فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال دهم شماره 4 (زمستان 1389)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال دهم شماره 4 (زمستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/12/22
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمدتقی وکیل باغمیشه، رضا حسن نژاد، مهدی میرزایی صفحه 1
    ضربه های اتفاقی ناشی از ثابت نبودن سرعت و ناهمواری های جاده، خودرو را در معرض شتاب های قائمی قرار می دهد که سبب ناراحتی و خستگی سرنشینان می شود. با محدود سازی این شتاب ها می توان راحتی سفر با خودرو را بهبود داد. در این مقاله نخست به منظور ارزیابی راحتی سفر با خودرو، پاسخ شتاب های قائم سرنشین در فرکانس های مختلف با استفاده از طیف چگالی قدرت مربوط به تحریک های اتفاقی جاده واقعی محاسبه شده و با مقادیر مرزی مطلوب - که در استاندارد ISO 2631 تعریف شده - مقایسه می شود. سپس برای حداقل سازی شتاب های قائم و با در نظر گرفتن مقادیر مرزی مشخص شده در استاندارد، پارامترهای سیستم تعلیق (ضرایب فنرها و کمک فنرها) با استفاده از الگوریتم های ژنتیکی تعیین می شوند. برای حل این مساله بهینه سازی غیر خطی مقید، محدودیت های فیزیکی نیز اعمال می شوند. نتایج به دست آمده نشان دهنده کاهش شتاب های بدنه خودرو به میزان قابل قبول و بهبود پاسخ دینامیکی خودرو از نظر راحتی سفر است. مقایسه نتایج به دست آمده از این روش با نتایج حاصل از روش برنامه ریزی غیرخطی، نشان دهنده کارایی بالاتر الگوریتم ژنتیکی است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، سیستم تعلیق خودرو، الگوریتم ژنتیکی، تحریک های اتفاقی جاده
  • مهدی قناد، غلامحسین رحیمی، سیامک اسماعیل زاده خادم صفحه 13
    در این مقاله با استفاده از تغییر شکل برشی مرتبه اول(FSDT)، معادلات دیفرانسیل حاکم بر استوانه های جدار ضخیم متقارن محوری ساخته شده از مواد ناهمگن FG در حالت کلی استخراج شده و سپس جابه جایی شعاعی و تنش بیشینه برای استوانه ای با دو سر بسته و مقید، به صورت تحلیلی به دست آمده است. جابه جایی و تنش، به ازای تغییرات ضرایب ناهمگنی مطالعه شده و با حالت استوانه جدار ضخیم همگن مقایسه و نتایج، با نتایج نظریه الاستیسیته مستوی(PET) مقایسه و شباهت ها نشان داده شده است. جنس استوانه، ماده ناهمگن و همسانگردی با تغییرات مدول الاستیسیته در راستای شعاعی به صورت توانی و با نسبت پواسون ثابت است.
    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، ماده ناهمگن FG، نظریه تغییر شکل برشی
  • فرهاد جاویدراد، علیرضا پورموید صفحه 27
    در این مقاله، نخست برخی از روش های موجود برای ساخت سریع قطعات هوا-فضایی که پیچیدگی بالایی دارند، معرفی شده و سپس شیوه جدیدی برای ایجاد منحنی های کانتور قطعه ارائه می شود که در آن مستقیم از داده های ابر نقاط استفاده شده است. شیوه ارائه شده برای محاسبه منحنی های کانتور شامل: قسمت بندی داده ها، کاهش داده های نقاط و برازش منحنی بی- اسپلاین است. الگوریتم ارائه شده در محیط نرم افزار ریاضی اجرا و از آن برای تولید منحنی های مرزی کانتور قطعه اتصال دهنده ای بین بال و بدنه هواپیما استفاده شده است. نتایج مقایسه سه بعدی بین ابر نقاط حاصل از اسکن نمونه و مدل لایه ای نشان می دهد که حدود 