فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 3 (خرداد 1394)
  • سال پانزدهم شماره 3 (خرداد 1394)
  • تاریخ انتشار: 1393/11/25
  • تعداد عناوین: 44
|
  • فرامرز آشنای قاسمی، غلامرضا باقری، علی پورکمالی انارکی صفحات 1-8
    یکی از عیوب رایج در بخش بدنه و بال هواپیما ایجاد ترک ناشی از قرارگیری هواپیما در معرض بارهای سازه ای و آئرودینامیکی می باشد. در بسیاری از موارد می توان با انجام تعمیر، عمر کاری بخش معیوب را افزایش داد. امروزه یکی از متداول ترین انواع تعمیرات در این زمینه، استفاده از وصله های کامپوزیتی و چسباندن آنها بر روی عیوب است. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، رطوبت، وزن کم و خواص خوب خستگی می باشند. در این تحقیق از ورق شیاردار از جنس آلومینیوم آلیاژی 2024 T4 به عنوان ماده پایه استفاده شد. وصله کامپوزیتی نیز از نوع کامپوزیتی لایه فلزی (با لایه های الیاف کربن و لایه فلزی فسفر برنز) ساخته و توسط چسب به فلز شیاردار پایه متصل گردید. متغیرهای آزمایش به ترتیب لایه چینی، ضخامت لایه فلزی و طول وصله کامپوزیتی تعیین گردید. نمونه های ساخته شده تحت آزمایش کشش قرار گرفته و نتایج آزمون های تجربی با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج این تحقیق نشان دهنده افزایش چشمگیر استحکام کششی قطعات ترمیم شده با این نوع وصله ها، در مقایسه با قطعات شیاردار بدون وصله بوده، به نحوی که در بهترین حالت، استحکام کششی قطعات ترمیم شده تا % 4/82 افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: استحکام کششی، ورق شیاردار، وصله، کامپوزیتی لایه فلزی
  • حمیدرضا محمدی دانیالی، رقیه حسن زاده صفحات 9-18
    جداسازی درجات آزادی بازوهای موازی علاوه بر طراحی بازوهای موازی با درجات آزادی کمتر، منجر به ساختار مکانیکی ساده تر، فضای کاری بیشتر، کنترل ساده تر، دقت بیشتر و هزینه ساخت کمتر می شود. از جمله این بازوها، بازوی موازی 3T1R شامل سه درجه آزادی انتقالی در فضا و یک درجه آزادی دورانی حول محور ثابت است. طراحان روش های سیستماتیک مختلفی را جهت دستیابی به بازوهای موازی با درجات آزادی مستقل ابداع کرده اند. در این میان روش پیچه با کاربردی وسیعتر، جهت سنتز نوع بازوهای موازی به کار گرفته شده است. بر اساس دانش نگارنده، سنتز بازوهای موازی با حرکت های کاملا ناوابسته بیشتر مورد مطالعه قرارگرفته است، حال آنکه سایر انواع درجات آزادی مستقل از این بازوها کمتر مورد توجه بوده است. یکی از انواع درجات آزادی مستقل، گروه های ناوابسته حرکتی می باشند که در آنها هر گروه از خروجی ها، از یک سری مشخص از مفاصل محرک نتیجه می شوند. در این مقاله گروه های ناوابسته حرکتی از بازوهای 3T1R بدون درجه آزادی زاید با مفصل اول محرک در هر چهار پا، با استفاده از روش پیچه معرفی شده است. از مقایسه معادلات سینماتیکی حاکم بر گروه های ناوابسته حرکتی با ماتریس ژاکوبین بر اساس پیچه، علاوه بر تعریف جامع گروه های ناوابسته، وضعیت هندسی ممکن رنچ های تحریک هر گروه ارائه شده است. در نهایت، با استفاده از وضعیت هندسی رنچ های تحریک هر گروه، کلیه پاهای ممکن جهت تشکیل بازوی موازی از هر گروه مشخص شده است.
    کلیدواژگان: بازوی موازی 3T1R، پیچه متقابل، رنچ تحریک، گروه ناوابسته
  • محمد جعفری، محمدباقر نظری، امیر طاهری نسب صفحات 19-26
    هدف اصلی این مقاله ارائه روشی برای محاسبه توزیع تنش اطراف گشودگی شبه مستطیلی در ورق فلزی نامحدود تحت جریان حرارتی یکنواخت در بی نهایت است. وجود گشودگی در ورق فلزی تحت جریان حرارتی یکنواخت باعث ایجاد تنش های حرارتی در اطراف گشودگی می شود. روش مورد استفاده بسط روش حل گودیر و فلورنس برای مساله ترموالاستیک خطی تحت جریان حرارتی یکنواخت است. گودیر و فلورنس حل خود را برای صفحات همسانگرد حاوی گشودگی دایره ای و بیضی شکل ارائه کردند. به-منظور توسعه روش ارائه شده توسط آنها به گشودگی های مختلف، با استفاده از نگاشت همنوا، ورق نامحدود حاوی گشودگی شبه مستطیلی به درون دایره ای به شعاع واحد نگاشته می شود. در این تحقیق مرز گشودگی عایق درنظر گرفته شده است. ازجمله پارامترهای مهم در هندسه گشودگی، زاویه چرخش گشودگی، شعاع انحنای گوشه های گشودگی و نسبت طول به عرض گشودگی هستند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهند که پارامترهای فوق تاثیر بسزایی در توزیع تنش اطراف گشودگی دارند و با انتخاب صحیح پارامترهای مذکور می توان به مقدار تنش حرارتی کمتری نسبت به گشودگی دایره ای دست یافت. روش حل ارائه شده قابلیت حل ورق های فلزی حاوی سایر گشودگی ها را نیز دارد.
    کلیدواژگان: نگاشت همنوا، جریان حرارتی یکنواخت، تنش حرارتی، گشودگی شبه مستطیلی
  • رضا انصاری خلخالی، امیر نورورززاده، راهب غلامی صفحات 27-34
    در مطالعه حاضر، ارتعاشات نانولوله کربنی که در آن سیال داخلی با سرعت ثابت در جریان بوده و نیروی گسترده خارجی به صورت هارمونیک به آن اعمال می شود مورد تحقیق قرار گرفته است. همچنین در اطراف این نانولوله یک بستر الاستیک ویسکو-پاسترناک تعبیه شده است و شرایط مرزی نانولوله نیز در دو انتها تکیه گاه ساده می باشد. به منظور تحلیل این سیستم و در نظر گرفتن اثرات اندازه کوچک در پاسخ های بدست آمده، از تئوری تنش کوپل استفاده شده و برای مدل سازی نانولوله، تئوری تیر تیموشنکو به کار گرفته شده است. با در نظر گرفتن تمامی انرژی های موجود در سیستم و کار نیروهای خارجی وارد بر آن، اصل همیلتون نوشته شده و معادلات غیر خطی حرکت سیستم به دست آمده است. در ادامه برای تبدیل معادلات با مشتقات جزئی نتیجه شده به معادلات دیفرانسیل معمولی، از روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته کمک گرفته شده و دامنه تیر گسسته سازی شده است. برای تحلیل پاسخ های فرکانسی نانولوله از بسته مت کانت در نرم افزار متلب استفاده شده است. برای این منظور و با به کار گیری تبدیلات مناسب، معادلات دیفرانسیلی مرتبه دوم موجود به معادلات مرتبه اول تبدیل شده اند. بدین ترتیب تاثیرات اندازه کوچک و به عبارتی تفاوت های تئوری حاضر با تئوری کلاسیک تیر تیموشنکو نشان داده می شود. علاوه بر آن اثرات ابعاد نانولوله، سرعت سیال، نیروی عرضی اعمالی و پارامترهای بستر الاستیک نیز بررسی شده است. مشاهده می شود که میزان و نحوه تاثیر هریک از این عوامل متفاوت می باشد و در مجموع پاسخ های فرکانسی نانولوله به شکل ملموسی به این تغییرات حساس است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات اجباری، نانولوله کربنی حاوی سیال، بستر الاستیک، روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته، بسته مت کانت
  • سید علیرضا ذوالفقاری، علی براتی ماژان صفحات 35-41
    در این تحقیق، تاثیرات زاویه خروجی از جت پرده هوایی، بر درزبندی ایرودینامیکی اتاقی با سیتم تهویه فشار مثبت مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، از مدلسازی جریان، انتقال حرارت و پخش گونه ها به کمک حلگر عددی اپن فوم استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که زاویه پاشش جت، اثرات قابل توجهی بر توزیع پارامترهایی از جمله دما، غلظت آلاینده ها و نیز شاخص احساس حرارتی افراد دارد. به طوری که با تغییر زاویه پاشش جت از 10+ درجه (به سمت داخل) به 10- درجه (به سمت خارج)، متوسط اختلاف دمای محیط داخل تا 2/5 درجه سلسیوس کاهش می یابد. همچنین، همین میزان تغییر در زاویه پاشش جت، باعث می شود تا متوسط غلظت آلاینده های محیط داخل با کاهشی قابل توجه، از 25ppm به 5ppm برسد. از طرفی نتایج نشان داد که به ازای زاویه 10- درجه برای پاشش جت پرده هوایی، متوسط شاخص احساس حرارتی افراد در فضای داخل به سمت احساس خنک سوق پیدا می کند. در نتیجه، زاویه پاشش مذکور باعث می شود که شرایط فضای داخل، تاثیر کمتری از محیط گرم بیرون بپذیرد. به عبارت دیگر، در زاویه پاشش نزدیک به 10- درجه، دستگاه پرده هوایی عملکرد مناسب تری را در جداسازی حرارتی و ایرودینامیکی دو محیط داخلی و خارجی از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: دستگاه پرده هوایی، زاویه پاشش جت، آسایش حرارتی، کیفیت هوای داخل
  • امیررضا شاهانی، رضا دواچی صفحات 42-52
    یاتاقان های غلتشی یکی از اجزای مهم در ماشین آلات دوار هستند که تحت اثر خستگی تماس غلتشی قرار دارند لذا جهت تخمین بهتر عمر باقیمانده ی این اجزا مدلی با در نظر گرفتن چندین بار متحرک بر مبنای مکانیک شکست خطی ارائه شده است. در نظر گرفتن اثر چند بار متحرک در این مدل نکته ی مهمی است که در مراجع در نظر گرفته نشده است. سطح در تماس با یک نیم صفحه ی بینهایت دارای یک ترک لبه ای مدل گردیده است. تماس سیکلی غلتشی نیز با حرکت یک توزیع بار بر روی مرز نیم صفحه بینهایت شبیه سازی شده است. محاسبات مسیر ترک و ضرایب شدت تنش به کمک روش گام به گام بر مبنای معادلات انتگرالی منفرد انجام گردیده است. اثر ضریب اصطکاک و در نظر گرفتن دو بار متمرکز متحرک بر روی مسیر رشد ترک برای زوایای مختلف ترک اولیه نسبت به مرز نیم صفحه و عمر باقیمانده ی سطح تحت خستگی تماس غلتشی برای فولاد 75XГCT مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از این تحلیل با نتایج مدل قبلی مورد مقایسه قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده برای عمر باقیمانده مشخص است که با افزایش تعداد بارهای تماسی متحرک بر روی سطح تماس مقدار عمر باقیمانده کاهش پیدا کرده و به حالت واقعی نزدیک تر می گردد، همچنین با افزایش ضریب اصطکاک عمر باقیمانده کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تماس غلتشی، عمر باقیمانده، مکانیک شکست خطی، روش گام به گام، معادلات انتگرالی منفرد
  • علی نصیری طوسی، آرمان رستم پور صفحات 53-62
    پدیده کوبش، پدیده ای تصادفی و پیچیده است و انجام آزمایشات تجربی موتور در شرایط با کوبش، بسیار پر هزینه می باشد. موتور مورد بررسی در این مقاله، موتور EF7(TC) می باشد که یک موتور دوگانه سوز با پایه گازسوز است و در صورت استفاده از بنزین احتمال وقوع کوبش در این موتور زیاد است. در این مقاله به کمک کد کیوا-نسخه 3وی به شبیه سازی یک سیکل کامل این موتور تحت شرایط با کوبش و بدون کوبش پرداخته شده است. هندسه این موتور به کمک نرم افزار انسیس و به صورت ساختاریافته، شبکه بندی گردید. از آنجا که کد کیوا-نسخه 3وی مجهز به مدل خود اشتعالی نمی باشد، مدل انتگرال کوبشی به کد اصلی اضافه شد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی به دو روش فشار درون سیلندر و دمای راهگاه دود خروجی اعتباردهی شد که نشان داد نتایج شبیه سازی در مقایسه با داده های آزمایشگاهی از دقت مناسبی برخوردار است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی، هرچند کد کیوا-نسخه 3وی و مدل انتگرال کوبشی قادر به مدل کردن نوسانات فشاری در شرایط با کوبش نمی باشند اما به خوبی محل و زمان وقوع کوبش را شبیه سازی می کنند. در نهایت به بررسی نحوه توسعه و نفوذ شعله در محفظه احتراق و چگونگی تشکیل جبهه دوم پرداخته شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در شبیه سازی، جبهه دوم شعله در نزدیکی سوپاپ دود تشکیل و گسترش می یابد.
    کلیدواژگان: خوداشتعالی، کوبش، موتور ملی پرخوران، دینامیک سیالات محاسباتی، گسترش شعله
  • پژمان تقی پور بیرگانی، خسرو نادران طحان، سینا سوداگر، محمد شیشه ساز صفحات 63-74
    در این مقاله مودهای قابل انتشار در یک اتصال چسبی سه لایه هم بدون در نظر گرفتن تاثیر منبع تولید موج و هم با در نظر گرفتن تاثیر منبع، مورد بررسی قرار گرفته و مشخص می شود که کدام یک از مودهای قابل انتشار دارای اتلاف کمتری هستند. ابتدا انتشار موج لمب در اتصالات چسبی با استفاده از روش ماتریس کلی بررسی می شود و معادله مشخصه با اعمال شرایط مرزی و پیوستگی که شامل شرایط مرزی بدون تنش در سطوح خارجی اتصال و پیوستگی بین لایه ها می باشد استخراج می شود. نمودارهای تجزیه سرعت فاز و اتلاف بر حسب فرکانس با حل عددی معادله مشخصه بدست می آید. سپس تاثیر منبع بر روی میدان موج در اتصالات چسبی با استفاده از روش بسط مودهای نرمال بررسی می شود. همچنین نمودارهای جریان توان متوسط مود تحریک شده با اتلاف کم و درصد انرژی آن مود نسبت به انرژی کل موج لمب بر حسب پارامترهای منبع در یک فرکانس مشخص بدست می آید. این نتایج برای تعیین پارامترهای مناسب منبع، جهت تولید مود موج لمب با اتلاف کم در یک فرکانس مشخص مورد استفاده است. در نهایت شبیه سازی اجزاء محدود تولید موج لمب برای مقایسه با نتایج روش بسط مودهای نرمال انجام می شود. نتایج نشان می دهند که برای تولید مود M3 با اتلاف کم در اتصال چسبی سه لایه آلومینیوم – اپوکسی - آلومینیوم در فرکانس 25/0 مگاهرتز زاویه گوه مناسب 16 درجه و پهنای ترنسدیوسر مناسب 20 میلیمتر می باشد.
    کلیدواژگان: منبع تولید موج، تابش زاویه ایی، اتصالات چسبی سه لایه، موج لمب با اتلاف کم، روش بسط مودهای نرمال
  • محمدرضا وزیری سرشک، علیرضا آرایی، احمدرضا فرخی، نبی مهری خوانساری صفحات 75-83
    در این مقاله اصلاح طراحی و ساخت استواره آیوزیپسکیو مورد ارزیابی قرار گرفت. این استواره می تواند با اعمال بار برش درون لایه ای بر روی نمونه کامپوزیتی، خواص مکانیکی کامپوزیت ها را در مد شکست II پیش بینی کند. در این تحقیق، ابتدا، استواره متداول قبلی مطابق استاندارد ساخته شد. سپس، با انجام آزمایش بر کامپوزیت های پایه پلیمری (کربن-اپوکسی) و چوب (به عنوان کامپوزیت طبیعی)، اشکالات موجود در این استواره مشخص شد. در نهایت با انجام 6 اصلاح اساسی در ساختار استواره، طرح جدید ارائه گردید. همچنین، مشخص شد که با اعمال این اصلاحات، میزان تمرکز نیروی برشی (در ناحیه ی برش) و همچنین میزان دقت آزمایش، افزایش می یابد. بر این اساس، پس از ساخت استواره جدید و انجام آزمایش بر روی مواد چوب و کامپوزیت های پایه پلیمری و با استفاده از روابط انحراف معیار موجود در استاندارد، میزان انحراف معیار دو استواره به ترتیب به %82.7 و %48 در مورد چوب و کامپوزیت پایه پلیمری، کاهش یافت که این خود حاکی از افزایش دقت فیکسچر می باشد. بعلاوه نوسان های موجود در نمودار حاصل از استواره طرح جدید نیز به مقدار قابل توجهی کاهش یافت.
