فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 5 (مرداد 1394)
  • سال پانزدهم شماره 5 (مرداد 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/05/13
  • تعداد عناوین: 48
|
  • محمد نوابی، حمیدرضا میرزایی صفحات 1-12
    این مقاله به مدل سازی و کنترل خطی و غیرخطی پرواز مسیکوپتر می پردازد. ابتدا مدل غیرخطی چندورودی-چندخروجی پرنده با در نظر گرفتن دینامیک عملگرها و اثرات ژایروسکوپیک پره و بدنه استخراج شده و سپس از سه روش کنترلی خطی برای رسیدن به پاسخ های سریع با مشخصات عملکردی مناسب استفاده می شود و از نظر تلاش کنترلی تولیدی برای این وسیله پرنده مقایسه می شوند. کنترل بهینه با توجه به ملاحظات مصرف انرژی نسبت به سایر روش های کنترلی مناسب تر می باشد. مسیکوپترها همواره تحت تاثیر عدم قطعیت ها قرار می گیرند و روش های کنترلی کلاسیک برای مقابله با این نامعینی ها و پایدارسازی دینامیک ذاتا ناپایدار پرنده ضعیف می باشند. برای جبران عدم قطعیت های پارامتری موجود در دینامیک مسیکوپتر از سه روش کنترلی غیرخطی تطبیقی مدل مرجع برای سه حالت متفاوت مبتنی بر معادلات خطی تک ورودی-تک خروجی و معادلات خطی چندورودی-چندخروجی و معادلات غیرخطی چندورودی -چندخروجی استفاده می شود. روش های کنترلی تطبیقی با داشتن مکانیزم های تخمین سبب ارتقاء عملکرد سیستم در طول پرواز در شرایط مختلف و پایدارسازی وضعیت و کنترل حالت های سیستم می شوند. پایداری توسط معیار پایدرای لیاپانوف به اثبات رسیده است. نتایج شبیه سازی مبین موفقیت آمیز بودن روش کنترلی تطبیقی برای جبران عدم قطعیت های پارامتری و همگرایی مجانبی خطای تعقیب می باشد.
    کلیدواژگان: مسیکوپتر، کنترل غیرخطی، کنترل بهینه، کنترل تطبیقی
  • ابوالفضل لوایی یانسی، محمدعلی امیری آتشگاه صفحات 13-24
    ترافیک، یک واژه ی شناخته شده ی بین المللی است که یکی از مهمترین عوامل ایجاد آن در کشورهای توسعه یافته افزایش جمعیت می باشد. بررسی ها نشان می دهد که بهترین راه کنترل ترافیک و به مفهوم دیگر به حداقل رساندن ضرر و زیان ناشی از آن، استفاده از عواملی است که گزارشات ترافیک را در بهینه ترین زمان ممکن انجام دهد. لذا در این پژوهش به منظور کنترل ترافیک، پس از مدل سازی ربات پرنده ی چهارپره توسط رابطه ی نیوتن- اویلر، یک مسیر سه بعدی بهینه ی مقید با استفاده از تکنیک ترتیب مستقیم طراحی شده است. به عبارت دیگر، ابتدا مسئله ی مطرح شده در این پژوهش به عنوان یک مسئله کنترل بهینه فرموله شده است و سپس مسئله ی کنترل بهینه با استفاده از رویکرد ترتیب مستقیم که یکی از روش های حل عددی مسائل کنترل بهینه است، کاملا گسسته شده و به یک مسئله برنامه ریزی غیرخطی تبدیل گردیده است. در نهایت حل مسئله ی برنامه ریزی غیرخطی فوق الذکر از طریق حل کننده ی SNOPT صورت گرفته است که برای حل از روش های گرادیانی نظیر SQP بهره می گیرد. لازم به ذکر است از آنجایی که هدف غایی طراحی مسیر در این پژوهش، کنترل ترافیک شهری می باشد، لذا قیدهای در حین مسیر تعریف شده در حل این مسئله از نوع قیدهای شهری هستند بدین صورت که هر ساختمان در مسیر پروازی با یک استوانه مدل شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند که روش فوق الذکر، یک روش کارامد و موثر در طراحی سه بعدی مسیر بهینه ی پروازی می باشد.
    کلیدواژگان: ربات پرنده چهارپره، مسیر سه بعدی بهینه ی مقید، رویکرد ترتیب مستقیم، ترافیک شهری
  • حبیب رمضان نژاد آزاربنی، منصور درویزه، ابوالفضل درویزه، رضا انصاری صفحات 25-33
    امروزه در دسترس بودن، دوام، قابلیت اطمینان، وزن و قدرت تحمل بار، به عنوان مهم ترین عوامل در طراحی و مهندسی بهینه مسائل تحلیل ورق ها که در صنعت کاربرد گسترده ای دارند، محسوب می شوند.کمانش در محدوده ی الاستیک یا الاستوپلاستیک یکی از پدیده هایی است که ممکن است در بارگذاری محوری ورق مشاهده شود. در این مقاله تحلیل کمانش دینامیکی الاستوپلاستیک ورق مستطیلی نازک با شرایط مرزی مختلف تحت بار محوری نمایی با استفاده از روش گالرکین و به کارگیری توابع شکل مثلثاتی مورد تحلیل قرارگرفته است. به منظور استخراج روابط حاکم بر رفتار دینامیکی ورق از دو تئوری پلاستیسیته شامل تئوری تغییرشکل پلاستیسیته بر اساس معادلات ساختاری هنکی و تئوری نموی پلاستیسیته بر اساس معادلات ساختاری پرانتل-روس استفاده شده است. همچنین روابط تنش-کرنش رامبرگ – اسگود برای مدل کردن رفتار مادی پلاستیسیته ورق به کار گرفته شده است. تاثیر شرایط مرزی متقارن و غیرمتقارن، پارامترهای هندسی ورق، دامنه بار دینامیکی اعمالی و دو نوع تئوری مختلف پلاستیسیته بر پاسخ دینامیکی ورق شامل تاریخچه زمانی سرعت و جابجایی آن مورد تحلیل قرارگرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده تئوری تغییرشکل پلاستیسیته تخمین پایین تری را نسبت به تئوری نموی ارائه می دهد. همچنین مقاومت در مقابل تغییرشکل ورق در تکیه گاه گیردار نسبت به تکیه گاه ساده بیشتر بوده به همین دلیل نقاط نزدیک به این نوع تکیه گاه دارای میدان سرعت و جابجایی کمتری نسبت به نقاط نزدیک تکیه گاه ساده می باشند.
    کلیدواژگان: کمانش الاستوپلاستیک دینامیکی، باردینامیکی نمایی، تئوری تغییرشکل پلاستیسیته، تئوری نموی پلاستیسیته
  • سید علیرضا ذوالفقاری، مهران سعادتی نسب، الهه نوروزی جاجرم صفحات 34-40
    امروزه استفاده از نماهای دو پوسته به دلیل تاثیر قابل توجه بر کاهش مصرف انرژی ساختمانها مورد توجه بسیاری از مهندسان قرار گرفته است. تحقیقات پیشین نشان داده است که نماهای دو پوسته در فصل سرد عملکرد حرارتی مطلوبی دارد. این در حالی است که در فصل گرم سال، استفاده از نمای دو پوسته می تواند گاهی موجب افزایش بار ساختمان شود. بر این اساس در سالهای اخیر، ایده استفاده از نماهای دو پوسته دارای مواد تغییر فاز دهنده به منظور کاهش مصرف انرژی در فصل گرم سال ارائه شده است. در تحقیق حاضر، با در نظر گرفتن یک ساختمان بلند مرتبه دارای نمای دو پوسته تغییر فاز دهنده در اقلیم تهران، به تحلیل عملکرد حرارتی نماهای دو پوسته تغییر فاز دهنده در طول سال پرداخته شده است. نتایج نشان داد که استفاده از نماهای دو پوسته معمولی، اگر چه در ماه های سرد حدود 20 درصد مصرف انرژی را کاهش می دهد؛ ولی می تواند موجب افزایش 4/6 درصدی بار سرمایشی در تابستان شود. این در حالی است که با استفاده از نماهای دو پوسته با شیشه های تغییر فاز دهنده مصرف انرژی در ماه های سرد و گرم سال، به ترتیب حدود 40% و 26% کاهش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: نمای دو پوسته، مواد تغییر فاز دهنده، مصرف انرژی
  • حمیدرضا ضیایی فر، میلاد امیریان، مجتبی قدسی، فرهنگ هنرور، یوسف حجت صفحات 41-48
    در این پژوهش روشی عملی برای تشخیص و دسته بندی نوع عیوب در ورق و لوله توسط امواج هدایت شده فراصوت ارائه گردیده است. آزمون فراصوت مورد استفاده، روش ارسال-پژواک به وسیله موج لمب می باشد که نتایج آ-اسکن این آزمون ها مورد استفاده قرار گرفته است. آزمون ها بر روی ورق و لوله از جنس آلومینیوم همسانگرد 1050 تمپر 1416 با ضخامت 0/4 میلی متر انجام شده است. عیوب مورد بررسی در این پژوهش دو نوع عیب شامل عیوب خوردگی و ترک است که از عیوب رایج در خطوط لوله و سازه های فلزی مانند بدنه خودرو، سازه های هوافضا و غیره می باشد. این پژوهش در سه بخش پیاده سازی گردیده است. بخش اول آزمون آزمایشگاهی، بخش دوم پردازش سیگنال و در بخش سوم استفاده از الگوریتم طبقه بند مناسب جهت دسته بندی سیگنال عیوب بوده است. در مرحله اول با استفاده از موج لمب آزمون های متعدد و مختلفی بر روی نمونه های استاندارد تهیه شده با عیب مشخص انجام شد که در مراحل بعدی 206 سیگنال حاصل، پس از آن انجام پردازش های مناسب به الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان جهت طبقه بندی ارائه گردید. نتایج حاصل از پژوهش پیش رو نشان دهنده کارایی الگوریتم پیشنهادی است به طوری که می توان با دقت حدود 99 درصد عیب خوردگی را از عیب ترک تمیز داد.
    کلیدواژگان: آزمون فراصوت، دسته بندی، موج لمب، تبدیل موجک، ماشین بردار پشتیبان
  • علی بادپا، محمدتقی حمیدی بهشتی، مهدی سجودی صفحات 49-59
    در این مقاله، فیلتر کالمن توسعه یافته و کنترل گر غیرخطی وابسته به مدل تحت شبکه با استفاده از اصل جداسازی برای زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره مدار پایین زمین طراحی شده است. در این راستا، با توجه به روند توسعه ماهواره ها، معماری زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت برای کلاس وسیعی از ماهواره های مدار پایین زمین جهت پایدارسازی و حصول اهداف ماموریتی همچون تعیین وضعیت و نشانه روی دقیق پیشنهاد شده است. این معماری، بصورت سیستم کنترلی تحت شبکه جهت برقراری اتصال و ارتباط بین اجزاء کنترلی شامل حس گرها، عمل گرها و بورد پردازنده و همچنین به اشتراک گذاشتن داده با سایر زیرسیستمها در نظر گرفته شده است. سپس، با مدل سازی تمامی اجزاء سیستم و لحاظ نمودن اثرات ناشی از شبکه بصورت اغتشاش کراندار، سیستم کنترل برای جبران آنها طراحی شده است. بدین منظور، الگوریتهای تخمین و کنترل وضعیت شامل فیلتر کالمن توسعه یافته و کنترل گر غیرخطی وابسته به مدل بگونه ای طراحی شده اند تا ضمن دستیابی به عملکرد مطلوب سیستم، پایداری هر یک از آنها تضمین گردد. در ادامه، مدل غیرخطی دینامیک ماهواره بر حسب پارامترهای کواترنیون و سرعتهای زاویه ای ارائه شده و با بیان قضیه اصل جداسازی غیرخطی برای طراحی رویت گر و کنترل گر، شرایط همگرایی و پایداری نمایی براساس مدل خطی ماهواره استخراج شده است. اثبات قضیه نشان می دهد که سیستم حلقه بسته بطور پیوسته وضعیت ماهواره را در محدوده دقت تعیین شده حفظ می نماید. در نهایت، نتایج شبیه سازی حاصل از اعمال رویت گر و کنترل گر طراحی شده بر روی یک ماهواره فعال در مدار، کارآیی طراحی صورت گرفته را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره، فیلتر کالمن توسعه یافته، کنترل گر غیرخطی وابسته به مدل، اصل جداسازی، سیستم کنترلی تحت شبکه مبتنی بر کن
  • حمید بصائری، محمدرضا ذاکرزاده، عقیل یوسفی کما، سیدسعید محتسبی صفحات 60-70
    هدف از انجام این تحقیق، طراحی و مدل سازی یک بال شکل پذیر است که بتواند عملکرد پروازی وسایل نقلیه هوایی را بهبود بخشد. چالش های بسیاری در خصوص توسعه ی این قبیل بال ها وجود دارد. یکی از این چالش ها، انتخاب و یا طراحی مکانیزم تحریک برای تغییر شکل بال است. ازآنجایی که این بال ها باید به اندازه ی کافی سبک باشند تا بتوانند در شرایط پروازی عملکرد خوبی از خود به نمایش بگذارند، لذا لازم است از مکانیزم های تحریک مناسبی در طراحی آن ها استفاده شود. از طرفی، مواد هوشمند و علی الخصوص آلیاژهای حافظه دار، به عنوان دسته ای از مواد هوشمند، برای این کاربرد بسیار مناسب می باشند. لذا در این پژوهش از این مواد برای مکانیزم تحریک بهره گرفته شده است. برای نیل به این هدف، یک مکانیزم جدید به منظور به کارگیری در بال شکل پذیر توسعه داده شده است. مکانیزم ارائه شده به منظور استفاده در بال طراحی و ساخته می شود. این مکانیزم قابلیت ایجاد دو حرکت گال و سوئیپ را به بال می دهد. هم چنین ملاحظات لازم در خصوص طراحی بال با استفاده از مکانیزم پیشنهادی ارائه گردیده است. تحلیل های سیالاتی نشان می دهند عملکرد بال تغییر شکل یافته نسبت به بال تغییر شکل نیافته در رژیم های پروازی خاصی بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: بال شکل پذیر، مواد هوشمند، آلیاژ حافظه دار، طراحی، تحلیل آیرودینامیکی
  • محمد جواد منتظری، رضا ابراهیمی صفحات 71-80
    در این مقاله، با تدوین روشی نوین، طراحی اولیه اجزای سامانه ی تغذیه یک موتور سوخت مایع سرمازا با پیکره بندی مدار پنوموهیدرولیکی معین، انجام شده است. مدار موتور از نوع سیکل بسته و پیکره بندی سامانه ی تغذیه ی آن شامل یک توربوپمپ اصلی با توربین گازی عکس العملی، یک بوسترپمپ مولفه ی سوخت با توربین هیدرولیکی و یک بوسترتوربوپمپ مولفه ی اکسیدکننده با توربین گازی ضربه ای است. روش ارائه شده مبتنی بر چهار ویژگی بهینه سازی سامانه ی تغذیه را انجام می دهد. این چهار ویژگی عبارتند از دست یابی به مشخصه ی مطلوب کاویتاسیونی در پمپ ها به ویژه پمپ مولفه ی اکسیدکننده بالانس توان پمپ ها و توربین ها، سازه ی روتور و همچنین برآورد جرم سامانه ی تغذیه. در نتیجه این فرایند، پارامترهای ورودی لازم برای طراحی اولیه ی هر جزء تعیین می شود. با حل اولیه معلوم می شود که بوسترپمپ ها، مرز کاویتاسیونی پمپ های اصلی را بهبود می دهند و بدین وسیله جرم آن ها را کم می کنند؛ اما خود جرم دیگری به سامانه ی تغذیه اضافه می نمایند. نقطه ی بهینه ی این مساله، با دو فرایند گرادیانی و تکاملی (ژنتیک) به دست آمده است و نتایج حاصل با داده های یک موتور واقعی با مدار مشابه، مقایسه شده اند. مقایسه نتایج طراحی با ورودی های مشابه موتور واقعی، درستی روش ارائه شده را اثبات می کند و بهبود مشخصه های عملکردی سامانه ی تغذیه را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: موتور سوخت مایع، سامانه ی تغذیه، توربوپمپ، بوسترپمپ، الگوریتم ژنتیک
  • هادی کرامتی، محمدحسن سعیدی، محمد ضابطیان صفحات 81-88
    بسیاری از فرآیندهای صنعتی در مراحل میانی تولید، محصول نهایی یا پسماند، شامل سوسپانسیون می باشند. ناپایداری سوسپانسیون ها مشکل عمده فرآیندهای حاوی سوسپانسیون می باشد. کار حاضر نتیجه یک تحقیق آزمایشگاهی است که به بررسی اثر هاله نانوذرات سیلیکا بر پایدارسازی سوسپانسیون میکروذرات زیرکونیا پرداخته است. تاثیر پتانسیل زتای میکروذرات و نانوذرات بر میزان عملکرد روش پایدارسازی با هاله نانوذرات تحت آزمایش قرار گرفته است. برای سنجش پایداری سوسپانسیون ها از آزمایش کدورت استفاده شده است. کدورت سوسپانسیون میکروذرات، قبل و بعد از افزودن نانوذرات، در پی اچ های مختلف سنجیده شده است. نتایج آزمایش کدورت نشان می دهد که افزودن نانوذرات به سوسپانسیون حاوی میکروذرات، در تمام مقادیر پی اچ باعث افزایش پایداری می شود. این پایداری به تشکیل هاله نانوذرات به دور میکروذرات برمی گردد که توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده شده است. هاله نانوذرات باعث کاهش نیروی جاذبه واندروالس و افزایش بار الکترواستاتیک بین میکروذرات می شود. شدت پایدارسازی به دلیل تفاوت در بار الکترواستاتیکی ذرات در پی اچ های مختلف، متفاوت است. بیش ترین پایدارسازی هنگامی رخ می دهد که میکروذرات زیرکونیا در نقطه ایزوالکتریک قرار دارند. وقتی میکروذرات دارای بار کم هستند، چاه پتانسیلی اطراف آن ها عمیق تر است و نانوذرات بیشتری تشکیل هاله را می دهند. کمترین پایدارسازی نیز هنگامی رخ می دهد که میکروذرات دارای پتانسیل زتای زیاد باشند و نیروی بین میکروذرات و نانوذرات از نوع دافعه باشند.
