فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 8 (آبان 1393)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال چهاردهم شماره 8 (آبان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/06/29
  • تعداد عناوین: 23
|
  • محمدحسین بنازاده، محمد سعید سعیدی، بهار فیروزآبادی صفحات 1-7
    پالایش خون در گلومرول کلیه همواره مورد توجه فیزیولوژیست ها بوده است ولی از آنجا که در این تحقیقات نمی توانستند به چیزی بیشتر از اطلاعات کیفی دسترسی پیدا کنند، توسط مدل سازی های عددیریاضی دانان این مشکل پیش روی را مرتفع ساختند.در کار پیش رو سعی می شود با جمع آوری نتیجه پژوهش های محققین فیزیولوژی و علوم پزشکی، محققین علوم کامپیوتر و ریاضی، مدلی مهندسی برای بررسی کامل این شبکه مویرگی ارائه شود. ابتدا مدل همگن که پیش از این توسط دین معرفی شده است، مورد بررسی قرار می گیرد. با حل دو بعدی معادلات مومنتوم و انتقال جرم، میزان فیلتراسیون خون بدست می آید.در ادامه به مطالعه ی آناتومی شبکه گلومرول پرداخته می-شود و با جمع بندی آن ها یک شبکه سه بعدی قابل دفاع از بستر مویرگی گلومرول ارایه می شود.با استفاده از معادلات سه بعدی مومنتوم و انتقال جرم، مدل پیشنهاد شده به صورت عددی حل می شود. مزیت اصلی مدل شبکه این است که مطالعه پارامترهای مختلف که به دلیل بیماری های مختلف به صورت ناحیه ای ایجاد می شوند را امکان پذیر می کند.در مدل شبکهارتباط بین لوبول ها و شکل آن ها تنها برای توزیع بهتر جریان در شبکه و بهبود فرایند انتقال جرم می باشد.مدل شبکه علاوه بر مزیت هایی که در بررسی بهتر شبکه مویرگی دارد، در دبی های بزرگتر از nl/min150 جواب دقیق تری برای میزان فیلتراسیون در اختیار قرار می دهد.
    کلیدواژگان: گلومرول، بستر مویرگی، پالایش خون، مدل شبکه
  • علی غفاری، سعید بهرامی، سید حسین ساداتی، مارکوس ترن صفحات 8-16
    توربین گازی تک محوره و سیکل های وابسته به آن به افت فرکانس حساس بوده و تغییر بار ناگهانی و یا افت فرکاس های شدید می تواند منجر به ناپایداری آن ها شود. علت این پدیده به کاهش دبی هوای عبوری از توربین گازی با کاهش سرعت دورانی آن و در نتیجه، تداخل میان حلقه های کنترل دما و گاورنر باز می گردد. این تداخل مانع از افزایش توان توربین و در نتیجه ناپایداری آن می شود. در این مقاله، عملکرد سیکل ترکیبی و توربین گازی با تزریق بخار (سیکل استیگ) که از مهم ترین سیکل های تولید توان بر پایه توربین گازی می باشند، در زمان افت فرکانس و مانورهای گذرا مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور دو واحد مشابه بر اساس این دو سیکل توسعه داده شده است و عملکرد آن ها در سناریوهای مختلف مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که توربین گازی با تزریق بخار از عملکرد بهتری نسبت به سیکل ترکیبی در زمان افت فرکانس برخوردار می باشد و می تواند تغییر بارهای ناگهانی بزرگتری را تحمل نماید. این عملکرد بهتر توربین گازی با تزریق بخار، در برخی از نقاط کاری دو برابر بهتر از سیکل ترکیبی مشابه می باشد.
    کلیدواژگان: توربین گازی تک محوره، سیکل ترکیبی، توربین گازی با تزریق بخار، کنترل فرکانس
  • محمد بخشی جویباری، نفیسه محمد تبار، سید جمال حسینی پور، عبدالحمید گرجی صفحات 17-27
    صفحات دو قطبی مورد استفاده در پیل های سوختی از مهمترین و پر هزینه ترین اجزای یک پیل سوختی می باشند. صفحات دو قطبی فلزی به دلیل وزن و هزینه کمتر، بهترین گزینه برای جایگزینی صفحات فلزی ضخیم ماشینکاری شده یا گرافیتی هستند. انتخاب فرآیند شکل دهی مناسب، یکی از مهمترین موضوعات مطرح در تکنولوژی پیل سوختی است. در حال حاضر، فرآیند هیدروفرمینگ به دلیل قابلیت شکل دهی قطعاتی با وزن کم و هندسه پیچیده برای تولید صفحات دو قطبی فلزی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
    از بین الگوهای مختلف صفحات دوقطبی، الگوی کانال جریان مارپیچ، دارای دو عیب عمده پارگی ماده در حین فرآیند شکل دهی و توزیع جریان نامناسب در حین عملکرد می باشد. در این پژوهش، شکل دهی یک الگوی شیاری مارپیچ متصل به هم بر روی صفحاتی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با فرآیند هیدروفرمینگ به صورت تجربی و شبیه سازی اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر پارامتر های فرآیندی و هندسی قالب بر روی توزیع ضخامت و درصد پر شدگی پروفیل هم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده است که با افزایش فشار شکل دهی، پرشدگی قالب افزایش می یابد و ضخامت ناحیه بحرانی به دلیل افزایش نسبت کشش، بیشتر کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد که فرآیند هیدروفرمینگ از قابلیت تکرار پذیری بالایی برخوردار است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی، صفحات دو قطبی فلزی، شکل دهی فلزات، هیدروفرمینگ
  • مهران محبوب خواه، نیما جعفرزاده صفحات 28-36
    مکانیزم های موازی در بسیاری از زمینه های مهندسی و کاربردهای صنعتی نظیر ماشین ابزار، مترولوژی، شبیه ساز پرواز، شبیه ساز زلزله، تجهیزات پزشکی و غیره به صورت چشمگیری مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزم های موازی دارای محدودیت هایی نظیر نامنظم بودن فضای کاری و وجود نقاط تکین در آن فضا و سیستم کنترلی پیچیده می باشند که برای استفاده مناسب از این نوع مکانیزم ها بایستی مورد مطالعه و تحلیل قرار بگیرند. در این تحقیق نوعی ماشین ابزار جدید با مکانیزم موازی و با چهار درجه آزادی (سه درجه خطی و یک درجه دورانی) مورد مطالعه قرار گرفته است و فضای کاری و نقاط تکین این مکانیزم با استخراج روابط تحلیلی و سپس نوشتن برنامه محاسباتی در نرم افزار متلب بدست آمده است. به این منظور ابتدا روابط سینماتیک مستقیم و معکوس مکانیزم بدست آمد و با استفاده از یک الگوریتم جستجو، فضای کاری و نقاط تکین مکانیزم محاسبه شد. سپس برای بررسی صحت نتایج بدست آمده برای تحلیل فضای کاری، مکانیزم پیشنهادی در نرم افزار سالیدورکس شبیه سازی شد و روابط سینماتیک معکوس و فضای کاری بدست آمده در این تحقیق صحه گذاری شد. همچنین برای بررسی کیفیت عملکردی ربات و چالاکی مکانیزم در فضای کاری، شاخص شرط کلی ربات با استفاده از ماتریس ژاکوبین برای جهت گیری های مختلف سکوی متحرک محاسبه شد.
    کلیدواژگان: ربات موازی چهار درجه آزادی، سینماتیک، فضای کاری، نقاط تکین
  • مهدی معرفت، پیام شفیعی صفحات 37-48
    در این مقاله، به ارزیابی چند معیاره سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرما تحت دو استراتژی تامین بار الکتریکی و تامین بار حرارتی نسبت به سیستم تولید جداگانه، برای یک ساختمان اداری در تهران پرداخته شده است. در استراتژی تامین بار حرارتی، دو حالت عدم فروش و فروش برق به شبکه مورد بررسی قرار گرفته اند. معیارهای صرفه جویی در مصرف انرژی اولیه، کاهش انتشار آلاینده دی اکسید کربن، کاهش هزینه عملکرد و نرخ بازگشت سرمایه، به منظور ارزیابی سیستم تولید همزمان، برای یک ساختمان اداری نمونه دارای ویژگی های عموم ساختمان های اداری کشور، به کار گرفته شده اند. نهایتا به منظور انتخاب مناسبترین حالت عملکرد سیستم تولید همزمان با در نظر گرفتن تمام معیارها، از تکنیک AHP استفاده شده است. نتایج نشان می دهدکه، از لحاظ انرژی و زیست محیطی، بهترین حالت عملکرد سیستم تولید همزمان، استراتژی تامین بار حرارتی با فروش برق به شبکه می باشد. در حالیکه بیشترین مقدار نرخ بازگشت سرمایه، مربوط به استراتژی تامین بار الکتریکی می باشد. برای تمامی حالت های عملکرد، سیستم تولید همزمان در تمامی ماه های سال دارای هزینه های عملکرد کمتری نسبت به سیستم تولید جداگانه می باشد. همچنین ارزیابی چندمعیاره به وسیله تکنیک AHP نشان می دهد که، بهترین استراتژی عملکرد سیستم تولید همزمان، استراتژی تامین بار حرارتی با فروش برق به شبکه می باشد. اما اگر شرایط فروش برق به شبکه مهیا نباشد، استراتژی تامین بار الکتریکی در اولویت است.