95 درصد نقاط انحرافی کمتر از 5/0± میلیمتر دارند که با توجه به ابعاد قطعه مورد نظر، قابل قبول است. با توجه به ساده بودن الگوریتم ارائه شده و نتایج تجربی حاصل، ادعا می شود که این روش برای ایجاد مدل لایه ای قطعات پیچیده کارایی لازم را داشته و ساخت قطعات را از طریق روش نمونه سازی سریع امکان پذیر می سازد و از آن می توان به طور موثری در ساخت مدل قطعات هواپیماها و سایر سامانه های هوایی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: نمونه سازی سریع، مهندسی معکوس، مدل لایه ای قطعات، منحنی بی، اسپلاین، ابر نقاط
  • شاهین حیدری، شهلا جباری صفحه 37
    با توجه به وجود اقلیم های متنوع در ایران، طراحی معماری باید با توجه به شرایط اقلیمی انجام شود؛ این بویژه در شرایطی که شرایط حرارتی بحرانی باشد اهمیت بیشتری داشته و به مهمترین چالش ذهنی معمار تبدیل می شود. اقلیم سرد یکی از اقلیمهای مهمی است که به طراحی خاص نیاز دارد. در این اقلیم فصل تابستان بسیار کوتاه بوده و در بیشتر زمانها دمای محیط در زیر محدوده آسایش قرار دارد. مهمترین مساله، گرمایش است، زیرا بیشتر زمانها، به افزایش دما تا محدوده آسایش نیاز است. در این مقاله اقلیم سرد وخشک تبریز به عنوان میدان تحقیق انتخاب و تحلیل حرارتی برای آن انجام شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در ماه های آذر تا بهمن همواره باید برای گرمایش از تجهیزات مکانیکی فعال در کنار تجهیزات غیر فعال استفاده شود. در ماه اسفند در طول روز به جز ساعات ظهر نیز همواره به استفاده از تجهیزات مکانیکی نیاز است. این نیاز در ماه های فروردین و اردیبهشت در محدوده دماهای حداقل به چشم می خورد
    کلیدواژگان: اقلیم سرد، تحلیل حرارتی، عملکرد حرارتی، محدوده آسایش حرارتی، شرایط محیطی
  • مازیار لطفی شورابی، محمد گلزار صفحه 45
    در این پژوهش خواص و رفتار حرارتی چوب پلاستیک با استفاده از آزمایش گرماسنجی پویشی تفاضلی و وزن سنجی حرارتی اندازه گیری شده است. نمونه های مورد آزمایش عبارتنداز: پلی اتیلن با چگالی بالا، ذرات چوب و چوب پلاستیک. نمودارهای به دست آمده از آزمایش گرماسنجی نشان داد که افزودن ذرات چوب به زمینه پلی اتیلن باعث کاهشی در سطح زیر نمودار گرماسنجی می شود. در نتیجه، چوب پلاستیک گرمای نهان ذوب کمتری نسبت به پلی اتیلن خالص دارد اما دمای نقطه ذوب آن تغییر قابل ملاحظه ای نمی یابد. ظرفیت گرمایی ویژه پلی اتیلن و ذرات چوب و هم چنین چوب پلاستیک با استفاده از آزمایش گرماسنجی به دست آمد. نمونه های چوب پلاستیک گرمای ویژه کمتر از پلی اتیلن و بیشتر از چوب داشتند. در ادامه گرمای ویژه چوب پلاستیک با روش دیگری و با استفاده از قانون مخلوط ها به دست آمد و با نتایج حاصل از آزمایش گرماسنجی مقایسه شد. هم چنین نتایج آزمایش وزن سنجی حرارتی نشان داد که افزودن ذرات چوب در ماتریس پلیمری، سبب کاهش دمای تخریب چوب پلاستیک می شود. این نتایج در تولید اکستروژن چوب پلاستیک به کار رفت و پس از حل معادله انتقال حرارت، دمای خروجی مذاب به دست آمد که با نتایج تجربی همخوانی قابل ملاحظه ای داشت. پس از محاسبه دمای انجماد مذاب در قالب، پیش بینی لازم برای بالابردن سرعت تولید با افزایش دور ماردون انجام شد و نمونه های تجربی سالمی در تولید پیوسته به دست آمد.