    کلیدواژگان: استواره آزمایش برشی، مود II، کامپوزیت، بین لایه ای، انحراف معیار
  • سحر جعفری، محمدرضا انصاری، نیما سام خانیانی صفحات 84-94
    در مطالعه حاضر، به بررسی مدل های زاویه تماس در پیش بینی رفتار قطره پس از برخورد به سطح جامد پرداخته و با هم مقایسه می شوند. دوفاز غیرقابل تراکم، مخلوط نشدنی و سیال ها نیوتنی فرض شده اند. برای شبیه سازی فصل مشترک بین دوفاز از روش حجم سیال تابع رنگ (CF_VOF) در نرم افزار متن باز اپن فوم استفاده شده است. مدل های مختلف زاویه تماسی همچون: مدل تانر و مدل یوکویی در این نرم افزار پیاده و با مدل های موجود در آن همچون: مدل زاویه تماس استاتیکی و دینامیکی مقایسه شده است. این مطالعه نشان می دهد مدل زاویه تماس استاتیکی با وجود سادگی بهترین مدل برای پیش بینی رفتار قطره در محدوده وسیعی از شرایط مختلف برخورد قطره به سطح جامد است. نشان داده شده ویسکوزیته سیال در تعیین نوع الگوی برخورد قطره تاثیرگذار است و با افزایش ویسکوزیته سیال انرژی بیشتری برای برخاست دوباره قطره از سطح لازم است. همچنین ناپایداری کلوین- هلمهولتز ناشی از اختلاف سرعت بین دو فاز قطره و هوا، بعنوان عاملی در تغییر شکل فصل مشترک بوده و با ایجاد طول موج هایی روی سطح مشترک در شبیه سازی ها دیده شده است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی قطره ای، تغییرشکل سطح مشترک، برخورد قطره با سطح جامد، زاویه تماس، ناپایداری کلوین هلمهولتز
  • محمد جواد محمودی، محمدکاظم حسن زاده اقدم، رضا انصاری صفحات 95-105
    در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی سه بعدی وابسته به زمان جهت مطالعه ی رفتار الاستوویسکوپلاستیک مواد مرکب با الیاف هم راستا، با وجود آسیب فاز میانی تحت اثر بارگذاری چند محوری ارائه می شود. المان حجمی نماینده ماده مرکب شامل سه فاز الیاف، زمینه و فاز میانی الیاف/زمینه می باشد. فاز میانی بعنوان یک فاز مجزا با ضخامت معینی که سطح بیرونی الیاف را پوشش می دهد درنظر گرفته می شود. اختلاف دمای ساخت ماده مرکب تا دمای محیط که منجر به تنش پسماند حرارتی شده، در این تحلیل منظور می شود. الیاف و فاز میانی بعنوان یک ماده ی الاستیک و زمینه بعنوان یک ماده ی الاستیک-ویسکوپلاستیک با سخت شوندگی ایزوتروپیک فرض می شوند. از مدل ویسکوپلاستیک بادنر-پارتم جهت مدل سازی رفتار غیرالاستیک وابسته به زمان زمینه استفاده می شود. برای تحلیل آسیب فاز میانی، مدل نیدلمن مورد استفاده قرار می گیرد. برای مواد مرکب زمینه فلزی نشان داده می شود در حالی که نتایج پیش بینی شده بر اساس فرض عدم آسیب در فاز میانی بسیار دور از واقعیت می باشد، رفتار تنش-کرنش پیش بینی شده با وجود آسیب در فاز میانی و تنش پسماند حرارتی تطابق خوبی با داده های تجربی دارد. همچنین خواص الاستیک ماده مرکب با نسبت های منظر گوناگون با مدل میکرومکانیکی فوق استخراج می شود. پیش بینی های رفتار الاستیک نیز بسیار نزدیک به داده های تجربی و مدل های در دسترس دیگر است.
    کلیدواژگان: میکرومکانیک، آسیب فاز میانی، رفتار الاستوویسکوپلاستیک، تنش پسماند حرارتی، نسبت منظر
  • محمدرضا شبگرد، بهنام کرم زاده، رضا علیزادگان، احد قلی پور صفحات 106-112
    در این تحقیق فرآیند پرداختکاری فولاد گرم کار AISI H13 به روش جریان ساینده (AFF) مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر پارامترهای مختلف پروسه از قبیل فشار اکستروژن، غلظت ذرات ساینده، اندازه ذرات ساینده و وضعیت اولیه سطح بر روی میزان کاهش زبری سطح و میزان برداشت ماده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزایش غلظت ذرات ساینده باعث افزایش میزان کاهش زبری سطح و میزان برداشت ماده می شود. افزایش فشار اکستروژن از 4 مگاپاسکال تا 6 مگاپاسکال منجر به افزایش میزان کاهش زبری سطح و میزان برداشت ماده و از 6 مگاپاسگال تا 8 مگاپاسکال باعث کاهش میزان کاهش زبری سطح و میزان برداشت ماده می شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی موید این موضوع است که افزایش زمان پرداختکاری به بیش از 4 ساعت، سبب نفوذ و ماندگاری ذرات ساینده در سطح نمونه گردیده و بدین طریق موجب تخریب آن می شود. همچنین مطابق نتایج این تحقیق، با افزایش اندازه ذرات ساینده، میزان کاهش زبری سطح و میزان برداشت ماده افزایش یافته و این فرآیند در سطوح اولیه خشن کاری شده، تاثیرگذاری بیشتری بر کیفیت سطح مورد نظر دارد.
    کلیدواژگان: پرداختکاری به روش جریان ساینده، مشخصات ذرات ساینده، فشار اکستروژن، کیفیت سطح اولیه، زبری سطح
  • حمید موسی زاده، بهزاد قدیری دهکردی، مسعود راسخ صفحات 113-124
    یک صفحه هموژن دوبعدی با شرایط مرزی تکیه گاه ساده فرض شده و اثر نقص هندسی محلی کوچک صفحه، به همراه اثر تغییر شکل غیرخطی صفحه، با استفاده از اصل کار مجازی و روابط انرژی کرنشی و جنبشی بر اساس مدل معادلات ردی و مارگوئر تعیین شده است. بررسی ارتعاشات غیرخطی صفحه دوبعدی با اثر نقص محلی در اثر تحریک اولیه برای اولین مرتبه به روش تحلیلی انجام شده است. در این تحلیل رفتار نرم شوندگی و سخت شوندگی سازه در اثر تغییر اندازه نقص بررسی شده است. تحلیل فلاتر صفحه با اثر نقص هندسی محلی، تحت اثر بارهای ترکیبی آیرودینامیک و نیروی فشاری داخل صفحه و تنش های حرارتی، برای اولین بار در حالت دوبعدی، بررسی شده است. تئوری پیستون مرتبه اول و مرتبه سوم برای مدل سازی اثر آیرودینامیک مافوق صوت استفاده شده است. معادلات حرکت سیستم با استفاده از اصل کار مجازی و همیلتون استخراج شده است. با استفاده از روش گالرکین براساس شکل مودهای فرضی معادلات پاره ای مکانی و زمانی به معادلات غیرخطی معمولی تبدیل شده است. این معادلات به روش عددی رانج-کوتای مرتبه 4 و 5 حل شده است. افزایش ارتفاع نقص باعث افزایش فرکانس اصلی سیستم در ناحیه رفتار غیرخطی شده است. همین طور، رفتار نرم شوندگی صفحه به رفتار سخت شونده تبدیل شده و دامنه نوسان صفحه افزایش یافته و سرعت فلاتر کاهش یافته است. با افزایش سرعت جریان، دامنه نوسان صفحه برای نقص های کوچک بزرگ شده و برای نقص های بزرگ کوچک شده است. افزایش دامنه نقص باعث کاهش سرعت فلاتر و تبدیل سیکل محدود به آشوبناک شده است.
    کلیدواژگان: فلاتر صفحه، آیرودینامیک مافوق صوت، نقص هندسی محلی، تنش حرارتی، ارتعاشات غیرخطی
  • عباس طربی، سجاد قاسملو، محمود مانی صفحات 125-136
    در این پژوهش، طرح شکل پذیری روی بال یک پهپاد به صورت تجربی و عددی موردمطالعه قرارگرفته است. شکل پذیری بال با طول و زاویه پس گرایی متغیر انجام گرفته که در آن مساحت و ضریب منظری با حفظ ساختار کلی بال تغییر می یابد. نتایج عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت و داده های تجربی از تست تونل باد سرعت پایین در سرعت های 50، 60 و 70 متر بر ثانیه به دست آمده است. میزان تغییر طول و تغییر زاویه پس گرایی مدل بال شکل پذیر نسبت به بال پایه، به ترتیب 10 سانتی متر (30درصد) و 12 درجه (36 درصد) می باشند. نتایج به دست آمده از این بررسی نشان دهنده بهبود ویژگی های آیرودینامیکی بال شکل پذیر نسبت به بال پایه می باشد، این مسئله به فرم کاهش پسای القایی و افزایش راندمان آیرودینامیکی ظاهرشده است. طبق نتایج تجربی و عددی به دست امده برای بال شکل پذیر نسبت به بال پایه، مداومت پروازی به ترتیب 6/13 و 5/13 درصد و برد پروازی به ترتیب 85/8 و 17/8 درصد افزایش داشته است. مطالعات تجربی و عددی انجام شده نشان می دهد که بیشترین تغییر راندمان آیرودینامیکی مدل شکل پذیر نسبت به مدل پایه به ترتیب 8/13 و 7/13 درصد بوده که در زاویه حمله 6 درجه و سرعت 70 متر بر ثانیه اتفاق می افتد. در این تحقیق همچنین نشان داده شده که چگونه می توان از طرح بال شکل پذیر با طول متغیر به عنوان یک روش جایگزین برای کنترل حرکات غلت استفاده نمود.
    کلیدواژگان: بال شکل پذیر، طول و زاویه پس گرایی متغیر، روش عددی، تونل باد
  • بهنام میری پور فرد، طاهره پادرگانی صفحات 137-145
    در این مقاله به مدل سازی ریاضی و شبیه سازی یک سیستم رباتیکی کابلی با هدف توان بخشی بیمارانی که به شدت دچار ناتوانی در راه رفتن هستند، پرداخته شده است. به این منظور از یک ربات موازی کابلی برای کمک به حرکت بیمار بر روی تردمیل استفاده شده است. ابتدا الگوی صحیح حرکت راه رفتن در نظر گرفته شده است و معادلات سینماتیکی و دینامیکی برای بدست آوردن کشش در کابل ها در کل چرخه حرکت استخراج شده است. سپس با استفاده از روش عددی، فضای کاری ربات بررسی شده است تا موقعیت آویزان شدن کابل ها به گونه ای انتخاب شوند که بیمار در طول کل چرخه حرکت در فضای کنترل پذیر ربات باقی بماند به این معنا که کشش در کابل ها همواره مثبت باشد. همچنین با تعیین میزان کشش کمینه کابل ها، مصرف انرژی در تعیین محل آویزان شدن کابل ها لحاظ می شود و در نهایت یک شبکه عصبی برای تعیین سریع محل آویزان شدن کابل ها با توجه به پارامترهای آنتروپومتری بیمار آموزش داده می شود. نتایج شبیه سازی بدست آمده می تواند برای توسعه و ساخت یک سیستم رباتیکی کابلی جهت توان بخشی افراد ناتوان مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: توانبخشی راه رفتن، ربات موازی کابلی، موقعیت کابل ها، فضای کاری کنترل پذیر، شبکه عصبی
  • حبیب الله خاکساری، عبدالمجید خشنود، جعفر روشنی یان صفحات 146-152
    چرخ های عکس العملی از جمله وسایل تبادل ممنتم زاویه ای هستند، که در پایدارسازی وضعیت ماهواره و مانورهای وضعیت آن مورد استفاده قرار می گیرند. کنترل وضعیت ماهواره از مسائل مهم می باشد اما به دلیل نویز و اغتشاشات، سیگنال خروجی چرخ عکس العملی دچار نویز می شود که از جمله این اغتشاشات می توان به نابالانسی چرخ ها اشاره کرد. تاکنون روش های مختلفی برای حذف این نویز ارائه شده است. ابزارهای توانمند پردازش سیگنال از جمله موجک ها تاکنون در تحلیل خارج خط سیگنال های نویزی مشابه کاربرد بسیار زیادی داشته اند. اما اینکه بتوان این ابزارها را به طور روی خط در فرآیند کنترل حلقه بسته وارد نمود تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته است. مشکل عمده این موضوع به حجم بالای پردازش و تاخیر ایجاد شده برمی گردد. این نویز را می توان با طراحی یک بانک فیلتر موجک شناسایی و با آستانه گذاری ضرایب موجک حاصل از تجزیه سیگنال نویزی حذف نمود. اما به دلیل وجود تاخیر در بانک فیلتر که گریز ناپذیر است سیستم دچار ناپایداری می شود. از این رو، در این مقاله با یک رویکرد پیش بینی از الگوریتم اسمیت استفاده شده است تا بتوان تاخیر ایجاد شده از فرآیند حذف نویز را به خارج از حلقه کنترل انتقال داده و سیستم را پایدار و خروجی را تا حد بسیار زیادی به حالت سیستم بدون نویز نزدیک نمود. دقت این الگوریتم نیازمند داشتن تخمینی از دینامیک سیستم و آگاهی از میزان تاخیر سیستم است. با توجه به استفاده از فیلترهای پاسخ محدود تاخیر به طور کامل قابل محاسبه است.
    کلیدواژگان: چرخ عکس العملی، حذف نویز، پیش بین اسمیت، جبران تاخیر، شناسایی سیستم، موجک روی خط
  • حمید معین فرد، بهنام معتکف ایمانی، مرتضی داودی، امین رحیم زاده صفحات 153-161
    مدل سازی دینامیکی تیرها تحت تاثیر نیروهای آیرودینامیکی در بسیاری از شاخه های مهندسی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله روش جدیدی برای مدل سازی حوزه ی زمان تیرهای یکسرگیردار با خواص هندسی و فیزیکی متغیر در طول تیر، تحت تحریک جریان باد ارائه می شود. در ابتدا با استفاده از اصل همیلتون و با فرض تئوری اویلر-برنولی معادله دیفرانسیل با مشتق جزئی حرکت تیر با مقطع متغیر استخراج می گردد. در ادامه از یک روش عددی تفاضل محدود برای تعیین فرکانس های طبیعی و شکل مود های تیر با مقطع متغیر استفاده شده است. در قدم بعدی با استفاده از روش گلرکین و بر پایه شکل مودهای استخراج شده در مرحله قبل، معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی حرکت تیر، تبدیل به معادله دیفرانسیلی معمولی با ترم های غیر خطی تحریک می گردد. نیروهای آیرودینامیکی با استفاده از نرم افزار کد باز XFOIL مدل سازی شده اند. تیر مورد بررسی دارای مشخصات منطبق بر پره توربین بادی 100 کیلوواتی است که هم اکنون در پژوهشکده هواخورشید دانشگاه فردوسی مشهد در مرحله ساخت و راه اندازی است. نتایج شبیه سازی مشخص می نماید که در نظر گرفتن یک شکل مود در روش گلرکین برای تخمین پاسخ دینامیکی تیر، جوابهای قابل قبولی خواهد داشت. همچنین مشاهده شد که سرعت ناپایداری با میرایی مودال تیر نسبت مستقیم دارد و به گونه ای است که سرعت ناپایداری در تیرهای با میرایی بالاتر، بیشتر از سرعت ناپایداری در تیرهای با میرایی پایین تر است. نتایج حاصل از این مطالعه می توانند به خوبی در طراحی بهینه تیرهای با خواص هندسی و فیزیکی متغیر مورد استفاده قرار بگیرند.
