فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال سیزدهم شماره 13 (اسفند 1392)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال سیزدهم شماره 13 (اسفند 1392)

  • ویژه نامه
  • تاریخ انتشار: 1392/11/12
  • تعداد عناوین: 21
|
  • حسین خراسانی زاده، مجید سبزپوشانی، سعید نظری صفحات 1-13
    در این تحقیق طراحی، ساخت و آزمایش یک اجاق خورشیدی پخت نان برای شرایط تشعشع خورشیدی در شهر کاشان انجام گرفته است. در مرحله طراحی و به قصد تامین انرژی لازم برای پخت نان نازک به قطر 45 سانتیمتر با استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی، یک سطح سهموی شکل انعکاسی با استفاده از چیدمانی از آینه ها برای متمرکز نمودن تشعشع به زیر یک صفحه پخت آلومینیومی به قطر 48 سانتیمتر و ضخامت 6 میلیمتر در نظر گرفته شد و قطر سطح انعکاسی 130 سانتیمتر محاسبه شد. با توجه به تغییر مکان خورشید در آسمان در طول سال و در ساعات روز، سطح انعکاسی از سه درجه آزادی برای تنظیم شمالی-جنوبی و شرقی-غربی و امکان جابجایی در راستای عمودی برخوردار شد. عملکرد اجاق در چند روز مختلف در تابستان 1391 بررسی و با آن پخت نان صورت گرفت. بررسی عملکرد و نتایج اندازه گیری ها صحت محاسبات را تایید نمود و بازده کلی اجاق را حدود 50% نشان داد. با این اجاق می توان در 8 ماه از سال و حداقل در 6 ساعت از هر روز آفتابی و در هر ساعت حدود 12 عدد نان با خمیر 200 گرمی پخت نمود؛ همچنین از آن برای پخت سایر مواد غذایی بهره برد.
    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، اجاق خورشیدی، پخت نان، سطح انعکاسی
  • حسین عسکری زاده، حسین احمدی کیا * صفحات 14-25

    در این مقاله برای بررسی آسیب گرمایی در بافت پوستی که در معرض شار گرمایی گذرا قرار گرفته است، مدل های کلاسیک و تعمیم یافته تاخیر فاز دوگانه معادله انتقال حرارت بیولوژیکی استفاده شده اند. بررسی تحلیلی انتقال حرارت در بافت پوست، تحت شرایط مرزی شار گذرا فقط توسط مدل های سهموی پنز و هذلولوی موج گرمایی انجام شده است. در این مطالعه حل تحلیلی مدل تاخیر فاز دوگانه معادله انتقال حرارت در بافت پوستی که در معرض گرمایش گذرا قرار گرفته است با استفاده از روش تبدیل لاپلاس و تئوری وارونه سازی در فضای مختلط به دست آمده است. از آنجا که مدل کلاسیک تاخیر فاز دوگانه تحت شرایط خاصی به مدل های پنز و موج گرمایی تبدیل می شود، نتایج حاصل از این سه مدل در پیش بینی توزیع دما و آسیب گرمایی بافت پوست با هم مقایسه شده اند. اثر ضرایب تخلخل و ترکیب توام اثرات خون و بافت روی آسیب گرمایی بافت بررسی شده و نتایج حاکی از آن هستند که افزایش این ضرایب به ترتیب افزایش و کاهش آسیب گرمایی را به دنبال دارد و تاثیر این ضرایب در عمق بافت به مراتب از تاثیرشان در سطح کمتر است.