    کلیدواژگان: تولید همزمان، ساختمان اداری، ارزیابی جامع، استراتژی تامین بار الکتریکی، استراتژی تامین بار حرارتی
  • مهدی انصاری، محمد گلزار، امیر حسین بهروش صفحات 49-58
    در این پژوهش یک تیر کامپوزیتی موج دار با سیم آلیاژ حافظه دار تحریک شده است. آلیاژ حافظه دار بر روی سطح تیر کامپوزیتی قرار داده شد. با افزایش دمای سیم حافظه دار، تغییر فاز مارتنزیت به آستنیت در سیم ایجاد شد. پس از تغییر فاز، طول سیم کاهش یافته و تیر تحریک شد. پارامترهای جابجایی تیر، نیرو و جریان الکتریکی اندازه گیری و با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال، به رایانه منتقل شد. برای تعیین دما از معادله دیفرانسیل انتقال حرارت سیم استفاده شده است. همچنین از مدل برینسون به منظور مدل سازی رفتار آلیاژ حافظه دار استفاده شد. نتایج نشان داد که رفتار آلیاژ حافظه دار در مدل برینسون مشابهت خوبی با نتایج تجربی دارد. اما در دماهای کمتر از شروع استحاله مارتنزیتی، تنش آلیاژ در آزمایش های تجربی بر خلاف مدل برینسون به صفر میل کرده است. همچنین با توجه به تاثیر آموزش بر عملکرد آلیاژ حافظه دار و نیز آزمون گرماسنج روبشی تفاضلی، دماهای شروع و پایان استحاله در آزمایش های تجربی با مدل برینسون اختلاف دارد. نتایج تجربی نشانگر آن است که با ترکیب سازه کامپوزیتی موج دار و آلیاژ حافظه دار می توان به سازه هوشمندی دست یافت که در راستای موج به واسطه مقاومت خمشی کم تحریک پذیر بوده؛ در حالی که مقاومت خمشی سازه راستای عمود بر موج بالا می باشد. این امر سبب نزدیک شدن این سازه ها به کاربردهای واقعی می گردد.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار، تیر کامپوزیتی موج دار، تغییر شکل، مدل برینسون
  • پوریا اکبرزاده، ابراهیم اکبرزاده صفحات 59-68
    تحلیل و شبیه سازی عددی جریان های کاویتاسیون به دلیل ظهور و کاربرد آن در صنایع دریایی، توربوماشین های آبی، هیدروفویل ها، اجسام زیرسطحی و غیره از اهمیت ویژه ای برخوردارند. به همین دلیل در این تحقیق اثر دمش روی رفتار هیدرودینامیکی جریان های کاویتاسیونی عبوری از هیدروفویل ها بررسی شده است. روش حجم محدود جیمسون و روش پیش شرط توانی به همراه مدل تکفازی کاویتاسیون (مدل باروتروپیک) برای تحلیل جریان کاویتاسیونی استفاده شده است. پایداری حل به کمک جملات اتلافی مرتبه دوم و چهارم به دست آمده است. برای رسیدن به حالت دائم از روش چهار مرحله ای صریح رانگ- کوتا استفاده شده است. با توجه به اینکه غالبا کاویتاسیون در اعداد رینولدز بالا رخ می دهد جهت سهولت در شبیه سازی، معادلات جریان غیرلزج درنظر گرفته شده است. برای اعمال دمش از سطح هیدروفویل، یک جت در سطح فوقانی هیدروفویل قرار داده شده است. پارامتر های محل جت، نسبت سرعت دمش، زاویه دمش و پهنای جت متغیرهای مورد بررسی می باشند. شبیه سازی در دو عدد کاویتاسیون متفاوت صورت گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد روش پیش شرط توانی سرعت همگرایی را تا حد زیادی افزایش می دهد. دمش باعث کاهش ضرایب برآ و پسای فشاری و طول کاویتی نسبت به حالت بدون دمش می شود. همچنین افزایش نسبت سرعت دمش، زاویه دمش و پهنای جت موجب کاهش طول کاویتی و ضرایب برآ و پسای فشاری می شود.
    کلیدواژگان: دمش، روش پیش شرط توانی، جریان کاویتاسیونی، مدل باروتروپیک، ضرایب برآ و پسای فشاری
  • محمد زمانی نژاد، عباس راستگو، امین هادی صفحات 68-74
    این مقاله یک تحلیل پارامتری الاستیک برای بررسی سرعت حد دورانی، جابجایی و تنش ها در دیسک های دوار ساخته شده از مواد مدرج تابعی (FGMs) براساس معیار تسلیم ترسکا ارایه می دهد. خواص ماده به صورت تابع توانی در جهت شعاعی تغییر می کند. ضریب پواسون به دلیل تغییرات ناچیز در مواد مهندسی ثابت در نظر گرفته شده است. برای مقادیر مختلف ثابت ناهمگنی، سرعت حد دورانی، جابجایی و تنش ها در راستای جهت شعاعی رسم شده و حالتهای مختلف برای شروع جریان پلاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. حالت اول: شروع جریان پلاستیک در شعاع داخل، حالت دوم: شروع جریان پلاستیک در شعاع خارج، حالت سوم: شروع همزمان جریان پلاستیک در هر دو شعاع و حالت چهارم: شروع جریان پلاستیک در بین شعاع داخل و خارج. تا جایی که مشاهده گردیده است در مقالاتی که به بررسی شروع تسلیم پرداخته اند چگالی و تنش تسلیم ثابت فرض شده است حال آنکه در این مقاله، با متغیر فرض کردن چگالی و تنش تسلیم در دیسک دوار ساخته شده از مواد مدرج تابعی، و مقایسه نتایج با حالت ثابت فرض کردن این پارامترها، مشاهده گردیده است که فرض ثابت بودن چگالی اشتباه بوده و متغیر فرض کردن آن اثر قابل توجهی روی تنش ها دارد.
    کلیدواژگان: دیسک دوار، مواد مدرج تابعی، تحلیل آستانه تسلیم، معیار ترسکا
  • امیرحسین روحی، حسن مسلمی نایینی*، محمدحسین پور گللو صفحات 75-82

    فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر از جمله فرآیندهای شکل دهی حرارتی است که در آن، از پرتو لیزر به عنوان عامل شکل دهی استفاده می شود. در این فرآیند، تشکیل گرادیان دمایی در راستای ضخامت ورق باعث ایجاد خمش نهایی می شود. تاکنون، بیشتر مطالعه های انجام شده متمرکز بر شکل دهی انواع مختلف فولاد می باشد. درحالی که فرآیند شکل دهی با لیزر در سایر مواد فلزی و غیرفلزی، نظیر آلیاژهای آلومینیوم، نیز قابل استفاده است. انعکاس سطحی بالای پرتو لیزر و ضریب هدایت حرارتی بزرگ آلیاژهای آلومینیوم ازجمله ی عواملی اند که استفاده از این فرآیند برای آلومینیوم و آلیاژهای آن را، درمقایسه با قطعات فولادی، پیچیده تر و سخت تر است. در این مقاله، با استفاده از شبیه سازی فرآیند شکل دهی با لیزر توسط نرم افزار اجزای محدود، تاثیر پارامترهای مختلف فرآیندی نظیر توان لیزر، سرعت اسکن، قطر پرتو، و ضخامت ورق بر زاویه ی خمش نهایی در ورق های آلومینیوم بررسی می شود. به منظور صحت سنجی شبیه سازی های فرآیند، مقایسه ی نتایج عددی با آزمایش های تجربی، که در آن از پارامترهای فرآیندی یکسان استفاده شده، انجام شده است. این مقایسه تطابق بسیار خوبی بین نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی نشان می دهد. درانتها، با بهره گیری از طراحی آزمایش به شیوه ی عاملی کامل، رابطه ای جهت پیش بینی زاویه ی نهایی برحسب پارامترهای ذکر شده ارائه می گردد.

