical quantities of obtained by the new model are compared with the results of previous simulations. The good agreement between the results demonstrates the proper accuracy of the new model. Especially, the root-mean-square of velocity fluctuations in the streamwise direction is predicted with high accuracy as compared to previous models. Other statistical quantities are also computed with appropriate accuracy. This model is capable of prediction all properties of a microfiber-induced drag-reduced flow.
    Keywords: Turbulent channel flow, drag reduction, algebraic closure model, direct numerical simulation, velocity correlation tensor
  • Saleh Fallah, Behzad Ghadiri, Ghasem Heidarinejad Pages 231-242
    Investigations of the phenomena associate with the Fluid-Structure interactionin transonic turbomachines due to the presence of unstable flow behaviors have double significance. Severe restrictions of the experimental methods, has developed researchers approach in this field to Numerical methods. Nevertheless, using simple two-dimensional model to investigate the phenomenon of quality is inevitable because of high computational cost of numerical methods in aerodynamic and aeroelastic simulation of full model of turbomachines. In this paper transonic flow in fixed fan cascade and fan cascade with central blade vibration in Forced harmonic pattern is simulated and variations of turbulence characteristic patterns are studied. In order to prevent divergence of the solution and achieve more accurate results, the step by step algorithm is developed. On the other hand, spring methodology with linear torsional springs is used for movement of dynamic grid around the oscillating blade. Mesh quality is assessed by examining maximum Mach number and y+ variation. Compare the results with the available experimental data indicated a significant difference in the position of the vortices are detached and re-attached. This difference proves need to use a turbulence model is more accurate in terms of the wide separation. In this paper, effect of blade geometry, flow separation and central blade oscillation on flow pattern and turbulence characteristics of transonic flow have been investigated. Obtained results explain the effect of mentioned parameters on the turbulence kinetic energy and dissipation frequency.
  • Hassan Salarieh, Kaveh Merat, Aria Alasti, Ali Meghdari Pages 243-251
    In this article, stability analysis for Stochastic Piecewise Affine Systems which are a subclass of stochastic hybrid systems is investigated. Here, additive noise signals are considered that does not vanish at equilibrium points. These noises will prohibit the exponential stochastic stability discussed widely in literature. Also, the jumps between the subsystems in this class of stochastic hybrid systems are state-dependent which make stability analysis more complex. The presented theorem considering both additive noise and state-dependent jumps, gives upper bounds for the second stochastic moment or variance of Stochastic Piecewise Nonlinear Systems trajectories and guarantees that stable systems have a steady state probability density function. Then, linear case of such systems is studied where the stability criterion is obtained in terms of Linear Matrix Inequality (LMI) and an upper bound on state covariance is obtained for them. Next, to validate the proposed theorem, solving the Fokker Plank equations which describes the evolution of probability density function, is addressed. A solution for the problem of boundary conditions that arises from jumps in this class of systems is given and then with finite volume method the corresponding partial differential equations are solved for a case study to check the results of the presented theorem numerically.
    Keywords: Stochastic Hybrid Systems, Stochastic Stability, Fokker Planck Equations, Probability Density Function
  • Mojtaba Rahimpour, Kiumars Mazaheri, Seyed Hossein Seyedein Pages 252-260
    Using CFD, the effect of burner angle on an aluminum rotary furnace performance is studied in the present study. Turbulent non-premixed combustion of natural gas and oxygen, radiation, furnace rotation, aluminum smelting and aluminum burn-off are considered in the proposed numerical model. According to the distinct phenomena occurring in an aluminum rotary furnace, the model divides the furnace into three zones: refractory lining, combustion zone and melt zone. Only heat can be transferred through interfaces of zones and mass transfer through them is not considered in such furnace modeling. Numerical simulations regarding burner angles form 0ᵒ to 15ᵒ revealed that the higher burner angles enhance the fuel and oxygen mixing and increases the resident time of combustion gases in the furnace atmosphere, which consequently improve the furnace performance and lower the aluminum melting rate. However, the simulation results also showed that burner angles more than 10ᵒ are not applicable due to refractory lining overheat. It was showed eventually that changing burner angle from 0ᵒ to 10ᵒ decreases furnace operation time by 35 minutes and increases furnace thermal efficiency from 65% to 74.7%.
