فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال دوازدهم شماره 3 (شهریور 1391)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال دوازدهم شماره 3 (شهریور 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/07/21
  • تعداد عناوین: 14
|
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی صفحات 1-10
    معادلات گیبس-اپل یکی از اصولی است که از آن در حل دینامیک ربات ها بسیار کم استفاده شده است. لذا در این مقاله یک روش سیستماتیک جدید برای استخراج معادلات حرکت ربات با n لینک صلب که دارای مفاصل دورانی-کشویی می باشند، با استفاده از این فرمولاسیون ارائه می گردد. در تمامی محاسبات صورت گرفته تنها از ماتریس های 3×3 و یا بردارهای 1×3 استفاده شده است. همچنین تمام عبارات دینامیکی یک بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. بر اساس فرمولاسیون استخراجی الگوریتمی ارائه گردیده است که به طور بازگشتی و سیستماتیک به استخراج معادلات حرکت ربات مذکور می پردازد. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این الگوریتم در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای سه مفصل دورانی-کشویی می باشد؛ مورد تحلیل دینامیکی قرار می گردد.
    کلیدواژگان: ربات، گیبس، اپل، بازگشتی، دورانی، کشویی
  • مهدی معارفدوست، مهران کدخدایان صفحات 11-26
    در این مقاله کمانش الاستوپلاستیک صفحات نازک مستطیلی بوسیله تئوری های تغییر شکل (DT) و نموی (IT) در پلاستیسیته تحلیل شده و نتایج تحت بارها و شرایط مرزی متنوع مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرند. بار به صورت صفحه ای و به صورت کششی و فشاری یکنواخت وارد می شود. ماده مورد استفاده AL7075T6 و هندسه مورد نظر صفحه می باشد. روش عددی بکار گرفته شده روش یک چهارم تفاضلی تعمیم یافته است. اثرات ضریب بار، ضخامت و شرایط مرزی مختلف بر ضریب کمانش، در تحلیل دو تئوری نموی و تغییرشکل مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در صفحات نازکتر همخوانی خوبی بین جوابهای بدست آمده از هر دو تئوری پلاستیسیته وجود دارد که با افزایش ضخامت صفحه، اختلاف قابل ملاحظه ای میان بارهای کمانشی بدست آمده از دو تئوری بوجود می آید. نتایج بدست آمده با سایر نتایج گزارش شده مقایسه گردیده و علاوه بر آن برای برخی حالات نیز نتایج جدیدی ارائه شده است. در مورد محدوده اعتبار تئوری های مذکور و همچنین اختلاف آنها با یکدیگر نتایج جدیدی بدست آمده است.
    کلیدواژگان: صفحات مستطیلی، روش یک چهارم تفاضلی تعمیم یافته، کمانش الاستوپلاستیک، تئوری تغییر شکل، تئوری نموی
  • مهدیه آب روش، بهروز محمد کاری صفحات 27-36
    یکی از عوامل تعیین کننده میزان مصرف انرژی در ساختمان، علاوه بر مشخصات حرارتی عناصر تشکیل دهنده پوسته خارجی، نحوه اتصال عناصر مختلف به یکدیگر در جزئیات اجرایی آن است. در صورت عدم رعایت ملاحظات لازم در این خصوص، پل های حرارتی قابل ملاحظه ای ایجاد می شود که می تواند اثربخشی عناصر مختلف پوسته را کاهش و میزان انتقال حرارت از پوسته خارجی را تا 40 درصد افزایش دهد. در این مقاله، به ارزیابی عملکرد حرارتی وضعیت های گوناگون نصب پنجره، شامل حالت های استفاده یا عدم استفاده از پیش قاب چوبی یا فولادی، برای نصب پنجره های دارای شیشه های دوجداره پرداخته شد. این محاسبات به کمک شبیه سازی مدل هایی در نرم افزار ترم صورت گرفت. تحلیل و مقایسه پل های حرارتی ناشی از روش های گوناگون نصب پنجره، با محل استقرار متفاوت در یک دیوار نمونه با عایق کاری حرارتی از خارج، انجام شد. برای هر یک از حالت های نصب قاب پنجره در داخل جدار، ضریب انتقال حرارت خطی در وضعیت های گوناگون قرارگیری پنجره و پیش آمدگی عایق حرارتی روی پیش قاب محاسبه گردید، و تاثیر عوامل فوق بر روی انتقال حرارت برآورد شد. نتایج به دست آمده نشان می دهند جزئیات اجرایی نصب پنجره، محل قرارگیری پروفیل و همچنین نحوه و میزان عایق کاری حرارتی اطراف پروفیل پنجره نقشی تعیین کننده بر عملکرد حرارتی جدار دارد.