    کلیدواژگان: سوسپانسیون میکروذرات، هاله نانوذرات، پایداری، کدورت، پتانسیل زتا
  • حامد جلالی، مسعود میرزایی، صابر خویی صفحات 89-100
    دراین مقاله روش شبکه بولتزمن-حجم محدود (FVLBM) برای شبیه سازی جریان تراکم پذیرغیرلزج یک ودوبعدی درشبکه منحنی الخط باسازمان ارائه و توسعه داده شده است. جهت شبیه سازی جریان تراکم پذیردرروش شبکه بولتزمن، ازروش جدیدتابع دایروی بجای بسط یاتصحیح تابع ماکسول به منظورمحاسبه توابع توزیع تعادلی استفاده وروش حجم محدود به همراه روشMUSCL مرتبه-3 در گسسته سازی عبارت جابجایی برای بهترشکارکردن ناپیوستگی ها یجریان اعمال شده است. همچنین باتوجه به اینکه گام زمانی در روش شبکه بولتزمن به شدت توسط زمان آرامش (عددنادسن) محدود می شود، دراین تحقیق با ارتقای عملکرد روش شبکه بولتزمن توسط یک روش ضمنی-صریح (IMEX) رانگ-کوتای مرتبه-3 برای گسسته سازی عبارت زمانی معادله بولتزمن-BGK، دسترسی بهگام زمانی بزرگترمیسرو هزینه محاسباتی کاهش یافته است. بنابراین از روش ارائه شده در این پژوهش، می توان در شبیه سازی بسیاری از مسائل واقعی مهندسی در حوزه آیرودینامیک به خوبی بهره برد. جهت بررسی عملکردروش ارائه شده چندین مسئله محک دینامیک گاز به همراه چندمسئله کاربردی مهندسی در دستگاه منحنی الخط شبیه سازی شده است. نتایج عددی باداده های تجربی وحل عددی حجم محدود معادلات اویلرمقایسه ودقت مناسب حاصل شده است. این مقایسه نشان می دهد که تطابق خوبی بین نتایج حاصل از این روش و نتایج مراجع مربوطه می باشد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، حجم محدود، جریان تراکم پذیر، روشMUSCL، موج ضربه ای، شبکه منحنی الخط
  • محمد فرجی اسکویی، رضا انصاری خلخالی صفحات 101-107
    ریاضیات با مرتبه کسری شاخه ای از ریاضیات می باشد که در دهه های اخیر مورد توجه فراوان دانشمندان علوم مختلف از جمله مهندسی قرار گرفته است. از جمله کاربردهای این شاخه در مهندسی می توان به مدلسازی مواد ویسکوالاستیک توسط مشتقات با مرتبه کسری اشاره کرد. در این مقاله سعی شده است با وارد کردن ریاضیات کسری تحت عنوان معادله سازگاری مواد ویسکوالاستیک، در تئوری غیرموضعی، یک نانوتیر اویلر-برنولی ویسکوالاستیک با شرایط مرزی مختلف در دو انتها مدل شود. برای حل معادلات استخراج شده، مشخصات مواد مربوط به یک نانولوله کربنی در نظر گرفته شده است. با دو روش کاملا عددی و عددی- تحلیلی، پاسخ های زمانی مربوط به سیستم بدست آمده است. روش اصلی به کارگرفته شده یک روش کاملا عددی می باشد و در آن از ماتریس های اپراتور مشتق گیر، برای گسسته سازی معادلات در حوزه مکان و زمان استفاده شده است. روش دوم برای اعتبارسنجی نتایج بدست آمده از روش قبل ارائه شده است، در این روش با استفاده از رهیافت گلرکین معادله مربوط به سیستم به یک معادله دیفرانسیل معمولی در حوزه زمان تبدیل شده است، سپس معادله حاصل با یک روش عددی انتگرال گیری مستقیم حل شده است. در انتها در یک بررسی موردی، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله مرتبه کسری لحاظ شده، ضریب ویسکوالاستیسیته و ضریب تئوری غیرموضعی بر پاسخ های زمانی تیر اویلر-برنولی تحت شرایط مرزی مختلف مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: ویسکوالاستیسیته، ریاضیات کسری، تئوری غیرموضعی، نانوتیر اویلر، برنولی
  • علی نوزاد بناب، رسول محسن زاده، سید محمدرضا سیدنورانی صفحات 108-114
    در این مقاله، تاثیر نانو ذرات کربنات کلسیم بر جذب آب و خواص سایشی پلی آمید مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور ابتدا نانو کامپوزیت هایی بر پایه ی پلی آمید 6، حاوی نانو ذرات کربنات کلسیم (1 تا 5 قسمت وزنی) و PA-g-MAH به عنوان سازگارکننده (1 قسمت وزنی) به روش اکسترودر دو پیچه و قالب گیری تزریقی تولید می شوند. آزمون سایش برای هر یک از نمونه ها تحت شرایط یکسان انجام می گیرد. سپس شکل شناسی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی می شود. حضور نانو ذرات کربنات کلسیم، همراه با سازگارکننده، منجر به افزایش مقاومت سایش نمونه ها و کاهش جذب آب آنها می گردد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که کمترین مقدار سایش در نمونه ی کامپوزیت حاوی 1 قسمت وزنی نانو ذرات کربنات کلسیم همراه با سازگارکننده رخ می دهد، و مقدار سایش این نمونه حدود 4 برابر کمتر از نمونه ی پلی آمیدی خالص می اشد. علاوه بر این حضور نانو ذرات کربنات کلسیم همراه با سازگارکننده، منجر به کاهش حدود 32 درصدی میزان جذب آب در نانو کامپوزیت نسبت به پلی آمید خالص می گردد. همچنین تاثیر سازگارکننده در پخش یکنواخت نانو ذرات در زمینه ی پلیمری و نتیجه ی آن بر روی خواص سایشی حائز اهمیت می باشد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، پلی آمید 6، نانو ذرات کربنات کلسیم، جذب آب، خواص سایشی
  • اصغر دشتی رحمت آبادی، مهدی زارع مهرجردی، رضا رشیدی میبدی صفحات 115-126
    در پژوهش حاضر تاثیر میزان پیش بار بر پایداری دینامیکی یاتاقان ژورنال هیدرودینامیکی غیرمدور دو لب تحت روانکاری میکروپلار بر پایه مدل های تحلیلی دینامیکی خطی و غیرخطی با استفاده از روش حل عددی اجزاء محدود ارزیابی شده است. به این منظور معادله رینولدز حاکم بر روانکاری هیدرودینامیکی یاتاقان ژورنال با سیال تراکم ناپذیر با فرض صلبیت روتور و بکارگیری تئوری سیال میکروپلار اصلاح گردیده است. در ادامه مدل دینامیکی خطی با فرض حرکت اغتشاشی هارمونیک مشخص و مدل دینامیکی غیرخطی با تعقیب گام به گام مسیر حرکت روتور در طول زمان با کمک روش رانگ-کوتای مرتبه چهار جهت بررسی وضعیت پایداری یاتاقان مورد استفاده قرار گرفته اند. در نهایت پارامتر های جرم بحرانی و نسبت فرکانس چرخش گردابی روتور به عنوان مشخصه های پایداری یاتاقان به ازای مقادیر مختلف پیش بار توسط هر دو مدل تحلیل دینامیکی توسط روش اجزاء محدود استخراج و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج گویای بهبود پایداری دینامیکی یاتاقان های ژورنال دو لب در قالب ارتقاء پارامتر جرم بحرانی و افت فرکانس چرخش گردابی توام با افزایش میزان غیرمدوری یاتاقان هستند. مقایسه دو مدل ارائه شده بیانگر نتایج محتاطانه تر تحلیل دینامیکی خطی نسبت به نوع غیرخطی در حالت های گوناگون بررسی می باشد. همچنین نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی یاتاقان از رخداد رفتارهای نوسانی بازگشتی به نقطه تعادل استاتیکی، پریودیکی با دامنه محدود و اغتشاشات واگرای منجر به برخورد روتور و پوسته یاتاقان با افزایش میزان پیش بار حکایت دارند.
    کلیدواژگان: یاتاقان ژورنال غیرمدور دو لب، پیش بار، تحلیل دینامیکی خطی و غیرخطی، جرم بحرانی، فرکانس چرخش گردابی
  • مهدی هاشم آبادی، مصطفی هادی دولابی صفحات 127-136
    در این مقاله معادلات مرتبه بالاتری برای یک روش بدون شبکه توسعه داده شده است. در دهه اخیر روش بدون شبکه که از توزیع نقاط استفاده می کند، در دینامیک سیالات محاسباتی مورد توجه قرار گرفته است. در روش بدون شبکه، معمولا حداقل مربعات سری تیلور مرتبه اول در تخمین مشتقات مکانی در هر گره استفاده می شود. در این مقاله با ارایه معادلات مرتبه بالاتر و تعمیم آن برای یک روش بدون شبکه اختلاف مرکزی، افزایش دقت و عملکرد این روش در حل معادلات غیرلزج تراکم پذیر بررسی شده است. معادلات اویلر در حالت دوبعدی و با استفاده از اتلافات عددی مرتبه دو و چهار که سبب ایجاد یک روش سریع در روش بدون شبکه می شود، حل شده اند. در گسسته سازی زمانی از روش های صریح و ضمنی دو زمانه استفاده شده است. به منظور کاهش محاسبات، تکنیک های گام زمانی موضعی و هموارسازی باقیمانده ها برای افزایش سرعت همگرایی به کار گرفته شده اند. توانایی و دقت این روش با روش حجم محدود و داده های تجربی در جریان های گذرصوتی و مافوق صوت مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از دقت مرتبه دوم نتایج در جریان های گذرصوتی و مافوق صوت در شبکه با تعداد نقاط کمتر، دارای دقت بسیار بالاتری نسبت به حل مرتبه اول است.
    کلیدواژگان: روش بدون شبکه، مرتبه بالا، روش ضمنی، جریان تراکم پذیر، معادلات اویلر
  • مهدی معرفت، صادق احمدی، امین حقیقی پشتیری صفحات 137-144
    در مقاله حاضر به معرفی و پیشنهاد سیستم ترکیبی کانال زیرزمینی هوا و خنک کننده تبخیری مستقیم برای تامین بار سرمایشی منازل در فصل گرما و ارزیابی عملکرد این سیستم برای اقلیم شهر تهران پرداخته شده است.این ارزیابی برای شهر تهران که دارای اقلیم آب و هوایی گرم وخشک است و در گرترین روز سال،انجام گردیده است. ابتدا به مدلسازی ریاضی اجزای سیستم ترکیبی موجود در این مقاله پرداخته شده است و سپس به کمک مدلسازی های ریاضی به محاسبه توزیع دمای خروجی هوا از هریک از اجزای سیستم ترکیبی پیشنهادی پرداخته شد. نتایج حاکی از کاهش حدود10درجه ای دمای هوا در کانال زیرزمینی و کاهش 6 درجه ای دمای هوا در خنک کننده تبخیری مستقیم دارد. با توجه به دماهای بدست آمده از این سیستم ترکیبی و همچنین با توجه به ناحیه آسایش حرارتی،مشخص گردید که این سیستم قادر است تا آسایش حرارتی را برای ساکنین در گرمترین روز سال در شهر تهران تامین کند. در ادامه با محاسبه راندمان سیستم ترکیبی مورد بررسی در این مقاله،مشاهده شد که راندمان این سیستم بالای1 است که نشان از کارآیی بالای این سیستم دارد.در نهایت با مقایسه راندمان سیستم ترکیبی حاضر و خنک کننده تبخیری مستقیم مشاهده شد که راندمان آن تا 45درصد بیشتر از آن است.همچنین راندمان این سیستم ترکیبی بسیار بالاتر از سیستمهای رایج مکانیکی موجود بوده و با توجه به غیرفعال بودن این سیستم،با محیط زیست نیز سازگار است. بنابراین با توجه به مطالب یاد شده این سیستم سرمایش ترکیبی میتواند جایگزین مناسبی برای سیستمهای تهویه مطبوع متداول باشد.
    کلیدواژگان: کانال زیرزمینی هوا، ارزیابی عملکرد، خنک کننده تبخیری مستقیم، سرمایش غیرفعال، آسایش حرارتی
  • محمدحسین گیاهی، علی جعفریان دهکردی صفحات 145-152
    انرژی بادی در سال های اخیر در بین منابع تجدیدپذیر انرژی رشد قابل توجهی داشته است. با بزرگ شدن روز افزون توربین های بادی و افزایش ظرفیت آن ها، مساله ی برهم کنش سازه و سیال به موضوع مهمی در طراحی آنها بدل خواهد شد. در این پژوهش ابتدا اثرات سرعت باد و جنس اجزای سازنده ی پره بر میزان تغییر شکل استاتیک پره ی یک توربین بادی محور افقی سایز کوچک با استفاده از شبیه سازی عددی بررسی شده است. مقدار پارامترهای گشتاور شفت و گشتاور فلپ پایه ی پره حاصل از شبیه سازی عددی تطابق خوبی را با مقادیر تجربی نشان می دهد. نتایج این پژوهش از افزایش جابجایی نوک پره با افزایش سرعت باد حکایت دارد؛ با این حال شیب این افزایش در ناحیه ی با سرعت باد 10 تا 15 متر بر ثانیه به علت وقوع پدیده ی جدایش در پره ی توربین، کاهش خواهد داشت. در ادامه اثر جنس مواد اجزای مختلف پره ی توربین بر تغییر شکل بررسی و ساختارهای با کمترین تغییر شکل تعیین شده اند. ضخامت اجزای مختلف پره ی توربین بادی با پوسته ی از جنس اپوکسی گلاس و اسپار و ریشه از جنس فیبرکربن با توجه به معیار شکست بیشینه کرنش به دست آمده است. ضخامت نهایی پوسته برابر 2.1 میلی متر، ضخامت اسپار برابر 2.8 میلی متر و ضخامت ناحیه ی ریشه برابر 10 میلی متر محاسبه شده است.
    کلیدواژگان: توربین بادی محور افقی، آیرودینامیک، برهم کنش سازه و سیال، شبیه سازی عددی
  • پگاه امیری مطلق، مجید میرزایی، وحید نایینی صفحات 153-158
    روش اجزا محدود مبنی بر برش نگاری کمی رایانه، یک روش تثبیت شده برای بدست آوردن رفتار مکانیکی ساختار استخوانی می باشد. هدف ما در این پژوهش، استخراج روابطی خطی به منظور پیش بینی سریع و قابل اطمینان مقدار بار بحرانی شروع شکست استخوان ران می باشد. بدین منظور، از ده نمونه استخوان ران تازه ی منجمد انسان در هشت جهت بارگذاری تست آزمایشگاهی گرفته شده است. مدل اجزا محدود این استخوان ها با استفاده از داده های برش نگاری کمی رایانه ای و اختصاص خواص مکانیکی مبنی بر چگالی معدنی استخوان به صورت نقطه ای ساخته شده و به وسیله ی حل خطی اجزا محدود تحلیل شده است. از معیار فاکتور خطر که بر اساس نسبت چگالی انرژی کرنشی المان به مقدار انرژی کرنشی تسلیم آن تعریف می شود، برای بدست آوردن روابط خطی به منظور پیش بینی بار شکست استخوان ران استفاده شده است. در نهایت هشت رابطه ی خطی برای هشت مقدار بار اعمالی در تحلیل خطی اجزا محدود، بدست آمده است. با استفاه از این روابط ارائه شده، نیروی شکست استخوان ران در جهت های مختلف بارگذاری به طور سریع قابل پیش بینی است. مقدار بار شکست محاسبه شده با استفاده از روابط بدست آمده تطابق خوبی با نتایج تست های تجربی داشته است. (میانگین شیب 0/8903 و میانگین هم بستگی 0/8668 برای هشت مقدار بار اعمالی متفاوت)
    کلیدواژگان: آنالیز اجزا محدود، استخوان ران، برش نگاری کمی رایانه ای، نیروی شکست
  • مجتبی کاشانی، رامین خامدی، حسین ابراهیمی صفحات 159-164
    شکل دهی الکترومغناطیس یکی از روش های شکل دهی ورق های فلزی با سرعت بالا است که از نیروی الکترومغناطیس به عنوان عامل فرم دهی استفاده می شود. در این مقاله، تحلیل گذرای کوپل الکترومغناطیس و سپس تحلیل سازه ای این فرآیند شکل دهی سریع به صورت شبیه سازی انجام می شود. در این تحلیل مدل ماده مورد استفاده وابسته به نرخ کرنش فرض می شود.
    در این متد شبیه سازی، کل زمان فرایند شکل دهی سریع به چند مرحله تقسیم می شود. در ابتدای مرحله اول ولتاژ و مشخصات هندسی، فیزیکی و مکانیکی قطعه کار، سیم-پیچ و قالب به نرم افزار ANSYS داده می شود و پارامترهای مغناطیسی پروسه مانند چگالی میدان مغناطیسی و جریان لحظه ای و همچنین نیروهای الکترومغناطیس از برنامه انسیس استخراج شده و با اعمال آنها به قطعه کار در نرم افزار LS-DYNA تحلیل سازه ای فرایند انجام می شود و شکل قطعه کار در این مرحله بدست می آید. در مرحله دوم با استخراج تغییر شکل لوله از بخش سازه ای مرحله اول، به بخش الکترومغناطیس فرایند در نرم افزار انسیس انتقال داده می شود. در این مرحله نیز پس از محاسبه نیروها در انسیس، به بخش سازه ای فرایند در نرم افزار داینا منتقل می شود. این تعامل بین دو نرم افزار چندین مرتبه ادامه پیدا کرده تا کل زمان فرایند به اتمام رسیده و شکل نهایی لوله بدست آید.
    سپس نتایج جابه جایی بدست آمده از شبیه سازی با نتایج آزمون تجربی مطابقت داده شد که تطابق منطقی داشت. بنابراین صحت این روش تحلیل تایید گردید. نتایج شبیه سازی و تجربی این شکل دهی نشان می دهد که با افزایش انرژی خازن، جریان بیشینه و نیروی الکترومغناطیس افزایش یافته و نتیجتا مقدار جابه جایی ورق نیز افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکل دهی سرعت بالا، شبیه سازی کوپل شکل دهی الکترومغناطیسی، مدل ماده جانسون، کوک
  • محمد جعفری، الهه اردلانی صفحات 165-175
    در این مقاله، توزیع تنش اطراف گشودگی مثلثی در ورق همسانگرد محدود، تحت بارگذاری درون صفحه ای مطالعه شده است. روش به کار گرفته شده برپایه ی حل تحلیلی متغیر مختلط موشخیلشویلی و نگاشت همنوا با فرض تنش صفحه ای می باشد. ورق، محدود (نسبت طول بزرگترین ضلع گشودگی به ورق، بزرگتر از 0/2)، همسانگرد و الاستیک خطی درنظر گرفته شده است. روش حل به گونه ای است که با استفاده از تابع نگاشت همنوا ناحیه ی محدود خارج گشودگی مثلثی در صفحه ی z به ناحیه محدود خارج گشودگی دایروی به شعاع واحد در صفحه ی ζ نگاشت می شود. برای محاسبه ی تابع تنش مربوط به صفحه ی محدود حاوی گشودگی مثلثی، از جمع تابع تنش یک ورق نامحدود حاوی گشودگی مثلثی و تابع تنش یک ورق محدود بدون گشودگی استفاده شده است. ضرایب مجهول در تابع تنش، با استفاده از روش حداقل مربعات مرزی و اعمال شرایط مرزی مناسب به دست می آید. تاثیر پارامترهایی از قبیل انحنای گوشه های گشودگی، زاویه ی چرخش گشودگی، نسبت اضلاع ورق، نسبت اندازه ی گشودگی به ورق و نوع بارگذاری، به عنوان پارامترهای موثر بر توزیع تنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده از حل تحلیلی با نتایج به دست آمده از روش اجزای محدود به کمک نرم افزار آباکوس، مطابقت خوبی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که در بررسی توزیع تنش ورق هایی که نسبت طول ضلع گشودگی به کوچکترین طول ورق در آن ها بزرگتر از 0/2 است؛ استفاده از حل مربوط به ورق نامحدود با خطای زیادی همراه خواهد بود.
