فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال یازدهم شماره 1 (بهار 1390)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال یازدهم شماره 1 (بهار 1390)

  • تاریخ انتشار: 1390/03/18
  • تعداد عناوین: 9
|
  • سید مصطفی حسینعلی پور، عبدالله مهرپناهی، کامران مبینی صفحه 1
    بازتوانی به اضافه کردن واحد(های) توربین گاز به سیکل بخار و استفاده از حرارت گازهای خروجی آنها به منظور بالا بردن راندمان سیکل ایجاد شده، گفته می شود. روش های بازتوانی به دو دسته کلی تقسیم می شوند. متداول ترین روش بازتوانی، بازتوانی کامل است و جهت بازسازی نیروگاه هایی که تقریبا در انتهای عمر مفید کاریشان هستند بکار می رود. در چنین حالتی مقادیر هزینه های سرمایه گذاری اولیه نسبت به حالت احداث سیکل ترکیبی با خصوصیات مشابه به شکل مطلوبی کاهش خواهد یافت. توابع هدف، تابعهای قیمت واحد برق تولیدی نیروگاه و راندمان اگزرژی واحد می باشند. این توابع بر اساس متغیرهای مستقل مهم موجود در بویلر بازیاب حرارت، توربینهای بخار و توربین گاز و با توجه به تغییرات دبی سوخت تزریق به داکت برنر مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت با توجه به توابع هدف معرفی شده سعی در بدست آوردن بهینه ترین خصوصیات فنی - اقتصادی سیکل بازتوانی نیروگاه بعثت توسط روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک در دو سناریوی بهینه سازی یک هدفه و دوهدفه خواهد شد.
    کلیدواژگان: بازتوانی کامل، نیروگاه بخار، توربین گاز، بویلر بازیاب حرارت، سیکل ترکیبی
  • محمد صدیقی، مهرداد خاندایی، جلال جودکی صفحه 19
    دقت اندازه گیری تنش پسماند در لایه های زیر سطح ماده از مباحث مطرح در مکانیک تجربی است، تنش های پسماند که بر اثر ورود ماده به منطقه پلاستیک در قطعه ایجاد می گردد می تواند از عوامل تاثیر گذار بر طراحی و کارکرد قطعات باشد. در مقاله حاضر با استفاده از روش المان محدود ضرایب کالیبراسیون تنش پسماند در روش سوراخکاری افزایشی تعیین می گردد. تست کشش دو محوره ورق و تست برش خالص آزمایشاتی هستند که با کمک موقعیت مشخص تنش می توان ضرایب حاصل از کالیبراسیون را تعیین نمود. برای بررسی صحت نتایج ضرایب کالیبراسیون تعیین شده از تست تجربی خمش چهار نقطه یک ورق تخت آلومینیومی و تحلیل شبیه سازی خمش چهار نقطه یک ورق تخت استفاده شده است در هر دو حالت پروفیل تنش القایی به صورت تحلیلی مشخص شده است.در تحلیل المان محدود مقادیر کرنش در هر مرحله با روش المان محدود تعیین شده است همچنین در تست تجربی با کمک روش سوراخکاری افزایشی مقادیر کرنش در هر مرحله ثبت شده است. نتایج نشان می دهد که ضرایب کالیبراسیون بدست آمده از صحت مناسبی برخوردار است و از این ضرایب می توان با دقت خوبی برای تعیین تنش های پسماند در روش سوراخکاری افزایشی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: اندازه گیری تنش پسماند، خمش خالص، روش سوراخکاری افزایشی، کالیبراسیون، شبیه سازی المان محدود