    کلیدواژگان: بافت پوست، گرمایش گذرا، تاخیر فاز دوگانه، تبدیل لاپلاس، آسیب گرمایی
  • علی شکوه فر، سعیده قربان پور، سجاد نصیری خلیل آباد، اشکان ذوالریاستین، علی اصغر جعفری صفحات 26-32
    در این پژوهش یک شبکه عصبی پیشرو با الگوریتم پس انتشار خطا، برای پیش بینی سختی نانوکامپوزیت های پایه آلومینیوم با تقویت کننده آلومینا، که به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم تولید شده بودند، با استفاده از داده های موجود طراحی شد. درصد حجمی تقویت کننده، اندازه ذرات تقویت کننده نانومتری، نیروی وارد شده در آزمون سختی ویکرز؛ همچنین عوامل موثر بر فرآیند آلیاژسازی مکانیکی مانند زمان آسیاب کاری، نسبت وزنی گلوله به پودر و سرعت آسیاب به عنوان متغیرهای ورودی شبکه و عدد سختی ویکرز به عنوان متغیر خروجی شبکه درنظر گرفته شدند. عوامل موثر در آموزش شبکه مانند نرخ آموزش، تعداد لایه های پنهان و تعداد نرون های لایه های پنهان؛ با سعی و خطا تعیین شدند. برای بررسی عملکرد شبکه، از نمودارهای رگرسیون در مراحل آموزش، صحت سنجی و تست؛ و همچنین از میانگین مربعات خطا استفاده شد. شبکه عصبی طراحی شده قادر است سختی ویکرز داده های تست را با میانگین خطای 2.67 درصد یا 2.25 ویکرز پیش بینی نماید. همچنین میانگین مربعات خطا در مرحله صحت سنجی 7.76 بود. با استفاده از شبکه عصبی طراحی شده، سختی ویکرز نانو کامپوزیت آلومینیوم-آلومینا، بدون نیاز به کارهای آزمایشگاهی پرهزینه، قابل پیش بینی می باشد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی، میکرو سختی ویکرز، آلیاژسازی مکانیکی، شبکه عصبی مصنوعی
  • مهدی کرماجانی، شاهرخ حسینی هاشمی، رضا ناظم نژاد، شهرام امیرعبداللهیان صفحات 33-42
    در این مقاله، اثرات مقیاس کوچک بر روی کمانش نانو صفحات مستطیلی، بر اساس تئوری غیر محلی تغییر شکل برشی مرتبه سوم ردی و با استفاده از یک روش دقیق تحلیلی بررسی شده است. به منظور حل دقیق معادلات حرکت، ابتدا معادلات بی بعد شده و با استفاده از تابع کمکی از یکدیگر دی کوپله شده اند. نهایتا، معادلات جدیدی بر حسب یکسری توابع پتانسیل بدست آمده که بصورت دقیق و تحلیلی قابل حل می باشند و به این ترتیب بارهای کمانش برای مساله بدست می آید. در حل معادلات فوق، از شرایط مرزی لوی استفاده شده که بر اساس آن، دو لبه نانو صفحه دارای شرایط مرزی ساده و دو لبه دیگر می تواند ترکیبی از شرایط مرزی ساده، گیردار یا آزاد باشد. به منظور تایید صحت روش حل حاضر، نتایج بدست آمده با دیگر روش های عددی و تقریبی مقایسه شده است. برای ارائه نتایج بیشتر، اثرات شرایط مرزی، مقادیر مختلف پارامتر غیر محلی، نسبت طول به عرض و نسبت ضخامت به طول بر بار کمانش نانوورق بررسی شده است. مطالعه حاضر می تواند به منظور تحلیل استاتیکی و دینامیکی سازهای صفحه مانند ضخیم در مقیاس نانو، مانند گرافن چند لایه و گرافیت بصورت سازه های کامپوزیتی یا ساندویچی، مفید باشد.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی دقیق، کمانش، الاستیسیته غیر محلی، تئوری صفحه ردی
  • محمد تقیلو، محمدحسن رحیمیان صفحات 43-56
    شبیه سازی جریان دوفازی موضوع تحقیقات بسیاری بوده است. با این حال بررسی آن در داخل محیط متخلخل به علت پیچیدگی مضاعف آن کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مقاله جریان دوفازی با نسبت چگالی و لزجت یک در داخل محیط متخلخل به روش شان و چن شبیه سازی شده است. به علت محدودیت ذاتی این روش و ضعف آن در کنترل مستقل کشش سطحی، تاثیر پارامتر هایی نظیر عدد رینولدز، وبر و فرود قابل ارزیابی نمی باشد. اما با این حال می توان با تغییر میدان متخلخل و زاویه تماس تاثیر پارامتر های مربوط به محیط متخلخل از قبیل عدد دارسی و زاویه تماس را مطالعه نمود. رقابت میان نیروی مخالف در برابر حرکت قطره و اثر موئینگی در اثر حضور ذرات محیط متخلخل به کمک عدد دارسی توصیف شده است. همچنین تاثیر زاویه تماس میان فاز های مایع-گاز و سطح جامد بر میزان نفوذ قطره در داخل محیط متخلخل ارزیابی گردیده است.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، جریان دوفازی، نفوذ، روش بولترمن شبکه ای، مدل شان و چن
  • مهرداد جبارزاده گنجه، حبیب طلعتی، احمد رضا نوروزی صفحات 57-66
    دراین مقاله خمش غیرخطی صفحه گرافن تک لایه دایره ای مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از تئوری مکانیک های محیط پیوسته غیرموضعی اصل کارمجازی و تئوری مرتبه اول برشی، معادلات حاکم بدست آمده و برای گسسته سازی معادلات تعادل از روش مربعات دیفرانسیلی استفاده شده است. در این روش، از توزیع نقطه ای غیر یکنواخت (توزیع چبیشف- گوس- لوباتو) جهت افزایش سرعت همگرایی و دقت حل استفاده شده است. تاثیر ضریب غیرموضعی، تعداد گره ها، ضخامت و میزان بارعرضی برروی خیزصفحه گرافن مورد ارزیابی قرارگرفته، همچنین برای بررسی دقت روش مورد استفاده، نتایج بدست آمده با نتایج دیگر تحقیقات مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: خمش غیرخطی، صفحه گرافن دایره ای، مکانیک محیط پیوسته غیرموضعی، روش مربعات دیفرانسیلی
  • امیررضا کوثری، سمانه کویری، بهزاد مشیری، مهدی فکور صفحات 67-77
    در این مقاله روشی نوین برای طراحی چیدمان بهینه تراسترها در ماهواره مخابراتی زمین آهنگ با هدف کمینه کردن مصرف سوخت و افزایش دقت کنترل وضعیت ارائه می گردد. این نکته قابل ذکر است که کاهش مصرف سوخت موجب افزایش طول عمر ماهواره در مدار زمین آهنگ شده و افزایش دقت کنترل منجر به بهبود نشانه روی آنتن های محموله می گردد. معمولا چیدمان تراسترها شامل اطلاعاتی در مورد محل قرار گیری تراسترها روی بدنه ماهواره، زاویه تراسترها نسبت به بدنه می باشد. یکی از فاکتورهایی که نقش کلیدی در چیدمان تراسترها دارد، تحلیل گشتاور و نیروهای وارد بر ماهواره است. چیدمان تراسترها باید به نحوی باشد که نیرو و گشتاور مورد نیاز برای هر مانور را تامین کند. برای دستیابی به الگوی چیدمان بهینه، دو الگوریتم ژنتیک و تکامل دیفرانسیلی مورد بررسی و پیاده سازی قرار گرفته است. علاوه بر این در این مقاله قیودی از قبیل محدودیت هندسی در ابعاد ماهواره و محدود کردن پاشش گازهای خارج شده از تراسترها بر روی پنل های خورشیدی و تجهیزات بیرونی ماهواره در فرآیند تصمیم گیری درنظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی های انجام پذیرفته موید این نکته است که الگوریتم تکامل دیفرانسیلی دقت بهتر و زمان اجرای کمتری در مقایسه با الگوریتم ژنتیک در حل این مسئله دارد.
    کلیدواژگان: چیدمان بهینه تراستر، مصرف بهینه سوخت، ماهواره زمین آهنگ، کنترل وضعیت، مدیریت کنترل
  • سعید طالبی، علیرضا آریایی صفحات 78-89
    در این مقاله مشخصه های ارتعاشی یک تیر تیموشنکوی ترک دار با سطح مقطع متغیر با استفاده از روش انتقال دیفرانسیل مطالعه می شود. اثر موقعیت و اندازه ترک در محاسبه فرکانس های طبیعی و شکل مودها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل جهت اعتبارسنجی برای تیر بدون ترک و ترک دار با مقادیر تجربی به دست آمده از آزمایش مودال، نرم افزار آباکوس و روش های دیگر مورد استفاده در سایر مقالات مقایسه می شود که تطابق خوبی بین آنها مشاهده می گردد. نشان داده می شود به دلیل سختی کمتر تیر تیموشنکو، این تئوری مقادیر کمتری را برای فرکانس های طبیعی به خصوص برای تیرهای با ممان اینرسی سطح مقطع زیاد پیش بینی می کند. در ادامه مساله معکوس مورد بررسی قرار می گیرد؛ بدین منظور با به کارگیری الگوریتم ژنتیک و با استفاده از فرکانس های طبیعی تیر ترک دار که از آزمایش مودال حاصل شده اند موقعیت و عمق ترک در تیر با سطح مقطع متغیر تعیین می شود. مشاهده می گردد که نتایج عددی به دست آمده تطابق قابل قبولی با موقعیت و عمق واقعی ترک دارد که نشان دهنده کارآیی این روش در تعیین پارامترهای ترک در تیر تیموشنکو است.