    کلیدواژگان: ورق محدود، گشودگی مثلثی، حل تحلیلی، روش متغیر مختلط
  • یونس بخشان، علیرضا شادلو جهرمی صفحات 176-184
    در مطالعه حاضر، به مطالعه مولکولی تاثیرات زیری و فرورفتگی سطح بر رو جریان در اندازه نانو پرداخته ایم. تفاوت های متعددی در اصطکاک جریان میان زبری ها و فرو رفتگی ها وجود داردکه به خوبی مطالعه نشده اند. در این مطالعه که بر اساس شبیه سازی دینامیک مولکولی می باشد از پتانسیل لنارد جونز برای برهم کنش های بین ذرات استفاده شده است. هر اتم دیواره جامد به وسیله ی نیروی فنری هارمونیک در داخل شبکه اش قرار داده شده و دمای آن به وسیله ترموستات کنترل می شود. زبری ها و فرو رفتگی ها بر روی دیواره پایینی قرار گرفته اند. برای ایجاد مقایسه بین زبری ها و فرورفتگی ها،ابعاد یکسانی برای هر دو در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که مشخصات هیدرودینامیک جریان و تنش برشی دیواره به زبری ها و فرو رفتگی ها دیواره بستگی دارد. زبری ایجاد شده بر روی دیواره پایینی تاثیرات بیشتری بر روی پروفیل های سرعت و چگالی به نسبت فرورفتگی متناظر خود دارد. نتایج نشان می دهد که حضور زبری بر روی دیواره پایینی باعث افزایش تنش برشی دیواره پایینی و کاهش تنش برشی دیواره بالایی می شود در صورتی که حضور فرورفتگی بر روی دیواره پایینی تاثیرات چندانی بر روی دیواره بالایی ندارد و فقط باعث افزایش تنش برشی دیواره پایینی می شود.
    کلیدواژگان: دینامیک مولکولی، نانو کانال، پتانسیل لنارد، جونز، زبری، فرورفتگی
  • رسول احمدی بزچلویی، احمد محمدی نجف آبادی، ایرج ستاریفر صفحات 185-192
    ازکارافتادگی سازه های مکانیکی را می توان به حضور عیوبی مانند ترک نسبت داد. این عیوب عموما ناشی از فرایندهای ساخت و یا عملکرد قطعات هستند. ازآنجاکه ازکارافتادگی ناشی از شکست ترد اثرات مخرب و جبران ناپذیری بر جای می گذارد، بررسی این پدیده حائز اهمیت است. دو رویکرد کلی در بررسی شکست ترد، رویکرد کل نگر (مکانیک شکست کلاسیک) و رویکرد موضعی هستند. در مدل های ارائه شده رویکرد موضعی مکانیک شکست، پارامترهایی معرفی می شوند که باید از طریق داده های تجربی کالیبره گردند. علی رغم وجود دستورالعمل های مختلف برای کالیبراسیون پارامترهای ویبال، به دست آوردن پارامترهای مناسب جهت پیش بینی شکست ترد بر اساس رویکرد موضعی در بسیاری از موارد با محدودیت همراه بوده است. هدف از پژوهش حاضر، ارائه روشی مستدل و منطقی جهت پیش بینی شکست ترد در نمونه های با هندسه مختلف است تا از طریق ارائه پارامترهای مناسب، بتوان شکست ترد را در نمونه های با ابعاد واقعی پیش بینی کرد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن پارامتر مقیاس توزیع ویبال به عنوان معیاری از سه بعدی شدن تنش ها و اصلاح مدل برمین، پیش بینی شکست ترد نمونه های با هندسه مختلف بررسی شده است. همچنین عدم وابستگی پارامترهای مدل ارائه شده به هندسه نمونه ها نیز نشان داده شده و درنهایت، یک رابطه خطی بین پارامتر مقیاس توزیع ویبال و فاکتور سه بعدی شدن تنش ها برای جنس مدنظر ارائه شده است.
    کلیدواژگان: شکست ترد، رویکرد موضعی، مدل برمین، کالیبراسیون
  • محمد جعفری، حصان سادات آشوری سوادکوهی صفحات 193-204
    در این مقاله با بسط روش متغیر مختلط لخنتیسکی، تحلیل تنش چندلایه های نامتقارن دارای گشودگی چهارضلعی مورد مطالعه قرار گرفته است. لخنیتسکی از روش متغیر مختلط، توزیع تنش اطراف گشودگی دایروی و بیضی شکل را در صفحات ناهمسانگرد به دست آورد. با بسط این روش برای چندلایه های کامپوزیتی نامتقارن و استفاده از تابع نگاشت همنوا، سعی شده است تا توزیع تنش در اطراف گشودگی های غیر دایروی مورد بررسی قرار گیرد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مختلف نظیر نسبت ابعاد گشودگی، زاویه ی چرخش و شعاع انحنای گوشه ی گشودگی بر توزیع منتجه های نیرو و گشتاور در اطراف آن مطالعه می شود. نتایج مطالعه ی تاثیر این پارامترها برروی منتجه های تنش و گشتاور، برای دو چیدمان 〖[0/90〗_T و 〖[-45 /45]〗_Tارائه شده است. برای بررسی درستی نتایج حاصل از حل تحلیلی حاضر، از حل عددی اجزاء محدود استفاده شده است. نتایج حاصل از حل عددی تطابق خوبی با حل تحلیلی دارد. با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده می-شود که بر خلاف انتظار همواره گشودگی دایروی بهترین هندسه برای کاهش تمرکز تنش در صفحات دارای گشودگی نیست و در مواردی با انتخاب انحنای مناسب برای گشودگی چهار ضلعی می توان تمرکز تنش کمتری در مقایسه با گشودگی دایروی داشت. همچنین با انتخاب زاویه ی چرخش مناسب برای گشودگی و انتخاب چیدمان و زاویه ی الیاف مناسب برای لایه ها می توان منتجه های تنش و گشتاور ایجاد شده در اطراف گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
    کلیدواژگان: منتجه ی تنش و گشتاور، حل تحلیلی، چندلایه ی نامتقارن، گشودگی چهارضلعی
  • کاوه حنیفی میان گفشه، کوروش جواهرده، مرتضی یاری صفحات 205-216
    در این مطالعه، عملکرد یک سیستم تولید همزمان با سیال عاملهای مختلف و بهینه سازی آن از نظر اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. از مدل اگزرژی و اگزرژی- اقتصادی برای بررسی عملکرد سیستم با تکیه بر هزینه محصولات، استفاده شده است. سه حالت برای تحلیل و بهینه سازی سیستم در نظر گرفته شده است که عبارتند از: میزان تولید هیدروژن، توان سرمایش تولید شده و هزینه های تولید. نتایج نشان می دهد که دی اکسید کربن و ان- اکتان عملکرد بهتری به ترتیب در میزان تولید هیدروژن و تولید سرمایش دارند. مجموع هزینه های محصولات برای هر دو سیال عامل با افزایش دمای ورودی دیگ بخار و توربین و کاهش دمای چگالش، کاهش می یابد. در حالیکه، برای دی اکسید کربن، هزینه محصولات در یک فشار بهینه ورودی توربین به مینیمم مقدار خود می رسد. نتایج نشان می دهد برای دی اکسید کربن با کاهش تولید هیدروژن از مقدار 811/1 لیتر بر ثانیه به 757/1 لیتر بر ثانیه، مجموع واحد هزینه های محصولات 5/8% کاهش می یابد و برای ان- اکتان با کاهش توان سرمایشی تولیدی از مقدار 599/9 کیلووات به 622/6 کیلووات، مجموع واحد هزینه های محصولات 4/47% کاهش می یابد. کندانسور بیشترین نرخ تخریب را در میان اجزای سیستم دارد بطوریکه نرخ تخریب اگزرژی کندانسور در حالت بهینه هزینه تولید کمتر از حالتهای دیگر است. در دو سیکل دی اکسید کربن و ان- اکتان، مجموع نرخ تخریب اگزرژی و هزینه سرمایه گذاری در حالت بهینه توان سرمایشی بیشترین مقدار و در حالت بهینه هزینه کمترین مقدار است.
    کلیدواژگان: اگزرژی، اقتصادی، گذر بحرانی دی اکسید کربن، ان اکتان، تولید همزمان، الگوریتم زنتیک
  • محمد جواد محمودی، محمدکاظم حسن زاده اقدم، رضا انصاری صفحات 217-226
    بنیان روابط خواص-ساختاری مناسب برای مواد مرکب سه فازی اصل مهمی برای چنین موادی جهت طراحی های مطمئن می باشد. در این مطالعه، یک مدل تحلیلی پایه میکرومکانیکی سه بعدی جهت ارزیابی اثرات فاز میانی بر خواص مکانیکی مواد مرکب الیافی سه فازی تحت بارگذاری خارج از محور ارائه می شود. المان حجمی نماینده ی ماده مرکب شامل سه فاز تقویت (الیاف بلند)، زمینه و ناحیه فاز میانی می باشد که رفتار هر سه فاز بصورت ایزوتروپ و الاستیک خطی فرض می شوند. آرایش الیاف در زمینه بصورت اتفاقی با توزیع یکنواخت، فرض شده و الیاف توسط فاز میانی احاطه می شوند. اثرات فاز میانی مانند ضخامت و مدول یانگ آن بر خواص مکانیکی ماده مرکب الیافی در بارگذاری خارج از محوری مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین اثرات درصد حجمی الیاف با در نظر گرفتن فاز میانی و بدون آن بر پاسخ ماده مرکب مورد مطالعه قرار می گیرد. با تعریف پارامتری تحت عنوان نسبت تقویت فاز میانی، نتایج نشان می دهد که شدت اثر فاز میانی بر مدول یانگ ماده مرکب از 0 درجه (بارگذاری طولی) تا 90 درجه (بارگذاری عرضی) افزایش می یابد. نتایج بدست آمده با مدل میکرومکانیکی حاضر می تواند جهت طراحی بهینه مواد مرکب با بالاترین خواص مکانیکی مفید باشد.
    کلیدواژگان: ماده مرکب سه فازی، میکرومکانیک، بارگذاری خارج از محور، فاز میانی، توزیع اتفاقی
  • امیر امیدوار، محسن قاضی خانی، سید محمدرضا مدرس رضوی صفحات 227-237
    در این مقاله به بررسی عددی اجکتور هندسه متغیر برای سیستم تبرید اجکتوری خورشیدی پرداخته شده تا هندسه های بهینه برای تمامی شرایط عملکردی بدست آید. در این اجکتور، تغییر هندسه با استفاده از تغییر موقعیت نازل اولیه و تغییر نسبت سطح مقطع به کمک دوک مخروطی شکل حاصل می گردد. منبع حرارتی کلکتورهای خورشیدی لوله ای خلاء شده در نظر گرفته و بر اساس شرایط عملکردی سیال عامل R600a انتخاب شده است. هدف این تحقیق بدست آوردن مشخصه های هندسی، شامل موقعیت نازل اولیه و نسبت سطح مقطع مناسب برای تمامی شرایط دمایی بوده و در نهایت برای هر شرایط بویلر، اواپراتور و کندانسور هندسه ی مناسب ارائه گردیده است. شرایط عملکردی به گونه ای در نظر گرفته شده تا وضعیت آب و هوایی منطقه خاورمیانه و ملاحظات فنی در سیستم های تهویه مطبوع در آن منظور شده باشد. برای تامین دمای اواپراتور °C5+ دمای بهینه بویلر °C105+ بدست آمده که با تغییر موقعیت نازل اولیه نسبت مکش %8 افزایش می یابد. با افزایش دمای اواپراتور دمای بهینه بویلر کاهش می یابد. در بیشتر شرایط عملکردی موقعیت بهنیه نازل اولیه در فاصله mm9- از بخش با سطح مقطع ثابت بدست آمد. در ادامه به بررسی ساختار جریان، پدیده شوک و تولید آنتروپی و همبستگی میان آنها پرداخته شده است و اثر جریان مافوق صوت و شوک مربوط به آن در نسبت مکش و تولید آنتروپی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بخش نقطه ی عملکرد بحرانی اجکتور از دیدگاه آنتروپی مورد تحقیق قرار گرفته و تطابق آن با نقطه ی بحرانی از دیدگاه نسبت مکش جریان بررسی گردید.
    کلیدواژگان: اجکتور هندسه متغیر، تهویه مطبوع، ایزوبوتان، شبیه سازی عددی، تولید انتروپی
  • یاسر میرزایی، حسام موسوی اکبرزاده، سید محمد هاشمی نژاد صفحات 238-244
    با بکارگیری تئوری الاستیسیته خطی سه بعدی، محیط آکوستیکی کروی که در آن کره دیگری بصورت ناهمرکز واقع شده است مدل گردید. شرایط مرزی بر روی کره خارجی و کره ناهمرکز داخی بصورت شرط مرز نیومن در نظر گرفته شده است. توابع جمع برداری انتقالی امواج کروی همراه با روش جداسازی متغیرها بکار گرفته شد تا شرط مرزی نیومن بر روی مرز کره داخلی و مرز کره خارجی اعمال گردد. با اعمال شرایط مرزی و بدست آوردن مساله مقدار ویژه، نهایتا معادله فرکانسی از صفر کردن دترمینان ماتریسی با درایه های تابع بسل کروی حاصل می شود. در محیط آکوستیکی کروی با حفره هم مرکز بعلت تقارن هندسی، در برخی فرکانسهای رزونانس، تکرار فرکانس های رزونانس دیده می شود. خارج از مرکز شدن حفره تاثیرات متفاوتی بر فرکانس های رزونانس دارد که بستگی به پارامترهای هندسی مساله دارد. نتایج عددی مبسوطی برای مسائل پیشنهادی دارای نسبت شعاع داخلی به خارجی متفاوت ارائه گردید. نتایج عددی نحوه تاثیر خارج از مرکز شدن حفره بر خصوصیات فرکانسی محیط آکوستیکی کره ناهمرکز فوق را بصورت کیفی و کمی مورد بررسی قرار می دهد. پدیده های خوشه فرکانسی (چندین مد آکوستیکی با فرکاس رزونانس برابر)، چند شاخه شدن خوشه های فرکانسی و جابه جا شدن مدهای آکوستیکی ملاحظه گردید.
    کلیدواژگان: فرکانس تشدید، آکوستیک، کره ناهمرکز
  • احسان پلویی، مهدی زمانیان، سیدعلی اصغر حسینی صفحات 245-253
    در این پژوهش تغییرشکل استاتیکی و فرکانس طبیعی میکروتیر یکسر درگیر دو لایه تحت تحریک الکترواستاتیک که لایه دوم بخشی از طول لایه اول را می پوشاند مطالعه می شود. این مدل المان بسیاری از میکروسنسورها و میکروسوئچ ها می باشد. ابتدا معادله حرکت غیرخطی با فرض کوتاه شوندگی تارخنثی خمشی با استفاده از اصل هامیلتون استخراج می شود. سپس معادلات دیفرانسیل حاکم بر تغییرشکل استاتیکی و فرکانس ارتعاش آزاد حول موقعیت استاتیکی سیستم، به کمک روش گلرکین با استفاده از سه شکل مود میکروتیر یکسر درگیر به عنوان تابع مقایسه ای حل می شوند. با ثابت نگه داشتن حجم لایه دوم، نحوه تغییرات فرکانس طبیعی و تغییرشکل استاتیکی برای طول و ضخامتهای مختلف از لایه دوم در سه حالت مختلف بررسی شد. در هر سه حالت ابتدا فرض می شود لایه دوم بر روی کل میکروتیر لایه نشانی شده است. در حالت اول یکسر آن درتکیه گاه گیردار ثابت در نظر گرفته، و از سمت دیگر از طول آن کاسته و به ضخامت افزوده می شود. در حالت دوم یکسر آن درانتهای آزاد میکروتیر ثابت درنظر گرفته می شود و از سمت دیگر از طول آن کاسته و به ضخامت افزوده می شود. در حالت سوم از طول لایه دوم از هر دو سمت کاسته و به ضخامت افزوده می شود. همچنین در این تحقیق تغییر رفتار مکانیکی سیستم برای موقعیت های مختلف لایه دوم با فرض ثابت بودن طول وضخامت آن بررسی می شود.
    کلیدواژگان: تغییرشکل استاتیکی، فرکانس طبیعی، الکترواستاتیک، گلرکین، سیستم میکرو الکترومکانیکال
  • فاطمه توکلی دستجرد، محمد مصطفی غفوریان، سید احسان شکیب صفحات 254-260
    در مقاله ی حاضر به بهینه سازی و ارزیابی فنی اقتصادی سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت برای یک هتل در شهر کرمان پرداخته شده است. پارامترهای طراحی، ظرفیت نامی موتورگازسوز (به عنوان محرک اولیه)، بارجزیی و تعداد آن ها، ظرفیت گرمایشی بویلر، ظرفیت سرمایشی چیلر جذبی و نیز ظرفیت سرمایشی چیلر الکتریکی بوده که با استفاده از تحلیل اقتصادی، انرژی و زیست محیطی و روش سود سالیانه نسبی(AP) بهینه گردیده اند. در گام بعدی، پارامتر دوره بازگشت سرمایه(PB) برای نتایج بهینه این روش، با در نظرگرفتن ارزش زمانی پول و عدم در نظر گرفتن آن ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد محرک اولیه میزان سود سالیانه نسبی را کاهش داده و این روند با پارامتر دوره بازگشت سرمایه کلاسیک نسبت عکس دارد، به طوری که با انتخاب یک ظرفیت 2550 کیلو واتی برای موتور گاز سوز، بیشترین سود سالیانه نسبی(AP) با مقدار(سال/دلار)105×45/5 و کمترین مدت زمان بازگشت سرمایه اولیه(PB) با مدت زمان 6 سال بدست می آید. آنالیز افزایش قیمت حامل های انرژی در دو روش کلاسیک و سنتی دوره بازگشت سرمایه، برای حالت انتخاب یک ظرفیت محرک اولیه نشان می دهد که نتایج این دو روش یکسان نبوده و با افزایش قیمت حامل های انرژی، مدت زمان بازگشت سرمایه برای روش کلاسیک، افزایش و برای روش سنتی، کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: دوره بازگشت سرمایه، سیستم تولید همزمان برودت حرارت و توان، ارزش فعلی خالص، موتور گازی
  • شیرکو فاروقی، مهدی بامداد، سید حامد حسینی صفحات 261-268
    تنسگریتی به سازه های دو یا سه بعدی سبک گفته می شود که از نخ به عنوان جزء کششی و میله به عنوان عضو فشاری تشکیل شده است. پایداری آنها بوسیله حالت خود تنش بین اعضای کششی و فشاری ارائه می شود. در حالت کلی این سازه ها هنگامی که تحت بار خارجی دینامیکی قرار می گیرند به علت داشتن مقدار میرایی سازه ای پایینی، دچار مشکل خواهند شد. در اینجا میرایی سازه ای از نوع متناسب برای سازه در نظر گرفته شده است. در این مقاله معادلات دینامیکی سازه تنسگریتی حول شکل تعادلی بدست آورده می شود و همچنین جرم المان نخ نیز در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر، معادلات دینامیکی خطی شده حول شکل تعادلی با دقت مطلوبی رفتار دینامیکی سازه تنسگریتی را بیان می کند. در نتیجه می توان از روش فضای حالت برای بررسی و تحلیل پاسخ دینامیکی سازه تنسگریتی استفاده نمود. دو مثال متنوع با استفاده از این روش، بررسی میشود. نتایج نشان می دهند که تحلیل دینامیکی سازه تنسگریتی به علت پایین بودن میرایی سازه لازم است زیرا زمانی که در سازه رزونانس رخ بدهد اعضای فشاری و اعضای کششی به ترتیب ممکن است دچار کمانش دینامیکی و شل شدن شوند و همچنین زمان لازم برای تحلیل سازه تنسگریتی با استفاده از روش فضای حالت کمتر از روش الگوریتم نیومارک است.