  • کوروش گودرزی، وحید جندقی شاهی، محمدحسن شجاعی فرد صفحه 29
    مانور های سبقت و عبور دو خودرو از کنار یکدیگر و همچنین باد مخالف می توانند اثر قابل توجهی بر روی مصرف سوخت و پایداری خودروها در جاده داشته باشند. زمانی که دو خودرو از یکدیگر سبقت می گیرند و از کنار هم عبور می کنند، جریان اطراف بدنه هر کدام متقابلا بر دیگری تاثیر می گذارد و می تواند سبب ایجاد یک جریان باد ناگهانی شدید گردد. جریان به وجود آمده به صورت یک نیروی اضافی بر هر دو خودرو اعمال می شود. در این تحقیق با تکیه بر نتایج تجربی گذشته، به بررسی و شبیه سازی عددی و درک رفتار آئرودینامیک خودروها در زمان سبقت گرفتن از یکدیگر بر روی یک مدل ساده شده با استفاده از نرم افزار ANSYS CFX پرداخته می شود. مدل سازی دو خودرو طوری طراحی گردیده است تا اثر پارامترهایی نظیر فاصله های طولی و عرضی آنها از یکدیگر و همچنین تغییر در زاویه باد مخالف بر روی نیروها و ضرائب آئرودینامیکی حاصله از مانور سبقت بررسی شوند. نیروهای آئرودینامیکی به صورت توابعی از فواصل یاد شده و زاویه باد مخالف در نظر گرفته شده اند و نیروهای لحظه ای، ضرایب پسا و جانبی مربوط به خودروی ثابت و متحرک بر حسب پارامترهای ذکر شده به صورت منحنی های مشخصه ای توصیف شده اند.
    کلیدواژگان: مانور سبقت، فاصله طولی و عرضی خودروها نسبت به هم، زاویه باد مخالف، ضرایب پسا و جانبی
  • سیدعلی اکبر موسویان، اکبر دانشور، مجتبی مرادی صفحه 41
    نیروها و گشتاورهای اینرسی ناشی از حرکت بازوان رباتیک نصب شده برروی یک پایه متحرک، موجب بروز عکس العمل در پایه مزبور می گردد، که موجب حرکت ناخواسته پایه می شوند. در این مقاله، روش جدیدی برای طراحی مسیر حرکت بدون عکس العمل بین دو موقعیت اولیه و نهائی در سیستم های رباتیک متحرک ارائه شده است. ابتدا با استخراج مدل دینامیکی سیستم، معادلات حرکت و مومنتم استخراج می شوند. سپس با استفاده از اصل بقاء مومنتم در غیاب نیروها و گشتاورهای خارجی، به حل معادلات مومنتم زاویه ای ناشی از حرکت بازوان ربات پرداخته می شود. با تعریف نگاشت فضای تهی عکس العمل ماتریس کوپلینگ دینامیکی، سرعت های مفصلی را در فضای تهی عکس العمل تصویر می کنیم، تا سرعتهای مفصلی در این فضا بدست آید. با انتگرال گیری عددی از سرعت های مفصلی در فضای تهی عکس العمل، چگونگی حرکت در فضای مفصلی بدون عکس العمل بدست می آید. با حرکت بازوهای ربات با این سرعت ها و حرکت های مفصلی طراحی شده، مومنتم زاویه ای مجموعه صفر باقی مانده و با توجه به عدم اعمال نیروها و گشتاورهای عکس العملی بر روی پایه متحرک، تغییرات موقعیت و وضعیت پایه مزبور صفر خواهد ماند.