    کلیدواژگان: تیر تیموشنکوی ترک دار، روش انتقال دیفرانسیل، آزمایش مودال، الگوریتم ژنتیک، فرکانس طبیعی
  • اردشیر کرمی محمدی، محمد عباسی صفحات 90-99
    در این مقاله، با بهره گیری از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش، اثر اندازه یک نوع تیر مونتاژ شده میکروسکوپ نیرو اتمی بر فرکانس تشدید و حساسیت آن نسبت به سختی تماسی، مورد بررسی قرار گرفته است. میکروتیر مذکور، شامل یک تیر یک سردرگیر افقی، یک رابط عمودی و یک نوک در انتهای سر آزاد رابط است که ساختار آن امکان روبش جداره نانومواد را برای میکروسکوپ نیرو اتمی فراهم می سازد. ابتدا با استفاده از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش و اصل هامیلتون، معادله حرکت و شرایط مرزی برای میکروتیر مذکور بدست آمده است. سپس، فرکانس تشدید ارتعاشات خمشی میکروتیر ACP، و حساسیت آن نسبت به سختی تماسی بدست آمده و بررسی شده است. نتایج حاصل از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش با نتایج بدست آمده از تئوری تنش-کوپل اصلاح شده و تئوری تیر کلاسیک مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن ضخامت تیر به پارامتر طول مقیاس، اختلاف بین تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش با تئوری های تنش-کوپل اصلاح شده و تیر کلاسیک، در پیش بینی رفتار ارتعاشاتی میکروتیر مذکور، قابل ملاحظه خواهد بود.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیرو اتمی، تیر مونتاژ شده، تئوری الاستیسیته گرادیان کرنش، تئوری تنش کوپل اصلاح شده
  • مهرداد ربانی، احمدرضا فقیه خراسانی صفحات 100-111
    در این پژوهش اثر جریان باد مقابل بر روی یک قطار مسافربری، بصورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در کار آزمایشگاهی مدل قطار در مقیاس 1:26 قطار واقعی ساخته شده که شامل لکوموتیو و یک واگن است. تعداد 16 مانومتر فشار به منظور اندازه گیری فشار در نقاط مختلف مدل قطار به کار گرفته شده است و نتایج برای سرعت های مختلف جریان باد مقابل ارائه شده اند. در شبیه سازی عددی، جریان اطراف قطار به صورت سه بعدی، مغشوش و تراکم ناپذیر مدل سازی شده است. جهت بررسی دقت حل عددی، ضرایب فشار بدست آمده از شبیه سازی عددی در نقاط مختلف قطار با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته که نتایج شبیه سازی عددی را صحه گذاری می کند. همچنین تاثیر تعداد واگن ها بر ضریب پسا و توزیع فشار در صفحه تقارن قطار به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد واگن ها تا 7 عدد باعث افزایش ضریب پسا تا میزان1.2336 می شود اما سرعت قطار تاثیر محسوسی بر مقدار ضریب پسای قطار ندارد. همچنین ضریب پسای هر واگن مسافربری میانی قطار به طور میانگین 0.1321 می باشد.
    کلیدواژگان: قطار، بررسی تجربی، شبیه سازی عددی، ضریب فشار، ضریب پسا
  • محمدرضا علیگودرز، فائزه احسانی درخشان، هادی کرابی صفحات 112-120
    به دلیل مواجه بودن بخش توربین یک موتور توربین گاز با دمای بالا و خصوصیات گاز ورودی، کارایی توربین حین کارکرد در معرض کاهش قرار می گیرد. شرایط کارکرد منجر به ایجاد خوردگی یا رسوب و در نتیجه افزایش زبری سطح پره ی آن می شوند. با توجه به پیچیدگی جریان درون توربین برای شناخت میدان جریان و دما درون طبقه توربین نیاز به انجام تحلیل سه بعدی می باشد. هدف از این مقاله بررسی تاثیر زبری بر میدان جریان و کارایی توربین گازی با شبیه سازی عددی است. در این پژوهش طبقه چهارم توربین هانوفر که در آزمایشگاه دانشگاه صنعتی هانوفر آلمان به صورت تجربی آزمایش شده است، بصورت سه بعدی در نرم افزار انسیس-سی اف ایکس شبیه سازی و نتایج حل عددی با نتایج آزمایشگاهی اعتبار سنجی شد. در ادامه تاثیر زبری پره در دو ارتفاع معادل دانه های ماسه μm 106(رژیم نیمه زبر) و μm400 (کاملا زبر) بر خصوصیات میدان جریان و عملکرد یک مرحله ی توربین در 4 دبی جرمی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد مجموع افت راندمان ناشی از زبری استاتور و زبری روتور برابر با افت راندمان ناشی از زبری کل مرحله است. بعلاوه، تاثیر افزایش زبری پره ی استاتور و روتور در کاهش راندمان تقریبا مساوی می باشد.
    کلیدواژگان: زبری پره، توربین گاز، تحلیل عددی جریان توربین، میدان جریان توربین گازی، تاثیر زبری بر عملکرد توربین
  • مهرداد یاری ساکنه، بهزاد قدیری دهکردی، صالح فلاح، فرزاد صفری صفحات 121-131
    پارامترهای موثر جریان تراکم ناپذیر، لزج و غیردایم داخل کسکید دو بعدی توربوماشین با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های جداشده ی تاخیری (DDES) بر پایه ی مدل RANS اسپالارت-آلماراس (SA) در اینجا بررسی می شود. مدل شبیه سازی گردابه های جداشده که یک روش پیوندی RANS و LES می باشد به منظور کاهش هزینه ی محاسباتی روشLES ارایه شد. در این روش، نزدیک دیواره، داخل لایه ی مرزی از مدل آشفتگی RANS استفاده می شود و دور از دیواره روش به صورت خودکار به حالت LES می رود. DDES به منظور ارتقای مدل DES اصلی (DES97)، برای حل مشکل تخلیه ی تنش مدل شده پیشنهاد شد. برای مستقل کردن گذار از RANS به LES از اندازه ی سلول های شبکه، یک تابع جدید در مدل DDES تعریف شد. روش عددی به کار رفته برای گسسته سازی معادلات، حجم محدود در شبکه ی جابجاشده و شبکه ی مورد نظر برای میدان محاسباتی، متعامد است. همچنین از الگوی دیفرانسیلی پیوندی (الگوی ترکیبی متشکل از الگوی اختلاف مرکزی و بالادست) جهت گسسته سازی عبارات جابجایی در معادله ی ناویر-استوکس استفاده شده است. نتایج حاصل از این کار با نتایج مدل آشفتگی SA مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: گردابه های جداشده ی تاخیری، حجم محدود، جریان کسکید توربوماشین ها
  • سید رضا فلاحتگر صفحات 132-142
    در تحقیق حاضر تحلیل کمانش خزشی ورق ویسکوالاستیک خطی انجام شده است. روش شبه گذرا یا رهایی پویا با جداسازی المان محدود برای حل معادلات ورق مورد استفاده قرار گرفته است. میدان جابجایی ورق بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول در نظر گرفته شده و کرنش های فون کارمن با اثر نقص اولیه در معادلات ورق اعمال می شود. نتایج مربوط به خیز وسط و کاهش طول ورق مربعی از جنس پلیمر PMMA در طول زمان بارگذاری با شرایط تکیه گاهی ساده و گیردار تعیین شده است. نتایج با پاسخ های کد تجاری ANSYS مقایسه شده و تطابق خوبی بدست آمده است.
    کلیدواژگان: کمانش خزشی، رهایی پویا، روش المان محدود، تئوری میندلین، ورق ویسکوالاستیک
  • محمود چهارطاقی، مجتبی قطعی، علی سمایی نیا، هادی کرابی صفحات 143-156
    دمای بالا و خصوصیات متفاوت گاز ورودی می تواند عمل کرد توربین یک سیکل توربین گاز را در حین کارکرد کاهش دهد. با توجه به پیچیدگی جریان درون توربین، برای شناخت میدان جریان و دما درون طبقه ی توربین نیاز به انجام تحلیل سه بعدی می باشد.
    با گذشت زمان و کارکرد توربین، افزایش زبری سطح پره اجتناب نا پذیر است. هدف از این مقاله بررسی تاثیر زبری، بر میدان جریان و کارایی توربین گازی با شبیه سازی عددی می باشد. در این پژوهش، توربین، به صورت سه بعدی شبیه سازی و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی اعتبار سنجی گردیده است. سپس تاثیر زبری در پره ها بر میدان جریان و عمل کرد توربین در پنج نسبت فشار متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به منظور تعیین نقش استاتور ها و روتور ها به تنهایی در کاهش کارایی توربین، در یک زبری خاص، ابتدا به طور جداگانه استاتور های اول و دوم و سپس روتور های اول و دوم مورد بررسی قرار گرفته و سپس این پدیده به طور همزمان بر پره ها اعمال گردیده است. نتایج نشان می دهد که کاهش کارایی توربین در زبری کامل تقریبا برابر مجموع کاهش کارایی ها در حالت جداگانه است.
    کلیدواژگان: توربین، زبری پره، تحلیل سه بعدی، عمل کرد توربین، میدان جریان
  • حمزه شاه رجبیان، سیدیوسف احمدی بروغنی*، سیدجواد احمدی صفحات 157-164