    کلیدواژگان: فرآیند شکل دهی با لیزر، روش اجزای محدود، ورق آلومینیم، طراحی آزمایش، پیش بینی زاویه خمش
  • آیدا فتحی پور، کیومرث مظاهری صفحات 83-94
    استفاده از کیسه های هوا به عنوان وسیله ای مورد قبول برای ایمنی سرنشین در تصادفات، در حال افزایش است. اما در بسیاری از موارد خود کیسه های هوا، باعث آسیب دیدگی سرنشین می شود. یکی از آسیب دیدگی های رایج، سوختگی ناشی از کیسه ی هوا است. سوختگی های ناشی از کیسه های هوا می توانند شیمیایی یا حرارتی باشند. سوختگی های شیمیایی در این مقاله بررسی نشده است. سوختگی های حرارتی ناشی از کیسه های هوا دو نوع است: سوختگی ناشی از برخورد مستقیم با کیسه ی هوا و سوختگی ناشی از برخورد با گاز داغ خروجی از دریچه های کیسه ی هوا. هدف این مقاله شبیه سازی عددی این دو نوع سوختگی است.
    یک مطالعه پارامتریک برای بررسی نقش جنس کیسه ی هوا، قطر دریچه، تعداد دریچه ها و فاصله سرنشین از کیسه ی هوا، انجام شده است. طبق نتایج به دست آمده بیشترین سوختگی مربوط به PA66)پلی آمید 66) و کمترین مربوط به PET (پلی اتیلن) می باشد. با افزایش قطر دریچه عمق ایجاد سوختگی بیشتر می شود. با افزایش تعداد دریچه ها عمق ایجاد سوختگی افزایش پیدا می کند. فاصله ی سرنشین از کیسه ی هوا رابطه ی مشخصی با سوختگی ندارد.
    کلیدواژگان: کیسه ی هوا، سوختگی، تابع سوختگی امگا، مدل دینامیک گاز ونگ، نفسکه
  • محمد شفیعی دهج، رضا ابراهیمی، حسن کریمی مزرعه شاهی، سید مهدی ابطحی، علی کلب خانی صفحات 95-102
    در این مقاله معادلات حاکم بر خط لوله، شیر قطع و سامانه ی راه انداز هم بصورت تحلیلی و هم بصورت عددی تحلیل شده است. در حل ریاضی دقیق، با استفاده از تبدیل لاپلاس و خطی سازی معادلات و حل آنها پایداری عملکرد شیر بررسی شده است. با توجه به طراحی صورت گرفته برای سامانه ی خط لوله-شیر مذکور و بازاء پارامترهای موثر شیر طبق تحلیل پایداری خطی نایکوئیست و بود سیستم کاملا رفتاری پایدار از خود نشان داد. در حل عددی نیز بررسی رفتار شیر قطع مطرح بوده، که معادلات حاکم بر شیر قطع بصورت عددی مدل و تحلیل شده است. با مدل سازی انجام گرفته، رفتار گذرای شیر در حین فرمان قطع و نرخ تغییرات فشار، دبی عبوری از شیر، فشار گاز سامانه ی راه انداز و فشار بالادست شیر (ضربه قوچ) با توجه به حرکت المان قطع کننده شیر ارائه شده است. نتایج بدست آمده با داده های تجربی مقایسه و نشان داده شد که اختلاف مقدار دبی عبوری از شیر بر حسب زمان حداکثر خطای 13 درصدی را دارد. نتایج عددی نشان می دهد تا لحظات پایانی بسته شدن شیر، تغییر قابل توجهی در دبی عبوری از شیر رخ نمی دهد. همچنین نتایج نشان می دهد زمان بسته شدن شیر قطع را بایستی با توجه به شرط فشار حداکثر مجاز ضربه هیدرولیکی در مسیر تعیین نمود.
    کلیدواژگان: شیر قطع، مدلسازی ریاضی، موتور پیشران مایع، تحلیل پایداری
  • میلاد آذرفر، حمید نیازمند، هدی طالبیان صفحات 103-112
    با توجه به نگرانی فزاینده جامعه جهانی نسبت به افزایش مشکلات زیست محیطی ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی، توجه به سیستم های جذب سطحی در چند دهه گذشته افزایش یافته است. از اصلی ترین مشکلات این سیستم ها، ضعیف بودن انتقال حرارت در بستر جاذب به دلیل پایین بودن ضریب هدایت حرارتی آن می باشد. در این مطالعه سعی شده است با مدل سازی عددی، تاثیر روش های بهبود انتقال حرارت در بستر جاذب بر عملکرد سیستم جذب سطحی بررسی شود. از جمله این روش ها می توان به بکارگیری سطوح حرارتی گسترش یافته و افزودن ذرات فلزی به بستر جاذب اشاره کرد. به کارگیری ذرات فلزی باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی موثر بستر به میزان حداقل 100% می شود. نتایج نشان می دهند با کاهش فاصله و ارتفاع فین ها و نیز افزایش ذرات فلزی به بستر جاذب زمان سیکل به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد، که در نهایت موجب افزایش ظرفیت سرمایشی مخصوص سیستم جذب سطحی می شوند؛ هر چند که با کاهش فاصله فین ها تاثیر افزایش ذرات فلزی بر کاهش زمان سیکل و افزایش ظرفیت سرمایش مخصوص تضعیف می شود. هم چنین نتایج نشان می دهند با افزایش ارتفاع فین ها ضریب عملکرد سیستم جذب سطحی افزایش یافته در حالی که ظرفیت سرمایش مخصوص آن کاهش می یابد. از طرفی کاهش فاصله فین ها هم زمان باعث افزایش ضریب عملکرد و ظرفیت سرمایش مخصوص سیستم جذب سطحی می گردد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، ضریب هدایت حرارتی، ذرات فلزی، جذب سطحی، زمان سیکل
  • سید علیرضا ذوالفقاری، بهمن سخاوتمند صفحات 113-120
    امروزه سیستم های گرمایش قرنیزی به دلیل توزیع یکنواخت حرارت و پایین بودن دمای آب تغذیه ورودی، مورد توجه بسیاری از مهندسان تهویه مطبوع قرار گرفته اند. با این حال، عواملی مانند وجود دیوار خارجی و نفوذ هوا از درز پنجره می تواند موجب برهم زدن شرایط حرارتی یکنواخت در داخل ساختمان شود. بر این اساس، هدف اصلی تحقیق حاضر، بررسی تاثیرات نفوذ هوا از درز پنجره بر عملکرد سیستم قرنیزی و شرایط حرارتی ساکنان است. برای این منظور، اتاقی منطبق با شرایط ساختمان نمونه شماره 600 استاندارد تاسیساتی اشری 140 در شرایط اقلیمی تهران با دمای طرح خارج 10- درجه سلسیوس در نظر گرفته شده است. همچنین، توان سیستم قرنیزی به گونه ای تنظیم می شود که بتواند متوسط شاخص نارضایتی حرارتی افراد را در محدوده مجاز (کمتر از 10%) نگه دارد. نتایج نشان می دهد که سیستم گرمایش قرنیزی قادر است تا با متوسط دمای سطح پانل برابر با 43 درجه سلسیوس، شرایط حرارتی مطلوب را برای ساکنان در حالت نشسته ایجاد کند. اما با این وجود، توزیع شاخص درصد نارضایتی حرارتی افراد در نزدیکی کف اتاق یکنواخت نخواهد بود. نتایج حاکی از آن است که در این شرایط، نفوذ هوا باعث می شود که نارضایتی حرارتی در ناحیه نزدیک کف به بیش از 40% برسد.