    Keywords: Aluminum Rotary Furnace, CFD, Mixing, Melting Rate
  • Mehran Kadkhodayan, Ali Galehdari, Saied Hadidi Moud Pages 261-271
    Given the significance of energy absorption in various industries, light shock absorbers such as honeycomb structure under in-plane and out of plane loads are in the core of attention. In this research an analytical equation for plateau stress is represented, taking power hardening model into consideration. The equation of specific absorbed of graded honeycomb structure with the locking strain and strain energy equation is represented. The structure made from five aluminum grades is simulated in ABAQUS/CAE for elastic-perfectly plastic and power hardening model, according to the results; numerical value of absorbed energy is compared to that of analytical method. A drop weight test on a graded honeycomb structure was performed. Based on the numerical simulation results, the experimental and numerical results showed good agreement. Based on the conducted comparisons, the numerical and analytical results are more congruent for power hardening model rather than elastic-perfectly plastic one. In the first step of optimization, by applying SQP method and genetic algorithm, the ratio of structure mass to the absorbed energy is minimized. In the second step, regarding the optimum value of parameters obtained in the first step, the material property of each row is changed. According to the optimization results, while keeping the mass of structure as constant, the structure capacity of absorbing energy is increased by 18% in the first step and 264% in the second model, compared to the primary model.
    Keywords: Graded honeycomb structure (GHS), In, plane impact load, Power hardening, Specific absorbed energy, Optimization
  • Maziar Shafaee, Parviz Mohammadzadeh, Abbas Elkaie Behjatie, Saied Abbasi Pages 272-282
    This paper focuses on layout modeling and optimization for a space control system. Majority of recent research works consider design components as constant elements over time. A new approach based on variable mass components is proposed in this paper for which the objective function is to minimize mass center variation (MCV) range over time. The proposed approach consists of Human-computer interaction (HCI) and Optimization methods to perform the layout. In the modeling phase, using defined inputs, all system components are determined. In the next step, mathematical model of achieved layout is defined. Mathematical model includes objective function, constraints, variables and parameters, play an important role in choosing appropriate optimization method. Based on mathematical model and design space, a gradient optimization method is selected. By applying this algorithm, optimum layout is proposed. Results of optimization and HCI design are compared. Comparison of the results shows that the optimization technique can significantly improve the results of the layout problem. At last, the results have analyzed and validated with similar research works. The results comparison show more efficiency and accuracy for the proposed method.
    Keywords: Space control system, Mass center, Optimization, Gradient methods, SQP Algorithm
  • Mohammad Hassan Javareshkian, Mohammad Reza Saber Pages 283-290
    In this study, the results of two optimized and base blades of a horizontal axis wind turbine with aeroelastic point of view are compared. In order to optimization, the chord length and the twist angle of the blade at various radiuses have been calculated by BEM. The Results which are obtained from 2D Computational Fluid Dynamics (CFD) have been utilized to train a Neural Network (NN). In the process of airfoil optimization, Genetic Algorithm (GA) is coupled with trained NN to attain the best airfoil shape at each angle of the attack. Finally, the optimized blade is derived. In order to simulate the flow on two blades and obtain the aerodynamic forces, the blades and their surrounding regions are organized by unstructured grid. The SIMPLE algorithm and second order upwind scheme are used in numerical fluid flow simulation. The aerodynamic forces on the blades have been used for stress and strain analysis. At this point, in addition to the aerodynamic forces, inertia forces resulting from the rotation of the wind turbine blade is also considered. The aerodynamic results show that optimized blade has high efficiency. The results of the analysis of the stress - strain showed that maximum stress on optimized blade is less than base blade and optimized blade design is also more reliable than the blade base.
