فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال پنجم شماره 1 (بهار 1394)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال پنجم شماره 1 (بهار 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/02/14
  • تعداد عناوین: 16
|
  • حمزه صالحی پور، روح الله حسینی صفحات 1-11
    در این مقاله یک حل دقیق فرم بسته برای ارتعاشات آزاد خارج صفحه ای ورق های ضخیم مستطیلی همگن و ایزوتروپیک چندلایه با شرایط مرزی مفصل ساده بر مبنای تئوری الاستیسیته سه بعدی خطی ارائه شده است. از تعدادی میدان جابه جایی برای حل معادلات استفاده شده است. میدان های جابه جایی درنظر گرفته شده طوری می باشند که شرایط مرزی مفصل ساده را بر روی پایه های ورق برقرار می کنند. در ادامه حل، با جایگذاری میدان های جابه جایی فرض شده در معادلات الاستیسیته سه بعدی حرکت و ساده سازی نتایج تعدادی معادله دیفرانسیل معمولی به دست می آید. با حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل به دست آمده و برقراری شرایط مرزی بر روی صفحات بالا و پایین ورق و صفحات بین لایه ها فرکانس های طبیعی مربوط به مدهای خارج صفحه ای به دست می آیند. برای بررسی صحت، دقت و توانایی روش حاضر تعدادی نتیجه عددی برای ورق های مربعی و مستطیلی تک لایه و دولایه ارائه شده است که با نتایج موجود در مقالات و نتایج به دست آمده از حل سه بعدی اجزاء محدود مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: حل دقیق فرم بسته، تئوری الاستیسیته سه بعدی خطی، فرکانس طبیعی، مدهای خارج صفحه ای
  • فرامرز آشنای قاسمی، کرامت ملکزاده فرد، محمد علی خلیلی صفحات 13-29
    در مقاله حاضر پاسخ دینامیکی یک تیر خمیده با هسته انعطاف پذیرتحت یک ضربه عرضی شعاعی با سرعت پایین در وسط رویه بالا، مطالعه شده است. این پاسخ شامل جابجایی شعاعی و محیطی رویه ها و هسته و تنش های برشی و شعاعی در هسته است. ابتدا از تئوری برشی مرتبه بالا برای میدان جابجایی استفاده شد. نیروی ضربه نیز با مدل جرم و فنر دو درجه آزادی برای محدوده بارگذاری الاستیک معادل سازی گردید و از اصل همیلتون برای استخراج معادلات حاکم بر حرکت تیر استفاده شد. نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از نرم افزار المان محدود آباکوس و آخرین تحقیقات انجام شده مقایسه شدند. آنگاه نحوه تاثیر خصوصیات اجزای سازه ی ساندویچی نظیر مدول الاستیسیته هسته و ضخامت هسته بر جابجایی شعاعی و تنش برشی تیر و نیز تاثیر سرعت ضربه زننده و ضخامت هسته بر مقدار نیروی ضربه مورد برسی قرار گرفت. مشخص گردید که با دو برابر شدن نسبت مدول الاستیسیته هسته به رویه بالایی (از 05/0 تا 1/0)، جابجایی هسته تنها 1/0 درصد کاهش می یابد. در حالی که با افزایش نسبت ضخامت هسته به تیر (از 1/0 تا 9/0)،جابجایی هسته تا 6 برابر کاهش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: تیر خمیده ساندویچی، ضربه سرعت پایین، تئوری ورق های ساندویچی، مدل جرم و فنر
  • علی چلویی دارابی، حمیدرضا چمنی، مجیدرضا آیت الهی * صفحات 31-38

    در این مقاله رفتار ماکرومکانیکی فولادهای دوفازی با استفاده از مدل سازی میکرومکانیکی پیش بینی شده است. به منظور ساخت فولاد دوفازی با درصدهای مختلف فاز مارتنزیت، فولاد C-Mn تحت عملیات حرارتی مختلف قرار گرفته و سپس در آب کوئنچ شده است. پس از آن با استفاده از متالوگرافی و تصویربرداری میکروسکوپ نوری، ریز ساختارهای واقعی فولادهای دوفازی بدست آمده است. با استفاده از کد پردازش تصویر نوشته شده در نرم افزار Matlab ریز ساختار های واقعی پردازش شده و سپس با استفاده از کد اجزا محدود نوشته شده در نرم افزار Ansys، سلول واحد دو بعدی مدل شده است. در ادامه، با استفاده از تئوری نابجایی و ترکیب شیمیایی موضعی فازهای فریت و مارتنزیت، منحنی تنش-کرنش واقعی این فازها استخراج شده است. نتایج مدل سازی میکرومکانیکی دو بعدی سلول واحد با شرایط مرزی پریودیک تحت بارگذاری کشش تک محوره انجام شده با نتایج آزمایش تجربی مقایسه شده است. در این بررسی نشان داده می شود که مدل میکرومکانیکی دوبعدی در درصد فاز مارتنزیت های پایین قابلیت پیش بینی استحکام و رفتار نرم شوندگی فولادهای دوفازی را دارد. علاوه بر آن از مدل میکرومکانیکی دوبعدی به منظور ارزیابی پیشرفت موضعی شدن کرنش نیز می توان استفاده نمود.