    در این مقاله مقادیر مختلف خاک رس و دی اکسید تیتانیم (تیتان) (1، 3 و 5 % وزنی رزین) به زمینه وینیل استر به وسیله همزن با انرژی بالا اضافه می شود. تاثیر این نانوذرات روی خواص مکانیکی (استحکام و مدول کششی، استحکام و مدول خمشی و چقرمگی شکست) بررسی می شود. به منظور بررسی تشکیل شدن نانوماده مرکب، آزمایش XRD و عکسبرداری به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام می شود. آزمایش XRDنشان می دهد که لایه های خاک رس کاملا از هم جدا شده و ساختار نانوماده مرکب اکسفولیت شده است. نتایج حاصل از آزمایشهای کشش، خمش و چقرمگی شکست نشان می دهد که پرکننده خاک رس نسبت به تیتان در بهبود خواص مکانیکی بهتر است. نمونه تقویت شده با 1 درصد خاک رس نسبت به بقیه نمونه ها دارای خواص مکانیکی بهتری است.

    کلیدواژگان: نانوماده مرکب، وینیل استر، خاک رس، تیتان
  • رهام رفیعی، رضا پورعزیزی صفحات 165-175
    هدف اصلی این تحقیق، بررسی تاثیرآسیب های ساختاری موجود در نانولوله کربنی بر روی خواص مکانیکی نانولوله کربن تک جداره می باشد. در فرآیند رشد نانولوله کربنی و همچنین به هنگام عملیات عامل دار کردن نانولوله کربنی، پیوندهای کربن-کربن در ساختار نانولوله کربن تخریب می شوند. برای بررسی تاثیر آسیب مذکور، سه پارامتر تعداد پیوند تخریب شده، توزیع و آرایش قرارگیری آنها در ساختار نانولوله کربنی به صورت تصادفی در نظر گرفته می شود. در این پژوهش مدل المان محدود نانولوله سالم، با استفاده از روش محیط پیوسته نانومقیاس ساخته شده، آسیب ساختاری به صورت کاملا تصادفی بر روی پیوندهای نانولوله اعمال می شود. دو نوع آسیب متداول موسوم به استون-والز و جای خالی مورد ارزیابی واقع گردیده، مقادیر مدول یانگ بدست آمده برای نانولوله آسیب دیده با نانولوله سالم مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهدکه تاثیر آسیب استون-والز به مراتب کمتر از آسیب جای خالی می باشد. همچنین نتایج بدست آمده دلالت بر کاهش خطی مدول یانگ بر اثر افزایش میزان چگالی آسیب جای خالی دارد. روش ارائه شده در این پژوهش برخلاف مدل های ارائه شده توسط دیگران، هر سه متغیر، تعداد، آرایش و موقعیت قرارگیری آسیب را به صورت کاملا تصادفی مدلسازی درنظر می گیرد و لذا رهیافت مورد نظر از یک الگوی کاملا تصادفی پیروی می نماید.
    کلیدواژگان: نانولوله کربن، آسیب ساختاری، مدل المان محدود، مدول یانگ، تحلیل تصادفی
  • سید احسان افتخاری شهری، خلیل خلیلی*، سید یوسف احمدی بروغنی صفحات 176-187

    در فرایند هیدروفرمینگ لوله، ایجاد تعادل بین فشار داخلی و جابجایی محوری انتهای لوله برای تولید قطعه بدون عیب ضروری است. در این مقاله به منظور بهینه سازی منحنی اعمال بار، از یک شیوه آماری بر پایه اجزاء محدود، استفاده شده است. ابتدا مدل دقیق اجزاء محدود از فرایند تهیه گردیده و صحت مدل ایجاد شده در قیاس با قطعه تجربی تایید شده است. سپس تحلیل رگرسیون رویه پاسخ، برای برازش یک سطح بر پاسخ های به دست آمده از آزمایشات بکار رفته است. به منظور طرح ریزی یک مدل آماری، شبیه سازی می بایست به تعداد معینی تکرار گردد. با تحلیل مدل حاصل، می توان رفتار سیستم را پیش بینی کرده و شرایط بهینه را استنتاج کرد. در این تحقیق در گام اول، مدل پاسخ برای محدوده معینی از متغیرها به دست آمد و سپس در مرحله بعد برای افزایش دقت مدل، بهینه سازی چند مرحله ای انجام شد. در اینجا کمترین پراکندگی در منحنی ضخامتی به عنوان تابع هدف و حداقل ارتفاع برآمدگی لازم به عنوان تابع قید در نظر گرفته شده است. با انجام بهینه سازی دو مرحله ای، نمودار فشا جابجایی بهینه ای حاصل شده است که با استفاده از آن، قطعه با کمترین پراکندگی ضخامت تولید میشود.

