فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 9 (آذر 1394)
  • سال پانزدهم شماره 9 (آذر 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/07/03
  • تعداد عناوین: 44
|
  • محمد افتخاری، مهدی احمدی نجف آبادی صفحات 1-10
    در سال های اخیر، اندازه گیری تنش پسماند با روش التراسونیک به دلیل ماهیت غیر مخرب، تجهیزات قابل حمل، ارزان و سریع بودن، در حال توسعه می باشد. در این پژوهش، قابلیت روش التراسونیک با استفاده از موج طولی با زاویه شکست بحرانی یا موج Lcr، در اندازه گیری تنش پسماند طولی ناشی از جوشکاری، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور دو ورق از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5000 با روش جوشکاری تیگ به هم متصل شد. اندازه گیری تنش پسماند طولی با روش التراسونیک، توسط ترنسدیوسرهای 5 مگاهرتزی و در عمق نزدیک به سطح و بر مبنای تئوری آکستوالاستیسیته انجام شد. به منظور ایجاد موج Lcr و ارسال آن به درون قطعه، گوه ی التراسونیک بر مبنای قانون اسنل ساخته شد. همچنین از یک میز سه محوره برای کنترل حرکت گوه و ثابت نگه داشتن فشار روی آن استفاده گردید. به منظور محاسبه تنش پسماند و افزایش دقت، ضریب آکستوالاستیک برای هر سه ناحیه جوشکاری فلز جوش، HAZ و فلز پایه به صورت جداگانه با انجام آزمون کشش تک محوره به دست آمد. به منظور اعتبارسنجی نتایج روش التراسونیک، از تنش پسماند طولی اندازه گیری شده به وسیله ی روش پراش پرتو ایکس در 5 نقطه واقع بر سطح قطعه، استفاده گردید. درنهایت، پس از مقایسه نتایج هر دو روش مورد استفاده با هم، تطابق خوبی مشاهده شد که نشان دهنده ی قابلیت خوب روش التراسونیک در اندازه گیری تنش پسماند طولی است.
    کلیدواژگان: تنش پسماند جوشکاری، روش التراسونیک، روش پراش پرتو ایکس، آلیاژ آلومینیوم سری 5000
  • سعید علیقلی زاده، محمد علی حامد، رضا حسن نژاد قدیم صفحات 11-22
    مواد پیزوالکتریک به عنوان حسگر و عملگر در کنترل ارتعاش سازه ها به کار می روند. هندسه و مکان عملگر ها و حسگرهای پیزوالکتریک تاثیر بسیار زیادی بر انرژی مصرفی و عملکرد سیستم کنترلی دارد، بنابراین در این تحقیق با تعریف تابع هزینه مناسب به بهینه سازی طول و مکان عملگر پیزوالکتریک برای کاهش مطلوب ارتعاشات تیر یکسرگیردار با انرژی کنترلی مناسب پرداخته می شود. تابع هزینه، تابع درجه دوم برحسب جابجایی و نیروی کنترلی درنظر گرفته شده است. مدل سازی سیستم بر پایه تئوری تیر اویلر برنولی انجام گرفته و از اصل هامیلتون برای بدست آوردن معادلات حرکت استفاده شده است. در این روش، ولتاژ کنترلی لایه عملگر در معادلات شرایط مرزی سیستم ظاهر می شود که مسئله را تبدیل به مسئله مقدار ویژه با شرایط مرزی متغیر با زمان می کند. با تعریف توابع جابجایی خاص و همگن سازی شرایط مرزی ولتاژ کنترلی عملگر به صورت نیروی تحریک خارجی در معادلات حرکت سیستم ظاهر می گردد. کنترل کننده های بهینه رگلاتور خطی مرتبه دو و خطی مرتبه دو گاوسی در کنترل سیستم ارتعاشی مورد بررسی قرار گرفته اند و برای تخمین متغیر های حالت در روش خطی مرتبه دو گاوسی از تئوری فیلتر کالمن استفاده شده است. در شبیه سازی عددی با بررسی عملکرد وصله های بهینه شده با طول های محدود و نامحدود در مقایسه با عملکرد وصله کامل، نقش موثر تابع هدف و بهینه سازی در کاهش ولتاژ کنترلی اعمالی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل فعال، پیزوالکتریک، بهینه سازی، کنترل بهینه
  • سید علیرضا جلالی چیمه، حسن کریمی مزرعه شاهی، مهیار نادری تبریزی صفحات 23-34
    این پژوهش به بررسی اثرات همزمانی کارکرد دو سامانه تخلیه همزمان مخازن سیال و تنظیم کننده سرعت ظاهری پرواز می پردازد. سامانه ها به منظور ارسال فرامین کامپیوتر پرواز به موتور و تطبیق رژیم کاری موتور با شرایط بیرونی جسم پرنده مورد استفاده دارند و به سامانه های کنترل برون موتوری مشهور می باشند. هرکدام از این سامانه ها به تنهایی نقشی موثر در دستیابی به پارامترهای نهایی مسیر پرواز مانند جرم و سرعت را ایفا می کنند. همزمانی کارکرد این دو سامانه باعث بالا رفتن دقت در برد موشک و توانمندی حمل بار محموله می گردد. اثر این سامانه ها در جرم و برد نهایی در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. بدین جهت با شبیه سازی دینامیکی کارکرد موتور، در طول زمان ماموریت در پیکره شبیه ساز پرواز، امکان ارسال فرامین برای تغییر در رژیم کاری موتور از طریق کارکرد دو سامانه ی کنترلی فراهم شده است. برای یک ماموریت مشخص نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که عملکرد سامانه ی تخلیه همزمان مخازن به تنهایی منجر به افزایش برد و سرعت نهایی انتهای مسیر پرواز شده است و حضور همزمان سامانه ی تنظیم کننده سرعت ظاهری با سامانه تخلیه همزمان، رسیدن به این دو مهم را حتی در حضور اغتشاشات مسیر پروازی محقق می نماید. از دیگر نتایج این پژوهش دستیابی به بار محموله ی بیشتر برای یک ماموریت خاص تحت اثر عملکرد همزمان این دو سامانه می باشد.
    کلیدواژگان: سامانه های کنترل برون موتوری، تنظیم سرعت ظاهری، تخلیه همزمان مخازن، ارتعاشات طولی، پوگو
  • حامد حسن پور، امیر راستی، محمدحسین صادقی صفحات 35-41
    فرزکاری سرعت بالای آلیاژهای تیتانیوم به علت برخورداری از بهره وری بالای فرایند و کیفیت خوب محصول، به صورت گسترده در صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گرفته است. پژوهش حاضر، زبری، بافت و میکروسختی سطح را در فرزکاری سرعت بالای آلیاژ Ti6Al4V به صورت تجربی مورد مطالعه قرار می دهد. آزمایش ها در حضور روان کاری کمینه انجام گردید. ابزار به کار رفته نیز، فرز انگشتی کاربایدی سرتخت به قطر 6 میلیمتر با روکش TiAlN بود. روش فاکتوریل کامل به منظور طراحی آزمایش ها و تحلیل اثرات پارامترهای ماشینکاری شامل سرعت برشی و نرخ پیشروی روی زبری، بافت و میکروسختی سطح به کار گرفته شد. سایر پارامترهای برش یعنی عمق برش محوری و عمق برش شعاعی نیز ثابت بودند. نتایج نشان داد که با استفاده از فرایند فرزکاری سرعت بالا می توان به سطوحی با کیفیت بالا و زبری سطح حدود 2/ 0 میکرومتر دست یافت. تغییرات میکروسختی نیز با سرعت برشی دارای طبیعتی دوگانه بود. به این معنا که در ابتدا، با افزایش سرعت برشی تا 375 متر بر دقیقه، میکروسختی بالا رفته و پس از این سرعت برشی، میکروسختی سطح به صورت چشمگیری کاهش یافت. همچنین با بیشترشدن نرخ پیشروی، میکروسختی سطح افزایش یافته و بیشترین میکروسختی در سرعت برشی 375 متر بر دقیقه و نرخ پیشروی 08/ 0 میلی متر بر دندانه بدست آمد که نشان از افزایش 57% میکروسختی نسبت به سختی اولیه قطعه داشت. تصاویر بافت سطح نیز نشان داد که افزایش سرعت برشی تاثیر مستقیمی بر کاهش ترک ها و پارگی های سطحی دارد.
    کلیدواژگان: فرزکاری سرعت بالا، آلیاژ Ti6Al4V، سلامت سطح، روان کاری با حداقل سیال برشی
  • صفا پیمان، رحمت الله قاجار صفحات 42-50
    در این مقاله، اثر میدان های کمکی و فاصله کانتورهای حجمی از نوک ترک، بر دقت محاسبه ضرایب شدت تنش مواد تابعی با روش انتگرال تعاملی مورد بررسی قرار می-گیرند. ابتدا با تعریف مناسبی از میدان های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، رابطه سازی انتگرال تعاملی بدون هرگونه وابستگی به مشتق گیری از خواص مواد، انجام می شود. برای محاسبه انتگرال تعاملی، میدان های واقعی و کمکی جابجایی، کرنش و تنش استفاده می شوند. میدان های واقعی با روش اجزای محدود ایزوپارامتریک به دست می آیند. از سوی دیگر، میدان های جابجایی و تنش ویلیامز که بر مبنای خواص ماده نوک ترک به دست می آیند، به عنوان میدان های کمکی استفاده می گردند. این میدان های کمکی جز در نزدیکی نوک ترک مناسب نمی باشند. بنابراین از فرمولبندی های نامتعادل و ناسازگاری استفاده می شود، تا بتوان اثر تغییرات مواد را در نظر گرفت. سپس با در نظر گرفتن خواص مواد تابعی به صورت نمایی، جواب های به دست آمده از این فرمول بندی ها با جواب های موجود در مراجع دیگر مقایسه می شوند. در ادامه با در نظر گرفتن کانتورهای مختلف، اثر فاصله کانتور از نوک ترک بر ضرایب شدت تنش مواد تابعی مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود، که پاسخ های به دست آمده از روش ناسازگاری و روش تانسور رفتاری ثابت مناسب تر می باشند. در حالی که، روش نامتعادل برای کانتورهای دور از نوک ترک مناسب نمی باشد و دقت آن کمتر است.
    کلیدواژگان: ضرایب شدت تنش، روش انتگرال تعاملی، میدان های کمکی مواد تابعی، روش اجزای محدود ایزوپارامتریک
  • یونس شکاری، علی طیبی صفحات 51-58
    در تحقیق حاضر روش مرتبه بالای DG-ADER برای حل عددی معادلات حاکم بر مدل دوفازی شار رانشی بکار گرفته میشود. مدل شار رانشی برای تشریح جریانهای دوفازی که برهمکنش قوی دارند مدلی بسیار مناسب است. معادلات حاکم بر این مدل شامل سه معادله دیفرانسیلی است. این معادلات شامل دو معادله پیوستگی برای هر یک از فازها و یک معادله مومنتم برای مخلوط می باشند. در این مدل از یک رابطه جبری نیز برای ارتباط دادن سرعت فازها استفاده می شود. دستگاه معادلات حاکم با استفاده از روش عددی مرتبه بالای DG-ADER که روشی نوین برای دستیابی به دقتهای بالاست حل و نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده توسط سایر محققین مقایسه میشوند. روش DG-ADER یک روش غیرخطی است که در آن بازسازی اطلاعات با استفاده از روش وینو و پیمایش زمانی با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته صورت می گیرد. دو لوله ضربه و یک مساله انبساط خالص توسط این روش حل شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که با استفاده از روش بکار رفته میتوان مسائل جریان دوفازی را با دقت بسیار خوب، حتی بر روی شبکه های درشت حل نمود. نقطه ضعف این روش بروز نوسانات عددی با دامنه بسیار محدود در محل موج های ضربهای است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، مدل شار رانشی، روش DG، ADER، روش وینو، لوله ضربه دوفازی
  • مهدی یزدانی، ناصر خاجی صفحات 59-68
    یکی از مسائل مهم در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه و اثرات آن در تحلیل و طراحی سازه ها یکی از مسائل مهم در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه و اثرات آن در تحلیل و طراحی سازه ها میباشد. بسیاری از مسائلی که دارای ترک هستند، به صورت تحلیلی قابل حل نیستند؛ از اینرو، حل مسائل مکانیک شکست با روش های عددی به یکی از مسائل مهم تبدیل گشته است. مقاله حاضر به توسعه یک روش جدید به نام روش معادلات مجزا در مسائل مکانیک شکست میپردازد؛ که در آن، با استفاده از نظریه مکانیک شکست ارتجاعی خطی، انتگرال J محاسبه گشته است. روش معادلات مجزا یک روش نیمه تحلیلی با ماتریس ضرایب قطری است. در این روش، تنها مرز مسئله با استفاده از توابع شکل مرتبه بالا و توابع نگاشت چبیشفی گسسته سازی میگردد. در این روش، با استفاده از روش باقیمانده های وزندار و روش انتگرالی کلینشا-کورتیز، معادلات دیفرانسیل اویلری به صورت مجزا ایجاد میگردند. در ادامه با تعریف دستگاه مختصات مرجع در نوک ترک و تعریف یک فرم جدید از بردار نیروهای گره ای، مسئله ترک در روش معادلات مجزا پیاده سازی گردیده و انتگرال J محاسبه گردیده است. در نهایت، با حل دو مثال عددی، روش معادلات مجزا مورد صحت سنجی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که روش معادلات مجزا دارای دقت مناسبی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی و عددی میباشد.
    کلیدواژگان: روش معادلات مجزا، مکانیک شکست ارتجاعی خطی، انتگرال J، مسائل دوبعدی
  • فاطمه توکلی دستجرد، محمد مصطفی غفوریان، سعید فراهت صفحات 69-77
    در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت(CCHP)، در کاهش انتشار آلاینده ها پرداخته شده است. مطالعه موردی، یک هتل 80 اتاقی واقع در شهر زاهدان در نظر گرفته شده و در طراحی سیستم تولید همزمان برای این هتل، از موتور گازسوز (با قابلیت عملکرد در بار جزیی) به عنوان محرک اولیه استفاده شده است. در گام اول، فرایند بهینه سازی به منظور دست یابی به ماکزیمم کاهش انتشارآلاینده ها در حالت امکان فروش برق به شبکه انجام شده است. سپس با معرفی تابعی چند معیاره تحت عنوان درصد سود سالیانه نسبی(PRAB) به طراحی سیستم تولید همزمان پرداخته شده و نتایج مربوط به این دو مرحله با هم مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد سیستم های CCHP تاثیر چشمگیری در کاهش انتشار آلاینده های زیست محیطی CO2 CO، و NOx دارند. به طوری که در محدوده ی گسترده ای از ظرفیت های نامی موتورگازسوز، درصد کاهش انتشار هر سه آلاینده مثبت بدست می آید. از طرفی نتایج نشان می دهد که دستیابی به ماکزیمم کاهش انتشار آلاینده های نامبرده نیازمند انتخاب محرک هایی با ظرفیت های 4975E_(nom،max⁡(RNO_x))=، 〖 E〗_(nom،max(RCO))=2875 و 〖 E〗_(nom،max⁡⁡(RCO_2))=1975 کیلووات است. درحالی که با پیاده سازی تابع چند معیاره (PRAB)، ظرفیت〖 E〗_(nom،max⁡(PRAB))=2150kW با بیشترین سود و تاثیر بالایی از کاهش انتشار آلاینده ها بدست می آید. در نهایت با افزایش تعداد محرک اولیه از یکی به دو الی سه محرک، تاثیر تعداد محرک اولیه به عنوان پارامتر طراحی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد، که با افزایش تعداد محرک اولیه سود سالیانه نسبی و کاهش انتشار آلاینده ها به ترتیب کاهش و افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: کاهش انتشار آلاینده، سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت(CCHP)، موتورگازسوز، سیستم تولید جداگانه برق، حرارت و برودت(SCHP)
  • مرتضی احمدی نجف آبادی، مجتبی صدیقی، منوچهر صالحی، حسین حسینی تودشکی صفحات 78-86
    در این پژوهش به بررسی رفتار جدایش بین لایه ای در کامپوزیت های فلز/الیاف تحت بارگذاری مود اول و دوم با استفاده از مدل سازی عددی و تحلیل داده های آکوستیک امیشن پرداخته می شود. نمونه های آزمون با استفاده از لایه کامپوزیت از پیش آغشته (الیاف شیشه/اپوکسی) و آلومینیوم 3T-2024 (آنودایز شده در محلول اسید کرمیک) ساخته شده است. محاسبه چقرمگی شکست بین لایه ای تحت بارگذاری مود یک و دو نیازمند شناسایی لحظه شروع جدایش می باشد که با بکارگیری روش آکوستیک امیشن این لحظه بدست آورده شده است. بررسی شروع و رشد جدایش با استفاده از مدل سازی المان محدود در نرم افزار آباکوس (استفاده از توابع المان چسبنده) انجام شده است. نمودار نیرو-جابجایی، رشد پیشرونده جدایش و جبهه آن از نتایج مدل سازی عددی می باشد که با فعالیت های تجربی مقایسه شده است. آنالیز فرکانسی روی امواج حاصل از شکست صورت گرفته و با دسته بندی آن بررسی روند رشد جدایش صورت گرفته است و محدوده فرکانسی هر یک از مکانیزم های شکست بدست آورده شده است. برای صحه سنجی با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی، مکانیزم های شکست بررسی و شناسایی گردیده است.