    کلیدواژگان: فولاد دوفازی، مدل سازی میکرومکانیکی، رفتار مکانیکی، شرط مرزی پریودیک
  • سید احسان حاجی آقا محمد زرباف، تقی شجاعی، رضا معدولیت صفحات 39-48
    در یک مساله معکوس، هدف آن است تا به کمک اطلاعات مشاهده شده از یک سیستم، به مدل مناسبی از آن دست پیدا کرد، به نحوی که مدل مذکور، علاوه بر توانایی بازتولید اطلاعات اندازه گیری شده ی در دسترس از سیستم، توانایی پیشگویی رفتار سیستم در شرایط کاری را نیز، با دقت قابل قبولی داشته باشد. در این تحقیق، یک تیر غیریکنواخت با خواص جرمی و سفتی متغیر در طول به عنوان سازه مورد بررسی فرض شده است. معادله حاکم بر تیر بصورت تحلیلی حل شده و فرکانس های طبیعی وشکل مودهای مربوط به سه مود اول خمشی تیر استخراج خواهند شد. در ادامه، از مفهوم مساله معکوس استفاده شده و به کمک الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، به شناسایی پارامترهای سفتی و جرمی مدل اجزاء محدود تیر مذکور پرداخته شده است. در بررسی اثر تعداد سطوح مقطع مدل اجزاء محدود تیر غیریکنواخت بر دقت نتایج، مشاهده شد که مدل اجزاء محدود با تعداد سطوح مقطع بیشتر، توانایی بیشتری در بازتولید رفتار دینامیکی یک تیر غیریکنواخت را دارد. از آنجا که ماهواره برها از جمله پرکاربردترین سازه های مورد استفاده در صنعت هوافضا بوده و یکی از روش های مرسوم در مدل سازی سازه ی ماهواره برها، استفاده از مدل تیر غیریکنواخت می باشد، با استفاده از روند استفاده شده در این مقاله، می توان مدل اجزاء محدود مربوط به یک سازه واقعی ماهواره بر را به روز رسانی کرد.
    کلیدواژگان: مساله معکوس، شناسایی پارامترهای سیستم، الگوریتم بهینه سازی ژنتیک
  • فرهاد حاجی ابوطالبی صفحات 49-59
    صفحات فلزی فولادی و آلومینیومی و هم چنین کامپوزیت ها کاربرد بسیار زیادی در صنایع نظامی و هوا فضا داشته، حفظ ایمنی آن ها در برابر گلوله ها و مرمی ها و پیش بینی ناحیه آسیب دیده در اثر برخورد گلوله یا مرمی یکی از چالش های مهندسین و محققین است. در این پژوهش ابتدا، با استفاده از روش اجزاء محدود، مکانیک آسیب و معیار آسیب نرم هوپیوترا موجود در نرم افزار آباکوس، اثر برخورد مستقیم مرمی به یک صفحه آلومینیومی مورد استفاده در صنایع نظامی شبیه سازی شده و نتایج به صورت عددی حاصل می گردد. سپس، تاثیر زاویه برخورد مرمی به صفحه بر روی مساحت و عمق ناحیه آسیب دیده مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور اعتبارسنجی نتایج، آزمایش شلیک مرمی به صفحه آلومینیومی تحت زوایای مربوطه به صورت عملی انجام شده و نتایج حاصله با نتایج شبیه سازی مقایسه می گردد. مقایسه نتایج عددی و تجربی آشکار می کند که شبیه سازی ها از دقت مناسبی برخوردار می باشند. بنابراین، نتیجه گیری می شود که معیار آسیب نرم هوپیوترا به خوبی قادر است ناحیه تخریب شده و شکست را در حالت های تغییرشکل با نرخ کرنش بالا پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: برخورد مرمی، صفحه فلزی، شبیه سازی های عددی، معیار آسیب نرم هوپیوترا
  • محمد مهدی فاتح، جواد کیقبادی صفحات 61-75
    در این مقاله برای نخستین بار طرح کنترل فازی تطبیقی ربات تک چرخ چهار درجه آزادی با وجود محرکه های الکتریکی ارائه می گردد. نوآوری دیگر مقاله ارایه مدل جدیدی از ربات تک چرخ چهار درجه آزادی برای اجرای راهبرد کنترل ولتاژ و راهبرد کنترل گشتاور است. دینامیک حرکت بصورت سیستم غیرخطی و چند متغیره با اثر متقابل بین ورودی ها و خروجی ها توصیف می گردد. ربات تک چرخ مانند آونگ وارون در وضعیت ناپایدار قرار دارد. علاوه بر آن، تعداد محرکه های ربات کمتر از تعداد درجات آزادی آن است. پیچیدگی دینامیک ربات، اهمیت طراحی کنترل کننده را دو چندان می سازد. در این تحقیق، کنترل کننده خطی سازی پسخورد مبتنی بر مدل با راهبرد کنترل گشتاور طراحی می گردد. سپس، کنترل کننده فازی تطبیقی غیرمستقیم با راهبرد کنترل ولتاژ نیز طراحی می شود که پایداری سیستم کنترل را در حضور عدم قطعیت تضمین می نماید. پایداری نقطه تعادل با روش مستقیم لیاپانوف بررسی می شود. نتایج شبیه سازی موفقیت کنترل کننده را در حفظ تعادل و پایداری ربات تک چرخ نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات تک چرخ الکتریکی، خطی سازی پسخورد، فازی تطبیقی غیرمستقیم، راهبرد کنترل ولتاژ
  • سیما بشارت فردوسی، بهروز حسنی*، آرمین دانشور صفحات 77-86

    در این مقاله، به بررسی بار نهایی کمانش و رفتار پس کمانش نانولوله های کربنی تک جدارهتحت بار فشاری محوری در شرایط دمایی مختلف پرداخته شده است. بار نهایی کمانش در شرایط مرزی یک سر آزاد- یک سر گیردار و دو سر مفصل، و رفتار پس کمانش در شرایط مرزی دو سر گیردار مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا با بکارگیری مدل قاب فضایی، بار نهایی کمانش و مسیر پس کمانش برای نانولوله های آرمچیر و زیگ زاگ برای کایرالیتی ها و نسبت های طول به قطرمختلف محاسبه شده است. در این رهیافت پیوندهای بین اتم های کربن به مثابه عضو حامل نیرو توسط تیر الاستیک سه بعدی مدل می شود که خواص آن با ایجاد پیوند بین ساختار مولکولی و مکانیک محیط پیوسته بدست می آید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش نسبت طول به قطر و کاهش کایرالیتی، بار نهایی کمانش کاهش می یابد. همچنین مشاهده شده است که مسیر پس کمانش برای هر دو نانولوله آرمچیر و زیگ زاگ تقریبا یکسان است. در ادامه اثر دما روی بار نهایی کمانش مورد بررسی قرار گرفته است. ثوابت نیرویی و همچنین طول پیوند اتم های کربن در اثر تغییر دمای محیط، تغییر می کنند. همانطور که انتظار می رود، افزایش دما موجب کاهش بار نهایی کمانش می شود و مسیر پس کمانش نیز این روند کاهشی را طی می کند.