    کلیدواژگان: تیر مقطع متغیر، شبیه سازی حوزه زمان، سرعت ناپایداری، تحریک باد
  • سید هومن کاظمی، حشمت الله حقیقت صفحات 162-172
    در مقاله حاضر، فرآیند کشش ورق های فلزی در قالب گوه ای شکل، با ارائه میدان سرعت جدید، به روش کرانه بالایی تحلیل و به روش اجزا محدود (نرم افزار آباکوس) شبیه سازی شده است. از جمله موارد مهم در تحلیل کرانه بالایی فرآیندهای شکل دهی، انتخاب مرزهای مناسب ناحیه تغییر شکل و نیز ارائه میدان سرعت مجازی است که علاوه بر برآورد نمودن شرط تراکم ناپذیری ماده و شرایط مرزی، مطابق با رفتار جریان فلز در ناحیه تغییر شکل باشد. مرز ورودی ناحیه تغییر شکل، سطح منحنی نمایی و مرز خروجی سطح استوانه ای فرض شده است. در تحلیل های گذشته، خطوط جریان فلز در ناحیه تغییر شکل مستقیم (خطی) فرض شده است ولی در واقعیت اینگونه نیست. در کار حاضر، میدان سرعت و همچنین شکل هندسی ارائه شده برای ناحیه تغییر شکل، خطوط جریان غیر مستقیم فلز را توجیه می کند. بر اساس میدان سرعت ارائه شده، توان های داخلی، برشی، اصطکاکی و نیز توان کل محاسبه شده است. سپس، با توجه به سرعت کشش ورق، نیروی کشش لازم به دست آمده است. در پایان نتایج روش تحلیلی با نتایج حاصل از حل اجزا محدود مقایسه شده اند. به منظور اعتباردهی به تحلیل حاضر، نتایج به دست آمده با نتایج سایر محققان مقایسه شده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف شامل درصد کاهش ضخامت و ثابت اصطکاک برشی بر نیروی کشش و زاویه بهینه قالب بررسی شده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی فلزات، کشش ورق، نیروی کشش، تحلیل کرانه بالایی، شبیه سازی اجزا محدود
  • احسان روحانی اصفهانی، محمد جواد ناطق صفحات 173-180
    در این مقاله، ربات میکروهگزاپاد جهت بکارگیری به عنوان میکرومانیپولیتور معرفی می گردد. ابتدا به بررسی مکانیزم موازی هگزاپاد و تغییراتی که نیاز است در آن جهت افزایش دقت موقعیت دهی و حذف عواملی نظیر لقی و اصطکاک در مفصل ها ایجاد شود، پرداخته می شود. برای این منظور پس از مقیاس نمودن هگزاپاد، مفصل های کروی و یونیورسال با مفصل های خمشی نوع میله ای در مکانیزم میکروهگزاپاد جایگزین می شود. سپس به بررسی درجات آزادی مفصل های خمشی میله ای پرداخته شده وپس از آن محور آنی دوران مفصل های خمشی به ازاء هر پیچه ی محدود سکوی متحرک بدست می آید و نشان داده می شود که زنجیره ی سینماتیک هر پایه میکروهگزاپاد را می توان به صورت دو مفصل کروی و یک محرک خطی در نظر گرفت؛ البته با این تفاوت نسبت به هگزاپاد که محل محور آنی دوران مفصل های خمشی آن با تغییر پیچه ی محدود سکوی متحرک مرتبا تغییر می کند. سپس روابط حاکم بر سینماتیک سرعت میکروهگزاپاد، با استفاده از تئوری پیچ واره استخراج شد. بعلاوه توسط روابط تحلیلی برای حرکت خطی سکوی متحرک با سرعت ثابت و نیز شتاب ثابت و همچنین حرکت با سرعت ثابت بر مسیر دایره ای، سرعت محرک ها محاسبه گردید. نتایج بدست آمده به وسیله ی تحلیل المان محدود مورد صحت سنجی قرار گرفت و نشان داد که تطابق بسیار خوبی بین آنها برقرار می باشد.
    کلیدواژگان: میکروهگزاپاد، مفصل خمشی، محور آنی دوران، سینماتیک سرعت
  • محمدحسن مذهب جعفری، علی حاج نایب، غلامحسین معصومی صفحات 181-188
    فن ها کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف دارند. عدم وجود ارتعاش در فن ها، موجب کاهش هزینه های تعمیرات و نیز کاهش مصرف انرژی این ماشین آلات می شود. ارتعاشات در دراز مدت می تواند به شکل خرابی هایی در موتور فن و خستگی در ساز ه پدیدار گردد. از این رو بررسی علل ارتعاشی و یافتن راه حل هایی برای کاهش آن، از اهمیت ویژه ای در افزایش طول عمر و راندمان فن ها، برخوردار است.
    در این پژوهش به بررسی علل ارتعاش یکی از فن های هوایی پتروشیمی بوعلی سینا واقع در بندر ماهشهر پرداخته شده است. در ابتدا با استفاده از آنالیز تغییر شکل حین کارکرد مهمترین فرکانس هایی که باعث افزایش ارتعاش شده اند را شناسایی و سپس با استفاده از آزمون مودال حین کارکرد فرکانس طبیعی های سازه، استخراج شده اند. در ادامه مدل اجزاء محدود فن ایجاد شده است. با استفاده از تحلیل های انجام شده، این نتیجه حاصل شد که نزدیکی فرکانس گذر پره با یکی از فرکانس های طبیعی، مهمترین عامل ارتعاشات بالا در سازه می باشد. این مشکل با افزایش تعداد پره ها قابل حل می باشد. دومین عامل ارتعاشات بالا نزدیکی دور کاری الکتروموتور به فرکانس طبیعی تکیه گاه الکتروموتور می باشد که می توان با افزایش سختی، فرکانس طبیعی این تکیه گاه را افزایش داده از دور کاری الکتروموتور به اندازه کافی دور کرد.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، تغییر شکل حین کارکرد، آنالیز مودال حین کارکرد، اجزا محدود
  • هادی خرمی شاد، زهرا عباسی صفحات 189-198
    یکی از محدودیت های مهم استفاده از اتصالات چسبی، تضعیف لایه ی چسب در مقابل عوامل مخرب محیطی مانند رطوبت می باشد. استفاده از روش های عددی برای پیش-بینی استحکام اتصالات چسبی در معرض رطوبت می تواند موجب صرفه جویی مهمی در وقت و هزینه شود. در این تحقیق ابتدا نحوه ی بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی عددی فرایند کامل نفوذ رطوبت به داخل لایه ی چسب و اثر تخریبی آن بر استحکام اتصال چسبی، تبیین شده است. سپس فرایند مذکور برای یک اتصال تک لبه ای با چسب حساس به فشار SBT 9244 و چسبنده ی آلیاژ آلومینیوم AL2024-T3 با طول اتصال و زمان های در معرض گذاری مختلف به کار برده شد. در مرحله ی اول توزیع رطوبت در زمان های در معرض گذاری 30، 60 و 90 روز در محیط با رطوبت نسبی 100% به دست آمد. سپس با استفاده از مدل ناحیه چسبناک، تست کشش اتصال تک لبه ای در زمان های مختلف شبیه سازی شد و استحکام باقیمانده ی آن تخمین زده شد. در این شبیه سازی پارامترهای مدل ناحیه چسبناک بر اساس نتایج آزمایشگاهی سایر محققین به دست آمد و اثر تخریبی رطوبت با تعریف پارامترهای مدل ناحیه چسبناک به صورت تابعی از میزان رطوبت جذب شده تعیین گردید. شبیه سازی یک بار بدون در نظر گرفتن تورم لایه ی چسب و بار دیگر با در نظر گرفتن تورم انجام شد. تنش های تورمی نیز به طور جداگانه در زمان های مختلف به دست آمد. مشخص شد، تاثیر تورم در اتصال با طول بزرگ تر و زمان در معرض گذاری کم تر، قابل توجه تر بوده است.
    کلیدواژگان: اتصالات چسبی، رطوبت، تورم، مدل ناحیه چسبناک، آسیب محیطی
  • محسن قادری، امیرفرهاد نجفی، احمد نوربخش صفحات 199-207
    ضریب لغزش یکی از پارامترهای مهم در طراحی هیدرولیکی و تخمین عملکرد پمپ های گریز از مرکز محسوب می شود. اطلاع از چگونگی وابستگی این پارامتر به نرخ جریان عبوری از پمپ به منظور پیش بینی عملکرد پمپ در شرایط کاری خارج از نقطه-ی طرح امری ضروری است. در این مقاله تغییرات ضریب لغزش در دبی های مختلف برای یک پمپ گریز از مرکز به کمک شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات سه بعدی RANS با استفاده از دستگاه معادلات چندگانه و با به کار گیری مدل آشفتگی RNG k-ε برای دبی های مختلف، در بازه ی 45% تا 120% دبی نامی، توسط نرم افزار CFX حل شده است. صحت حل عددی از طریق مقایسه ی منحنی های مشخصه ی حاصل از حل عددی با داده های تجربی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد تطابق خوبی میان مقادیر محاسبه شده از تحلیل عددی و داده های آزمایشگاهی برای پیش-بینی توزیع سرعت، ضرایب لغزش و عملکرد کلی پمپ وجود دارد. همچنین توانایی مدل های مختلف لغزش برای پیش بینی روند تغییرات این پارامتر با دبی ارزیابی شده است. این نتایج نشان می دهد که حل عددی نسبت به سایر مدل های موجود روند تغییرات ضریب لغزش در اثر تغییرات دبی را با دقت بیشتری پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، ضریب لغزش، شبیه سازی عددی
  • نوید فریدونی مهر، اصغر برادران رحیمی صفحات 208-218
    روی یک صفحه گسترش یافته با شرط مرزی همرفت سطحی به کمک روش آنالیز هموتوپی بهینه (OHAM) می باشد. در این مساله، بر خلاف شرط بدون لغزش متداول در سطح، شرط مرزی سرعت لغزشی در نظر گرفته شده است. این مقاله شامل مدل تعادلی غیر همگن چهار معادله ای دو مولفه ای است که در آن تاثیرات نانوسیال به صورت تاثیرات همزمان حرکت براونی و انتشار حرارتی در نظر گرفته شده است. معادلات دیفرانسیل جزیی بقایی حاکم (PDE) توسط تبدیلات تشابهی مناسب به معادلات دیفرانسیل معمولی (ODE) غیر خطی جفت شده شامل معادلات ممنتوم، انرژی و غلظت تبدیل خواهد شد. از مقایسه بین نتایج به دست آمده از روش OHAM حاضر و نتایج محققین دیگر مشاهده می شود که هم خوانی خوبی بین نتایج وجود دارد. همچنین، تاثیر پارامترهای فیزیکی مختلف جریان بر روی مولفه های سرعت سیال، توزیع دمایی و غلظت و همجنین ضرایب اصطکاک پوسته ای در جهات x و y، عدد ناسلت محلی و عدد شروود محلی مورد بررسی قرار گرفته شده است. این مطالعه نشان می دهد که نانوذرات در سیال پایه پتانسیل خوبی را در راستای افزایش عملکرد انتقال حرارت همرفتی سیالات مختلفی از خود نشان می دهند. نتایج نشان می دهد که گرادیان دمای دیواره با افزایش پارامتر انتشار حرارتی و یا کاهش پارامتر حرکت براونی کاهش می یابد. بعلاوه، عدد شروود محلی بطور معکوس متناسب با پارامتر انتشار حرارتی و نیز مستقیما متناسب با پارامتر حرکت براونی می باشد.
    کلیدواژگان: جریان هیدرودینامیک مغناطیسی، نانوسیال، سرعت لغزشی، شرط مرزی همرفت سطحی، روش آنالیز هموتوپی بهینه
  • محمدرضا قلیچ خانی، علیرضا محمدی، محمد مهدی حیدری صفحات 219-230
    نرخ سوزش پارامتری تعیین کننده در پیش بینی عملکرد موتور های سوخت جامد می باشد. هر گونه خطا در تعیین نرخ سوزش به طور مستقیم بر پیش بینی تراست و زمان سوزش اثر می گذارد. موتور های مقیاس کوچک به طور گسترده ای در صنایع فضایی و نظامی جهان به منظور اندازه گیری نرخ سوزش به کار می روند. استفاده از موتور های مقیاس کوچک مزایای زیادی نسبت به سایر ابزار های ساده اندازه گیری نرخ سوزش مانند استرند برنر ها دارد. اثراتی مانند: جریان دوفازی، تابش و اثرات سوزش فرسایشی در موتور های کوچک حضور دارند درحالیکه استرند برنر ها توانایی اندازه گیری این پارامتر ها را ندارند. با این حال بزرگترین مشکل در موتور های مقیاس کوچک تعیین نقطه زمان متناسب با شروع سوزش سوخت و اتمام سوزش است. انتخاب دقیق و سازگار نقطه شروع و پایان سوزش برای تعیین نرخ سوزش سوخت بسیار مهم می باشد. هدف اصلی این پژوهش بررسی روش های توسعه یافته و جدید برای به دست آوردن نرخ سوزش از تست موتور با توجه به روش های اولیه موجود در صنایع هوافضایی ایران می باشد. در این پژوهش با استفاده از موتور آزمایشگاهی سوخت جامد طراحی شده 26 تست انجام شده است. تکرار پذیری روش های موجود در مجموعه های دفاعی و دانشگاهی در سطح جهان مورد بررسی قرار گرفته و با روش مرسوم نصف کردن نیمساز مماس مقایسه شده است. نتایج بیانگر کیفیت بالای روش های صنعتی زیر مجموعه روش ضخامت بر زمان، روش هسلر گلیک و روش بالانس جرمی در مقایسه با تکرار پذیری پایین روش نصف کردن نیمساز مماس می باشد.
    کلیدواژگان: نرخ سوزش، زمان سوزش، نمودار فشار، زمان، موتور آزمایشگاهی سوخت جامد
  • کامران مستجیری عبید، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی صفحات 231-238
    در مقاله حاضر، میدان جریان و دما بر روی یک پله پسرو تحت تاثیر محرک الکتروهیدرودینامیکی در شرایط دو بعدی، آشفته، غیرقابل تراکم و پایدار به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. هوا به عنوان سیال عامل در فرآیند خنک کاری پله پسرو استفاده شده است. میدان الکتریکی به وسیله یک الکترود سیمی و با اعمال ولتاژ بالا جریان مستقیم ایجاد می شود. مدل سازی عددی با روش حجم محدود و بر اساس حل معادلات میدان الکتریکی، جریان و انرژی می باشد. در ابتدا نتایج عددی با نتایج تجربی برای یک کانال مسطح مقایسه شده که از تطابق مناسبی برخوردار می باشد. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل شعاع الکترود تزریق کننده، ولتاژ اعمالی، عدد رینولدز جریان و مکان قرارگیری الکترود تزریق کننده بر ضریب انتقال حرارت مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در شعاع الکترود تزریق کننده کوچک تر، رینولدزهای پایین تر و ولتاژهای بالاتر اعمال میدان الکتریکی تاثیر به سزایی در افزایش انتقال حرارت دارد. علاوه بر این کاهش زاویه قرارگیری الکترود تزریق کننده به طور چشمگیری باعث افزایش انتقال حرارت می شود. در عین حال می توان دریافت که بین زوایای مختلف قرارگیری محل الکترود تزریق کننده یک روند یافتن مکان بهینه قابل مشاهده است.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی اجباری، پله پسرو، الکتروهیدرودینامیک، بررسی عددی
  • علی ابراهیم پور، نصرت الله صلح جویی، ابراهیم محسنی هماگرانی، میثم رسولی، آرش کریمی پور صفحات 239-242
    با توجه به رشد فزاینده تقاضا برای لوله های پلی اتیلن در شبکه های توزیع گاز به لحاظ ویژگی ها و کاهش هزینه ها در انتقال و شرایط مناسب بهره برداری و سهولت اجرا و نصب، این لوله ها جایگزین مناسبی برای لوله های فلزی به شمار می روند. باتوجه به اینکه شبکه های لوله های پلی اتیلن به لحاظ اهمیت ایمنی و اقتصادی، قبل و حین بهره برداری نیاز به بازرسی فنی دارند، لذا آزمون ها نقش بسزایی در ایمنی و عملکرد صحیح پروژه های گازرسانی دارند. آزمونهای مخرب به علت داشتن مشکلاتی نظیر صدمه زدن به محصول و سیستم، پرهزینه بودن و نیز توقف خط تولید، مقرون به صرفه نمی باشد، لذا در پروژه ها جای خود را به روش های غیر مخرب داده اند و استقبال صنایع مختلف گازرسانی از این روش رو به افزایش است. اتصال از طریق الکتروفیوژن، روشی مناسب و اساسی برای اتصال لوله و اتصالات پلی اتیلن می باشد. در این پژوهش ضمن مطالعه مکانیزم اتصال جوش الکتروفیوژن و شبیه سازی اتصال الکتروفیوژن با استفاده از نرم افزار ABAQUS به مقایسه نتایج نرم افزار با نتایج درعمل، تحلیل معادلات دمایی حاصل از اتصال الکتروفیوژن و بررسی آزمایش عملی اتصال زین الکتروفیوژن، پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: پلی اتیلن، خط لوله توزیع گاز، زین پلی اتیلن، جوش الکتروفیوژن، آزمایش کشش گرم
  • اسماعیل دماوندی، سلمان نوروزی، سیدمحمود ربیعی صفحات 243-250
    وجود تخلخل و حضور لایه های گازی در اطراف ذرات آلومینا از جمله مهمترین دلایل کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت های زمینه آلومینیومی محسوب می شوند. در این پژوهش به منظور کاهش تخلخل، افزایش ترشوندگی و همچنین توزیع یکنواخت ذرات در زمینه از سه روش استفاده شد؛ استفاده از گاز خنثی به منظور تزریق ذرات با دبی 5 لیتر بر دقیقه، عملیات حرارتی ذرات در دمای 1100 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه و آسیاب ذرات آلومینا با ذرات کمکی آلومینیوم با نسبت 1 به 1. تاثیر هرکدام از این عوامل بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ریزساختاری و خواص مکانیکی بالا بودن میزان تخلخل، تجمع ذرات و عدم توزیع یکنواخت ذرات در کامپوزیت زمینه آلومینیومی با تزریق دستی ذرات را نشان داد. درحالی که تزریق با گاز خنثی، استفاده از عملیات حرارتی و آسیاب ذرات آلومینا با ذرات کمکی آلومینیوم موجب بهبود ترشوندگی و توزیع ذرات آلومینا در مذاب آلومینیوم شد. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین مقدار سختی، استحکام فشاری و انرژی ضربه ای به ترتیب با 78/7 برینل، 539/1 مگاپاسکال و 8/2 ژول در نمونه کامپوزیتی زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات آسیاب شده آلومینا/آلومینیوم بدست آمد.