    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، بهینه سازی، روش رویه پاسخ، اجزاء محدود، شکل دهی فلزات
  • ثنا حسینی، قاسم حیدری نژاد *، هادی پاسدارشهری صفحات 188-199

    در این تحقیق، امکان استفاده از یک سیستم سرمایش ترکیبی، جهت ایجاد آسایش حرارتی در شرایط آب و هوایی نقاط مختلف ایران مورد بررسی قرار گرفته است. این سیستم تلفیقی از خنک کننده تبخیری مستقیم با سرمایش تبخیری غیر مستقیم شامل برج خنک کننده و کویل سرمایشی می باشد. هریک از اجزاء سیستم بصورت عددی مدل شده و بطور جداگانه با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده اند. نتایج به دست آمده حاکی از بهبود عملکرد خنک کننده تبخیری مستقیم، در صورت به کارگیری پیش سرمایش تبخیری غیرمستقیم است. از طرفی ضریب عملکرد سیستم ترکیبی در حدود 10-20 درصد بیشتر از خنک کننده تبخیری مستقیم بوده و امکان برقراری آسایش حرارتی را نیز برای گستره آب و هوایی وسیع تری فراهم می کند. همچنین میزان آب اتلافی سیستم ترکیبی و خنک کننده تبخیری مستقیم، در محدوده برقراری آسایش حرارتی و در شرایط آب و هوایی کشور ایران، مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: سرمایش ترکیبی، برج خنک کننده، خنک کننده تبخیری مستقیم، کویل سرمایشی، آسایش حرارتی
  • مرتضی فتحی، فرید نجفی صفحات 200-213
    تعیین رفتار دینامیکی و خواص امپدانسی پا برای تعامل بیماران با دستگاه های توانبخشی امری ضروری است. در مدل های ساده پیشنهادی در پژوهش های پیشین، اثرات زوایای مفاصل پا بر خواص امپدانسی آن لحاظ نشده و شناسایی پارامترها با روش های غیر پارامتری صورت گرفته است که نتایج آن ها برای تحلیل های توانبخشی چندان مناسب نیستند. بنابراین، در این مقاله، مدل 3 درجه آزادی غیرخطی مبتنی بر مکانیزم حرکتی پا با در نظر گرفتن سفتی ها و میرایی های زاویه ای در مفاصل و ممان اینرسی اعضای ران، ساق و کف معرفی می شود و برای شناسایی پارامترها با روش خطای پیش بین، مدل خطی از آن ارائه می گردد. دقت خطی سازی و شناسایی جداگانه مورد بررسی قرار می گیرند. برای سه نمونه با اعداد توده جرمی متفاوت، مقادیر پارامترهای بخش های پا برای چهار چیدمان مختلف که در آن پا به هنگام راه رفتن با زمین اعمال نیرو می کند، شناسایی می گردند. صحت نتایج از مقایسه مقادیر ممان اینرسی شناسایی شده و ممان اینرسی تخمین زده شده با مدل سازی هندسی، مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت، نحوه تعامل دستگاه توانبخشی با بیماران در چیدمان های چهارگانه با ملاحظه اثر صلیبت پا و اضافه وزن افراد بررسی می شود. نتایج حاصله، حاکی از دقت بالا و کارآیی مناسب مدل خطی شده در شناسایی می باشد.
    کلیدواژگان: مدل دینامیکی 3 درجه آزادی پا، خطی سازی، خواص امپدانسی، روش شناسایی خطای پیش بین
  • محمود مهرداد شکریه، افشین زین الدینی صفحات 214-225
    در این مقاله روش چیدمان معادل برای تخمین شروع تورق در تیر یکسرگیردار دو لبه نامتقارن کامپوزیت لایه ای پایه گذاری و ارائه شده است. رابطه ای برای نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی، به عنوان معیاری برای شروع رشد ترک، برای نمونه های تک جهته و چند جهته بدست آمده است. تیر کامپوزیت لایه ای یکسرگیردار دولبه با ترک نامتقارن در نرم افزار ABAQUS مدل سازی شده و بدین منظور از روش بسته شدن مجازی ترک برای محاسبه نرخ رهایی انرژی کرنشی استفاده شده است. با استفاده از این روش می توان شروع تورق نمونه های چندجهته را بدون نیاز به آزمایش تجربی و مدل سازی اجزا محدود تخمین زد، بنابراین روش چیدمان معادل، حجم محاسبات عددی و نیز هزینه مطالعات آزمایشگاهی را به مقدار چشم گیری کاهش می دهد. اعتبار این روش با استفاده از نتایج تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، نرخ رهایی انرژی کرنشی کلی بدست آمده از این روش بانتایج مدل سازی عددی و نتایج تحلیلی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که با خطای کمتر از 10% می توان نرخ رهایی انرژی کرنشی نمونه های چندجهته را با استفاده از مقدار معلوم نرخ رهایی انرژی کرنشی نمونه های تک جهته پیش بینی کرد.
    کلیدواژگان: مدلسازی، چیدمان معادل، کامپوزیت لایه ای، نرخ رهایی انرژی کرنشی، آزمایش
  • محمود سالاری، سعید فراهت، سید مرتضی جوادپور صفحات 226-236
    ایجاد ابرکاواک بر روی رونده های زیرسطحی در کاهش نیروی مقاوم در برابر حرکت بسیار موثر است. همین امر باعث شده که همواره بررسی این موضوع مورد علاقه محققان قرار گیرد. در این تحقیق ابتدا به صورت تجربی جریان ابرکاواک روی سه کاواک ساز مخروطی با زوایای نوک مخروط 30، 45 و 60 درجه در یک تونل آب مدار باز مورد آزمایش و اندازه گیری قرار گرفته است. آزمایشات در یک تونل آب مدار باز در محدوده سرعت 27 تا 38 متربر ثانیه انجام شده است. در مرحله بعد، جریان ابرکاواک حول کاواک سازهای مورد مطالعه، منطبق بر شرایط ورودی آنها مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. در تحقیق عددی حاضر، از روش مخلوط چند فازی استفاده شده است و معادله رایلی جهت انتقال جرم در یک ساختار چند فازی به کار گرفته شده است. مقایسه نتایج نشان دهنده سازگاری خوب بین نتایج عددی و تجربی بوده است. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مهم جریان های کاویتاسیونی همچون عدد کاویتاسیون، سرعت جریان و زاویه نوک کاواک ساز مخروطی بر روی ابعاد و شکل ناحیه حباب و روابط بین آنها مورد مطالعه و تحلیل قرار گرفته است
    کلیدواژگان: تونل آب، ابرکاواک، کاواک ساز مخروطی، جریان دوفازی، دینامیک سیالات عددی
|
  • Pages 1-13
    In this study design، construction and test of a solar bread cooker has been undertaken for solar radiation status in Kashan. In design step and in order to produce the required energy، use of a parabolic reflective surface for concentrating the solar flux on the back of a cooking plate was considered. For cooking thin bread with 45 cm diameter the diameter of the reflective surface was calculated 130 cm and the cooking plate diameter and thickness were considered 48 cm and 6 mm، respectively. Since the sun orientation changes with time the reflective surface became capable of being adjusted around a north-south as well as east-west axes; also it may be moved vertically up or down. For evaluating the performance، tests and measurements were performed on different days of summer، 1391. The results indicated the validity of calculations and showed the overall efficiency of the solar bread cooker is around 50%. With the solar cooker it is possible to cook 12 beards per hour each with 200 gr weight of dough in eight months of the year at least for six hours in every sunny day; also it may be used for cooking other foods.
    Keywords: Solar energy, Solar cooker, Bread cooking, Reflective surface
  • Hossein Askarizadeh, Hossein Ahmadikia Pages 14-25