    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، کمانش، پس کمانش، حرارتی، عیب هندسی، دما، شبیه سازی عددی، مکانیک ساختاری
  • رحمت الله قاجار، محمد شرعیات، سید حسین حسینی صفحات 87-99
    اکثر پژوهش های انجام شده در ارتباط با ضربه کم سرعت ورق، پاسخ ورق به ضربه مرکزی را در بر می گیرند و عموما برای حالت های بدون پیش بار انجام شده اند. در این مقاله به تحلیل عددی الاستیسیته غیرخطی ضربه کم سرعت خارج از مرکز ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی تحت پیش بار دوبعدی پرداخته می شود و تاثیر انرژی ضربه زننده، سفتی هسته، ضخامت هسته، شکل هندسی ضربه زننده و وجود لایه های چسب در محل اتصال هسته به رویه ها در پاسخ ضربه مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور، بجای استفاده از تئوری های تقریبی ورق، از شبیه سازی سه بعدی ضربه در نرم افزار آباکوس برای استخراج پاسخ های ضربه بر پایه تئوری الاستیسیته استفاده می شود. نتایج عددی با نتایج تجربی ارائه شده در مراجع دیگر مقایسه و صحت مدل عددی مورد تایید قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که در حالت ضربه خارج از مرکز و در حالت پیش بار دوبعدی کششی به دلیل کاهش آزادی حرکت کلی ورق، نیروی تماسی افزایش می یابد که نتیجه آن افزایش آسیب پدید آمده می باشد.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی مستطیلی، ضربه خارج از مرکز، پیشبار صفحه ای، تحلیل اجزاء محدود غیرخطی
  • محمد جعفری، عباس رحیمی پطرودی صفحات 101-114
    یکی از نگرانی های طراحان، شکست سازه ها در نتیجه تمرکزتنش در ناپیوستگی های هندسی است. برای جلوگیری از شکست های ناشی از بارگذاری خستگی در سازه ها، اخیرا مدل های متعددی برای پیشگویی عمر خستگی ارائه شده است. ضریب تمرکزتنش، پارامتری کلیدی در نمایش این مدل ها به ویژه در حضور ترک های تیز لبه ای می باشد. صفحات کامپوزیتی حاوی گشودگی در بسیاری از سازه های مهندسی دیده می شود. با توجه به پیچیدگی و گستردگی سازه های مهندسی، مطالعه ی دقیق این سازه ها لازم به نظر می رسد. لذا در این مقاله سعی شده است، پارامترهای موثر بر توزیع تنش اطراف گشودگی چهارضلعی در صفحات کامپوزیتی تحت تنش برشی از روش تحلیلی مورد بررسی قرار گیرد. پارامترهایی شامل: شعاع انحنای گوشه گشودگی، زاویهی چرخش گشودگی، زاویهی الیاف، کشیدگی گشودگی و جنس صفحه می باشد. در این تحقیق، ابتدا تاثیر پارامترها به تنهایی و سپس تاثیر همه ی پارامترها در کنار یکدیگر و در نهایت مقادیر بهینه پارامترهای موردبحث که منجر به کمترین تمرکزتنش می شود؛ بررسی و معرفی خواهد شد. از روش اجزای محدود برای بررسی درستی جواب ها کمک گرفته شده است. نتایج عددی، تطابق خوبی با نتایج حاصل از حل تحلیلی حاضر دارد. نتایج نشان می دهند که پارامترهای هندسی گشودگی و زاویه ی الیاف در صفحات کامپوزیتی، تاثیر بسزایی برروی توزیع تنش اطراف گشودگی دارد.
    کلیدواژگان: تمرکز تنش، گشودگی چهارضلعی، تنش برشی، نگاشت همنوا
  • محمد اسماعیل گلمکانی، وحید ضیغمی صفحات 115-133
    در این مقاله، خمش غیرخطی صفحه کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره تحت بار یکنواخت مکانیکی و گرادیان حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. چهار نوع توزیع برای نانولوله های کربنی در راستای ضخامت صفحه در نظر گرفته شده است، که شامل یک توزیع یکنواخت و سه نوع توزیع تابعی می باشد. خواص مواد نانولوله های کربنی تک جداره از طریق شبیه سازی دینامیکی انجام شده در مراجع گرفته شده است و سپس خواص ماده کامپوزیتی حاصل در هر نقطه از طریق قانون اختلاط ساده به دست آمده است. معادلات حاکم بر اساس تئوری برشی مرتبه اول صفحات و کرنش های غیرخطی فون کارمن به دست آمده است. سپس دستگاه معادلات غیر خطی کوپل به کمک ترکیب روش های آزادسازی دینامیکی و اختلاف محدود برای به دست آوردن نتایج حل شده است. در ادامه به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با برخی گزارش های موجود در مقالات پرداخته شده است و مطابقت خوب بدست آمده حاکی از صحت و دقت روش عددی بکار رفته می باشد. به منظور بررسی دقیق رفتار خمشی این صفحات، مطالعه پارامتری بر روی اثرات کسر حجمی نانولوله ها، نوع چیدمان نانولوله ها و نسبت ابعادی صفحه نانوکامپوزیتی در شرایط تکیه گاهی متفاوت انجام شده است.