    Keywords: BEM, genetic algorithm, Neural network, Optimization
  • Ali Ashrafizadeh, Ali Akbar Hosseinjani Pages 291-301
    In this paper an improved immersed boundary method is used for simulating sinusoidal pitching oscillations of a symmetric airfoil. Immersed boundary methods because of using a fixed Cartsian grid are well suited for such moving boundary problems. Two test cases are used to validate the proposed method and the effects of oscillation frequency and amplitude on the flow field are investigated. Flow field vorticity and kinetic energy contours are reported in this paper. It is found that the deflected wake start to be appeared for Strouhal number more than 0.4 at a fixed pitching amplitude 0.71. A chaotic flow can be observed at oscillation amplitude 2.80, for a fixed Strouhal number, 0.22. Kintic energy contour shows that for Strouhal number 0.1, the airfoil performs work and transfers momentum to flow but the fluid energy loss due to the enlargement of flow separation zone decreases the momentum and kinetic energy behind the airfoil. Deficit momentum and kinetic energy behind the airfoil results in drag force increasing. By increasing the oscillation frequency and amplitude more momentum transfers to flow filed behind the airfoil which results in drag force decreasing.
    Keywords: Immersed boundary method, Vorticity contours, Flapping airfoil, Kinetic energy contours
  • Mahmoud Salimi, Davoud Shahgholian Pages 302-310
    When two bodies slide on each other the asperities are engaged and deformed which causes the dynamic friction. By superposing ‎ultrasonic oscillation to one of the bodies, the friction force is reduced. The experiments show that the friction force may be reduced by ‎about 60 percent depending on material properties and the kinetics of the two bodies. This phenomenon is widely used in metal forming ‎and metal cutting. This phenomenon may be used as a replacement of lubricants in such processes due to its higher efficiency and less ‎pollution effects. ‎In this research an elastic-plastic model for the surface contact is given which is capable of predicting the friction force when ultrasonic ‎vibrations are superimposed to macroscopic motion. The result of this model is compared with that of the experimental values. The ‎differences between these values are shown to be less than 10 percent. The result of the model is also compared with that of the Dong ‎model. The comparison show that the present model ‏‎ has better accuracy of the Dong model. ‎
    Keywords: Modelling, ýþ þSliding Friction, Ultrasonic Oscillation, ýþ þAsperity, ýþ þSurface Contact. ý
  • Mohammad Reza Soltani, Mahdi Abedi, Javad Sepahi Younsi Pages 311-320
    An extensive experimental study has been conducted to investigate the performance and stability of a supersonic axisymmetric mixed compression air intake designed for a free stream Mach number of 2.0. Unstable flow conditions, where the self-sustained oscillations of the shocks waves occur, have been studied in this investigation. Aside from the buzz triggering mechanism, the paper describes the flow phenomenon sequences during the buzz cycle by means of the shadowgraph pictures and via high frequency pressure transducers. Results showed that the pressure inside the intake decreases and increases sequently during the buzz cycle. The intake becomes almost empty (its mass flow rate decreases) as the shock wave moves upstream toward the intake tip. When the shock waves stand at its most upstream location, the pressure inside the intake reaches its minimum value. This low pressure condition causes the shock wave to move toward the intake and consequently the intake pressure increases again. As the pressure inside the intake increases, the shock wave moves upstream. The intake pressure reaches its maximum value when the shock wave stands at the intake entrance and the buzz cycle is then completed.