    کلیدواژگان: سیستم گرمایش قرنیزی، نفوذ هوا، آسایش حرارتی، مصرف انرژی
  • امیر رضا عسکری، مسعود طهانی صفحات 121-130
    میکروحسگرهای تشدیدی صفحه ای مستطیلی شکل از فرکانس تشدید میکروصفحات گیردار خیز برداشته در اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی برای حس کردن استفاده می کنند. هدف پژوهش حاضر تحلیل ارتعاشات آزاد این سیستم ها به منظور بدست آوردن فرکانس تشدید آن هاست. بدین منظور تئوری بهبود یافته تنش کوپل به همراه مدل صفحه ی کیرشهف در نظر گرفته می شود و معادله حرکت وابسته به بعد که اثرات تنش های پسماند محوری و نیروی گسترده و غیرخطی الکترواستاتیک را در نظر می گیرد، با استفاده از اصل همیلتون استخراج می گردد. کوچکترین فرکانس سیستم نیز بعنوان فرکانس تشدید این میکروصفحات با استفاده از مدل کاهش مرتبه داده شده ی تک مدی گالرکین استخراج می گردد. نتایج حاکی از آن است که فرکانس پایه ی سیستم با افزایش اختلاف پتانسیل اعمال شده به آن کاهش پیدا می کند و هنگامی که اختلاف پتانسیل ورودی به ولتاژ کشیدگی سیستم برسد، صفر می شود. یافته های پژوهش پیش رو با نتایج موجود در ادبیات مقایسه و صحه گذاری می شوند و تطابق بسیار خوبی بین آن ها مشاهد می شود. همچنین دیده می شود که استفاده از تئوری بهبود یافته تنش کوپل در تحلیل ناپایداری کشیدگی میکروصفحات گیردار مستطیلی، می تواند شکاف موجود بین نتایج تئوری کلاسیک و مشاهدات آزمایشگاهی را حذف نماید. بعلاوه مشاهده می گردد که به حساب آوردن اثرات اندازه در تحلیل ارتعاشات آزاد میکروصفحات خیز برداشته در اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی از میکروصفحات تخت ضروری تر است.
    کلیدواژگان: سیستم های میکروالکترومکانیکی، صفحات مستطیلی گیردار، مدل کاهش مرتبه داده شده، فرکانس پایه، ولتاژ کشیدگی
  • سید مصطفی نوربخش، احمد رضا زمانی، محمد علی بدری * صفحات 131-136

    اینرسی بویه های موج نگار موجب پیدایش تابع انتقال برای کمیتهای موج نگاری در حرکت عمودی و شیب موج نسبت به محور های مختصات افقی می شود که نتیجه آن اختلاف مقادیر اندازه گیری شده با مقادیر واقعی امواج دریا است. با محاسبه یا تخمین توابع انتقال بویه و اعمال معکوس آنها بر داده های موج نگاری، امکان دستیابی به داده های دقیقتر موج نگاری فراهم می شود. در این مقاله، یک روش برای تخمین توابع انتقال بویه موج نگار با استفاده از داده های میدانی که درحین داده برداری بویه در دریا حاصل میشود، ارائه شده و نتایج شبیه سازی آن ارائه گردیده است. این روش از خواص ذاتی امواج دریا استفاده می کند. همچنین تاثیر توابع انتقال در پارامترهای طیفی موج بررسی شده است.

    کلیدواژگان: بویه موج نگار، تابع انتقال، طیف جهت دار موج
  • رحمت الله قاجار، حامد سعیدی گوگرچین صفحات 137-145
    لوله ی جدارضخیم اتوفرتاژ حاوی ترک طولی نیم بیضوی مورد مطالعه قرار می گیرد. جهت بررسی تغییرات ضریب شدت تنش روی جبهه ی ترک، ابتدا تابع وزن دوبعدی لوله ی ترکدار استخراج می شود. این تابع وزن می تواند ضریب شدت تنش تمام نقاط روی جبهه ی ترک را محاسبه کند، همچنین، به کمک این تابع وزن امکان درنظر گرفتن بارگذاری های پیچیده بر روی سطح ترک از جمله بارهای ناشی از گرادیان فشار محوری در لوله های کوتاه و لوله های انتها باز میسر می شود. نتایج نشان می دهد که بر خلاف لوله های تحت فشار یکنواخت، در لوله های تحت گرادیان فشار، بیشترین ضریب شدت تنش لزوما در عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی نخواهد بود. در لوله های اتوفرتاژ بیشترین ضریب شدت تنش عموما در نقاط غیرسطحی رخ می دهد. نتایج ضریب شدت تنش حاصل از روش تابع وزن دوبعدی با نتایج حاصل از روش اجزا محدود از تطابق خیلی خوبی برخوردار است. پیش بینی شکل جبهه ی ترک خستگی با استفاده از تابع وزن دوبعدی می تواند دقیق تر از تابع وزن یک بعدی باشد.
    کلیدواژگان: تابع وزن دوبعدی، لوله جدارضخیم، ضریب شدت تنش، گرادیان فشار
  • محمدهادی صداقت، محمدمحسن شاه مردان، محسن نظری، محمود نوروزی صفحات 146-156
    در این مطالعه با استفاده از روش مرز غوطه ور شبکه بولتزمن به مدلسازی جریان سیال غیرنیوتنی با مدل توانی بر روی سطوح منحنی پرداخته شده است. از جمله ویژگی های این روش در مطالعه حاضر، می توان به صورت فشاری معادلات شبکه بولتزمن جهت مدلسازی مناسب گرادیان فشار در سیستم مورد مطالعه اشاره کرد. بعلاوه جهت اعمال شرط مرزی عدم لغزش در اطراف مرز جسم، روش مرز غوطه ور به صورت ضمنی به کار گرفته شده است. همچنین جهت مدلسازی مناسب فیزیکی هندسه مورد مطالعه و همچنین اعمال خواص غیر نیوتنی سیال، پارامتر های تبدیل متغیر های فیزیکی به متغیر های روش شبکه بولتزمن معرفی شده است. در ابتدا توانایی این روش در مدلسازی سیال غیرنیوتنی با مدل توانی در اطراف استوانه دایروی در داخل کانال در محدوده بررسی شده است. در این راستا، میدان سرعت در کانال بررسی شده و ضریب درگ بدست آمده از حل عددی حاضر تطابق خوبی با نتایج تحقیقات پیشین از خود نشان می دهد. در ادامه به بررسی میدان جریان و ضریب درگ جریان سیال غیر نیوتنی با مدل توانی بر روی استوانه بیضوی در سه نسبت ابعادی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند که در مقایسه با نسبت ابعادی، عدد رینولدز تاثیر بیشتری بر کاهش میزان ضریب درگ بر روی سیلندر بیضوی داشته و تغییرات شاخص مدل توانی کمترین تآثیر را بر کاهش میزان ضریب درگ دارد.
    کلیدواژگان: روش مرز غوطه ور، شبکه بولتزمن، مرز منحنی، سیال غیر نیوتنی، مدل توانی
  • مجید محمدی مقدم، عباس داشخانه، محمدرضا هادیان، مصطفی مقربی مقربی، علی اکبر میرزایی صبا، سید محمد داوودی حسنکلا صفحات 157-164
    هدف از این مقاله، ارزیابی روشی جدید برای کنترل ربات های توان بخشی پا است که ضمن تامین آزادی عمل بیشتر برای بیماران، می تواند الگوی راه رفتن آن ها را اصلاح کند. این کنترلر، از یک مسیر مرجع مبتنی بر فاز راه رفتن و یک الگوریتم تشخیص فاز بهره می برد تا بر اساس زاویه و سرعت زاویه ای واقعی مفاصل، زاویه و سرعت زاویه ای مطلوب آن ها را تعیین کند. همچنین، کنترلر از بلوک هایی مجزا برای کنترل مسیر حرکت و سرعت گام برداشتن بیمار برخوردار است. از آن جا که در این کنترلر مسیر مرجع به زمان وابسته نیست، بیمار می تواند بر دوره ی زمانی گام برداشتن خود تاثیر بگذارد. همچنین، بلوک های کنترلی مجزا این امکان را می دهند تا متناسب با توانایی هر بیمار سطوح مختلفی از آزادی عمل و نیروی کمکی برای او فراهم شود. این کنترلر بر روی ربات توان بخشی آرمان پیاده سازی شده و تاثیر آن بر تغییر الگوی راه رفتن سه فرد سالم و یک بیمار سکته مغزی بررسی شده است. نتایج تجربی نشان می دهند که این روش می تواند به خوبی روش کنترل امپدانس الگوی راه رفتن افراد را اصلاح کند. به علاوه، آزادی عمل بیشتری برای این افراد فراهم می آورد تا بتوانند تمرین های توان بخشی پا را با دوره ی زمانی دلخواه خود انجام دهند.