    کلیدواژگان: خمش غیرخطی، نانولوله های کربنی، آزادسازی دینامیکی، تئوری برشی مرتبه اول
  • سید احسان افتخاری شهری، سید یوسف احمدی بروغنی، خلیل خلیلی صفحات 135-148
    تغییر شکل لوله استوانه ای به لوله با مقاطع چندوجهی با فرایند هیدروفرمینگ لوله، از جمله فرایندهای مهم شکل دهی است. به دلیل وجود اصطکاک چسبنده، جریان فلزی کاهش یافته و این امر منجر به پر نشدن گوشه های قالب و ایجاد نازک شدگی زیاد در گوشه های لوله می گردد. اعمال ارتعاشات فراصوت به بدنه قالب می تواند شرایط تماسی را بهبود بخشد. مقاله حاضر با هدف بهبود فرایند از لحاظ میزان شکل پذیری و همچنین به لحاظ یکنواختی ضخامت دیواره مقطع، به بررسی تئوری و آزمایشگاهی اثر اعمال ارتعاشات بر بدنه قالب هیدروفرم لوله پرداخته است. با مدلسازی اجزاء محدود فرایند هیدروفرمینگ فراصوت لوله (فشار داخلی همراه با اعمال ارتعاشات فراصوت) و مقایسه آن با مدل اجزاء محدود همین فرایند در حالت کلاسیک (تنها با فشار داخلی) امکان بررسی میزان بهبود فرایند با استفاده از ارتعاشات قالب فراهم شده است. علاوه بر آن، تحلیل اجزاء محدود مودال و هارمونیک برای طراحی مجموعه ی هیدروفرمینگ فراصوت بکار رفته است. با کمک این تحلیل ها دو طرح پیشنهادی برای هیدروفرمینگ لوله فراصوت ارائه و مورد آزمایش تجربی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با استفاده از متمرکز کننده طرح دوم، میزان شکل پذیری و یکنواختی ضخامت دیواره به مقدار بیشتری بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، ارتعاشات فراصوت، شکل پذیری
  • مهدی محمدی مهر، علی قربان پور آرانی، برهان روستا ناوی صفحات 149-163
    در این مقاله، تاثیر میدان مغناطیسی روی ارتعاشات آزاد پانل استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی بر بستر الاستیک پاسترناک با استفاده از تئوری برشی مرتبه اول برای شرایط مرزی تکیه گاه ساده بررسی می شود. معادلات حاکمه حرکت با استفاده از اصل همیلتون و روش انرژی بدست می آید. سپس این معادلات با استفاده از روش ناویر حل می گردد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مختلف شامل نسبت شعاع به طول، نسبت ضخامت به طول و زاویه قطاع پانل استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی، بستر الاستیکو میدان های مغناطیسی بر روی فرکانس طبیعی مورد ارزیابی قرار می گیرد. مشاهده می شود که فرکانس طبیعی پانل استوانه ای با افزایش نسبت شعاع به طول، ضخامت به طول، زاویه قطاع پانل استوانه ای کاهش می یابد، در حالی که پایداری آن با در نظر گرفتن تاثیر بستر الاستیک می یابد.همچنین فرکانس طبیعی پانل استوانه ساخته شده از مواد مدرج تابعی با اعمال میدان مغناطیسی افزایش می یابد و تاثیر میدان های مغناطیسی روی فرکانس های طبیعی بالاتر بیشتر از فرکانس های طبیعی پایین تر می باشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پانل استوانه ای، مواد مدرج تابعی، تئوری برشی مرتبه اول، میدان مغناطیسی
  • مهرداد حجازی، سید محمد مویدیان، مریم داعی صفحات 165-176
    منارها از بناهای باارزش تاریخی به جامانده از دوران کهن در ایران می باشند. از مهم ترین منارهای آجری ایران می توان به منارهای آجری تاریخی اصفهان که در قرون پنجم و ششم هجری قمری ساخته شده اند اشاره کرد. در این مقاله به بررسی اثر بار باد بر تعدادی از منارهای آجری اصفهان در حالات مختلف با توجه به حداکثر سرعت وزش باد در اصفهان، ایران و سرعت های بالاتر پرداخته شده است. بدین منظور از روش المان محدود غیرخطی و معیار شکست ویلام - وارنک استفاده شده است. برای بررسی تاثیر ستون مرکزی و راه پله مارپیچ درون منارها بر رفتار سازه ای آن ها، آنالیزها در دو حالت 1) منار به صورت کامل (شامل پوسته منار، ستون مرکزی و راه پله) و 2) فقط پوسته خارجی انجام گرفته اند. محاسبات بر مبنای دو ویرایش 1385 و 1392 مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران انجام شده است. آنالیز تحت بار باد نشان می دهد که منارها در شرایط باد با حداکثر سرعت ثبت شده در اصفهان دچار شکست نمی شوند. در سرعت های بالاتر میزان آسیب واردشده به منار تابع ارتفاع، قطر ستون مرکزی، ضخامت و قطر پوسته است.
