فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 4 (تیر 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 4 (تیر 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/03/19
  • تعداد عناوین: 13
|
  • فرشاد ربیعی، عبدالرضا رحیمی، محمدجعفر حداد، مرتضی اشرفی جو صفحات 1-12
    در فرآیند سنگزنی از سیالهای برشی به منظور روانکاری، خنک کاری، دفع براده از منطقه تماس بین چرخ سنگ و قطعه کار و نیز تمیز کردن چرخ سنگ استفاده می گردد. این سیال های برشی علی رغم مزایای متعدد، مسائل زیست محیطی و اقتصادی فراوانی ایجاد می کنند. از طرفی عدم استفاده از سیال برشی در سنگزنی خشک، عموما با آسیبهای حرارتی و کاهش کیفیت سطح همراه است. تکنیک روانکاری کمینه یکی از راه حلهای ارائه شده در زمینه حذف و یا کاهش سیال برشی می باشد که به دلیل نفوذ موثر در منطقه تماسی، منجر به بهبود عملکرد فرآیند می گردد. در این تحقیق جهت بررسی اثر روانکاری کمینه بر فرآیند سنگزنی فولاد، ماشین کاری دو نوع فولاد تندبرخام و عملیات-حرارتی شده (سخت) مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد فرآیند شامل نیروی مماسی، ضریب اصطکاک، زبری سطح، مورفولوژی سطح و شکل براده در سه حالت سنگزنی خشک، پاشش پیوسته سیال برشی و روانکاری کمینه مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که تکنیک روانکاری کمینه در فولاد تندبر سخت، در مقایسه با روش های دیگر به صورت چشمگیری منجر به بهبود کیفیت سطح و نیز کاهش نیروی مماسی و ضریب اصطکاک می گردد، در صورتی که در مورد فولاد تندبر خام، علی رغم کاهش نیروی مماسی و ضریب اصطکاک، کیفیت سطح نامطلوبی ایجاد می گردد.
    کلیدواژگان: سنگزنی، روانکاری کمینه، نیروی سنگزنی، کیفیت سطح
  • عزیز عظیمی، فاضل خلیجی، محسن شعبانی صفحات 13-24
    در مقاله حاضر، دبی و مکان نشتی در خط لوله گاز طبیعی با استفاده از روش آنالیز معکوس تخمین زده شده است. برای این منظور، در ابتدا جریان ناپایای گاز طبیعی درون خط لوله به عنوان مسئله مستقیم شبیه سازی عددی شده است. در مسئله مستقیم فرض شده است که دبی جرمی و مکان نشتی معلوم است. معادلات حاکم بر این مسئله معادلات اویلر ناهمگن می باشند که اثر نشتی به صورت یک جمله چشمه در آن اعمال شده است. برای حل عددی این معادلات، روش تجزیه شار استیگر-وارمینگ به کار رفته است. سپس مکان و نرخ گاز نشت یافته از خط لوله با استفاده از روش تخمین پارامتر لونبرگ-مارکوارت تخمین زده شده است. این روش یک الگوریتم تکرار و بر اساس کمینه کردن مجموع مربعات خطاها می باشد که در این مقاله اختلاف بین فشارهای تخمینی و فشارهای اندازه گیری شده توسط فشارسنج (بطور عددی شبیه سازی شده است) به عنوان خطا در نظر گرفته شده است. نتایج مسئله مستقیم سازگاری خوبی با نتایج روش های مک-کورمک و مشخصه ها در بازه های زمانی مشخص دارد. نتایج آنالیز معکوس نشان می دهد که الگوریتم لونبرگ-مارکوارت روشی کارا و نسبتا پایدار برای تخمین دبی جرمی و مکان نشتی در خط لوله انتقال گاز است.