    کلیدواژگان: چند لایه های فلز الیاف، آکوستیک امیشن، جدایش بین لایه ای، چقرمگی شکست بین لایه ای
  • حبیب امین فر، محمد نصیری، مرضیه خضرلو صفحات 87-94
    در این مطالعه آنتروپی تولیدی ناشی از جابجایی ترکیبی نانوسیال آب- Al2O3 در یک کانال عمودی با دیواره های سینوسی تحت میدان مغناطیسی ثابت و یکنواخت به صورت عددی بررسی شده است. در این کار تاثیر پارامترهایی نظیر،کسر حجمی نانوذرات، دامنه ی موج سینوسی، عدد بی بعد رینولدز، عدد بی بعد گراشف و عدد بی بعد هارتمن مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه با فرض جریان آرام، پایا و غیرقابل تراکم و خواص ترموفیزیکی ثابت برای نانوسیال انجام گرفته است. برای محاسبه تغییرات چگالی ناشی از نیروی شناوری از تقریب بوزینسک و برای شبیه سازی جریان از روش حجم محدود و مدل مخلوط دو فازی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن نانوذره به سیال پایه، موجب افزایش آنتروپی تولیدی ناشی از انتقال حرارت و آنتروپی جریانی می شود. آنتروپی تولیدی ناشی از انتقال حرارت با افزایش عدد رینولدز، کاهش و با افزایش عدد گراشف، افزایش می یابد، در حالیکه عکس این روند برای آنتروپی تولیدی ناشی از ویسکوزیته مشاهده می شود. بررسی اثرات شدت میدان مغناطیسی اعمال شده نشان داد که با افزایش شدت میدان مغناطیسی، آنتروپی تولیدی ناشی از انتقال حرارت، ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. آنتروپی جریانی نیز با اعمال میدان مغناطیسی کاهش پیدا می کند. همچنین نتایج نشان داد که برای تمامی شدت میدان های مغناطیسی بررسی شده، موج دار کردن کانال، آنتروپی تولید شده را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: نانوسیال، جابجایی ترکیبی، کانال سینوسی، میدان مغناطیسی، تولید آنتروپی
  • کوروش خورشیدی، محمد بلالی، علی اصفر قدیمی صفحات 95-104
    در این مطالعه کنترل فعال ارتعاشات خارج از صفحه ای یک ورق مرکب چندلایه مستطیلی مستقر بر بستر خطی همراه با وصله های پیزوالکتریک روی سطوح بالا و پایین ورق بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد در این تحقیق وصله های پیزو به عنوان سنسور مورد استفاده قرار می گیرند. با ارضای شرایط مرزی الکتریکی مدار باز و معادله ماکسول، تابع پتانسیل الکتریکی در جهت عرضی به دست می آید. با بکارگیری روش انرژی ریلی ریتز فرکانسهای طبیعی ورق و شکل-مودهای ارتعاشی بدست می آیند و سپس روش بسط شکل مودها به کار گرفته می شوند تا پاسخ ارتعاش اجباری سیستم حاصل شود. در این مقاله برای کنترل و کاهش اندازه جابجابی عرضی ورق مرکب لایه ای مستطیلی ناشی از نیروی خارجی عرضی، روش های کنترلی رگلاتور خطی درجه دوم، گاوسی خطی درجه دوم و کنترل کننده فازی مورد استفاده قرار گرفته است. در بخش نتایج عددی تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل ورودی های مختلف از قبیل موقعیت نیروی اعمالی با کنترل کننده و بدون کنترل کننده روی پاسخ سیستم مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. به منظور بررسی دقت روش به کار رفته نتایج عددی با نتایج دقیق موجود در مراجع مقایسه می گردد.
    کلیدواژگان: کنترل ارتعاشات اجباری، بستر خطی، LQR، LQG، کنترل کننده فازی
  • مهدی عسکری شاهی، شهرام هادیان جزی، نیما جمشیدی، نیلوفر فرشته نژاد صفحات 105-115
    علم کنترل حرکت یکی از شاخه های جذاب تحقیقاتی است که در آن محققین به دنبال بررسی ساز و کار سیستم اعصاب مرکزی در زمینه طراحی حرکات هستند. شناخت سیستم اعصاب مرکزی در طراحی حرکت، می تواند کمک شایانی به علم توان بخشی و شناخت اختلالات حرکتی ایفا کند. محققین برای این منظور مدل های مختلفی ارائه داده اند که این مدل ها به دو دسته مدل های مبتنی بر بهینه سازی و مدل های مبتنی بر داده تقسیم می شوند و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در سال های اخیر و به منظور برطرف کردن معایب مدل های قبلی، مدلی سلسله مراتبی و مدولار برای طراحی مسیر حرکات انسان ارائه شده است. این مدل توانایی خود را در طرح ریزی حرکت در قبال شرایط محیطی مختلف نشان داده است. در مقاله حاضر، توانایی این مدل در طراحی حرکت برخاستن از صندلی، به عنوان یک حرکت پیچیده و روزمره، مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات انجام شده نشان می دهد مدل مذکور توانایی مناسبی در طراحی مسیر در حضور شرایط محیطی ترکیبی ندارد. به همین منظور در مقاله حاضر اصلاحاتی به منظور ارتقا مدل پیشنهاد شده است. برای ارزیابی مدل، ابتدا در آزمایشگاه اسکلتی و عضلانی، حرکت برخاستن از صندلی تحت شرایط محیطی مورد نظر ثبت و سپس حرکات ثبت شده با نتایج حاصل از طراحی مسیر انجام شده توسط مدل اصلاح شده مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد عملکرد مدل در قبال شرایط محیطی ترکیبی مناسب است. دقت محاسباتی بالای مدل و وجود شواهد رفتاری و نوروفیزیولوژیکی فراوان، می تواند تایید کننده این فرضیه باشد که سیستم اعصاب مرکزی نیز از یک ساختار مدولار و سلسله مراتبی در طراحی حرکات بهره می برد.
    کلیدواژگان: طراحی حرکت، ساختار سلسله مراتبی و مدولار، حرکت برخاستن از صندلی، شرایط محیطی
  • علی خوانچه گردان، احد امیری، قادر رضازاده صفحات 116-124
    در این مقاله اثر نفوذ جرم بر روی ضریب میرایی در میکرو تیرهای تشدید کننده بر اساس تئوری کوپل تنش و فرضیات تیر اویلر- برنولی تحقیق شده است. تئوری کوپل تنش یک تئوری الاستیسیته غیر کلاسیک میباشد که میتواند اثرات اندازه را در ریز ساختارها بررسی کند. معادله حاکم بر خیز تیر با استفاده از اصل همیلتون بدست آمد و نیز معادله حاکم بر میرایی دمایی نفوذی ارتجاعی توسط معادله انتقال حرارت غیر فوریه دو بعدی و معادله نفوذ جرم غیرفیک تحقیق شده است. ارتعاشات آزاد میکرو تیرهای تشدید کننده با استفاده از مدل کاهش مرتبه گالرکین برای مد اول ارتعاشی تحلیل شده است. یک میکرو تیر دو سر گیردار با فرض شرایط مرزی همدمایی در هر دو انتها مطالعه شده است. علاوه بر این اثر نفوذ جرم بر روی ضریب میرایی برای مقادیر مختلف ضخامت میکرو تیر، دمای محیط و پارامتر طول مشخصه مطالعه شد. نتایج بدست امده مشخص کردند که در ناحیه قابل قبول بر اساس تئوری تیر اویلر برنولی و قبل از ضخامت بحرانی نتایج مربوط به مدل میرایی نفوذ جرم و مدل میرایی دمایی ارتجائی اختلافی ندارند و همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش پارامتر طول مشخصه ضریب میرایی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سیستم های میکرو، الکترو، مکانیکی، نفوذ جرم، انتقال حرارت غیرفوریه، انتقال جرم غیر فیک، تئوری کوپل تنش اصلاح شده
  • محمود مهرداد شکریه، آفشین زین الدینی، سید محمد قریشی صفحات 125-133
    هدف تحقیق حاضر، مطالعه میزان اثربخشی وجود نانولوله های کربنی چندجداره با طول بلند، بر خواص مکانیکی رزین اپوکسی و کامپوزیت های لایه ای تقویت شده با الیاف تک جهته شیشهاست. بنابراین، خواص مکانیکی پلیمر (اپوکسی خالص)، نانوکامپوزیت حاوی 5/ 0درصد وزنی نانولوله های کربنی چند جداره، کامپوزیت های لایه ای شیشه/اپوکسی و نانوکامپوزیت های لایه ای شیشه/اپوکسی حاوی5/ 0 درصد وزنی نانولوله های کربنی با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی مختلف استخراج می گردد. مدول و استحکام کششی، خمشی و برشی پلیمر اپوکسی و نانوکامپوزیت های تقویت شده با 5/ 0 درصد وزنی نانولوله های کربنی چند جداره از آزمایش مشخصه سازی می شود. سپس، برای کامپوزیت های لایه ای الیاف شیشه و نانوکامپوزیت های لایه ای الیاف شیشه تقویت شده با 5/ 0 درصد وزنی نانولوله های کربنی چند جداره، مقادیر سفتی و استحکام کششی طولی و عرضی، و همچنین سفتی و استحکام خمشی و برشی داخل صفحه ای مقایسه می شوند. نتایج آزمایش های مربوط به نمونه های کششی نانوکامپوزیت های لایه ای نشان می دهند که حضور نانولوله های کربنی چند جداره با طول بلند باعث افزایش چسبندگی و برهم کنش الیاف لایه های مجاور شده و سبب می شود که مکانیزم های تخریبی همچون شکست الیاف در آزمایش کشش طولی و یا جدایش لایه ای در آزمایش برش داخل صفحه ای به طور قابل ملاحظه ای به تاخیر افتد. می توان بیان داشت که بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های لایه ای نسبت به رزین با افزودن نانولوله های کربنی نمود بیشتری دارد. برای نمونه مقدار استحکام کششی در راستای طولی و استحکام برشی نانوکامپوزیت های لایه ای به ترتیب 34% و 26% نسبت به کامپوزیت لایه ای رشد می کنند.
    کلیدواژگان: اپوکسی، الیاف شیشه، خواص مکانیکی، کامپوزیت لایه ای، نانولوله کربنی چند جداره
  • امیررضا اسمعیلی، میلاد کشاورز، افسانه مجری صفحات 134-140
    سرطان بافت نرم معادل با تغییر خواص مکانیکی بافت می باشد. در سال های اخیر همواره علم پزشکی به دنبال معرفی روش های نوین در راستای تشخیص زودهنگام سرطان-های بافت نرم بوده است. وجه تمایز این روش ها از روش های متداول معاینه بافت، کاهش میزان آسیب و تهاجم وارد به بافت همزمان با افزایش دقت تشخیص می باشد. این مقاله قصد دارد با استفاده از داده های حاصل از آزمایش های بالینی روی بافت سینه به تحلیل و مدلسازی رفتار مکانیکی قسمتی از بافت نرم سینه توسط مدل هایپرالاستیک مونی ریولین بپردازد. به این منظور از یک دستگاه اعمال کرنش مکانیکی برمبنای روش نوین و غیرتهاجمی حس لامسه ی مصنوعی استفاده شده است. این دستگاه برروی 8 بیمار با گستره ی سنی بین 20 تا 50 سال درکلینیک فوق تخصص بیماری های سینه زنان جهاددانشگاهی و بادرنظرگرفتن پروتکل های بالینی، مورد تست و ارزیابی بالینی قرارگرفته است. خروجی دستگاه شامل مقادیر تنش برحسب کرنش می باشد. از آنجاییکه خواص مکانیکی بافت سینه در ناحیه های مختلف بسیار متفاوت است، چند ناحیه مشخص روی بافت در بیماران مختلف انتخاب شده و در مجموع 40 ناحیه مورد آزمایش توسط دستگاه قرار گرفته است. به منظور رسیدن به یک مدل قابل اطمینان، پایدار و بهینه، از الگوریتم ژنتیک برای بهینه کردن ضرایب مدل هایپرالاستیک مونی ریولین استفاده می کنیم. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این مدل می توان رفتار مکانیکی ناحیه های مختلف از بافت نرم سینه را با دقت بالایی مورد بررسی و پیش بینی قرار داد. مدل به دست آمده قابلیت تشخیص وجود بیماری و پیگیری روند تغییرات آن را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: بافت نرم، حس لامسه ی مصنوعی، هایپرالاستیک، الگوریتم ژنتیک، تومور
  • علیرضا نیکروان، فرهاد کلاهان صفحات 141-152
    استفاده از آلیاژ TI-6AL-4V، بدلیل ویژگی هایی از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت به خزش عالی در صنایع گوناگون رو به افزایش است. با این حال قابلیت ماشینکاری ضعیف آلیاژهای تیتانیم موجب شده برای شکل دهی آنها از روش های ماشین کاری مخصوص استفاده شود. در این تحقیق فرآیند برش سیمی با تخلیه الکتریکی آلیاژ Ti-6Al-4V مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، نوع و میزان تاثیر 8 پارامتر تنظیمی بر دو مشخصه نرخ برش و زبری سطح ارزیابی شده و مقادیر بهینه آنها تعیین گردیده است. یکی از وجوه تمایز این پژوهش، در نظر گرفتن ارتفاع برش به عنوان یکی از مولفه های تاثیرگذار بر خروجی های فرآیند است. بنابراین، برای سه ارتفاع برش مختلف (هر یک دو تکرار)، طرح آزمایش L18 تاگوچی برای گردآوری داده های تجربی بکار گرفته شد. سپس با استفاه از 108 مجموعه داده آزمایشگاهی به منظور تعیین سطوح بهینه پارامترها و میزان تاثیر آنها بر دو مشخصه خروجی، تحلیل های آماری شامل سیگنال به نویز و آنالیز واریانس انجام گردید. اعتبار مقادیر بهینه پارامترها مربوط به بیشترین نرخ برش و کمترین زبری سطح با انجام تست های عملی تایید گردید. نتایج مبین آنست که ارتفاع برش در میزان تاثیر پارامترها و سطوح بهینه آنها موثر است. نهایتا، بهینه سازی دو هدفه به منظور تعیین مقادیر بهینه پارامترها بر اساس اهمیت نسبی خروجی های فرآیند در قالب جدول تکنولوژی برای سه ارتفاع برش 30، 60 و 90 میلیمتر ارائه گردید. سهم خطای ناشی عوامل کنترل نشده در تحلیل ها کمتر از 10% است که این نشان دهنده دقت مناسب رویکرد پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: نرخ برش، زبری سطح، سیگنال به نویز، آنالیز واریانس، بهینه سازی
  • ایرج لیرابی، حسین امیرآبادی صفحات 153-160
    روش لایه نشانی دومرحله ای زیرشاخه ای از شیوه های ساخت سریع می باشد که در آن لایه ای از فلز مذاب بر روی زیرلایه نشانده شده و با انباشته شدن لایه ها بر روی هم هندسه ی قطعه کامل می شود. نرخ رسوب بالا، ارزان بودن و دامنه ی کاربرد وسیع از خصوصیات این روش می باشد. جوشکاری و فرزکاری کف تراشی دو گام پیاده سازی روش لایه نشانی دومرحله ای می باشند. در مرحله ی جوشکاری، فلز توسط خطوط جوش بر روی سطح نشانده می شود و در مرحله ی فرزکاری، لایه ی ساخته شده برای دستیابی به سطحی تخت و یکپارچه رویه برداری می شود. در این مقاله بهینه سازی فرآیند لایه نشانی دومرحله ای برای دستیابی به دو هدف متناقض و ناهمساز مورد توجه قرار گرفته است. این دو هدف متناقض عبارت از کاهش حجم ماشینکاری و افزایش مساحت مهره ی جوش می باشند. بدین منظور، نخست مدل سازی هندسی مهره ی جوش با توجه به اثر هم پوشانی خطوط جوش متوالی صورت پذیرفته است. سپس شرایط دستیابی به لایه ی شبه-تخت در مرحله ی جوشکاری بررسی شده و مدل مهره جوش برای کاهش حجم براده برداری تعمیم یافته است. سپس بهینه سازی مدل توسط الگوریتم ژنتیک با اعمال قیدهای فرآیندی و حرارتی صورت پذیرفته و نتایج بدست آمده با نتایج تجربی مقایسه گردیده است. در این مقاله با تعریف قید حرارتی، معیاری جدید برای یافتن پاسخ بهینه ی مدل دوهدفه ارائه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد برای سیم جوش ER70S6 با قطر 8/ 0میلیمتر، پارامترهای بهینه عبارت از سرعت تغذیه ی m/min 8/6 و سرعت پیشروی m/min 0/6 می باشند که بدون نقض قید حرارتی، نرخ رسوب mm3/min 4224 را ممکن می سازند.