    کلیدواژگان: سکته مغزی و ضایعه نخاعی، ناتوانی حرکتی، تمرین توان بخشی پا، مشارکت فعال
  • کوروش خورشیدی، علی بخششی صفحات 165-173
    در این مقاله ارتعاش آزاد ورق مستطیلی از جنس مواد هدفمند در تماس مقطعی با سیال مغشوش محدود مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تقریب جابجایی های ورق با فرض تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم از توابع سعی هارمونیک مثلثاتی استفاده شده است که شرایط مرزی کاملا گیردار، تکیه گاه ساده متحرک و تکیه گاه ساده غیرمتحرک ورق را ارضاء می نمایند. معادلات حاکم بر رفتار نوسانی سیال، با حل معادله لاپلاس و ارضای شرایط مرزی سیال بدست می آیند. برای دستیابی به فرکانس طبیعی ورق در تماس با سیال و شکل مود ارتعاشی ورق در تماس با سیال از روش انرژی ریلی-ریتز بر مبنای انرژی پتانسیل کمینه استفاده شده است. به منظور بررسی دقت روش به کار رفته، نتایج عددی با نتایج دقیق موجود در مراجع مقایسه شده است. در نهایت تاثیر پارامترهای ضریب توانی نسبت حجمی، نسبت طول، نسبت ضخامت ورق، ارتفاع سیال، عرض مخزن و شرایط مرزی، روی فرکانسی طبیعی ورق در تماس با سیال مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: فرکانس طبیعی، ورق مستطیلی، مواد هدفمند، سیال مغشوش، ریلی، ریتز
  • ادریس یوسفی راد، محمدرضا مه پیکر، علیرضا تیمورتاش صفحات 174-182
    با پیشرفت روش های مدلسازی عددی، روش های بالادست و تفاضل مرکزی در مدلسازی جریان های مادون صوت و مافوق صوت در مسیرهای مختلف از جمله جریان های داخل پره های توربین، بکارگیری روش عددی کاسپ در روش حجم محدود جیمسون می تواند ویژگی های مثبت هر دو روش مذکور را همزمان استفاده نماید. نوآوری این مقاله ابتدا بهبود روش حجم محدود جیمسون با استفاده از روش کاسپ در مدلسازی دو بعدی جریان مافوق صوت بین پره های ثابت توربین می باشد و سپس با استفاده از روش معکوس لون برگ مارکوارت برای اولین بار، بهینه ترین حالت تابع کنترلی کاسپ با اهمیت دادن معادله بقایی جرم تعیین می گردد. با توجه به اهمیت ناحیه شوک ها در قسمت سطح مکش پره، تمرکز روش مذکور که منجر به بهبود قابل توجه توزیع نسبت فشار در روش حجم محدود جیمسون می شود به این ناحیه معطوف شده است. نتایج مدل تلفیقی اول (جیمسون و کاسپ)، در منطقه شوک سطح مکش پره در مقایسه با نتایج تجربی، انطباق بسیار مطلوبی بهمراه کاهش خطاهای عددی را در ناحیه مذکور نشان می دهد. همچنین نتایج مدل تلفیقی دوم(جیمسون،کاسپ و روش معکوس)، در منطقه شوک سطح مکش پره در مقایسه با دو روش جیمسون استاندارد و تلفیقی اول، شرط بقای جرم را بطور متوسط حدود 15 درصد بهبود می بخشد.
    کلیدواژگان: روش های بالادست، کاسپ، روش معکوس لونبرگ مارکوارت، جیمسون، پره ثابت توربین
  • محمد مهدی خطیبی، محمدرضا آشوری صفحات 183-192
    آزمایش مودال کلاسیک ابزار قدرتمندی برای تحلیل دینامیکی سازه ها می باشد ولی در برخی از سازه ها بدلیل عدم امکان تحریک یا اندازه گیری نیروهای وارد به آن ها انجام این آزمایش دشوار یا غیر ممکن می باشد. بنابراین برای شناسایی رفتار دینامیکی این نوع سازه ها باید از روش های آنالیز مودال محیطی استفاده کرد. در عمل مدل هایی که بوسیله ی آزمایش مودال محیطی ایجاد می شوند، با مشکلات زیادی مواجه هستند. یکی از این مشکلات، خطاهایی است که بدلیل استفاده از وسایلی مانند شتاب سنج ها ایجاد می شود و موجب کاهش دقت نتایج حاصل می گردد. معمولا نصب شتاب سنج ها بر روی سازه، موجب کاهش فرکانس های طبیعی می شود و در نتیجه فرکانس های طبیعی حاصل از آزمایش با مقادیر دقیق اختلاف خواهند داشت. در این مقاله، یک روش جدید برای حذف اثر جرم شتاب سنج ها از فرکانس های طبیعی حاصل از آزمایش مودال محیطی ارائه شده است. به منظور بررسی عددی روش پیشنهادی، از مدل یک سیستم جرم- فنر- دمپر استفاده شده است. همچنین با انجام آزمایش های مودال کلاسیک و مودال محیطی بر روی یک صفحه فلزی، روش تحت ارزیابی تجربی قرار گرفته است. نتایج حاصل، نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی در حذف اثر جرم شتاب سنج ها و تخمین دقیق فرکانس های طبیعی سازه می باشد.
    کلیدواژگان: فرکانس های طبیعی، اثر جرمی شتاب سنج، آنالیز مودال محیطی
  • سوران حسنی فرد، امیر پرغازه صفحات 193-198
    در این مقاله مسیر رشد ترک در آزمایش خمش چهار نقطه ای اتصال جوش اصطکاکی اغتشاشی مس و آلومینیم 6T-7075 پیش بینی شده و سپس عمر خستگی این اتصال به روش عددی و تجربی تخمین زده می شود. برای این منظور آزمایش خمش چهار نقطه ای و نیز آزمایش خستگی بر روی نمونه های جوشکاری شده انجام گرفته و نتایج مربوط به زاویه انتشار ترک و عمر خستگی هر نمونه استخراج شده است. همچنین با استفاده از معیارهای تنش مماسی بیشینه و KII)min) زاویه انتشار ترک پیش بینی شده و نیز با استفاده از رابطه نرخ رشد ترک بر حسب ضریب شدت تنش پاریس، عمر ترک خستگی تخمین زده شده است. جهت تعیین خواص مکانیکی نواحی مختلف اتصال جوش اصطکاکی اغتشاشی، مفهوم مواد تابعی مدرج بکار گرفته شده است. بدین منظور، خواص مکانیکی ناحیه جوش از جمله مدول الاستیسیته و نسبت پواسون، به صورت توابعی خطی از موقعیت نقاط ناحیه جوش در نظر گرفته شده اند. طبق نتایج بدست آمده در حالتی که شیار اولیه به ماده با چقرمگی بالاتر (مس) نزدیکتر باشد، زاویه انتشار ترک کوچکتر خواهد بود. مقایسه نتایج نشان دهنده تطابق مناسبی بین داده های تجربی و عددی می باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، مکانیک شکست، پیش بینی مسیر انتشار ترک، آزمایش خمش چهارنقطه ای، آزمایش خستگی
  • محمدرضا قضاوی، وحید محلوجی صفحات 199-208
    در تماس چرخ و ریل در خودروی ریلی، پدیده سایش از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. به همین دلیل، مدلسازی و تحلیل دینامیکی پروفیل های چرخ نو و سایش یافته S1002 انجام شده و تاثیر پروفیل های نو و سایش یافته بر رفتار واگن بررسی گردیده است. سپس به بررسی پارامتر خروج از خط واگن هنگام عبور از قوس پرداخته شد. در این راستا حل تحلیلی با استفاده از تئوری تماسی هرتز و تئوری خطی کالکر انجام شده است. همچنین مدلسازی و تحلیل در نرم افزار Adams/Rail برای پروفیل های مختلف چرخ انجام شده و ضرایب خروج از خط بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که ضریب خروج از خط در هنگام ورود واگن به قوس افزایش یافته و پروفیل سایش یافته در اغلب موارد، آمادگی بیشتری برای خروج از خط از خود نشان می دهد. اما میزان سایش چرخ، تاثیر مستقیم بر خروج از خط واگن دارد و تا هنگامی که به میزان خاصی نرسد، خروج از خط رخ نمی دهد. در بسیاری از موارد، ضریب خروج از خط برای پروفیل سایش یافته مقدار کمتری نسبت به پروفیل نو بدست می دهد ولی هرگاه سایش چرخ از حد مشخصی تجاوز کند، ضریب خروج از خط افزایش می یابد و این حد مشخص، حدی است که لازم است چرخ برای انجام ری-پروفایل به قسمت تعمیرات فرستاده شود.