    کلیدواژگان: پنجره، پل حرارتی، قاب، مصرف انرژی، شیشه دوجداره، ضریب انتقال حرارت
  • یعقوب طادی، ایمان کریمی پور صفحات 37-49
    در این مطالعه، ناپایداری استاتیکی پولین (PI) یک نانو تیر یک سر درگیر و اثر اندازه تحت اثر نیروی الکترواستاتیک و نیروهای بین مولکولی (نیروی کازمیر و واندروالس) با استفاده از تئوری گرادیان کرنش (SGT) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم از روش کارآمد تبدیل دیفرانسیل (DTM) و روش عددی استفاده شده است. پارامترهای پایه برای طراحی مهندسی در مقیاس نانو همانند خیز بحرانی انتهای تیر و ولتاژ پولین در این مطالعه محاسبه شده است. با توجه به یافته های این تحقیق می توان نتیجه گرفت که نیروهای بین ملکولی ولتاژ پولین را کاهش می دهد و اثر اندازه در مقیاس نانو باعث افزایش پارامترهای کشش می گردد و می توان روش DTM را به عنوان روش کارآمد برای تحلیل سازه های نانویی تیر شکل در مقیاس کمتر از میکرون بکار گرفت.
    کلیدواژگان: نیروی بین ملکولی، روش تبدیل دیفرانسیل، اثرات اندازه، تئوری گرادیان کرنش خطی و ناپایداری پولین
  • مجتبی شیخی، علی قدوسیان، مرتضی شیخی صفحات 50-59
    طراحی موقعیت مناسب ساپورت های سازه همواره یکی از مسائل مهم و کاربردی در مهندسی بوده و در بهبود کارایی سازه نقش مهمی ایفا می کند. در این مقاله برای طراحی موقعیت بهینه ساپورت های سازه، با بهره گیری از ترکیب روش المان محدود اصلاح یافته و روش بهینه سازی رقابت استعماری مقدار حداکثر ممان خمشی در سازه مینیمم می شود. در اینجا ساپورت های در نظر گرفته شده به صورت صلب و الاستیک می باشد. روش بهینه سازی رقابت استعماری در مقایسه با روش های گذشته نسبت به طراحی موقعیت بهینه ساپورت ها، روشی قدرتمند و کارا بوده و در تعداد تکرار کمتری به نتایج بهتری می رسد. استفاده از روش المان محدود اصلاح یافته علاوه بر کاهش حجم محاسبات و بالا بردن سرعت همگرایی الگوریتم بهینه سازی، امکان رسیدن به موقعیت بهینه سراسری ساپورت ها را فراهم می کند. برای نشان دادن کارایی و قدرت روش حاضر در یافتن نقطه بهینه سراسری مسئله، موقعیت بهینه ساپورت ها برای سه سازه متداول طراحی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تعیین موقعیت بهینه ساپورت ها با استفاده از ترکیب روش های ارائه شده، مقدار حداکثر ممان خمشی سازه را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: سازه، ساپورت، المان محدود اصلاح یافته، ممان خمشی، روش بهینه سازی رقابت استعماری
  • رهام رفیعی صفحات 60-67