    In this study، classical and generalized dual phase lag bioheat transfer models are applied for investigate thermal damage to skin tissue exposed to the transient heat flux. The analytical bioheat transfer analysis with transient heat flux on skin tissue has only been studied by Pennes and thermal wave models. This paper، for the first time، provides the analytical solution of the dual phase lag model in skin tissue under transient surface heating using Laplace transform method and inversion theorem. Since the dual phase lag model under certain circumstances reduces to the Pennes and thermal wave models، comparisons of the temperature responses and thermal damages between the these three models are carried out. The influence of porosity factor and coupling factor between blood and tissue on the thermal damage of tissue is investigated and the results demonstrate that increases in these factors respectively leads to the higher and lower tissue thermal damage and the effects of these factors on the thermal damage in the depth of tissue is lower than near the surface.

    Keywords: Skin Tissue, Transient Heating, Dual Phase Lag, Laplace Transform, Thermal Damage
  • Pages 26-32
    In this study a feed forward back propagation artificial neural network (ANN) model was established to predict Vickers microhardness in aluminum-alumina nanocomposites which have been synthesized by mechanical alloying and hot pressing. Volume percent of reinforcement، size of nanoparticles، force in microhardness test; and mechanical alloying parameters، such as time، ball to powder ratio (BPR) and speed of ball mill were used as the inputs and Vickers microhardness as the output of the model. Effective parameters in training such as learning rate، hidden layers and number of neurons، were determined by trail and error due to amount and percentage of errors. Regression analysis in train، validation and test stages; and mean squared error were used to verify the performance of neural network. Average error of predicted results was 2. 67% or 2. 25 Vickers. Also mean squared error for validation data was 7. 76. As can be expected، ANN methods reduce the expenses of experimental investigations، by predicting the optimum parameters.
    Keywords: Aluminum Based Nanocomposite, Vickers Microhardness, Mechanical Alloying, Artificial Neural Network
  • Mehdi Kermajani, Shahrokh Hosseini Hashemi Pages 33-42
    In this paper، exact closed-form solutions in explicit forms are presented to investigate small scale effects on the buckling of Lévy-type rectangular nanoplates based on the Reddy’s nonlocal third-order shear deformation plate theory. Two other edges may be restrained by different combinations of free، simply supported، or clamped boundary conditions. Hamilton’s principle is used to derive the nonlocal equations of motion and natural boundary conditions of the nanoplate. Two comparison studies with analytical and numerical techniques reported in literature are carried out to demonstrate the high accuracy of the present new formulation. Comprehensive benchmark results with considering the small scale effects on buckling load ratios and non-dimensional buckling loads of rectangular nanoplates with different combinations of boundary conditions are tabulated for various values of nonlocal parameters، aspect ratios and thickness to length ratios. Due to the inherent features of the present exact closed-form solution، the present findings will be a useful benchmark for evaluating the accuracy of other analytical and numerical methods، which will be developed by researchers in the future. Also، the present study may be useful for static and dynamic analysis of thicker nano scale plate-like structures، multi-layer graphene and graphite as composite or sandwich structures.
    Keywords: Exact analytical solution, Buckling, Nonlocal elasticity, Reddy plate theory
  • Pages 43-56
    Two-phase flow modeling has been the subject of many investigations. However، fewer studies are corresponded for two-phase flow within a porous medium، because of additional complications. In this paper، two-phase flow with the density and viscosity ratio of 1، within a porous medium is simulated by Shan and Chen model. Due to inherent limitations and weaknesses of this approach in an independent control of surface tension، investigation of parameters such as Reynolds number، Froude and Weber is not applicable. However، porous medium parameters such as Darcy number and contact angle could be studied by changing the porous medium and contact angle. Competition between opposing forces against the drop and the capillary effect because of increasing the number of particles in the porous media is described using the Darcy number. Also the effect of the contact angle between liquid-gas phases and the solid surface is evaluated on the droplet penetration inside the porous medium.
    Keywords: Porous media, Two, Phase Flow, Penetration, Lattice Boltzmann method, Shan, Chen model
  • Mehrdad Jabbarzadeh Pages 57-66
    In this article، nonlinear bending analysis of single-layered circular graphene sheet is studied. The equilibrium equations are derived based on the nonlocal continuum mechanics and principle of virtual work and first order shear deformation plate theory (FSDT). Differential quadrature method is used to discretize the equilibrium equations. In this method a non-uniform mesh point distribution (Chebyshev- Gauss- Lobatto) is used for provide accuracy of solutions and convergence rate. The effect of nonlocal parameter، thickness، number of grid points and lateral loading are investigated on deflection of graphene sheet. The results are compared with valid results reported in the literature.
    Keywords: Nonlinear Bending, Circular Graphene Sheet, Nonlocal Continuum Mechanic, Differential Quadrature Method
  • Pages 67-77
    This paper presents a new method to design optimal thrusters’ configuration for geostationary satellite in order to reduce the fuel consumption and increase the control accuracy. The thrusters configuration generally contains information about thrusters fixed on the satellite body structure، including their location، orientation. One important factor playing a key role in thrusters’ configuration design is satellite force-torque analysis. The proposed configuration، however، should lead to fulfill specified attitude maneuver when the set of force and torque produced by satellite thruster system is adequate. For this purpose، two optimization methods using genetic algorithm (GA) and differential evolution (DE) has been applied to determine the optimal thrusters configuration on the communication satellite body. The cost function employed to minimize both the fuel consumption and error generated by thrusters installation and uncertainties. Moreover، this work allows applying some different constraints in the proposed formulation including minimization of the thruster plume impingement effect on the satellite outer structure and on the solar arrays and the second one is the satellite dimension and geometry. Simulation results show that DE outperforms GA in terms of accuracy and CPU time. Effectiveness of differential evolution algorithm is illustrated in the paper when compared with GA results.
    Keywords: Optimal Thruster Configuration, Optimal Fuel Consumption, Geostationary satellite, attitude control, Control allocation
  • Saeid Talebi, Alireza Ariaei Pages 78-89
    This paper studies the vibration characteristics of a cracked Timoshenko beam with a varying transverse cross-section using Differential Transform Method (DTM). The effects of the crack location and the crack size in calculating the natural frequencies and mode shapes are investigated. The result have been validated for a beam with and without the crack against those obtained from experimental modal test، Abaqus software and some other methods reported in the literature and a good agreement between the results is observed. The results show that the Timoshenko theory predicts fewer values for the natural frequencies because there is less rigidity، especially for large values of cross-section moment of inertia. Then، the inverse problem is investigated. For this reason، the position and depth of the crack of the beam with a varying transverse cross-section are estimated using the genetic algorithm and then، the natural frequencies are obtained from the modal test. It is seen that the numerical results have a suitable agreement with the actual position and depth of the crack that indicates the effectiveness of this method in determining the parameters of the crack in the Timoshenko beam.