    کلیدواژگان: لایه نشانی دومرحله ای، مدل سازی مهره جوش، ماشینکاری، بهینه سازی فرآیند، قید حرارتی
  • محمد هادی صداقت، محمد محسن شاه مردان، محمود نوروزی، محسن نظری صفحات 161-169
    در این تحقیق به بررسی عددی اثرات ضخامت مایع مخاطی درون نای انسان بر متوسط سرعت تخلیه موکوس پرداخته شده است. در این پژوهش از روش عددی مرزغوطه ور- شبکه بولتزمن جهت حل معادلات حاکم بر جریان استفاده شده است. کلیه نیروهای وارد بر سیال مانند نیرو های وارده از طرف مژه ها به سیال و نیروهای وارده از طرف مرز دو سیال به هم به کمک روش مرز غوطه ور به معادلات حاکم اضافه و حل شده اند. همچنین موکوس به عنوان یک سیال ویسکوالاستیک در نظر گرفته شده و از مدل اولدروید-بی جهت مدلسازی آن استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد، بیشترین سرعت تخلیه موکوس زمانی اتفاق می افتد که ضخامت ناحیه PCL به اندازه حالت طبیعی آن یعنی mμ 6 باشد اما افزایش و یا کاهش ضخامت لایه PCL از مقدار طبیعی آن و همچنین افزایش ضخامت لایه موکوس باعث کاهش سرعت تخلیه موکوس می گردد. نتایج همچنین نشان می دهند که کاهش نسبت ویسکوزیته موکوس یکی از عواملی است که نقش مهمی در افزایش سرعت تخلیه موکوس را ایفا می کند و کاهش سرعت تخلیه موکوس به علت افزایش ضخامت ناحیه های PCL و موکوس را تا حد زیادی می توان با کاهش نسبت ویسکوزیته موکوس، جبران نمود.
    کلیدواژگان: روش مرز غوطه ور، شبکه بولتزمن، سرعت تخلیه موکوس، ضخامت مایع مخاطی، موکوس، مدل اولدروید، بی
  • سیدعلی موسوی، محمدرضا الهامی صفحات 170-178
    ملخ های گام متغیر به دلیل استفاده در بالگردهای پیشرفته، جهت حصول به راندمان بیشتر، پایداری بهتر و دستیابی به ارتفاعات بالاتر مورد استفاده قرار می گیرد به همین دلیل در این مقاله به بررسی رفتار این نوع ملخ ها با جابه جایی غیرخطی کوپل شده سه درجه آزادی پرداخته شده است. بر این اساس رفتار ملخ گام متغیر بر حسب تغییرات مرکز الاستیک، طول، جرم، سرعت، شعاع ژیراسیون قطبی، سختی های موجود در سه درجه آزادی و گام بررسی شده است. در مقاله حاضر جهت استخراج فرکانس های طبیعی از روش گالرکین استفاده شده و نتایج به دست آمده با نتایج گزارش شده توسط محققان دیگر مورد ارزیابی قرار گرفته است. ضمن اینکه نتایج به خوبی گواه بر همگرایی و دقت روش به کار رفته دارد مشخص شد که، پارامترهای جرم، طول و سرعت دورانی ملخ بر روی فرکانس های طبیعی تمامی مودهای ارتعاشی پره ملخ تاثیر دارند ولی سایر پارامترها به جز زاویه تغییر گام بر روی فرکانس های مودهای زوج یا فرد تاثیرگذار می باشند. همچنین در بررسی های انجام شده بر روی زاویه تغییر گام مشخص شد که این پارامتر در حالت استاتیکی بر روی فرکانس های طبیعی هیچ گونه تاثیری ندارد ولی در حالت دوران ملخ، بر روی فرکانس های طبیعی مودهای ارتعاشی به صورت سینوسی یا کسینوسی تاثیر گذار می باشد.
    کلیدواژگان: بالگرد، ملخ، گام متغیر، گالرکین، ارتعاشات کوپل
  • مجید الیاسی، فرزاد احمدی خطیر، مرتضی حسین زاده صفحات 179-186
    در این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن L 316 به ضخامت 1/ 0 میلی متر، به کمک فرآیند شکل دهی لاستیکی مطالعه شده است. برای ساخت کانال های صفحات دوقطبی از دو نوع قالب با سبک تغییر شکل محدب و مقعر استفاده گردید. در این تحقیق با انجام مراحل تجربی، تاثیر الگوهای شکل دهی محدب و مقعر بر نیروی شکل دهی و مقدار پرشدگی شیار های بوجود آمده بررسی شد و شرایط استفاده مناسب برای هر دو سبک تغییر شکل بدست آمد. جهت انجام مراحل تجربی، به منظور مقایسه صحیح، هر دو الگوی قالب با ابعاد و اندازه های کاملا یکسان ساخته شد و از یک پد لاستیکی با سختی Shore A 85 به ضخامت 25 میلی متر جهت شکل دهی صفحات استفاده گردید. به منظور شکل دهی صفحات دوقطبی از یک پرس هیدرولیکی با حداکثر ظرفیت 200 تن استفاده شد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در یک نیروی یکسان، قالب محدب میزان عمق پرشدگی بیشتری نسبت به قالب مقعر از خود نشان می دهد. با افزایش نیروی شکل دهی تا یک مقدار ماکزیمم، میزان عمق پرشدگی در قالب مقعر ثابت مانده و افزایش بیشتر نیرو موجب تخریب لاستیک خواهد شد.
    کلیدواژگان: شکل دهی لاستیکی، الگوی قالب محدب و مقعر، صفحه دوقطبی فلزی، پیل سوختی
  • داود شاهقلیان قهفرخی، محمود سلیمی، محمود فرزین صفحات 187-198
    زمانی که دو جسم روی سطح مشترکی لغزش می کنند، زبری های آن ها با یکدیگر درگیر شده و اصطکاک را بوجود می آورند. با اعمال ارتعاشات آلتراسونیک به یکی از این دو جسم درگیر، نیروی اصطکاک لغزشی بین دو جسم کاهش می یابد. این خاصیت در فرآیندهای شکل دهی و ماشین کاری کاربرد بسیار زیادی دارد. در این تحقیق به بررسی تجربی اثر ارتعاشات آلتراسونیک در جهت طولی برروی نیروی اصطکاک پرداخته شده است. برای این منظور سیستم آزمونی طراحی و ساخته شد. اجزای اصلی این سیستم آزمون شامل ژنراتور، ترانسدیوسر، متمرکزکننده، جسم درگیر اول و جسم درگیر دوم می باشد. برای بررسی اثر اعمال ارتعاشات آلتراسونیک در جهت طولی برروی نیروی اصطکاک، سیستم آزمون برروی دستگاه ماشین تراش نصب گردید و آزمایش ها برای 8 نوع شرایط مختلف عملکردی انجام گرفت. در ادامه اثر هریک از پارامترهای سرعت امواج آلتراسونیک، زبری و جنس سطوح در حال تماس بر میزان کاهش نیروی اصطکاک در اثر اضافه شدن ارتعاشات آلتراسونیک بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که گستره کاهش نیروی اصطکاک در اثر اضافه شدن ارتعاشات آلتراسونیک در جهت طولی برای شرایط عملکردی مختلف بین 40 تا 100 درصد می باشد همچنین با افزایش سرعت امواج آلتراسونیک نیروی اصطکاک بطور چشمگیری کاهش می یابد بطوری که با افزایش قابل توجه سرعت می توان نیروی اصطکاک بین دو جسم را به صفر رسانید. نتایج همچنین نشان می دهد که نیروی اصطکاک در سطحی که زبری کمتری دارا می باشد، کاهش بیشتری دارد و سطوح آلومینیوم-آلومینیوم، قابلیت کاهش نیروی اصطکاک بیشتری نسبت به سطوح آلومینیوم – فولاد دارند.
    کلیدواژگان: بررسی تجربی، ارتعاشات آلتراسونیک، نیروی اصطکاک لغزشی، سیستم آزمون، جهت طولی
  • محمد علی توفیق، محمد محجوب، موسی آیتی صفحات 199-208
    در این مقاله یک عمودپرواز شش-ملخه با پیکربندی جدید، مدلسازی شده و به منظور تعقیب مسیر مطلوب، از روش فیدبک خطی ساز با دو رویکرد، استفاده گردیده است. امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار مکانیکی ساده و قابلیت مانوردهی بالا، یکی از پراستفاده ترین پرنده های بدون سرنشین هستند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار پایین، در برخی کاربردها با محدودیت مواجه می باشند. در مدل پیشنهادی که دارای نوآوری بوده، دو ملخ هم محور با دور ثابت و با جهت چرخش مخالف به مرکز کوادروتور اضافه گردیده تا علاوه بر افزایش ظرفیت حمل بار، باعث افزایش پایداری آن در برابر بادهای عرضی شده و در عین حال دینامیک و نحوه هدایت آن بدون تغییر بماند. مدلسازی دینامیکی پرنده به روش نیوتن- اویلر انجام شده و معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و ناپایدار می باشند. برای کنترل عمودپرواز، روش فیدبک خطی-ساز به دو صورت ارائه گردیده است. در رویکرد اول، از فیدبک خطی ساز به صورت متداول استفاده شده که کنترل کننده ای با حجم محاسبات بالا و شامل مشتق مرتبه سوم خروجی حاصل می گردد که به نویز حسگرها بسیار حساس می باشد. در رویکرد دوم، با تفکیک دینامیک پرنده به دو زیرسیستم انتقالی و دورانی، کنترل کننده سلسله مراتبی به روش فیدبک خطی ساز طراحی می گردد که به مراتب ساده تر و پیاده سازی آن نیز آسان تر می باشد. همچنین، برای جبران دینامیک عملگرها از الگوریتم فیدبک خطی ساز دو مرحله ای استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده با رویکرد دوم، عملکرد بهتری در ردیابی مسیر مطلوب و کاهش اثر اغتشاش دارد.
    کلیدواژگان: عمودپرواز شش، ملخه، پرنده بدون سرنشین، کوادروتور بهبودیافته، فیدبک خطی ساز
  • شعیب خانمحمدی، کاظم آتشکاری، رامین کوهی کمالی صفحات 209-222
    استفاده از زیست توده به سبب کاهش اثرات گازهای گلخانه ای و تاثیرات مخرب زیست محیطی در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. دستیابی به سیستمی که بتواند بهترین عملکرد برای بکارگیری این نوع سوخت با ارزش حرارتی پایین را داشته باشد یکی از موضوعات مورد توجه محققان می باشد. در این مقاله تمرکز بر روی مدل کردن دقیق فرایند گازسازی از زیست توده و طراحی بهینه سیستم تولید سه گانه سرمایش، گرمایش و توان الکتریکی برای بهره گرفتن از این انرژی پاک می-باشد. در فرایند مدلسازی تولید گاز از زیست توده از یک مدل واقعی نسبت به کارهای پیشین استفاده شده است که شامل شبیه سازی محتوای قیر در محصولات گازسازی می باشد. تحلیل دقیق پارامتری سیستم تولید سه گانه برای پی بردن به رفتار توابع هدف با تغییر پارامترها و دستیابی به بهینه ترین پارامترهای عملکردی سیستم نیز انجام شده است. نتایج نشان می دهد که توابع هدف در بازه مورد بررسی در تقابل با هم هستند که بر بهینه سازی چند هدفه سیستم تاکید دارد. با رسم منحنی پارتو برای توابع هدف یک رابطه مناسب برای تعیین رفتار این توابع نیز بدست آمده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی چند هدفه، تولید سه گانه، چیلر جذبی دو اثره، گاز سازی زیست توده، مدل بهبود یافته تعادلی
  • شهریار زارع، علیرضا توکل پور صالح صفحات 223-234
    این مقاله به تحلیل دینامیک غیر خطی موتور هوای گرم پیستون آزاد خورشیدی اختصاص دارد. ابتدا معادلات دینامیکی و ترمودینامیکی موتور هوای گرم پیستون آزاد استخراج شده و سپس با ترکیب روابط، معادلات غیر خطی حاکم بر موتور هوای گرم پیستون آزادحاصل شده است. باحل عددی معادلات غیرخطی و با استفاده از شبیه سازی سیستم درصفحه فاز به بررسی حرکت و سرعت پیستونها درحالت پایدار پرداخته شده است. در ادامه تغییرات دما درمحفظه ی گرم و سرد و اثرآن بر دامنه حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه ی حجم و فشار وکار تولیدی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. باتوجه به اینکه ضریب میرایی بین پیستون کار و محفظه دراثر تغییرات دما و شرایط محیطی در حال تغییر است، به مطالعه تاثیر آن بر دامنه حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه حجم و فشار و کار تولیدی موتور پرداخته شده است. نتیجه بدست آمده بیانگر این است که توان تولید شده در اثر افزایش ضریب میرایی دارای مقداری بهینه میباشد. با استفاده از تغییر در هریک از اجزای سازنده ی موتور از قبیل جرم پیستون های کار و جابه جاگر و سختی فنر آنها به بررسی تاثیر تغییرات آنها بر دامنه ی حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه ی حجم و فشار و کار تولیدی موتور پرداخته شده است. بازه تغییرات انجام شده در پارامترهای موتور هوای گرم پیستون آزاد طوری انتخاب گردیده اند که حرکت پیستونها در سیکل حدی قرار گیرند. در آخر میزان حساسیت توان تولید شده در اثر تغییر هریک از پارامترهای ذکر شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: موتور هوای گرم پیستون آزاد، معادلات دینامیک غیر خطی، صفحه ی فازی، توان
  • حبیب احمدی، مهدی بامداد، سید محمد مهدی بحری صفحات 235-246
    در این مقاله دینامیک و کنترل یک ربات ساختار پیوسته با مکانیزم تاندونی مورد بررسی قرارگرفته است. ربات ساختار پیوسته مورد بررسی انحناء- ثابت فرض شده و از اثرات پیچش و تغییر طول در راستای محوری صرف نظر شده است. کابل های موجود با تیر اویلر برنولی تقریب زده شده و با استفاده از معادلات لاگرانژ فرم بسته معادلات دینامیکی ربات محاسبه شده است. در این مقاله کنترل ربات در دو بخش انجام شده که در مرحله اول مدل دینامیکی معین فرض شده و با استفاده از فیدبک خطی ساز به کنترل موقعیت و سرعت پرداخته شده است؛ اما نامعینی های موجود در مدل دینامیکی، همواره کنترل ربات های پیوسته را با چالش مواجه می کنند. در این وضعیت می توان با دانستن تقریبی از پارامترها و انتخاب مقدار مشخصی برای آن به کنترل ربات پرداخت اما در این روش خطا صفر نخواهد شد و در محدوده مشخصی باقی خواهد ماند. لذا در بخش دوم طراحی کنترلر، از روش کنترل تطبیقی برای حل مشکل فوق استفاده شده است. در مسئله مورد مطالعه جرم ستون فقرات اصلی و ستون فقرات ثانویه به عنوان نامعینی در سیستم فرض شده است. لذا برای تخمین این نامعینی، یک قانون تطبیق ارائه شده است که ضمن تخمین مناسب پارامترهای فوق، خطا در ردیابی موقعیت و سرعت را صفر می کند. نتایج شبیه سازی عملکرد مناسب در ردیابی سرعت و موقعیت را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات ساختار پیوسته، انحنا ثابت، کنترلر تطبیقی، اویلر برنولی، فیدبک خطی ساز
  • محمدعلی توفیق، محمد محجوب، سید موسی آیتی صفحات 247-24
    در این مقاله یک عمودپرواز بدون سرنشین با پیکربندی جدید بطور کامل مدلسازی و دو سیستم کنترل غیرخطی با هدف تعقیب مسیر، برای آن طراحی و مقایسه شده است. امروزه کوادروتورها به دلیل ساختار مکانیکی ساده و قابلیت مانوردهی بالا، یکی از پراستفاده ترین پرنده های بدون سرنشین هستند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار پایین، در برخی کاربردهای عملیاتی با محدودیت مواجه می باشند. در مدل پیشنهادی که دارای نوآوری بوده با اضافه شدن یک ملخ به مرکز کوادروتور، ظرفیت حمل بار آن بهبود یافته است. مدلسازی دینامیکی پرنده به روش نیوتن- اویلر انجام شده و معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و به شدت ناپایدار می باشند، لذا برای حرکت پرنده بطور دلخواه، بایستی سیستم کنترلی مناسب طراحی گردد. دو نوع کنترل کننده برای پرنده ارائه شده است، یکی به روش خطی سازی پسخوراند ورودی- خروجی که شامل مشتق گیری مرتبه بالای خروجی بوده و نسبت به دینامیک های مدل نشده و نویز حسگرها حساس می باشد و دیگری به روش بک استپینگ و با استفاده از رویکرد کنترل آبشاری که برای ویژگی زیرتحریک بودن پرنده مناسب بوده و دارای حجم محاسبات پایینی می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده به روش بک استپینگ عملکرد مطلوبی در پایدارسازی پرنده و تعقیب مسیر مرجع داشته و در برابر دینامیک های مدل نشده و اغتشاش مقاوم می باشد.
    کلیدواژگان: عمودپرواز پنج ملخه، کوادروتور بهبودیافته، کنترل بک استپینگ، خطی سازی پسخوراند ورودی خروجی
  • یوسف حجت، محمدرضا شیخ الاسلامی بورقانی، مجتبی قدسی، حسام صادقیان صفحات 255-260
    در ترانسدیوسر دگررسان مغناطیسی، مدول یانگ هسته فرومغناطیس در مواجهه با تغییر سطح مغناطیسی آن، تغییر می کند. این تغییر برای هسته ترفنل-دی بیشترین مقدار را دارد. تغییر مدول یانگ، سبب تغییر فرکانس رزونانس و شکل مد ترانسدیوسر می شود. این مقاله به مطالعه این اثر در ترانسدیوسر با هسته ترفنل-دی پرداخته است. بدین منظور ترانسدیوسر دگررسان مغناطیسی با ماده ترفنل-دی طراحی و ساخته شده است. نقاط گره طراحی ترانسدیوسر، محل اعمال مکانیزمهای پیش تنش در نظر گرفته شده است. اثر تغییر مدول یانگ بر فرکانس رزونانس و شکل مد در محدوده کاری ترانسدیوسر به صورت تحلیلی و نیز با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس بررسی شده است. محدوده تغییر فرکانس رزونانس برای مد اول حدود1000 هرتز و برای مد دوم حدود 100 هرتز به دست آمد. شکل مد اثر بسیار محدودی از تغییر مدول یانگ می پذیرد. در میدان مغناطیسی بایاس 40 کیلو آمپر بر متر، نتایج تحلیلی و المان محدود در مورد فرکانس رزونانس، با نتایج تجربی راستی آزمایی شده است. فرکانس رزونانس در این میدان بایاس برای مد اول 3100 هرتز و برای مد دوم 8252 هرتز بوده که نزدیکی قابل قبولی به مقادیر ناشی از حل تحلیلی و المان محدود دارد. نتایج نشان می دهد که طراحی در مد دوم، از نظرکاهش اختلال تغییر مدول یانگ در رفتار ارتعاشی ترانسدیوسر مزیت دارد.