    کلیدواژگان: آنالیز معکوس، لونبرگ، مارکوارت، تخمین پارامتر، تخمین دبی جرمی و مکان نشتی، خط لوله گاز طبیعی
  • عبدالحسین فریدون، حسین همتیان، آرش محمدزاده، احسان الله عصاره صفحات 25-35
    پانل های ساندویچی به دلیل ساختار منحصر به فرد، دارای نسبت استحکام به وزن بالا می باشند. متغیرهایی که برای طراحی پانل های ساندویچی تعریف شده اند، باید به نحوی تعیین شوند که در عین فراهم آوردن استحکام لازم، کمترین وزن را نیز داشته باشند. در این مقاله از الگوریتم رقابت استعماری (ICA) برای بهینه سازی وزن پانل ساندویچی هسته منشوری با رعایت قیدهای تسلیم و کمانش استفاده شده است. الگوریتم رقابت استعماری الهام گرفته از رقابت های استعماری می باشد و بر دو رکن اصلی سیاست جذب و رقابت استعماری استوار است. جهت کمینه نموده وزن پانل، تعداد آرایه ها، ضخامت هسته و رویه و ارتفاع پانل به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان داد که با افزایش بارگذاری برای تعداد آرایه معین، ضخامت هسته و رویه و ارتفاع کلی پانل افزایش می یابد و با افزایش تعداد آرایه ها برای یک بارگذاری معین، ضخامت هسته و رویه کاهش و ارتفاع کلی افزایش یافته و وزن پانل کاهش می یابد. پانل با هسته لوزی شکل دارای بالاترین کارائی سازه ای می باشد. مقایسه نتایج نشان داد که الگوریتم رقابت های استعماری به دلیل استفاده مستقیم از مقادیر تابع و عدم نیاز به مشتق در مسائلی که نیاز به بهینه سازی کلی باشد بسیار مفید و قابل رقابت با سایر الگوریتم های ابتکاری است.
    کلیدواژگان: پانل ساندویچی هسته منشوری، کمترین وزن، قید تسلیم، قید کمانش، الگوریتم رقابت استعماری
  • داود اکبری، ناصر سلطانی، فرشید رشادی صفحات 36-45
    برشنگاری دیجیتالی یکی از روش های نوری اندازه گیری کرنش های سطحی است که می توان از آن به طور موثری در انجام آزمونهای غیر مخرب برای شناسایی عیوب در مواد مختلف به خصوص مواد مرکب و پلیمری بهره برد. در این مقاله، روش تجربی برشنگاری دیجیتالی و کاربرد آن در تشخیص عیوب داخلی در قطعات پلیمری، با استفاده از بارگذاری حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پس از معرفی روش برشنگاری و روابط مربوطه، یک چیدمان مطلوب جهت انجام آزمونهای غیر مخرب معرفی و ایجاد شده است و با انجام آزمون های مختلف بر روی یک نمونه از جنس پلی اتیلن سبک، عملکرد چیدمان مورد نظر ارزیابی شده است. پس از تایید کارایی روش در تشخیص عیوب، اثر تغییر نحوه بارگذاری حرارتی و اندازه برش در نتایج حاصل از آزمون بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که انجام بارگذاری حرارتی به صورت دوطرفه، اثرات خمش ثانویه را خنثی کرده و منجر به ایجاد هاله های واضح تری می گردند. از طرفی با انتخاب اندازه برش در محدوده تقریبی برابر با اندازه عیوب، بهترین نتایج هم از لحاظ کمی و هم از لحاظ کیفی حاصل می گردد.
    کلیدواژگان: برشنگاری دیجیتالی، آزمون های غیر مخرب، اندازه برش، بارگذاری حرارتی
  • سید احسان افتخاری شهری، سید یوسف احمدی بروغنی، خلیل خلیلی، بیم سو کنگ صفحات 46-59
    در فرایند هیدروفرمینگ لوله، جریان نامناسب فلزی ناشی از شرایط اصطکاکی، سبب پر نشدن گوشه های قالب و نازک شدگی زیاد نواحی نزدیک به گوشه های قالب می گردد. اعمال ارتعاشات آلتراسونیک به بدنه قالب می تواند شرایط تماسی را بهبود بخشد. مقاله حاضر با هدف بهبود فرایند از لحاظ میزان شکل پذیری و همچنین به لحاظ یکنواختی ضخامت دیواره مقطع، به بررسی اثر اعمال ارتعاشات بر بدنه قالب هیدروفرم لوله پرداخته است. ابتدا یک مدل عددی بر اساس روابط هندسی و حالت تنش و کرنش بنا شده است که قادر است ضخامت دیواره و شعاع گوشه لوله را محاسبه نماید. در این مدل اثر ارتعاشات آلتراسونیک به صورت تغییر در شرایط اصطکاکی اعمال می شود. با مدلسازی اجزاء محدود فرایند فرایند هیدروفرمینگ آلتراسونیک لوله (فشار داخلی همراه با اعمال ارتعاشات آلتراسونیک) و مقایسه آن با مدل اجزاء محدود همین فرایند در حالت کلاسیک (تنها با فشار داخلی) امکان بررسی میزان بهبود فرایند با استفاده از ارتعاشات قالب فراهم شده است. نتایج نشان می دهد با استفاده از ارتعاشات آلتراسونیک، میزان پرشدگی گوشه های قالب افزایش قابل توجهی داشته و علاوه بر آن ضخامت دیواره لوله نیز یکنواختی بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، ارتعاشات آلتراسونیک، پرشدگی گوشه های قالب، یکنواختی ضخامت دیواره
