مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 116 (آذر و دی 1396)

تلاش این مقاله بر تدوین اجمالی معرفی دانش ترامکانیک و اهمیت آن در طراحی خودروهای خارج جاده ای است. این مقوله در سرفصل های درسی دانشکده های مهندسی مکانیک کشور مغفول مانده و منابع فارسی اندکی در این حوزه منتشر شده است. از سویی، صنایع متعددی در کشور (مانند کشاورزی، راه سازی، نظامی، محیط زیست و امداد و نجات) نیازمند اطلاعات در این حوزه اند. مهندسان خودرو های خارج جاده ای در طراحی این دسته از خودرو ها با چالش هایی روبرو هستند که در طراحی خودرو های معمولی دیده نمی شود. چالش هایی از قبیل نیروی پیشران و ترمزی کافی، فرمان پذیری و قابلیت یدک کشی. خاک به عنوان یک محیط عملیات خارج جاده ای با تغییرات دما و رطوبت خواص متفاوتی دارد. داشتن دانش کافی از ویژگی های مکانیکی خاک و واکنش آن نسبت به بار خودرو برای تعیین عملکرد یک خودرو خارج جاده ای ضروری است. مطالعه عملکرد یک خودرو خارج جاده ای در ارتباط با محیط عملیاتی آن (مسیر حرکت)، در علمی با عنوان ترامکانیک بررسی می شود. از اینرو مهندسان برای محاسبه عملکرد خودرو خارج جاده ای از قبیل پیش بینی امکان تردد، قابلیت یدک کشی و فرمان گیری مناسب از ترامکانیک بهره می گیرند. امروزه محدوده وسیعی از تحقیقات و توسعه صنعت خودروسازی، در زمینه هایی چون کشاورزی، صنایع ساختمان سازی و معدن، اکتشافات سیاره های جدید (مریخ پیما)، عملیات نظامی، خودروهای نوین خودران و بدون سرنشین معطوف شده است. این نوع خودرو ها ممکن است با مسیر های متفاوت، از ماسه بیابانی گرفته تا گل نرم یا برف تازه، روبرو شوند. مهندسان با به کارگیری مدل های مختلف ترامکانیکی در راستای بهبود و توسعه خودروهای خارج جاده ای قدم بر می دارند.

فلکسوالکتریسیته را می توان یک اثر جفت شدگی الکترومکانیکی کلی بین قطبش الکتریکی و گرادیان کرنش و برعکس، گرادیان میدان الکتریکی و کرنش الاستیک توصیف نمود. این پدیده می تواند به عنوان یک اثر مرتبه بالاتر نسبت به پیزوالکتریسیته که پاسخ قطبش به کرنش می باشد؛ در نظر گرفته شود. به هر حال، در مقیاس نانو، که گرادیان های کرنش بزرگ انتظار می رود، اثر فلکسوالکتریک قابل توجه است. اثر اندازه مربوط به گرادیان نشان می دهد که اهمیت اثر فلکسوالکتریک در سیستم های میکرو و نانو، قابل مقایسه با پیزوالکتریسیته و حتی فراتر از آن است. به علاوه، فلکسوالکتریسیته برخلاف پیزوالکتریسیته در هر ماده با هر تقارنی یافت می شود. این بدان معناست که در مقایسه با پیزوالکتریسیته که در مواد با تقارن مرکزی، نامعتبر و غیرکاراست، آثار فلکسوالکتریسیته در تمامی مواد و سیستم های زیستی وجود دارد. این ویژگی ها سبب رشد فزاینده علاقه و تحقیقات به فلکسوالکتریسیته در دهه اخیر شده است. هم اکنون، در پژوهش هایی نقش فلکسوالکتریسیته در فیزیک دی الکتریک ها مورد بررسی قرار گرفته و برای کاربردهای عملی امیدوارکننده نشان داده است. از طرف دیگر، اختلاف نتایج تئوری و تجربی نشان از درک محدود در این زمینه دارد. این پژوهش به بررسی و مرور دانش فعلی در زمینه فلکسوالکتریسیته در جامدات می پردازد.

استفاده از لیزر در جوشکاری پلاستیک ها در اوائل دهه 1970 م مطرح شد. اگرچه کاربردهای گسترده صنعتی این فناوری در جوشکاری پلاستیک ها از سال های پایانی دهه 1990 آغاز شده است. در جوشکاری لیزر عبوری، قطعاتی که باید به هم متصل شوند در کنار هم قرار می گیرند و تولید حرارت و ایجاد منطقه جوش همزمان با هم صورت می پذیرد. در این روش یکی از قطعاتی که قرار است جوش شود باید قابلیت عبوردهی پرتو لیزر را داشته باشد و قطعه دیگر می تواند شفاف یا غیرشفاف باشد که در حالت شفاف بودن قطعه دوم، باید از یک ماده جاذب در فصل مشترک دو قطعه استفاد کرد. پرتو لیزر در قطعه شفاف نفوذ کرده و با رسیدن به قطعه جاذب در فصل مشترک دو قطعه کار به حرارت تبدیل می شود و منطقه جوش را ایجاد می کند. در این مقاله سعی شده است با مرور تاریخچه جوشکاری لیزر عبوری با تکیه بر کارهای تجربی به بررسی قابلیت های فرایند، پارامترهای موثر بر آن و کاربردهایش پرداخته شود.