    کلیدواژگان: تخلخل، عملیات حرارتی، آسیاب کردن، تزریق با گاز خنثی، خواص مکانیکی
  • سیدمسعود باقری، جمال زمانی صفحات 251-259
    نظر به کاربردهای فراوان استوانه های جدار ضخیم، اطلاع از رفتار اینگونه سازه ها از اهمیت فراوانی برخوردار می باشد. روابط بسیاری درخصوص رفتار استوانه ها و کره های حاوی ماده منفجره بدست آمده است که عمدتا متکی بر مدل های تجربی می باشد. از این رو استخراج مدل تحلیلی در سازه های تحت بارگذاری داخلی و با نرخ بالا مانند فرآیندهای انفجاری در استوانه ها، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.
    هدف اصلی این مقاله، استخراج مدل ریاضی انبساط استوانه جدار ضخیم ایزوتروپیک آلومینیومی حاوی ماده منفجره تی.ان. تی می باشد که در آن، رفتار ماده منفجره بصورت معادله حالت JWL درنظر گرفته شده است. مدل استحکامی در تحلیل حاضر بر پایه معادله کوپر-سایموند می باشد که نرخ کرنش لحظه ای در آن وارد و نتیجتا استحکام دینامیکی بر پایه آن، مورد محاسبه و بکارگیری قرار می گیرد. از این حیث، درنظرگرفتن فشار آنی محصولات انفجاری بعنوان شرایط مرزی و همچنین وجود نرخ کرنش لحظه ای و تاثیر آن بر استحکام دینامیکی ماده، از نکات حائز اهمیت و منحصر بفرد در این مقاله محسوب می شود.
    با ارائه معادلات تعادل در استوانه های جدار ضخیم، تنش های شعاعی و محیطی و سرعت شعاعی استوانه استخراج می گردد و با شرایط مرزی و هندسی لحظه ای و اصلاح تنش دینامیکی ماده باتوجه به نرخ کرنش، سرعت شعاعی آن با حل معادله دیفرانسیل مربوطه، محاسبه می گردد. پس از استخراج سرعت شعاعی، سایر معادلات تنش مورد بررسی و ارزیابی قرار خواهد گرفت. در ادامه، شبیه سازی نرم افزاری باتوجه به مفروضات، به منظور بررسی روند کلی نتایج حاصل از مدل سازی، با نرم افزار اتوداین انجام شد که تطابق خوبی را با نتایج حاصل از تحلیل نشان می دهد.
    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، ماده منفجره، تنش تسلیم دینامیکی، معادله حالت، نرخ کرنش
  • جعفر جماعتی، علیرضا فراهی نیا، حمید نیازمند صفحات 260-270
    در این مقاله مدل سازی عددی جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای با خواص سطحی ناهمگن به دو روش انجام شده است. برای مدل سازی کامل این جریان ها، معادلات به هم مرتبط ناویر-استوکس، ارنست-پلانک و پواسان-بولتزمن به ترتیب برای جریان، انتقال بارهای الکتریکی و توزیع میدان الکتریکی حل می شوند. حل عددی این معادلات برای ریزمجراهای ناهمگن پیچیده و دشوار است. به همین دلیل مدل های ساده و تقریبی مانند مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی نیز برای حل این جریان ها پیشنهاد شده است که در آن به جای حل معادلات ارنست-پلانک و پواسان-بولتزمن، اثرات میدان الکتریکی بر حرکت سیال توسط اعمال سرعت لغزشی مناسب در دیواره ی ریزمجرا مدل می شود. میدان جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای ناهمگن می تواند پیچیده و دارای نواحی چرخشی باشد که برای ایجاد اختلاط بسیار ایده آل است. بنابراین در این مقاله ریزمجراهایی طرح و بررسی شده اند که بتوانند به عنوان ریزمخلوط گر در کاربردهای اختلاطی مورد استفاده قرار گیرند. برای ریزمخلوط گرهای طراحی شده در این مقاله علاوه بر اینکه حل دقیق معادلات جریان الکترواسموتیک انجام شده است، نتایج مربوط به مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی نیز به دست آمده است تا کارایی و دقت این مدل تقریبی نیز مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج این مطالعه می تواند برای مدل سازی میدان جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای ناهمگن مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: جریان الکترواسموتیک، ریز مجرای ناهمگن، مدل هلمهولتز، اسمولوکوفسکی
  • رضا انصاری خلخالی، جلال ترابی صفحات 271-282
    در این مقاله، ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای ساخته شده از کامپوزیت های مدرج تابعی تقویت شده با نانو لوله های کربنی تحت بارگذاری حرارتی و احاطه شده توسط بستر الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع نانو لوله های کربنی در راستای ضخامت پوسته کامپوزیتی به دو صورت یکنواخت و مدرج تابعی در نظر گرفته شده است. بستر الاستیک به صورت مدل پسترناک در نظر گرفته شده است که در این مدل علاوه بر ثابت فنری نوع وینکلر، ثابت برشی نیز لحاظ می گردد. اثر بارگذاری حرارتی به صورت وجود تنش های اولیه در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از اصل همیلتون و بر اساس تئوری برشی مرتبه اول و در نظر گرفتن روابط کرنش-تغییر مکان سندرز و دانل به دست آمده است. معادلات حاکم با استفاده از روش تفاضل مربعات تعمیم یافته در راستای طولی و یک عملگر مشتق گیر متناوب در راستای محیطی، گسسته سازی شده است. در ابتدا نتایج حاضر با نتایج موجود اعتبار سنجی شده است. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از جمله بارگذاری حرارتی، شرایط مرزی مختلف، بستر الاستیک و شرایط هندسی متفاوت بر روی فرکانس طبیعی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که وجود بستر الاستیک و بارگذاری حرارتی اولیه به ترتیب باعث افزایش و کاهش فرکانس طبیعی بی بعد می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پوسته استوانه ای، کامپوزیت های مدرج تابعی تقویت شده با نانو لوله کربنی، بستر الاستیک
  • حسین موحدی آلنی، غلامحسین لیاقت، محمدحسین پل، علی افروزیان صفحات 283-290
    در این مقاله، تاثیر افزودن نانوذرات سیلیکا بر چقرمگی شکست بین لایه ای مود دو مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. نانو مواد مرکب با زمینه اپوکسی و با 18 لایه الیاف شیشه بافته شده با کسر حجمی الیاف 40 درصد و به روش لایه چینی دستی تولید شده است. نانورزین اپوکسی انتخاب شده از دو بخش، یک دیکلیسیدیل اتر بیسفنول نوع آ(DGEBA) با نام تجاری ایپون 828 به عنوان پایه اپوکسی و یک پلی اکسیپروپیلن دیامین با نام تجاری جف امین دی 400 به عنوان سخت کننده، تشکیل شده است. برای بررسی تاثیر نانوذرات بر مود دوم شکست بین لایه ای نانوکامپوزیت ها، نمونه هایی با چهار درصد وزنی مختلف صفر، 5/0، 1 و 3 درصد نانوسیلیکا ساخته شدند. همچنین نمونه هایی با 1% وزنی نانوسیلیکا و با درصد حجمی الیاف 55% جهت بررسی تاثیر نسبت حجمی الیاف روی نتایج ساخته شدند. از روش نمونه خمشی با شکاف انتهایی (ENF) برای اندازه گیری مقاومت بین لایه ای نمونه ها استفاده گردید.
    نتایج نشان می دهد که به ازای افزودن درصدهای وزنی بالای نانوسیلیکا در نمونه های نانوکامپوزیتی تغییر چندانی در چقرمگی شکست بین لایه ای مود دو ایجاد نمی شود. این در حالی است که به ازای افزودن 5/0 درصد نانوسیلیکا در ماتریس نمونه ها، چقرمگی شکست بین لایه ای تا 36% نسبت به نمونه های کامپوزیتی خالص بهبود می یابد. همچنین با توجه به نتایج به ازای کاهش نسبت حجمی الیاف چقرمگی شکست نمونه ها بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: تورق، شکست بین لایه ای، چقرمگی شکست، نانوسیلیکا
  • حجت خزیمه نژاد، حمید نیازمند صفحات 291-302
    در این مقاله یک مطالعه عددی برای بررسی تاثیر پارامترهای هندسی یک میکروپمپ لزجتی بر دبی خروجی و تولید آنتروپی انجام شده است. پژوهش حاضر برای سه پارامتر بی بعد هندسی میکروپمپ یعنی خارج از مرکزی () و اندازه روتورها (S) و نیز فاصله آنها از یکدیگر (L) به ترتیب در محدوده 1/0 تا 9/0، 5/1 تا 5/3 و 85/0 تا 5/4 صورت گرفته است. نتایج حاصل از این حل نشان می دهد با افزایش ، دبی خروجی از میکروپمپ نیز افزایش پیدا می کند. در بررسی تاثیر تغییرات S بر دبی خروجی مشاهده گردید در حالی که قطر روتور بالادست ثابت در نظر گرفته شده است با کاهش قطر روتور پایین دست، دبی خروجی نیز به صورت نمایی کاهش می یابد. با افزایش L، در ابتدا یک افزایش شدیدی در دبی سپس با فاصله گرفتن روتورها از یکدیگر، مقدار آن تقریبا ثابت مشاهده گردید. در خصوص تحلیل آنتروپی، تاثیر پارامترهای هندسی فوق بر تولید آنتروپی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در اینجا پارامتر RS که نشان دهنده نسبت شیب تولید آنتروپی به دبی مربوطه می باشد به عنوان ابزاری برای تحلیل آنتروپی معرفی شده است. همچنین در این مقاله برای دستیابی به بیشینه دبی خروجی در کمترین افت اصطکاکی ممکن، پارامترهای هندسی بهینه استخراج شدند. در همین راستا مقادیر 2L=، 5/0ε=، 5/1 S_1= و 5/2 S_2= به عنوان پارامترهای هندسی بهینه میکروپمپ لزجتی معرفی و انتخاب گردیدند.
    کلیدواژگان: میکروپمپ لزجتی، پارامترهای هندسی، روتور دایروی، روش حجم محدود، تحلیل آنتروپی
  • عطااله ربیعی، علیرضا عطف صفحات 303-312
    ازدیاد مقدار انرژی گرمایی تولیدی توسط مدارهای الکترونیکی که خود همواره روز به روز در حال کوچک شدن در ابعاد و اندازه می باشند، نیاز به خنک سازی هر چه کارآمد تر این مدارها را ضروری می سازد. تلاش های اخیر محققین نشان داده است که با عبور جریان دوفازی جوششی از مینی کانال ها می توان به ضرایب انتقال حرارت مطلوب دست پیدا کرد. رخ دادن پدیده خشک شدگی و به دنبال آن افزایش ناگهانی دما به واسطه ی شار گرمای بحرانی از چالش های پیش رو در این زمینه می باشد. در این پژوهش به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، پدیده انحراف از جوشش هسته ای در یک مینی کانال مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل میدان جریان از معادلات پیوستگی، مومنتم، انرژی برای هر فاز و از نحوه سهم بندی مدل شار حرارتی اعمالی به دیواره توسط موسسه تحقیقاتی رنسلر در کنار اصلاحات لازم برای شرایط جوشش بحرانی استفاده شده است. در کنار صحت سنجی مدلسازی میدان جریان همراه با جوشش بویژه در شرایط جوشش فیلمی، مشاهده گردید که در صورت اعمال شار حرارتی بحرانی در یک مینی کانال، پدیده انحراف از جوشش هسته ای اتفاق و لایه ای از بخار در مجاورت دیواره شکل گرفته، در عین حال غالب میدان جریان، هنوز به صورت مایع مادون سرد است.
    کلیدواژگان: مینی کانال، جوشش، انحراف از جوشش هسته ای، شار گرمای بحرانی
  • عادل ربیعی، مریم ملک زاده، مجید آب نیلی صفحات 313-321
    در مقاله حاضر، کنترلر PID غیرخطی بر اساس روش کنترلی پیش بین برای کنترل پرواز هماهنگ فضاپیماها در حالت دنبال کردن رهبر، طراحی می شود. این کنترلر بر اساس معادلات غیرخطی حرکت نسبی هیل در مدارهای دایروی طراحی شده و جهت کنترل اغتشاشات، از ضریبی در ساختار کنترلر که معرف بزرگی میزان اغتشاشات ورودی به سیستم است، استفاده می شود. در ابتدا فرکانس کنترلی با استفاده از الگوریتم کنترل پیش بین بدست آمده است. در فرکانس کنترلی به جای استفاده از اغتشاشات، تخمین اغتشاشات (خروجی مشاهده گر اغتشاشات) را قرار داده و معادلات را به فرمی بازنویسی کرده که ضرائب PID را تشکیل دهند. همچنین پایداری دینامیک حلقه بسته سیسستم به کمک پایداری دینامیک خطا اثبات می گردد. نتایج شبیه سازی، توانایی عملکرد کنترلر PID غیرخطی در تعقیب آرایش مطلوب را نشان می دهد. هم چنین تاثیر عوامل مختلف در کیفیت جواب ها نیز مورد بررسی قرار می گیرد. با افزایش محدوده پیش بینی، زمان نشست و میزان تلاش کنترلی افزایش می یابد. همچنین با افزایش ضریب مشاهده گر اغتشاشات به کار رفته در ساختار کنترلر، زمان نشست تغییر محسوسی نکرده و تلاش کنترلی افزایش چشم گیری را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پرواز هماهنگ فضاپیماها، الگوریتم دنبال کردن رهبر، کنترل پیش بین، مشاهده گر غیرخطی اغتشاشات، کنترلر PID پیش بین غیرخطی
  • مهدی بامداد، آرمان مردانی صفحات 322-332
    در این پژوهش، تلاش شده است تا با ارائه مدل نوینی برای ساختار بازوی مهره ای، کاستیمدلهای موجود رباتهای پیوسته در تولید و انتقال حرکت بر طرف گردد. بازو های مهره ای، مانند ساختارهای طبیعی، از مهره های به هم پیوسته ای تشکیل شده اند که دارای ویژگی های ممتازی نظیر قابلیت انطباق با محیط هستند. قوای محرکهروی طول بازو توزیع شده و با تغییر شکل آن، حرکت پیوسته را رقم می زند.در این مقاله، اضافه نمودن یک میله بندی به میانه مهره و بهره گیری از کابل های شاخه ای برای انتقال قدرت بین محرکه و مهره ها پیشنهاد می شود. نسبت گشتاور موتور به گشتاور اعمالی روی مهره به عنوان نسبت تبدیل معرفی می گردد.طراحی جدید، توانایی ایجاد نسبت های تبدیل متنوعرا در یک سیکل حرکتی دارد.معادلات دینامیک با روش لاگرانژ به دست آمدهاست. برخورد مهره-مهره و دو میله ای-مهره به عنوان قیود هندسی در طراحی به کار گرفته شده و بازه مجاز پارامترهای هندسی بازوی پیوسته را مشخص میکند. طراحی با شبیه سازی های صفحه ای آزموده شده است. برای نمایش اثربخشی طراحی پیشنهاد شده، چندین نتیجه شبیه سازی ارائه شده است. مقدار بهینه پارامتر هندسی، برای ثابت نگه داشتن نسبت تبدیل گشتاور محاسبه میشود. در مقایسه با نمونه های گذشته که بطور گسترده ای استفاده میشوند، هدف با ربات پیوسته مهره ای نوین محقق شده است.