    هدف اصلی از این تحقیق، بررسی ارتعاشات غیرخطی نانولوله کربنی تک جداره می باشد. برای مدلسازی، ساختار مشبک نانولوله کربنی با یک سازه پیوسته معادل با استفاده از مکانیک محیط پیوسته نانومقیاس جایگزین شده است. سپس معادلات ناظم بر ارتعاشات توسعه یافته، کشش صفحه میانی تحت خمش به عنوان عامل غیرخطی هندسی در معادلات لحاظ شده است. برای حل معادله غیرخطی حاصل از تئوری اغتشاشات استفاده شده است. پاسخ فرکانسی سیستم در حالات مختلف ارتعاشات آزاد و ارتعاشات اجباری در دو حالت تشدید اولیه و ثانویه بررسی شده است. نتایج حاصل از حل مبتنی بر روش اغتشاشات تطابق خوبی با انتگرال گیری عددی نشان می دهد. نتایج حاکی از این واقعیت هستند که نانولوله کربن رفتار سخت شونده را از خود نشان می دهد. همچنین، پدیده پرش و تقسیم شدن به دو شاخه غیرخطی در پاسخ ها مشاهده می گردد
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، تحلیل ارتعاشی غیرخطی، تئوری اغتشاشات
  • عامر علیزاده، سیدعلی میربزرگی صفحات 68-80
    در این مقاله اثرات دمای سیال ورودی روی طرح جریان الکترواسمتیک درون یک ریزمجرای تخت با دیواره های دما ثابت توسط حل معادلات حاکم به روش لتیس بولتزمن تحلیل شده است. هدف اصلی این مطالعه جستجوی اثرات تغییر دما بر توزیع یون ها و به تبع آن، پتانسیل الکتریکی داخلی و میدان سرعت سیال می باشد. برای آنکه بتوان از معادله توزیع یون بولتزمن استفاده نمود از دمای میانگین کاسه ای برای هر مقطع از ریزمجرا استفاده گردیده است. در روش لتیس بولتزمن بکار رفته، از مدل ال.بی.جی.کی(LBGK) برای مدلسازی تابع برخورد معادله بولترمن و از شرایط مرزی زو- هی برای میدان سرعت استفاده شده است. از مدل وانگ برای حل معادله پواسون- بولتزمن و از مدل هی- چن برای حل معادله انرژی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش اختلاف دمای سیال ورودی و دمای دیواره ها میزان دبی جریان الکترواسمتیک افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که با کاهش پتانسیل الکتریکی خارجی، افزایش اختلاف دما و کاهش ضخامت لایه دو گانه الکتریکی، در ناحیه وروردی ریزمجرا، منطقه ای با جریان بازگشتی تشکیل می شود که می تواند به منظور کنترل طرح جریان داخلی موثر واقع شود.
    کلیدواژگان: جریان الکترواسمتیک، ریز مجرای تخت، اثرات دما، روش لتیس بولتزمن، دمای میانگین کاسه ای
  • اردشیر کرمی محمدی، نسیم آل علی صفحات 81-94
    در این مقاله، مدل خطی یک میکرو صفحه حلقوی با میرایی ترموالاستیک تحت بار الکترواستاتیکی جهت بدست آوردن ضریب کیفیت این میرایی ارائه شده است. تئوری صفحه کیرشهف-لاو که با معادله هدایت حرارتی یک بعدی کوپل شده، برای مدل کردن این میکروصفحه بکار گرفته شده است. برای محاسبه ضریب کیفیت در هر مود ارتعاشی دو روش بر اساس خطی سازی معادله فرکانس ارائه شده است. همچنین وابستگی این میرایی به بار الکترواستاتیکی و هندسه میکروصفحه حلقوی در دو حالت شرایط مرزی، گیردار-گیردار و گیردار-آزاد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که شعاع و ضخامت بحرانی وجود دارد که در آن میرایی ترموالاستیک به حداکثر می رسد. این میرایی به نوع شرایط مرزی نیز بستگی دارد، به طوری که در حضور بار الکترواستاتیکی، میرایی ترموالاستیک در شرایط مرزی گیردار-آزاد بیشتر از گیردار-گیردار می باشد.