  • سید حجت هاشمی، مجید سبک روح، محمدرضا فراهانی صفحات 60-73
    اطمینان از یکپارچگی اتصالات جوشی (از نوع محیطی یا سر به سر) در صنعت انتقال گاز طبیعی بوسیله لوله های قطور فولادی مستلزم تعیین تجربی خصوصیات فولاد پایه و ویژگی های درز جوش بوسیله آزمون های مخرب و غیر مخرب می باشد. در این مقاله خصوصیات جوش چند پاسه محیطی، ناحیه متاثر از حرارت و فلز پایه در لوله فولادی از نوع درز جوش مارپیچ (با قطر خارجی 56 و ضخامت دیواره 0.780 اینچ) به منظور مشخصه سازی خواص متالورژیکی و مکانیکی فولاد به وسیله آزمایش های کوانتومتری، متالوگرافی، کشش، ضربه و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر حاصل از آزمون متالوگرافی نشان می دهد که نواحی مختلف جوش از نظر فاز و ریز ساختار کاملا با هم متفاوت می باشند. وجود ترکیب شیمیایی متفاوت در پاس های مختلف و فازهای سخت همچون مارتنزیت (که نتیجه عملیات حرارتی غیر کنترل شده می باشد) اثر قابل توجهی بر خواص مکانیکی درز جوش و منطقه متاثر از حرارت آن دارد. نتایج آزمون سختی سنجی کمترین و بیشترین میزان سختی را به ترتیب در منطقه متاثر از حرارت و مرکز منطقه درز جوش محیطی (که کمترین سطح انرژی شارپی را نیز دارا می باشد) ارزیابی می نماید.
    کلیدواژگان: جوش محیطی، فولاد ترمومکانیکال، لوله فولادی، انتقال گاز طبیعی، API X70
  • قاسم حیدری نژاد، هادی پاسدارشهری، کیومرث مظاهری صفحات 74-85
    در این مقاله جریان هوای القایی حاصل از آتش سوزی در یک اتاق و اثرات آن بر اتاق مجاور بررسی می شود. برای این منظور، روش شبیه-سازی گردابه های بزرگ با دو مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و یک-معادله ای در دو حالت منبع آتش در مرکز و گوشه اتاق در توان های حرارتی مختلف آتش سوزی، بکار برده می شود. اثرات احتراق، با استفاده از مدل اتلاف گردابه ای اصلاح شده و تابش، با استفاده از مدل جهات گسسته لحاظ شده است. مقایسه نتایج با نتایج تجربی نشان می دهد که هر دو مدل زیرشبکه رفتار تغییرات دما در نواحی مختلف اتاق آتش و اتاق مجاور آن را به خوبی تخمین می زنند اما مدل یک-معادله ای دقت بالاتری نسبت به مدل اسماگورینسکی دارد. میزان اختلاط هوای ورودی به اتاق آتش در حالتی که منبع آتش در مرکز اتاق است بیشتر از زمانی است که منبع، در گوشه قرار دارد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی گردابه های بزرگ، جریان القایی آتش سوزی، اسماگورینسکی، یک، معادله ای
  • محمدکاظم حسن زاده اقدم، محمد جواد محمودی صفحات 86-97
    در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد جهت پیش بینی پاسخ الاستیک-ویسکوپلاستیک ماده مرکب الیاف کوتاه هم-راستای زمینه تیتانیوم، تحت اثر بارگذاری محوری مرکب با وجود خرابی لایه میانی الیاف/زمینه ارائه می شود. همچنین اثرات تنش پسماند حرارتی ناشی از فرآیند ساخت ماده مرکب الیاف کوتاه در این تحلیل در نظر گرفته می شود. المان حجمی نماینده ماده مرکب الیاف کوتاه شامل c×r×h سلول در 3 بعد است که در آن یک چهارم الیاف توسط سلول های زمینه احاطه می شوند. جهت بدست آوردن منحنی تنش-کرنش الاستیک-ویسکوپلاستیک رفتار الیاف و زمینه به ترتیب الاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک فرض می شوند. برای تحلیل خرابی لایه میانی، مدل جدایی لایه میانی با نرمی گشایشی مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل اجازه پیشرفت جدایی بواسطه ی رهایش تنش های لایه میانی را حین ادامه بارگذاری کلی بر ماده مرکب، می دهد. نتایج بارگذاری تک محوری و دو محوری مشخص کرده است که جهت حصول پیش بینی های دقیق تر، در مقایسه با نتایج تجربی و مدل های دیگر دردسترس، بایستی هر دو عامل خرابی لایه میانی و اثر تنش پسماند حرارتی در مدل اعمال شود.