    کلیدواژگان: منار، مصالح بنایی آجری، تاریخی، رفتار غیرخطی، باد
  • ناصر شوکتی، سیدفرامرز رنجبر صفحات 177-192
    در این تحقیق، سیکل های ترکیبی تولید توان تک تبخیره زمین گرمایی و سیکل کالینا و سیکل رانکین با سیال های آلی مختلف از نظر انرژی، اگزرژی و اگزرژواکونومیکی مورد بررسی قرارگرفته است. سیال های آلی بکاررفته در این تحقیق عبارتند از: ایزوبوتان، ایزوپنتان، ان-بوتان، ان-پنتان و R123. از دیدگاه SPECO برای تحلیل اگزرژواکونومیکی سیکل های ترکیبی استفاده گردیده است. نتایج نشان داده است که در بین سیکل های ترکیبی مورد بررسی، سیکل ترکیبی زمین گرمایی-ORC با سیال R123 و ان-پنتان دارای بیشترین بازده قانون اول هستند در حالی که سیکل ترکیبی زمین گرمایی-کالینا با غلظت های متفاوت آمونیاک در مخلوط آب آمونیاک، دارای کمترین هزینه تولید توان است. همچنین سیکل ترکیبی زمین گرمایی-ORC با سیال R123 دارای کمترین مقدار نرخ هزینه مرتبط با تخریب اگزرژی است. باتوجه به نتایج بهینه سازی سیکل های ترکیبی، درسیکل ترکیبی زمین گرمایی و سیکل کالینا با غلظت آمونیاک 7/0 کمینه هزینه تولید توان %63/8 کمتر از هزینه تولیدتوان در حالت بیشینه بازده ترمودینامیکی است که بیشترین تغییر را در بین سیکل های مورد بررسی دارد و کمترین تغییر مربوط به سیکل ترکیبی زمین گرمایی-ORC با سیال ان-پنتان است. همچنین تحلیل پارامتری صورت گرفته و اثرات متغیرهای ترمودینامیکی مختلف سیکل ها بر عملکرد اگزرژواکونومیکی سیکل های ترکیبی درنظرگرفته شده، مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: زمین گرمایی، کالینا، اگزرژواکونومیک، ORC، تخریب اگزرژی
  • ماکان طالبی صومعه سرایی، احسان امیری راد، محمدرضا مه پیکر صفحات 193-209
    انبساط بخار خشک در طبقات کم فشار توربین های بخار به علت مافوق سرد شدن بخار موجب بروز پدیده جوانه زایی و متعاقبا دوفازی شدن جریان می شود. محاسبه دقیق توزیع فشار، نرخ رطوبت و شعاع قطرات تولیدی در طول نازل نقش موثری در پیش بینی خصوصیات جریان دارد. یکی از معادلات مهم حاکم بر جریان بخار تر معادله جوانه زایی است، که تعیین کننده تعداد قطرات تولیدی می باشد. با توجه به مکانیزم های انتقال جرم و انرژی بین دو فاز روش های مختلفی برای میانگین گیری شعاع قطرات استفاده شده است. در تحقیق حاضر برای اولین بار مدل های مختلف جوانه زایی با روش های مختلف میانگین گیری شعاع قطرات در یک مدل لاگرانژی-اویلری ترکیب گردیده، و نتایج توزیع فشار و شعاع قطرات محاسباتی در چندین حالت با نتایج تجربی مقایسه شده است. بر این اساس، استفاده از روش میانگین ساوتر در ترکیب با اصلاح گیرشیک-چیو بر معادله جوانه زایی هیل بهترین کارکرد را در پیش بینی خواص جریان بخار تر خواهد داشت. ضمن آنکه دو مدل ترکیبی معادله جوانه زایی کلاسیک با اصلاح گیرشیک-چیو و بدون اصلاح به همراه متوسط گیری ساوتر با اختلاف اندکی در رتبه های بعدی قرار می گیرند و به ویژه دقت محاسبه فشار آنها نیز قابل قبول می باشد.
    کلیدواژگان: نازل همگرا، واگرای فراصوت، جوانه زایی، میانگین گیری شعاع قطرات، شوک چگالش، بخار مافوق سرد
  • احمد احمدی، علی مجد، محمود نوروزی صفحات 211-219
    تغییر ناگهانی دبی در سیستم لوله ها منجر به نوسانات فشار می گردد که به عنوان ضربه قوچ شناخته می شود. در این مقاله به بررسی جریان غیرماندگار ناشی از بستن سریع شیر در یک سیستم شیر، لوله، مخزن پرداخته شده است. فرضیه اساسی به کار گرفته شده آن است که سیال موجود در سیستم، سیالی با ویژگی های غیرنیوتنی است. در ابتدا با اعمال این فرض معادلات حاکم استخراج خواهند شد. در ادامه با استفاده از روش های عددی نتایج معادلات حاکم برای سیال غیرنیوتنی بدست آورده شده اند. برای محاسبه عبارت های زمانی از رانج کوتای مرتبه چهارم و جهت تقریب ترم های مکانی از تفاضل مرکزی مرتبه دوم استفاده شده است. برای حصول اطمینان از صحت الگوریتم حل نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. جهت مدل سازی سیال غیرنیوتنی مدل کراس به کاربرده شده است. نتایج حاصل از مدل سازی سیال غیرنیوتنی نشان دهنده تغییراتی قابل توجه در مقادیر فشار و پروفیل سرعت می باشد. تاریخچه تغییرات فشار نشان دهنده کاهش افت و اثر لاین پکینگ بوده. همچنین نمودارهای لزجت و تنش برشی در مقطع لوله نشان داده شده اند و در ادامه مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: جریان غیرماندگار، شبکه لوله، سیال غیرنیوتنی، مدل کراس، پروفیل سرعت
|
  • Hamze Salehipoor, Rouhollah Hosseini Pages 1-11
    In this paper، an exact closed-form solution is presented for out-of-plane free vibration of thick homogeneous and isotropic multilayered rectangular plates with simply supported boundary conditions based on the linear three-dimensional elasticity theory. The solution procedure is on the basis of using of some proposed displacement fields. Proposed displacement fields satisfied simply supported boundary conditions on the edges of the plate. On the continuation of the solution، by replacing the proposed displacement fields into the three-dimensional elasticity equations of motion and simplifying the results some independent ordinary differential equations are obtained. The natural frequencies are extracted by satisfying the boundary conditions on the surfaces of the plate and surfaces between the layers. In order to establish the accuracy and stability of the proposed solution، several numerical results for one layered and two layered square and rectangular plates are presented and compared with corresponding results in the literatures and obtained results of 3-D finite element method.