    کلیدواژگان: میکروصفحه، میرایی ترموالاستیک، تئوری صفحه کیرشهف، لاو، ضریب کیفیت
  • محمد ملکان، مجید میرزایی صفحات 95-102
    در این مقاله به مدلسازی رشد ترک در یک استوانه جدار نازک تحت بارگذاری دتونیشن گازی پرداخته شده است. با توجه به مشکلات ناشی از بار متحرک و غیر خطی بودن مسئله، از روش المان محدود در این تحقیق استفاده شده است. ارتعاشات ناشی از اعمال بار متحرک با حل تحلیلی و نتایج آزمایشگاهی مقایسه و ارزیابی شده و از المان چسبنده با معیار خرابی کشش-جدایش جهت مدلسازی رشد ترک استفاده شده است. نتایج بدست آمده با نتایج قبلی که بر پایه معیار رشد زاویه بحرانی نوک ترک (CTOA) انجام گرفته مقایسه شده و مورد تحلیل قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: بار متحرک، روش المان محدود، مخازن تحت فشار
  • خلیل خلیلی، محسن حیدری صفحات 103-116
    فرآیند خشک شدن متاثر از عوامل متعددی است. یکی از عوامل هندسه قطعه می باشد. برای بررسی تاثیر هندسه جسم لازم است تا فرآیند خشک شدن تحلیل و شبیه سازی شود. مقاله حاضر به مطالعه و تحلیل فرآیند پرداخته است. به کمک شبیه سازی فرآیند خشک شدن بر اساس یک مدل الاستیک تنش های مکانیکی ناشی از کرنش های خشک شدن محاسبه گردیده اند. تغییرات پارامتر های فیزیکی و مکانیکی مثل ضریب نفوذ و مدول یانگ با تغییرات رطوبت برای یک ماده سرامیکی در شبیه سازی لحاظ شده اند. فرض شده است تبخیر رطوبت از سطح بر اساس مکانیزم تبخیر از لایه نازک گسترش یافته انجام می شود. از معیار تسلیم فون میزز برای پیش بینی وقوع ترک در حالت خشک شدن دو بعدی و سه بعدی استفاده شده است. تنش تسلیم در رطوبت هایگراسکوپی به صورت تجربی در آزمایشگاه تعیین گردید. امکان وقوع ترک در حالت سه بعدی بسیار بیشتر از حالت دو بعدی است. بر اساس مدل تدوین شده، زمان ومکان وقوع ترک قابل پیش بینی است. با هدف بررسی تاثیر ابعاد هندسی مدل بر مقادیر تنش های خشک شدن مدل های مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند و نتایج بررسی گزارش شده است.
    کلیدواژگان: خشک شدن، تغییرات ضخامت، ترک برداشتن، مدول یانگ، انتقال همزمان جرم و حرارت
  • جاماسب پیرکندی، مجید قاسمی*، محمدحسین حامدی صفحات 117-133

    هدف از ارائه این مقاله مقایسه عملکرد دو سیستم هیبریدی مستقیم و غیرمستقیم توربین گاز و پیل سوختی اکسیدجامد از دیدگاه ترمودینامیکی و اگزرژی می باشد. با توجه به اهمیت نقش پیل سوختی در سیکل های هیبریدی و تامین بخش بیشتری از توان تولیدی در آنها، برای پیل به کار رفته علاوه بر تحلیل ترمودینامیکی تحلیل های الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا و کامل نیز انجام شده است. محاسبه دمای کاری پیل با توجه به تاثیر چشمگیر آن بر عملکرد سیستم هیبریدی از موارد مهم انجام گرفته در این تحقیق می باشد. در ادامه با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی اشاره شده، تاثیر نرخ جریان هوای ورودی به سیستم و نسبت فشار کمپرسور بر روی راندمان، توان تولیدی، نرخ اگزرژی تخریب شده و... در سیستمهای هیبریدی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت یک حالت کارکرد بهینه برای آنها ارائه شده است. نتایج نشانگر بالا بودن کارایی سیستم هیبریدی مستقیم در مقایسه با نوع غیرمستقیم می باشد. راندمان بالا، بازگشت ناپذیری کمتر، توان تولیدی بیشتر، آلایندگی پایین و... از مزایایی سیستم هیبریدی مستقیم می باشد.

    کلیدواژگان: سیستم هیبریدی مستقیم، سیستم هیبریدی غیرمستقیم، تحلیل ترمودینامیکی، اگزرژی
  • محمد دادخواه تهرانی، یوسف حجت، مجتبی قدسی صفحات 134-146