    کلیدواژگان: میکرومکانیک، ماده مرکب الیاف کوتاه، الاستیک، ویسکوپلاستیک، خرابی لایه میانی، تنش پسماند حرارتی
  • محمدحسین پل، غلامحسین لیاقت، سیامک مزدک صفحات 98-104
    در این مقاله، تاثیر نانوذرات رسی بر روی رفتار بالستیکی مواد مرکب چند لایه شیشه/اپوکسی با بافت دوبعدی بطور تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. نانومواد مرکب هیبریدی از جنس شیشه/اپوکسی/نانورس بوده و با روش لایه چینی دستی تحت فشار ساخته شده است.. نانورس کلوسید سی بی بوده و درون سیستم اپوکسی با درصد وزنی نسبت به مجموعه رزین (اپوکسی- نانورس) 0، 3، 5، 7 و 10 درصد پخش می گردد. علاوه بر آزمایشات بالستیکی بر روی نمونه های ساخته شده با پرتابه های سرتخت به وزن gr9/8 و قطر mm10 تحت برخورد با سرعت m/s134 و m/s169، آزمایش کشش نیز انجام شده است. بررسی نتایج نشان می دهد حالت بهینه افزایش خواص بالستیکی با افزودن 3 درصد وزنی نانورس به مقدار 10 درصد بدست می آید. با این وجود بیشترین افزایش خواص بالستیکی در سرعتهای نسبتا بیش از حد بالستیک به مقدار 20 درصد با افزودن 10 درصد نانورس بدست می آید.
    کلیدواژگان: نانومواد مرکب پلیمری، خواص بالستیکی، خواص مکانیکی، نانورس
  • علی آجیلیان ممتاز، انوشیروان فرشیدیان فر صفحات 105-117
    در این پژوهش به مطالعه پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه ها و تاثیر استفاده از سیلندرهای کنترلی با آرایش های مختلف بر تشکیل گردابه ها، ضرایب لیفت و درگ و دامنه نوسانات در پشت سیلندر صلب استوانه ای شکل قرار گرفته بر روی بستر الاستیک و در معرض جریان یکنواخت سیال پرداخته می شود. نتایج بدست آمده در حالت عدم وجود سیلندر کنترلی با نتایج آزمایشگاهی و عددی سایر پژوهشگران اعتبارسنجی گردیده است که مطابقت بسیار خوبی را نشان می دهد. پس از اطمینان از صحت و دقت شبیه سازی، سیلندرهای کنترلی هم قطر با سیلندر اصلی به صورت چیدمان های خطی و مثلثی در پشت سیلندر اصلی قرار داده شده و آرایش و موقعیت بهینه قرارگیری سیلندرهای کنترلی مشخص می گردد. در آرایش خطی ابتدا تاثیر استفاده از یک سیلندر کنترلی در 5 نسبت فاصله مختلف از 1.5 تا 3.5 برابر قطر سیلندر اصلی و سپس دو سیلندر کنترلی در نسبت های 1.5، 2 و 2.5 برابر قطر سیلندر اصلی بررسی می گردد. در انتها سیلندرهای کنترلی با چیدمان مثلثی و در فاصله های 1، 1.5 و 2 برابر قطر سیلندر اصلی مورد مطالعه قرار می گیرند
    کلیدواژگان: ارتعاشات ناشی از گردابه ها، سیلندر کنترلی، Lock، in
  • مسعود میرزایی، مجید نیک بین صداقتی صفحات 118-124
    تغییر مسیر یک پرتابه با استفاده از بر هم زدن توزیع فشار روی جسم و معمولا توسط بالکهای کنترلی صورت می پذیرد. از اشکالات این روش می توان به نیروی پسای بالا، نیروی زیاد برای تغییر وضعیت بالکها، گرمایش آیرودینامیکی بالکها، پاسخ زمانی بالا و... اشاره نمود. اخیرا جهت غلبه بر این موانع، استفاده از سیستم محرک پلاسمایی به صورت تجربی و عددی مورد ارزیابی قرار گرفته است. یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر دقت اصابت یک پرتابه، زمان پاسخ آن به فرمانهای کنترلی می باشد. در مطالعه حاضر با استفاده از نرم افزار فلوئنت، جریان غیر دائم هوای اطراف یک پرتابه تحلیل شده و پاسخ زمانی آن بررسی شده است. در این تحقیق مشاهده گردید که با بکارگیری سیستم محرک پلاسمایی روی یک پرتابه در مقایسه با بکارگیری بالکهای آیرودینامیکی، پاسخ زمانی آن در حدود یک مرتبه زمانی کاهش می یابد. این میزان کاهش تاثیر قابل ملاحظه ای در بهبود عملکرد یک پرتابه خواهد داشت.