    کلیدواژگان: سازه تنسگریتی، میله فشاری و کششی، پاسخ دینامیکی، فضای حالت
  • رضا فرشباف زینتی صفحات 269-278
    در این مطالعه، روش فرآیند اصطکاکی اغتشاشی اصلاح شده ی مبتنی بر ارتعاشات التراسونیک برای توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی چند دیواره در ماتریس پلیمری نایلون 6 ارائه گردیده است. بدین منظور، جهت تسهیل فرآیند اصطکاکی اغتشاشی و افزایش تاثیر و بازدهی آن، از طرح ابزار فرآیند اصطکاکی اغتشاشی اصلاح شده به همراه ارتعاشات التراسونیک استفاده گردید. آزمایشات متعددی برای دستیابی به بازه مناسبی از پارامترهای فرآیند اصطکاکی اغتشاشی (سرعت دورانی و سرعت پیشروی ابزار) صورت گرفت. مشاهدات میکروسکوب الکترونی روبشی و الگوهای پراش اشعه ایکس نشان می دهند که نانولوله های کربنی چند دیواره به شکلی یکنواخت در ماتریس پلیمری نایلون 6 توزیع شده اند. آزمایشات میکروسختی ویکرز نشان می دهند که توزیع یکنواخت تر نانولوله های کربنی چند دیواره در ماتریس نایلون 6 می تواند منجر به افزایش سختی آن تا حدود 33% در مقایسه با دیگر نانوکامپوزیت های تولیدی گردد. همچنین، نتایج آزمایشات نشان می دهد که نانوکامپوزیت مورد نظر در فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به کمک ارتعاشات التراسونیک با سرعت پیشروی بالاتر از سرعت پیشروی فرآیند اصطکاکی اغتشاشی ساده تولید می گردد، اما افزایش سرعت پیشروی در فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به کمک ارتعاشات التراسونیک باعث کاهش اغتشاش نانوکامپوزیت و در نتیجه کاهش توزیع همگن نانوکامپوزیت نمی گردد.
    کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به کمک ارتعاشات التراسونیک، الگوی پراش اشعه ایکس، میکروسختی، نانو لوله های کربنی چند دیواره، نایلون 6
  • مهدی رمضان پور، مهدی معرفت، منیژه مختاری دیزجی صفحات 279-286
    ناهمسانی جنس پیوند و شریان میزبان در پیوندهای بای پس عروق کرونری یکی از عوامل موثر در بروز ناکارایی این پیوند ها بشمار می رود. هدف از این مطالعه، بررسی اثر ناهمسانی پیوند و شریان میزبان بر پیوند بای پس انتها به پهلو می باشد. برای مدلسازی سیال از مدل غیرنیوتنی کریو- یاسودا استفاده شده است و جنس دیواره پیوند و شریان میزبان نیز ایزوتروپیک و الاستیک فرض شده است. در این مطالعه همچنین اثر رئولوژی خون و انعطاف پذیری دیواره پیوند در توزیع تنش برشی و پروفیل سرعت در پیوند بای پس انتها به پهلو بررسی شده است. نتایج شبیه سازی های اندرکنش سیال- سازه دوراهه نشان می دهند که ناهمسانی جنس پیوند و شریان میزبان موجب جابجایی کمتر دیواره پیکربندی پیوند بای پس در ناحیه بحرانی محل اتصال پیوند به شریان میزبان خواهد شد و این موضوع سبب ایجاد تنش برشی بیشتر در سازه، در محل اتصال پیوند به شریان میزبان می گردد. جابجایی مذکور در هر دو حالت همسان و غیر همسان به نحوی است که همواره درصدد جداسازی پیوند و شریان میزبان در محل خط بخیه است. نحوه توزیع تنش برشی روی خط مرکز بستر شریان میزبان و پنجه پیوند نشان می دهد که تفاوت توزیع این پارامتر همودینامیکی در حالت های همسان و غیر همسان تنها در حالتی که فشار وارده بر دیواره داخلی پیکربندی پیوند بای پس از فشار وارده بر دیواره خارجی آن کمتر می شود قابل مشاهده بوده و همچنین مقدار این پارامتر همودینامیکی در ناحیه دیستال پیکربندی پیوند بای پس و بعد از پنجه آن در حالت همسان کمتر از حالت غیرهمسان است.
    کلیدواژگان: ناهمسانی جنس پیوند و شریان میزبان، پارامترهای همودینامیکی، سیال غیر نیوتنی، اندرکنش سیال، سازه ی دوراهه
  • وحید اصفهانیان، ایمان رهبری، محمدحسین مرتضوی صفحات 287-294
    جریان سیالات غیرنیوتنی در بعضی از کاربردهای صنعتی به جریان آشفته تبدیل می شود. روش های مختلفی جهت بررسی جریان آشفته ارائه شده اند که هرکدام ویژگی های خاص خود را دارند. مدل های آشفتگی هزینه محاسباتی کمی دارند ولی دارای منابع عدم قطعیت ساختاری در فرآیند حل هستند. همچنین، مدل های آشفتگی که برای سیالات غیرنیوتنی توانی ارائه شده اند، اغلب از اصلاح مدل های نیوتنی بدست آمده اند و مدل سازی مناسبی برای تنش ویسکوپلاستیک ارائه نشده است. از طرفی، شبیه سازی عددی مستقیم نتایج بسیار دقیقی را ارائه می کند درحالیکه هزینه محاسباتی بسیاری را به همراه دارد. بدین ترتیب، استفاده از نتایج شبیه سازی عددی مستقیم برای کمی سازی عدم قطعیت موجود در مدل های آشفتگی طرح بسیار مناسبی خواهد بود. زیرا امکان تصمیم گیری بهتر بر مبنای نتایج شبیه سازی RANS را فراهم می کند. در این تحقیق ابتدا یک مدل آشفتگی برای سیال غیرنیوتنی توانی بر مبنای مدل ارائه و برای شبیه سازی جریان درون یک لوله استفاده شده است. سپس یک روش کارا جهت کمی سازی عدم قطعیت های موجود در آن ارائه شده است. در این روش، فرض شده است که تمامی عدم قطعیت های موجود، در محاسبه تنش رینولدز و تنش توانی رقیق شونده تجمیع شده اند. ابتدا تفاوت این دو تنش در DNS و RANS به کمک میدان تصادفی گاوسی مدل شده است. سپس با استفاده از بسط کارهونن-لوه این عدم قطعیت به داخل روند حل پخش شده و تاثیرش در سرعت جریان محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند که روش ارائه شده دارای دقت قابل قبولی در تخمین این عدم قطعیت می باشد.
    کلیدواژگان: مدل سازی آشفتگی، سیال غیرنیوتنی، کمی سازی عدم قطعیت، شبیه سازی عددی مستقیم، بسط کارهونن، لوه
  • علیرضا عرب گلارچه، محمد مقیمان، سید محمد جوادی مال آباد صفحات 295-301
    توربین داریوس یکی از انواع توربین های بادی محور عمودی است که علی رغم ساختار ساده، تحلیل بسیار پیچیده ای دارد. مکانیزم دینامیکی پیچیده جریان در اطراف این ماشین باعث شده مسئله بهینه سازی آیرودینامیکی آن هنوز یک مسئله باز باقی بماند. در این مقاله از روش تحلیلی چند تیوب جریانی دوگانه برای محاسبه اثر عوامل ضخامت پره، صلبیت، عدد رینولدز، گام زاویه ای و ضریب منظری بر راندمان و گشتاور راه اندازی توربین استفاده شده است. با توجه به اینکه روش تحلیلی چند تیوب جریانی دوگانه، یک روش نیمه تجربی است، ضرایب برآ و پسآی مقاطع مورد استفاده در زوایای حمله مختلف، با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی موجود وارد کد شده است. نتایج نشان می دهد افزایش ضخامت، عدد رینولدز و صلبیت موجب افزایش قابلیت خود راه اندازی توربین می شود. همچنین افزایش صلبیت موجب کاهش دامنه کاری توربین در سرعت های مختلف روتور خواهد شد. از طرفی افزایش ضریب منظری منجر به افزایش راندمان به خصوص در سرعت چرخش میانه می شود. همچنین نتایج نشان می دهند که توربین با صلبیت متغیر (توربین با پره منحنی) می تواند علاوه بر خود راه اندازی بهتر، در دامنه سرعت های روتور وسیع تری مورد استفاده قرار گیرد. اما بررسی پره با ضخامت متغیر نشان داد، تغییر ضخامت پروفیل در طول پره، تاثیر مثبتی بر خود راه انداز بودن توربین ندارد. افزایش گام زاویه ای، تاثیر مناسبی بر عملکرد دارد. مقایسه نتایج مطالعه حاضر با نتایج تجربی نشان می دهد کد استفاده شده از دقت مناسبی برخوردار است، اما با بالاتر رفتن سرعت دورانی روتور از سرعت دورانی نامی دقت این روش کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: توربین باد، داریوس، مقطع پره، صلبیت
  • آنیتا اسلامی خطبه سرا، بهنام میری پور فرد صفحات 302-308
    در این مقاله، هدف ارائه روندی است که بتوان با استفاده از آن معیار مهارت را در طراحی بهینه ابعاد و مسیر یک ربات جراح لاپراسکوپی به کار بست. این معیار وابسته به پیکربندی بازوی رباتیک است و برای محاسبه آن در هر نقطه از فضای کاری، نیاز به حل معادلات سینماتیک مستقیم و وارون و همچنین استخراج ماتریس ژاکوبین است. در مقاله حاضر، با استفاده از روش مونت کارلو، مهارت ربات در کل فضای کاری محاسبه شده است. برای یافتن طول بهینه رابط های ربات به منظور بیشنه شدن مهارت در جراحی، یک مساله بهینهسازی غیرخطی و مقید فرمول بندی شده و با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. سپس، با داشتن ابعاد بهینه ربات که منجر به بیشینه شدن مهارت آن در فضای کاری می شود، مساله طراحی بهینه مسیر در فضای دکارتی حل شده است. در این حالت، مهارت ربات و خطای ردیابی مسیر به عنوان توابع هزینه بهینه سازی در نظر گرفته شده است. رویکرد ذکر شده بر روی یک بازوی ربات جراح با چهار درجه آزادی پیادهسازی شده و نتایج شبیه سازی که نشان دهنده کارآمدی روش است، نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: جراحی رباتیک، مهارت بازوی رباتیکی، طراحی مسیر، بهینه سازی
  • محمدرضا قضاوی، مهرداد آذری نزاد، ساسان رحمانیان صفحات 309-318
    به منظور جلوگیری از حوادث ناخوشایند، حفظ پایداری وسایل ریلی پرسرعت اهمیت حیاتی دارد، بدین منظور در تحقیق حاضر، دینامیک خودروی ریلی سرعت بالا شامل 38 درجه آزادی با اضافه کردن معادلات حرکت در جهت محور طولی مدل شده است. محاسبه سرعت بحرانی برای خودروی ریلی مذکور با ریل الاستیک غیرخطی برای تماس چرخ و ریل نیز از دیگر دست آوردهای این تحقیق می باشد.. در این پژوهش به بررسی حرکت پایدار و رفتار هانتینگ سیستم پرداخته و جهت شناسایی حرکت آشوبناک سیستم از تحلیل فرکانسی استفاده شده است. همچنین با رسم نگاشت پونکاره رفتار دینامیکی سیستم به نمایش در آمده، که می تواند معیار خوبی برای بررسی آشوبناک یا متناوب بودن رفتار سیستم باشد. رفتار بلندمدت مشخص می کند که در سرعت های کمتر از سرعت های بحرانی سیستم به سمت حالت پایدار نوسان خواهد کرد. در حرکت پایدار تا زمانی که سرعت کمتر از سرعت بحرانی است، نوسان ادامه دارد. وقتی سیستم به سرعت بحرانی می رسد حرکت سیکل محدود رخ خواهد داد و وقتی سرعت بالاتر از سرعت بحرانی باشد دامنه ارتعاش به طور ملایم افزایش خواهد یافت. از منحنی پاسخ فرکانسی سیستم نتیجه می گردد که فرکانس هانتینگ محاسبه شده بر اساس ریل الاستیک خطی از مدل غیرخطی بیشتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: دینامیک خودروی ریلی سرعت بالا، هانتینگ، نگاشت پونکاره، خزش غیرخطی، ریل الاستیک غیرخطی
  • محمد خسروی، خلیل خلیلی، حسین امیرآبادی صفحات 319-328
    بهینه سازی، در بسیاری از شاخه های علوم کاربرد زیادی یافته است. در سال های اخیر، تئوری ها و روش های متعددی برای پیدا کردن پاسخ بهینه و توسعه روش های بهینه سازی ارائه شده است. الگوریتم های بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت به عنوان روش های ابتکاری، راه حل های مناسبی را برای مسائل پیچیده ارائه می نماید که یکی از کاربردهای این روش ها، مهندسی معکوس می باشد. در مهندسی معکوس، هر مجموعه از نقاط اسکن شده نسبت به یک دستگاه خاص تعریف می شوند. در فرآیند انطباق داده ها، مجموعه های این نقاط به صورت مجزا، با هم ترکیب شده و نسبت به یک سیستم مختصات واحد قرار می گیرند که این فرآیند،تطابق ابر نقاط نامیده می شود. در این پژوهش، قطعه کاربردی در آزمایش تجربی توسط ماشین اندازه گیری مختصات در دو وضعیت بدون انتقال و انتقال یافته، اندازه برداری شده و فرآیند تطابق ابر نقاط بر روی آن پیاده سازی شده است. به کمک الگوریتم های جستجوی گرانشی، جمعیت ذرات و ژنتیک، فرآیند تطابق بهینه سازی شده و پارامترهای تطابق (چرخش و جابه جایی) به دست آمده است. از بین الگوریتم های ذکر شده، الگوریتم جستجوی گرانشی از دقت جابه جایی، دقت چرخشی و مقدار همگرایی بهتر و هم چنین زمان اجرای کمتری برخوردار بوده است. در نهایت الگوریتم ترکیبی ارائه شده است که ترکیبی از الگوریتم های جستجوی گرانشی و نلدر- مید می باشد. در الگوریتم پیشنهادی، مقادیر حدس اولیه توسط الگوریتم گرانشی به دست آمده و در اختیار الگوریتم نلدر- مید قرار می گیرد تا پاسخ دقیق به دست آید. الگوریتم پیشنهادی در این پژوهش، ازنظر تعداد تکرار و مقدار همگرایی بر الگوریتم های جستجوی گرانشی و نلدر- مید برتری دارد.
    کلیدواژگان: تطابق، بهینه سازی، الگوریتم ترکیبی، الگوریتم جستجوی گرانشی
  • مجید محمدی مقدم، سلمان فارسی صفحات 329-340
    در این مقاله، روشی برای پایدار سازی گرادیان جاذبه سه محوره ماهواره در مدار دایره ای ارائه و بررسی شده است که در آن تنها از یک عملگر استفاده می شود. ماهواره ای با بوم طول متغیر، متشکل از دو جسم صلب شامل بدنه اصلی و جرم متصل به انتهای بوم در نظر گرفته می شود که در راستای بوم نسبت به هم امکان حرکت دارند. سیستم دارای 4 درجه آزادی است و تنها ورودی کنترلی، نیروی بین این دو جسم است و در نتیجه، سیستم فرو تحریک شده می باشد. گشتاور گرادیان جاذبه تنها گشتاور خارجی سیستم فرض شده است. به دلیل این که سیستم فرو تحریک شده است و ساختار همیلتونی دارد، از رویکرد پورت همیلتونی بهره گرفته شده است. معادلات حرکت سیستم به فرم همیلتونی استخراج شده و نقاط تعادل و مقادیر ورودی لازم برای آن به دست آمده است. از دینامیک خطی سیستم حول نقاط تعادل می توان نتیجه گرفت که دینامیک خطی پیچش و تغییر طول بوم مستقل از دینامیک خطی گردش-غلتش است. بنابراین، دینامیک گردش-غلتش، به صورت خطی کنترل ناپذیر است. برای طراحی کنترل کننده، از روش شکل دهی انرژی و تزریق میرایی استفاده شده است. شرایط لازم برای این که قانون کنترلی شکل دهی انرژی، پایدار ساز باشد به دست آمده و دینامیک حلقه بسته بررسی شده است. سیستم حلقه بسته، دارای منیفولد مرکزی است. در نهایت، به وسیله شبیه سازی، عملکرد سیستم حلقه بسته، میل کردن مسیر حالت به منیفولد مرکزی و همگرایی غیرنمایی آن نمایش داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل وضعیت، پایدار سازی گرادیان جاذبه، سیستم های پورت همیلتونی، سیستم های فرو تحریک شده
  • سید عبدالمهدی هاشمی، احسان نوری، علیرضا آقایی صفحات 341-349
    در این تحقیق پایدارسازی شعله ی غیرپیش آمیخته ی مغشوش به کمک محیط متخلخل، به صورت تجربی بررسی شده است. یکی از راه کارهای ارائه شده برای پایدار کردن شعله و رسیدن به فن آوری احتراق با توان حرارتی بالا استفاده از محیط متخلخل در مشعل است. برای انجام آزمایش ها از یک مشعل غیرپیش آمیخته با سوخت گاز طبیعی استفاده شده است. آزمایش ها ابتدا برای شعله غیرپیش آمیخته ی معمولی و سپس برای شعله غیرپیش آمیخته ی پایدار شده با محیط متخلخل انجام شده است. در شعله معمولی اثرات سرعت سوخت، سرعت هوا و نسبت هم ارزی بر طول شعله و مرز پایداری آن بررسی شده است. در شعله پایدار شده از محیط متخلخل سرامیکی کاربید سیلیسیم با چگالی های حفره 10، 20 و 30 حفره در اینچ (به ترتیب 4، 8 و 12 حفره در سانتی متر) و در فواصل 5، 10 و 15 سانتی متری از مشعل استفاده شده است. شعله ی پایدار شده با محیط متخلخل به چهار رژیم تقسیم بندی شده است. با توجه به آزمایش ها مشاهده شد که شعله معمولی در مخلوط های غنی تشکیل می شود و با افزایش نسبت هم ارزی طول شعله افزایش می یابد. با توجه به نتایج به دست آمده در شعله پایدار شده با افزایش چگالی حفره امکان تشکیل شعله داخل محیط متخلخل افزایش می یابد. هم چنین مشاهده شد که تشکیل شعله در داخل محیط متخلخل در متوسط نسبت هم ارزی 0/63 بوده که تقریبا با نسبت هم ارزی تشکیل شعله داخل محیط متخلخل در یک مشعل متخلخل پیش آمیخته برابر است.