    موتورهای الکترواستاتیکی نسبت به موتورهای الکترومغناطیسی ساده تر و سبک تر هستند و پیچیدگی کمتری دارند، به همین علت برای ساخت در ابعاد کوچک و کاربرد در میکروماشین ها بسیار مناسب ترند. اما بعضی از ویژگی های منفی به خصوص گشتاور پایین، مانع گسترش آن ها شده است. به همین علت برای کاربردی شدن آن ها در صنایع، پژوهش های زیادی در حال انجام است. در این مقاله یک طرح جدید برای افزایش گشتاور این موتورها ارائه و از نظر تئوری و آزمایشگاهی بررسی شده است. در این طرح، الکترودهای روتور از طریق القایی باردار شده و گشتاور موتور افزایش می یابد. برای شناخت پارامترهای موثر بر عملکرد موتور، ابتدا مدلسازی انجام شده و سپس با استفاده از نتایج مدلسازی و با کمک روش های عددی، مشخصات موتور برای دستیابی به قابلیت های بالاتر بهینه سازی شده است. پارامترهای مورد نظر «نسبت پهنا به فاصله بین الکترودهای محرک» و «نسبت سطح الکترودهای القایی به سطح کل» هستند که بهینه سازی آن ها باعث افزایش گشتاور خروجی و کاهش ریپل می شود. در نهایت با ساخت یک نمونه آزمایشگاهی و انجام تست بر روی آن، کاربردی بودن، افزایش گشتاور و نتایج بهینه سازی مورد تایید قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: محرک الکترواستاتیکی، روش تحلیل، روش عددی، گشتاور، ریپل
  • محمود مهرداد شکریه، زهرا شکریه، سید مجید هاشمیان زاده صفحات 147-155
    در این تحقیق تاثیر پارامترهای مختلف بر روی مدلسازی مدول یانگ صفحه گرافن بررسی شده است. از جمله می توان به ضخامت تک لایه گرافن، نوع بارگذاری و شرایط مرزی صفحه گرافن، در نظر گرفتن تاثیر اتم های غیرمجاور بر یکدیگر، نوع المان برای پیوند کربن-کربن، خواص مکانیکی پیوند کربن-کربن و ابعاد صفحه گرافن اشاره کرد. در این تحقیق مشاهده شد که ضخامت تک لایه گرافن و نوع المان در نظر گرفته شده در نرم افزار اجزای محدود برای پیوند کربن-کربن در مدلسازی مدول یانگ صفحه گرافن موثر می باشند. ضمنا تفاوت در نوع بارگذاری و شرایط مرزی صفحه گرافن تاثیر چندانی روی مدول یانگ صفحه گرافن نمی گذارد و می توان رفتار صفحه گرافن را ایزوتروپیک در نظر گرفت. همچنین در نظر گرفتن تاثیر اتم های غیر مجاور روی یکدیگر باعث افزایش زمان محاسبه و دقت بیشتر در محاسبات می شود. در نظر گرفتن خواص مکانیکی تیرهای نسبت داده شده به پیوندهای کربن-کربن نیز پارامتر مهمی در مدل کردن مدول یانگ صفحه گرافن می باشد. در خصوص ابعاد صفحه گرافن، مشاهده شد که وقتی طول و عرض صفحه گرافن از یک نانومتر کوچکتر شود، تاثیر ابعاد صفحه گرافن بر روی مدول یانگ صفحه گرافن زیاد می شود.
    کلیدواژگان: گرافن، نانو، مدول یانگ، ضخامت، شرایط مرزی، اتصال کربن، کربن
  • محمد احسان خدایی، منصور رفیعیان سیچانی، سعید ابراهیمی صفحات 156-162
    امروزه به دلیل افزایش قیمت ماشین آلات از یک سو و افزایش بهای انرژی از سویی دیگر، استفاده از راهکارهایی منطقی برای افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه های تولید، مهم شده است. از شایع ترین مواردی که باعث اتلاف انرژی و کاهش طول عمر ماشین آلات دوار می شوند، عیوب ناهمراستایی و نابالانسی هستند. داشتن تخمینی از میزان انرژی تلف شده نقش مهمی در انتخاب بهترین روش کاهش آن دارد. تاکنون روش های مختلفی برای مدل سازی و تشخیص این عیوب ارائه شده اند ولی نتایج ضعیفی در خصوص میزان اتلاف انرژی ناشی از این عیوب، وجود دارد. در مقاله حاضر با استفاده از معادلات حاکم استخراج شده به روش لاگرانژ برای سیستمی همراه با عیوب ناهمراستایی و نابالانسی، ایده-ی جدیدی برای محاسبه ی اتلاف انرژی درسیستم ارائه می شود. آنگاه با حل عددی معادلات حاکم میزان انرژی تلف شده محاسبه می شود. میزان اتلاف انرژی در حالت های بی عیب و با عیب و به ازای مقادیر مختلف سرعت و ناهمراستایی و نابالانسی محاسبه و با نمودارهایی ارائه می-شوند. نتایج نشان می دهند که میزان اتلاف انرژی تابعی از میزان ناهمراستایی شافت ها، نابالانسی روتور و سرعت دورانی سیستم است.