    کلیدواژگان: دگررسان مغناطیسی، اثر تغییر مدول یانگ، فرکانس رزونانس، شکل مد
  • محمدرضا حائری یزدی، محمدرضا سبع پور، برهان بیک زاده صفحات 261-270
    کنترل رباتهای دوپا بر اساس ایده حرکتهای پریودیک پایدارمجانبی، امروزه مورد توجه بسیاری از محققان است. در این میان، روش شکل دهی انرژی پتانسیل که تاکنون روی مدلهای صفحه ای ارائه و ارزیابی شده است، بخاطر ایجاد حرکات طبیعی با انرژی کم نزدیک به حالت بهینه از اهمیت فراوانی برخوردار است. در تحقیق حاضر، روش مذکور برای حالت کلی سه بعدی بویژه در حضور قیود غیرهولونومیک توسعه و بررسی شده است. در ابتدا، مدل دوپای مورد مطالعه یک مدل پرگاری سه بعدی با عرض غیرصفر و کف پای منحنی است که حرکت غیرفعال پایدار آن بصورت تئوری در تحقیقات قبلی ثابت شده است. در این روش حرکت پریودیک غیرفعال که صرفا روی سرازیری با شیب خاص وجود دارد، به شیبهای دلخواه دیگر از جمله سطح صاف تعمیم داده می شود. این مهم باتوجه به اینکه انرژی جنبشی و نگاشت برخورد نسبت به عمل تغییر شیب به ترتیب ناوردا و هم وردا هستند و با استفاده از شکل دهی انرژی پتانسیل مشابه راه رونده غیرفعال بدست می آید. به عبارت دیگر با ایجاد یک تقارن کنترل شده در لاگرانژین سیستم، یک بردار گرانش مجازی مشابه بردار گرانش راه رونده غیرفعال نسبت به سطح، به ربات اعمال می شود. در انتها، با توجه به چالش های پیاده سازی عملی مدل کف پا منحنی، یک ربات پرگاری سه بعدی با کف پای تخت و فنر در مفصل قوزک پا بطور معادل پیشنهاد شده و روش کنترل مذکور دوباره بکار گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ها، کارایی روش ارائه شده را برای هر دو مدل به خوبی نشان می دهند.
    کلیدواژگان: ربات دوپا، راه رفتن، کنترل، پایداری مجانبی، شکل دهی انرژی
  • غلامحسن پایگانه، اسماعیل قاسمی، مهدی رحمانی، اعظم کاظم نژاد صفحات 271-279
    در این تحقیق با استفاده از روش طراحی آزمایش، اثر هیبریدی نانوصفحات گرافن و نانو رس و سازگارکننده پلی پروپیلن پیوندی با انیدرید مالئیک (PP-g-MA) بر استحکام ضربه ای نانوکامپوزیت های بر پایه پلی پروپیلن بررسی گردید. طراحی آزمایش و تحلیل داده های آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار Minitab 16 و روش طراحی رویه پاسخ انجام شد. ساخت نانوکامپوزیت ها، بر اساس روش اختلاط مذاب انجام گرفت. مدل های آماری ارائه شده توسط روش رویه پاسخ تطابق خوبی با یافته های آزمایشگاهی داشتند و با توجه به مقادیر R-sq و (R-sq(adj دارای اعتبار خوبی می باشند. تحلیل های آماری نشان دادند که با افزایش درصد نانوذرات، استحکام ضربه کاهش می یابد. ریخت شناسی ترکیب ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)انجام شد. ریزنگارها نشان دادند که پراکندگی ذرات در درصدهای پایین تر بهتراست. آنالیز حرارتی به روش گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) نشان داد که حضور گرافن تاثیر چندانی بر دمای ذوب نمونه ی مورد آزمایش ندارد، اما Tc نانوکامپوزیت را در مقایسه با پلی پروپیلن خالص، حدود 4 درصد افزایش داده است. همچنین با افزودن گرافن درجه تبلور کاهش یافت. در نانوکامپوزیت فاقد گرافن، حضور نانورس تاثیری بر دمای ذوب نداشت اما درجه تبلور، 73 /10 درصد و دمای تبلور 23/ 2 درصد در مقایسه با پلی پروپیلن خالص افزایش یافت که نشان از اثر هسته زایی نانورس دارد.
    کلیدواژگان: استحکام ضربه، پلی پروپیلن، نانو صفحات گرافن، نانو خاک رس، روش رویه پاسخ
  • هامون پورمیرزاآقا، وحید اصفهانیان، فریدون ثابت قدم، فرشاد تراب صفحات 280-288
    در تحقیق حاضر، بهینه سازی عددی یک سل از باتری سرب-اسید در حالت یک بعدی و با استفاده از حل عددی معادلات یکپارچه حاکم بر دینامیک باتری مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت راستی آزمایی، نتایج شبیه سازی عددی حاضر با نتایج عددی موجود در مقالات مقایسه و مطابقت خوبی مشاهده شده است. از آنجاکه باتری های سرب-اسید محتوای انرژی پایین و ابعاد و وزن بالایی دارند با استفاده از روش بهینه سازی ازدحام ذرات و ترکیب آن با برنامه رایانه ای توسعه داده شده اقدام به طراحی یک سل از باتری سرب-اسید با هدف انرژی بیشتر و ابعاد کمتر شده است؛ که این روش در مقایسه با روش های متداول تجربی حاضر که مبتنی بر سعی و خطا هستند بسیار کم هزینه تر و سریع تر می باشد. نتایج حاصل از بهینه سازی نشان داد که می توان با داشتن سل باتری با ابعاد مشابه سل پایه کنونی، سل باتری بهینه ای ساخت که دارای 83 درصد انرژی بیشتر باشد. همچنین نتایج نشان داد که می توان با تغییر ضخامت اجزاء، سل باتری سرب-اسید را به گونه ای طراحی نمود که با داشتن انرژی مشابه سل باتری پایه، حدود 23 درصد ابعاد و 25 درصد وزن کمتری داشته باشد.
    کلیدواژگان: باتری سرب، اسید، بهینه سازی ازدحام ذرات، دینامیک سیالات محاسباتی، محتوای انرژی
  • عطااله ربیعی، امیر حسین کمالی نیا، کمال حداد صفحات 289-297
    شبیه سازی و آنالیز جریان دوفازی عبوری از دسته لوله ریبویلرهای کتل و مولدهای بخار در راستای آنالیز ایمنی و طراحی، از اهمیت بسزایی برخوردار است. پیچیدگی بالای هندسی در تحلیل میدان جریان دسته لوله ها بر دشواری هر چه بیشتر تحلیل های عددی مرسوم افزوده است. یکی از راهکارهای موجود در راستای کاهش هزینه ی محاسبات استفاده از تئوری جسم متخلخل می باشد که در این پژوهش به آن پرداخته شده است. در تحلیل معادلات حاکم بر جسم متخلخل از معادلات مرتبط با نیروی درگ و نیروی مقاوم ناشی از دیواره ی لوله های کتل ریبویلر بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی موجود، دو نوع آرایش مختلف در نظر گرفته شده است. در مطالعه ی حاضر هندسه ی موردنظر با توجه به وجود تقارن و یکنواختی چشمه ی گرمایی دسته لوله ها به صورت دو بعدی و متقارن در نظر گرفته شده است. مشاهده گردید افت فشار ناشی از دسته لوله ها می تواند با دقت مناسبی نسبت به نتایج آزمایشگاهی پیش بینی گردد. همچنین کسر حجمی بخار محاسبه شده در پژوهش حاضر با توجه به در نظر گرفتن شرایط مرزی خروجی متفاوت، در مقایسه با فعالیت های عددی مشابه تطبیق مناسب تری را نسبت به نتایج تجربی ارائه می نماید. دیده می شود با افزایش توان حرارتی دسته لوله ها کسر حجمی بخار در ناحیه ی حرارتی ریبویلر افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: کتل ریبویلر، دینامیک سیالات محاسباتی، جسم متخلخل، افت فشار، کسرخلا
  • عباس ذوالفقاری، امیر حسین بهروش صفحات 298-304
    در سالهای اخیر توجه به استفاده از کامپوزیتهای چوب پلاستیک در کاربردهای سازه ای بیشتر شده است. از آنجایی که این کامپوزیتها دارای استحکامهای چندان بالایی نیستند از تقویت کننده های فیبری برای استحکام بخشی آنها استفاده شده است. کامپوزیتهای هیبریدی چوب پلاستیک که از دو نوع تقویت کننده الیاف شیشه و ذرات چوب در یک زمینه پلیمری تشکیل شده اند برای کاربردهای سازه ای مانند پالتهای چوب پلاستیک می توانند مورد استفاده قرار گیرند. در تحقیقات قبلی نویسندگان، کامپوزیت چوب پلاستیک در یک فرآیند اکستروژن ویژه ای و با استفاده از الیاف ممتد شیشه تقویت شده اند. الیاف ممتد شیشه در کامپوزیت اکسترود شده توانسته به مقدار قابل توجهی استحکام مکانیکی مانند استحکامهای کششی و ضربه را افزایش دهد. در این مقاله، مدلی برای پیش بینی استحکام و مدول کششی کامپوزیتهای چوب پلی اتیلن تقویت شده با الیاف ممتد شیشه ارائه شده است. برای مدل کردن کامپوزیتهای هیبریدی، کامپوزیت چوب پلی اتیلن بعنوان زمینه و الیاف شیشه بعنوان تقویت کننده در نظر گرفته شده اند. از آنجایی که زمینه چوب پلی اتیلن ترد می باشد، قانون مخلوطهای مربوط به این دسته از کامپوزیتها در مورد استحکام استفاده شد. نتایج حاصل از پیش بینی استحکام و مدول کششی کامپوزیتهای هیبریدی چوب پلی اتیلن با روش پیشنهادی در این مقاله، بطور قابل قبولی با نتایج تجربی بدست آمده از آزمون کششی مطابقت داشت. متوسط خطاهای محاسبه شده بین تئوری های ارائه شده و نتایج تجربی برای استحکام و سفتی به ترتیب حدود %5/ 9 و % 6/ 8 می باشد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت چوب پلاستیک، هیبرید، الیاف شیشه، استحکام کششی
  • علی شقاقی مقدم، نریمان نظافتی صفحات 305-312
    هدف از این پژوهش بررسی سختی یا مقاومت ماده در برابر نفوذ جسم خارجی، در پلیمرها و مواد هایپرالاستیک می باشد. به منظور دستیابی به این هدف، بررسی های انجام گرفته به دو دسته تجربی و عددی تقسیم بندی شده است. در این تحقیق، ازکفپوش های تک لایه لاستیکی و دو لایه پلی اورتان/ پلی وینیل کلراید مورد استفاده در سالن های ورزشی، به عنوان دو نمونه مورد آزمایش استفاده شده است. آزمون تجربی، طبق آزمون استاندارد ارزیابی کیفیت کفپوش های ورزشی انجام گرفته است. بررسی عددی نیز به کمک نرم افزار آباکوس، با شبیه سازی شرایط آزمون تجربی، انتخاب بهترین مدل هایپرالاستیک و قیاس نتایج با آزمون تجربی به منظور ارزیابی دقت و کارایی مراحل مختلف شبیه سازی انجام شده است. بر اساس نتایج بدست آمده از این تحقیق مشاهده می شود که نتایج حل عددی و نتایج تجربی همخوانی مناسبی با هم دارند. به عنوان مثال، نمونه اول با فرورفتگی 575/ 0 میلی متر در آزمون تجربی و با انتخاب مدل یئو، با درصد خطای %3 /4 شبیه سازی شد. این درصد خطا برای نمونه دوم با فرورفتگی 425 /0 میلی متر و انتخاب مدل چند جمله ای کاهش یافته درجه دوم برای هر دو لایه، برابر با %94 /0 بود. همچنین با افزایش ضخامت کفپوش لاستیکی از 5/ 2 به 5 میلی متر، سختی از مقدار 1/ 78 به 3/ 75 کاهش پیدا کرد. در مجموع، می توان گفت که میزان سختی پلیمرها وابسته به میزان ضخامت آنها بوده و شکل هندسی فرورونده نیز، بر عمق فرورفتگی فرورونده و شکل نمودار نیرو-جابجایی موثر است.
    کلیدواژگان: هایپرالاستیک، سختی، فرورفتگی، بررسی عددی، کفپوش ورزشی
  • اسماعیل ولی زاده، سیدمجتبی موسوی نایینیان، محمد مهدی حیدری، حمیدرضا سعادتی صفحات 313-321
    محفظه احتراق گردابه ای نسل جدید محفظه ی موتورهای سوخت مایع می باشد که در آن با چیدمان متفاوت انژکتورها، یک جریان گردابه ای درون محفظه احتراق ایجاد می کنند. این گردابه کمک زیادی به خنک کاری و افزایش میزان اختلاط مولفه های پیشرانه در محفظه احتراق می کند و می توان در یک محفظه با حجم کوچک، یک احتراق کامل ایجاد نمود. در پژوهش حاضر برای بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله افت فشار، تعداد و زاویه ورودی انژکتورها، قطر محفظه و ضخامت پله ی تکیه گاهی بر عملکرد این نوع محفظه ها، یک محفظه گردابه ای برای انجام تست های سرد با سیال عامل آب طراحی و ساخته شده است. محفظه ساخته شده، قابلیت های زیادی دارد؛ از جمله سهولت تعویض، تغییر افت فشار و تغییر زاویه ی ورودی انژکتورها و بررسی ضخامت های مختلف پله ی تکیه گاهی جهت ایجاد جریان گردابه ای. با توجه به اینکه بررسی کلیه ی پارامترها به صورت تجربی هزینه بر می باشد، تست سرد برای چند نمونه انجام و شبیه سازی و اعتبارسنجی در آن صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی و عملکرد محفظه در تست ها تطابق خوبی دارند و می توان با اطمینان از مدل شبیه سازی، برای بررسی فرآیندها و پارامترهای دیگر محفظه استفاده کرد. با انجام این تست ها می توان در جهت طراحی، ساخت و تست محفظه احتراق گردابه ای اصلی قدم برداشت.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق گردابه ای، انژکتور، جریان گردابه ای، تست سرد
  • بهروز مشهدی، پارسا سلامی پور صفحات 322-332
    در این مقاله به بررسی تاثیر تغییرات زاویه کستر روی دینامیک حرکت جانبی خودرو پرداخته شده است. بدین منظور از یک مدل جامع غیرخطی خودرو استفاده شده است. همچنین بعلت نقش اساسی سیستم فرمان در دینامیک حرکت خودرو، معادلات دینامیکی این سیستم که از روش دینامیک پیشرفته کین حاصل شده اند، بیان گردیده، و همراه با سایر معادلات حرکت خودرو، در مجموع یک مدل جامع و غیر خطی 9 درجه آزادی، شامل مدل تایر فرمول جادویی، برای انجام شبیه سازی ها در اختیار می گذارد. در گام بعد با اجرای شبیه سازی های متعدد تاثیر تغییر زاویه کستر بر روی پاسخ حالت پایدار خودرو مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس اطلاعات بدست آمده از چنین تحلیلی یک کنترلر فازی برای کنترل زاویه کستر طراحی شده است. کنترلر بر مبنای خطای سرعت زاویه ای چرخشی خودرو و شتاب جانبی آن، مقدار زاویه کستر (و به تبع آن دنباله مکانیکی) مورد نیاز را برای پایدار سازی وضعیت حرکت خودرو در اختیار قرار می دهد. مقادیر مطلوب حرکتی بر مبنای مقادیر پایدار متغیرهای وضعیت، برای مدل خودروی دو-چرخ حاصل شده اند و مقدار زاویه کستر کنترلی نیز در بازه ای معقول و متداول محدود گشته است. همچنین عملکرد کنترلر کستر طراحی شده، با اجرای شبیه سازی مانورهای بحرانی و سنگین مورد آزمایش، و با خودروی بدون کنترلر مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که کنترلر زاویه کستر قابلیت بالایی در بهبود و پایدارسازی وضعیت های بحرانی خودرو دارد و بخوبی مقادیر مطلوب حرکتی را دنبال می کند.