    کلیدواژگان: احتراق، پایداری شعله، مشعل غیرپیش آمیخته، محیط متخلخل
  • ابوالفضل معصومی، سیاوش علی بابایی صفحات 350-356
    اتصال چرخشی سرد فرآیندی جدید جهت تولید لوله های کامپوزیتی لایه ای می باشد که بر مبنای فرآیند فلوفرمینگ ابداع شده است. استحکام اتصال در این فرایند به ضخامت اولیه ورق، مقدار تغییر شکل، دمای اتصال، استحکام ورق های اولیه، عملیات حرارتی پس از اتصال و پارامتر های تولید مانند نرخ پیشروی، سرعت دوران اسپیندل بستگی دارد. در کار حاضر بررسی تاثیر میزان کاهش ضخامت، دمای عملیات حرارتی و زمان عملیات حرارتی بر استحکام اتصال چرخشی فولاد و آلومینیم انجام شده است. استحکام اتصال ایجاد شده از طریق فرآیند اتصال چرخشی با استفاده از آزمون پوست کنی یا لایه کنی 180درجه اندازه گیری و بررسی های ساختاری نیز با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شده است. از بین پارامترهای بررسی شده، دمای عملیات حرارتی و به دنبال آن درصد کاهش ضخامت بیشترین تاثیر را بر روی استحکام اتصال دارند و تاثیر زمان عملیات حرارتی با توجه به محدوده سطوح انتخابی در این مطالعه نسبت به دو عامل دیگر ناچیز است. نتایج نشان می دهد که افزایش دمای عملیات حرارتی تا حد معینی در اثر نفوذ اتم های فلزات در شبکه های یکدیگر منجر به افزایش استحکام اتصال می شود، اما افزایش بعد از آن باعث کاهش استحکام اتصال می شود. همچنین مطالعات نشان داد که بهترین شرایط 55 درصد کاهش ضخامت، دمای عملیات حرارتی 475 درجه سانتی گراد و زمان عملیات حرارتی 120 دقیقه است که در این شرایط استحکام اتصال نمونه به استحکام تسلیم فلز پایه می رسد.
    کلیدواژگان: اتصال چرخشی سرد، عملیات حرارتی، درصد کاهش ضخامت
  • هاشم بابایی، توحید میرزابابای مستوفی، مجید علی طاولی، مجتبی نامداری صفحات 357-366
    هدف از این مقاله، بررسی تجربی و عددی خواص مکانیکی قطعه تولیدشده با فرآیند تراکم پودر تحت بارگذاری ضربه ای با نرخ پایین توسط سامانه چکش پرتابه ای است. در بخش تجربی، به بررسی تاثیرپذیری چگالی، مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته قطعه تولیدی از اندازه دانه و سطوح انرژی متفاوت پرداخته می شود. در این راستا از دو نوع پودر آلومینیوم خالص و همچنین ترکیب آن با سرامیک در سه اندازه متفاوت استفاده می شود. در بخش عددی، روش تحلیل ابعادی بکار گرفته می شود که در این روش با استفاده از مشخصه و داده های تجربی که به صورت ورودی و خروجی دسته بندی می شوند، مدل های بی بعدی برای چگالی، مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته به شکل توابع ریاضی ارائه می شود. هدف از تعیین این مدل، پیش بینی قابل اطمینان و رضایت بخشی برای خواص نهایی قطعه تحت شرایط بارگذاری ضربه ای است. برای محاسبه بردار ضرایب خطی از روش تجزیه مقادیر منفرد حاصل از پارامترهای بی بعد استفاده می شود. برای اعتبار سنجی نتایج به دست آمده از توابع ریاضی ارائه شده، مقایسه ای بین این نتایج و داده های تجربی انجام می شود. بررسی خطای داده های آموزشی و پیش بینی بر اساس مجذور میانگین مربعات خطاها و ضریب تبیین نشان می دهد که نتایج به دست آمده از توابع ریاضی صحت قابل قبولی را دارا هستند؛ بنابراین، استفاده از مدل های ریاضی ارائه شده برای خواص نهایی قطعه تحت بارگذاری ضربه ای مطلوب است.
    کلیدواژگان: بارگذاری ضربه ای، تراکم پودر، چکش پرتابه ای، روش تجزیه مقادیر منفرد، روش تحلیل ابعادی
  • راضیه ایزدی، محمد رحیم همتیان صفحات 367-376
    شناسایی ثابت های الاستیک مواد غیر همسانگرد سه بعدی خیلی پیچیده تر از شناسایی ثابت های الاستیک مواد دوبعدی غیرهمسانگرد است. این پیچیدگی به دلیل بیشتر بودن تعداد ثابت های الاستیک در مواد سه بعدی است. در این مقاله یک روش معکوس برای تعیین ثابت های الاستیک مواد اورتوتروپیک، مونوکلینیک و غیرهمسانگرد سه بعدی با استفاده از اندازه گیری های الاستواستاتیک ارائه می شود. داده های اندازه گیری کرنش در تعدادی نقطه نمونه برداری که از چند آزمایش الاستواستاتیک استخراج شده اند به عنوان پاسخ الاستیک ماده درنظر گرفته شده اند. تحلیل مساله با حداقل کردن اختلاف بین کرنش های اندازه گیری و مقادیر محاسباتی متناظر آن در نقاط نمونه برداری انجام می شود. روش المان محدود برای تحلیل حساسیت و روش هموارسازی تیخونوف برای پایدار کردن روند حل مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی یک آزمایش الاستواستاتیک منحصر به فرد که در آن کلیه ثابت های الاستیک نمود داشته باشند خیلی مشکل است و غیر ممکن به نظر می رسد. با استفاده از داده های استخراج شده از چند آزمایش مختلف قادر خواهیم بود اطلاعات کافی برای دستیابی به یک جواب پایدار و کم خطا را استخراج نماییم. در تحقیق حاضر 9 ثابت مواد اورتوتروپیک، 13 ثابت مواد مونوکلینیک و 21 ثابت مواد غیرهمسانگرد بطور موفق شناسایی شده اند. با ارائه چند مثال عددی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی دقت و عملکرد روش پیشنهادی مورد مطالعه قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ثابتهای الاستیک، مواد غیرهمسانگرد، روش المان محدود، روش معکوس
  • امیر دهشیری پاریزی، محمدرضا سلیم پور صفحات 377-382
    هزینه انرژی در دهه های اخیر بشدت افزایش پیدا کرده است. لذا نیاز مبرم به نوع جدیدی از سیال کاری برای بهبود عملکرد گرمایی سیستم ها و کاهش مصرف انرژی احساس می شود. یکی از سیستم های گرمایی پرکاربرد مبدل های حرارتی هستند. در طراحی مبدل حرارتی مطالعه مشخصه های هیدرولیکی و گرمایی جریان کاملا توسعه یافته داخل کانال با سطح مقطع های مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین در پژوهش حاضر رفتار گرمایی و هیدرولیکی جریان آرام سیال پایه(آب) و نانوسیال آب/اکسید تیتانیوم درون کانال با سطح مقطع های دایره ای، مربعی و مستطیلی بطور تجربی مطالعه می شود. این پژوهش کمک می کند تا تاثیر غلظت نانوذرات، عدد رینولدز و شکل سطح مقطع را روی انتقال حرارت و افت فشار نانوسیال بررسی کنیم. آزمایش ها برای نانوسیال آب/اکسید تیتانیوم با سه غلظت حجمی0، 20/2 و 0/5 تحت رژیم جریان آرام با دمای ثابت سطح انجام شده اند. تحلیل اطلاعات نشان می دهد که افت فشار کانال غیردایروی نسبت به کانالهای دایروی کمتر است و اضافه شدن نانوذرات به سیال پایه افت فشار جریان داخل کانالها را چندان افزایش نمی دهد. همچنین نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که عدد ناسلت کانال دایره ای نسبت به کانالهای غیر دایروی برای سیال پایه و نانوسیال بیشتر است. اما افزایش نسبی عدد ناسلت کانالهای غیر دایروی نسبت به کانال دایره ای بیشتر است زیرا افزودن نانوذره ها به سیال پایه موجب کاسته شدن از اثرات منفی گوشه های تیز کانالهای غیر دایروی و بهبود انتقال حرارت می شود.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، نانوسیال، سطح مقطع های مختلف، تجربی
  • محمدحسن رحیمیان، رضا صادقی صفحات 383-391
    در مقاله حاضر به بررسی جریان تراکم پذیر ناشی از موج ضربه ای و نوسان حباب با مرز متحرک به روش شبکه بولتزمن می پردازیم. شبکه بولتزمن در پیش بینی جریان های تراکم پذیر با ماخ بالا ناموفق است، اما با تلاش هایی که در سال های اخیر صورت گرفته است، مدل های جدیدی برای پایدار کردن جواب های معادلات تراکم پذیر ایجادشده است. روش لکس وندروف اصلاح شده که حل پایداری دارد، برای گسسته سازی معادلات بولتزمن استفاده شده است. از مدل های تراکم پذیر بر مبنای الگوی اویلری و الگوی سرعت های چندگانه نویر استوکسی برای شبیه سازی جریان تراکم پذیر در شبکه بولتزمن در این تحقیق استفاده شده است. دینامیک حباب تراکم پذیر به کمک معادله رایلی- پلسه به دست آمده است. شبیه سازی موج ضربه در حباب به کمک سایر روش های دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است، اما به علت ضعف هایی که روش شبکه بولتزمن در جریان تراکم پذیر داشت، تاکنون تلاشی برای بررسی فیزیک این پدیده با این روش انجام نشده است. هدف از این شبیه سازی دستیابی به شناختی از توزیع خواص ترمودینامیکی در راستای شعاع حباب هنگام فروریزش حباب و درنهایت شکل گیری پدیده آوالیانسانی که ناشی از برخورد امواج شوک در مرکز حباب است، با روش شبکه بولتزمن می باشد.
    کلیدواژگان: جریان تراکم پذیر، موج ضربه، شبکه بولتزمن، لکس وندروف اصلاح شده، رایلی، پلسه
  • محمد مهدی ابوترابی زارچی، محمدرضا رازفر، امیر عبدالله صفحات 392-396
    کاهش نیروی برشی در یک فرآیند ماشینکاری دارای مزایای فراوانی از جمله افزایش عمر ابزار و بهبود کیفیت سطح ماشینکاری شده است. یکی از تکنیک های نوین برای کاهش نیروی برشی، براده برداری به کمک ارتعاش آلتراسونیک است. در این مقاله، فرآیند فرزکاری به کمک ارتعاش آلتراسونیک یک بعدی روی آلیاژ آلومینیم Al7022 مطالعه شده است. با طراحی یک مکانیزم موثر برای اعمال ارتعاش آلتراسونیک به قطعه کار، تاثیر پارامترهای سرعت برشی، نرخ پیشروی، عمق برش شعاعی و دامنه ارتعاش بر مولفه های سه گانه نیروی برشی و برآیند آنها در هر دو فرآیند فرزکاری معمولی و فرزکاری به کمک ارتعاش آلتراسونیک مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. اعمال ارتعاش آلتراسونیک به فرزکاری، بیشترین تاثیر را بر مولفه پیشروی نیروی برشی که در راستای ارتعاش قطعه کار است، گذاشته و به طور متوسط آن را 33/5% کاهش داده است. هرچه سرعت برشی کوچکتر و دامنه ارتعاش بزرگتر باشد، میزان جدایش ابزار و قطعه کار در قسمت هایی از هر سیکل ارتعاشی افزایش یافته و مولفه پیشروی نیروی برشی کاهش بیشتری می یابد. برآیند نیروی برشی نیز به طور متوسط 10/8% در فرزکاری ارتعاشی نسبت به فرزکاری معمولی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: فرزکاری به کمک آلتراسونیک، فرزکاری معمولی، نیروی برشی، دامنه ارتعاش، سرعت برشی
  • اسماعیل خان میرزا، علیرضا موسوی، میلاد نظرآهاری صفحات 397-404
    سیستم های هایبرید، دسته ای از سیستم های دینامیکی هستند که رفتار آن ها، بر اساس برهم کنش رفتارهای دینامیکی گسسته و پیوسته بیان می شود. یکی از زیرمجموعه های سیستم های هایبرید، سیستم های آفین تکه ای خطی هستند. شناسایی مدل های آفین تکه ای خطی، شامل تخمین پارامترهای زیرسیستم های آفین و ضرایب مربوط به ابر صفحات تفکیک کننده فضای حالت- ورودی می شود. در این مقاله، جهت تقسیم بندی همزمان فضای حالت- ورودی و استخراج ماتریس های مشخصه، از الگوریتم خطای محدود و شبکه عصبی آدلاین استفاده خواهد شد. لازم به ذکر است که در این روش، نیازی به تعیین تعداد زیرسیستم های خطی سیستم نیست. همچنین روش شناسایی پیشنهادی بر اساس داده برداری برخط از سیستم توسعه داده شده است. همچنین از دیگر مزایای این روش، می توان به سادگی الگوریتم آن اشاره کرد که امکان استفاده از آن در کاربردهای عملی را فراهم می آورد. در ادامه، از روش مذکور جهت شناسایی یک مثال ریاضیاتی مرجع استفاده شده است. با مقایسه نتایج به دست آمده با مقالات مرجع، ثابت می شود که این روش، عملکرد مطلوبی در تقسیم بندی فضای حالت- ورودی و استخراج ماتریس های مشخصه خواهد داشت. در انتهای کار با استفاده از روش ارائه شده در این مقاله، به شناسایی یک منبع فعال ذخیره سازی آب که معادلات آن به صورت یک سیستم آفین تکه ای خطی بیان می شود، پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: سیستم های هایبرید، سیستم آفین تکه ای خطی، شناسایی سیستم، الگوریتم خطای محدود، شبکه عصبی آدلاین
  • آرمان حمیدی، سید مصطفی میرسلیم، برات قبادیان، امیرحسین پریور، سعید عبدالملکی صفحات 405-411
    بیودیزل یک جایگزین تجدیدپذیر و پایدار برای سوخت های فسیلی می باشد که از روغن های گیاهی و چربی های جانوری بدست می آید. در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی استفاده از متیل استر روغن سویا (زیست دیزل) در سوخت نفت گاز با نسبت اختلاط های B0، B2، B5 و B10 پرداخته شده است. در این مطالعه مشخصه های عملکردی و آلایندگی سوخت نفت گاز معمولی و مخلوط های سوخت زیست دیزل با هم مقایسه شده است. آزمون ها در شرایط پایا با یک موتور دیزل پاشش مستقیم 90 کیلوواتی مجهز شده به سامانه چرخش مجدد گازهای خروجی و بدون اصلاحات در زینه بندی موتور انجام شده است. نتایچ تجربی مصرف سوخت ویژه ترمزی، گشتاور و دمای گازهای خروجی و همچنین نتایج تجربی آلاینده هایی همچون دی اکسید کربن، دوده، اکسید نیتروژن، مونواکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته ارائه و در مورد آنها بحث شده است. نتایج تجربی مشخصه های عملکردی موتور در شرایط مختلف (بار و دور موتور مختلف) افت کمی در توان موتور و افزایش محسوس در مصرف سوخت ویژه ترمزی به دلیل ارزش حرارتی کوچکتر زیست دیزل نشان داد. آلاینده های دوده، مونواکسیدکربن و هیدروکربن با افزایش درصد اختلاط زیست دیزل در مقایسه با نفت گاز خالص افزایش یافت. هر چند افزایش در آلاینده های اکسید نیتروژن و دی اکسیدکربن با افزایش درصد اختلاط زیست دیزل مشاهده شد.
    کلیدواژگان: زیست دیزل، موتور دیزل، عملکرد، آلایندگی، مصرف ویژه سوخت ترمزی
  • سید جاوید زکوی، محمد نوربخش صفحات 412-418
    استفاده از لوله های زانویی در نیروگاه ها و صنایع بزرگ جهت انتقال و جا به جایی سیالات پرفشار با توجه به فروپاشی غیرمنتظره این قطعات تحت بارهای تناوبی و فشار داخلی سیال که متعاقب آن هزینه های سنگین مادی و جانی را به دنبال دارد باعث شده تا بررسی جمع شوندگی کرنش در این قطعات مورد توجه محققین و پژوهشگران در چند دهه گذشته قرار گیرد. در این مطالعه به بررسی چهار عامل اساسی یعنی جنس لوله زانویی، فرکانس بارگذاری تناوبی(معمولا زیر 10 هرتز)، فشار داخلی لوله و ممان-های دینامیکی تناوبی بر مقدار کرنش های جمع شونده در لوله های زانویی پرداخته شده است. تاثیر تغییرات چهار عامل ذکر شده بر مقدار کرنش های جمع شونده مورد بررسی قرار گرفته است. در این زمینه بررسی های انجام شده به روش عددی با تجزیه و تحلیل پلاستیک نشان می دهند که با افزایش محسوس فرکانس بارگذاری، فشار داخلی لوله زانویی و ممان دینامیکی وارد بر انتهای لوله زانویی، مقدار کرنش های جمع شونده افزایش می یابد. همچنین دو جنس فولاد کربنی و فولاد ضدزنگ به دلیل تفاوت در سختی، رفتار متفاوت از خود نشان داده و در شرایط برابر همه عوامل تاثیرگذار، مقدار کرنش های جمع شونده قطعه فولاد کربنی بیشتر از فولاد ضدزنگ می باشد. نتایج نشان می دهند که لوله زانویی از جنس فولاد ضدزنگ نسبت به فولاد کربنی، در برابر کرنش های جمع شونده عملکرد بهتری از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: فرکانس بارگذاری، ممان تناوبی، لوله زانویی، کرنش جمع شونده
  • یادداشت پژوهشی
  • هادی کارگر شریف آباد، مرتضی میرزایی امیرآباد صفحات 419-422
    آگاهی از ضریب هدایت حرارتی نانوسیال ها با توجه به توسعه چشمگیر استفاده از آنها در پژوهش ها ضروری می باشد که با توجه به ناتوانی مدل های ارائه شده در اکثر موارد لازم است بصورت تجربی ضریب هدایت حرارتی اندازه گیری شود. در این مقاله طراحی و بررسی عملکرد دستگاه اندازه گیری ضریب هدایت حرارتی سیالات و نانوسیالات بدون استفاده از پل وتستون بررسی شده است. سابقا از روش پل وتستون برای ساخت سیم داغ کوتاه گذرا استفاده می شد که نیاز به سیستم الکترونیکی پیچیده و مصرف توان الکتریکی بالایی دارد. در این مقاله روش جدیدی ارائه شده است به طوری که نه جریان ثابت نگه داشته شده است و نه ولتاژ، بلکه از روش اندازه گیری مقاومت نسبی و از پراب مسی با روکش لاکی با قطر 40 میکرون استفاده شده است که به راحتی در دسترس است. بیشترین اختلاف نتایج این طراحی با مراجع، % 1/17 به دست آمده است. در این راستا تغییرات ضریب هدایت حرارتی سیال مغناطیسی به صورت تجربی بررسی شده است. سیالهای مغناطیسی دسته جدیدی از نانوسیالها هستند که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرند و خواص انها دچار تغییر می شود. آزمایش ها برای سیال مغناطیسی Fe3O4 بر پایه آب با درصدهای حجمی مختلف مختلف انجام شده است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، ضریب هدایت حرارتی، سیم داغ گذرا، پل وتستون، نانوسیال مغناطیسی
|
  • Mohammad Navabi*, Hamidreza Mirzaei Pages 1-12
    This paper presents dynamic modeling, classical and nonlinear control of flight of mesicopter. First, nonlinear multiple-input multiple-output model is derivedtaking into consideration the bodyandrotorgyroscopiceffects,thenthreeclassical􀀃control􀀃methodsfo 􀀃fast􀀃responsewithhigh performance are used and compared with respect to control􀀃 effort. Mesicopters are􀀃 always affected􀀃byuncertainties.Classicalapproachisnotabletoproperlycompe sate􀀃theseeffects.To overcomethisproblem,modelreferenceadaptivecontrol is used withthr edifferenttypesbased on single-input single-output linear equations, multiple-input􀀃 multiple-output linear equations and nonlinear multiple-input multiple-output equations. Based on the simulation results, the adaptive control method with estimation mechanism improved performance, attitude stabilization and control of system􀀃 states in different conditions. Stability is guaranteed by Lyapunov stability theory.􀀃 Results demonstrate good performance of adaptive control for parameter􀀃uncertaintycompensation.