    Keywords: Cracked Timoshenko Beam, Differential transform method, genetic algorithms, Modal analysis, Natural frequency
  • Ardeshir Karami Mohammadi, Mohammad Abbasi Pages 90-99
    In this paper، the effect of size of an atomic force microscope (AFM) with an assembled cantilever probe (ACP) on resonant frequencies and their sensitivities are investigated using the strain gradient elasticity theory. The proposed ACP comprises a horizontal microcantilever، an extension and a tip located at the free end of the extension، which make the AFM capable of scanning the sample sidewall. First، the governing differential equation of motion and boundary conditions for dynamic analysis are obtained by a combination of the basic equations of the strain gradient elasticity theory and Hamilton principle. Afterwards، the flexural resonant frequency and sensitivity of the proposed AFM microcantilever are obtained numerically. The results of the proposed method are compared with those of modified couple stress and classical beam theories. The comparison shows that the difference between the results predicted by the strain gradient elasticity theory with those obtained by couple stress and classical beam theories become significant when the horizontal cantilever thickness comes approximately close to the material length scale parameter.
    Keywords: Atomic Force Microscope, Assembled Cantilever Probe, Strain gradient elasticity theory, Modified Couple Stress theory
  • Ahmadreza Faghih Khorasani Pages 100-111
    Airflow over a passenger train has been investigated experimentally and numerically in this research. The experimental model was a 1:26 scale model of a real train including a locomotive with one wagon behind it. A total of 16 pressure tabs for train were employed to measure the air pressure at various points on the model for different air flow velocity. Turbulent، incompressible and 3D model of air flow has been applied in numerical simulation. The numerical results of pressure coefficients were compared with the results obtained by the experimental investigation for the numerical simulation verification. The wagon number affect on the train drag coefficient and air pressure distribution on the symmetry plane of the train have been investigated numerically. The results show that the drag coefficient increases to 1. 2336 for a locomotive and 7 wagons behind it but the air flow velocity has not a sensible affect on the drag coefficient. The averaged drag coefficient of each intermediate wagon has been obtained 0. 1321.
    Keywords: Train, Experimental investigation, Numerical simulation, Pressure coefficient, Drag coefficient
  • Mohammad Reza Aligoodarz, Faeze Ehsani Derakhshan Pages 112-120
    The performance of turbine section of a gas turbine deteriorates over operation because of working in high temperature conditions and characteristics of the entry gas. On the other hand، due to complexity of the flow field within the turbine، three-dimensional analysis is required. This paper presents a numerical study of roughness effects on turbine flow field and performance. In this paper، effects of blade surface roughness caused by operation conditions on turbine performance were numerically calculated. Numerical calculations were carried out for the fourth stage of an axial turbine which was experimentally tested in the technical university of Hannover، using ANSYS software. Calculated results were verified with the measured data and showed a good agreement. To find out the effects of blade surface roughness on turbine stage performance and flow field، Two equivalent sand-grain roughness heights of 106㎛ (transitionally rough regime) and 400㎛ (fully rough regime) in four different mass flow rates were considered. Results showed that summation of efficiency reductions of the rough stator and rough rotor approximately equals to that of the totally rough stage for each roughness height and effect of stator roughness on efficiency reduction is same as the effect of rotor roughness on stage efficiency.
    Keywords: Blade roughness, gas turbine, turbine flow field analysis, gas turbine flow field, roughness effects on turbine performance
  • Mehrdad Yari Sakene Pages 121-131
    The aim of this research is to study effective parameters of incompressible، viscous and unsteady flow in Turbomachinary cascades using the Spalart-Allmaras (SA) RANS-Based Delayed Detached Eddy Simulation method. Detached Eddy Simulation is a hybrid RANS-LES method that was purposed in order to reduce LES computational cost. In this method، near wall، in boundary layer، RANS turbulence model is used and away from the wall، method automatically switches to LES. To develop original DES method (DES97)، DDES was purposed to solve modeled stress depletion problem. A new function is introduced to the DDES model to make the transition from RANS to LES grid cell size independent. The numerical method that is used for discretization is staggered finite-volume and the grid is Cartesian. Also hybrid differencing scheme (the scheme compound of central differencing scheme and upwind scheme) to discretization of convection terms in Navier-Stokes is used. The results of this study compared with the results of simulation with SA turbulence model.
    Keywords: Delayed Detached Eddy, Finite volume, Turbomachinary cascade flow
  • Pages 132-142
    In the present work، creep buckling of linear viscoelastic plate was studied. Pseudo-transient or Dynamic Relaxation method with finite element discritization was used for solving the nonlinear governing equations of the plate. The displacements were based on first order shear deformation theory. Von Karman assumptions were considered for strains، including initial imperfection of the plate. Central deflections of the rectangular PMMA plate as well as end-shortenings were obtained during the loading of the plates with simply supported and clamped edges. The results compared well with commercial finite element code ANSYS.
    Keywords: Creep buckling, Dynamic Relaxation, Finite element method, Mindlin theory, viscoelastic plate
  • Mahmood Chahartaghi, Mojtaba Ghatee, Ali Samaee Nia Pages 143-156
    High temperatures and different properties of entering gas into the turbine of a gas turbine cycle can decrease its performance. Considering the complexity of the flow distribution inside the turbine، three-dimensional analysis to find out the flow and temperature field in the turbine stages is very important. As time passing the increasing of the roughness of blades is unavoidable. The aim of this paper is investigation of the blades roughness effects on flow field and efficiency of gas turbine with numerical calculations. In this research، a two-stage turbine is modeled in the form of three-dimensional and the results are validated with experimental data. Then the effects of blades roughness on flow field and performance of turbine in five pressure ratios is investigated. Also، in order to determine the role of stators and rotors in decreasing the turbine efficiency، in a special roughness، the first and second stators and then corresponding rotors have separately been examined and then this phenomenon affected on blades simultaneously. Results showed that the efficiency drop by applying all together on the turbine stage is approximately equal to summation of efficiency drops by applying separately.
    Keywords: turbine, roughness of the blade, three, dimensional analysis, turbine performance, flow field
  • Seyed Yousef Ahmadi-Brooghani Pages 157-164

    In this study، various amounts of clay nanoparticles and titan nanoparticles (1، 3 and 5% wt.) were introduced into a vinyl ester resin matrix by high shear mixer. The influence of these nanoparticles on the mechanical properties (tensile strength، tensile modulus، flexural strength، flexural strength and fracture toughness) is investigated. To investigate the structure of nanocomposites، X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) tests are done. The XRD test shows that the structure of clay-vinyl ester nanocomposites is exfoliated. The results of tensile، flexural and fracture toughness experiments show that clay is better than titan in the improvement of the mechanical properties. Clay- vinyl ester nanocomposite with 1% wt. of clay has the better mechanical properties than others samples.