    کلیدواژگان: ربات ساختار پیوسته، بازوی مهره ای، کابل شاخه ای، طراحی بهینه
  • صابر حیدری، ابراهیم افشاری صفحات 333-343
    ستفاده از فوم فلزی به عنوان توزیع کننده جریان در پیل های سوختی غشا پلیمری باعث کاهش وزن و حجم، توزیع یکنواختتر گازهای واکنشگر و در بعضی موارد حذف ماشینکاری برای ایجاد کانال های جریان می شود. در این مقاله 5 نمونه از پیل سوختی غشا پلیمری شامل: مدلی که در آن صفحه دو قطبی شامل دو کانال موازی است (مدل 1)؛ مدلی که همانند مدل 1 است با این تفاوت که در این مدل درون کانالها فوم قرار داده شده است (مدل 2)؛ مدلی که در آن شانه های میان کانالها در سمت آند و کاتد حذف گردیده و در سمت آند آن، فوم فلزی قرار داده شده است(مدل 3)؛ مدلی که همانند مدل 3 است با این تفاوت که در سمت کاتد فوم فلزی قرار داده شده است (مدل 4) و در مدل 5 هم در سمت آند و هم در سمت کاتد فوم فلزی قرار داده شده است، مدلسازی شده است. نتایج نشان می دهند که استفاده از فوم فلزی چه در سمت آند و چه در سمت کاتد، علاوه بر اینکه ماکزیمم دما را در مدل های مختلف کاهش می دهد به توزیع یکنواختتر دما نیز کمک می کند. همچنین شاخص یکنواختی نشان می دهد که توزیع چگالی جریان با حذف شانه در مدل های 3، 4 و 5 بسیار بهتر و یکنواختتر صورت گرفته است. با مقایسه صورت گرفته بین مدل های محتلف مشاهده می شود که افت فشار ایجاد شده با وجود فوم فلزی، به دلیل ضریب بالای نفوذپذیری و تخلخل، نیز اندک است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشا پلیمری، فوم فلزی، شبیه سازی، چگالی جریان، عملکرد حرارتی
  • جعفر روشنی یان، شبنم یزدانی، مسعود ابراهیمی کچویی، محمد جواد حسنی کبوترخانی صفحات 344-352
    یکی از مهم ترین قیود سامانه ستاره یاب، حجم حافظه سخت افزاری و نرخ به روزرسانی یا سرعت پردازش اطلاعات آن است. به منظور کاهش حجم اطلاعات، استفاده از روش های یکنواخت سازی کاتالوگ ستارگان که در انتها به صورت پایگاه داده در الگوریتم شناسایی الگوی ستارگان مورد استفاده قرار می گیرد، نتایج مطلوبی داشته است. در این پژوهش سه روش قطاع های کروی، منحنی شیب دار و ذرات باردار تامسون برای تولید کره یکنواخت پیاده سازی شده اند. پس از ایجاد کره های یکنواخت از هریک از روش های بیان شده، متناظر با هر نقطه بر روی کره ستاره ای که دارای بهترین شرایط است از کاتالوگ مرجع انتخاب می گردد. برای ارزیابی کاتالوگ های تولید شده و انتخاب بهترین روش یکنواخت سازی، هفت معیار حداقل انرژی، اندازه کاتالوگ، احتمال حضور حداقل ستاره، میانگین، انحراف معیار حضور ستارگان در هر فریم، اندازه پایگاه داده و میزان شناسایی الگوریتم بازشناسی الگوی ستاره تعریف شده و با استفاده از نظر کارشناسان به هر معیار یک وزن اختصاص داده شده است. پس از ارزیابی هفت معیار معرفی شده برای هر سه روش یکنواخت سازی و قراردادن در معادله معدل، روش تامسون به عنوان روش مناسب پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: سامانه ستاره یاب، کاتالوگ ستارگان، یکنواخت سازی آسمان، کاتالوگ ماموریت
  • وحید اصفهانیان، علی اکبر دهقان، مسیح خوشاب، حسین چیذری صفحات 353-364
    در جریان آرام کنترل رخداد گذرش بسیار پراهمیت است زیرا تعیین صحیح نیروهای آیرودینامیکی و میزان انتقال حرارت بشدت تحت تاثیر تشخیص درست و کنترل این رخداد است. گذرش به طور شدیدی تابع زمان و مکان است و به طور سریع مقیاس های مختلف میکروسکپی و ماکروسکپی به یکدیگر تبدیل می شوند. عدم قطعیت مدل های آشفتگی در تعیین مکان رخداد گذرش جریان موجب طراحی نادرست یا دست کم افزایش هزینه طراحی و ساخت خواهد شد. با توجه به رشد روزافزون توان محاسباتی رایانه ها و همچنین کارآمدی بیشتر روش های عددی در دینامیک سیالات محاسباتی، روش شبیه سازی عددی بی واسطه، DNS، کاربرد بیشتری حتی در صنعت پیدا کرده است. در تحقیق حاضر، زیربنای کد محاسباتی شبیه سازی عددی بی واسطه پایه گذاری شده است و هدف این تحقیق ارائه کد حلگر شبیه سازی عددی بی واسطه است. این حلگر برای مشتق گیری مکانی از روش فشرده و انتگرال زمانی از رانگ-کوتای مرتبه-بالا به همراه فیلتر پایین گذر استفاده می کند. همچنین، شرایط مرزی بدون بازتابش برای کاهش اندازه میدان حل و افزایش دقت شرایط مرزی بکار گرفته شده است. تحقیق حاضر، شبیه سازی عددی بی واسطه سناریوهای گذرش کنترل شده روی صفحه تخت، را نشان داده است. توافق کیفی و کمی آزمون ها با نتایج دیگر تحقیقات نشان دهنده صحت و دقت بخشهای مختلف از حلگر است.
    کلیدواژگان: سناریوهای گذرش کنترل شده، صفحه تخت، شبیه سازی عددی بی واسطه، روش عددی مرتبه بالا
  • علیرضا نادری، مهدی نجفی صفحات 365-376
    در جریان های با عدد رینولدز متوسط، گاهی تقویت اغتشاشات منجر به ناپایداری جریان شده و در نهایت طی فرآیند گذر رژیم آرام به آشفته، جریان تمایل دارد از سطح جدا و دوباره به آن بچسبد. در این گذر، حباب های جدایی جریان آرام تشکیل می شوند. درک صحیح فیزیک این پدیده و کنترل آن، بر کیفیت طراحی تجهیزات آیرودینامیکی رینولدز متوسط کمک می کند. در این تحقیق به منظور افزایش راندمان آیرودینامیکی و کنترل حباب های جدایی روی ایرفویل کلارک و بال با همان مقطع مربوط به یک پهپاد سرعت پایین، از روش ایجاد ناهمگونی به شکل شیار یا برآمدگی استفاده می شود. ابتدا مدل آشفتگی انتخاب و تاثیر عدد رینولدز و زاویه حمله بر ابعاد حباب بررسی می شود. سپس، محل ناهمگونی را با هندسه ثابت از لبه حمله تا لبه فرار تغییر داده و بهترین محل قرارگیری آن ناهمگونی تعیین می شود. همچنین در این مکان، هندسه آن ناهمگونی را تغییر داده و هندسه مناسب برای دست یابی به بیشترین مقدار راندمان مشخص می گردد. بر اساس نتایج بدست آمده بهترین مدل برای شبیه سازی حباب، مدل گذرا K-Kl-ω است. اگر عدد رینولدز جریان افزایش یابد، حباب کوچک و حتی ناپدید می شود. یک مکان مناسب برای به دست آوردن راندمان بالاتر، ایجاد ناهمگونی در محل ناحیه گذر می باشد. با ایجاد شیار روی ایرفویل راندمان آیرودینامیکی بیشتری نسبت به ایجاد برآمدگی به دست می آید. برای بال، ایجاد شیار یکنواخت در امتداد دهانه آن راندمان بیشتری نسبت به حالتی که برآمدگی یا حفره های مجزا ایجاد شود به دست می آید که حدود 16 درصد بیشتر از بال هموار است.
    کلیدواژگان: حباب جدایی آرام، کنترل گذر جریان، شبیه سازی عددی
  • وحید کریم نیا، ایرج ستاری فر صفحات 377-386
    در این پژوهش، تنش های پسماند ناشی از جوشکاری محیطی دو استوانه جدارنازک از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5000 با استفاده از مدلسازی المان محدود بررسی شده است. مدلسازی به صورت سه بعدی و در نرم افزار آباکوس از طریق تحلیل غیرکوپل حرارتی-مکانیکی انجام گرفته است. خواص موادی حرارتی و مکانیکی به صورت وابسته به دما تعریف شده است. تنش های پسماند توسط روش کرنش سنجی سوراخ اندازه گیری گردیده است. نتایج حاصل از این اندازه گیری ها جهت اعتبارسنجی مدل المان محدود به کار رفته است. با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی، اثر عوامل مختلف هندسی، متغیرهای فرایند و خواص مکانیکی فلز پایه بر روی بیشینه تنش های پسماند محیطی و محوری بررسی شده است. باتوجه به تعداد عوامل مورد بررسی، آرایه L12 تاگوچی به کار رفته است. اثر هر یک از عوامل در دو سطح و با انجام 12 آزمایش مطالعه گردیده است. نتایج تحلیل آماری نشان داده است که در محدوده مورد بررسی، افزایش قطر خارجی، ضخامت، نرخ انرژی ورودی و استحکام تسلیم باعث افزایش بیشینه تنش های پسماند محوری و محیطی می گردد. با این وجود، افزایش تعداد تکه های جوشکاری و تداخل اثر بین قطر خارجی و نرخ انرژی ورودی اثری کاهنده بر روی بیشنه تنش پسماند محیطی دارند. همچنین، استحکام تسلیم ماده تاثیرگذارترین عامل بر روی بیشینه تنش پسماند محوری و محیطی می باشد.
    کلیدواژگان: تنش پسماند، جوش محیطی، آلیاژ آلومینیوم سری 5000، تحلیل المان محدود، روش تاگوچی
  • مرتضی قاسمی، عبدالرحمان جامی الاحمدی صفحات 387-397
    در این مقاله، کمانش ورق مستطیلی چند لایه ای از جنس مواد مدرج تابعی و مواد همسانگرد عرضی با دو لایه پیزوالکتریک در بالا و پایین در حالت های مدار باز و مدار بسته مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات تعادل حاکم بر ورق بر پایه تئوری مرتبه بالای تغییر شکل برشی و عمودی، با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل و معادله ماکسول بدست آمده اند. در حوزه حل الکتریکی به منظور بررسی اثر لایه های پیزو الکتریک، معادله ماکسول به عنوان معادله مورد نیاز برای متغیرهای الکتریکی بکار برده شده است. با استفاده از معیار تعادل همسایگی، معادلات پایداری حاکم بر ورق استخراج شده اند. معادلات حاصل با فرض تکیه گاه ساده روی هر چهار لبه ورق به صورت تحلیلی حل و بارهای بحرانی کمانش منتج شده اند. در پایان، پس از بررسی صحت نتایج ارائه شده، نتایج عددی برای اثر پارامتر های مختلف مانند توان ماده مدرج تابعی، نسبت ضخامت به طول، ضخامت لایه های پیزو الکتریک، ضخامت ورق، حالت های مدار باز ومدار بسته، نسبت منظری، شرایط بارگذاری و نوع ماده پیزو الکتریک بر بار بحرانی کمانش با جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج حاصل در مقایسه با تئوری کلاسیک و برشی مرتبه سوم از صحت بالاتری برخوردار می باشند.
    کلیدواژگان: تحلیل کمانش، ماده ی مدرج تابعی، لایه ی پیزو الکتریک، تئوری مرتبه بالای تغییر شکل برشی و عمودی
  • میر بیوک احقاقی، محمد وجدی صفحات 398-410
    با توجه به کاربرد فراوان پمپ های گریز از مرکز در صنایع، افزایش کارایی آنها حائز اهمیت می باشد. از این رو در این مطالعه برای بهبود عملکرد پمپ گریز از مرکز، پره های جداکننده به هندسه ی پمپ اضافه شده و بررسی تجربی و عددی بر روی آن انجام پذیرفته است. به منظور انجام بررسی تجربی، پروانه هایی با پره های جداکننده به طول های مختلف ساخته شده است. پمپ با این پروانه ها در سلول تست آزمایش شده و منحنی عملکردی آن استخراج گردیده است. همچنین با هدف بررسی جریان در پروانه و حلزونی، پمپ به صورت عددی با نرم افزار ANSYS-CFX شبیه سازی شده است. روش عددی حجم محدود به همراه مدل آشفتگی k-ωSST برای تحلیل عددی مورد استفاده قرار گرفته است. جریان در پروانه و حلزونی به ترتیب با دستگاه مختصات چرخان و ساکن تحلیل شده و نتایج با رابط روتور ایستا به یکدیگر کوپل گردیده اند. مطالعه برای سه پروانه با طول پره های جداکننده ی برابر صفر، 33 و 66 درصد طول پره های اصلی صورت گرفته است. نتایج عددی و تجربی حاکی از افزایش هد تولیدی پمپ می باشند که به طول پره های جداکننده وابسته بوده و حداکثر افزایش هد در نقطه ی بهترین بازده برای پروانه نوع سوم (طول پره های جداکننده برابر 66 درصد طول پره های اصلی) برابر 5/10 درصد به دست آمده است. همچنین مشاهده می شود که در نزدیکی نقطه ی طراحی، تاثیر پره های جداکننده بر عملکرد پمپ بیشتر بوده و با انحراف از این نقطه، از میزان این اثر کاسته می شود.
    کلیدواژگان: پمپ گریز از مرکز، پروانه ی شعاعی، افزایش هد، پره های جداکننده، ضریب لغزش
  • رضا زمانی، غلامحسین رحیمی، محمدحسین پل، محمد هدایتیان صفحات 411-418
    در این مقاله تاثیر افزودن نانوذرات رسی به ماتریس پلیمری بر رفتار کمانشی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی- نانوذرات رسی به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. در تولید پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی از نانو مواد اپوکسی/نانورس به عنوان زمینه و از تارهای شیشه به عنوان الیاف استفاده شده است. مورفولوژی و خواص مکانیکی نانو مواد اپوکسی/نانورس سخت شده با هاردنر اف 205 (با درصدهای وزنی 0، 5/1، 3 و 5 از نانوذرات رسی) با استفاده از آزمون های پراش اشعه ایکس و کشش استاندارد، تعیین شده است. این سازه ها با استفاده از روش پیچش الیاف ساخته شده اند. به منظور مطالعه اثر نانوذرات رسی بر رفتار کمانشی پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی، این سازه ها تحت بارگذاری یکنواخت محوری به صورت فشاری قرار گرفتند. نتایج مربوط به آزمون پراش اشعه ایکس نشان می دهد که زنجیره های پلیمری توانسته اند به فاصله بین صفحات نانوذرات رسی نفوذ کرده و فاصله صفحات آن را افزایش دهند که این امر نشان دهنده لایه لایه ای بودن ساختار این نانوکامپوزیت ها می باشد. نتایج تست کشش نیز بیانگر آن است که افزودن نانوذرات رسی به اپوکسی سبب افزایش مدول، استحکام کششی، کرنش شکست و انرژی جذب شده تا شکست نانوکامپوزیت های اپوکسی/نانورس آن می گردد. نتایج آزمون کمانش پوسته های مشبک نانوکامپوزیتی نیز نشان دهنده بهبود رفتار کمانشی این سازه ها با افزایش نانوذرات رسی به زمینه، می باشد. بیشینه بهبود بار کمانشی نمونه های مشبک نانوکامپوزیتی مربوط به نمونه های با 5 درصد وزنی از نانوذرات رسی به مقدار 10 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: بار کمانشی، پوسته مشبک، نانوکامپوزیت، نانوذرات رسی، هاردنر اف 205
  • امیر رضایی، علیرضا اکبرزاده صفحات 419-430
    در این مقاله، از روش آنالیز مولفه های اصلی موسوم به روش پی سی ای برای تعیین حالت معیوب ربات موازی 3-پی اس پی استفاده شده است. این روش یک روش آماری محسوب می شود که در آن تعدادی متغیر همبسته به مجموعه ای کوچکتر از متغیرهای ناهمبسته منتقل می شود. از یک مدل پی سی ای می توان برای تعیین حد آستانه آماری و همچنین مربع خطاهای پیش بینی مشاهدات جدید، به منظور بررسی وجود عیب در ربات استفاده کرد. برای بررسی کارایی این روش به منظور عیب یابی ربات، یک کنترلر غیرخطی با استفاده از مدل غیرخطی دینامیکی سیستم برای ربات طراحی شده است. این روش موسوم به روش کنترل گشتاور محاسبه شده می باشد. در این روش، از مدل دینامیک معکوس ربات در حلقه بازخورد کنترلی برای خطی سازی و خنثی سازی دینامیک سیستم استفاده شده و همچنین از مدل دینامیک مستقیم بجای مدل واقعی ربات در حلقه کنترلی استفاده می شود. در این مقاله، دو عیب بصورت مصنوعی به مدل شبیه سازی شده ی ربات اعمال گردیده و اثرات ناشی از این عیوب بر روی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. این عیوب شامل عیب در ولتاژ ورودی سروو موتورها یا سروو درایوها و عیب در سنسورهای مکان یا عیوب مربوط به لقی اتصالات می باشند. با اعمال این دو عیب به مدل کنترلی ربات در طی یک مسیر حرکتی، خروجی های سیستم برای حالت های بدون عیب و معیوب با هم مقاسیه شده و عیب یابی برای ربات با استفاده از روش پی سی ای انجام شده است.
    کلیدواژگان: عیب یابی، آنالیز مولفه های اصلی، ربات موازی، مربع خطای پیش بینی، کنترل گشتاور محاسبه شده
|
  • Faramarz Ashenai Ghasemi, Gholam Reza Bagheri, Ali Pourkamali Pages 1-8
    Since aircrafts are subjected to aerodynamic and structural loads; one common defect in the aircraft fuselage and its wings is crack criterion. In most of the cases, the service life of defective parts can be increased by some sort of repairs. One of the most common types of repairs in this field is using composite patches and pasting them on damaged parts. These patches have significant advantages such as high strength, corrosion and moisture resistance, low weight and also excellent fatigue properties.In this study, base notched plates were fabricated by using of 2024 T4 aluminum alloy. Fiber metal laminate (FML) patches were made of carbon-epoxy and Phosphor – Bronze layers. These patches were attached to the base notched plate by using adhesive Arldit 2011. Specimens were subjected to tensile test and results of the tests were compared. The tested variables were chosen as lay-up, metal layer thickness and composite patch length. The results of current study indicate a dramatic increase in tensile strength of repaired parts by using these patches compared with the repaired notched parts without patches so that tensile strength is increased up to 82.4 % in the best sort of repair.
    Keywords: Tensile strength, notched plate, patch, Fiber metal laminate (FML)
  • Hamid Reza Mohammadi, Roghaye Hasanzadeh Pages 9-18
    Decoupled motions in parallel manipulators lead to simpler mechanical structure, larger workspace, lower cost, higher accuracy and easier control as well as designs with lower mobility. One of these manipulators is 3T1R parallel manipulator with general translation in space and a rotation about a fixed direction. Designers used systematic methods to synthesis decoupled parallel manipulators. Screw theory with wide applications has been used to the type synthesis of the parallel manipulators. Moreover, synthesis of uncoupled parallel manipulators has widely studied, while the synthesis of decoupled parallel manipulators has received less attention. One type of decoupled parallel manipulators is a manipulator with group-uncoupling motions whose outputs can be controlled by a series of actuated joints. Here, using screw theory, group-uncoupling motion of 3T1R non-redundant degree of freedoms of the parallel manipulator with the first actuated joints within every four legs is introduced. Upon comparison of the kinematic equations governing the several groups of 3T1R uncoupled parallel manipulators and their Jacobian matrices derived based on screw theory. The geometric conditions of the actuated wrenches are obtained as well as the comprehensive definitions of group-uncoupling motions. Finally, these results have been clarified the related feasible legs of each groups to fulfill the required motions.