    Keywords: exact closed, form solution, linear three, dimensional elasticity theory, natural frequency, out, of, plane modes
  • F. Ashenai Ghasemi, K. Malekzadeh Fard, M. A. Khalili Pages 13-29
    In this paper، the dynamic response of a curved sandwich beam with soft flexible core، subjected to a radially low velocity foreign impact on the middleof top face sheet is studied. The dynamic responses which are composed of circumferential and radial displacement of the core، top and bottom face sheets، as well as the radial and shear stresses in the core layer are identified. The higher order shear deformation theory was used in the structural formulation. The two degrees of freedom mass-spring model with linearized stiffness was used for modeling of impact phenomena. In order to derive the governing equations of beam structure، the Hamilton principle was used. The results were validated and compared with the results obtained from finite element ABAQUS software and the latest available literature. The effects of some structural properties like the module of elasticity and the thickness of core layer on the displacement، shear stresses and strains were studied. Also، the effects of radius and initial velocity of the impactor on contact force history were investigated. it was seen that by multiplying by 2 of the elasticity modulus of core to upper layer ratio، the core deflection only reduces about 10 percent. One also sees that by increasing the core to beam thickness ratio، the core deflection reduces about 6 times.
    Keywords: Sandwich Curved Beam, Low Velocity Impact, Sandwich Plate Theory, Mass, Spring Model
  • A. Cheloee Darabi, H.R. Chamani, M. R. Ayatollahi Pages 31-38

    In this paper the macromechanical behavior of dual phase steel based on actual microstructure has been predicted. In order to prepare dual phase steelsc (DP) of different percent phase combinations، a low carbon steel (C-Mn) was subjected to intercritical annealing treatment (ICT) and quenched in water. Then، the actual microstructures of dual phase steels were obtained by metallographic analysis and optical microscopy. A 2D representative volume element (RVE) was generated by finite element code Ansys on the basis of actual microstructure which was obtained by image processing code in Matlab software. The individual single-phase flow curves were obtained based on the dislocation theory and the local chemical composition of constituent. The results of 2D micromechanical RVE models under periodic boundary conditions and tension loading were compared with the experimental results. It is shown that the 2D micromechanical model can predict both strength and ductility for low volume fraction of martensite in dual phase steels. The 2D micromechanical modeling may then be used to portray the local strain evolution of the individual phases in the DP microstructures.

    Keywords: Dual phase steel, micromechanical modeling, mechanical behavior, periodic boundary condition
  • Seyed E. Haji Agha Mohammad Zarbaf, T. Shojaee, R. Madoliat Pages 39-48
    In an inverse problem، it is desired to construct the model of a system، using the observable characteristics of the system under consideration، so that it can predict the behavior of the system as accurately as possible. In this study، a non-uniform beam is assumed as the structure whose FE model is desired to be updated. The first three natural frequencies and mode shapes of the non-uniform beam are derived analytically and are assumed as the pseudo experimentally-obtained dynamic characteristics of the structure. Then، the mentioned dynamic characteristics are used to solve the inverse problem of identification of finite element model parameters of the non-uniform beam using genetic algorithms. Investigating the effect of the number of cross-sections of the finite element model of a non-uniform beam on the accuracy of the results، it is observed that the more cross-sections the finite element model has، the more capable it is in predicting the dynamic behavior of a non-uniform beam.
    Keywords: Inverse problem, system parameter identification, genetic algorithms
  • F. Haji Aboutalebi Pages 49-59
    Steel and aluminum sheet metals، and also composites have vast application in the military and aerospace industries، keeping the safety of those against balls and projectiles، and prediction of damaged zone affected by ball or projectile impact is one of the challenges of engineers and researchers. In this research، first، using the finite element method، damage mechanics، and Hooputra''s ductile damage criterion existed in the ABAQUS software، effect of direct impact of projectile to an aluminum plate applied in the military industries is simulated and the results are numerically achieved. Then، the effect of oblique angle of projectile impact to the plate، on the area and depth of the damaged zone is investigated. In order to validate the results، the projectile shooting test into the aluminum plate under the corresponding angles is practically carried out and the obtained results are compared with the simulation results. Comparison of the numerical and empirical results reveals that the simulations are in good accuracy. Hence، it is concluded that the Hooputra''s ductile damage criterion can well predict the failure and fracture zone in the high strain rate deformations.
    Keywords: Projectile Impact, Sheet Metal, Numerical Simulations, Hooputra's Ductile Damage Criterion
  • Mohammad Mehdi Fateh, J. Keighobadi Pages 61-75
    In this paper، a novel adaptive fuzzy control design for a four degrees of freedom single-wheel robot including its electric motors is presented. Another novelty of this paper is to derive a novel model for this robot for using voltage control strategy in the control design. The dynamics of motion is described as a nonlinear multivariable system with couplings between inputs and outputs. Similar to an inverse pendulum، the single-wheeled robot is in the instable equilibrium point. In addition، number of actuators of robot are less than the degrees of freedom of robot. The control design becomes so important due to this complexity. Based on the derived model in this research، a novel feedback linearization controller by using torque control strategy is designed. Then، a novel indirect adaptive fuzzy controller in voltage control strategy is designed. The stability is guaranteed in the presence of uncertainties. The stability of equilibrium point is analyzed by direct method of Lyapunov. Simulation results show the effectiveness of controllers to keep the balance and stability of the single-wheel robot.