    کلیدواژگان: محرک پلاسمایی، پاسخ زمانی، پرتابه، نیروی برآ، نیروی پسا
  • محمد علی امینی، حسن سالاریه، آریا الستی صفحات 125-138
    در این مقاله، بر پایه روش حداقل مربعات بازگشتی، روشی بر خط، برای شناسایی مولفه های تانسور ممان اینرسی یک ماهواره ارائه شده است. فرض بر این است که عملگرهای ماهواره، سه چرخ عکس العملی عمود به یکدیگر می باشند. تنها سنسور مورد استفاده، سنسور ژایرو نرخی سه محوره می باشد که سرعت های دورانی ماهواره را در مختصات متصل به جسم اندازه گیری می کند. به دلیل وجود نویز در این سنسور، ماتریس برازش گر مورد استفاده در روش حداقل مربعات دارای نویز بوده و در نتیجه روش حداقل مربعات کلاسیک، قابل استفاده نبوده و همگرا نخواهد شد. برای حل این مشکل، روشی مقاوم به نویز ارائه و پایداری این روش با استفاده از روش پایداری لیاپانوف اثبات شده است. روش ارائه شده می تواند به صورت برخط در حضور نویز و دیگر خطاهای موجود در سنسورها، مورد استفاده قرار گیرد. نتایج حاصله از شبیه سازی این روش، نشان می دهد که این روش توانسته است با خطایی کمتر از 3 درصد مقدار واقعی، پارامترهای اینرسی ماهواره را قبل و بعد از تغییر، شناسایی کند.
    کلیدواژگان: شناسایی، تانسور ممان اینرسی، ماهواره، روش مقاوم به نویز، روش حداقل مربعات بازگشتی
  • فرامرز آشنای قاسمی، غلامحسن پایگانه، مهدی رحمانی صفحات 139-152
    در این پژوهش تاثیر حضور همزمان نانوذرات کربنات کلسیم و پلی پروپیلن گرفت شده با انیدرید مالئیک (PP-g-MA) بر روی استحکام ضربه و مدول یانگ پلی پروپیلن (PP) به صورت تجربی بررسی می شود. از دو نوع نانوذرات کربنات کلسیم (روکش شده با تک لایه اسید استئاریک و روکش نشده) به منظور بررسی تاثیر اصلاح سطح نانوذرات بر روی خواص مکانیکی ترکیب ها استفاده می شود. تمامی نمونه ها در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شده و سپس به وسیله قالب ریزی تزریقی به شکل نمونه های استاندارد کشش و ضربه درمی آیند. تاثیر اصلاح سطح نانوذرات و همچنین حضور PP-g-MA در چگونگی پراکندگی نانوذرات کربنات کلسیم درماتریس PP، با استفاده از میکروسکوپ FESEM بررسی می شود. نتایج اندازه گیری نشان می دهد که انطباق خوبی مابین مقادیر اندازه گیری شده روکش نانوذرات کربنات کلسیم توسط آنالیز TGA و روابط تئوری وجود دارد. نتایج پژوهش نیز نشان می دهد که اصلاح سطحی نانوذرات کربنات کلسیم و حضور PP-g-MAتاثیر بسزایی در بهبود توزیع و پراکندگی نانوذرات در ماتریس پلی پروپیلن دارد. افزودن نانوذرات کربنات کلسیم بهبود استحکام ضربه و مدول یانگ پلی پروپیلن را به همراه داشته، حال آنکه افزودن PP-g-MA به ماتریس پلی پروپیلن باعث افزایش استحکام ضربه و کاهش مدول یانگ می شود.