    Keywords: 3T1R Parallel Manipulator, Reciprocal screw, Actuated Wrench, group, uncoupling
  • Mohammad Jafari, Mohammad Bagher Nazari, Amir Taheri Nasab Pages 19-26
    The main aim of this paper is to present the method to evaluate the stress distribution around quasi-rectangular hole in infinite isotropic plate subjected to uniform heat flow at infinity. The used method is the development of the Goodier and Florence’s method for the thermoelastic problem of uniform heat flow. Goodier and Florence used their solution for stress analysis of isotropic plates with circular and elliptical holes. In order to expand this method to solve the perforated plates with non circular holes, by means of conformal mapping, the infinite area external to the hole can be represented by the area outside the unit circle. In this paper, thermal-insulated condition along the hole boundary is assumed. Amongst the important parameters in hole geometry are rotation angle of hole, bluntness and aspect ratio of hole size. The results obtained demonstrate the effect of these parameters on stress distribution around quasi-rectangular hole and the correct selection of these parameters, lowest thermal stress rather than amount of stress corresponding to circular hole can be achieved. This method can be used for study of the stress analysis of plate with various holes.
    Keywords: Conformal Mapping, Analytical Solution, Complex Variable, quasi, rectangular hole
  • Reza Ansari, Amir Norouzzadeh, Raheb Gholami Pages 27-34
    In this study, the vibrations of carbon nanotube are investigated in which the inner fluid flow with constant velocity and the widespread external harmonic force is applied to it. Also the nanotube is embedded in an elastic visco-Pasternak medium and the boundary conditions at two ends of nanotube are simply supported. In order to analyze the system and considering the small scale effects, the couple stress theory is employed and the Timoshenko beam theory is used for modeling the nanotube. The Hamilton's principle is written with taking into account all energies and external works of system and consequently the nonlinear motion equations of the system are achieved. Then with help of generalized differential quadrature method, the obtained partial differential equations are converted to ordinary differential equations and the domain of the beam is discretized. From the MatCont package in MATLAB software, the frequency responses of nanotube are examined. To this aim, the second order differential equations are turned to first order ones with appropriate transformations. So the small scale effect or equivalently the differences between present approach and classical Timoshenko beam theory are presented. Furthermore the effects of the size of nanotube, fluid velocity, applied transverse force and the elastic foundation parameters are studied. It is observed that the dependency of frequency response on each of these parameters is different and it significantly changes with these factors.
    Keywords: Forced Vibrations, Conveying Fluid Carbon Nanotube, elastic foundation, Generalized Differential Quadrature Method, MatCont Package
  • Seyed Alireza Zolfaghari, Ali Barati Majan Pages 35-41
    In this study, the effects of discharge angle from an air curtain’s jet have been investigated on aerodynamic sealing of a room with positive pressure ventilation system. For this reason, the modeling of flow, heat transfer and species diffusion has been performed by using OpenFoam® numerical solver. The results show that the jet discharge angle has significant effects on the distribution of parameters such as temperature, concentration of pollutants and occupants’ thermal sensation index. So, by varying the jet discharge angle from +10 (towards the indoor space) to -10 (towards the outdoor space), the average temperature difference between two spaces is reduced to 2.5°C. Also, the mentioned varying in discharge angle causes a significant reduction in the mean concentration of pollutants at the indoor space, from 25ppm to 5ppm. On the other hand, the results indicated that for the discharge angle of -10, the average of occupant’s thermal sensation index is shifting to the cool feeling. Therefore, the mentioned discharge angle can reduce the impacts of outdoor warm conditions on the indoor’s. In other words, the discharge angle of -10 demonstrates the best performance of the air curtain device in thermal and aerodynamic separating of two indoor and outdoor spaces.
    Keywords: Air curtain device, jet discharge angle, thermal comfort, indoor air quality
  • Amir Reza Shahani, Reza Davachi Pages 42-52
    Rolling bearings is one of the important elements in rotating machinery that they are under rolling contact fatigue, so for better estimation of remaining life of these elements a model which is considered multiple moving loads based on the linear fracture mechanics has been proposed. Considering the effect of the multiple moving loads is a key element of this model that is not considered in literature. The contact surface is modeled by a half-plane with an edge crack. Rolling contact is simulated by moving a load distribution on the boundary of a half-plane. The calculation of the crack path and stress intensity factors is carried out by the step-by-step process on the basis of the singular integral equations method. The effect of the friction coefficient and considering two concentrated moving load on the crack growth path for different angles between the initial crack and boundary of the half-plane and remaining life of a surface under the fatigue rolling contact for 75XГCT steel is analyzed. The results of this analysis are compared with results from previous model. According to the results of the remaining life obtained by increasing the numbers of moving loads on the contact surface the remaining life decrease and get closer to the real state. Furthermore, the remaining life decreases with increasing friction coefficient.
    Keywords: Rolling Contact, Remaining Life, Linear Fracture Mechanics, Step, by, Step Process, Singular Integral Equations
  • Ali Nasiri Tossi, Arman Rostampour Pages 53-62
    Knock is a random and complex phenomenon in reciprocating engines and engine tests under knocking conditions involve high costs. In this investigation, EF7(TC) engine which is a bi-fuel spark ignition engine and has relatively high probability of knock phenomena, is used. The simulation is conducted using KIVA-3V code to simulate the engine under non-knocking and knocking conditions. ANSYS-ICEM software is used to generate structured mesh for its geometry which is provided by IPCO. The original KIVA-3V code doesnt have an auto-ignition model; therefore, a knock integral model has been added to the original code. In this paper, the results of simulation are verified using two methods, experimental in-cylinder pressure and exhaust port gas temperature. The theoretical results proved a good agreement with experimental data. Compare to experimental data, it shows that KIVA-3V and Integral Knock method could simulate knock accurately although the code cannot simulate the fluctuations of knock. Finally, development of flame in combustion chamber and formation of second flame front was investigated in numerical simulation. Besides, the simulation results show that second flame-front is created near exhaust valves and propagate onward. The results show that the model can accurately predict autoignition and calculate the effects of Knock, So, it is possible to use this model to investigate the Knock phenomenon and its effects without any experimental tests which engine damages are expected during a knocking cycle.
    Keywords: Autoignition, Knock, Computational fluid dynamics, Flame propagation, National turbocharged engine
  • Pezhman Taghipour Birgani, Khosro Naderan Tahan, Sina Sodagar, Mohammad Shishesaz Pages 63-74
    In this paper, Propagated modes in a three-layer adhesive joint are investigated regardless of wave generation source influence and also by taking into consideration it and low-attenuation modes are determined. In the beginning, lamb wave propagation in the adhesive joints is investigated using global matrix method and characteristic equation is derived by applying continuity and boundary conditions which are included traction-free boundary conditions on outer surfaces of the joints and continuity between layers. Phased velocity and attenuation dispersion curves in terms of frequency are obtained by numerical solution of the characteristic equation. Then, the source influence on wave field is investigated using normal mode expansion method. Average power flow of low-attenuation excited mode and its energy percent to the lamb wave total energy curves in terms of source parameters for specific frequency are obtained. These results are used to determine the suitable parameters of the source which are used to generate low-attenuation lamb wave mode. Finally, finite element simulation of lamb wave generation is performed to compare with the results of normal modes expansion method. The results indicate to generate M3 mode with low-attenuation level in the three-layer adhesive joint aluminium-epoxy-aluminium at frequency 0.25 MHz, suitable wedge angle is 16 degree and suitable transducer width is 20 mm.
    Keywords: Wave Generation Source, Angle Beam, Three, Layer Adhesive Joints, Low, Attenuation Lamb Wave, Normal Modes Expansion Method
  • Mohammad Reza Variri Sereshk, Ali Reza Araee, Ahmad Reza Farokhi, Nabi Mehri Khansari Pages 75-83
    In this paper the design and manufacturing of Iosipesque shear test fixture modification evaluated. This shear test Fixture by applying the shear load in layered of composites specimens can predict the mechanical properties of composite materials in mode II of fracture.In this paper, first, a common traditional Iosipesque shear test fixture according to the standard was manufactured. Then, by applying shear load on polymer-based composites (carbon-epoxy) and wood (a natural composite) specimens, bugs of the traditional fixture were found.Finally by 6 fundamental Modification of the fixture structure, the new design was proposed. It was also found that by applying these reforms, both of concentrating the shear force (in the shear zone) and test accuracy has been increased. Accordingly, after the construction and testing of new fixture on wood and polymer based composite specimens and by applying the standard deviation’s equations, the standard deviation of the modified fixture for wood and polymer based composite has ben reduced 82.7% and 48% respectively, that suggesting the accuracy of the fixture. In addition, fluctuations of the fixtures diagram of the new design also significantly reduced.
    Keywords: Shear test fixture, Shear failure mode, Composite, in layerd, Standard deviation
  • Sahar Jafari, Mohammad Reza Ansari, Nima Sam Khaniani Pages 84-94
    In present work, models that predict contact angle of a droplet with a solid surface, are considered and compared with each other. Two phases were assumed to be Newtonian, incompressible and immiscible fluids. OpenFOAM software is applied to simulate the two phases interface by using Color function VOF (CF-VOF) method. Different models for contact angle of a droplet as Tanner and Yokoi models are implemented in the OpenFOAM. In addition, the dynamics and statics contact angle models were used to compare with recent models in order to choose the best one. The outcome of study shows, even though the static contact angle model is simple to understand, however, it could be the best model to predict the droplet behavior in a wide range of different conditions. The fluid viscosity effect was also considered in different models of the present study. It concluded that the fluid viscosity affects the type of pattern of droplet impact and as viscosity of fluid increases; more energy is needed to uplift the droplet again from the surface. Kelvin-Helmholtz instability (K-H) was also simulated and explained in details which initiates on the interface of two fluids due to velocity differences of droplet and the surrounded air.
    Keywords: Two, phase droplet flow, Interface deformation, Droplet impact on solid interface, Contact angle, K, H instability
  • Mohammadjavad Mahmoodi, Mohammad Kazem Hassanzadeh, Reza Ansari Pages 95-105
    In this paper, a 3D time dependent micromechanical model is presented to study the elastoviscoplastic behavior of aligned fiber reinforced composites in the presence of interfacial damage subjected to multi-axial loading. The representative volume element (RVE) of the composite consists of three phases including fiber, matrix and fiber/matrix interphase. The interphase is considered as a distinct phase with a definite thickness that covers the outer surface of fibers. The difference between of manufacturing process temperature to room temperature introducing thermal residual stresses is included in the analysis. The fiber and interphase are assumed to be elastic, while the matrix exhibits elastic-viscoplastic behavior with isotropic hardening. The Bodner-Partom viscoplatic theory is used to model the time dependent inelastic behavior of the matrix. The Needleman model is employed to analysis interphase damage. For metal matrix composites, it is shown that while predictions based on undamaged interphase are far from the reality, the predicted stress–strain behavior including interphase damage and thermal residual stresses demonstrate very good agreement with experimental data. Furthermore, the elastic properties of the composites with various aspect ratios are extracted by the micromechanical model. The elastic behavior predictions of the composite are also very close to experimental data and the other available model.
    Keywords: Micromechanics, Interphase damage, Elastic, Viscoplastic behavior, Thermal Residual Stress, Aspect Ratio
  • Mohammad Reza Shabgard, Behnam Karamzadeh, Reza Alizadegan, Ahad Gholipoor Pages 106-112
    In this research the abrasive flow finishing process (AFF) of AISI H13 hot work steel was studied and the effects of various process parameters such as flow pressure (extrusion pressure), abrasive particles densities, abrasive particles sizes and the first quality of surfaces on variations of surface roughness and material removal have been investigated. The results showed that increasing the density of abrasive particles leads to increase in variations of surface roughness and material removal. Increase of extrusion pressure from 4 to 6 MPa causes the increase in variations of surface roughness and material removal and from 6 to 8 Mpa leads to decrease in the two latter. Electron microscopic results showed that increase of finishing process time over 4 hours causes a detrimental effect on the surface of the specimens, as a result of penetration and stabilization of abrasive particles in the form of broken particles. Also according the results of this paper, increasing the size of abrasive particles leads to higher variations of surface roughness and material removal, and this process is more effective in finishing of rougher surfaces.
    Keywords: Abrasive Flow finishing, Abrasive Particles Specifications, Extrusion Pressure, Primary Surfaces Quality, Surface Roughness
  • Hamid Moosazadeh, Behzad Ghadiri, Masoud Rasekh Pages 113-124
    A homogenous 2D plate with simply support boundary conditions and local imperfection is assumed. The effect of nonlinear deformation with Reddy and marguerre plate model has been introduced. The effect of local imperfection in non-Linear vibration analysis with the effect of thermal and in-plane load has been investigated for the first time. The plate softening and hardening type with the effect of imperfection size is investigated. Flutter boundary of local imperfect plate with the effect of supersonic aerodynamic, thermal and mechanical load has been studied for the first time. First and third order piston theory aerodynamic (PTA) is employed to model supersonic aerodynamic loading. Equations of motion have been derived by the use of Hamilton’s principle and resultant nonlinear PDEs have been transformed into nonlinear ODEs via Galerkin’s method. Forth and fifth order rang-kutta numerical method has been used to solve ODEs and define panel behavior. Results show that, imperfection amplitude increase structural non-linear frequencie, and change plate softening type to hardening. Also, amplitude of plate vibration increase and flutter speed decrease continuously. Plate amplitude oscillation increase for small imperfection and decrease for larger imperfection versus flow speed.
    Keywords: Panel flutter, supersonic aerodynamic, local imperfection, thermal stress, non, linear vibration
  • Abbas Tarabi, Saajad Gasemloo, Mahmood Mani Pages 125-136
    In this research, experiment and computational fluid dynamics (CFD) are used to assess the performance of UAV with variable-span and sweep morphing wing under low speed conditions. Both wing area and aspect ratio are changed due to variations in span and sweep, whereas structure of the variable-span and sweep morphing wing remains constant. In this study, the numerical results of Fluent software and experimental data are presented. Results are achieved under a low wind speed (50, 60 and 70 m/s). In this case, full extension represents a 30% (10 cm) increase in wing span and 36% (12 deg.) in sweep angle relative to the original wing, with no extension. The results of this study show that the morphing wing is capable to improved aerodynamic efficiency, increased both range and endurance, reduced induced drag and in general reduced thrust required. According to experimental and numerical results, the use of morphing wing can increase the range by 13.6% and 13.5%, also, endurance of the vehicle by approximately 8.855 and 8.17%, respectively. The results of this study show that the maximum value of lift-to-drag ratio occurred at 6 degrees angle of attack and a speed of 70m/s. These results demonstrate that the use of morphing wing improve the lift-to-drag ratio by 10% compared to original wing. Finally, the numerical simulations are compared and show good agreement with the experimental results. This research also showed how morphing concept can be used as an alternative method for roll control.
    Keywords: Morphing Wing, Variable Span, Sweep, Numerical Method, Wind tunnel
  • Behnam Miripour Fard, Tahereh Padargani Pages 137-145
    This paper presents the mathematical modeling and simulation of a cable-driven robotic device that can be used in gait rehabilitation of patients with lower extremity disabilities. A parallel cable robot is considered to assist a model of human body during walking. First, a proper pattern of walking is considered and kinematic and dynamic equations are solved to obtain tensions in cables for entire cycle of walking. By exploiting a numerical procedure, the workspace of the robot are explored to find suspension points of the cables in which the model remain in controllable workspace of the robot. Remaining of the model in controllable workspace means that cables always remain in tension and robot can effectively engaged in rehabilitation. The optimum locations are determined based on minimum cable tensions (energy consumption) and a Neural Network is trained to quickly determine suspension points based on anthropometric parameters of patient. The simulation results show the effectiveness of the method in tracking of the desired trajectory of walking. The results of this study can be used for development and fabrication of an efficient cable driven rehabilitation system.
    Keywords: Gait rehabilitation, parallel cable robot, Cable suspension points, controllable work space, Neural Network
  • Habib Khaksari, Abdolmajid Khoshnood, Jafar Roshanian Pages 146-152
    Reaction wheels are angular momentum exchange devices used to stabilize the position of the satellite and maneuvering. This actuator can change the momentum of the satellite to change the attitude of the system. During the process of operation, noise and disturbances arisen from the unbalancing of the wheels lead to inconvenient performance of the reaction wheels. Several works have been presented for active noise cancelation in these devices. But, the practical tools of signal processing such as filter banks and wavelets which used for offline de-noising are samples of very useful noise cancellation methods. If these toolboxes are employed for online de-noising these signal processing approaches are applicable for noisy systems such as reaction wheels. The main challenge of this strategy is delay arisen from the signal processing and this is inevitable. In this paper, a strategy of online wavelet de-noising is designed and proposed for noise cancellation in a reaction wheel. In this regards, for considering the delay compensation the method of Smith predictor is used to lead the delay of the process out of the closed loop control system. The accuracy of this algorithm requires an estimate of the system dynamics and the understanding of the delay system. According to the use of the FIR filter delay can be fully calculated. The recursive least squares used for identification reaction wheel as an estimate of the system.