    Keywords: Single–wheel electrical robot, feedback linearization, Indirect adaptive fuzzy control, Voltage control strategy
  • S. Besharat Ferdowsi, Behrooz Hassani, Armin Daneshvar Pages 77-86

    Study of the critical buckling load as well as post-buckling behavior of single-walled nanotubes (SWNT) under various thermal conditions is the subject of this article. For finding critical buckling loads the clamped-free and simply supported conditions are considered and for post-buckling analysis the boundary conditions are assumed to be clamped. A space-frame model is here employed for the zigzag and armchair nanotubes with different chiralities and aspect ratios. In this approach، the linkage between carbon atoms is modeled as three dimensional elastic beam. By establishing a linkage between structural mechanics and molecular mechanics، the sectional property parameters of these beam members are obtained. The obtained results indicate that، as it is expected، by increasing the aspect ratio of the nanotubes as well as chirality، the critical buckling load decreases. Also، it is noticed that the post-buckling behavior of both armchair and zigzag nanotubes are quite similar. In addition، the effect of temperature on the critical buckling load is investigated. Due to the influence of temperature over the linkage length and force field constants it is shown that when the temperature increases a decline in the critical buckling loads is observed.

    Keywords: Carbon nanotubes, buckling, postbuckling, thermal, imperfection
  • Rahmatollah Ghajar, Mohammad Shariyat, Seyed Hosein Hoseini Pages 87-99
    Most of the studies done in low velocity impact of plates only involve plate’s response to centric impact and usually have been done in no-preload condition. In this study، nonlinear numerical elasticity analysis of eccentric low-velocity impact of rectangular sandwich plate with composite face sheets subjected to biaxial preloads، and the effect of indenter energy، the stiffness of core، the thickness of core، geometry of indenter and the existence of epoxy layers in the connection between core and face sheets on impact response are investigated. In this regard، impact 3D simulation in ABAQUS rather than approximate plate theories is utilized for extracting impact responses based on the three-dimensional theory of elasticity. Numerical results are compared with experimental data presented in other references and the numerical model is verified. The analysis results showed that the contact force increased due to the reduction of overall plate movement in the cases of eccentric impact and biaxial tension preloads، which result in augmentation of damage.
    Keywords: Rectangular sandwich plate, Eccentric impact, Inplane preload, Nonlinear finite element analysis
  • M. Jafari, A. Rahimi-Petroudi Pages 101-114
    Structural failure as a result of stress concentration at the geometric discontinuities is one of the concerns of desigrs. To avoid the fatigue failure of structures، several models have been proposed in recent years to predict the fatigue life. Stress concentration factor، especially in the presence of cracks with sharp edge، is a key parameter in displaying these models. perforated composite plates can be seen in many engineering structures. Due to the complexity and breadth of engineering structures، detailed investigation of these structures seems to be needed. In this paper، try to study the effect of various parameters on the stress analysis of composite plates containing a central rectangulare cutout that are subjected to shear stress by analytical method. These parameters are: cutout bluntness، cutout orientation، fiber angle، cutout elongation and material properties. In this paper، The effect of these parameters and the optimal values of the parameters which leads to less stress concentration will be introduced. The finite element method has been used to check the accuracy of analytical results. The analytical results are in good agreement with the numerical results. The results indicated، The cutout geometry and fibr angle in composite plates can be a significant influence on the stress distribution around cutout
    Keywords: Stress concentration, Quadrilateral cutout, Shear stress, Conformal mapping
  • M.E. Golmakani, V. Zeighami Pages 115-133
    Nonlinear bending of a functionally graded nanocomposite plate reinforced by aligned and straight single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) subjected to a uniform transverse load and thermal load is investigated. The material properties of the nanocomposite plate are assumed to be graded in the thickness direction، Four types of distributions of the reinforcement material are considered، that is، uniform and three kinds of functionally graded distributions of carbon nanotubes along the thickness direction of plates. The material properties of SWCNT are determined according to molecular dynamics (MDs)، and then the effective material properties at a point are estimated according to the rule of mixture. The equilibrium equations are based on first-order shear deformation plate theory (FSDT) and von Kármán strains. These system of equations are solved by Dynamic Relaxation method to determine the load-deflection and load-bending moment curves. Some results for nanocomposite plates are compared with the ones reported by the ABAQUS finite element software. Furthermore، some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature for isotropic and Functionally Graded Materials (FGMs) plates. Numerical results indicate that volume fraction of carbon nanotube، distribution of CNTs، plate width-to-thickness ratio، plate aspect ratio and different boundary condition have pronounced effects on the nonlinear response of nanocomposite plates.
    Keywords: Nonlinear bending, Carbon nanotubes, dynamic relaxation, first order shear deformation theory
  • S. E. Eftekhari Shahri, S. Y. Ahmadi Brooghani Pages 135-148
    In tube hydroforming process، due to friction condition، uniform wall thickness، as well as sharp corners may not be achieved. Use of ultrasonic vibration can improve the contact conditions at the tube-die interface. The current work studies the effect of applying ultrasonic vibration on wall thickness and corner filling of hydroformed tubes. By comparing the FEM models of tubes in two cases of with vibration and without vibration، it is possible to investigate the effects of vibration on wall thickness and corner filling. In addition، the finite element analysis، as the modal and harmonic analysis، are used to design a set of ultrasonic tube hydroforming. Annealed copper tubes are used for the experimental tests. The simple mechanism introduced in this paper is used to form the tube، by which the final piece is produced with lower costs and without any need to hydroforming machine. The results indicate superimposing ultrasonic vibrations to the process will increase corner filling ratio of the tube significantly، and more uniform tube wall thickness will be achieved.