    Keywords: Nanocomposites, Vinyl ester, Clay, Titan
  • Roham Rafiee, Reza Pourazizi Pages 165-175
    The aim of this study is to investigate the influence of structural defects on the mechanical properties of single-walled carbon nanotubes. During the growth process and functionalization of carbon nanotubes (CNTs)، the Carbon-Carbon bonds in their nano-structure are broken. To evaluate the influence of this defect on the Young’s modulus of CNT، the number of broken C-C bonds، distribution and their arrangements in the nano-structure of CNT are all treated as random parameters. In this study، the finite element model of the CNT is built using nanoscale continuum mechanics approach and then structural defects are applied randomly. The Young''s modulus of two defect types، known as Stone - Wales and Vacancy are investigated. The results reveal that the influence of Stone – Wales defect on the Young’s modulus of CNT is much less than that of Vacancy one. Moreover، a linear decrease in Young''s modulus with respect to the increase in defect density is observed. In contrast to the available researchers in open literature، three parameters consisting of the number، distribution and arrangement of defects are modeled on the basis of full stochastic simulation.
    Keywords: Carbon nanotube, Structural defect, FEM, Young's modulus, Stochastic analysis
  • Khalil Khalili Pages 176-187

    In tube hydroforming، the loading path، that is the relationship between axial feeding and internal fluid pressure، is of important significance. Researchers have employed various optimization approaches to find an optimum loading path. In this research a statistical method based on finite element analysis has been developed. An accurate FEA has been used to simulate the process and to find the response of the process to the loading. The Response Surface Method (RSM) has been used to model the responses from the finite element analysis. The behavior of the process can be predicted using this model. The obtained model then used to optimize the process. Since The RSM model was initially obtained for a predefined domain of variables multilevel optimization was employed to improve the accuracy of the model. The multilevel optimized curve yielded the best thickness uniformity، the result of which are reported.

    Keywords: Tube hydroforming, Optimization, Response surface method, Finite element, Metal forming
  • Sana Hosseini, Ghassem Heidarinejad, Hadi Pasdarshahri Pages 188-199

    A hybrid cooling system encompassing; cooling tower، cooling coil and evaporative cooler have been discussed in present study. Thereinafter، the hybrid system model is used to predict cooling potential of the system under various operational conditions. In order to have an accurate performance prediction of the hybrid cooling system، a numerical simulation was performed and the results validated using experimental measurements. The presented hybrid cooling system provides the necessary pre-cooling effects، enabling a direct evaporative cooler that cools the air even below outdoor air wet-bulb temperature. Besides، the potential of presented hybrid cooling system to provide thermal comfort in various outdoor design conditions evaluated and compared with conventional direct evaporative cooler. Numerical simulation revealed that the hybrid system complements direct evaporative cooling. Based on the simulation results، the overall cooling effectiveness of hybrid system is tangibly magnified 10%-20% and also it is able to fulfill the comfort condition in extended climate conditions rather than stand-alone direct evaporative coolers. Also in present study water loss amount of hybrid system and direct evaporative cooler were verified in various climate conditions of Iran.

    Keywords: Hybrid cooling, cooling tower, direct evaporative cooler, cooling coil, comfort condition
  • Morteza Fathi Pages 200-213
    Specifying of the dynamic behavior and impedance characteristics determination of the patients’ lower limb is a necessity for interactions with rehabilitation set-up. In simple proposed models of previous researches، the effects of joint angles on the impedance properties of the leg were not considered and the parameters were identified by nonparametric methods. Hence، the results of identification were not so much appropriate to analyze the rehabilitation process. So، in this paper، a 3 DOF nonlinear dynamic model is developed regarding to the angular stiffness and damping of the lower limb joints and moment of inertia of its moving organs. Then، a linear model is presented to identify the parameters by PEM method. The linearization and identification precisions are evaluated individually. The leg’s parameters are identified for 3 subjects with different mass numbers at four distinctive configurations which are considered during the walking. The identification accuracy is evaluated by comparison between the identified and geometrically estimated mass moment of inertia. Ultimately، the interaction performance of the patients’ leg with rehabilitation pneumatic actuator is investigated considering to leg rigidity and the amount of overweight. The results demonstrate good accuracy and high performance of the linear model for parameters identification.
    Keywords: 3 DOF leg dynamic model, linearization, Impedance characteristics, PEM identification method
  • Pages 214-225
    In this paper، the equivalent layup method to estimate the delamination initiation of asymmetric double cantilever beam (ADCB) is presented. A relation for critical strain energy release rates (SERR) of unidirectional (UD) and multidirectional (MD) laminates، as a criterion for crack growth initiation، was presented. For finite element analyses، the ADCB specimens were modeled in ABAQUS/Standard software and SERR is determined using the virtual crack closure technique (VCCT). According to this method، the ability of estimating delamination initiation without using experimental tests and finite element modeling of MD specimens is provided. This method reduces the volume of calculations FEM and experimental tests significantly. Accuracy of the proposed method has been verified by experimental data. Also، the total strain energy release rate analyzed by this method is compared with the FEM and theoretical results. Results show that SERR of MD lay-ups can be predicted by measuring SERR of the unidirectional specimens using FEM method with an error less than 10%.
    Keywords: Simulation, Equivalent Lay, up, Laminated Composites, Strain energy release rate, Experiment
  • Pages 226-236
    It has been proved that developing a supercaviting flow over under-water projectiles has an important role on their drag reduction، so many of researchers have focused on this subject during recent decade. In this research، the geometrical characteristics of supercavitaties developed behind three different conical cavitators with conic angles of 30، 45 and 60 degrees are studied numerically and experimentally. The experiments were done in an open-loop water tunnel. The fluid flow velocity in the test section was between 27 to 38 m/s. Also the 3D multiphase fluid flow over the cavitators within the test section are modeled and analyzed numerically by solving the corresponding governing equations using finite volume method and mixture model. Good agreement was observed in comparison between the numerical and experimental results. Finally، effects of some important parameters. i. e. the cavitation index، inlet velocity and conic angle of the cavitators on the geometrical characteristics of the supercavities are discussed
    Keywords: Water Tunnel, Supercavitation, Cavitator, Two, Phase Flow, Computational Fluid Dynamic