پژوهشگرانی که درپی توسعة توانایی های ربات های قابل حرکت بوده اند، همواره نگاهی به سیستم های زیستی نیز داشته و از آنها الهام گرفته اند. مارمولک از جمله مخلوقات چابکی است که به طور قابل توجهی قدرت مانور و حرکت ماهرانه بر روی سطوح تخت و عمودی دارد. حتی بعضی از گونه های مارمولک توانایی بالارفتن و حرکت روی سطوح معکوس مانند سقف را هم دارند. مطالعة سیستم چسبندگی پاهای مارمولک منجر به طراحی چسبنده های ترکیبی مصنوعی در سال های اخیر شده است. یک ساختار چسبندگی مارمولکی طبیعی براساس جهت عمل کرده و مارمولک را قادر می سازد چسبندگی پاهایش را با انواع سطوح تنظیم کند. این مقاله پس از مرور تاریخچة فناوری چسبندگی مارمولکی به روش های ساخت این چسبنده ها پرداخته و کاربردهای آن را در انواع سیستم های رباتیک و گریپرها بررسی می کند. چسبندگی بدون استفاده از انرژی در این گریپرها کاربری آنها را در مکان های خاص مانند ربات های اکتشاف فضایی یا ایستگاه ها و سفینه های فضایی جذاب می کند.

بهینه سازی و افزایش بازده سیستم های انتقال حرارت، یکی از اساسی ترین چالش های مهندسان و طراحان طی سالیان اخیر بوده است. از همین رو، استفاده از نانوذرات در سیالات پایه، به عنوان روشی غیرفعال در جهت بهبود انتقال حرارت و کوچک سازی سیستم های گرمایشی شناخته شده است و پژوهشگران متعددی در مطالعات خود به پیش بینی رفتار و قابلیت های کاربردی آنها با انواع روش های نظری، عددی و آزمایشگاهی پرداخته اند. به همین دلیل، در این مقاله با هدف آشنایی با مبانی، سازوکار، مزایای بهره گیری و همچنین چالش های استفاده از نانوسیالات، به بررسی خواص و ویژگی های آنها پرداخته می شود. سپس برای درک صحیح از سازوکارهای انتقال حرارت، مدل های ارائه شده و جایگاه اکتشافات تجربی در این زمینه معرفی می شوند. در ادامه با معرفی فروسیال ها یا همان نانوسیال های مغناطیسی، به کاربردهای آنها در صنایع گوناگون اشاره می شود. در نهایت روش های بررسی و افزایش پایداری نانوسیالات به تفصیل تشریح می شود.

مواد پایه تیتانیومی از جمله مهمترین مواد مورد استفاده در مهندسی پزشکی به شمار می روند. امروزه تیتانیوم خالص تجاری به دلیل زیست سازگاری بالا با بدن انسان، به طور فزاینده ای مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. به منظور دستیابی به خواص مکانیکی بهتر، بدون به خطر انداختن دیگر خواص مفید تیتانیوم، همچنین به جهت رسیدن به ساختار ریزدانه از روش تغییر شکل پلاستیک شدید استفاده می شود. اصلاح اندازه دانه توسط این روش به بهبود خواص مکانیکی و کاربردی تیتانیوم منجر خواهد شد. در این مقاله به مرور تکنیک های مورد استفاده در تغییر شکل پلاستیک شدید به منظور ساخت تیتانیوم خالص ریزدانه پرداخته شده است. همچنین طیف وسیعی از خواص تیتانیوم خالص تجاری که با ریزدانه کردن ساختار آن به روش تغییر شکل پلاستیک شدید به دست آمده است، از قبیل ریزساختاری، خواص مکانیکی، عملکرد در برابر خوردگی و زیست سازگاری مورد مطالعه قرار گرفته است.

مواد مرکب به دلیل دارابودن استحکام بالا و وزن کم در کنار قابلیت طراحی، در صنایع مختلفی در حال به کارگیری می باشند. استفاده از مواد مرکب در ساخت توربین بادی به دلیل مزیت های بی شمار این مواد، طی سال های اخیر به شدت افزایش یافته است و حجم عظیمی از هزینه ساخت یک توربین بادی، مربوط به مواد مرکب به کار رفته در آن است. این مواد در قسمت های مختلف پره توربین های بادی کوچک و بزرگ، دماغه، بدنه (پوسته کامپوزیت مولد الکتریکی) و پایه توربین بادی در حال استفاده اند. البته استفاده از این مواد نیازمند توجه به نکات بسیاری است که پیچیدگی هایی را به همراه دارد. در این مقاله سعی شده است تا انواع مواد کامپوزیتی که در ساخت توربین بادی استفاده می شوند، معرفی شده و کاربردهای این مواد در تجهیزات استحصال انرژی باد به ویژه توربین بادی و الزامات استفاده و نحوه به کارگیری مورد بررسی قرار گیرد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که استفاده از مواد مرکب در ساخت قسمت های متنوع و جدید توربین بادی در حال گسترش است و استانداردها و پیچیدگی های طراحی و به کارگیری این مواد در حال تدوین می باشد. همچنین توجه به شرایط محیطی و دوام سازه های کامپوزیتی، با توجه به هزینه های بسیار زیاد نصب و تعمیر توربین های بادی، بسیار ضروری می باشد.