    کلیدواژگان: اتلاف انرژی، ناهمراستایی موازی، نابالانسی، کوپلینگ صلب
|
  • Moharam Habibnejad Korayem, Ali Mohammad Shafei Pages 1-10
    The equation of Motion by Gibbs - Appell formulation has been used the least for deriving the dynamic equations of manipulator robots. So، in this paper a new systematic method for deriving the equation of motion of n - rigid robotic manipulators with revolute - prismatic joints (R - P - J) is considered. The equation of motion for this robotic system is obtained based on (G - A) formulation. All the mathematical operations are done by only 3×3 and 3×1 matrices. Also، all dynamic characteristics of a link are expressed in the same link local coordinate system. Based on the developed formulation، an algorithm is proposed that recursively and systematically derives the equation of motion. Finally، a computational simulation for a manipulator with three (R - P - J) is presented to show the ability of this algorithm in deriving and solving high degree of freedom of robotic system.
    Keywords: Robot, Gibbs, Appell, Recursive, Revolute, Prismatic
  • Pages 11-26
    In this paper elastoplastic buckling of thin rectangular plates are analyzed with deformation theory (DT) and incremental theory (IT) and the results are investigated under different loads and boundary conditions. Load is applied in plane and in uniform tension and compression form. The used material is AL7075T6 and the plate geometry is. The Generalize Differential Quadrature method is employed as numerical method to analyze the problem. The influences of loading ratio، plate thickness and various boundary conditions on buckling factor were investigated in the analysis using both incremental and deformation theories. In thin plates the results obtained from both plasticity theories are close to each other، however، with increasing the thickness of plates a considerable difference between the buckling loads obtained from two theories of plasticity is observed. The results are compared with those of others published reports. Moreover، for some different situations new results are presented. Some new consequences are achieved regarding the range of validation of two theories.
    Keywords: Rectangular Plates, GDQM, Elastoplastic Buckling, Deformation Theory, Incremental Theory
  • Mahdieh Abravesh Pages 27-36
    The amount of energy consumption in a building is affected not only by the components’ performance، but also by the building envelope components’ installation method. The negligence of the good practice methodology can have a huge impact on the thermal bridges، increasing the average thermal transmittance up to 40%. In this paper، the thermal performance corresponding to different positions of the fixed frame، without sub-frame and with different sub-frame materials including wood and steel for double-glazed windows has been analyzed. Besides، in these cases، different configurations of thermal insulation has been considered. The evaluation of thermal bridges due to different models in a sample wall، insulated externally، has been carried out using THERM program. The linear heat transfer coefficient has been calculated for each model and the impact of each parameter on the thermal performance has been evaluated. The results show that the position of the frame، the sub-frame material and the configuration of the thermal insulation around the window frame affects considerably the thermal performance.
    Keywords: Window, Thermal Bridge, Frame, Energy Consumption, Double Glazing, Thermal Transmittance Coefficient
  • Pages 37-49
    In this paper، stress gradient theory is used to model the static pull-in instability and size effect of electrostatic nanocantilevers in the presence of electrostatic and dispersion (Casimir/van der Waals) forces. The Differential transformation method (DTM) is employed to solve the nonlinear constitutive equation of the nanostructure as well as numerical methods. The basic engineering design parameters such as critical tip deflection and pull-in voltage of the nanostructure are computed. It is found that in the presence of dispersion forces، both pull-in voltage and deflection of the nanobeam increase with increasing the size effect. Compared to the pull-in voltage، the pullin deflection of the beam is less sensitive to the size effect at sub-micrometer scales. On the other hand، the size effect can increase the pull-in parameters of the nano-actuators only in sub-micrometer scales. The results indicate that the proposed analytical solutions are reliable for simulating nanostructures at sub-micrometer ranges.
    Keywords: Dispersion force, Differential transformation method, size effect, strain gradient theory, pull, in instability
  • Mojtaba Sheikhi, Morteza Sheikhi Pages 50-59
    The design of the structural supports has always been practically important in engineering applications. In addition to holding a structure properly، supports can also be utilized to improve the structural performances. In this study، by using modified finite element method (MFEM) and Imperialist Competitive Algorithm (ICA)، the maximum of bending moment was minimized. In this paper both elastic and rigid supports are taken into account. As compared to other design optimization methods، ICA is robust، more efficient، and requiring fewer number of function evaluations، while leading to better quality of results. Appling the modified finite element method not only reduces computational cost and increases convergence rate، but also reach the global optimum position of supports. Three classical examples are given to demonstrate the validity and capability of the proposed optimization procedure for finding the global support positions. Results show that support position optimization by using present method، can reduce the maximal moment significantly، and deserves more investigation.