    کلیدواژگان: دینامیک خودرو، سیستم فرمان، زاویه کستر، کستر متغیر، کنترل فازی
  • سید سعید بحرینیان، زهرا مهردوست، رضا باهوش کازرونی صفحات 333-340
    در این مقاله دو الگوریتم اتوماتیک و کارآمد برای تولید شبکه های بی سازمان، مناسب برای اعمال روش حجم محدود چند مقیاسی در مخازن نفتی ارائه شده است. روش حجم محدود چند مقیاسی یک روش عددی کارآمد برای شبیه سازی جریان در محیط های متخلخل می باشد. روش حجم محدود چند مقیاسی بیشتر بر روی شبکه های باسازمان مورد مطالعه قرار گرفته و در این پژوهش به تعمیم آن به شبکه های بی سازمان پرداخته شده است. توسعه روش حجم محدود چند مقیاسی به شبکه های بی سازمان امکان استفاده از مزیت های انعطاف پذیری و تطابق بهتر با ساختار های زمین شناسی را فراهم می سازد. در این روش انجام محاسبات بر روی سه شبکه ریز، شبکه درشت اولیه و شبکه درشت دوگانه صورت می گیرد. یکی از مشکلات اساسی در تعمیم روش حجم محدود چند مقیاسی به شبکه های بی سازمان، تولید شبکه های درشت اولیه و دوگانه می باشد. در این مقاله یک الگوریتم برای تقسیم بندی شبکه بی سازمان به منظور تولید شبکه درشت اولیه پیشنهاد شده است. همچنین برای تولید شبکه درشت دوگانه بر روی شبکه درشت اولیه، یک الگوریتم جدید ارائه شده است. در نهایت الگوریتم های پیشنهاد شده برای تولید شبکه های بی سازمان چند مقیاسی، برای شبیه سازی جریان در محیط متخلخل به کار گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد روش حجم محدود چند مقیاسی به کار گرفته شده با شبکه های بی سازمان چند مقیاسی تولید شده در این پژوهش، حل ریز مقیاس را با دقت بالایی پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: روش حجم محدود چند مقیاسی، شبکه بی سازمان، محیط متخلخل، شبیه سازی مخزن
  • محمدرضا مراد، محمد مهدی نصیری صفحات 341-352
    در این پژوهش شبیه سازی عددی تزریق جت مایع بیضوی در هوای ساکن، از طریق دهانه های بیضوی با نسبت منظری متفاوت برای بازه اعداد وبر متفاوت در رژیم جریان ریلی صورت گرفته است. برای انجام شبیه سازی ها از حلگرهای موجود در نرم افزار متن باز اپن فوم با روش شبیه سازی ادی های بزرگ و بر پایه استفاده از روش مدل سازی چندفازی حجم سیال استفاده شده است. برای مدل کردن پدیده ی تغییر محور و یافتن طول شکست مناسب برای هر نوع دهانه، از روش اصلاح دینامیک شبکه استفاده شده است. نتایج بر مبنای مطالعات تجربی و عددی اخیر پایه گذاری و با این مطالعات صحت سنجی شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش عدد وبر از 20 تا نزدیکی 300، افزایش طول شکست جت حاصل شد، اما با بیضی تر شدن دهانه ورودی، طول شکست جت کاهش یافت. این اختلاف در هندسه با نسبت منظری متغیر بین 0.25 تا 0.66 تعریف شد. با کاهش نسبت منظری جت ها، قطرات یکنواخت تری در مراحل پس از شکست جت بدست می آید به نحوی که در اریفیس های بیضوی با نسبت منظری کم، قطرات ماهواره ای در جریان حضور نداشتند، در حالی که این قطرات به عنوان بخش جدایی ناپذیر شکست جت دایروی شناخته شده هستند.
    کلیدواژگان: شکست جت مایع، طول شکست جت، دهانه بیضوی، پدیده تغییر محور، حل عددی
  • مهدی طماسبی آبدر، غلام حسین لیاقت، هادی شانظری، امین خدادادی، همایون هادوی نیا، اکبر ابوترابی صفحات 353-359
    سرامیک ها به علت سختی بالا و چگالی پایین و مقاومت گرمایی بالا، به طور وسیعی در کاربردهای زرهی و صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو در این مقاله، پدیده نفوذپرتابه در اهداف سرامیکی به صورت تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته و یک مدل اصلاحی جدید ارائه شده است. در بخش تحلیلی، تئوری وودوارد که یکی از تئوری های مهم در زمینه نفوذ پرتابه در اهداف سرامیک-فلز می باشد، مورد بررسی قرار گرفته و با اعمال اصلاحاتی در مدل مذکور نتایج بالستیک بهبود یافته اند و با نتایج تجربی هم خوانی خوبی دارند که در بخش تحلیلی، مدل اصلاحی جدیدی ارائه شده که در آن اصلاحاتی از جمله تغییر نیم زاویه شکست مخروط سرامیکی، سایش، قارچی شدن و صلبیت پرتابه و هم چنین تغییرات مقاومت فشاری سرامیک در طول فرایند نفوذ تحت عنوان خرابی، لحاظ شده است. در بخش عددی، یک مدل المان محدود با استفاده از نرم افزار ال اس داینا ایجاد و پدیده نفوذ پرتابه در هدف سرامیک-آلومینیوم شبیه سازی گردید. نتایج حاصل از روش تحلیلی و عددی با نتایج دیگر محققین مورد مقایسه قرار گرفته است و نتایج مدل اصلاحی در پیش بینی نتایج بالستیک، بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نفوذ، اهداف سرامیکی، حد بالستیک، مدل وودوارد، شبیه سازی عددی
  • مجید الیاسی، حسن یوسفی نژاد گیلده، محمود ذبیح پور صفحات 360-370
    ایجاد دریچه در مخازن کامپوزیتی به دلیل کاربری های مختلف مانند لزوم دسترسی، بازرسی، نصب قطعات، محل ورود و خروج و غیره اجتناب ناپذیر است. هدف از این پژوهش، بررسی قرارگیری مخازن کامپوزیتی با سه دریچه دایره ای در فشار 30 بار است بطوری که هیچ یک از انواع واماندگی های پیش رس (قبل از شکست) مانند کمانش درآن رخ ندهد. علاوه بر آن تعیین ضخامت بهینه مخزن برای تحمل این فشار و اثر ایجاد دریچه در این پژوهش بررسی شده است. مخازن مورد بررسی از الیاف شیشه و ماتریس اپوکسی در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی پارامترها از روش اجزای محدود جهت تحلیل وضعیت های مختلف استفاده شده است. در تحلیل اجزای محدود، نرم افزار آباکوس استفاده گردید و از آنالیزهای خطی و غیر خطی جهت حل مساله استفاده شد. جهت ارزیابی نتایج شبیه سازی، رفتار مکانیکی دو نمونه تست فشار خارجی مخزن تا نقطه شکست بررسی شد و نتایج آن با شبیه سازی مقایسه شد. همچنین مخزن نهایی با سه دریچه ساخته شد و تحت فشار خارجی 30 بار مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل ها نشان می دهد، بهترین ضخامت برای تحمل این فشار در مخزن با دریچه، 16 میلی متر بوده و ایجاد دریچه باعث کاهش فشار کمانش مخزن می گردد. همچنین با افزایش اندازه دریچه میزان درصد کاهش فشار کمانش افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مخازن کامپوزیتی، دریچه، تحلیل اجزای محدود، فشارخارجی، کمانش
  • محمدحسین گلمحمدی، مهدی میرزایی، بهروز نجاری صفحات 371-380
    سیستم ترمز ضد قفل خودرو با کنترل فشار ترمزی و تنظیم لغزش طولی چرخ ها در مقدار بهینه، مانع قفل شدن چرخ ها در طول ترمزگیری های شدید شده و در نتیجه فاصله ی توقف خودرو را به حداقل مقدار خود می رساند. در این مقاله، یک کنترل کننده ی جدید بصورت دولایه برای سیستم ترمز ضد قفل خودروهای سنگین با بیش از دو محور ارائه شده است که سازگار با شرایط مختلف جاده ای می باشد. در لایه بالایی، یک کنترل کننده ی فازی طراحی می شود که مقدار لغزش طولی بهینه هر چرخ را که به ازای آن بیشترین نیروی ترمزی چرخ در هر لحظه حاصل می شود برحسب شرایط مختلف جاده و نیز بار قائم تایر محاسبه می نماید. در لایه پایین نیز یک کنترل کننده ی غیرخطی با استفاده از یک رویکرد بهینه ی پیش بین به شکل تحلیلی طراحی می شود که با ردیابی مقدار بهینه ی لغزش طولی هر چرخ که توسط کنترل کننده فازی تعیین می شود، گشتاور ترمزی مطلوب را به چرخ ها اعمال می کند. به منظور کاهش خطای ردیابی ناشی از نامعینی های سیستم، تکنیک فیدبک انتگرال در طراحی کنترل کننده ی پیش بین نیز استفاده شده است. برای این که عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده در یک شرایط واقعی تر تست گردد، شبیه سازی ها در نرم افزار دینامیک خودروهای سنگین (تراک سیم) به عنوان مدل کامل تری از خودرو در ترکیب با متلب- سیمولینک انجام شده است. نتایج تحلیل ها و شبیه سازی ها نشان از عملکرد مناسب سیستم کنترلی پیش بین -فازی در کنترل گشتاور ترمزی چرخهای کامیون با تغییر شرایط جاده ای از نظر زمان و مسافت توقف می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم ترمز ضد قفل، کنترل کننده ی غیرخطی، پیش بینی، خودروهای سنگین، کنترل کننده فازی
  • سهیل داریوشی، مجتبی صدیقی صفحات 381-388
    در این مقاله تئوری غیر خطی مرتبه بالای سازه های ساندویچی برای تحلیل رفتار یک تیر ساندویچی تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین ارائه شده است. در این تئوری، سازه ساندویچی به سه جزء رویه بالایی، هسته و رویه پایینی تقسیم شده که در آن رویه ها به صورت تیر تیموشنکو و هسته به صورت یک جسم دوبعدی که می تواند در راستای ضخامت فشرده شود، مدلسازی گردید. پس از ارائه فرمول بندی، معادلات با استفاده از روش ریتز استخراج و با بکارگیری روش رانگ-کوتا حل شد. با استفاده از این تئوری، نتایج مربوط به برخورد ضربه زننده استوانه ای صلب با یک تیر ساندویچی در سرعت های مختلف محاسبه گردید. در قسمت تجربی، تیرهای ساندویچی با رویه های آلومینیومی و هسته های از جنس لانه زنبوری نومکس ساخته شدند و تحت آزمایش قرار گرفتند. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی با نتایج آزمون های تجربی نشان داد که تئوری غیر خطی ارائه شده به خوبی می تواند رفتار تیر ساندویچی را پس از برخود ضربه زننده در سرعت های مختلف پیش بینی نماید. به منظور مقایسه بهتر نتایج تحلیلی خطی نیز در کنار نتایج غیر خطی ارائه شد. بعلاوه در یک مطالعه پارامتری تاثیر پارامترهای هندسی مانند طول تیر، ضخامت هسته و ضخامت رویه بر میزان اختلاف بین نتایج تحلیلی خطی و غیر خطی برای تیرهای ساندویچی تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: سازه ساندویچی، ضربه سرعت پایین، تحلیل غیر خطی، تئوری مرتبه بالا
  • علیرضا ترابی، شهاب امینی نژاد، فیلیپو برتو صفحات 389-395
    شیارها یکی از ناپیوستگی های معمول در سازه های مهندسی می باشند که به جهت اهداف طراحی ایجاد می گردند. در رابطه با شیارهای V شکل موجود در قطعات از جنس ترد، به علت تمرکز تنش بالا در همسایگی نوک شیار، ترک های ایجاد شده در این ناحیه باید رفع و تعمیر گردند تا از شکست ترد جلوگیری به عمل آید. یکی از معمول ترین روش های تعمیراتی، ایجاد یک سوراخ دایره ای در نوک شیار V شکل است. این سوراخ، ترک را رفع نموده و هندسه شیار اولیه را به یک شیار V شکل با سوراخ انتهایی تغییر می دهد. به علت تغییر هندسه، ظرفیت تحمل بار شیار جدید با شیار اولیه تفاوت خواهد داشت. لذا، برای تضمین ایمنی سازه تعمیر شده، بررسی شکست شیار جدید در برابر بارهای وارده امری ضروری می باشد. در تحقیق حاضر، ابتدا، نمونه آزمایشگاهی جدیدی با نام دیسک برزیلی دارای شیار مرکزی V شکل با سوراخ انتهایی و از جنس پلکسی گلاس جهت انجام آزمایش های شکست در دمای اتاق مد نظر قرار می گیرد. بارهای شکست تجربی ثبت شده و تعدادی داده جدید آزمایشگاهی در رابطه با شکست ترد شیارهای V شکل با سوراخ انتهایی تحت بارگذاری مرکب فراهم می شود. سپس، برای پیش بینی بارهای شکست تجربی، معیار چگالی انرژی کرنشی مد نظر قرار می گیرد. از نتایج به دست آمده مشخص می شود که معیار چگالی انرژی کرنشی توانایی پیش بینی موفقیت آمیز استحکام استاتیکی در نمونه های دیسک برزیلی شیاردار دارای زوایای مختلف دهانه شیار و شعاع های گوناگون نوک شیار را داراست.
    کلیدواژگان: شیار V شکل با سوراخ انتهایی، شکست ترد، چگالی انرژی کرنشی، دیسک برزیلی، بارگذاری مد ترکیبی I، II
  • احسان حیدری، علیرضا شاطری نجف آبادی صفحات 396-406
    در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن اثرات برهم کنش دو طرفه بین سیال و جامد، انتقال حرارت جابجایی طبیعی گذرا در یک محفظه مربعی با پره ارتجاعی به روش عددی بررسی شده است. محفظه از هوا با عدد پرانتل 0.71 پر شده است. دیواره های عمودی در شرایط دما ثابت سرد و گرم، و دیواره های افقی و پره عایق هستند. به منظور توصیف حرکت سیال در مدل ارائه شده از دیدگاه اویلری-لاگرانژی قراردادی استفاده شده است. معادلات بی بعد میدان سیال به همراه شرایط مرزی مربوطه، با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شده و به منظور حل همزمان معادلات از الگوریتم پیزو استفاده گردیده است. معادلات بی بعد حرکت پره نیز با استفاده از روش المان محدود و تکنیک تکرار نیوتن-رافسون حل گردیده است. تغییرات عدد رایلی در گستره 3^10 تا 6^10 است. نتایج حاکی از آن است که در بین حالات مورد بررسی، به ترتیب حدود 25 و 35 درصد از آن ها، افزایش و کاهش انتقال حرارت در مقایسه با محفظه دارای پره صلب از خود نشان داده اند. بیشترین و کمترین میزان تغییرات عدد ناسلت متوسط حالت پایا به ترتیب برابر با 4.5 و 15.4- درصد است. در مقایسه با پره صلب، زمان رسیدن به حالت پایا در حدود 90 درصد از حالات مورد بررسی افزایش یافته که این افزایش، امر مطلوبی تلقی نمی گردد.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی گذرا، برهم کنش بین سیال و جامد، اویلری، لاگرانژی قراردادی، معادله الاستودینامیک، پره ارتجاعی
  • فرید وکیلی تهامی، اکبر رسولیان، آرش محمدعلیزاده فرد صفحات 407-416
    بررسی رفتار خزشی اتصالات جوشی لوله های فولادی تحت فشار حامل سیال داغ، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، رفتار خزشی اتصال جوش لب به لب لوله ی فولادی 1.25Cr0.5Mo مورد بررسی قرار گرفته است. محل جوش به سه ناحیه ی ماده ی اصلی (BM)، منطقه ی تحت تاثیر حرارت (HAZ) و ناحیه ی جوش (WM) تقسیم و سپس معادلات اساسی خزشی هر ناحیه به دست آمده است. ضرایب معادلات اساسی برای هر ناحیه با استفاده از نتایج آزمایش های خزش تک محوره و به کمک روش حداقل مربعات تعیین و نتایج با آنچه در مراجع مختلف برای آلیاژهای دیگر ارائه شده است، مقایسه شده اند. آزمایش ها با استفاده از دستگاه تست خزش تک محوره در تنش های 30، 35، 40 و 50 مگاپاسکال و دما های 670، 700، 725، 750 و 800 درجه ی سانتیگراد انجام شده است. نمونه های آزمایشی به صورت مستقیم از فلزهای پایه و جوش به روش ماشینکاری تهیه شده اند. از آنجا که تهیه ی نمونه با ابعاد موردنیاز از HAZ ممکن نمی باشد، روشی برای تعیین ضرایب معادلات اساسی این منطقه پیشنهاد شده است. صحت روش پیشنهادی با مقایسه ی ضرایب معادلات اساسی محاسبه شده به کمک این روش و مقادیر به دست آمده بر اساس نتایج تجربی برای فلز جوش تایید شده است. مشاهدات میکروگرافی و سختی سنجی نشان می دهند که ساختار لایه ها باهم تفاوت داشته و این امر در ضرایب معادلات اساسی و نرخ کرنش خزشی پایدار تاثیر به سزایی دارد. نتایج نشان می دهند که در محدوده ی تنش های موردنظر، نرخ کرنش خزشی پایدار فلز جوش از نرخ کرنش فلز پایه و نیز منطقه ی HAZ بیشتر بوده و نرخ کرنش منطقه ی HAZ در تنش های پایین از فلز پایه بیشتر است.