به منظور جلوگیری از تورق و بهبود رفتار خمشی کامپوزیت های چندلایه، از روش دوخت لایه ها در راستای ضخامت استفاده می شود. در این پژوهش تاثیر پارامترهای دوخت بر رفتار خمشی کامپوزیت های شیشه / اپوکسی بررسی شده است. بدین منظور، لایه های تقویت کننده شیشه ای با نخ دوخت صنعتی در زوایای صفر، 45، 90 و ترکیبی از این زاویه ها دوخته شدند. همچنین لایه های مختلف کامپوزیت با چیدمان های متفاوت به هم دوخته شدند. پس از مرحله آماده سازی تقویت کننده ها، کامپوزیت هایی هشت لایه با زمینه اپوکسی با روش دستی ساخته شد. نمونه های کامپوزیت ساخته شده با سه سرعت مختلف تحت آزمایش خمش سه نقطه ای قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد دوخت لایه های میانی تقویت کننده تاثیر قابل ملاحظه ای بر افزایش استحکام و مدول خمشی دارد. همچنین نمونه هایی که در چند راستا دوخته شده اند نسبت به نمونه هایی که در یک راستا دوخته شده اند یا حتی دوختی روی آنها انجام نشده است، 20 تا 50 درصد استحکام خمشی کمتری دارند.

در این مقاله یک سیستم ترازکن خودکار چهارطرفه با قابلیت تنظیم شیب عرضی و طولی معرفی شده است که قادر است با نصب روی شاسی ماشین، شیب زمین را با دقت 2/0± درجه در راستای طولی و عرضی اندازه گیری کرده و براساس داده های به دست آمده، شاسی ماشین مربوطه را با شیب تعریفی کاربر با دقت 5/0± درجه در دو راستای عرضی و طولی تراز کند. دستگاه ساخته شده از سه بخش مدل ساده ای از ماشین، شیب سنج الکترومکانیکی و واحد کنترل تشکیل شده است. دستگاه پایداری مناسبی در مقابل عوامل محیطی مانند تغییرات دما، رطوبت و نویز دارد، لذا می تواند کاربردهای صنعتی داشته باشد. عملکرد واقعی دستگاه روی سکوی شیب دار در راستای عرضی و طولی و همچنین راستای ترکیبی عرضی - طولی مورد آزمون قرار گرفت. نتایج آزمون عمکرد واقعی دستگاه نشان می دهد که سیستم در بدترین شرایط توانایی تراز با سرعت 8/0 درجه در واحد زمان در فشار روغن 150 بار را دارد.

به دلیل تقاضای روزافزون برای سوخت های پاک و مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی، به تازگی استفاده از سوخت های زیستی نوین همچون بیودیزل، بیوگاز و بیواتانول اهمیت زیادی پیدا کرده است. بیودیزل ها از جمله سوخت های زیستی تجدیدپذیر و پاک اند که به دلیل خواص فیزیکی شیمیایی مشابه با دیزل های نفتی، به عنوان جایگزین آنها در سراسر جهان مطرح شده اند. به هر حال، در فرایند تولید بعد از واکنش ترنس استری فیکاسیون، محصول بیودیزل خام باید پالایش و تخلیص شود. اخیرا فرایندهای غشایی مانند ریزپالایش و فراپالایش به عنوان روشی نوین و چشم انداز برای پالایش و تخلیص بیودیزل در زمینه های کاربردی متعددی نظیر صمغ زدایی و آب زدایی روغن، جداسازی محصولات جانبی گلیسرول و آب، ناخالصی های صابون، روغن های واکنش نداده و اضافه های کاتالیست ، پالایش پساب های مراحل شستشوی بیودیزل و راکتورهای غشایی برای واکنش های ترانس استری فیکاسیون ناهمگن مورد آزمون و ارزیابی قرار گرفته اند. لذا در این تحقیق، روش های مرسوم پالایش بیودیزل مانند شستشوی مرطوب و خشک همچنین فواید و معایب شان مرور خواهند شد و بر کاربرد فناوری های نوین و محیط زیست پسند جداسازی غشایی، تاکید و فرایندهای مربوط به آن برای تولید، پالایش و تخلیص بیودیزل، مورد بحث و بررسی قرار خواهند گرفت.