    کلیدواژگان: مسیر حرکت بدون عکس العمل، الگوریتم فضای گسترش یافته تهی عکس العمل، مومنتم زاویه ای
  • علیرضا فلاحی، رامین خامدی، امیر شریفی، حسن ابراهیم نژاد صفحه 51
    در این مقاله دیدگاه جدیدی درباره ارتباط نشر فراآوایی و رفتار مکانیکی فولادهای دوفازی فریت-مارتنزیتی با درصدهای مختلف حجمی مارتنزیت ارائه شده است. بدین منظور، نمونه های فولاد دوفازی با درصدهای حجمی 12-65% تهیه شده و با انجام آزمون کشش بر روی نمونه های فولاد دوفازی با درصدهای مختلف مارتنزیت، اثر وجود مقادیر مختلف مارتنزیت بر سیگنالهای نشرفرا آوایی (آکوستیک امیشن) مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور انجام آنالیز دقیق تر، از تابع جدیدی (تابع محافظ) برای برقراری ارتباط بین اطلاعات آکوستیکی و مکانیکی استفاده شده است. در حقیقت این تابع بستگی به میزان انرژی کرنش و انرژی آکوستیکی داشته و به منظور نمایان ساختن رفتار این نوع از فولادها در حین آزمایش کشش مورد استفاده قرار گرفته است. یافته ها، افق جدیدی را در رابطه با کاربرد تابع مذکور در نمایان ساختن رفتار ریزساختاری این مواد در حین آزمونهای مکانیکی با روش مذکور ایجاد می کند.
    کلیدواژگان: فولاد دوفازی، نشر فراآوایی، میکرومکانیزم های شکست، فریت، مارتنزیت
  • مرتضی منتظری، سحر هاشمی زنوزی صفحه 61
    در این مقاله، ایده بازیابی انرژی سیستم تعلیق فعال در خودروی هیبرید برقی ارائه شده و تاثیر آن بر مصرف سوخت و انتشار آلودگی خودروی هیبرید از طریق شبیه سازی های کامپیوتری مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم های تعلیق فعال از عملگرهای فعال برای اعمال نیرو و کنترل ارتعاشات بدنه خودرو استفاده می نمایند. عملگرهای فعال در هنگام نیاز، انرژی ارتعاشات را جذب نموده و یا به سیستم انرژی تزریق می کنند. با به کارگیری سیستم بازیابی انرژی، بخشی از انرژی ارتعاشات سیستم تعلیق می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شده و ذخیره گردد. در خودروهای هیبرید برقی، سیستم تعلیق فعال انرژی مورد نیاز خود را از منبع ذخیره انرژی الکتریکی خودرو دریافت می نماید. در این مقاله از یک منبع ذخیره انرژی الکتریکی ترکیبی، شامل باتری و ابرخازن، برای تامین انرژی مورد نیاز سیستم تعلیق فعال و اجزاء الکتریکی خودرو استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که با به کارگیری سیستم بازیابی انرژی، مصرف سوخت و آلاینده های خودرو کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بازیابی انرژی، سیستم تعلیق فعال، خودروی هیبرید برقی، منبع ذخیره انرژی ترکیبی
  • عبدالسلام ابراهیم پور، بهروز محمد کاری صفحه 77
    یکی از جدارهای خارجی که تأثیر زیادی در مصرف انرژی و همچنین آسایش حرارتی دارد، پنجره است. بنابراین برآورد میزان انتقال حرارت از طریق پنجره ها اهمیت دارد. با توجه به این که محاسبه میزان انتقال حرارت از پنجره ها کاری مشکل بوده و به شبیه سازی کامپیوتری نیاز دارد، در دست داشتن روابط ساده ای برای برآورد و مقایسه انواع پنجره ضروری است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری رابطه جدیدی برای محاسبه میزان انتقال حرارت از پنجره دو جداره ارائه شده است. با استفاده از این رابطه پارامترهای پنجره را می توان طوری تعیین و طراحی کرد که کمترین انتقال حرارت از پنجره حاصل شود. همچنین برای مقایسه انواع مختلف پنجره دو جداره (با سایبان و بدون سایبان) ضریبی به نام ضریب تأثیر معرفی شده است. نتایج نشان می دهند که با کاهش این ضریب، مقدار حرارت عبوری از پنجره کاهش می یابد. این ضریب را می توان به عنوان معیاری برای انتخاب پنجره بهینه به کار برد.