    کلیدواژگان: پروفیل چرخ، سایش، خروج از خط
|
  • Mohammad Hossein Banazadeh, Mohammad Said Saidi, Bahar Firoozabadi Pages 1-7
    Since Glomerular filtration of blood in the kidney has been regarded by physiologists for many years، they can access only to the qualitative data. Mathematicians can solve this problem by numerical modeling. In this research، an engineering model is presented for the analysis of this capillary network by investigating in the different scientific fields such as، physiology، medicine، computer science and mathematics. First of all، the homogeneous model introduced by Deen، are studied. The rate of the blood filtration is achieved by solving the 2-D equations of momentum and mass transfer. Then the anatomic investigation of the glomerular are performed to present a three-dimensional network of the glomerular capillaries. This proposed model is solved numerically by Use of the 3-D equations of momentum and mass transfer. This analysis makes it possible to study the various parameters are creating by diseases and this is the main advantage of this provided mode. In network model connection between lobules and their shapes just improve flow distribution and mass transfer. Otherwise the glomerular filtration rate in the flow rate of more than 150 nl/min is evaluated more accurately in this model.
    Keywords: Glomeruli, Capillary Network, Blood Filtration, Network Model
  • Ali Ghaffari, Saeed Bahrami, Seyed Hossein Sadati, Marcus Thern Pages 8-16
    Single shaft gas turbine and the cycles based on it are sensitive to frequency drops and sudden change loads or large frequency dips might affect their stability. This phenomenon is related to reduction of air mass flow rate through the gas turbine during frequency dips، which might lead to interaction between the governor and temperature control loop. This interaction will prevent the gas turbine from being loaded further and might affect its stability. In this paper، the performance of the two well-known power generation cycles based on the gas turbine -combined cycle and steam injected gas turbine (STIG cycle) - are investigated during frequency dips and transient maneuvers. For this purpose، two similar units are developed based on these cycles and their performance are studied and compared in different scenarios. The simulation results show that the steam injected gas turbine has a better performance during frequency drops and it can handle larger step change loads. This superior performance of the steam injected gas turbine unit is almost twice as good as the similar combined cycle unit in some of the operating conditions.
    Keywords: Single shaft gas turbine, combined, cycle, steam injected gas turbine, frequency control
  • Mohammad Bakhshi, Nafiseh Mohammadtabar, Seyed Jamal Hosseinipour, Abdolhamid Gorji Pages 17-27
    Bipolar plates are the most important and expensive components used in fuel cells. Metallic bipolar plates are the best choice to replace graphite or machined thick metal plates due to their lightweight and low cost. Selection of suitable forming process is one of the main subjects in fuel cell technology. Nowadays، hydroforming process is commonly used for the production of metallic bipolar plates because of its capability in forming light weight and complex parts. Among the various patterns of bipolar plates، serpentine flow field pattern inevitably brings two main defects of rupture of material during forming process and uneven flow distribution in practical operations. In this research، forming of a slotted interdigitated serpentine pattern on SS304 stainless steel sheet by hydroforming process has been examined using finite element simulation and experimental approach. The effects of process parameters and die geometry on the thickness distribution and filling percent are also studied. It is concluded that by increasing the forming pressure، filling percent of the die increases and the thickness of critical region is more reduced due to the increasing of drawing ratio. Also، it was found that hydroforming process has high repeatability.
    Keywords: Fuel cell, metallic bipolar plate, metal forming, hydroforming
  • Mehran Mahboobkhah, Nima Jaafarzadeh Pages 28-36
    Parallel mechanisms are widely being used in industrial applications such as machine tool، metrology، earthquake simulator، fly simulator، medical equipment and etc. These mechanisms have some limitations like having erratic workspace، singular points in the workspace and complexity of control systems. These limitations should be studied for suitable usage of parallel mechanisms. In this article، a four degree of freedom parallel mechanism (three linear and one rotation degrees of freedoms) is proposed as machine tool and being studied and its workspace and singularity analysis are done by solving the kinematic relations and using Matlab software. So، at first the inverse and direct kinematic equations of mechanism were solved and then an algorithm is used to determine the workspace and singular points of proposed parallel mechanism. Finally، to investigate the results of workspace analysis the structure has been modeled in Solidworks software and the inverse kinematic relation and the obtained workspace have been validated using the simulation. At the last، to investigate the quality of robot performance and its dexterity in workspace، global condition index of mechanism using Jacobean matrix is calculated for different orientations of moving platform.
    Keywords: Parallel robot, kinematic, workspace, singular points
  • Mehdi Maerefat, Payam Shafie Pages 37-48
    In this article، a mathematical analysis of a CCHP system following electrical demand management and thermal demand management in comparison to separate heat and power system for an office building in Tehran is presented. In the thermal demand management، two modes including with selling electricity to grid and without selling electricity to grid are investigated. In order to have a comprehensive evaluation of the performance of the CCHP system، four criteria including primary energy saving، CO2 emission reduction، operational cost reduction and rate of return are employed for a typical office building in Iran. Also the AHP method is used to specify the best operation mode of the CCHP system when all of the criteria are involved. Results show that from the energy and environmental viewpoints، the CCHP system following thermal demand management with selling electricity to the grid is the best operation mode. But the CCHP system following electrical demand management has the maximum rate of return. For the all of the operation modes، the CCHP system has lower operational cost than SHP system throughout the year. From an integrated view point، the CCHP system following thermal demand management with selling electricity to the grid is the most attractive option.
    Keywords: CCHP, Office building, Multi, criteria analysis, Thermal demand management, Electrical demand management
  • Mehdi Ansari, Mohammad Golzar, Amir Hosein Behravesh Pages 49-58
    In this study، the corrugated composite beam is actuated by shape memory alloy wire (SMAw). SMAw was placed on the surface of composite beam. Martensite to austenite transformation occurs by increasing of SMAw temperature. After transformation، SMAw length decrease and beam actuated. Beam displacement، force and current are measured and by A/D board transferred to computer. For evaluation of temperature in SMAw، the Heat transfer differential equation is used. Also Brinson’s model is used for modeling of SMA behavior. The results show that SMA behavior in Brinson’s model is good agreement whit experiments. But in lower temperatures than martensitic transformation state، the SMA stress is equal to zero in experiment unlike Brinson’s model. Also considering the SMA training and DSC test، for some temperatures in the experimental results، the start and end transformation temperatures are different to Brinson’s model. The results show as using SMAw in the corrugated composite، smart structures can be achieved that in corrugation direction is irritable، whereas in Perpendicular to the direction، corrugated composite bending strength is high that lead to using this structure in engineering application.
    Keywords: Shape Memory Alloy, Corrugated Composite Beam, Deflection, Brinson's Model
  • Pooria Akbarzadeh, Ebrahim Akbarzadeh Pages 59-68
    Numerical analysis and simulation of cavitating flows due to appearance and its application in the maritime industry، water turbomachinery، hydrofoils، underwater vehicles، etc. have specific importance. For this reason in this research، the effect of blowing on hydrodynamic behavior of cavitating flows over hydrofoils has been investigated. Jameson''s finite volume method and power-law preconditioning method with single-phase cavitation model (Barotropic model) have been used to the analyzing of cavitating flow. The stabilization of solution has been achieved with help of the second and fourth-order dissipation term. Explicit four step Runge-Kutta method has been used to achieve the steady state condition. As regards the cavitation often occurs at high Reynolds number، to facilitate the simulation the inviscid flow equations are considered. For apply the blowing from hydrofoil surface، a jet has been placed on hydrofoil’s upper surface. The parameters of jet location، blowing velocity ratio، blowing angle and width of jet are investigated and simulation has been performed for two different cavitation numbers. The numerical results show that the power-law precondition increases the convergence speed significantly. Blowing reduces the cavity length، lift and pressure drag coefficients compared to no blowing case. Also the increase of blowing velocity ratio، blowing angle and width of jet، decrease the cavity length، lift and pressure drag coefficients.
    Keywords: Blowing, Power, Law Preconditioning Method, Cavitating Flow, Barotropic Model, Lift, Pressure Drag Coefficients
  • Mohammad Zamani Nejad, Abbas Rastgoo, Amin Hadi Pages 68-74
    This paper presents an elastic parametric analysis for the purpose of investigating the limit angular speed، displacement and stresses in rotating disks made of functionally graded materials (FGMs) based on Tresca yield criterion. The material properties obey the power law in radial direction. The Poisson’s ratio due to slight variations in engineering materials is assumed constant. For different values of inhomogeneity constant، limit angular speed، displacement and stresses in radial direction are plotted and for the commencement of the plastic flow، different states are investigated. state1: onset of plastic flow at the inner radius، state2: onset of plastic flow at the outer radius، state3: onset of plastic flow as the simultaneously at both radii and state4: onset of plastic flow between the inner and outer radii. To the best of the researchers’ knowledge، so far، in the papers which have been dealing with the investigation of onset yield analysis، the density and yield stress has been assumed constant; however، in this paper by assuming varying density and yield stress in rotating disks made of functionally graded materials and comparing results obtained by fixing these parameters، it has been observed that taking the density as a constant value is wrong and varying it has significant effects on the stresses.