    کلیدواژگان: آلیاژ فولاد پایه ی کروم، مولیبدن، رفتار خزشی، بررسی تجربی، ضرایب معادلات اساسی، منطقه ی تحت تاثیر حرارت
|
  • Mohammad Eftekhary, Mehdi Ahmadi Najafabadi Pages 1-10
    In recent years, measurement of residual stress by ultrasonic method is developing because of nondestructive nature, portable equipment and being cheap and fast. In this research, the Capability of ultrasonic method by using longitudinal critically refracted or Lcr wave in measurement of longitudinal welding residual stress has been scrutinized. For this purpose, two plates of aluminum alloy series 5000 were joined by TIG welding method. Measurement of longitudinal residual stress by ultrasonic method was done in closeness of surface via 5 MHz transducers based on acoustoelasticity theory. In order to create Lcr wave and transmit it into specimen, an ultrasonic wedge was made based on Snell’s law. Also a triaxial table was used to control the wedge movement and keep the pressure on it fixed. In order to calculate residual stress and increase in accuracy, acoustoelastic constant for each three welding zones, including weld metal, HAZ and base metal was obtained separately from uniaxle tension test. In order to validate ultrasonic method results, measured longitudinal residual stress by x-ray diffraction method in 5 points on the specimen surface was used. Finally after comparing the results of two used methods with each other, good agreement was seen which indicates the good ability of ultrasonic method in measurement of longitudinal residual stress.
    Keywords: Welding Residual Stress, Ultrasonic Method, X-ray Diffraction Method, Aluminum Alloy Series 5000
  • Saeed Aligholizadeh, Mohammad Ali Hamed, Reza Hassannejad Qadim Pages 11-22
    Piezo‌electric materials are used as sensor and actuator in order to control the vibrations of structures. Geometry and location of the piezoelectric sensors and actuators have a substantial effect on the consumed electric energy and performance of the control system, therefore, in this study by defining an appropriate cost function, an optimum length and location of the piezoelectric actuator was determined in order to achieve a desirable decrease on vibration amplitude of a cantilever beam by using appropriate control energy. The standard quadratic function of beam displacement and control energy was used as the cost function. Mathematical modeling was based on Euler Bernoulli beam theory and Hamilton's principle was used in order to achieve the equations of motion. In this approach, the control voltage of actuator layer is emerged in the boundary conditions of the problem, which turns it to a time varying boundary condition problem. By defining special displacement functions and homogenizing the boundary conditions, control voltage of the actuator is appeared as external excitement in the equations of motion. In the current study, optimum LQR and LQG controllers were investigated and Kalman filter theory was used in order to estimate the state variables. In numerical simulations, by investigating the performance of optimized limited or unlimited patches in comparison with complete one, the effective role of the objective function and optimization have been shown in decreasing applied control voltage.
    Keywords: Active control, piezoelectric, Optimization, Optimal Control
  • Seyed Alireza Jalali Chimeh, Hassan Karimi Mazrehshahi, Mahyar Naderi Tabrizi Pages 23-34
    This research discuss about the effect of simultaneous usage of Propellant Utilization (PU) system and Flight Apparent Velocity Regulation (AVR) system. These systems were used for sending OBC commands to engine for adapting the engine working regime with flight conditions and fame to active control systems. Each of PU and AVR systems has an effective roll in access to final parameters such as mass and velocity at the end of active phase and simultaneous usage of these systems lead to increase the range accuracy and payload mass. We study these effects on final parameters in this paper. Therefore, with dynamic simulation of liquid propellant engine in during of active phase in flight simulator, sending commands of these systems to change the engine working regime is provided. For a specific mission results show that with working of the PU, range increased and presence of AVR, is assist to reach this range in front of disturbance during the flight. Another main result of this research is, increasing of payload mass for a specific mission with simultaneous usage of PU and AVR systems.
    Keywords: Active Control Systems, Apparent Velocity, Propellant Management System, longitudinal oscillation, POGO
  • Hamed Hassanpour, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi Pages 35-41
    High-speed milling of titanium alloys is widely used in aerospace industries for its high efficiency and good quality of product. The paper empirically studies surface roughness, topography and microhardness variations in high speed milling of Ti6Al4V alloy. The experiments were conducted under minimum quantity lubrication environment. Carbide end mill tool with TiAlN coating and 6 millimeter diameter was used. Full factorial method was used to design of experiments and analyze the effect of machining parameters including cutting speed and feed rate on surface roughness, topography and microhardness. The other cutting parameters i.e. axial depth of cut and radial depth of cut were constant. The results showed that a high quality surface with roughness of 0.2 µm can be obtained by using high speed machining method. Also, microhardness variations versus cutting speed has two-fold nature. It indicates that firstly, by increasing cutting speed up to 375 m/min, microhardness increases and after that, it declines remarkably. In addition, by increasing feed rate, surface microhardness rises and the maximum microhardness was obtained in cutting speed of 375 m/min and feed rate of 0.08 mm/tooth, which showed 57% increase in regard with hardness of the base material. The Images of surface topography showed that increasing of the cutting speed has a significant effect on reduction of surface tears and smears.
    Keywords: High Speed Milling, Ti6Al4V Alloy, Surface Integrity, Minimum Quantity Lubrication
  • Safa Peyman, Rahmatollah Ghajar Pages 42-50
    This paper concerns the effect of auxiliary fields and distance of contours from the crack tip on the accuracy of stress intensity factors of Functionally Graded Materials (FGMs), using the interaction integral method. In the first step, defining auxiliary fields of displacement, strain, and stress appropriately, the interaction integral is derived which is independent of derivatives of properties of the materials. Actual and auxiliary fields of displacement, strain and stress are used to compute the interaction integral. Actual fields are obtained by isoparametric finite element method, while auxiliary fields are constructed by use of the crack tip properties on the basis of William’s solution. These auxiliary fields are not appropriate, except near the crack tip. Therefore, different non-equilibrium and incompatibility formulations are used to consider the changes in non-homogeneous material. Considering the changes in FGMs as an exponential function, the results will be obtained from these formulations and are compared with others recorded in the literature. Furthermore, considering different contours, the effect of distance of contours from the crack tip on the stress intensity factors of FGMs is examined. The results confirm that the solutions using the incompatibility and constant constitutive tensor are more accurate. In contrast the non-equilibrium method is not proper for contours which are placed far away from the crack tip and presents less accuracy.
    Keywords: Stress intensity factors, Interaction integral method, Auxiliary fields of functionally graded materials, Isoparametric Finite element method
  • Younes Shekari, Ali Tayebi Pages 51-58
    In the present research, the high-order DG-ADER method is used to solve governing equations of two-phase drift flux model. The drift flux model is suitable for studying two-phase flows where the phases are strongly coupled. This model is composed of three differential equations including two continuity equations for two phases and a mixture momentum equation. The mixture model uses also an algebraic relation to link the velocity of the phases. The high-order DG-ADER numerical method, which is a new scheme to get high order accuracy of results, is used to solve the governing equations. The DG-ADER is a nonlinear method in which the reconstruction process is performed using WENO method and the time evolution part is achieved by discontinues Galerkine approach. The results are compared with those reported by other researchers. Three problems including two two-phase shock tubes and a pure rarefaction test problem are solved using this method. The results show that DG-ADER method can solve the two-phase flow problems with a very good accuracy even on a coarse grid. The drawback of this method is presenting numerical fluctuations with limited domain at the position of shock waves.
    Keywords: Two, phase flow, drift flux model, DG, ADER method, WENO method, two, phase shock tube
  • Mahdi Yazdani, Naser Khaji Pages 59-68
    The existence of crack and notch is a significant and critical subject in the analysis and design of solids and structures. As most of damage problems do not have closed-form solutions, numerical methods are current approaches dealing with fracture mechanics problems. This study presents a novel application of the decoupled equations method (DEM) to model crack issues. Based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), the J-integral is computed using the DEM. In this method, only the boundaries of problems are discretized using specific higher-order sub-parametric elements and higher-order Chebyshev mapping functions. Implementing the weighted residual method and using Clenshaw-Curtis numerical integration result in diagonal Euler’s differential equations. Consequently, when the local coordinates origin (LCO) is located at the crack tip, the geometry of crack problems are directly implemented without further processing. In order to present infinite stress at the crack tip, a new form of nodal force function is proposed. Validity and accuracy of this method is fully demonstrated through two benchmark problems. The numerical results agree very well with the results from existing experimental results and numerical methods available in literature.
    Keywords: Decoupled equations method, Linear elastic fracture mechanics, J, Integral, 2D Problems
  • Fateme Tavakoli Dastjerd, Mohammad Mustafa Ghafuoryan, Saeed Farahat Pages 69-77
    In present paper, the effect of combined cooling, heating and power generation systems(CCHP) in the reduction of pollutants emission have been investigated and a hotel with 80 rooms in Zahedan have been selected as case study, also gas engine (With part-load operation) as prime mover for design CCHP system. In this work is assumed that sell electricity to grid is possible. At the first phase, optimization for access to maximum reduce Pollutants emission have been done, at the other phase, a multi-criteria function has been introduced and the optimization process, with Percentage of Relative Annual Benefit (PRAB) has been investigated and the results of these two phases, have been compared together. Results show, CCHP systems have a high effect in reduce environmental pollutants emission CO, CO2 and NOx, as the percent reduce pollutants emission is positive in an extensive range of nominal power of gas engine. Also results show for access to maximum reduce pollutants emissions, CO2, CO and NOx, annual benefit as multi-ceritria objective function a gas engine with nominal power 2050kW is needed; in this case in addition to the most annual benefit also have a good effect for reducing Pollutants emission. In the end, the effect of the number of prime mover as designing parameter assessed with increase from one into two and three numbers. Results show increasing prime mover, cause decrease Relative Annual Benefit and pollutants emission.
    Keywords: Reduce pollutants emission, combined cooling, heating, power generation system (CCHP), gas engine, separation cooling, heating, power generation system (SCHP)
  • Morteza Ahmadi Najafabadi, Mojtaba Sedighi, Manouchehr Salehi, Hossin Hossini Toudeshky Pages 78-86
    In this study the delamination behavior of FMLs loaded under mode I and II conditions is investigated by using numerical modeling and acoustic emission (AE) data analysis. Test samples is made of prepreg (glass/epoxy composite) and aluminum 2024-T3 (chromic acid anodized). Detection of delamination initiation moment is required for calculation of interlaminar fracture toughness in mode I and II which this moment is detected by using AE technic. Initiation and propagation of delamination is modeled by Abaqus software by using cohesive element. Load-displacement curve, progressive debonding and delamination face are the results taken from FEM and are compared with test results. Signal frequency processing is done for identifying delamination propagation and classification of fracture mechanism. Delamination mechanism is validated by Scanning electron microscope (SEM) images.
    Keywords: Fiber metal laminate, Acoustic emission, Delamination, Interlaminar fracture toughness
  • Habib Aminfar, Mohammad Nasiri, Marzieh Khezerloo Pages 87-94
    In this study, generated entropy of mixed convection of Al2O3–water nano fluids in a vertical channel with sinusoidal walls under a constant and uniform magnetic field was numerically investigated. The effects of various parameters such as volume fraction of nanoparticles, amplitude of sine wave, Reynolds, Grashof and Hartman numbers were studied. This study was carried out by assuming the laminar, steady state and incompressible flow. Also, the thermo physical properties of nanoparticles were assumed constant. The Boussinesq approximation was used to calculate the variations of the density caused by buoyancy force and the finite volume method and two phase mixture model were used to simulate the flow. The results showed that the entropy generation due to heat transfer and viscous effects increase by adding nanoparticles to the base fluid. Also, the results showed that the entropy generation due to heat transfer increases by increasing the Grashof number and decreasing the Reynolds number, while a reverse trend is observed for entropy generation due to viscous effects. By increasing the Hartman number, the entropy generation due to heat transfer increases at first and then decreases and entropy generation due to viscous effects reduces. For all studied intensities of magnetic fields, the entropy generation decreases using corrugated channels.
    Keywords: nanofluid, Mixed convection, Sinusoidal channel, Magnetic field, Entropy generation
  • Korosh Khorshidi, Mohammad Balali, Ali Asghar Ghadimi Pages 95-104
    In this study out of plane active vibration control of a laminated composite rectangular plate with intermediate line support coupled with piezoelectric patches on both sides, upper and lower surface of the plate, is presented based on First order shear deformation plate theory (FSDT). Is this study, the piezoelectric patch is used as a sensor. In the relation of piezoelectric, electrical potential in the transverse direction earned by satisfaction of electric boundary conditions (open circuit) and Maxwell's electricity equation. The Rayleigh-Ritz approach is used to obtain natural frequencies and vibration mode shapes of the plate. Forced vibration response is obtained by using by the modal expansion method.In this paper, the Linear Quadratic Regulator (LQR), Linear Quadratic Gaussian (LQG) and Fuzzy Logic Controller (FLC) are used to control and reduce the amplitude of the transversely deformation of a laminated composite rectangular plate which is excited by external forced. In the numerical results, the effect of various inputs, e.g. positions of the external forced, on the responses of the system are examined and discussed in detail. The proposed analytical method is validated with available data in the literature.
    Keywords: Control Forced Vibrations, Line Support, LQR, LQG, Fuzzy
  • Mahdi Askari Shahi, Shahram Hadian Jazi, Nima Jamshidi, Niloofar Fereshteh Nejad Pages 105-115
    Computer modeling of human behavior is an interesting branch in motor control science and it has attracted many researchers in the neuroscience and bioengineering field. Having a good perception of the role of Central Nervous System (CNS) and its strategies in planning and controlling of human movements will improve the bioengineering topics such as rehabilitation protocols and sport techniques. In present research a computer simulation of CNS's performance in designing the Sit-to-Stand transfer is developed. The mention simulation is based on decomposition hypothesis. Decomposition hypothesis sates that the CNS decomposes a complicated movements to several simpler phases. According to this hypothesis a modular and hierarchical movement planner (MHMP), which has been recently presented, is modified to describe the function of CNS in planning the Sit-to-Stand different phases under combination of different environmental conditions. The performance of the modified MHMP is evaluated with experimental captured motion. The results show that the original MHMP has a good performance in planning the motion phases under single environmental condition but it fails under a combination of different conditions, while the modified MHMP shows good performance in such cases.
    Keywords: Motor Control, Modular, hierarchical structure, Sit, to, Stand transfer, Environmental Condition
  • Ali Khanchehgardan, Ahad Amiri, Ghader Rezazadeh Pages 116-124
    In this work effect of mass diffusion on the damping ratio in micro-beam resonators is investigated based on modified couple stress theory and the Euler-Bernoulli beam assumptions. The couple stress theory is a non-classical elasticity theory which is capable to capture size effects in small-scale structures. The governing equation of a micro-beam deflection is obtained using Hamilton’s principle and also the governing equations of thermo-diffusive elastic damping are established using two dimensional non-Fourier heat conduction and non-Fickian mass diffusion models. Free vibration of the micro-beam resonators is analyzed using Galerkin reduced order model formulation for the first mode of vibration. A clamped-clamped micro-beam with isothermal boundary conditions at both ends is studied. The obtained results are compared with the results of a model in which the mass diffusion effect is ignored. Furthermore the mass diffusion effects on the damping ratio are studied for the various micro-beam thicknesses, ambient temperature and length scales parameters. The results show that in the valid region based on Euler-Bernoulli beam theory and before the critical thickness there is no difference between the results of mass diffusion and thermo-elastic damping and also the results indicate that by increasing the length scale parameter damping ratio decreases.
    Keywords: MEMS, Mass diffusion, Non, ýFourier heat conduction, Non, Fickian mass diffusion, Modified Couple Stress Theory
  • Mahmood Mehrdad Shokrieh, Afshin Zeinedini, Seyed Moahmmad Ghoreishi Pages 125-133
    The purpose of the present research is to investigate effects of long multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) on mechanical properties of epoxy resin and unidirectional glass fiber reinforced laminated polymeric composites. Therefore, mechanical properties of polymer (pristine resin), 0.5 wt.% MWCNT/epoxy nano-composites, E-glass/epoxy laminated composites and 0.5 wt.% MWCNT/E-glass/epoxy laminated nano-composites were evaluated. The tensile, flexural and shear moduli and strengths of epoxy polymer and nano-composites were experimentally characterized. Next, the longitudinal and transverse tensile stiffness and strength, also in-plane shear and flexural moduli and the strength of glass fiber laminated composites and glass fiber laminated nano-composites were determined. The experiment results of tensile specimens of laminated nano-composites reveal that the presence of the long MWCNTs improves the bounding properties of fibers in adjacent plies and postpones the failure mechanisms like fiber fracture under tension or edge delamination under shear loading conditions. It can be concluded that the improvement of mechanical properties in laminated composites are more significant than those of the pure epoxy with addition of long multiwall carbon nanotubes. For instance, the longitudinal tensile strength and shear strength of laminated nanocomposites increased by 34% and 26% in comparison with laminated composites, respectively.
    Keywords: Epoxy, multiwall carbon nanotubes, glass fiber, mechanical properties, laminated composites
  • Amir Reza Esmaeili, Milad Keshavarz, Afsaneh Mojra Pages 134-140
    Soft tissue’s cancers are related to major variations in the mechanical properties of the tissue. In recent years, a number of developing techniques have been introduced for early detection of soft tissue’s cancers. The major advantage of these methods over the common available techniques is while being noninvasive to the body, the accuracy of detection is noticeably increased. This article intends to analyze mechanical behavior of the breast tissue by considering a Mooney-Rivlin hyperelastic model. Coefficients of the model are defined by using a series of experimental mechanical datasets. For this purpose, a mechanical device is designed and fabricated base on a new noninvasive method named Artificial Tactile Sensing (ATS). The device is examined on 8 patients in 20 to 50 age range refer to “Jahad Daneshgahi Breast Diseases Clinic” while considering Helsinki agreement’s protocols. Due to wide anatomical variations of the breast tissue in individuals, 40 specified regions are examined on the tissues of all attended cases. Experimental stress versus strain datasets are collected for 40 test points. To achieve a reliable and optimized model, a genetic algorithm (GA) is used for calculating Mooney-Rivlin’s coefficients. Results confirmed that an accurate model can be afforded to estimate the soft tissue’s mechanical behavior with the least error. The model is suitable for disease diagnosis and follow-up procedure.