    کلیدواژگان: پنجره دو جداره، شبیه سازی، مصرف انرژی، سایبان، ضریب تأثیر
  • میثم محمدی امین، بهزاد قدیری، حسن حدادپور صفحه 89
    در این مقاله نوعی مدل ایرودینامیکی فضای حالت زمان پیوسته بر اساس روش اجزای مرزی مستقیم توسعه داده شده است. برای این منظور ابتدا معادلات انتگرال مرزی حاکم بر جریان پتانسیل زیرصوت ناپایا حول ترکیب های برآزا با تاکید بر فرمول بندی اصلاح شده برای بالهای نازک ارائه می شود. سپس براساس دستگاه معادلات اجزای مرزی جریان ایرودینامیکی ناپایا حول بال با هندسه دلخواه و با استفاده از فرضیات کمکی، مدل فضای حالت ایجاد می شود. برای ارزیابی دقت و کارایی روش ارائه شده، نتایج بدست آمده از مدلسازی ضرایب ایرودینامیک ناپایا برای انواع ایرفویل و بال برای حرکت های ناپایای مختلف با نتایج اعتبارسنجی شده حاصل از روش اجزای مرزی مستقیم مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شد. با توجه به این که مدل ایرودینامیکی توسعه یافته در حوزه زمان پیوسته ارائه شده، این مدل به ویژه برای کاربردهای بهینه سازی و تحلیل غیرخطی مفید است. به علاوه توصیف فضای حالت، امکان بهره گیری کارامد از این مدل را در مسائل مرتبط با کنترل نیز فراهم می سازد.
    کلیدواژگان: مدل فضای حالت زمان پیوسته، مدلسازی ایرودینامیکی فضای حالت، روش اجزای مرزی، ایرودینامیک ناپایا
  • حامد رضوی، محمد جواد ناطق، امیر عبدالله، حمید سلیمانی مهر صفحه 103
    هدف این مقاله بررسی تحلیلی و تجربی سینماتیک حرکت نسبی ابزار و قطعه‎کار در تراشکاری معمولی (CT) و تراشکاری به همراه ارتعاشات آلتراسونیک (UAT) می‎باشد. تحلیل سینماتیک UAT نشان می دهد که حرکت لبه برنده ابزار نسبت به قطعه کار (ناشی از سرعت برشی، سرعت پیشروی و ارتعاشات ابزار برشی در راستای مماسی)، سطح ماشینکاری شده جانبی را متاثر ساخته و الگوی تکرار شونده ای از نواحی له شده یا دندانه دار روی آن ایجاد می کند که در نتیجه کارسختی ناشی از این پدیده می تواند میکرو سختی سطح ماشینکاری شده جانبی را در مقایسه با CT افزایش دهد. همچنین مدل سینماتیک نشان می دهد که در فرآیند UAT با تحریک یک بعدی در جهت سرعت برشی، به خاطر نرخ پیشروی ثابت ابزار نسبت به قطعه کار، ابزار تراشکاری هیچگاه از قطعه کار جدا نمی شود، اگرچه سطح براده ابزار ممکن است به طور تناوبی در هر سیکل ارتعاشی از براده جدا گردد.. برای بررسی تجربی پیش بینی های حاصل از شبیه سازی سینماتیک، از آزمون میکرو سختی سطحی و تصویر برداری میکروسکوپ نوری سطح ماشینکاری شده جانبی استفاده گردید. نتایج و مشاهدات تجربی، به خوبی تاثیرات ارائه شده توسط مدل سینماتیک از حرکت لبه برنده ابزار روی سطح جانبی را برای UAT در مقایسه با CT تصدیق می نماید.