    کلیدواژگان: پلی پروپیلن، نانوذرات کربنات کلسیم، کامپوزیت، خواص مکانیکی
|
  • Pages 1-12
    In grinding operation، cutting fluid is utilized for lubrication، cooling، chip removal from contact zone and also cleaning of grinding wheel. Despite these advantages، grinding fluids make many economic and environmental issues. On the other hand، dry grinding generally leading to thermal damages and reduction of surface quality level. Minimum Quantity Lubrication (MQL) technique is a new approach to elimination or reduction of cutting fluids that improves grinding performance by efficient penetration to the cutting zone. In this paper، in order to investigate the effect of MQL on grinding of steels، raw and hardened High Speed Steel have been selected. Grinding performance such as tangential grinding force، friction coefficient، roughness and morphology of the ground surface and chip form in three states of dry، conventional fluid and MQL have been studied and compared. The results show that MQL technique in comparison with the others lead to improvement of surface quality and also reduction of tangential grinding force and friction coefficient in hardened steel، but in the case of raw steel despite of reduction of tangential grinding force and friction coefficient، the surface quality is worst.
    Keywords: Grinding, Minimum Quantity Lubrication, Grinding force, Surface quality
  • Aziz Azimi, Fazel Khaliji, Mohsen Shabani Pages 13-24
    In this paper، mass flow rate and location of leakage in natural gas pipeline has been estimated simultaneously using inverse analysis. For doing so، at first natural gas transient flow in pipeline has been simulated numerically; this simulation is named direct problem. In the direct problem، it is assumed that the mass flow rate and location of leakage is definite and the governing equations are inhomogeneous well-known Euler equations. In these equations، the leakage effect has been considered as a source term. Steger–Warming flux splitting method has been used for numerical analysis of these equations. Then the location and mass flow rate of gas leakage of pipeline have been estimated simultaneously using Levenberg-Marquardt method for parameter estimation. This method is an iterative algorithm and based on minimizing the sum of the squares of the errors which are difference between pressures computed by the direct problem and pressures measured by pressure gauges. The results of the direct problem have good agreement with Mac–Cormack method and characteristics method of specified time intervals. The results of the inverse analysis demonstrate that Levenberg-Marquardt algorithm is stable and efficient enough to estimate simultaneously the mass flow rate and location of leakage in natural gas pipeline.
    Keywords: Inverse analysis, Levenberg, Marquardt, Parameter estimation, Mass flow rate, location of leakage estimations, Natural gas pipeline
  • Hossein Hemmatian Pages 25-35
    Sandwich panels have high strength to weight ratio because of their special structure. The variables which are defined for designing sandwich panels should be determined with applying necessary strength and lowest weight. In this paper، the imperialist competitive algorithm (ICA) has been used for minimizing the weight of a sandwich panel with prismatic core based on yielding and buckling criteria. ICA is inspired of imperialist competitions and it is based on two special criteria as recruitment policy and stable imperialist competition. Arrays numbers، core and surface thickness and panel height are assumed as design variables for decreasing panel weight. The results were shown that core and surface thickness and the total height of panel has been increased by increasing loading for given number of arrays. Also the core and surface thickness has been decreased and the total height have been increased by increasing array number for a determined loading and so panel weight has been decreased. A panel with diamond core has highest structure efficiency. It was shown that ICA is useful and competitive than the other heuristic algorithms because of direct using of function values in some problems which was required to the total optimization.
    Keywords: Prismatic core sandwich panel, Lowest weight, Yielding criteria, Buckling criteria, Imperialist competitive algorithm
  • Davood Akbari, Naser Soltani, Farshid Reshadi Pages 36-45
    Shearography has proved to be a highly effective nondestructive testing (NDT) method، especially when it comes to composite and polymer materials used in automotive، aerospace engineering، nuclear and oil industries. Although its application in material testing and material research already has achieved acceptance in research، its applications need a highly considerations in limitations and its parameters. In this paper the application of digital shearography in the defect detection of polymer materials is studied. In this regard، a proper set-up of shearography is presented. A polyethylene plate with several defects in different sizes and depths have been made and tested with the presented set-up. The shearograms then have been compared to evaluate the shearographic system in defect detection. The effects of shear size and system of thermal loading have also been studied.