    Keywords: Air Intake, Supersonic Flow, Buzz, Shock wave, Oscillation Frequency
  • Static Balancing of Parallel Planar 3-DOF Mechanisms, 3-RRR, 3-PRR, 3-RPR and static balancing of variable weights
    Mehdi Tale Masouleh, Mohammad Homayounpour Pages 321-331
    Static balancing is one of the most valuable strategies in manufacturing and industrial designing. This paper deals with the static balancing of parallel mechanisms. Using counter-weights and springs, and their combination, are the most popular methods in this procedure. In this article, theories and formulas of static balancing, by considering the end-effector with constant-weight, using counter-weights and springs are addressed. As case studies, three 3-DOF planar parallel mechanisms, namely, 3-RRR, 3-PRR and 3-RPR with constant-weight are investigated. A static balanced 3-RRR is modeled and validated in Adams software and fabricated using a combination of spring and counter-weight. This mechanism is manufactured in Human and Robot Interaction laboratory (TaarLab). Moreover, a cable parallel 3-DOF mechanism using static balancing concept is designed for which variable weight is considered at the end-effector. The crane benefits from static balancing of variable weight that causes the power actuators just use in relocation the counter-weight in XY plane that is obviously less than the power needed to relocate the main load across the gravity direction. The advantages of these kinds of mechanisms consist in reducing manufacturing and operation price, increasing the safety and using less power in actuators.
    Keywords: Static Balance, Parallel Mechanism, counter, weight, spring, variable weight
  • Mohammad Hosein Saadatbakhsh, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi, Hamed Hassanpour, Ahmadreza Omiddoodman Pages 332-338
    Helical milling has been known as an innovative method for making high quality holes. In this method, milling tool generates efficiently a high quality hole by moving along a helical path. The hole diameter can be adjusted through the diameter of this helical path. Regarding accuracy of hole in industrial parts, it is necessary to compare this method with conventional hole drilling. Therefore, in this study helical milling and conventional drilling, have been compared with each other. Eight experiments were conducted considering two levels of cutting speed and feed rate on the samples made of AISI 4340 steel at 45 HRC. Minimum quantity lubricant system with two nozzles was used. 100 ml/h of Behran-11 mineral oil at air pressure of 4 bar was employed in this system. Machining forces, surface roughness, nominal diameter, roundness, and cylindricity were output parameters. According to the obtained results, cutting speed was the only one with positive effect on all qualitative parameters of the machined holes. On the other hand, independency of cutting parameters, helical milling lessened machining forces, surface roughness, and geometrical tolerances in compare with conventional drilling.
    Keywords: Hole Quality, Helical Milling, Drilling, Geometrical Dimensions, Tolerances
  • Majid Moavenian, Mohsen Pazhoohiyani, Mohammad Ehsan Momeni Heravi Pages 339-348
    The quality of knitted fabric in circular knitting machines is highly sensitive to any undesired changes in the mechanism and components involved. For instance, a broken needle causes defects on the surface of knitted fabric. Consequently in order to increase the quality and reduce production cost, rapid detection and diagnosis of defected needles on industrial circular weft knitting machines is a crucial need. In these machines when the yarn is pulled down by the needles to knit a loop the created yarn tension, causes fluctuations in the feeding yarn flow. The aim of present research is to identify broken needle defects and their numbers, during yarn feeding in a circular knitting machine, employing neural network analysis on yarn fluctuation signals. The experiments procedures were designed so that three needle defected conditions were implemented on an industrial circular knitting machine. The yarn fluctuation signals were captured and saved, then using wavelet the contaminated signal noise was removed. Statistical and wavelet analysis are implemented to produce the required features. Finally the capability of neuro network for classification of four groups of data including healthy, one, two and four broken needles were examined. The results show that 99.43 % accurate distinction of broken needles is achieved in 50 iterations.