    Keywords: Structure, Support, Modified finite element Method (MFEM), Bending moment, Imperialist competitive algorithm (ICA)
  • Pages 60-67
    The main objective of this research is to study the nonlinear vibrations of a single walled carbon nanotube. For this purpose، the lattice structure of carbon nanotube is replaced with a continuum structure using nanoscale continuum mechanics. Firstly، each carbon-carbon bond is replaced with an equivalent beam element and then the whole discrete structure of carbon nanotube is replaced with a virtual continuum medium representing hollow cylinder. Then، governing equations for vibrations is obtained taking into account geometric nonlinearity arisen from stretching of a mid-plane due to bending. Perturbation technique is used to analyze the nonlinear vibrations of carbon nanotubes. Frequency responses of carbon nanotubes for free vibrations and force vibrations in both primary and secondary resonance cases are studied. Obtained results are in a very good agreement with numerical integration technique. The results imply on hardening behavior of carbon nanotube. Moreover، nonlinear bifurcation and nonlinear jump phenomena are observed.
    Keywords: Carbon Nanotube, Nonlinear Vibration Analysis, Perturbation Technique
  • Amer Alizadeh, Seyed Ali Mirbozorgi Pages 68-80
    In this paper the effects of the inlet fluid temperature on the electro-osmotic flow pattern in a two-dimensional microchannel with constant walls temperature is investigated with solving the governing equations by the Lattice Boltzmann method. The main objective of this research is to study the effects of temperature variations on the distribution of ions and consequently internal electric potential and velocity field. For make possible to use the Boltzmann ion distribution equation، cup mean temperature for every cross section of the microchannel is used. At the used Lattice Boltzmann method، LBGK model for modeling the Boltzmann collision function and the Zou-He boundary conditions method for velocity field has been used. Wang model for solving the Poisson-Boltzmann and He-Chen model for solving the energy equation has been used. The results show that، with increase the temperature difference between the inlet flow and the walls، the electro-osmotic flow rate increases. Also، observed that with decrease the external electric potential and the electric double layer thickness and increase the temperature difference at the inlet zone of the microchannel، a region with return flow is formed which can be used for controlling the internal flow pattern.
    Keywords: Electro, Osmotic Flow, Microchannel, Temperature effects, Lattice Boltzmann method, Cup mean temperature
  • Ardeshir Karami Mohammadi Pages 81-94
    In this paper، a linear model for vibration of electrostatically actuated annular microplate with In this paper، a linear model for symmetrical vibrations of electrostatically actuated annular microplate with thermoelastic damping is considered for calculating the quality factor of this damping. The Kirchhoff–Love plate theory is used to model the microplate which is coupled with thermal conduction equation one dimensionally. For calculating the Q-factors in each mode، two methods are compared with respect to linearization of frequency equation. Also the dependency of thermoelastic damping to electrostatic load and geometry of annular microplate is investigated with clamped-clamped and clamped-free boundaries. A silicon annular microplate is considered as an example. The results show that، there are a critical radius and thickness which make the thermoelastic damping to be maximal. Also the results show that the effect of electrostatic load on thermoelastic damping depends on the type of boundary conditions. The effect of electrostatic load on thermoelastic damping for clamped-free boundaries is more than for clamped-clamped boundaries.
    Keywords: microplate, thermoelastic damping, Kirchhoff–Love plate theory, quality factor
  • Majid Mirzaei Pages 95-102
    This paper reports the finite element modeling of axial crack growth in a thin aluminum tube under gaseous detonation loading. The finite element method was used to handle the moving load and also the nonlinear characteristics of the problem. The simulation results were compared with the experimental results reported in the literature and also with the results obtained from an analytical model. Moreover، the cohesive element with traction-separation law was used for the crack growth modeling. The final part of the paper is devoted to comparisons between the numerical crack growth simulations obtained from the current work and the numerical results based on the CTOA criteria that were previously reported in the literature. The very good agreement between the two methods was indicative of the robustness of the implemented procedures. (this abstract seems a good description for this paper from the author point of view. please consider above text as abstract of this paper.)