    Keywords: Soft Tissue, Artificial Tactile Sensing, Hyperelastic, Genetic Algorithm, Tumor
  • Ali Reza Nikravan, Farhad Kolahan Pages 141-152
    The use of TI-6AL-4V alloy is increasing in various industries, due to its characteristics such as high strength to weight ratio and excellent creep and corrosion resistance. However, because of titanium alloys poor machinability, non-traditional machining is usually used in shaping them. In this research, the wire cut machining of Ti-6Al-4V alloy has been investigated. In this regard, the effects of 8 process parameters and their optimal values are determined, for two process characteristics, cutting rate and surface roughness. One of the innovative aspects of the current study is the consideration of cutting height as one of the main parameters affecting the process output quality. Therefore, for three different cutting heights (each with two replicates), the L18 Taguchi matrix is employed to gather the required experimental data. Then, using the 108 data, statistical analysis, including signal to noise and analysis of variance were carried out in order to determine optimal process parameters and their effects on the two process outputs. Optimal process parameters values for maximum cutting rate and minimum surface roughness were verified by validation experiments. The results illustrate that the cutting height would alter the effects of process parameters and their optimal values. Finally, multi-objective optimization was performed to determine optimal parameters settings based on relative importance of process outputs for cutting heights of 30, 60 and 90 mm, in the form of technology table. The contribution of uncontrolled parameters and errors were less than 10% in all cases, which indicate the accuracy of the proposed technique.
    Keywords: Cutting rate, surface roughness, Signal to Noise, Analysis of Variance, Optimization
  • Iraj Lirabi, Hossein Amirabadi Pages 153-160
    Hybrid layered manufacturing is one of the key methods among rapid manufacturing techniques in which a layer of molten metal is deposited on the substrate and desired geometry is completed by stacking the layers. Inexpensiveness, high rates of deposition and great applicability are some of the characteristics of hybrid layered manufacturing. Welding and face milling are the two steps of the process. In welding phase, metal is built up by weld lines to cover a given surface and in milling phase weld beads are truncated to achieve a flat and integrated layer. The focus in this article is to optimize two contradictory objectives, namely reduction in machining volume and increase in deposition rate. Thus, the first task is to formulate the bead model considering the metal build-up effect. Then, the situation needed for achieving quasi-flat layers in welding phase is studied and the unified model is extracted. Moreover, GA is used to find optimum values for the proposed model based on heat and process constraints. Finally the model is verified and conclusions are drawn. This article presents a new criterion by defining the heat constraint for the multi-objective function. Results show that for the 0.8 mm wire ER70S6, optimum values are 8.6 m/min for wire speed and 0.6 m/min for torch speed that yield a deposition rate of 4224 mm3/min without violating heat constraint.
    Keywords: Hybrid Layered Manufacturing, Weld Bead Modeling, machining, Optimization, Heat constraint
  • Mohammad Hadi Sedaghat, Mohammad Mohsen Shahmardan, Mahmood Norouzi, Mohsen Nazari Pages 161-169
    In this paper 2D numerical model is used to study the effect of depth of airway surface liquid (ASL) on the muco-ciliary transport. An immersed boundary-lattice Boltzmann method is used to solve the momentum equation. In this study mucus is considered as the viscoelastic fluid an Oldroyd-B model is used as the constitutive equation of it. Immerse boundary method is used to study the propulsive effect of the cilia and also the effects of mucus– periciliary layer interface. Our results show that mean mucus velocity becomes maximized when the PCL depth is equal to the standard value of it i.e. 6 μm. By increasing or decreasing the depth of PCL or increasing the depth of mucus layer, mean mucus velocity reduces. Our study also shows that mucus viscosity ratio can play an important role on the muco-ciliary clearance. It means that by increasing the Newtonian part of mucus viscosity or by decreasing elastic contribution of the mucu, mean mucus velocity increases significantly. So reducing mucus velocity results from changing ASL depth can be completely modified by increasing the Newtonian part of mucus viscosity.
    Keywords: immersed boundary, lattice Boltzmann method, Muco, ciliary transport, ASL depth, Mucus, Oldroyd, B model
  • Seyed Ali Mousavi, Mohammad Reza Elhami Pages 170-178
    Variable pitch propeller (VPP) are used in advanced helicopters, in order to achieve greater efficiency, better stability and achieve higher altitudes. This study is going to assess the behavior of VPP propeller with coupled non-linear displacement in three degrees of freedom. Accordingly, the behavior of this type of propeller with Changes of elastic axis distance, Length, mass, speed, polar radius of gyration, Stiffness in three degrees of freedom, and pitch have been investigated. In this paper, Gallerkin method is used to extract natural frequencies and the results were evaluated with the results reported by other researchers. The results show convergence and accuracy of the used method. In this study, it was found that parameters of mass, length and rotational speed of the propeller have effect on the natural frequencies, and all modes of vibration. However, other parameters except for the pitch angle effect on the odd or even number of frequency modes. It was also found that the pitch angle in the static mode does not effect on natural frequencies but in the case of rotation of propeller, affect on natural frequency of vibration modes as sine or cosine form.
    Keywords: Helicopter, Propeller, Variable Pitch, Gallerkin, Coupled vibration
  • Majid Elyasi, Farzad Ahmadi Khatir, Morteza Hosseinzadeh Pages 179-186
    The present study investigates the manufacturing process of metallic bipolar plates made of SS316L with a thickness of 0.1 mm using rubber pad forming process. Two deformation types, convex or concave patterns, were used for producing channels in bipolar plates. The effect of concave and convex patterns on forming forces and slots filling will be created in this present study and then suitable condition for both patterns of deformation are achieved. For carrying out the experimental examination, two dies, convex and concave pattern within equal dimensions were designed and manufactured. In order to correct comparison of two die patterns, a rubber pad with hardness of Shore A 85 and thickness of 25 millimeters was used for forming of plates. A hydraulic press with capacity of 200 tons was used to make force on die. The concluded results signify that in an equal magnitude of force, die with convex pattern shows more depth of filling than concave die. By increasing magnitude forming force up to maximum limit, depth of filling in concave die will be constant and more increasing in magnitude of force will cause to destroy the rubber.
    Keywords: Rubber pad forming, Concave, convex die patterns, Metallic bipolar plate, Fuel cell
  • Davoud Shahgholian Ghahfarokhi, Mahmoud Salimi, Mahmoud Farzin Pages 187-198
    When two bodies slide on each other the asperities are engaged and friction is created. By superposing ultrasonic vibrations to one of the bodies, the friction force is reduced. This phenomenon is widely used in metal forming and metal cutting. In this research, experimental study of the effect of ultrasonic vibrations has been on sliding friction force in longitudinal direction. For this purpose, set-up was designed and fabricated. The main components of the set-up, including generators, transducers, first engaged body and second engaged body. The Set-up was installed on the machine lathe for investigation of the effect of ultrasonic vibrations on sliding friction force in longitudinal direction. The experiments were performed for eight different performance conditions. Next, the effect of each parameter ultrasonic wave velocity, roughness and material of contact surfaces were studied on the reduction of the friction force due to addition of ultrasonic vibrations. The result show that range of reduction friction force due to addition of ultrasonic vibrations in longitudinal direction is between 40 to 100% for the different performance conditions also friction force significantly reduced by increasing ultrasonic wave velocity so that friction force can be brought to zero by significant increase in ultrasonic wave velocity. The results also show that friction force has a more reduction for the surface has a less roughness. Aluminum-aluminum surfaces can be more reduction friction force from aluminum – steel surfaces.
    Keywords: Experimental study, Ultrasonic Vibrations, Sliding Friction Force, Experimental Set, up
  • Mohammad Ali Tofigh, Mohammad Mahjoob, Moosa Ayati Pages 199-208
    In this paper, modeling and feedback linearization controller for trajectory tracking of a novel six-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem of them is their small payload. In the proposed novel model, two coaxial propellers are added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to excel anti-crosswind capability of quadrotor, while the dynamic and steering principle is preserved. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. Model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. First one is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. Second controller is a feedback linearization based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. To compensate actuator’s dynamic and moreover, to avoid complexity of controller, a two-stage algorithm is utilized. The obtained simulation results confirm that the performance of hierarchical controller is more convenient in terms of position tracking and disturbance rejection than conventional controller.
    Keywords: Unmanned aerial vehicle, six, rotor aircraft, modified quadrotor, feedback linearization
  • Shoaib Khanmohammadi, Kazem Atashkari, Ramin Kouhi Kamali Pages 209-222
    Many researchers have been considered biomass utilization due to reduction of greenhouse gas effects and environmental impact recently. Achieving a system with the best performance for the application of this type of fuel with low calorific value is to be one of the topics of interest to researchers. This study focus on precise modeling of biomass gasification and design a trigeneration system to produce cooling, heating and electricity using this clean source of energy. In the process modeling of biomass gasification a realistic model includes tar content in syngas is developed. A parametric study of trigeneration system to find the objective functions trend and to achieve the best performance parameter is carried out. Results show that two objective functions in the reasonable range have conflict which emphasis to the multi-objective optimization. Also, with draw Pareto front curve, a suitable relation to estimate the trend of objective functions is derived.
    Keywords: biomass gasification, double effect absorption chiller, modified equilibrium model, multi, objective optimization, Trigeneration
  • Shahryar Zare, Ali Reza Tavakol Poursaleh Pages 223-234
    This paper focuses on nonlinear dynamic analysis of a solar-powered free piston hot-air engine. First, dynamic and thermodynamic equations governing the free piston hot-air engine are extracted. Accordingly, by coupling the obtained relationships, nonlinear behavior of the free piston hot-air engine is simulated. Then, motion and velocity of the pistons in steady state condition are discussed using numerical solution of the nonlinear equations and using the phase plane analysis. Next, the stroke of pistons, maximum and minimum volumes and pressure as well as the produced work and power are studied corresponding to the change of temperatures in the hot and cold chambers. Since, the damping coefficient between power piston and the cylinder wall is variable due to the temperature changes and environmental conditions its effect on the stroke of pistons, maximum and minimum volumes, pressure, produced work and power is investigated. The results obtained clearly indicate that there is an optimal power for a certain value of damping coefficient. Then, stroke of the pistons, maximum and minimum volume and pressure as well as the produced work and power are studied according to the changes in engine parameters such as mass and stiffness of work and displacer pistons. The ranges of variations of engine parameters are selected so that the motions of displacer and power pistons fall into a limit cycle. Finally, sensitivity analysis of the produced power is carried out considering changes in engine parameters.
    Keywords: Free piston hot, air engine, nonlinear dynamics, phase plane, power
  • Habib Ahmadi, Mahdi Bamdad, Seyed Mohammad Mahdi Bahri Pages 235-246
    In this paper, dynamics and control of a Tendon-based continuum robot is investigated. The curvature is assumed that constant in each section of continuum robot. Kinematic equation is established on the basis of the Euler-Bernoulli beam. The dynamic model of the continuum robot is derived by using Lagrange method. In this paper, robot control is performed in two parts: firstly, Dynamic model is assumed to be known and position and velocity tracking control has been by using the feedback linearization method, But uncertainties in the dynamic model, are constantly challenged the control of continuum robots. For unknown parametric quantities such as mass coefficients, one way is simply substitutes a fixed estimate for the unknown parametric quantities. In this case tracking error is not equal to zero but it’s bounded. For many applications, we cannot assume that tracking error vector is not equal to zero. In such cases we use adaptive controller. In this paper the total mass of the primary backbone and secondary backbone are uncertain parameters, therefore, a new adaptive controller is presented to estimate those uncertainties while cause to asymptotically stable for tracking error. Simulation results show good performance in velocity and position tracking.
    Keywords: Continuum robot, constant curvature, adaptive controller, Euler, Bernoulli beam, feedback linearization
  • Mohammad Ali Tofigh, Mohammad Mahjoob, Seyed Mousa Ayati Pages 247-24
    In this paper, modeling and tow type of nonlinear controller for trajectory tracking of a novel five-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. Because of the very simple structure and high maneuverability, quadrotors are one of the most preferred types of UAVs but the main problem of them is their small payload. In the proposed novel model, one propeller is added to the center of vehicle to improve the ability of lifting heavier payloads, and to excel anti-crosswind capability of quadrotor. The dynamic model is obtained via Newton Euler approach. The model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Also, two types of nonlinear controllers are presented. First one is a conventional input-output feedback linearization controller which involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to sensor noise as well as modeling uncertainty. Second controller is a BackStepping controller based on the hierarchical control strategy that yields easier controller. The obtained simulation results confirm that the performance of BackStepping controller is convenient in terms of stability, position tracking and it is robust in presence of disturbance.
    Keywords: Unmanned aerial vehicle, five, rotor aircraft, modified quadrotor, feedback linearization, backstepping controller
  • Yousef Hojjat, Mohammad Reza Sheykholeslami, Mojtaba Ghodsi, Hesam Sadeghian Pages 255-260
    In giant magnetostrictive transducer, Young modulus of the core considerably alters with changing its magnetic level. Young modulus change in Terfenol-D core has the highest value. This effect, changes the resonance frequency and mode shapes of the transducer. This subject in Terfenol-D resonance transducer is studied in this paper. For this purpose, a resonance Terfenol-D transducer has been designed and fabricated. Node locations in the transducer are considered to add pre-load and bias mechanisms. Effect of Young modulus change on resonance frequency and mode shape were studied both analytically and by ANSYS FEM software. Range of resonance frequency change in the first mode is 1000 Hz and in the second mode is 100 HZ. Mode shapes changes are limited for both modes. In 40kA/m magnetic field bias, Results from analytical and FEM simulation were verified with experimental results. Resonance frequency in this bias is 3100 Hz for the first mode and 8252 Hz for the second mode. Results have acceptable agreement with experimental results. Moreover, in this bias magnetic field, impedance responses between first and second modes are compared. Results show that selecting second mode is preferable for reducing disturbance of Young Modulus change on vibrational behavior.
    Keywords: Magnetostriction, Young Modulus Change Effect, Resonance Frequency, Mode shape
  • Mohammad Reza Hairi Yazdi, Mohammad Reza Sabaapour, Borhan Beigzadeh Pages 261-270
    Control of biped robots based on the concept of asymptotical stable periodic motions have become of interest of researchers nowadays. Potential energy shaping, one of the most significant approaches in this regard, has been presented and evaluated well on planar 2D models, so far. In this paper, this concept is developed and investigated for general three-dimensional case, in the presence of non-holonomic constraints. At First, the considered biped model is a 3D compass gait model with finite hip width and arc shaped feet whose stable passive walking has been shown in previous researches. In this approach, the passive periodic gaits which may be adopted for a particular ground slope can be reproduced on any arbitrary ground slope such as flat surface. In fact, thanks to the invariance property of kinetic energy as well as equivariance property of collision map with respect to slope changing action, this important goal is reached only by compensating the potential energy similar to that of passive walker. In another word, inducing a controlled symmetry to the system Lagrangian, we impose a virtual gravity in a new direction resembling the gravity direction of passive walker with respect to the ground. At the end, regarding practical challenges about the implementation of arc feet model, a compass gait model with flat feet and springs at the ankle joint has been proposed instead and the aforementioned control approach is applied again. Simulation results show the effectiveness of the presented approach for both models well.
    Keywords: Biped robot, Walking, Control, Asymptotical stability, Energy shaping
  • Gholamhasan Payghaneh, Ismaeil Ghasemi, Mahdi Rahmani, Azam Kazemnejad Pages 271-279
    In this study, using design of experiments, the effect of hybrid graphenenanosheets and nano clay and compatibilizer maleic anhydride -grafted -polypropylene (PP-g-MA) on the impact strength polypropylene-based nanocomposites were investigated. Design of experiments and analysis of experimental data with Minitab 16 software and response surface methodology were carried out. Making nanocomposites, based on the melt mixing was performed. Statistical models provided by response surface methodology good agreement with experimental results and with respect to the values of R-sq and R-sq (adj) have a good reputation. Statistical analysis showed that increasing the percentage of nanoparticles, impact strength decreases. Compounds morphology by Scanning Electron Microscopy (SEM) was performed. Micrographes showed better dispersion of the particles in lower percentages. Thermal analysis using differential scanning calorimetry (DSC) showed that the presence of graphene have little effect on the melting temperature of the sample being tested, but Tc of nanocomposites compared with pure PP, has increased about 4 percent. Also Thecrystallinity was reduced by adding graphene. In the non-graphenenanocomposites, the clay did not affect the melting temperature,but the crystallinityand crystallization temperature increased 10.73 % and 2.23 % respectively compared with pure PP that showed nucleation effect of nano clay.