    Keywords: Mesicopter, Nonlinear Control, Optimal Control, Adaptive Control
  • Abolfazl Lavaei Yanesi, Mohammad Ali Amiri Atashgah Pages 13-24
    Traffic issue is an international challenge in the sophisticated countries in which over population is considered as an important factor in creating this problem. Studies show that the accidents’ report during the minimum time is the best way to control the traffics. For this purpose, this paper has been done in such a way that after modeling the flying robot using Newton-Euler equations, a three-dimensional constrained optimal trajectory has been generated through Direct Collocation Approach. In other words, the proposed problem in this paper is first formulated as an optimal control problem. Afterwards, the optimal control problem is discretized through Direct Collocation Technique, which is one of the numerical solving methods of the optimal control problems, and it is transformed into a Nonlinear Programing Problem (NLP). Eventually, the aforementioned nonlinear programming problem is solved via SNOPT which works based on the gradient algorithm like SQP. It should be noted that since the main objective of motion planning in this paper is controlling the urban traffic, the urban constrains are utilized during the trajectory optimization. In other words, all of the high-rise buildings located during the course are modeled by the various cylinders. The efficacy of the aforementioned method is demonstrated by extensive simulations, and in particular it is verified that this method is capable of producing a suitable solution for three-dimensional constrained optimal motion planning for a six-degree-of-freedom quadrotor helicopter for urban traffic purposes.
    Keywords: Quadrotor Helicopter, Three Dimensional Motion Planning, Direct Collocation Approach, Urban Traffic
  • Habib Ramezannezhad Azarboni, Mansour Darvizeh, Abolfazl Darvizeh, Reza Ansari Pages 25-33
    Nowadays, availability, durability, reliability, weight and strength, as the most important factors in optimum engineering design, are responsible for the widespread application of plates in the industry. Buckling in the elastic or elastoplastic regim is one of the phenomena that can be occurred in the axial compressive loading. Using Galerkin method on the basis of trigonometric shape functions, the elastoplastic dynamic buckling of a thin rectangular plate with different boundary conditions subjected to compression exponetiail pulse functions is investigated in this paper. Based on two theories of plasticity: deformation theory of plasticity (DT) with Hencky constitutive relations and incremental theory of plasticity (IT) with Prandtl-Reuss constitutive relations the equilibrium, stability and dynamic elastoplastic buckling equations are derived. Ramberg-Osgood stress-strain model is used to describe the elastoplastic material property of plate. The effects of symmetrical and asymmetrical boundary conditions, geometrical parameters of plate, force pulse amplitude, and type of plasticity theory on the velocity and deflection histories of plate are investigated. According to the dynamic response of plate the results obtained from DT are lower than those predicted through IT. The resistance against deformation for plate with clamped boundary condition is more than plate with simply supported boundary condition. Consequently, the adjacent points to clamped boundary condition have a lower velocity field than adjacent points to simply supported boundary condition.
    Keywords: Elastoplastic Dynamic Buckling, Exponential Dynamic loading, Deformation Theory of Plasticity, Incremental Thepry of Plasticity
  • Seyed Alireza Zolfaghari, Mehran Saadati Nasab, Elahe Norozi Jajarm Pages 34-40
    Nowadays, using the double skin facades has attracted the attention of many engineers because of its significant effects on the buildings’ energy consumption. The previous researches have shown that the double skin facades have an appropriate thermal performance in the cold season. However, using double skin façade may lead to increase the building’s energy demand in the warm season. Therefore, in the recent years, the idea of using double skin facades with phase change materials (PCM) has been proposed in order to decrease the summer energy consumption of buildings. In this study, a thermal performance analysis has been performed by considering a high-rise building with the phase change material double skin façade in Tehran climatic conditions. The results indicate that although using the ordinary double skin façades can decrease the building’s energy consumption up to 20% in cold months of the year; it can lead to increase the summer cooling load about 4.6%. However, by using double skin façades with the phase change material glazing, the building’s energy consumption in cold and warm seasons may decrease about 40% and 26%, respectively.
    Keywords: Double skin façade, Phase change materials, Energy consumption
  • Hamidreza Ziaiefar, Milad Amiryan, Mojtaba Ghodsi, Farhang Honarvar, Yousef Hojjat Pages 41-48
    In this paper, we proposed a practical method for classifying damages in pipes and plates using ultrasonic guided waves. The A-scan Pulse-Echo lamb wave ultrasonic tests used in this study. Tests accomplished on isotropic 1050 Aluminum with 0.4 mm thickness. Damages studied here were corrosion and crack which is common in pipe lines and steel structures like vehicles body or aerospace structures. This investigation is done in three steps. First step, experimental testing (making standard sample, lamb wave tests), second step, signal processing (window function, normalizing, wavelet function), third step, using the proper algorithm for classification. In first step, 206 ultrasonic lamb wave tests are measured on standard damaged samples (on pipe and plate) and the signals digitalized. After that, these signal processed and classified by classification algorithm. In this the classification algorithm is the support vector machine (SVM). In machine learning, support vector machines are supervised learning models with associated learning algorithms that analyze data and recognize patterns, used for classification and regression analysis. The results show that the corrosion damage can be distinguished from crack damages with 99% accuracy by proposed algorithm.
    Keywords: Ultrasonic, Classification, Lamb wave, Wavelet Transform, Support vector machine
  • Ali Badpa, Mohammad Taghi Hamidi Beheshti, Mahdi Sojoodi Pages 49-59
    In this paper, an Extended Kalman Filter (EKF) and a model-dependent nonlinear controller over network using the separation principle for Low Earth Orbit (LEO) satellite Attitude Determination and Control Subsystem (ADCS) have been designed. In this context, according to the satellites development trend, ADCS architecture for a broad class of LEO satellites is proposed to stabilize and achieve mission objectives such as precision attitude determination and pointing. This architecture is a Networked Control System (NCS) used to establish connection and communication among control components including sensors, actuators and onboard processors, as well as to share data with other subsystems. Then, by modeling all components of the system, and considering the network effects as a bounded disturbance, the control system is designed to compensate of these effects. For this purpose, estimation and control algorithms including EKF and a model-dependent nonlinear controller is designed such that in addition to achieve desired system performance, the stability of each of them is guaranteed. Afterwards, the nonlinear dynamics model of the satellite in terms of quaternion parameters and angular velocities is presented, and by expression of the separation principle for nonlinear observer and controller design, their convergence and exponential stability conditions based on linearized model of satellite are derived. Proof of theorem shows that the closed-loop system continuously maintained satellite attitude in the specified accuracy range. Finally, simulation results obtained from applying the designed observer and controller on the active satellite in orbit demonstrates the efficiency of the proposed design.
    Keywords: Satellite Attitude Determination, Control Subsystem, Extended Kalman Filter, Model Dependent Nonlinear Controller, Separation Principle, CAN, based networked control system
  • Hamid Basaeri, Mohammad Reza Zakerzadeh, Aghil Yousefi Koma, Seyed Saeid Mohtasebi Pages 60-70
    The scope of the current investigation incorporates the entire process involved in design and development of a Shape Memory Alloy (SMA) actuated wing intended to fulfill morphing missions. At the design step, a two Degree-of-Freedom (DOF) mechanism is designed that is appropriate for morphing wing applications. The mechanism is developed in such a way that it can undergo different two DOF, i.e. gull and sweep, so that the wing can have maneuvers that are more efficient. Smart materials commonly are selected as the actuators due to their suitable thermo-mechanical characteristics. Shape Memory Alloy (SMA) actuators are capable of providing more efficient mechanisms in comparison to the conventional actuators due to their large force/stroke generation, smaller size with high capabilities in limited spaces, and lower weight. As SMA wires have nonlinear hysteresis behavior, their modeling should be implemented in a meticulous way. In this work, after proposing a two DOF morphing wing, an aerodynamic analysis of the whole wing for unmorphed and morphed wings is presented. The results show that the performance of the morphed wing in special flight regimes is improved.
    Keywords: Morphing Wing, Smart Materials, Shape Memory Alloy, Design, Aerodynamic Analysis
  • Mohammad Javad Montazeri, Reza Ebrahimi Pages 71-80
    In this paper, a new method for preliminary design of feed system (FS) in a cryogenic liquid propellant rocket engine (LPRE) has been developed. The cycle type of LPRE is pump-fed system and staged combustion. Engine cycle consists of main turbopump with reactive gas turbine, a fuel booster pump with hydro turbine and an oxidizer booster pump with active gas turbine. This method based on four specifications, proper cavitation number in pumps especially in oxidizer component, power balance between pumps and turbines, strength of material in main rotor of turbopump and mass evaluation of FS determine the type of FS components and calculate initial requirements for preliminary design of each of them. Calculation shows that employing of booster pumps improve the cavitation characteristic of main pumps and consequently decrease FS mass, but causes added mass to fed-system. Optimum point could be achieved through using genetic algorithm, in which all involving parameters could be considered. Results of the method compared with the same engine scheme. Comparison of the results confirms the correctness of the method and enhancement of FS characteristic parameters.
    Keywords: Liquid Propellant Rocket Engine (LPRE), Feed System, Turbopump, Booster pump. Genetic Algorithm
  • Hadi Keramati, Mohammad Hassan Saidi, Mohammad Zabetian Pages 81-88
    In many industrial processes, in the middle stages of production, the final product or residuals contains aqueous suspensions. The instability of suspensions is one of the main challenges towards the mentioned processes. Present study is the result of an experimental investigation that analyzed the effect of Silica nanoparticles on the stabilization of Zirconia microsuspension. The effect of Zeta potentialof micro and nanoparticles on theperformance of the stabilization method by generation of nanoparticle halos were studied experimentally. The turbidity of microparticle suspension, was measured before and after addition of nanoparticles at different PH values. The results of experiments shows that for all PH values, the addition of nanoparticles increases the stability of the suspension.The achieved stability is due to the formation of nanoparticle halos that has been observed using a scanning electron microscope (SEM). Nanoparticle halos decreases the Wan der Waals attractive force and increases the electrostatic charge of microparticles and consequently increases the stability of the resultant suspension.The strength of the stability varies with PH values due to the difference in the electric charge. The maximum stability occurs at the isoelectric point of Zirconia microparticles. When microparticles have relatively low electric charge, the potential sink around them are deeper and thus more nanoparticles form halos. The minimum stabilization also occurs when the microparticles have relatively high electric charge that increases the repulsive force between micro and nanoparticles.
    Keywords: Microparticle suspension, Nanoparticle halo, Stability, Turbidity, Zeta potential
  • Hamed Jalali, Masoud Mirzaei, Saber Khoei Pages 89-100
    In this research, a finite volume-Lattice Boltzmann Method (FVLBM) for simulation of inviscid compressible flows in 1-D and 2-D structured curvilinear coordinate system is presented. In this simulation, LBM, with new method of Circular Function idea instead of expansion or correction of Maxwelian function was implemented for evaluation of equilibrium distribution functions, moreover, in order to capture discontinuities in the flow field, 3rd order MUSCL scheme was implemented for approximation of convective term. Since in lattice Boltzmann method time step is extremely limited by relaxation time (Knudsen number), we improved performance of FVLBM with a third-order IMEX Rung-Kutta scheme for temporal discretization of BGK-model for archiving greater time step and lower CPU time. Consequently, the present work can be used widely for simulation of actual engineering problems in aerodynamics. Various gas dynamics benchmark problems and applied engineering unsteady problems in curvilinear coordinate grid is solved for validation. The numerical results of the presented method are compared with experimental dates and the results of FVM Euler solutions; there is good agreement between the results of the present method and those of the references.
    Keywords: Finite Volume, Lattice Bloltzmann Method, Inviscid Compressible Flow, MUSCL scheme, Shock Wave, Curvilinear Grid System
  • Mohammad Faraji Oskouie, Reza Ansari Khalkhali Pages 101-107
    Fractional calculus is a branch of mathematics which in recent decades has been of great interest to scientists in various disciplines, including engineering. One of the applications of this branch in engineering, is in modeling the viscoelastic materials using fractional differentiation. In this article, by inserting fractional calculus as a viscoelastic material compatibility equations in nonlocal beam theory, a viscoelastic Euler-Bernoulli nano-beam with different boundary conditions at two ends, has been modeled. Material properties of a carbon nanotube is considered and two methods, pure numerical and numerical-analytical have been used for solving obtained equations in time domain. Main method is completely numerical and operator matrices used in it to discrete equations in time and spatial domain. Second method is introduced for validation of pervious method’s answers. In this method equation of system reduced to an ordinary differential equation using Galerkin and obtained equation solved using a numerical direct integrator method. Finally, in a case study, the effects of fractional order, viscoelasticity coefficient and nanlocal theory coefficient on the time response of the viscoelastic Euler-Bernoulli nano-beam with different boundary conditions have been studied.
    Keywords: Viscoelasticity, Fractional calculus, Nonlocal theory, Euler, Bernoulli nanobeam
  • Ali Nozad Bonab, Rasool Mohsenzadeh, Mohammad, Reza Sayyed Noorani Pages 108-114
    In this paper, we investigate the effect of nano-CaCO3 on water absorption and tribological properties of polyamide-6. To this end, nanocomposites based on polyamide-6 blend, containing 1 to 5 phr of nano-CaCO3, and 1 phr of maleated polyamide (PA-g-MAH) as compatibilizer, are prepared via melt compounding followed by injection molding. The wear testing of each of the prototypes is carried out under identical conditions. Then, the morphology is studied using scanning electron microscopy. The addition of nano-CaCO3 particles with compatibilizer increases the wear resistance and reduces the water absorption. The results of experiments indicate that minimum wear rate is achieved by adding 1 phr of nano-CaCO3 with compatibilizer which is nearly 4 times less than pure PA6. Furthermore, the presence of nano-CaCO3 together with PA-g-MAH lowers the amount of water absorption as high as 32% wt in compare to pure PA6. In addition to these, this fact is also emerged that effect of compatibilizer is prominent on uniform distribution of the nano-CaCO3 particles among polyamide matrix that it leads to improve the tribological properties of the nanocomposite prototypes in the wear test.
    Keywords: Nanocomposite, PA6, Nano, CaCO3 Particles, Water Absorption, Tribological Properties
  • Asghar Dashti Rahmatabadi, Mahdi Zaree Mehrjardi, Reza Rashidi Meybodi Pages 115-126
    In this work, using finite element method (FEM) the effects of preload factor on the dynamic stability of noncircular two lobe hydrodynamic micropolar lubricated journal bearing based on the linear and nonlinear analytical dynamic models are presented. Assuming that the rotor is solid, the governing Reynolds equations for incompressible lubrication of journal bearing have been modified using micropolar theory. Later, the linear and nonlinear dynamic models, including a certain harmonic disturbances and time dependent trajectory of rotor center are applied to obtain the stability performance of bearing. The 4th order Rung-Kutta method has been used to solve the time dependent equations of rotor motion. Finally, the numerical results for the critical mass parameter and whirl frequency ratio of rotor as the stability characteristics of bearing are evaluated for different values of preload factor and compared together. Results show that the stability performance of two lobe bearing enhances by increasing the amount of bearing noncircularity in terms of the critical mass parameter increase and decrease of the whirl frequency ratio. Also, by comparing two dynamic analysis methods, it is obvious that the results of linear dynamic model are more cautious in different investigated cases. The results of nonlinear dynamic analysis reveal that by increasing the value of preload factor the dynamic response of rotor center involves return to steady state equilibrium position, limit cycle periodic motions and contact between rotor and bearing's shell.
    Keywords: Noncircular two lobe journal bearing, preload, linear, nonlinear dynamic analysis, critical mass parameter, whirl frequency ratio
  • Mahdi Hashemabadi, Mostafa Hadidoolabi Pages 127-136
    In this paper, an implicit high order discretization has been developed for gridless method. In recent decade, gridless method using a distribution of points has become an important research topic in computational fluid dynamics. Gridless method usually uses the first order Taylor series for discretization of the space derivatives at any points. This paper presents an extension of high order for a central difference gridless method and investigates the results accuracy and performance of this method for solving inviscid compressible flows. Euler equations have been solved in two dimensional using second and fourth order artificial dissipation terms. These terms make a fast gridless method. The method of discretization in time, Explicit and dual-time implicit time discretization are used. In order to reduce the computational cost, local time stepping and residual smoothing techniques are utilized to speed up convergence. The capabilities and accuracy of the method are compared with finite volume method and experimental data for airfoils in transonic and supersonic flows. Results show that the second order accuracy solutions with fewer point distributions indicate higher accuracy when compared to the first order accuracy solutions in transonic and supersonic flows.
    Keywords: Gridless Method, High Order, Implicit Method, Compressible Flow, Euler Equations
  • Mehdi Maerefat, Sadegh Ahmadi, Amin Haghighi Poshtiri Pages 137-144
    In the present paper, cooling performance of a hybrid system of air underground channel and direct evaporative cooler to provide cooling load for residential spaces was investigated in summer and its performance evaluation was studied for Tehran,Iran. The study was performed in hottest day of the year in Tehran which has hot and dry condition. At first, mathematical modeling of the hybrid system components was developed then by using the mathematical modeling, outlet air temperature distribution of any component of the proposed hybrid system was calculated. The obtained results imply that air temperature drops about 10°C in underground air channel and 6°C in direct evaporative cooler. andAccording to the obtained temperatures and thermal comfort zone, it was found that the hybrid system is capable in the hottest days of the year to provide thermal comfort for the residental occupants in Tehran. Then, by calculation of the system efficiency, it was found that the efficiency is more than 1 which indicate high performance of the hybrid system. Eventually by comparison between efficiency of the hybrid system and direct evaporative cooler it was found that efficiency of the hybrid system is 45 percent more than direct evaporative cooler. Also the system efficiency is higher than conventional mechanical systems efficiency and it is eco-friendly because of the system is passive. Thus according to present work, the proposed hybrid cooling system could be a suitable alternative for conventional HVAC systems.
    Keywords: Air underground channel, Performance evaluation, Direct evaporative cooler, Passive cooling, Thermal comfort
  • Mohammad Hossein Giahi, Ali Jafarian Dehkordi Pages 145-152
    In the recent years, wind energy had a faster growth compared with the other renewable energies. The interaction between fluid and structure becomes more important as the wind turbine size and its power production capacity increases. In the present research, the effect of wind speed and blade materials on static deformation of a small size horizontal axis wind turbine blade has investigated. The shaft torque and root flap bending moment values obtained from simulation are in a good agreement with experimental data. Results demonstrated that the deformation of the blade increases as the wind speed grows although the increase rate has declined in the mean wind speed range because of the occurrence of separation phenomenon on the blade surface. The effect of blade components materials on blade deformation was investigated and the least deformed configurations were introduced. The thickness of the designated blade components has been investigated by means of the maximum strain theory. The final thickness of the skin, spur and root was estimated by 2.1 mm, 2.8 mm and 10 mm respectively which are 30% less than the primary one.