    Keywords: Rotating disk, Functionally graded materials (FGMs), Onset Yield Analysis, Tresca Criterion
  • Amir Hossein Roohi, Hassan Moslemi Naeini, Mohammad Hoseinpour Pages 75-82

    Laser Forming (LF) process is one of the thermal forming processes; which uses laser beam irradiation as a forming factor. In this process، temperature gradient along the sheet thickness produces the final bending angle. So far، various investigations are carried out on laser forming of low carbon steel sheets. However، LF process can be utilised in other metallic and non-metallic sheets. High surface reflectivity and thermal conductivity of aluminium sheets، compared to steel sheets، make them more difficult and more complicated to be laser formed than that of steel sheets. In this Article، using LF process simulation with the finite element software، effects of several process parameters such as laser power، scan speed، laser beam diameter and sheet thickness on final bending angle are investigated. Numerical results are validated with the same parameter assigned experimental results. This comparison shows a very good accordance between simulation and experimental results. Also، an equation is derived to predict the final bending angle correspond to the variations of mentioned parameters. This is derived by the use of Design of Experiment (DOE) and full factorial approach.

    Keywords: Laser Forming Process, Finite Element Method, Aluminium Sheet, Design of Experiment, Prediction of Bending Angle
  • Aida Fathipour, Kiumars Mazaheri Pages 83-94
    Using of airbags is now increasing as a widely accepted safety measure designed to reduce morbidity associated with vehicle accidents. However، in many accidents the airbag، itself، causes the injury of passenger. One of the common injuries causes by air bag is the skin burning. Burns due to airbag deployment could be chemical or thermal. Chemical burns are not studied in this research. There are two mechanisms for thermal burns due to an airbag deployment; contact with the hot airbag itself، contact with the hot expelled gases from the airbag. Present research focus، is on numerical simulation of these two types of burns. A parametric study is done to investigate effect of airbag material، vent port diameter، number of vent ports and distance between driver and airbag. It was found that the most severe burns are due to PA66 and the less severe burns are due to PET. Increasing the vent port diameter and decreasing number of vent ports result burn in less skin depth. There is no clear relation between distance of driver with airbag and burns. Increasing the distance may cause less or more burn.
    Keywords: Airbag, burns, injury criterion omega function, Wang, Nefske gas dynamic model
  • Mohammad Shafiey, Reza Ebrahimi, Hassan Karimi, Sayyed Mahdi Abtahi, Ali Kalabkhani Pages 95-102
    In this work، governing equations of the feed line، cut-off valve، and the starter system are analyzed mathematically and numerically. In the mathematical solution، the stability of the valve system is considered using the Laplace transform along with the linearization of the equations of the system. According to parameter design of the feed pipe–valve system، the system demonstrates the stable behavior in the effective parameter of the valve system on the basis of the Nyquist and Bode stability criterion. In the numerical solution، the steady state behavior of the cut-off valve is simulated during the cut-command. Then the rate of the pressure variation، mass flow rate through of the valve، gas pressure of the starter system، and the upstream pressure of the valve (water hammer) are considered based on the valve''s poppet motion. The comparison of the simulation results with the experimental data depicts only 13 percent error in the mass flow rate through of the valve. In the last time of the closing valve، there is no variation in the mass flow rate in the valve due to the excessive loss factor of the valve when the valve approximately is closed. The results show that the closure of the cutoff valve shall be provided in accordance with allowable maximum pressure of the hydraulic shock on the established
    Keywords: Cut, off Valve, Mathematical modeling, Liquid Propellant Rocket Engine, Stability Analysis
  • Milad Azarfar, Hamid Niazmand, Hoda Talebian Pages 103-112
    During the past few decades، growing global concern about environmental problems، caused by widespread use of fossil fuels، attracts more research attention toward adsorption systems technology. However، one of the main problems of these systems is the poor heat transfer rate in adsorbent bed due to its low thermal conductivity. In the present study، extended surfaces and metal piece additives are applied to the adsorbent bed in order to numerically investigate the effect of heat transfer enhancement on the adsorption system performance. Employing metal pieces increases effective thermal conductivity of the bed by at least 100%. Results indicate that decreasing fin space and fin height and adding metal pieces to the adsorbent bed reduce the cycle time which finally improves the system specific cooling power. However، it is worth mentioning that the effect of metal piece additives on the cycle time reduction and specific cooling power improvement decreases at smaller fin spaces. Moreover، results show that the increase of fin height improves the coefficient of performance while decreases the specific cooling power of the system. On the contrary، the reduction of fin space simultaneously increases the coefficient of performance and the specific cooling power of the adsorption system.
    Keywords: Heat transfer, Thermal conductivity coefficient, Metal pieces, Adsorption, Cycle time
  • Seyed Alireza Zolfaghari, Bahman Sekhavatmand Pages 113-120
    Nowadays، the baseboard heating systems have attracted the attention of many HVAC engineers because of its uniform temperature distribution and low feed water temperature. Despite this، the uniformity of indoor thermal conditions can be disturbed by some parameters such as exterior walls and air infiltration from window gaps. Therefore، the main goal of this study is to investigate the effects of air infiltration from window gaps on the performance of baseboard system and occupants’ thermal conditions. For this reason، a room has been considered under the terms of “ASHRAE-140 standard/Case 600” and climatic conditions of Tehran with winter outdoor design temperature of -10C. Also، the heat power on the baseboard panel has been set as much as the average of occupants’ thermal dissatisfaction index stays within the allowable range (lower than 10%). The results show that the heating baseboard system can provide the appropriate thermal conditions for sitting occupants with average panel temperature of 43C. In spite of this، the distribution of occupants’ dissatisfaction index near the floor is not uniform. The results indicate that the air infiltration can cause to increase the thermal dissatisfaction index up to 40% in the floor region.
    Keywords: Baseboard heating system, Air infiltration, Thermal comfort, Energy Consumption
  • Amir R. Askari, Masoud Tahani Pages 121-130
    Rrectangular plates-based resonant micro-sensors utilize the resonance frequency of electrically pre-deformed clamped micro-plates for sensing. Free vibration analysis of such systems in order to find their resonance frequency is the objective of present paper. For this aim، the modified couple stress theory (MCST) together with the Kirchhoff plate model is considered and the size-dependent equation of motion which accounts for the effect of axial residual stresses as well as the non-linear and distributed electrostatic force is derived using the Hamilton''s principle. The lowest frequency of the system as the resonance frequency of these micro-plates is extracted using a single mode Galerkin based reduced order model (ROM). It is found that the fundamental frequency of the system is decreased with an increase of applied voltage and becomes zero when the input voltage reaches the pull-in voltage of the system. The findings of present paper are compared and validated by available results in the literature and an excellent agreement between them is observed. Also it is found that using the MCST in pull-in analysis of clamped rectangular micro-plates can remove the existing gap between the results of classical theory (CT) and available empirical observations. Furthermore، it is observed that accounting for the size-effect on free vibration analysis of electrostatically pre-deformed micro-plates is more essential than flat ones.
    Keywords: MEMS, Clamped rectangular micro, plates, Reduced order model, Fundamental frequency, Pull, in voltage
  • Mostafa Noorbakhsh, Ahmad Reza Zamani, Mohammad Ali Badri Pages 131-136

    The inertia of wave measurement buoys impresses transfer functions on the wave measurement data (i. e. heave، wave slopes with respect to the horizontal axes). This effect causes difference or error between the measured and actual wave data. Calculation or estimation of the buoy transfer functions and affecting the inverse of them، makes it is possible to achieve more accurate wave data. In this paper، an algorithm for estimation of the buoy transfer functions using in-situ wave data is introduced and the simulation results are presented. The effect of the buoy transfer functions on the spectral parameters is also investigated. This algorithm uses the intrinsic properties of the sea waves.

    Keywords: Wave measurement buoys, Transfer Function, Wave directional Spectrum
  • Rahmatollah Ghajar, Hamed Saeidi Googarchin Pages 137-145
    The autofrettaged thick-walled tube containing semi-elliptical crack is investigated. To study the variation of stress intensity factor on crack front، at first، two dimensional weight function is extracted. Stress intensity factor of all points on crack front can be calculate using proposed weight function، also، the complicated loading on crack faces including the loads due to axial gradient pressure in short cylinder and open-end tubes can be considered. Results show that، opposite of the cylinder subjected to uniform pressure، in pipes under gradient pressure، the maximum stress intensity factor are not necessarily on deepest point and surface points. The maximum stress intensity factor occurs on non-surface points in autofrettaged tubes. The results obtained from two dimensional weight function method have a good accuracy with the results obtained from finite element method. Prediction of fatigue crack configuration using two dimensional weight function can be more accurate than those obtained from one dimensional weight function.