    Keywords: digital shearography, non destractive testing, sheare size, thermal loading
  • Pages 46-59
    In tube hydroforming process، due to friction condition، uniform wall thickness، as well as sharp corners may not be achieved. Use of ultrasonic vibration can improve the contact conditions at the tube-die interface. The current work studies the effect of applying ultrasonic vibration on wall thickness and corner filling of hydroformed tubes. Firstly، a numerical model based on geometric relationships and stress-strain state has been established by which wall thickness and corner radius of hydroformed tubes can be obtained. In this model، the ultrasonic vibrations affect the nonlinear friction conditions at the tube-die interface. By comparing the FEM models of tubes in two cases of with vibration and without vibration، it is possible to investigate the effects of vibration on wall thickness and corner filling. The results indicate superimposing ultrasonic vibrations to the process will increase corner filling ratio of the tube significantly، and more uniform tube wall thickness will be achieved.
    Keywords: Tube hydroforming, ultrasonic vibration, corner filling ratio, uniformity of wall thickness
  • Pages 60-73
    The structural integrity of welded joints in natural gas transportation through large diameter steel pipes requires the experimental determination of material mechanical properties in seam weld via destructive and non-destructive testes. In this paper، the metallurgical and mechanical characteristics of multi-pass girth weld in seam weld، heat affected zone (HAZ)، and base metal of a pipe with 56 inch outside diameter، 0. 780 inch wall thickness is determined. To do this، chemical analysis، standard metallography، tensile and impact tests and hardness experiments were conducted. The metallographic results demonstrated that different sub-zones in welded joint had different microstructure. The existence of different chemical contents in different weld passes and the presence of hard phases (such as martensite due to uncontrolled heat cycles) had direct effects on mechanical properties of the seam weld and HAZ. From the hardness test result، it was found that HAZ and centerline of the seam weld had the minimum and maximum hardness levels، respectively. Furthermore، the minimum Charpy impact energy was found in the seam weld centerline.
    Keywords: Girth Weld, Thermomechanical Steel, Steel Pipe, Natural Gas Transmission, API X70
  • Ghassem Heidarinejad, Hadi Pasdarshahri, Kiumars Mazaheri Pages 74-85
    A numerical study for the simulation of induced-flow by a two-room compartment fire has been accomplished using a fully-coupled Large Eddy Simulation (LES) model which incorporates Smagorinsky and One-Equation Sub-Grid Scale (SGS) turbulence models. Also، modified Eddy Dissipation Concept (EDC) and Discrete Ordinate Methods (DOM) are used for incorporating combustion and radiation، respectively. The models are applied for a range of total heat release rate (HRR) for fire source in the center and corner of the fire room. Numerical results of prediction by each SGS model are validated and compared against well-known available experimental data. The predicted time-averaged temperature profiles at different location of the compartment for each case have been calculated and found to be in good agreement with the experimental data. The results also show that the accuracy of One-Equation SGS model for the prediction of the characteristics of fire is higher than those obtain by Smagorinsky SGS model. The air mixture at the fire room opening is higher for the centrally located fire source than the corner one.
    Keywords: Large Eddy Simulation, Fire Induced Flow, Smagorinsky, One, Equation
  • Pages 86-97
    In this paper، a unit cell based micromechanical model is presented to predict the elastic-viscoplastic response of aligned short fiber titanium matrix composites subjected to combined axial loading in the presence of fiber/matrix interfacial damage. The effects of manufacturing process thermal Residual Stress (RS) are also included in the analysis. The representative volume element (RVE) of the short fiber composites consists of c×r×h cells in three dimensions in which a quarter of the short fiber is surrounded by matrix sub-cells. In order to obtain elastic-viscoplastic curves، the fiber is assumed to be linear elastic، while the matrix exhibits elastic-viscoplastic behavior. The Evolving Compliance Interface (ECI) model is employed to analysis interface damage. This model allows debonding to progress via unloading of interfacial stresses even as global loading of the composite continues. Results revealed that for more realistic predictions، in comparison with available experimental and the other models results، both interfacial damage and thermal residual stress effects should be considered in the analysis.
    Keywords: Micromechanics, short fiber composites, elastic, viscoplastic behavior, interface damage, thermal residual stress
  • Mohammad Hossein Pol Pages 98-104
    In this paper، the influence of nanoclay Closite 30B on ballistic impact behavior of 2D woven E- Glass/Epoxy laminated composite has been investigated experimentally. The glass/epoxy/nanoclay hybrid laminate nanocomposites are manufactured by layup method under pressure. The nanoclay particles are Closite 30B and are dispersed into the epoxy system in a 0%، 3%، 5%، 7% and 7% ratio in weight with respect to the matrix. In additional to tensile test، ballistic impact test is carried out on the samples by flat-ended projectile with 8. 9gr mass and 10mm diameter in 134m/s and 169m/s velocities. The results have shown that not only the mechanical properties، but also ballistic impact resistance can be improved with adding nanoclay.