    Keywords: Horizontal Axis Wind Turbine, Aerodynamics, Fluid Structure Interaction, Numerical Simulation
  • Pegah Amiri Motlagh, Majid Mirzaei, Vahid Naeini Pages 153-158
    Quantitative computed tomography (QCT) -based finite element analysis is a commonly accepted approach for prediction of mechanical behavior of bones. The objective of this research is to suggest linear criterion in order to accelerate and increase the precision of predicting of failure load in femoral bone. Accordingly, ten fresh frozen femora were QCT scanned and performed to use in this study. The specimens were loaded under eight different orientations. Finite element model for these samples were generated from QCT images, and related mechanical properties were calculated for each single voxel based on the value of density. In addition, the models were analyzed by linear finite element method. Risk factor that defines as the strain energy density divided to yield strain energy for each element was used for calculations of failure load. These values were sorted for particular loads in finite element model, and the correlations between experimental and numerical results were compared. Finally, eight linear criterions for eight different load conditions were presented which shows magnificent correlation between empirical results (average slope: 0.8903 and average R2: 0.8668). These correlations make it possible to accelerate the prediction of femoral fracture load in various orientations. This research shows a robust and fast method for prediction of failure in bones that can be used for multiple loads and orientations.
    Keywords: Finite element analysis, Femoral bone, Quantitative computed tomography, Fracture load
  • Mojtaba Kashani, Ramin Khamedi, Hossein Ebrahimi Pages 159-164
    Electro Magnetic Forming (EMF) is one of the methods for forming the metal plates with high speed; electromagnet force is used as a forming agent in this process. In this thesis, it simulates transient analysis of electromagnetic coil and structure analysis of high speed forming process.Whole of the high speed forming process time is divided in several processes. At the beginning of the first stage the voltage and the geometric, physical and mechanical specifications of the workpiece and coil and the mold are entered to the ANSYS software and the magnetic parameters of the process such as magnetic field density and the simulation current is extracted. Also in this stage magnetic force is obtained in Ansys software and by applying them in workpiece in LS-DYNA software, agent analysis of the process and shape of piece is obtained. In the second stage the pipe deformation obtained in the first stage is transported to the electromagnetic section of process in Ansys software. Also in this process, after forces computation in Ansys, the results sent to the agent section in Ls-Dyna software. This interaction between these two software is repeated several times until whole the process time is finished and final shape of pipe is obtained.The results of simulation are compared whit experimental test results. so The accuracy of this method was confirmed. The simulation and experimental results indicate that with increasing the capacitor energy, the peak current and electromagnet force are increased and finally displacement of pieces also increases.
    Keywords: High speed forming, Coupled simulation of electromagnetic forming, Johnson, Cook material model
  • Mohammad Jafari, Elaheh Ardalani Pages 165-175
    In this paper, stress distribution around a triangular hole in finite isotropic plate under in-plane loading is studied. With the assumption of plane stress conditions, the method employed is based on the analytical solution of Muskhelishvili’s complex variable method and conformal mapping. The finite plate (the ratio of the length of the biggest side of the hole to side of the plate is greater than 0.2) can be considered as isotropic and linearly elastic. For solving the problem, the finite area with a triangular hole in z plan is mapped onto finite area outside a unite circle in ζ plan using the conformal mapping function. The stress function in finite plate with triangular hole is presented by superposition of the stress function for an infinite plate with a triangular hole and ones for a finite plate without a hole. The unknown coefficients in stress function are obtained by using the least square boundary collocation method and applying the appropriate boundary conditions. The effect of hole curvature, hole orientation, plate’s aspect ratio, hole size, type of loading as the effective parameters is investigated. The results based on analytical solution are in a good agreement with the results obtained from the finite element method. The results show that the analysis of the stress distribution in perforated plates that the ratio of the length of the biggest side of the hole to the smallest side of the plate is greater than 0.2, by using the infinite plate theory has a great error.
    Keywords: Finite plate, triangular hole, analytical solution, complex variable method
  • Younes Bakhshan, Alireza Shadloo Jahromi Pages 176-184
    In the present study, a molecular based scheme has been developed for simulating of surface roughness and cavitation effects on nano- scale flows. In the nano-channel flows, there are some differences on the flow friction between roughness and cavitations which are not well studied. In the presented approach, based on the Molecular Dynamics Simulation (MD), the Lennard-Jones potential is used to modeling the interactions between particles. Each atom of the solid wall is anchored at its lattice site by a harmonic restoring force and its temperature has been controlled by utilizing thermostat.The roughness and cavitation have been implemented on the lower side of channel. To make a comparison between the effect of roughness and cavitation, the same dimension is used for both of them. Obtained results show, those hydrodynamic characteristics of flow and the walls shear stress depends on the roughness and cavitation sizes. The roughness on the bottom wall has more effect than cavity wall on the velocity and density profiles. Also results show that the presence of roughness on the bottom wall respectively increases the shear stress on the bottom wall and decreases its value on the top wall while, the presence of cavitation on the bottom wall has no effect on the top wall and just increase the bottom wall shear stress.
    Keywords: Molecular dynamics, Nano, flows, Lennard, Jones potential, Roughness, Cavitation
  • Rasoul Ahmadi, Ahmad Mohammadi Najafabadi, Iraj Sattarifar Pages 185-192
    Failure of mechanical structures may be caused by presence of some defects like cracks. These defects are generally created due to manufacturing processes or in-service applications. Failures due to cleavage fracture usually lead to catastrophic effects, thus studies of such failures are important. Main approaches for fracture assessment of structures are global approach (classical fracture mechanics) and local approach. In the previously presented models of local approach, unknown parameters are introduced which have to be calibrated using experimental fracture data. Despite of existing different calibration methods, obtaining suitable parameters for predicting brittle fracture based on local approach, has been limited in some cases. The purpose of this study is presenting a rational method for predicting brittle fracture in specimens of different shapes to transform it into full scale cases. In this paper, by considering the location parameter of Weibull distribution as a stress triaxiality criteria and modifying the Beremin model, predicting brittle fracture in specimens of different shapes are studied. Also, independence of the parameters from their shapes is shown and eventually a linear relation between location parameter of Weibull distribution and triaxiality factor for the material is presented.
    Keywords: Brittle fracture, Local approach, Beremin model, Calibration
  • Mohammad Jafari, Hasaan Sadat Ashoori Savadkoohi Pages 193-204
    In this paper, with the development of the classical Lekhnitskii’s complex variable methods, stress analysis of unsymmetric laminated with a quadrilateral hole has been studied. By using the complex variable method, Lekhnitiskii obtained the stress distribution around a circular and elliptical hole in anisotropic plates. With the extension of this method to unsymmetric composite laminates and by using the conformal mapping, have tried to investigate the stress distribution around non-circular holes. In this article, the effect of various parameters such as aspect ratio of hole shape, hole orientation and bluntness on force and moment resultants around the hole is considered. The results of the effect of these parameters has been presented for [0/90]T and [-45/45]T layup. The finite element method is used to verify the results of the analytical solution. Analytical results are in good agreement with the finite element solution. Based on the analytical results. Unexpectedly circular hole is not the best geometry to reduce the stress concentration in perforated plates and in some cases by selecting the appropriate bluntness for quadrilateral hole, the stress concentration less than circular hole can be achieved. Also, by choosing an appropriate rotation angle and selecting the proper fiber angle for each layer, the stress and moment resultants around the hole can be significantly reduced.
    Keywords: Stress, Moment Resultants, analytical solution, Unsymmetric Laminate, Quadrilateral Hole
  • Kaveh Hanifi Miangafsheh, Kourosh Javaherdeh, Mortaza Yari Pages 205-216
    The performance of a cogeneration cycle with various working fluids is investigated and optimized with an economic approach. Exergy and exergoeconomic models are developed to investigate the thermodynamic performance of the cycle, and to assess the cost of products. In this study, the dynamic model would be registered to search the system behavior during a day. In this study, hydrogen production rate optimal design (HPROD) refrigeration power optimal design (RPOD) and cost optimal design (COD) are considered for analysis and optimization. According to recent parametric studies, boiler, turbine and condensation temperature and turbine inlet pressure affect the unit cost of products significantly. The results show the carbon dioxide and n-octane has a better operation to produce of hydrogen and refrigeration power among other working fluids, respectively. It is observed that, in carbon dioxide cycle, the SUCP is decreased by 8.5% when hydrogen production rate is decreased from 1.811 lit/s to 1.757 lit/s, therefore, in n-octane cycle, SUCP is decreased by 47.4% when refrigeration power is decreased from 9.599 KW to 6.622 KW. The evaluation of exergy destruction demonstrates in which the condenser has the highest exergy destruction, therefore, its rate in COD case is the lowest among the three other states. The results indicate, in carbon dioxide and n-octane cycles, the total exergy destruction and the investment cost rates in the RPOD case is higher than any other cases.
    Keywords: Exergoeconomic, CO2 transcritical, n, octane, Cogeneration, Genetic algorithm
  • Mohammadjavad Mahmoodi, Mohammad Kazem Hassanzadeh, Reza Ansari Pages 217-226
    Establishing accurate structure–property relationships for three-phase composites is a fundamental task about a reliable design of such materials. In this study, a three-dimensional micromechanics-based analytical model is presented to evaluate the effects of interphase on the mechanical properties of three-phase fibrous composites under off-axis loading. The representative volume element of composites consists of three phases including reinforcement (long fiber), matrix and interphase which all of three phases are assumed to be isotropic and linear elastic. The state of arrangement of fiber within the matrix materials is assumed to be random with uniform distribution and fibers are surrounded by the interphase. The effects of interphase such as its thickness and stiffness on the mechanical properties of fibrous composites under off-axis loading are investigated. Moreover, the influences of fiber volume fraction with and without considering interphase on the response of composite materials are examined. By introducing a parameter which is called the interphase reinforcement ratio, the results demonstrate that the intensity of interphase effects on Young’s modulus of composites increases from 0 degree (longitudinal loading) to 90 degree (transverse loading). The obtained results by the present micromechanical model could be useful to optimal design of composite materials with superior mechanical properties.
    Keywords: Three, phase composite, Micromechanics, Off, axis loading, Interphase, Random distribution
  • Amir Omidvar, Mohsen Ghazikhani, Seyed Mohammad Reza Modarres Razavi Pages 227-237
    In this paper, numerical investigation was carried out for the sake of identifying optimum geometry for variable geometry ejector using in solar refrigeration system as the prerequisites to experimental tests. Variable geometry was made by using a movable primary nozzle and movable spindle in it. Vacuum tube collector was postulated as heat source and R600a used as working fluid. Condenser temperature based on Middle East area temperature and evaporator based on operative condition in HVAC system selected. Generator, condenser and evaporator operating temperatures have severe effects on the optimum geometry of ejector. Therefore, for maximum entrain ratio it is necessary to identify optimum geometry to cope with variations in operating condition. The results showed that using a variable geometry ejector is a requirement for cooling during the day.The following fluid structure was compared by entropy generation during mixing and shock phenomena. The results showed there is optimum back pressure to minimize fluid exit entropy. It coincides with critical back pressure. It was found that depending on back pressure maximum entropy generation happen by two reasons, mixing and shock phenomena.
    Keywords: Variable Geometry Ejector, Air, Conditioning, Isobutene, Numerical Simulation, Entropy Generation
  • Yaser Mirzaei, Hessam Mousavi Akbarzadeh, Seyed Mohammad Hashemi Nejad Pages 238-244
    An exact three-dimensional elastodynamic analysis for describing the acoustic resonance frequencies of an acoustic eccentric hollow sphere is derived. The Neumann boundary conditions for inner and outer sphere are considered. The translational addition theorem for spherical vector wave functions is employed to enforcing Neumann boundary conditions. The frequency equations in form of exact determinantal equations involving spherical Bessel functions and Wigner 3j symbols are obtained. Due to geometric symmetry for spherical cavity with inner concentric sphere, multiple degenerate acoustic resonance frequencies are occurred. According to the geometry parameters and frequency number, introduction of eccentricity has a different effect on the acoustic resonance frequency shift. Extensive numerical results have been carried out for acoustic resonance frequency of selected inner-outer radii ratios in a wide range of cavity eccentricities. The numerical results describe the imperative influence of cavity eccentricity and radii ratio on the resonance frequency of the acoustic hollow sphere. Some phenomena such as diminishing degenerate resonance frequency, increasing in the number of resonant frequencies through the splitting of degenerate modes and exchanging the mode of resonance frequencies are demonstrated and discussed.
    Keywords: Resonance Frequency, Acoustic, Eccentric Hollow Sphere
  • Ehsan Poloei, Mahdi Zamanian, Seyed Ali Asghar Hosseini Pages 245-253
    In this study, the static deflection and natural frequency of an electrostatically excited patch-coated microcantilever beam are analyzed. The proposed model is considered as the main element of many microsensors and microswitches. Firstly, the nonlinear motion equation is extracted by means of Hamilton principle, assuming shortening effect. Secondly, differential equations, governing the static deflection and free vibration equation around the stability point, are solved using Galerkin method and the three mode shapes of a uniform microbeam are employed as the comparison function. By assuming that the volume of deposited layer is constant, the variation of natural frequency and static deflection are examined in three different cases. In any cases, it is presumed that the second layer is initially deposited on the entire length of microbeam. In the first case, one end of coated layer is considered fix at the clamped side of microcantilever, and then its length is decreased from other side, where its thickness is increased. In the second case, one end of coated layer is perceived fix at the free side of microcantilever, and then its length is decreased from other side, where its thickness is escalated. In the third case, the length of second layer is decreased from both of left and right ends, where its thickness is expanded. In addition, the effect due to the change of the second layer position is considered on mechanical behavior of the system.
    Keywords: Static deflection, Natural frequency, Electrostatic, Galerkin, Micro electromechanical systems (MEMS)
  • Fateme Tavakoli Dastjerd, Mohammad Mustafa Ghafuoryan, Seyed Ehsan Shakib Pages 254-260
    In this paper, optimization and techno-economic evaluation of a Combined Cooling, Heating and Power (CCHP) system for a hotel in Kerman has been investigated. The design parameters of system includes capacity of gas engine (as prime mover), partial load (PL), thermal capacity of boiler, the cooling capacities of electric and absorption chillers that by using energy, economic, and environment analysis and relative annual benefit (AP), as objective function, have been optimized. Then for optimum results the payback period (PB) has been investigated, by considering the time value of money and without it. Results show increase of number prime mover, reduce the annual benefit and this process has reverse relation with classic payback period since choosing a 2550 kW gas engine, maximum relative annual benefit (AP) with value of 45.5×105 ($/year) and minimum payback period (PB) of 6 years obtains. Also when the costs of energy increases and one prime mover (PM) is selected, the results of traditional and classical payback method are different as the time of payback period increase in classic method and decrease for traditional method.
    Keywords: Payback period, Combined cooling, heating, power system (CCHP), Net Present worth (NPW), Gas Engine
  • Shirko Faroughi, Mehdi Bamdad, Seyed Hamed Hosseini Pages 261-268
    Tensegrity is a kind of spatial structural system composed of cable (in tension) and strut (in compression). Stability is provided by the self-stress state between tensioned and compressed elements. When this structure is subjected to external dynamic loading, it may become unstable due to low structural damping. In this study, the proportional damping is considered and dynamical equations of the tensegrity structure are derived based on the equilibrium configuration. In addition the mass of cable element is taken into account. In general, linearized dynamic model provides a good approximation for analyzing the nonlinear behavior of tensegrity structures around an equilibrium configuration. So, state space method is implemented to obtain the dynamic response of the tensegrity system. Two different tensegrity structures are numerically evaluated using this approach in order to show its efficiency. Results reveal how the dynamic analysis of a tensegrity structure is essential. When resonance occurs, the compressive and in-tension members of a tensegrity system may dynamically buckle and slack respectively. In addition, the results show that the computational time to evaluate a tensegrity structure using the state space method is shorter than that of Newmark algorithm.
    Keywords: Tensegrity structures, Tension, compression members, dynamic response, state space
  • Reza Farshbaf Zinati Pages 269-278
    In the current work, a modified method of friction stir process (FSP) based on ultrasonic vibration and modified FSP tool design was developed to disperse multi-walled carbon nano-tube (MWCNT) throughout nylon 6 matrix. To this end, Field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers’ micro-hardness, and visual inspection were used to evaluate the fabricated nano-composites. Also, a modified design of FSP tool together with ultrasonic vibration were used to improve the impact and efficiency of FSP. Several experiments were conducted to approach an optimum range of FSP parameters (rotational speed and traverse speed). The scanning electron microscopy observations and X-ray diffraction patterns (XRD) declare that MWCNT was dispersed homogeneously throughout nylon 6 matrix. Micro-hardness results illustrate that homogeneous dispersion of MWCNT throughout nylon 6 matrix results in 33% increase of micro-hardness. In general, the obtained results declare that ultrasonic vibration causes an increase in traverse speed and production speed of nano-composite without affecting the homogeneous dispersion and hardness of nano-particles throughout the matrix. Also, it is clear that ultrasonic vibrations did not noticeably affect superficial form of nano-composites due to low traverse speeds used in ultrasonic assisted friction stir process.
    Keywords: Ultrasonic vibration assisted friction stir process, X-ray diffraction pattern, Micro, hardness, Multi, walled carbon nano, tube, Nylon 6
  • Mehdi Ramezanpour, Mehdi Maerefat, Manijhe Mokhtari, Dizaji Pages 279-286
    Compliance mismatch is one of the reasons of the coronary artery bypass graft (CABG) failure. The purpose of this study is to investigate the effect of compliance mismatch on the End to Side bypass graft. In order to model non Newtonian behavior of the blood flow, the Carreau–Yasuda model was employed and the graft and artery wall was assumed to be isotropic and modeled as a linearly elastic. In this study also the effects of blood rheology and wall distensibility on the wall shear stress distribution and velocity profile were investigated. The results of the simulation show that the maximum deformation occurs in the critical position of graft-artery junction and compliance mismatch cause smaller wall deformation in comparison to the cases in which the materials of the graft and artery are the same which leads to a higher intramural shear stress in graft-artery junction. The anastomotic wall deforms in a way that always tends to separate the graft and artery. Wall shear stress distribution on the bed centerline and the toe of the bypass graft indicates that the differences between the homologous and non-homologous material case are visible only when the internal pressure is lower than the external one. In the distal location of the artery after the toe of the anastomotic, the values of wall shear stress in the homologous material case are lower than the non-homologous material one.
    Keywords: Compliance mismatch, Hemodynamic parameter, Non, Newtonian Fluid, 2 Way FSI
  • Vahid Esfahanian, Iman Rahbari, Mohammad Hossein Mortazavi Pages 287-294
    Non-Newtonian fluid flows experience turbulent regime in some industrial applications. Several approaches have been proposed for numerical simulation of turbulent flows that each one has specific features. RANS turbulence models have reasonable computational costs, while include several sources of uncertainties affecting simulation results. In addition, developed RANS models for non-Newtonian fluids are modified versions of available models for Newtonian fluids, therefore, they cannot provide reliable estimation for viscoplastic stress term. On the contrary, DNS delivers accurate results but with high computational costs. Consequently, use of DNS data for estimation of uncertainty in RANS models can provide better decision making for engineers based on RANS results. In the present study, a turbulence model based on for power-law non-Newtonian fluid is developed and employed for simulation of flow in a pipe. Then, an efficient method is proposed for quantification of available model-form uncertainty. Moreover, it is assumed that uncertainties originating from various sources are combined together in calculation of Reynolds stress as well as viscoplastic stress. Deviation of the stresses, computed using RANS turbulence model, from DNS data are modeled through Gaussian Random Field. Thereafter, Karhunen-Loeve expansion is employed for uncertainty propagation in simulation process. Finally, the effects of these uncertainties on RANS results are shown in velocity field demonstrating the fact that the presented approach is accurate enough for statistical modeling of model-form uncertainty in RANS turbulence models.