    Keywords: Reaction Wheel, Noise cancellation, Smith predictor, Delay compensation, System Identification, Online Wavelet
  • Hamid Moeenfard, Behnam Moetakef Imani, Morteza Davoudi, Amin Rahimzadeh Pages 153-161
    Dynamic modeling of beams under aerodynamic loading is extremely important in many engineering applications. So the objective of this paper is to present a new approach to model and simulate the time domain response of tapered cantilever beams with airfoil cross section to wind excitation. The extended Hamilton’s principles along with the Euler-Bernoulli assumptions are utilized to derive the Partial Differential Equation (PDE) governing the deflection of the beam. A new finite difference based algorithm is proposed for finding the mode-shapes as well as the natural frequencies of the beam. These mode-shapes are then used in a Galerkin projection procedure to convert the PDE governing the system’s behavior into strongly coupled nonlinear Ordinary Differential Equations (ODEs). The aerodynamic loadings are modeled using the open source code of XFOIL. The blade of an under developed 100KW wind turbine is considered as a case study. The results reveal that even a single mode approximation is accurate enough in predicting the beam’s dynamic exposed to wind excitation. It was also observed that the instability speed of beams with higher modal damping is considerably higher than those with lower modal damping. The knowledge resulting from this effort is expected to enable the analysis, optimization, and synthesis of tapered cantilever beams for improved dynamic performance.
    Keywords: Tapered beam, Time domain simulation, Instability speed, Wind excitation
  • Seyed Hooman Kazemi, Heshmatollah Haghighat Pages 162-172
    In the present paper, drawing process of metal plates through a wedge-shaped die, by proposing new velocity field, has been analyzed by upper bound method and simulated by finite element method (Abaqus software). Among the important cases in upper bound analysis of the forming processes is selection the appropriate boundaries for the deformation zone and offering admissible velocity field that in addition to satisfy the incompressibility condition and boundary conditions, is consistent by the behavior of metal flow in the deformation zone. The entrance boundary of deformation zone has been assumed exponential curve surface and boundary at exit has been assumed cylindrical surface. In the past analyses, metal flow lines in the deformation zone have been assumed straight but in reality it is not. In the present work, velocity field and also geometric shape of the deformation zone, justify that metal flow lines are non-straight. Base on proposed velocity field, internal powers, shear and frictional and also total power have been calculated. Then, according to the plate pulling velocity, required drawing force has been obtained. Finally, analytical results have been compared with the obtained results of FEM. In order to validate the present analysis, obtained results have been compared with other researchers. Also, the effect of various parameters, such as percentage reduction in thickness and shear friction constant on the drawing force and die optimum angle have been investigated.
    Keywords: Metal Forming, Plate Drawing, Drawing Force, Upper Bound Analysis, Finite element method
  • Ehsan Rouhani Esfahani, Mohammad Javad Nategh Pages 173-180
    In this article microhexapod robot is introduced as a micromanipulator. First hexapod which is a parallel mechanism is investigated and also modifications that is needed for the improvement of positioning accuracy and eliminating factors such as clearance and friction in the conventional joints. Doing this, spherical and universal joints are replaced with flexural beam type joints after scaling down the hexapod. Then the degrees of freedom of flexure joints are achieved and after that the instantaneous center of rotation of flexure joints is derived for every finite twist of moving platform and it is shown that the kinematic chain of each pod of microhexapod consists of two spherical joints and a prismatic actuator; but it differs from hexapod in a way the location of the instantaneous center changes with the change of the finite twist of moving platform. Thereafter the velocity kinematics of microhexapod is solved using screw theory. In addition, using the analytical formula, the velocity of actuators was calculated for some case studies; linear motion of moving platform with constant velocity and also constant acceleration and also movement with constant velocity in a circular path. The results are verified with the finite element analysis and shown good agreement.
    Keywords: Microhexapod, Flexure Joint, Instantaneous Center of Rotation, Velocity Kinematics
  • Mohammad Hasan Mazhab Jafari, Ali Hajnayeb, Gholam, Hossein Massoumi Pages 181-188
    The inseparable parts of any industrial unit are usually the rotary machines. Fans are categorized as a common type of rotary machines, which play an important role in the industry. In order to decrease the repairing costs and energy consumption, Fans have to operate without vibration. However, if the fan unit with an acceptable level of vibrations is installed on a huge structure, the vibration caused by the fan can develop complications for the structure as well as serious problems for the fan itself. A long-time operation of a faulty fan can cause failure in the fan motor and fatigue in the structure. Therefore, investigating the root causes of the vibrations of the fan and decreasing the vibrations is vital for increasing the operating time and the efficiency of the fans.This study is focused on identifying the root causes of excessive vibrations of one of the air fans in BualiSina petrochemical company. First, the main frequencies which are responsible for the increase in vibration levels are identified, by using ODS analysis. Then, the natural frequencies of the structure are derived using the operational modal analysis (OMA). Also, the finite element model of the fan unit and the structure is developed based on the most possible compatibility with the experimental data. Finally, a number of suggestions for reducing vibration amplitudes of the fan are proposed.
    Keywords: natural frequency, operation deflection shape, operation modal analysis, Finite Element
  • Hadi Khoramishad, Zahra Abbasi Pages 189-198
    The main limitation of the use of adhesive joints is weakening the adhesive layer against damaging environmental factors such as humidity. Use of numerical methods for predicting the strength of adhesive joints exposed to moist environment can significantly save time and cost. In this study, first experimental investigation and numerical modeling of the complete process of moisture diffusion into the adhesive layer and its damaging effect on the adhesive joint strength was determined. Then this process was applied for a single lap joint of SBT 9244 pressure sensitive adhesive and AL2024-T3 aluminum alloy substrate with two 12.5 and 50 mm overlap of lengths. As the first step, moisture distribution for 30, 60 and 90 days exposure times in environmental condition of 100% relative humidity was obtained. Then single lap joint tensile test was simulated using cohesive zone model for different exposure times. In this simulation cohesive zone model parameters were determined in such a way that numerical failure load and the existing experimental failure load be in good agreement. The cohesive zone model parameters were determined dependent on the moisture content. The first simulation was done without considering swelling and in the second one swelling was considered. Swelling stress was obtained separately at different exposure time periods. It was found that swelling effect was more considerable in the joints with longer overlap length and shorted exposure time.
    Keywords: Adhesive joints, moisture, swelling, cohesive zone model, environmental degradation
  • Mohsen Ghaderi, Amir Farhad Najafi, Ahmad Nourbakhsh Pages 199-207
    slip factor is one of the most important parameters used in centrifugal pumps performance prediction. Knowing this parameter as a function of flow rate seems essential for off-design performance prediction. In this paper, it is intended to establish the slip factor dependence upon flow rate for a centrifugal pump using computational fluid dynamics. For this purpose, the full 3D-RANS equations in coupled with RNG k-ε turbulence model were solved for several flow rates ranging from 45% to 120% of rated condition by means of a commercial code, CFX. In the steady state, this simulation is defined by means of the multi-reference frame technique, in which the impeller is situated in the rotating reference frame, and the volute is in the fixed reference frame. The validity of the numerical model was confirmed by matching the calculated characteristic curves with the associated experimental data. It was found that there is a good coincidence between the numerical results and available experimental data of global performance, local velocity distribution and slip factors. A comparison was performed among the well-known slip models which reveals, that the slip factor variations can be predicted very well using CFD analysis.
    Keywords: Centrifugal Pump, Slip Factor, Numerical Simulation
  • Navid Freidoonimehr, Asghar Baradaran Rahimi Pages 208-218
    Present article provides an analytical investigation of the fluid flow and heat and mass transfer for the steady laminar MHD three-dimensional nano-fluid flow over a bi-directional stretching sheet with convective surface boundary condition using Optimal Homotopy analysis method (OHAM). In contrast to the conventional no-slip condition at the surface, Navier's slip condition has been applied. This paper contains two-component four-equation nonhomogeneous equilibrium model that incorporates the effects of Brownian diffusion and thermophoresis simultaneously. The governing partial differential equations (PDEs) are transformed into a highly nonlinear coupled ordinary differential equations (ODEs) consist of the momentum, energy and concentration equations via appropriate similarity transformations. The current OHAM solution demonstrates very good correlation with those of the previously published studies in the especial cases. The influences of different flow physical parameters on all fluid velocity components, temperature distribution and concentration as well as the skin friction coefficients in x and y directions, local Nusselt number and local Sherwood number are tabulated graphically and discussed in details. This study specifies that nano particles in the base fluid offer a potential in increasing the convective heat transfer performance of various liquids. The results show that wall temperature gradient decreases with an increase in thermophoresis parameter or a decrease in Brownian motion parameter. Further, local Sherwood number is inversely proportional to the thermophoresis parameter and also directly proportional to the Brownian motion parameter.
    Keywords: MHD, Nano, fluid, Velocity slip, Convective boundary condition, Optimal HAM
  • Mohammad Reza Ghelichkhani, Ali Reza Mohammadi, Mohammad Mahdi Heidari Pages 219-230
    Burning rate is a determinate Parameter in Performance Prediction of Solid Propellant motors. Any error in determining the burning rate directly affects the prediction of thrust and burning time. Small-scale rocket motors are widely used by space and military industries to carry out burning rate measurement. The use of Subscale motors has many advantages over more simplistic, such as strand burners. Effects like: Two phase flow, radiation, and erosive burning effects are present within a subscale test whereas strand burns are not capable of capturing these parameters. The biggest problem with subscale burning rate motors however is determining appropriate times for when the propellant grain has lit and burned out. Accurate and consistent selection of start and end points is crucial to determining the burning rate of a given propellant. Investigation of Developed and modern methods to obtain burning rate from motor test according to the primary methods in Iran's aerospace industries is the main objective of this study. In this study, using designed laboratory solid rocket motor, 26 tests was Performed. Reproducibility of the methods available in universities and defense companies worldwide has been considered and with Common Tangent bisection method has been compared. Results show the high quality of industrial Methods subset the Thickness-time Method, Hessler-Glick, and mass balance method with comparing to low reproducibility of tangent bisection method.
    Keywords: Burning rate, Burning time, Pressure, time history, Laboratory Solid Propellant Motor
  • Kamran Kamran Mostajiri Abid, Nima Amanifard, Hamed Mohaddes Deylami Pages 231-238
    In this paper, the flow and temperature fields affected by electrohydrodynamic actuator are numerically investigated for the incompressible, turbulent, and steady flow over a backward-facing step. Air is used as working fluid in heated backward-facing step cooling process. The electric field is generated by the wire electrode charged with DC high voltage. The numerical modeling is based for solving electric, flow, and energy equations with finite volume approach. The computed results are firstly compared with the experimental data in case of rectangular flat channel and the results agree very well. Then the effect of different parameters such as the radius of the wire, applied voltage, Reynolds number, and the wire position on the heat transfer coefficient is evaluated. The results show that the heat transfer coefficient with the presence of electric field increases with the applied voltage but decreases when the Reynolds number and the radius of the wire are augmented. Moreover, reduction of emitting electrode angle can significantly effect on the heat transfer enhancement. In consequence, one may able to find an optimum place for the emitting electrode position.
    Keywords: Forced Convection Heat Transfer, Backward, Facing Step, Electrohydrodynamic, Numerical Investigation
  • Ali Ebrahimpour, Nosratollah Solhjoei, Ebrahim Mohseni Homagerani, Meysam Rasooly, Arash Karimipour Pages 239-242
    Due to the increasing demand for using polyethylene pipes in gas distribution networks and regarding the technical specifications of transmission and suitable service condition as well as ease of implementation and installation, these materials are considered as ideal substitutes for metal pipes. Regarding the safety and economic aspects in PE (polyethylene) pipe networks before and during the operations, technical inspection is highly required. Examinations have a significant role in the safety and proper function of gas distribution PE pipes tests, because of the damage of the products and excessive costs and time are not usually affordable. Consequently, the mentioned tests are nowadays being replaced by non-destructive types and admissibility of various industries gas company in these methods is increasing. Electrofusion is a proper and fundamental technique for connecting PE pipes. In this research, the mechanism of electrofusion tapping saddle polyethylene welding has thoroughly been studied and simulated using ABAQUS software. Thermal equation of electrofusion is investigated and the results of simulation as compared with experimental results have been evaluated based on which the best qualified methods for connection have been determined and presented.
    Keywords: Polyethylene, Gas distribution PE pipe, Saddle Polyethylene, Electrofusion welding, Hot tensile test
  • Esmaeil Damavandi, Salman Nourouzi, Sayed Mahmood Rabiee Pages 243-250
    Presence of porosity and gas layers around the Al2O3 particles are one of the most important reasons of decreasing in mechanical properties of aluminum metal matrix composites. In this research, for decreasing of porosity, increasing of wettability and uniformly distribution of particles in matrix three method were used; using inert gas for injection powder with 5 liter/ min flow rate, particles heat treatment in 1100 ̊C for 20 min and mill Al2O3 particles with Al particles in ratio of Al / Al2O3= 1. The effect of these parameters on microstructure and mechanical properties of composite were investigated. The results showed that amount of porosity and agglomeration of particles were high in metal matrix composite with handy injection of particles. While injection with inert gas, using heat treatment and Al / Al2O3 milled Cause improve wettability and uniformly distribution of particles in molten Al. the results showed the maximum value of hardness, compression strength and impact energy have obtained in metal matrix composite reinforced with Al / Al2O3 milled with value of 78.7 BHN, 539.1 MPa and 8.2 Joule, respectively.
    Keywords: Porosity, Heat Treatment, milling, injection with inert gas, Mechanical Properties
  • Seyed Masoud Bagheri, Jamal Zamani Pages 251-259
    Given the numerous applications of thick-walled cylinders, it is important to know the behavior of these structures. There are so many relationships for cylinders and spheres containing explosives which have been found mainly based on other experimental models. Hence derive an analytical model of the behavior of structures under internal and high-rate loading, like explosion in the cylinders, is of great importance.The main objective of this paper is to derive a mathematical model of isotropic thick-walled aluminum cylinder containing TNT in which JWL equation of state is considered for behavior of explosive expansion. The strength model the present analysis is based on the Cowper-Symonds in which strain rate at each moment is used for calculation of dynamic strength according to that. Therefore, given the instantaneous explosions pressure boundary conditions as well as instantaneous strain rate and its impact on the dynamic strength of the material, is of significant importance in this paper. With employing equations of equilibrium in thick-walled cylinders, the equations of radial and circumferential stresses and radial velocities derived. Given the instantaneous geometric and boundary conditions and correction the dynamic stress of material with respect to the strain rate, radial velocity by solving the differential equation, is calculated. After extraction of radial velocity, other stress equations will be evaluated. Furthermore, with considering the assumptions and in order to assess the overall results of the analytical modeling, computer simulation was done using Autodyn software, which shows good agreement with the analytical results.
    Keywords: Thick, Walled Cylinder, Explosive, Dynamic Yield Stress, Equation of State, Strain Rate
  • Jafar Jamaati, Ali Reza Farahinia, Hamid Niazmand Pages 260-270
    Numerical modeling of electro-osmotic flow in heterogeneous micro-channels using two different models is presented in this article. For the through modeling of such flows, the coupled equations of Navier-Stokes, Nernst-Planck and the Poisson-Boltzmann are solved for the flow field, electric charges transport and electric field, respectively. Numerical solution of these equations for the heterogeneous micro-channels is complicated and difficult. Therefore, simple and approximate models such as Helmholtz-Smoluchowski have been proposed in which the solution of Poisson-Boltzmann, Nernst-Planck are neglected and the effect of the electric field on the flow field is applied through a prescribed slip boundary condition at the walls of micro-channel. The electro-osmotic flow fields within the heterogeneous micro-channels are usually complex and contain the vortex region that is ideal for mixing purpose. Hence, in this paper, the micro-channels designed so that they are capable to serve as micro-mixers in the mixing applications. For the micro-channels proposed here, the flow fields are obtained both with approximate modeling and the full simulation of electro-osmotic flows so that a comparison can be made to discuss the accuracy of the approximate model. The results of this study can be used to model the electro-osmotic flow field within heterogeneous micro-channels.
    Keywords: Electro, osmotic Flow, Heterogeneous Micro, channels, Helmholtz, Smoluchowski Model
  • Reza Ansari, Jalal Torabi Pages 271-282
    In this paper, free vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) cylindrical shells surrounded by elastic foundation and subjected to uniform temperature rise loading is investigated. The material properties of FG-CNTRC are assumed to be graded through the thickness direction. Two kinds of carbon nanotube reinforced composites including uniformly distributed (UD) and functionally graded (FG) are considered. The elastic foundation is modeled by two-parameter Pasternak model, which is obtained by adding a shear layer to the Winkler model. The effect of thermal loading is considered as a initial stress. Applying the Hamilton’s principle based on first-order shear deformation theory and considering Sanders and Donnell strain-displacement relation, the governing equations are obtained. Using the generalized differential quadrature method in axial direction and periodic differential matrix operators in circumferential direction, the equilibrium equations are discretized. The results are compared with those presented in literature. In addition, the effect of various parameters such as thermal loading, boundary conditions, elastic foundation and different geometrical conditions are studied. The results show that increase in the elastic foundation coefficients and initial thermal loading increase and decrease the non-dimensional fundamental frequency, respectively.