    Keywords: Polymer, matrix nanocomposites (PMCs), Impact behavior, Ballistic behavior, Mechanical property, Nanoclay
  • Pages 105-117
    In this research، the phenomenon of vortex-induced vibrations and the effect of control cylinders usage with different configurations on vortex formation، lift and drag coefficients، and fluctuations amplitude at the back of an elastically supported rigid circular cylinder subjected to a uniform fluid flow are studied. Results obtained in the absence of control cylinders are validated with experimental and numerical results of other researchers and a good conformity is reached. After ensuring simulation accuracy and precision، control cylinders of equal diameter with master cylinder are placed as linear and triangular arrangements at the back of master cylinder and the optimal configuration and location of control cylinders are defined. In linear arrangement، at first the effect of a control cylinder usage at 5 different distances from 1. 5 to 3. 5 times diameter of master cylinder and then two control cylinders with ratios of 1. 5، 2 and 2. 5 times diameter of master cylinder are studied. At the end، in triangular arrangement، control cylinders are located at intervals of 1، 1. 5 and 2 times diameter of master cylinder.
    Keywords: Vortex, induced vibrations, control cylinder, Lock, in
  • Pages 118-124
    Changing the trajectory of a projectile can be accomplished by unbalancing the pressure distribution on the body surface and this usually is achieved by surface spreading techniques. The major drawbacks of such techniques are high drag force; fins aerodynamic heating، high time response and etc. To overcome these difficulties، recently application of plasma actuators has been evaluated numerically and experimentally. It is known that the time response of a projectile to control commands is a key factor to its CEP. In the present paper، unsteady flow around a supersonic projectile was calculated using Fluent software and its time response to a control command was analyzed. In this investigation، it is shown that using plasma actuator in comparison with aerodynamic fins can reduce the time response of a projectile about one order of magnitude. This reduction in time response can improve the performance of a projectile significantly.
    Keywords: Plasma actuator, time response, projectile, lift, drag
  • Mohammad A. Amini, Hassan Salarieh, Aria Alasty Pages 125-138
    In this paper a method for online identification of satellite moment of inertia tensor parameters based on recursive least squares method، is presented. It is assumed that the satellite actuators are three orthogonal reaction wheels. Dynamic equations of the satellite are extracted in a special manner. The only available sensor is a three axes rate gyro which measures the angular velocity of satellite in the body coordinate system. Due to existence of noise in this sensor، the regressor matrix used in least squares method، changes stochastically. So in this case، the classic least squares method is not useful، and it cannot converge. For solving this problem، a modified least squares method with robust scheme is presented and its stability is proved using Lyapunov stability theory. The presented method can be used online in presence of measurement noise and other sensor imperfections. Simulation results have shown that this method can identify inertia parameters of the satellite with less than 3 percent error comparing to real parameters before and after changes.
    Keywords: identification, moment of inertia tensor, satellite, robust method, recursive least squares method
  • Pages 139-152
    In this research the effect of both calcium carbonate nanoparticles and PP-g-MA ones on impact strength and Young’s modulus of Polypropylene (PP) are investigated experimentally. Two kinds of CaCO3 nanoparticles (monolayer-coated and uncoated) are used to investigate the effect of surface treatment of nanoparticles on the mechanical properties of these composites. All samples are mixed in a co-rotating twin screw extruder and are formed into standard tensile and impact bars using the injection molding method. The effect of surface modification of nanoparticles and presence of PP-g-MA on the dispersion of calcium carbonate nanoparticles in polypropylene matrix are studied by field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results show a good agreement between the TGA analysis and the related theory. The results also show that surface modification of calcium carbonate nanoparticles and also the PP-g-MA are affective in improving the distribution and dispersion of nanoparticles in the PP matrix. Increasing of the calcium carbonate nanoparticles improves both the impact strength and the Young''s modulus of polypropylene. The more the PP-g-MA is added to PP matrix the more the impact strength of the samples increases and the less their Young''s modulus decreases.
    Keywords: Polypropylene, Calcium carbonate nanoparticles, Composite, Mechanical properties