    Keywords: Moving load, Finite element method, pressure vessels
  • Pages 103-116
    Drying process is influenced by a variety of parameters including the geometry of part being dried. To evaluate the effect of part geometry on drying process، and resultant defects، the process is analyzed and studied. Based on the assumption related to the porous media the governing equation of the mass transfer and static equilibrium are presented. The mechanical stresses generated by the drying strains are expressed according to the linear-elastic model. Dependence of physical and mechanical properties such as Young''s modulus and diffusion coefficient as a function of moisture are considered in simulation for a chemically known ceramic material. it’s Assumed that Extended thin film evaporation is the mechanism of evaporation in constant rate period has been studied. The Von Misses criterion is used for crack anticipation in 2D and 3D drying. A significant difference was observed in possibility of crack initiation for the two different configurations. Yield stress in hygroscopic moisture has been determined experimentally. Developed model made it possible to predict the time and the place of crack initiation. Different part thicknesses were studied to examine the effect of thicknesses variations on cracking. It is observed that the danger of cracking is highest at the beginning of the drying، since the yield stress is low.
    Keywords: Drying, Thicknesses Variations, Cracking, Young's modulus, Simultaneous Heat, Mass transfer
  • Jamasb Pirkandi Pages 117-133

    The aim of this article is to compare a direct hybrid system of gas turbine and solid oxide fuel cell with an indirect system from thermodynamic and exergy viewpoints. According to importance of fuel cell role in hybrid cycles and providing further proportion of produced power، discrete and complete thermodynamic، electrochemical and thermal analyses have been done. Calculation of working temperature which has an impact on system performance is one of the most significant works that is done in this article. In addition، by parametric study of this hybrid system، the influence of inlet air rate and compression ratio on efficiency، power and exergy destruction rate has been perused and eventually an optimized state for system will be offered. Results indicate that a direct hybrid system is more efficient in comparison with an indirect system. Higher efficiency، less irreversibility، higher power، and less pollution are the most important advantages of direct hybrid systems.

    Keywords: Direct hybrid system, Indirect hybrid system, Thermodynamic analysis, exergy
  • Pages 134-146
    Electrostatic motors are presented special advantages compare to electromagnetic motors such as light-weight، compactness and simple to fabricating. Due to these capabilities، recently، many researchers are working on electrostatic motors to make them applicable in industries. Accordingly، in this paper a new design idea for these motors is investigated theoretically and experimentally. This motor has driving electrodes on both rotor and stator، however، no wire is attached to rotor and signals are transferred to rotor using the induction electrodes. Modeling is implemented to study the effective parameters on performance. Then، using the modeling results، the design parameters are optimized using numerical method to improve the torque and minimize the ripple. Optimization findings are identified an optimum value for ratio of width to gap for driving electrodes and an optimum value for ratio of induction electrodes surface to total surface. Finally، the motor performance is evaluated using experimental setup and several experiments.
    Keywords: Electrostatic actuator, Analytical method, numerical method, Torque, Ripple
  • Pages 147-155
    In this research، the effects of different parameters on simulation of Young’s modulus of a Graphene sheet are studied. In simulation of Young’s modulus of Graphene sheet، different parameters such as the thickness of a single layer of Graphene، type of loading and boundary conditions، effects of interactions non-neighbor atoms، type of element for carbon-carbon bond، mechanical properties of carbon-carbon bond and the size of the Graphene sheet influence the results. It was found that the thickness of a single layer Graphene and the type of element are effective parameters. Moreover، the type of loading and boundary conditions did not influence the Young’s modulus of the Graphene sheet. Therefore، the Graphene sheet can be considered as an isotropic material. Considering the effects of interactions of non-neighbor atoms increases the run-time and improves the accuracy of calculations. Mechanical properties of carbon-carbon bond are important parameters and must be chosen carefully. Also، it has been observed that when the length and width of the Graphene sheet are smaller than one nanometer، the size of Graphene sheet has a great influence on the Young’s modulus.
    Keywords: Graphene, nano, Young's modulus, thickness, boundary conditions, carbon, carbon bond
  • Pages 156-162
    Nowadays، due to the increasing cost of industrial machines and also energy costs، using logical solutions to increase the useful life of production equipments are important. Misalignment and unbalancing are the most common factors that are causing energy loss and reduce the life of rotating machinery. Energy loss estimation has a vital role in selecting the best method for decreasing it. Several methods for modeling and detecting these faults have been presented up to now، but poor results are about the energy loss rate due to these faults. In the present paper، based on equations of motion for a system with misalignment and unbalance faults، a new idea is presented for energy loss calculation and the governing equations are solved numerically for this target. The amounts of energy loss، for both cases of with and without the faults and also for various speeds of shaft rotation، are computed and compared. The results of this theoretical investigation show that the rate of energy loss strongly depends on the amount of shaft misalignment، unbalance and speed of shaft rotation.
    Keywords: Energy Loss, Parallel Misalignment, Unbalance, Rigid Coupling