    Keywords: Fault Detection, Single jersey circular knitting machine, Neural network, Wavelet
  • Navid Seyedkazem Viliani, Mehdi Hashemi, Hadi Vadizadeh, Hassan Pourrostami, Seyed Mohsen Mostafavi, Faramand Hashemizadeh Pages 349-357
    This article presents analytical and empirical studies of a micro-electromechanical package. This micro-electro-mechanical (MEMS) pressure sensor package contains of a printed circuit board (PCB), the capacitance LCD. First of all, mathematical modeling and computer simulation using software COMSOL software which is based on finite element method are presented to compute the sensitivity of the MEMS pressure sensor and output voltage output. It is worth noting that an Xducer resistor type is adopted to measure the diaphragm deflection. In addition to static and modal analyses of the sensor, the effects of geometric parameters on the voltage has also been studied. Simulation results show that by changing the size and position of the resistor and also the size and thickness of the diaphragm, sensor sensitivity can be changed. Then, with the construction and placement of components on printed circuit boards, the package has been prepared and tested in a laboratory. The experimental results of the package show that the error of the devised system in measuring the pressure is less than 0.5 percent. This pressure sensor package is capable of accurately measuring the pressure up to 6 bar in which all the empirical results are presented at the end of the study. The package can be designed according to the requirements of the petrochemical industry in measuring gas pressure of storage tanks and drums in FANAVARN petrochemical company.
    Keywords: MEMS Pressure sensor, Piezoresistive, Petrochemical industry, Analytical, empirical investigation
  • Ehsan Javanmard, Shahriar Mansoorzadeh, Ahmad Reza Pishevar Pages 358-366
    In this paper the effect of horizontal control surfaces (stern fins) angle on the drag force of the Subsea R&D Autonomous Underwater Vehicle (AUV) is investigated using both experimental fluids dynamic and numerical fluids dynamic methods. The experiments were conducted in the Subsea R&D towing tank using a 1:1 scale model of the AUV, at various stern angles and in a speed range of 1 to 3 m/s. A pair of Naca shaped struts was used to connect the AUV to the carriage dynamometer. The stern drag force was experimentally calculated at various stern angles and towing speeds. The results obtained by experimental method compared with those obtained numerically by commercial computational fluid dynamics CFX code. Both experimental and numerical results showed that as the stern angle increases, the total AUV drag force increases, and the drag force coefficient can be estimated by a second order polynomial. The results showed that, at a speed of 1.5m/s, as the stern angle increases to 45 degree, the drag coefficient increases up to 174 percent It was also observed that at a specific stern angle, the drag force due to stern fin increases with the AUV speed. Variation of axial force as a function of stern angle was determined by using both experimental and numerical methods. The results obtained by both methods showed that the expensive experiments conducted in towing tanks can be replaced by numerical simulations.
    Keywords: Autonomous Underwater Vehicle, Control Surfaces, Computational Fluids Dynamic, Experimental Fluids Dynamic, Towing Tank
  • Esmaeel Ghafari, Jalil Rezaeepazhand Pages 367-374
    This paper presents prediction of static behavior of composite beams with arbitrary anisotropic materials. The procedure is based on decomposing a 3-D nonlinear elasticity problem into a 2-D analysis of cross section and a 1-D analysis across the beam length. This is accomplished by assuming that magnitude of strain is small compared to unity and cross section size is small relative to wave length of deformation, inherent to beam-like structures. In 2-D cross sectional analysis warping functions are calculated in terms of 1-D strain parameters and finally, fully coupled classical stiffness constants are derived which include extension, torsion and bending in two directions. 1-D analysis is modeled by Finite Element Method through calculating beam strain energy. In this article warpings are derived using Rayleigh-Ritz method. The great advantage of using Rayleigh-Ritz is simplifying cross sectional analysis in contrast with the mesh generation in FEM of similar procedures. Different cross section stiffnesses are investigated for ply orientation angle. Calculated results for symmetric and anti-symmetric composite box beams correlate well with 3-D FEM using Abaqus software as well as experimental results. The present solution has more accurate results for anti-symmetric composite box beam. According to costly use of 3-D FEM analysis, the present procedure with high speed and acceptable accuracy, is truly sufficient for preliminary and optimization problems.
    Keywords: Composite Beam, Warping Function, Rayleigh, Ritz Method, Finite Element Method