    Keywords: Two dimensional weight function, Thick, Walled Tube, Stress intensity factor, Pressure Gradient
  • Mohammad Hadi Sedaghat, Mohammad Mohsen Shahmardan, Mohsen Nazari, Mahmood Norouzi Pages 146-156
    In this paper، the immersed boundary-lattice Boltzmann method has been employed to simulate non-Newtonian flow around curve boundaries. The pressure base lattice Boltzmann equations have been used to solve the Eulerian domain to estimate proper pressure gradient in the Poiseuille flow. In addition Immersed boundary method (IBM) utilizes a discrete set of force density is also used to represent the effect of boundary on flow domain. In addition to simulate the real physical dominate problem and study the right effects of non-Newtonian fluid properties، scaling parameters have been introduced to notice the relationship between physical and lattice variables. At First، the capability of present method is examined for simulating the power-law fluid flow around a confined circular cylinder and the results show good agreement with previous study. In the following، the power-law fluid flow around elliptical cylinder in a channel is investigated for three aspect ratios eta=1،1. 5،2 and for 5
    Keywords: Immersed boundary method, Lattice Boltzmann Method, Curved boundary, non, Newtonian fluid, Power, law
  • Majid Mohammadi Moghadam, Abbas Dashkhaneh, Mohammad Reza Hadian, Mostafa Mogharrabi, Ali Akbar Mirzaei Saba, Seyed Mohammad Davodi Pages 157-164
    The aim of this paper is to investigate a new control algorithm of gait rehabilitation robots that simultaneously provides more freedom for the patients and corrects their walking trajectory. The controller utilizes a gait-phase dependent reference trajectory and a gait-phase detection algorithm to determine the desired position and velocity of joints based on of their actual positions and velocities. Moreover, the controller uses two separate control blocks for the correction of the path and the cadence of walking of the patient. Since the reference trajectory is time independent, the patient can change the cadence of his/her walking. Furthermore, the separate control structure enables the controller to provide different levels of freedom and assistive force to be delivered to the patients. The control method has been implemented through ARMan, a gait rehabilitation robot and its effectiveness is evaluated on the walking trajectory of three healthy subjects and one stroke patient. The results of the experiments demonstrate that the proposed control method corrects the gait pattern of the subjects as good as impedance control method. In addition, this method provides more freedom for the patients to walk based on their desired cadence.
    Keywords: Stroke, Spinal Cord Injury, Gait Disorder, Gait Rehabilitation Exercise, Active participation
  • Korosh Khorshidi, Ali Bakhsheshy Pages 165-173
    This study is investigated vibration analysis of a FG rectangular plate partially contacting with a bounded fluid. Wet dynamic transverse displacement of the plates is approximated by a set of admissible trial functions which is required to satisfy the clamped (CL) and simply supported moveable (SSM) and simply supported immoveable (SSI) geometric boundary conditions. The oscillatory behavior of fluid is obtained by solving the Laplace equation and satisfies the boundary conditions. The natural frequencies and mode shapes of the plate coupled with sloshing fluid modes are calculated by using the Rayleigh–Ritz method based on minimizing the Rayleigh quotient. The proposed method is validated with available data in the literature. In the numerical results, the effects of volume fraction coefficient, thickness ratios and aspect ratios of the FG plates and depth of the fluid, width of the tank, and boundary conditions on the wet natural frequencies are examined and discussed in detail.
    Keywords: Natural frequency, Rectangular plate, functionally graded material, Sloshing fluid, Rayleigh–Ritz approach
  • Edris Yousefi Rad, Mohammad Reza Mahpeykar, Alireza Teymourtash Pages 174-182
    With the advancements of numerical upstream and central difference methods in modeling the subsonic and supersonic flows in different paths including the flow inside turbine blades, employing the numerical CUSP technique in the Jameson’s finite volume method can simultaneously benefit from the positive features of both mentioned methods. The novelty of this paper is first, improving Jameson’s finite volume method in modeling a 2D supersonic flow between the blades of a steam turbine using the CUSP method, and second, defining the most optimum control function mode using the Marquardt-Levenberg inverse method and by accounting for the mass conservation equation. By considering the importance of the shock regions in the blade’s surface suction side, the focus of the mentioned method is on this part which results in the significant improvement of the pressure ratio in Jameson’s finite volume method. The results of the first combined method (Jameson and CUSP) at the shock region of the blade’s suction surface desirably agree with the experimental data, and a decrease of numerical errors at this region is resulted. Furthermore, the results of the second combined method (Jameson, CUSP and inverse method) shows that in comparison with original Jameson’s method and the first combined method, by average, the conservation of mass condition is improved 15% at the shock region of the blade’s suction surface.
    Keywords: Stator turbine blade, Jameson's method, CUSP method, Marquardt, Levenberg inverse method
  • Mohammad Mahdi Khatybi, Mohammad Reza Ashory Pages 183-192
    Conventional modal testing is known as a powerful tool for dynamic analysis of structures. However, for some engineering structures, conventional modal testing is difficult or even impossible to conduct due to the problems associated with the artificial excitation of structure. Operational Modal Analysis (OMA) is one solution to deal with these cases. In OMA the structure is excited by ambient forces and only the responses are measured and taken into account. Accelerometers are the traditional tools for measuring the responses of structure. It is well khonwn that the measured responses are contaminated by bias errors corresponding to the mass-loading effect of accelerometers. This causes the natural frequencies of structure are measured lower than the real values. In this paper a new method is proposed for eliminating the mass-loading effects of accelerometers from measured responses in OMA. A numerical model of a mass-spring-damper system is used for validation of the method. Also a steel plate is used for experimental validation of the proposed approach. The results are confirmed by those of conventional modal testing. Both numerical and experimental results show that the proposed method can effectively eliminate the mass-loading effects of accelerometers from measured responses in OMA. Also, the method has the ability to correct the measured natural frequencies from OMA accurately.
    Keywords: Natural Frequencies, Mass, loading Effect of Accelerometer, Operational Modal Analysis
  • Soran Hasanifard, Amir Parghazeh Pages 193-198
    In this investigation, kinked crack path of friction stir Cu-Al7075-T6 alloy welded joints in four-point bending test conditions has been studied as well as the fatigue lifetime of the welded joints, numerically and experimentally. To do so, four-point bending and fatigue tests of welded specimens have been carried out and the experimental fatigue test data and the kinked crack angles in bending tests have been extracted. Maximum Tangential Stress (MTS) and (KII)min criteria have been used for estimating the kinked crack angles, and Paris law has been applied to predict fatigue crack propagation life of the welded specimens. Functionally graded materials concept has been employed for determining mechanical properties of different regions of welded joints. To do so, the mechanical properties of the weld region such as Young's Modulus and Poisson's ratio have been considered to be linear functions of the positions of the weld region points. It has been shown that, when the original notch is close to the material with the higher fracture toughness (Copper), the kinked crack angle becomes smaller. The results show good agreement between the experimental data and numerical estimations.
    Keywords: Friction stir welding, Fracture mechanics, Crack path prediction, Four, point bending test, Fatigue test
  • Mohammad, Reza Ghazavi, Vahid Mahlooji Pages 199-208
    Wear phenomena in wheel-rail contact for railway vehicle is very important parameter. For this purpose, simulation and dynamic analyze of new and worn wheel profiles are done. Then wagon’s derailment factor along curved track is determined. Analytic solution is achieved by using Hertz contact theory and Kalker linear theory. Also, simulation and analysis is done in ADAMS/Rail software and for different wheel profiles and derailment factor is determining using derailment criteria. Results showing that derailment factor are low initially but vertical forces decreases and centrifugal force increases lateral forces and consequently derailment factor increases along wagon entering curved track and worn profiles have more tendencies exposed to derailment. However, permitted wear limit must be defined. In many cases, worn profiles havefewer tendencies to derailment. Using this method can determine wear limit of wheel profile to maintenance and re-profileoperation. It is revealed that the curve length does not affect on derailment factor. Also, damper coefficient does not affect on mean derailment factor But it is much more turbulence. Perturbation in curve beginning is considerable and at the end of the curve, it restores to initial value.
    Keywords: Wheel Profile, Wear, Derailment factor