    Keywords: Turbulence Modeling, Non, Newtonian Fluid, Uncertainty Quantification, Direct Numerical Simulation, Karhunen, Loeve Expansion
  • Alireza Arabgolarche, Mohammad Moghiman, Seyed Mohammad Javadi Malabad Pages 295-301
    Darrieus turbine is a type of vertical axis wind turbines that unlike it's simple structure, behavior analysis is a hard computational task. Because of the complex flows around the machines, aerodynamic optimization problem that still remains an open question. In this paper, a numerical algorithm based on the Double Multiple Stream tube model is used to calculate the effect of the parameters that influence the efficiency of the Darrieus turbine. This method is a semi-empirical method using lift and drag coefficients obtained from experimental data. The comparison between the results of the present study with the experimental measurements shows that although the developed algorithm gives acceptable results, but, for higher rotational speeds gets than nominal rotational velocity, the model accuracy gets lower. The aim of this paper is to find optimal conditions, parametrically analyze the effect of blade thickness, solidity, Reynolds number, pitch angle and aspect ratio on turbine efficiency and start. The results show that increasing thickness, Reynolds number and solidity cause an increase in the turbine self-start capability. On the other hand, increasing the solidity of the turbine will reduce working range, and increasing the aspect ratio will increase efficiency especially at the nominal rotational velocity. The results also show that the designed turbine having variable solidity, can have the benefits of both low and high solidity turbines simultaneously. But manufacturing variable thickness blades doesnt have proper justification. Limited increase in pitch angle can also have positive effect on efficiency.
    Keywords: wind turbine, Darrieus, section of blade, solidity
  • Anita Eslami Khotbesara, Behnam Miripour Fard Pages 302-308
    The main purpose of this paper is to use the concept of manipulability index for finding the optimal link lengths of a surgical robot and then to plan an optimal path for it. This index depends on the configuration of the robot. In each configuration, the manipulability of the robot is calculated thorough the Forward and Inverse Kinematic and Jacobain. In the present paper, a nonlinear constrained optimization problem is formulated based on this index to find the optimum link lengths. The optimization problem is solved using Genetics Algorithm for entire work space of the robot. The manipulability index is calculated all over the workspace using the Mont-Carlo method. Afterward, using this set of optimal link lengths, the optimal path planning is presented in the Cartesian work space. This optimization is done by considering the manipulability criteria while the tracking error is minimized during performing an operation. The suggested procedure is implemented on a four degree of freedom robot manipulator. Several simulations scenarios are presented to demonstrate the capability of the procedure. The simulation results show the efficiency of the method.
    Keywords: Robotic Surgery, Manipulability Index, Path Planning, Optimization
  • Mohammad, Reza Ghazavi, Mehrdad Azari Nejad, Sasan Rahmanian Pages 309-318
    In order to avoid unpleasant incidents, it is crucial to maintain the stability for a high-speed railway vehicle. In this research, a high-speed railway vehicle dynamics with 38 degrees of freedom was investigated, adding longitudinal movement equations. Another innovation of this investigation is to determine the critical velocity for the studied railway vehicle and using nonlinear elastic rail for the wheel and rail contact. In this study, the stable and hunting behavior of the system was investigated. To identify the chaotic motion of the system, frequency analysis has been performed. Also, by plotting the Poincaré map, dynamic behavior of the system is illustrated in a discrete state space, which could be a good criteria for the chaotic or periodic behavior of the system. Long-term behavior reveals that at Speeds lower than the critical speed, the system oscillates until it reaches the steady-state of the system. In steady motion, the oscillation continues until the critical speed When the system reaches the critical velocity, the motion on the limit cycle occurs for the first time and when the speed is higher than critical speed, the vibration amplitude increased smoothly. It was observed from the frequency response plot that the hunting frequency evaluated via the linear elastic rail is higher than that of derived using a nonlinear model.
    Keywords: High, speed railway vehicle dynamics, hunting, Poincaré map, nonlinear creep, nonlinear elastic rail
  • Mohammad Khosravi, Khalili, Khalili, Hosseien Amirabadi Pages 319-328
    Optimization has found a widespread application in many branches of science. In recent years, different methods and theories have been developed to find optimal solutions. Optimization algorithms inspired by nature as heuristics solutions to complex problems. Reverse engineering is one of the applications of optimization methods. In reverse engineering a set of scan points are defined relative to a particular coordination. In data registration process the scanned data sets separated and combined to a single coordinate system are called the process of registration. In this research, applications part has been digitized by coordinate measuring machine(CMM) and the process of point clouds registration in experimental on two pieces in position (without translation and with translation case) has been implemented. Using gravitational search algorithm (GSA), particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA) optimization process is optimized and the registration parameters (rotation and displacement) are obtained. The algorithms mentioned, GSA the accuracy displacement, rotational accuracy and better convergence rate and the run time is less. Finally, a hybrid algorithm is proposed which is a combination of GSA, and Nelder-Mead algorithms (GSA-NM). In the proposed algorithm, the initial guess values obtained by GSA and Nelder-Mead algorithm is provided to ensure an accurate response. The proposed hybrid algorithm is superior to GSA and Nelder-Mead, in terms of the number of iterations and the amount of convergence.
    Keywords: Registration, Optimization, Hybrid Algorithm, Gravitational Search Algorithm
  • Majid Mohammadi Moghadam, Salman Farsi Pages 329-340
    In this paper, a method of tri-axial gravity gradient stabilization of satellite in circular orbit is proposed and investigated. In this method, only one actuator is employed. A satellite with varying-length boom is considered consisting of two rigid bodies having the freedom of moving in the boom direction. The only control input is the force between these two bodies to control the varying-length boom. The gravity gradient torque is considered as the only external torque acting on the satellite. The system is under-actuated and has Hamiltonian structure. So, the port-Hamiltonian approach is utilized. The equations of motion of the system are obtained in Hamiltonian formulation. The equilibrium points and their required control inputs are determined. The linearization around the equilibria is carried out and it can be seen that the linear dynamics of pitch-boom and roll-yaw are decoupled. Therefore, the roll-yaw dynamics is linearly uncontrollable. The method of energy shaping and damping injection is used for controller design. The conditions on the energy shaping control law to stabilize the system are determined. Further, the resulting closed-loop system is analyzed. The closed-loop system has center manifolds. Finally, the performance of the closed-loop system, convergence of state trajectory to the center manifold and its non-exponential convergence is shown by simulation.
    Keywords: Attitude control, Gravity gradient stabilization, port, Hamiltonian systems, Under, actuated systems
  • Seyed Abdolmahdi Hashemi, Ehsan Noori, Alireza Aghaei Pages 341-349
    In this paper the stabilizing of non- premixed turbulent flame with a porous medium is studied experimentally. One of the approaches taken to stabilize the flame in high thermal capacity is the usage of the porous medium on the burner. A non-premixed burner with natural gas fuel is used. The First, tests are carried out for the conventional burner and then for the combined burner with the carbide ceramics porous medium. In the conventional burner effects of fuel and air velocity and equivalence ratio on flame length, flame lift off and the stability limit are discussed. Porous silicon carbide ceramics with pore densities of 10ppi, 20ppi and 30ppi are used in the combined burner. Experiments are done at 5cm, 10cm and 15cm distances of porous medium from the burner. The viewed flames in the combined burner are grouped into four regimes. In conventional burner flame in a rich mixture is formed and flame length raise with increasing equivalence ratio. The results show that make less in pore density of the medium increases the possibility of flame formation in the porous medium. Moreover it is observed the flame is formed in the porous medium in an average equivalence ratio of φ=0.63, which is almost the equivalence ratio which a immersed flame is formed in a premixed porous burne.
    Keywords: combustion, flame stability, non, premixed flame, porous medium
  • Abolfazl Masomi, Siavash Ail Babaei Pages 350-356
    Cold spin bonding is a new invented method for producing layered composite tubes based on flow-forming process. Bonding strength in this process is dependent to parameters such as initial thickness, rate of deformation, bonding temperature, initial strength, heat treatment temperature, duration of heat treatment and also production parameters like feed rate and spindle RPM. In the present work, effect of rate on thickness reduction, heat treatment temperature and duration of heat treatment on bonding strength of steel and aluminum have been studied. The strength of bonding which produced by cold spin bonding has been measured by peel test and structure investigation has been done by scanning electron microscopy. Among the parameters, heat treatment temperature and after that thickness reduction rate have the most effects on bonding strength and heat treatment duration has less effect in comparison. The results show that the increase of heat treatment temperature up to a certain level increase bonding strength, but above that level the strength will decrease.. This study also has shown that the best condition occur in %50 thickness reduction, heat treatment temperature of 475 degree and 120 minutes of heat treatment in which bonding strength reaches to yield strength of base metal.
    Keywords: Cold Spin Bonding, Heat treatment, Thickness Reduction Rate Styles
  • Hashem Babaei, Tohid Mirzababaie Mostofi, Majid Alitavoli, Mojtaba Namdari Pages 357-366
    The purpose of this paper is to investigate those products which are produced by powder compaction procedure under the low rate impact loading by a drop hammer, both theretically and numerically. Experimental section includes checking the efficiency of density, bending strength and elasticity modulus of the product from grain size and different levels of energy. Two kinds of pure aluminum powder in three different size and also their combination with ceramic are used to obtain this. In the numerical section, dimension analysis method is applied in which non-dimensional models for density, bending strength, and elasticity modulus are presented in form of mathematical functions by means of experimental characteristics and data which are categorized to input and output. The purpose of determination of this model is to reach a reliable and satisfactory prediction for final properties of products subjected to impact loading condition. It is worth to note that singular value decomposition approach is used for calculation of linear coefficients vector which has been obtained by non-dimensional parameters.A comparison between these results and experimental data is done by mathematical functions in order to validate the results. The investigation of training and prediction data errors which has been based on root of mean of squares of error and coefficient of determination shows that the obtained results through mathematical functions have acceptable accuracy; hence utilization of the presented mathematical models for predicting the final properties of product subjected to impact loading is desirable.
    Keywords: Impact Loading, Powder Compaction, Drop Hammer, Singular Value Decomposition method, Dimensional approach
  • Razieh Izadi, Mohammad Rahim Hematian Pages 367-376
    Identification of elastic constants of three-dimensional anisotropic materials is much more complicated than the corresponding one in two-dimensional materials. This is because of the increased number of the elastic constants in three-dimensional materials. In this paper, an inverse method for determination of elastic constants of three-dimensional orthotropic, monoclinic and anisotropic materials using elastostatic measurements is presented. Strain measurements at some sampling points obtained from several elastostatic experiments are considered as the elastic response of the material. The solution is based on minimization of the difference between measured strains and the corresponding calculated ones at sampling points. The finite element method is used for sensitivity analysis, while the Tikhonov regularization method is used for stablizing the solution. Designing a single elastostatic experiment in which all of the material parameters affect the response distinctively is very difficult and seems impossible. By using the data obtained from a few different experiments, we are able to collect enough information to reach a stable and accurate solution. In the present research, 9 constants of orthotropic materials, 13 constants of monoclinic materials and 21 constants of anisotropic materials have been successfully identified. Effects of different parameters on accuracy and efficiency of the proposed method are studied by presenting several numerical examples.
    Keywords: Elastic constants, anisotropic materials, finite element method, inverse method
  • Amir Dhshiri Parizi, Mohammad Reza Salimpour Pages 377-382
    Energy costs have soared rapidly in the last decades. Thus there is a tremendous need for new kinds of working fluids to improve the heating systems performances and to reduce energy consumption. One of the most applicable heating systems are heat exchangers. Study of thermal hydraulic characteristics for laminar fully developed flow through conduits with different cross-sections is significant in the design of heat exchangers. In the present investigation, the thermo-hydraulic behavior of nanofluid trough conduits with circular, square and rectangular cross sectional shapes is studied, experimentally. This investigation aims to study the effect of Reynolds number and shape of cross-section on heat transfer and pressure drop of nanofluid flow. The experiments were conducted for TiO2/water nanofluid with three volume fractions 0, 0.2 and 0.5 under laminar flow regime with constant wall temperature. Analyzed data indicate that friction factors of square and rectangular cases are more than that of circular cross section. Also, it is seen that the addition of nano powder with low volume fraction (0-0.5%) to base fluids does not increase the friction factor remarkably at both circular and non-circular cases. The results show that the Nusselt number of flow through the conduit with circular cross-section is higher than that of non-circular cases. Moreover, it is observed that adding nano powder o base fluid improves heat transfer in sharp corners and therefore its effect is more pronounced in non-circular cross sections.
    Keywords: Heat Transfer, Nanofluid, Different Cross, Sections, Empirica
  • Mohammad Hassan Rahimyan, Reza Sadeghi Pages 383-391
    In the present Paper, solution methods for simulating compressible flows and shock wave simulation by using Lattice Boltzmann Method(LBM) and simulation of shock wave in the bubble with a moving boundary is evaluated. The standard LBM is found to be incapable of predicting compressible flows and confront instabilities in high Mach number flows. But with some efforts that has been made in recent years, new models for stable solutions of the compressible equations are established. Modified Lax–Wendroff finite difference scheme that has stabale solutions has been used for discretizing Lattice Boltzmann equation. In this study models based on the compressible Euler and compressible multispeed Navier-Stokes to simulate compressible lattice Boltzmann method have been used. The dynamics of compressible bubble busing Rayleigh-Plesset equation have been obtained. Simulation of shock wave in the bubble with other computational fluid dynamics methods has been carried out, However, due to the weakness of the Lattice Boltzmann method for compressible flow, no effort to study the physic of this phenomena has been done with this method. The purpose of this simulation is to achieve a distribution of thermodynamic properties through the radius while collapsing and eventually forming the Sonoluminescence phenomena that caused by the collision of shock waves in the center of the bubble to one other,with lattice boltzmann method.
    Keywords: Compressible Flow, shock wave, Lattice Boltzmann, Modified Lax, wendroff, Rayleigh Plesset
  • Mohammad Mahdi Abootorabi Zarchi, Mohammad Reza Razfar, Amir Abdullah Pages 392-396
    Reduction of cutting force in a machining process offers several advantages including increase in tool life, and improvement in the quality of the machined surface. One the new techniques for reducing cutting force relates to ultrasonic vibration assisted machining. In the present paper, one-dimensional ultrasonic vibration-assisted side milling process of Al7022 aluminum alloy has been studied. In order to investigate the effect of cutting speed, feed rate, radial depth of cut, and vibration amplitude on three cutting force components and their resultant, a special experimental setup has been designed and established which applies one dimensional ultrasonic vibration to work piece. Applying the ultrasonic vibrations on milling process, affects mostly on feed component of cutting force which is unidirectional with the work piece vibration, and decreases it by 33.5% in average. Decrease in cutting speed and increase in vibration amplitude, results to increase the separation of tool and work piece from each other in a portion of each vibration cycle, and larger decrease of the feed force. The average decrease of the resultant cutting force in ultrasonic-assisted milling process is 10.8%.
    Keywords: Ultrasonic Assisted Milling, Conventional Milling, Cutting Force, Vibration Amplitude, Cutting Speed
  • Esmaeil Khanmirza, Alireza Mousavi, Milad Nazarahari Pages 397-404
    Hybrid systems are a group of dynamical system which their behavior described by the interaction of discrete and continuous dynamical system behaviors. One of the subsets of hybrid systems, is piecewise affine system. Piecewise affine system identification, consists of estimating the parameters of each subsystem and the coefficients of the state-input boundary hyperplanes. In order to clustering the state-input space and estimating the feature matrixes simultaneously, bounded error algorithm and adaline neural network are used. It should be said that in this method, there is no need to know the number of linear subsystems of the piecewise affine system. Moreover, it should be noted that the identification method is extended based on on-line data acquisition from system. In continuation, this method is used to identify a benchmark mathematical piecewise affine system. By comparing the results with the reference paper, it is proven that this method has a good performance in clustering the state-input space and estimating the feature matrixes. In the end, by using the proposed method, an active water tank which its equations are described by the form of a piecewise affine system is identified.
    Keywords: Hybrid Systems, Piecewise Affine System, System Identification, Bounded Error Algorithm, Adaline Neural Network
  • Arman Hamidi, Seyed Mostafa Mirsalim, Barat Ghobadian, Amirhossein Parivar, Saeed Abdolmaleki Pages 405-411
    Biodiesel is a renewable and sustainable alternative fuel that is derived from vegetable oils and animal fats. In this paper an experimental investigation is conducted to evaluate the use of soybean oil methyl ester (biodiesel) in the diesel fuel at blend ratios of B0, B2, B5 and B10. In this study, the performance and emissions characteristics of conventional diesel fuel and biodiesel fuel blends were compared. The tests were performed at steady-state conditions in a direct injection diesel engine with 90 kW power that was equipped with EGR and with no modification of calibration. The experimental results of brake-specific fuel consumption (BSFC), torque and exhaust temperature as well as carbon dioxide (CO2), smoke, nitrogen oxide (NOx), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbon (UHC) emissions were presented and discussed. The results of engine performance parameters at different conditions (different load and engine speed) showed that a negligible loss of engine power and a significant increase in brake specific fuel consumption due to lower heating value of biodiesel. Smoke, CO and HC emissions were decreased by increasing blends of soybean oil as compared to pure diesel. However the increase in engine NOx and CO2 emissions were observed with the increase of biodiesel percentage in the blended fuel.
    Keywords: Biodiesel, Diesel engine, Performance, emission, brake, specific fuel consumption (BSFC)
  • Seyed Javid Zakavi, Mohammad Nourbakhsh Pages 412-418
    Strain accumulation of the components in power-plants and large industries, which causes physical and human costs, has been interested of many researchers in last decades, because of unexpected collapse of these components under periodic loads and internal pressure. In this study, the effect of four basic factors of piping elbow material, frequency of periodic loading (typically below 10 Hz), internal pressure of pipe and periodic dynamic moments on the amount strains accumulation of piping elbows have been considered. Also, the effect of factors variation listed above, on the amount of strains accumulation has been studied. Analyses done in this study, shows that increase in loading frequency, internal pressure and dynamic moments at the end of piping elbow, increases the amount of strains accumulation. Behavior of strain accumulation of two kinds of materials (carbon steel and stainless steel) was investigated in same condition. Studies showed that the strain accumulation in carbon steel are more than stainless steel due to differences in hardness behavior of these materials. The results showed that, stainless steel piping elbow has better performance compared to carbon steel.
    Keywords: Frequency Loading, Periodic Moment, Elbow Pipe, Accumulation Strain
  • Hadi Kargar Sharifabad, Morteza Mirzaei Amirabad Pages 419-422
    Awareness of the thermal conductivity of nanofluids regard to a significant development for use in research,it is necessary with regard to the inability of the analytical and experimental models that presented in most cases, it experimentally thermal conductivity can be measured. In this paper, the design and performance of thermal conductivity of fluids and nanofluidics measurement device without using a Wheatstone bridge is tested. Wheatstone bridge short transient hot wire method has previously been used for construction that requiring complex electronic systems and high power consumption. In this paper, a new method is provided so that no current or voltage is kept constant, but the method of measuring the relative resistance of the copper-clad lacquered with a diameter of 40 microns was used probe is easy to is within reach. The difference between the results of the design references, 1.17% is obtained. In this regard, changes in the magnetic fluid thermal conductivity is studied experimentally. Magnetic fluids are a new class of nanofluids are affected by magnetic fields and their properties can be changed. Fe3O4 magnetic water-based tests for different volume percentages.
    Keywords: Nanofluids, magnetic nanofluid, thermal conductivity, transient hot wire, Wheatstone bridge