    Keywords: Free vibration analysis, cylindrical shell, Functionally graded carbon nanotube reinforced composite, elastic foundation
  • Hossein Movahhedi Aleni, Gholam Hossein Lighat, Mohammad Hossein Pol, Ali Afrouzian Pages 283-290
    In this research, effect of adding silica nano-particles on the mode II interlaminar fracture toughness of epoxy matrix composites reinforced with glass fibers was experimentally studied. Hand lay-up method has been used to manufacture nanocomposites with18 layers of 2D woven glass fibers with 40% fiber volume fraction. The nano-epoxy resin system is made of diglycidyl ether of bisphenol A (epon 828) resin with jeffamine D400 as the curing agent. Nanosilica particles are dispersed with 0, 0.5, 1 and 3 wt.% (of epoxy resin) to study the effect of nanosilica content on fracture toughness. Also a series of nanocomposites with 1 wt.% nanosilica content and contained 55 vol.% glass fibers were fabricated to investigate the effect of fiber volume fraction on results. End notch flexure (ENF) test was adopted for the measurement of mode II interlaminar fracture toughness.The results show that high loading of nanosilica has no significant effect on the interlaminar fracture toughness of nanocomposites while the addition of 0.5 wt% nanosilica enhanced the interlaminar fracture toughness about 36% compared to the neat composites. Decreasing fiber volume fraction improved interlaminar fracture energy.
    Keywords: Delamination, Interlaminar fracture, Fracture toughness, Nano, silica
  • Hojat Khozeymeh Nezhad, Hamid Niazmand Pages 291-302
    In this paper, a numerical study has been performed to investigate the effect of geometrical parameters of a viscous micro-pump on the flow rate and entropy generation. The present research has been carried out for three geometrical parameters of micro-pump including eccentricity (), sizes (S) of rotors and also their distance from each other (L) in the range of 0.1 to 0.9, 1.5 to 3.5 and 0.85 to 4.5, respectively. The results show that with increasing , the micro-pump flow rate also increases. On size variation effects, it is observed that decreasing the downstream rotor diameter, while keeping constant the upstream rotor diameter, the flow rate decreases exponentially. By increasing L, a steep increase in flow rate is initially observed, which becomes almost constant, when rotors are sufficiently far apart. With regard to entropy analysis, the effect of above geometrical parameters has been investigated on the entropy generation. The parameter RS indicating the ratio of the gradient of the entropy production rate to the related flow rate is introduced as a tool for entropy analysis. Also in this paper, for obtaining the maximum flow rate at the minimum frictional dissipation, optimal geometrical parameters are extracted. In this regard, the values of L=2, ε=0.5, S_1=1.5 and S_2=2.5 are selected as the optimum geometrical parameters of viscous micro-pump.
    Keywords: Viscous Micropump, Geometrical Parameters, Circular Rotor, Finite Volume Method, Entropy Analysis
  • Ataollah Rabiee, Alireza Atf Pages 303-312
    In order to meet increased demand for dissipating high heat fluxes from electronic chips that are continually shrinking in size, development of new cooling technologies have been considered for the last two decades. Recent research efforts have shown that boiling two phase flow through the mini-channels can provide desired heat transfer coefficients. The occurrence of the dryout phenomenon followed by a sudden increase in temperature due to the critical heat flux is one of the most important challenges in this context. In this study, departure from nucleate boiling phenomenon due to the critical heat flux in a mini-channel has been examined using computational fluid dynamics. The governing equations solved are generalized phase continuity, momentum and energy equations. Wall boiling phenomena are modeled using the baseline mechanistic nucleate boiling model developed by Rensselaer Polytechnic Institute (RPI). To simulate the critical heat flux phenomenon, the RPI model is extended to the departure from nucleate boiling (DNB) by partitioning wall heat flux to both liquid and vapor phases considering the existence of thin liquid wall film. It was observed that by applying high heat fluxes near to CHF, DNB occurred and a vapor layer formed adjacent to the wall while most of the flow field is still subcooled liquid.
    Keywords: Mini Channel, Boiling, DNB, CHF
  • Adel Rabie, Maryam Malekzadeh, Majid Abnili Pages 313-321
    This paper talked about spacecraft formation flying control. Leader-flower structure is used in formation flying. A non-linear PID controller is designed based on predictive control. The formation relative equation is obtained from nonlinear Hill equation. First, the frequency control is achieved with the using of predictive control algorithm. In control frequency, disturbances have been replaced from disturbance observer. Equations are rewritten in the form of PID gains. Stability of the closed-loop system is proven by closed-loop error dynamics. Nonlinear PID controller performance in the pursuit of desired arrangement has been tested in simulations. Also effects of various factors on the quality of controller results are studied. It is shown that choosing predictive horizon time and disturbance observer gains have the most effect on system response. It is shown that if predictive time increase the settling time increase and the control effort decrease. if disturbance observer gain increase from a limit, it has no effect on settling time but control effort increase. As shown in simulation, the tracking response show the controller method ability. the simulation show the ability of this nonlinear control method in tracking.
    Keywords: Spacecraft formation flying, Leader, Follower structure, Predictive control, Non, linear disturbance observer, Non, linear predictive PID controller
  • Mahdi Bamdad, Arman Mardani Pages 322-332
    In this study, it has been tried to provide a new model for the structure of a backbone arm, to repel the shortcoming in the generation and transmission of the motion for the continuum robots. Backbone arms such as natural structures include continuum backbones with superior properties such as the ability to adapt to the environment. The actuation power is distributed over the robot’s length and makes the shape continuously deformable. In this paper, it has been suggested to add a linkage between the backbones and the branched tendons for power transfer between the drive and backbones. The ratio of the drive torque to backbone torque is introduced as the transfer ratio. The new design is capable to create a variety of transfer ration during a cycle of motion. The state space equations are extracted by Lagrange equations. Dealing the interference of bone-bone and bone-links as geometric constraints are applied to the design and it determines the allowable range of the continuum robot's geometric parameters. This design is examined with planar simulations. To show the effectiveness of the proposed design, several simulation results are illustrated. Optimum geometrical parameters for the constant torque ratio are calculated.In contrast to previous cases with the widely used; the goal is achieved with this novel backbone continuum robot.
    Keywords: Continuum robot, backbone arm, branched tendon, optimal design
  • Saber Heydari, Ebrahim Afshari Pages 333-343
    The use of metal foam as a distributor flow field in a polymeric electrolyte membrane fuel cells reduces the weight and volume of the fuel cell, causes more uniform distribution of the reactant gases, and in some cases eliminates the machining process required to create the flow channels. In this paper five models of polymer electrolyte membrane fuel cells are simulated including: the model that the bipolar plate consists of two parallel channels (model 1); The model that is similar to model 1 except that in this case channels are filled with metal foam (model 2); The model that the rib between the channels in anode and cathode side are eliminated and in the anode, metal foam is placed (model 3); the model that is similar to model 3 except that the metal foam is placed on the cathode side (model 4); in model 5, both the anode side and the cathode side are filled with metal foam. The results show that the use of metal foam in the anode or the cathode side in addition to decreasing maximum temperature in the models also helps a more uniform temperature distribution. The uniformity index shows that the distribution of current density is much better and more uniform, when the ribs in models 3, 4 and 5 are eliminated. Comparison conducted between different models shows that the pressure drop caused by the presence of the metal foam, due to the high coefficient of permeability and porosity of the foam, is small.
    Keywords: Polymer membrane fuel cells, metal foam, simulation, current density, thermal performance
  • Jafar Roshanian, Shabnam Yazdani, Masoud Ebrahimi, Mohammad Javad Hasani Kabotarkhani Pages 344-352
    Processor memory capacity and update frequency are one of the main restricting constraints in star tracker design and development. In order to decrease the volume of the data required onboard, uniforming the star catalog which is eventually used as pattern recognition database is considered. Three different methods of uniforming the star catalog have been applied. Spherical patches, fixed slope curve and charged particles or Thomson’s problem. After generation of a sphere with uniform distribution of points, a star is assigned to each point according to its spherical distance or best magnitude. In order to evaluate the performance of each method, seven evaluation criteria are defined. Point distribution minimum energy, catalog size, minimum star required for pattern recognition, mean and standard deviation of star distribution in each frame, database size and pattern recognition true recognize percentage. These seven criteria are combined in weighted equation of “average” to choose the best star catalog uniforming method with respect to the star tracker mission. After having implemented the average equation it is demonstrated that uniforming the star catalog using charged particle or Thomson’s problem has better results.
    Keywords: Star tracker, Star catalog, Uniform sky, Mission catalog
  • Vahid Esfahanian, Ali Akbar Dehghan, Khoshab Masih, Hossain Chizari Pages 353-364
    Transition control is of the great significance in laminar flows since determination of aerodynamics coefficients as well as heat transfer magnitude is strongly affected by accurate prediction and control of this phenomenon. Transition is severely dependent on space and time such that various microscopic and macroscopic scales can convert to each other rapidly. In one side, available uncertainties in RANS turbulence models can lead to inappropriate, or at least expensive, designs. In the other side, considering the growing rate of computational resources along with development of more efficient numerical methods in CFD applications, Direct Numerical Simulation, DNS, has found an applicable role even in industrial applications. In present study, a robust computational code is developed for Direct Numerical Simulation aimed at fundamental purposes. To this end, high-order compact finite-difference for spatial derivatives and high-order Runge-Kutta time integration are used in the present code as well as a low-pass filter to elucidate spurious oscillations. Also, non-reflecting boundary condition is employed to keep the domain size as small as possible and to improve the numerical accuracy at the boundaries. In present study, Direct Numerical Simulation investigates controlled transition scenarios for flow over a flat plate. Results are in a good agreement with those of previous researches both qualitatively and quantitatively which verify the various parts of the developed solver.
    Keywords: Controlled transition scenario, Flat plate, Direct Numerical Simulation, High, order method
  • Alireza Naderi, Mehdi Najafi Pages 365-376
    At moderate Reynolds numbers, the perturbations may be intensified and laminar flow regime changes to turbulent flow regime. In transition process from laminar to turbulence, the flow tends to separate from a surface and then reattaches with it. As a result, some bubbles are formed which are called laminar separation bubbles. Understanding the physics of the separation bubble phenomenon and controlling of them are needed to proper aerodynamic devices design at moderate Reynolds numbers. This study has tried to enhance the aerodynamic efficiency of a low speed UAV airfoil and wing by using geometric heterogeneity like groove and bump. In this study; firstly, around CLARK-Y airfoil a proper turbulence model is proposed and effective value of Reynolds numbers on bubbles are obtained; secondly, a geometric heterogeneity is build and moved from leading edge to trailing edge on the airfoil and the performance of this airfoil is evaluated; Thirdly, geometric heterogeneity around the transition zone is changed and its effect on the performance of this airfoil is evaluated; and fourthly, some grooves and bump are arranged on the wing and their aerodynamic performance are compared relative to the clean wing. The results show that, the K-Kl-ω turbulence model is more accurate than others, higher Reynolds number lower bubble size, nearby transition point position is a good option for heterogeneity building, grooves enhance aerodynamic performance more than bumps, and a continues groove is obtained higher aerodynamic performance than clean wing but discontinues aligned grooves obtained lower aerodynamic performance than clean wing.
    Keywords: Laminar Separation Bubble, Transitional Flow Control, Numerical Simulation
  • Vahid Karimnia, Iradj Sattari Far Pages 377-386
    In this paper, the residual stresses due to circumferential arc weld of the thin walled cylinders have been investigated by using finite element method. The cylinders were of aluminum alloy series 5000. The 3D finite element models have been developed in ABAQUS. The thermal-mechanical analysis was considered as uncoupled. The thermal and mechanical material properties have been defined as temperature dependent. The residual stresses were measured by using Hole drilling method. The experimentally measured data have been used to verify the result of finite element model. By using Taguchi method, the effect of eight geometrical, technological and material different factors have been investigated on the maximum residual stresses in the axial and hoop directions. Considering to a number of factors, L12 Taguchi array has been selected. Each factor has been studied in two levels. The result of statistical analyses have shown that increasing the outer diameter, thickness, heat input rate and yield strength in the studied levels caused the axial and hoop maximum residual stresses enhanced. However, the increase of the section number and the interaction between the outer diameter and heat input rate have led to decrease the maximum hoop residual stresses. Also, the yield strength of material was the most effective factor on maximum axial and hoop residual stresses.
    Keywords: Residual stresses, Circumferential weld, Aluminum alloy series 5000, Finite element method, Taguchi method
  • Morteza Ghasemi, Abdolrahman Jaamialahmadi Pages 387-397
    In this article, the buckling of multilayer rectangular thick plate made of functionally graded, transversely isotropic and piezoelectric materials in both closed and open circuit conditions are investigated. Based on the shear and normal higher-order deformation theory, the governing equilibrium equations of plate are obtained using the principle of minimum total potential energy and Maxwell’s equation. Using an analytical approach, the governing stability equations of functionally graded rectangular plates with piezoelectric layers have been presented in terms of displacement components and electric potentials. In order to obtain the stability equations, the adjacent equilibrium criterion is used. The stability equations are then solved analytically, assuming simply support boundary condition along all edges. Finally after ensuring the validation of the results, the effects of different parameters such as different loading conditions, functionally graded power law index, thickness-to-length ratio and aspect ratio, on the critical buckling loads of plates are studied in details. Furthermore, the effect of piezoelectric thickness on the plate critical buckling loads has been studied. The results present better accuracy in comparison with the classic and third order shear theories.
    Keywords: Buckling analysis, Functionally graded material, Piezoelectric layer, Higher Order shear, normal deformation theory
  • Mir Boyouk Ehghaghi, Mohammad Vajdi Pages 398-410
    As pumps are used frequently in industrial plants, their performance improvement is important. In this study, performance improvement of centrifugal pumps by application of splitter blades have been investigated both numerically and experimentally. Radial impellers with different length of splitter blades have been manufactured and tested to obtain performance charts. On the other hand, the flow in impeller and volute has been investigated numerically by ANSYS-CFX commercial code. Numerical study has been done using Finite volume method and k-ωSST turbulence model. Rotating and stationary frames have been used to analyze flow in impeller and volute respectively and the results have been coupled by Frozen Rotor. Three impellers with the lengths of splitter blades equal to 0, 33% and 66% of original blades were tested. Results show head increase when the splitter blades added while the amount of increase depends on the splitter blades length. At BEP (Best Efficiency Point) the maximum head increase was reported for impeller type three (the length of splitters equal to 66% of original blades) about 10.5 percent. It should be noted that as the capacity tends to BEP, the effect of splitter blades is more significant.
    Keywords: Centrifugal Pump, Radial Impeller, Head Increase, Splitter Blades, Slip Factor
  • Reza Zamani, Gholam Hossein Rahimi, Mohammad Hossein Pol, Mohammad Hedayatian Pages 411-418
    The current study represents the influence of nanoclay on buckling behavior of glass fiber reinforced polymer (GFRP) grid-stiffened nanocomposite shells. The nanocomposite grid shells were manufactured from continuous glass fiber using a specially designed filament winding machine. The epoxy/clay nanocomposites with different clay content (0%, 1.5%, 3% and 5% of clay) were used as the matrix of the grid stiffened structures. The state of dispersion and mechanical properties of the epoxy/clay nanocomposites were obtained by X-ray diffraction (XRD) method and uniaxial tensile test, respectively and also the grid structures were loaded under uniform axial compression test. The results of XRD show that the clay has been further intercalated by the epoxy matrix. The tensile test results represent that the tensile modulus and Strength, strain to break and energy to break of the epoxy/clay nanocomposites increase with adding clay loading into the epoxy resin. Furthermore, it is found that the critical buckling load of the cylindrical grid samples increases continuously with increasing the clay content up to 5 wt. %. The maximum value of improvement in the critical buckling load is about 10% for the samples with 5 wt. % of nanoclay.
    Keywords: Buckling Load, Grid Stiffened Shell, Nanocomposite, Clay Nanoparticle, Epikure F205
  • Amir Rezaei, Alireza Akbarzadeh Pages 419-430
    In this paper, a multivariate statistical method called Principal Components Analysis, PCA, is utilized for detection faults in a 3-PSP parallel manipulator. This statistical method transfers original correlated variables into a new set of uncorrelated variables. PCA method can be used to determine the thresholds of statistics and calculate square prediction errors of new observations for checking the system when a fault occurs in the robot. To investigate on the ability of the PCA method for faults detection of the robot, a nonlinear model-based controller called Computed Torque Control, CTC, is designed. In this control scheme, rigid-body inverse dynamics model of the robot is utilized to linearize and to cancel the nonlinearity in the controlled system. Also, instead of using the robot prototype model, direct dynamics of the robot is used in the robot-control system. In this paper, two faults are artificially applied to the robot-control system. These two faults consist of faults in servo drive or servo motors and faults in joints clearances or position sensors. Finally, these faults are applied on the robot throughout a desired end-effector trajectory and the resultant outputs are obtained for both with and without faults in the manipulator. Consequently, the desired and faulty outputs are compared and faults detection using PCA method for the robot is performed.
    Keywords: Fault Detection, Principle component analysis, Parallel robot, Square prediction error, Computed torque control