    کلیدواژگان: تراشکاری به همراه ارتعاشات آلتراسونیک، سینماتیک، سطح ماشینکاری شده جانبی
|
  • Sayed Mostafa Hossienalipour, Abdollah Mehrpanahi, Kamran Mobini Page 1
    Repowering means addition of gas turbine unit(s) to a steam power plant in order to make use of the exhaust gas heat and to increase efficiency of the new combined cycle. There are two groups of repowering
    Methods
    partial repowering and full repowering. Full repowering is more common and is used in power plants with nearly ended useful lifetime. In this case the capital investment is considerably reduced compared with the case of making a similar combined cycle. Objective functions are per kWh electricity cost and exergy efficiency. These functions are based on important independent variables of heat recovery boiler, steam turbines, gas turbine. Finally, considering the introduced objective functions, it is tried to achieve the most optimized techno-economic characteristics for Besat power plant repowering cycle, using genetic algorithm optimization method with two scenarios of single and multiobjective.
  • Mohammad Sedighi, Mehrdad Khandaei, Jalal Djoudaki Page 19
    Residual stress measurement is one of the most interesting research areas in experimental mechanics. Residual stress is introduced to material due to plastic deformation of parts and can be one of the most effective parameters on design and operation of parts. ASTM E837-01 standard studies residual stress determination in parts by hole drilling method and represent calibration coefficients for flat sheets with constant stress profile. However, there is no certain standard on the residual stress measurement by Incremental Hole Drilling Method (IHDM) which is the subject of this study. IHDM can obtain stress profile by using two modified stress calibration coefficients. In this article, the stress calibration coefficients have been extracted for incremental hole drilling by using finite element analysis (FEA). FEA contains both biaxial tension test and pure shear test which a hole has been drilled step by step in the parts by removing elements and the strains changes were determined at three strain gauge positions on the surface. At last, the calibration coefficients are determined for each step and the accuracy of coefficients have been verified by a set of experimental test and a FE analysis. The experimental test contains four-point bending of an AA5056 flat aluminum sheet. The numerical analysis contains four-point bending of a flat sheet. In both cases, the stress profile can be determined easily by using analytical equations. Average analytical stress in each increment has been calculated and compared with the result of numerical incremental hole drilling method. The comparisons show that numerical and experimental results have no significant differences in first six steps but in the last four steps show an increasing errors due to the change in stress profile and hole geometry. Results presents that the calibration coefficients have suitable accuracy in stress profile determination.
  • Koorosh Goudarzi, Vahid Jandeghi Shahi Page 29
    Passing manoeuvres and crosswind can have significant effects on the stability and fuel consumption of road vehicles. When two vehicles overtake or cross, they mutually influence the flow field around each other, and under certain conditions, can generate sever gust loads that acts as an additional forces on both vehicles. The forces acting on them are a function of the longitudinal and transverse spacings and of the relative velocity between the tow vehicles. In this paper, the models were designed to study the effects of various parameters such as the longitudinal and transverse spacing, the relative velocity and the crosswind on the aerodynamic forces and moments generated on the overtaken and overtaking vehicles using Ansys CFX. The aerodynamic forces have been predicted by a SST model solution of the Navier-Stokes equations for turbulent flow. The numerical predictions for the evaluation of aerodynamic coefficients agree well with the scaled-down air tunnel experimental work.
  • S. Ali Akbar Moosavian, Mojtaba Morady Page 41
    The inertial forces and moments, due to the motion of robotic arms installed on a mobile base, lead to reaction forces on the moving base which may cause its unexpected motion. In this article, a method of designing a path of motion in the Cartesian space between the initial and final positions is presented which guarantees no reaction on the moving base. To this end, developing the system dynamics model, the moment equations are derived. Based on the conservation of momentum in the absence of any external force and moments, the angular motion due to the motion of robotic arms is solved. Then, based on the definition of reaction null-space map for dynamic coupling matrix, the joint speeds are projected to the reaction null-space, to obtain the joint speeds in this space. Next, using numerical integration of the obtained joint rates, the motion in the joint space with no reaction on the base is obtained. Therefore, motion of robotic arms according to these joint specifications, the total momentum of the system remains zero, and due to no reaction forces applied on the moving base, its position and attitude remains unchanged.