    کلیدواژگان: گرماسنجی پویشی تفاضلی، وزن سنجی حرارتی، چوب پلاستیک، سرعت تولید اکستروژن
  • بهمن وحیدی، ناصر فتورایی صفحه 55
    چگونگی تشکیل و دفع ادرار از دیرباز جزو مسائل پیچیده مورد توجه در علم بیومکانیک بوده و تاکنون سازوکاری که ادرار را از کلیه به مثانه انتقال می دهد، به طور کامل شناخته نشده است. شناخت سازوکار دودی شکل در میزنای می تواند نقش مهمی در درک بهتر عملکرد و نیز ناهنجاری های این عضو از سیستم دفع ادرار داشته باشد و راهکارهایی را برای برطرف کردن آنها ارائه کند؛ از جمله طراحی ابزارهای کمکی جریان در میزنای مانند دریچه و استنت. در این مقاله، انتقال بولاس ایزوله ادرار در میزنای با استفاده از نوعی مدل مکانیکی مبتنی بر داده های آناتومیکی در حین سازوکار دودی شکل شبیه سازی شد. در این پژوهش توزیع فشار ادرار در میزنای، تنش برشی در جدار داخلی، تغییر شکل دینامیکی بولاس ادرار در مسیر حرکت آن و اثر اختلاف فشار بین کلیه و مثانه بر میزان بازگشت و کارایی انتقال ادرار در اثر سازوکار دودی شکل مطالعه شد. مدل محاسباتی ارائه شده، در دامنه سیال از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی، فرمول بندی لاگرانژی - اویلری دلخواه (ALE)، معادلات تراکم ناپذیر ناویراستوکس و الگوریتم نوسازی شبکه استفاده می کند و در دامنه جامد از مدل غیرخطی ارودا - بویس و شرایط تماسی بهره می برد. از ویژگی های اساسی این مدل در مقایسه با تحقیقات قبلی، اعمال نشدن تغییر مکان از پیش تعیین شده به دیواره و تاثیرپذیری آن از تغییرات فشار دینامیکی داخل مجرا است. معادلات المان محدود سیال و جامد با استفاده از روش برهم کنش سیال و جامد (FSI) و از طریق جفت شدگی قوی حل شد. یافته های این تحلیل نشان داد که نواحی ابتدایی میزنای در هنگام انتشار موج، نسبت به نواحی دیگر تحت تنش بیشتری است. به علاوه، افزایش فشار مثانه باعث شدت بخشیدن به میزان رفلاکس ادرار از میزنای به کلیه در شرایط اختلال عملکرد دریچه ای محل اتصال کلیه به مثانه می شود و بیشتر شدن کارایی سازوکار دودی شکل در انتقال بولاس ادرار از میزنای به مثانه را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: سازوکار دودی شکل، مدل مادی ارودا، بویس، رفلاکس، نوسازی شبکه، برهم کنش سیال و جامد
  • فرید نجفی، محمود کریمی صفحه 75
    در این مقاله طراحی مسیر بازوی مکانیکی با چند درجه آزادی در فضای سه بعدی با ارائه روش تحلیلی جدیدی برای پیشگیری از برخورد با موانع بیضی گون انجام شده است. برای تعیین مسیر بازوی مکانیکی و به منظور دستیابی سریع به جوابهای بهینه در فضای کاری پیچیده، نوعی الگوریتم ژنتیک با نرخ جهش فازی معرفی استفاده شده است. از چند جمله ای درونیاب اسپیلاین درجه سه برای تخمین هر یک از زوایای مفصلیاستفاده شده است. الگوریتم ژنتیک، تعدادی نقطه میانی را برای انجام انطباق منحنی با چند جمله ای درونیاب تعیین می کند تا با استفاده از آن بتوان تابع هدف مورد نظر را بهینه کرد. نتایج شبیه سازی، کارایی و توانایی روش ارائه شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: طراحی مسیر بهینه، بازوی مکانیکی، الگوریتم ژنتیکی، نرخ جهش فازی، شرط عدم برخورد
|
  • Mohammad Taghi Vakil Baghmisheh Page 1
    Vehicles are subject to random road excitations due to road unevenness and variable velocity which causes ride discomfort and fatigue. Ride comfort could be improved by decreasing vehicle accelerations. In this paper, to evaluate the vehicle ride comfort, root mean square acceleration response (RMSAR) is calculated using power spectral density (PSD) of road excitations and these quantities are compared with the ISO2631 boundary values. Then by considering ISO2631, the vehicle’s RMSAR is minimized by optimal design of vehicle suspension viscous damping and stiffness parameters. To solve this nonlinear constrained optimization problem, we utilize genetic algorithms. Also, in the design process the physical restrictions are included. Obtained results demonstrate a considerable improvement of vehicle ride comfort and its dynamic response as a result of reduced accelerations. Comparing the obtained results with those obtained by method of nonlinear programming confirms the supremacy of genetic algorithms.
  • M. Ghannad, G. H. Rahimi, S. Esmaeilzadeh Khadem Page 13
    In this paper, an analytical formulation of FGM axisymmetric thick-walled cylinders, based on the first shear deformation theory (FSDT) is presented. The displacements and maximum stress in thick cylindrical shells are calculated. Solutions are obtained under generalized plane strain assumptions. It is assumed that the material is isotropic and heterogeneous with constant Poissn's ratio and radially varying elastic modulu. The results have been compared with findings of the plane elasticity theory (PET).