    Keywords: Impact Strength, Polypropylene, Graphene nanosheets, Nano clay, Response surface methodology
  • Hamoon Pourmirzaagha, Vahid Esfahanian, Fereidoun Sabetghadam, Farshad Torabi Pages 280-288
    In this paper, one-dimensional numerical optimization of lead-acid battery with finite-volume method is performed using the governing equations of battery dynamics. For validation, the present results are compared with previous studies which show good agreement. The demand for batteries with high energy and power has increased due to their use in hybrid vehicles.The major shortcoming of lead-acid batteries in industry is low energy and high weight; therefore, a cell with higher energy and lower thickness is designed by using particle swarm optimization based on developed simulation code which is less time consuming and much faster than experimental method. The results of optimization show that an optimal battery that has 85 percent higher energy can be made with the same cell length. The results also show that an optimum cell battery can be obtained with a decrease of 25 percent in weight and 23 percent in dimensions while keeping the energy content constant.
    Keywords: Lead, Acid Battery, Particle Swarm Optimization, Computational Fluid Dynamics, Energy Content
  • Ataollah Rabiee, Amir Hossein Kamalinia, Kamal Hadad Pages 289-297
    Simulation and analysis of two phase flow that crosses over tube bundles is crucial in safety analysis and design of kettle reboilers and steam generators. The geometry complexity of the tube bundle flow field increases the difficulty of the conventional numerical analysis. One of the methods to reduce the numerical calculations cost, is to use the porous media theory instead of the complete tube bundle modeling. Drag and tube bundle resistance force equations have been used in the porous media analysis. Based on available experimental results, two tube bundle arrangements have been considered. Due to existence of symmetric geometry and uniform energy source over the tube bundle, the two dimensional symmetric models has been used as well. It was observed that the predicted pressure drop in this research has acceptable adaptation with the experimental results. Meanwhile, by considering different outlet boundary conditions, calculated void fraction is compared to the experimental results and showed better accuracy than similar CFD research. It was observed that the enhancement of the tube bundle thermal power increases the void fraction in the heating area of the reboiler.
    Keywords: Kettle Reboiler, CFD, Porous media, Pressure Drop, Void Fraction
  • Abbas Zolfaghari, Amir Hossein Behravesh Pages 298-304
    In recent years a high attention has been conducted to the structural application of wood plastic composites (WPCs). Regarding that the WPCs have lower mechanical strengths, fiber reinforcements have been applied for strengthening the WPCs. Hybrid wood plastic composites (HWPCs) include two types of reinforcements of glass fibers and wood flours that are added to a polymeric matrix. WPC pallets as an example can exploit the mechanical strength of HWPCs. In previous work, wood plastic composite was reinforced by continuous glass fibers by a unique extrusion process. Embedding the continuous glass fibers in WPC matrix resulted in significant improvements in mechanical properties such as tensile and impact strengths. In this paper, a model has been proposed to predict the tensile strength and modulus of the WPCs reinforced with unidirectional glass fibers. The methodology applied in this research considers the WPC as matrix and the glass fibers as reinforcements. Since WPC matrix is brittle, the rule of mixtures corresponding to the brittle matrix composites was used to predict the tensile strength. Results indicated that the predicted tensile properties were in good agreement with experimental data. The obtained mean errors between the experimental and theoretical results for tensile strength and modulus were 9.5% and 8.6% respectively.
    Keywords: Wood plastic composite (WPC), hybrid, unidirectional glass fiber, tensile strength
  • Ali Shaghaghi Moghaddam, Nariman Nezafati Pages 305-312
    The objective of the present work is to investigate indentation in polymers and hyperelastic materials. Both experiments and numerical analysis have been carried out. Two different sports floorings were selected to test, monolayer rubber and two layer polyurethane (PU)/polyvinylchloride (PVC). To determine the value of hardness and indentation depth of indenter in the materials, experimental study was carried out according to quality standard test for sports flooring. The numerical analysis was also conducted by Abaqus software using simulation of experimental testing conditions, selection of the best hyperelastic model and comparison of the results to experimental test in order to ascertain the efficiency and accuracy of each simulation step. The accuracy of the results has been shown by comparision of experiments with numerical results. For the first sample, indentation depth was 0.575 mm (based on experimental result) and Yeoh’s model was employed to simulate with the error of 4.3%. The indentation depth and error (by selection of reduced polynomial form of order two models) were 0.425 mm and 0.94%. for the second sample (PU/PVC), respectively. In addition, hardness was decreased from 78.1 to 75.3 when the thickness of rubber sports flooring was increased from 2.5 to 5 mm. In general, it can be concluded that the hardness values of polymers depend on their thickness, and on the other hand the indenter shape has influence on indentation depth and force-displacement curves, as well.
    Keywords: Hyperelastic, Hardness, Indentation, Numerical analaysis, Sports flooring
  • Esmaeil Valizadeh, Seyed Mojtaba Mousavi Naeenian, Mohammad Mahdi Heydari, Hamidraza Saadati Pages 313-321
    Vortex combustion chamber is the new generation of liquid propellant engines chamber, where with the help of different arrangement of injectors, an inner combustion chamber vortex flow is created. This vortex can extremely help cooling and increasing the amount of propellant components mixing in the combustion chamber so it makes it possible to create a complete combustion in a low- capacity chamber. In this research, a vortex chamber has been designed and manufactured for carrying out cold tests with water as its working fluid, in order to study impact of different parameters, including pressure drop, injector quantity and input angle, chamber diameter and the thickness of the supporting step, on the performance of this type of chambers. The designed chamber, has a great deal of capabilities such as replacement ease, change in pressure drop and injectors’ input angle and studying different supporting step’s thickness to create vortex flow. Since practical investigation of all parameters is not cost-effective, cold test has been conducted for some samples and both simulation and validation have been done for it. The simulation results and chamber performance in the tests could match very well; therefore as a result of simulation assurance, the processes and other parameters in the chamber could be studied. By doing these tests we can move toward design, manufacture and test of the main vortex combustion chamber.
    Keywords: Vortex combustion chamber, injector, vortex flow, cold test
  • Behrooz Mashadi, Parsa Salamipour Pages 322-332
    In this paper, an active caster mechanism has been introduced for the purpose of vehicle handling enhancement. To this end, a 9-DOF nonlinear vehicle model, consisting of steering system dynamic equations, derived by using Kane dynamics method, and Magic Formula tyre model, is used for the simulation purposes. The effect of caster angle variations on the steady state response of the vehicle, was investigated in the next step. Based on the knowledge, extracted by the mentioned approach, a fuzzy logic controller (FLC) is designed for controlling caster angle. According to the yaw rate error, between actual and desired values, and the vehicle lateral acceleration, the controller produces the required caster angle in order to reach to stable state of the vehicle. The desired vehicle dynamics motion is assumed in the form of the steady motion of the bicycle model. Also the variation of caster angle was limited in a conventional range. During some critical maneuvers, the performance of the caster angle controller was tested and compared with the uncontrolled vehicle. Simulation results show that the caster variation control has a high capability to enhance vehicle handling dynamics.
    Keywords: Vehicle dynamics, Steering system, Caster angle, Variable Caster, Fuzzy logic control
  • Seyed Saied Bahrainian, Zahra Mehrdoost, Reza Bahoosh Pages 333-340
    In this paper two automated and robust algorithms for generation of unstructured grids suitable for miltiscale finite volume method in oil reservoirs is presented. The multiscale finite volume method is an efficient numerical method for flow simulation in porous media. The multiscale finite volume method has been extensively studied on structured grids. In this research multiscale finite volume method is extended to unstructured grids. Development of the MSFV method to unstructured grids provides advantages of flexibility and compatibility with geological structures. In this method calculations are carried out on three grids, fine grid, primal coarse grid and dual coarse grid. One of the main challenges to extend the multiscale finite volume method to unstructured grids is to generate primal and dual coarse grids. In this paper an algorithm for partitioning of unstructured grid and generating primal coarse grid is proposed. Also a new algorithm for generating dual coarse grid is presented. Finally, the proposed algorithms for generating multiscale unstructured grids are employed for flow simulations in porous media. Numerical results show that the multiscale finite volume method with generated multiscale unstructured grids of this research can accurately predict the fine scale solution.
    Keywords: Multiscale finite volume method, Unstructured grids, Porous media, Reservoir simulation
  • Mohammad Reza Morad, Mohammad Mahdi Nasiri Pages 341-352
    In this research, a numerical simulation of liquid jet ejecting from elliptical orifices into gaseous phase with different aspect ratios, at Rayleigh regime is performed. The range of the Weber number and the aspect ratio of the orifice are from 20 to 300 and 0.25 to 0.66, respectively. The volume of fluid (VOF) method and large eddy simulation are used to simulate the liquid interface dynamics and the jet breakup utilizing the OpenFoam software. In order to achieve the most accurate results for axis-switching phenomenon and jet breakup length, the dynamic mesh refinement is used for all the examined cases. The results, which are validated with recent experimental and numerical works, indicate that the jet breakup length raises by increasing the Weber number. Also, it is shown that the jet breakup length declines as the aspect ratio of orifices decreases. Finally, it is observed that for the orifices with lower aspect ratios, jet is breaking into droplets with uniform sizes with almost no satellite droplets which always present in the circular jet breakup.
    Keywords: Liquid jet Breakup, Breakup Length, Elliptic Orifices, Axis, switching Phenomena, Numerical Analysis
  • Mahdi Tahmaseiabdar, Gholam Hossein Liaghat, Hadi Shanazari, Amin Khodadadi, Homayoun Hadavinia, Abar Abotorabi Pages 353-359
    Due to high hardness, low density and heat resistance, ceramics are widely used in armor applications and industry, thus, in this study, perforation process of projectile into ceramic targets is investigated analytically and numerically and a modified model is developed. In the analytical section, Woodward’s theory, one of the important theories in perforation process of projectile into ceramic targets, is investigated and some modifications are applied in Woodward’s model, hence the ballistic results of analytical method are improved and the modified model shows good agreement with the experimental results that in the analytical section, the modified model is based on Woodward’s model and modification of semi-angle of ceramic fracture cone, erosion, mushrooming and rigid from of projectile and also changes in yield strength of ceramic during perforation process, damage, are considered. In the numerical section, a finite element model is created using Ls-Dyna software and perforation process of projectile into Ceramic-Aluminum target is simulated. The results of the analytical method and numerical simulation are compared to the results of the other investigators and results of modified model show improvement in prediction of ballistic results.
    Keywords: Penetration, ceramic targets, ballistic limit, Woodward's model, numerical simulation
  • Majid Elyasi, Hassan Yousefinezhad Gildeh, Mahmood Zabihpoor Pages 360-370
    Due to necessary of existence of access opening, inspection paths, installation, entrance and exit doors, etc, creation of cutouts on the vessel structure is unavoidable. On the other hand, composite structures and structural analysis is complex and create cutout and imperfection structure increase these complexity. The aim of this research is to determine the mechanical response of three cutout positions on composite pressure vessels under 30 bar external pressure, so that no buckling and fracture failure occurs. Also, the optimum composite vessel thickness for this condition and cutout effect has been determined in this study. The studied vessels are made from E-Glass fiber and Epoxy matrix. Finite element simulation used to investigate the parameters effect. For this reason, commercial ABAQUS software and linear and non-linear analysis carried out to examine the parameters. To evaluate the simulation results, two composite vessels manufactured and fractured under external pressure. Moreover, the final vessel with three cutouts tested under 30 bar external pressure. The concluded results show that the optimum thickness was 16 mm for vessel with three cutouts and create the cutouts led to decrease buckling pressure. Also, with increasing cutout size the percent of buckling pressure increased.
    Keywords: Composite vessels, Cutout, Finite Element Method, External Pressure, Buckling
  • Mohammad Hossein Golmohammadi, Mehdi Mirzaei, Behrouz Najjari Pages 371-380
    Anti-lock braking system (ABS) prevents the wheels from being locked in hard braking conditions and reduces the vehicle stopping distance to the minimum value by regulating the tire longitudinal slip at its optimum value. This paper presents a two-layer controller for ABS of trucks which is adaptable with different road conditions. In the upper layer, a fuzzy controller is designed to calculate the optimum longitudinal slip of each wheel for which the maximum braking force is achieved in different conditions. In the lower layer, a nonlinear controller is analytically designed based on the predictive method to track the optimum wheel slips calculated from the upper layer. In order to increase the robustness of the controller in the presence of system uncertainties, the integral feedback technique is also appended to the predictive method. All simulation studies are conducted using the professional software of Truck Sim to evaluate the performance of the controlled system in a real condition. The results show the effectiveness of the proposed control system in improving the braking performance of trucks in different road conditions.
    Keywords: Anti, lock braking system, Nonlinear controller, Prediction, Trucks, Fuzzy controller
  • Soheil Dariushi, Mojtaba Sadighi Pages 381-388
    A novel geometrically nonlinear high order sandwich panel theory for a sandwich beam under low velocity impact is presented in this paper. The equations are derived based on high order sandwich panel theory in which the Von-Karman strains are used. The model uses Timoshenko beam theory assumptions for behavior of the face sheets. The core is modeled as a two dimensional linear elastic continuum that possessing shear and vertical normal and also in-plane rigidities. Nonlinear equations for a simply supported sandwich beam are derived using Ritz method in conjunction with minimum potential energy principle. After obtaining nonlinear results based on this enhanced model, simplification was applied to derive the linear model in which kinematic relations for face sheets and core reduced based on small displacement theory assumptions. A parametric study is done to illustrate the effect of geometrical parameters on difference between results of linear and nonlinear models. Also, to verify the analytical predictions some low velocity impact tests were carried out on sandwich beams with Aluminum face sheets and Nomex cores. In all cases good agreement is achieved between the nonlinear analytical predictions and experimental results.
    Keywords: Sandwich beam, Low velocity impact, Nonlinear analysis, High order sandwich panel theory
  • Ali Reza Torabi, Shahab Amininejad, Filippo Berto Pages 389-395
    Notches are one of the most common discontinuities in engineering structures which are created for engineering design purposes. Dealing with V-notches in components made of brittle materials, because of the presence of high stress concentration near the notch tip; detected cracks in this region should be removed and repaired to avoid brittle fracture. The most usual repairing method is to drill a circular hole at the V-notch tip. Clearly, this hole removes the crack and changes the initial notch geometry to a V-notch with end hole. Because of changing the initial notch feature, the load-carrying capacity of the new notch would be different from the initial one. Therefore, in order to assure the safety of the repaired structure, fracture assessment of the new notch is necessary. In the present research, first, a new test specimen, called Brazilian disk containing central V-notch with end hole, made of PMMA is considered for conducting fracture tests at room temperature and the experimental fracture loads are recorded. Some new test results are provided concerning brittle fracture in V-notches with end holes under mixed mode I/II loading. Then, to predict the experimental fracture loads, the strain energy density criterion is utilized. From the obtained results, it is shown that the strain energy density criterion could successfully predict the static strength of notched Brazilian disk specimens for different notch angles and various notch radii.
    Keywords: V, notch with end hole, Brittle fracture, Strain energy density, Brazilian disk, Mixed mode I, II loading
  • Ehsan Heidari, Alireza Shateri Najaf Abadi Pages 396-406
    In this study, the numerical investigation of transient natural convection with respect to the effects of two-way fluid-structure interaction, is presented in a square enclosure containing a flexible baffle. The enclosure is filled with air of Prandtl number 0.71. Temperature is constant in both hot and cold vertical walls, while baffle and horizontal walls are adiabatic. Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation is used to describe the fluid motion in the given model. Non-Dimensional fluid domain equations with relevant boundary conditions are discretized by the finite volume method (FVM), and PISO algorithm is used to solve the pressure-velocity coupling. Non-Dimensional equations of the baffle motion are solved by the finite element method (FEM) and Newton-Raphson iteration technique. Rayleigh number changes over the range of 10^3 to 10^6. Among the assessed cases in this study, 25 and 35 percentages of them indicate respectively, increase and decrease in the rate of heat transfer in compare with the enclosure containing a rigid baffle. Maximum and minimum values of Num,ss variation are respectively, 4.5 and -15.4 percent. In compare with the rigid baffle, about 90 percent of assessed cases indicate an increase in the time to reach the steady state situations, that it is not considered favorable.
    Keywords: Transient Natural Convection, Fluid, Structure Interaction (FSI), Arbitrary Lagrangian, Eulerian (ALE), Elastodynamics Equation, Flexible Baffle
  • Farid Vakil, Tahami, Akbar Rasoulian, Arash Mohammad Alizadeh Fard Pages 407-416
    Creep behavior of butt-welded joints in pressurized steel pipes operating at high temperature is one of the major concerns in industry. The creep behavior of 1.25Cr0.5Mo weldment has been investigated in this paper. Three different layers: Base Metal (BM), Heat Affected Zone (HAZ) and Weld Metal (WM) have been considered and the creep behavior of each layer has been modeled using constitutive equations. Constitutive parameters have been determined using the results of uniaxial constant load creep tests. A numerical approach based on least square method has been used to calculate optimum values of the constitutive parameters. The results have been compared with those provided in the literature for different alloys and good agreement has been observed. Creep tests have been carried out at 30, 35, 40 and 50 MPa and temperature levels of 670, 700, 725, 750 and 800 °C. Specimens have been machined out from Base and Weld Metal. Since machining specimens with appropriate size from HAZ is impossible, a method is proposed to obtain constitutive parameters for this layer. This method is validated by comparing the constitutive parameters which have been calculated for WM with those obtained using creep tests. Micrographical and microhardness tests show that there are significant differences in the microstructure of the layers. Consequently, the creep behavior of layers is different. The results show that steady state creep strain rate for WM is higher than the rates for BM and HAZ; also at low stress levels, creep strain rate of HAZ is larger than BM.
    Keywords: Cr, Mo Steel Alloy, Creep Behavior, Experimental Investigation, Constitutive Parameters, Heat Affected Zone