  • Ramin Khamedi, Amir Sharifi, Hassan Ebrahimnejad Page 51
    In this paper a new approach about relation of Acoustic Emission(AE) method and mechanical properties of ferrite-martensite dual phase steels(DPS) has presented. The AE signals from a tensile test using a range of DPS with different volume fractions of martensite (VM)s, in the range of 12–65% VM, were obtained and their AE signals were investigated. In order to better study DPS internal behaviour, a function named “sentry function” was used. The amount of this function depends on the strain energy and acoustic emission energy. the Results show that AE monitoring and sentry function are efficient tools for detection of micromechanisms, consisting of Ferrite-Martensite interface decohesion and/or martensite phase fracture, identifying the correlation of failure mechanisms to microstructure in DPS.
  • Morteza Montazeri, Sahar Hashemi Zenouzi Page 61
    In this paper the idea of energy regeneration of active suspension system in hybrid electric vehicle is presented and its influence on the fuel consumption and emissions of vehicle is investigated through computer simulations. Active suspension systems employ active actuators to apply force and control the vibrations of vehicle body. The active actuators either insert energy to the system or extract the energy of vibrations when required. Using an energy regeneration system, the extracted energy of vibrations can be recovered and stored in the energy storage system. In hybrid electric vehicles, the active suspension supplies its required energy from the electric energy storage system of vehicle. In this work, a hybrid battery/supercapasitor energy storage system is employed to supply the required energy of active suspension and other electric components of vehicle. The simulation results show that with application of the energy regeneration system, the fuel consumption and exhaust emissions of vehicle is reduced.
  • Behrouz Mohammad Kari Page 77
    The window is an external envelope of the building that has more effect on the building energy consumption and human thermal comfort. So, calculating of window heat transfer is an important task. Since, calculating of the window energy transfer is difficult and must be calculated with the computer simulation, simple equations are necessary to estimate the window energy transfer and to compare the different window types. In this study, using computer simulation, a new equation has been presented to calculate double pane glazing window energy transfer. Using this equation, the window parameters can be designed based on the minimum window energy transfer. Also to compare the different window types (with or without overhang) a coefficient as "Efficiency Coefficient" has been defined. The result show that the window energy transfer decreases with the Efficiency Coefficient decreasing. Therefore, this coefficient can be used as a criterion to select the optimum window based on yearly minimum energy consumption.
  • M. M., B. Gh Page 89
    In this paper a continuous-time state-space aerodynamic model has been developed based on the boundary element method. First, boundary integral equations for unsteady potential subsonic flow around lifting bodies are presented with emphasis on a modified formulation for thin wings. Next, the BEM discretized problem of unsteady flow around an arbitrary wing is recast in the form of a state-space model using some auxiliary assumptions. To validate the proposed model, its predictions for unsteady aerodynamic coefficients due to various unsteady flows about different wing geometries were compared to the verified results of the direct boundary element solution and good agreement was observed. Because of the resulting aerodynamic model has been constructed in the continuous-time domain, it is particularly useful for optimization and nonlinear analysis purposes. Moreover, its state-space representation is the appropriate form for an aerodynamic model in control applications.
  • Hamed H. Razavi, Mohammad Javad Nategh, Amir Abdullah, Hameid H. Soleimanimehr Page 103
    The aim of present study is to investigate the kinematics of tool-workpiece’s relative movement in conventional and ultrasonic-vibration assisted turning (UAT). The kinematic analysis of UAT shows that the movement of cutting tool edge relative to the workpiece resulted from the cutting speed, feed speed and tool’s vibration affects the lateral machined surface of workepiece and leaves a repeating pattern of crushed and toothed regions on it. This results in an increase in the surface hardness of the lateral machined surface in comparison with conventional turning (CT). A model of the tool-workpiece’s relative movement has first been developed in the present study. This model predicts a surface hardening effect for the lateral surface in UAT in comparison with CT. Several experiments were subsequently carried out employing a surface micro-hardness testing machine and an optical microscope to verify the predicted results.