  • F. Javidrad Page 27
    In this paper, first, a number of emerging technologies for rapid manufacturing of components are introduced and their application in manufacturing aeronautical structural components is discussed. Then, a novel method for generation of sectional contour curves directly from the cloud point data is presented. The proposed method computes contour curves for rapid prototyping model generation through adaptive slicing, data points reducing and B-spline curve fitting. The Proposed procedure was programmed in MATLAB software package to perform all computational effort in a single software system. The method has been applied to a wing-fuselage connector component of an existing fighter aircraft to create its layered model for rapid manufacturing. 3D comparison of the developed model and the digitized cloud point data reveals that 95% of the data points have a maximum deviation of 0.5 mm, which is a reasonable accuracy compared to the component size. The simplicity and effectiveness of the proposed method, as demonestarted by our experiments, confirms that the algorithm can be practically used for rapid prototype manufaturing of aeronautical structural components with an adequate accuracy.
  • Page 37
    Considering the diverse climates of Iran, the need for architectural design according to climate zones is obvious. Especially in critical thermal conditions this need will be more important and becomes the architect’s most important challenge. Cold climate is one of the important climates which deserve special design. In cold climate, summer is very short and environmental temperature is often below the comfort range, so the most important issue is heating. Since in most of the time we require to increase the temperature up to the comfort range. This article aims to provide solutions for critical climate conditions. So Tabriz with a dry and cold climate was selected and its thermal analysis was done. Through this analysis we find out when there is heating problems and we can design solutions based on these findings. This information will help us to design the selected site conditions.
  • Page 45
    In this study thermal properties of Woofd Plastic Composite (WPC) were measured using Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TG). The investigated specimens were: high density polyethylene (HDPE), wood particle and WPC. DSC test showed that adding wood particle to HDPE matrix cause a decrease in the area under the DSC curve. The result revealed that WPC have a heat of fusion less than unfilled HDPE and are more stable when temperature increases. The melting point temperature did not changed significantly. The heat of capacity of HDPE, wood particle and WPC were obtained using DSC test. An enhancement in the temperature led to a linear increase in the heat of capacity of wood particle. HDPE and WPC showed similar behavior too. But WPC specimen had a heat of capacity more than wood particle and less than HDPE. The heat capacity of WPC by rule of mixture has a good agreement to experimental results. Adding wood to plastic identify higher WPC thermal stability by TG. The extrusion process was modeled and the throughput temperature was calculated using themal equation. The model was used to carry out high throughput by incresing screw speed. These help to produce defectless extruded WPC in continous production.
  • Page 55
    Urine production and excretion has been one of the intricate problems investigated in the field of biomechanics. However, the mechanism that transports urine from the kidney into the bladder has not been fully understood. Realization of peristalsis in the ureter may be helpful in better understanding of function and abnormalities of this organ of the urinary system and also aid in the design of flow aided devices such as valves and stents to remove these abnormalities. In this paper, urine isolated bolus transportation in the ureter was simulated using ureteral anatomical data during peristalsis. Urine pressure distribution in the ureter, shear stress of ureteral inner wall, bolus dynamic deformations during its propagation and the effect of pressure difference between the kidney and the bladder on the quantity of reflux and efficiency of urine transportation as a result of peristalsis, were investigated. A computational model was presented that used the tools of computational fluid dynamics, Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation, incompressible Navier-Stokes equations and adaptive mesh algorithm in the fluid domain. In the structure domain, it utilized Arruda-Boyce non-linear model and contact condition. The major benefits of this model comparing to previous studies were that the ureteral wall displacements were not pre-determined during peristalsis and luminal pressure variations influenced on it. Finite element equations of fluid and structure were solved using fluid-structure interaction method (FSI) and direct coupling. Results of this research showed that the proximal portions of ureter were under higher magnitudes of shear stress. Moreover, increase of the bladder pressure magnified the quantity of ureteropelvic reflux in the case of dysfunction of ureteropelvic junction, and resulted in a higher peristaltic efficiency transporting ureteral bolus into the bladder.
  • Page 75
    In this paper, an optimal trajectory planning method is presented for robot manipulators with multiple degrees of freedom in 3D space using a new analytical technique for collision avoidance in the presence of ellipsoidal obstacles. To generate the robot’s trajectory, a genetic algorithm with a fuzzy mutation rate is introduced to have a quick access to optimal solutions in a complex workspace. A cubic spline interpolation polynomial is applied to approximate trajectories in the joint space. In order to optimize the objective function, the genetic algorithm determines a number of interior points for curve fitting using interpolation polynomials. The performance of the proposed technique is demonstrated by simulations.