    Keywords: Tube Hydroforming, Ultrasonic Vibration, Forming Rate, Wall Thickness
  • Mehdi Mohammadimehr, A. Ghorbanpour Arani, B. Rousta Navi Pages 149-163
    In this paper، magnetic field effect on the free vibration of cylindrical panel made of functionally graded materials resting on pasternak elastic foundation using first order shear deformation theory for simply supported edges is investigated. The governing equations of motion are obtained by using principle of the Hamilton and energy method. These equations are solved by the navier method. The effect of geometrical parameters such as the radius to length ratio، thickness to length ratio، sector angle of cylindrical panel and Pasternak elastic foundation on the natural frequencies are studied. It is observed that the natural frequencies of cylindrical panel made of functionally graded materials with increasing the radius to length ratio، thickness to length ratio، and sector angle of cylindrical panel decreases، while its stability increases by considering the effect of pasternak elastic foundation. Also the natural frequencies of cylindrical panel made of functionally graded materials increases by applied magnetic field and influence of magnetic field on the higher natural frequencies is higher than that of the lower frequencies.
    Keywords: Free vibration, cylindrical panel, functionally graded materials, first order shear theory, magnetic field
  • Mehrdad Hejazi, Sayed Mohammad Moayedian, Maryam Daei Pages 165-176
    Minarets are valuable historical structures from ancient times in Iran. In this paper، the effect of wind on a number of historical brick masonry minarets in Isfahan، built in the eleventh and twelfth centuries A. D.، has been studied. Different wind velocities including the maximum wind velocity of Isfahan and Iran have been used. The non-linear finite element method and the Willam-Warnke failure criterion have been used. In order to investigate the effect of central column and spiral staircase on structural behaviour، analyses have been performed for two cases: 1) the whole minaret (including the outer shell، central column and spiral staircase)، and 2) only the outer shell. Results indicate that under maximum wind speed recorded for Isfahan، minarets do not fail. In higher speeds، the amount damage depends on the diameter of central column، height، thickness and diameter of shell.
    Keywords: Minaret, Brick Masonry Materials, Historical, Iran, Non, Linear Behaviour, wind
  • Naser Shokati, F. Ranjbar Pages 177-192
    In this paper، single-flash geothermal power cycle with Kalina and ORC combined cycles are examined from energy، exergy and exergoeconomic viewpoints. Isobutane، isopentane، n-butane، n-pentane and R123 are used as working fluids in ORC. Exergoeconomic analysis is performed using the SPECO method. The results show that geothermal power cycle-ORC with R123 and n-pentane have the highest value of first law efficiency among considered combined cycles whereas geothermal power cycle-Kalina has the lowest unit cost of power produced by turbines. According to optimization of the combined cycles، the minimum unit cost of power produced for the geothermal power cycle-Kalina is 8. 63% lower than the unit cost of power produced in the maximum first law efficiency. Also the geothermal power cycle-Kalina with different ammonia concentration combined cycle has the lowest cost rate associated with exergy destruction. Finally parametric study is done and the effects of various parameters on exergoeconomic parameters of combined cycles are investigated.
    Keywords: geothermal, Kalina, exergoeconomic, ORC, exergy destruction
  • Makan Talebi Somesaraee, Ehsan Amiri Rad, Mohammad Reza Mahpeykar Pages 193-209
    During the course of expansion of steam in LP steam turbines، the vapor becomes supersaturated، and subsequently nucleates. Then condensation occurs، that causes some damages. Exact prediction of wetness terms، and formed droplets radius has extensive effects on accurate estimation of the flow properties، and damages due to vapor condensation. Nucleation rate is one of the governing equations of liquid phase which finally determines number of generated droplets. Considering exchange of mass and energy between two phases، different models of radius averaging at each cross-section of nozzle have been used. In the present investigation، various nucleation models have been combined with different droplet radius averaging methods in a semi-analytical Eulerian-Lagrangian model. The pressure distribution and droplets radius، in several cases، have been compared with experimental data. According to the results، using Girshik-Chiu’s refinement on Hale’s nucleation model with simultaneous application of Sauter averaging approach، provide the best prediction of the flow properties. In addition، classical nucleation equation with Girshick-Chiu’s refinement and without any refinement in combination with Sauter averaging approach; are standing on the second and third ranks and specially focusing on the pressure distributions.
    Keywords: Compressible Convergent Divergent Nozzle, Nucleation, Droplets Radius Averaging, Condensation Shock, Supercooled Vapor
  • Ahmad Ahmadi, Ali Majd, Mahmood Norouzi Pages 211-219
    Sudden change in discharge brings about significant pressure oscillations in a piping system which is known as waterhammer. Unsteady flow of a non-Newtonian fluid due to instantaneous valve closure is studied. The Cross model is used to model non-Newtonian effects. Firstly، the appropriate governing equations are derived and then، they are solved by a numerical approach. A fourth-order Runge Kutta scheme is used for time integration and a central difference scheme is employed for spatial derivatives discretization. To verify the proposed mathematical model and numerical solution، a comparison with corresponding experimental results are made. The results reveal a remarkable deviation in pressure history and velocity profile with respect to conventional waterhammer models in Newtonian fluids. The significance of the fluid behavior is manifested in drag reduction and line packing effect observed in the pressure history results. A detailed discussion regarding the fluid viscosity and its shear-stress diagrams are also included.
    Keywords: Unsteady flow, Pipe system, Non Newtonian fluid, Cross model, Velocity profile