فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 11 (بهمن 1393)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال چهاردهم شماره 11 (بهمن 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/09/01
  • تعداد عناوین: 23
|
  • رضا محمدی، میلاد سعیدی فر، محمد فتوحی، جواد تیموری، مهدی احمدی نجف آبادی صفحات 1-8
    فولاد AISI D2 از نوع فولاد ابزار سرد کار پرکربن و پرکرم می باشد. از جمله خواص مکانیکی این فولاد می توان به استحکام فشاری بالا و سختی پذیری خوب آن اشاره نمود. علی رغم این مزایا، چقرمگی شکست این فولاد چندان زیاد نمی باشد. هدف از این پژوهش، تعیین چقرمگی شکست فولاد AISI D2 با شبیه سازی المان محدود و روش نشرآوایی می باشد. به منظور تعیین چقرمگی شکست فولاد، از نمونه های استاندارد CT ساخته شده از فولاد AISI D2 که در دماهای مختلف بازپخت شده، استفاده گردید. با مدل سازی نمونه ها در نرم افزار تجاری المان محدود آباکوس، مقدار چقرمگی شکست با روش المان محدود محاسبه گردید. در روش نشرآوایی برای تعیین چقرمگی شکست از پارامترهای مختلفی همچون نرخ انرژی سیگنال های نشرآوایی، نرخ تولید سیگنال های نشرآوایی و انتگرال تابع سنتری استفاده شد. در انتها، نتایج بدست آمده از روش نشرآوایی، شبیه-سازی المان محدود و روش استاندارد ASTM E399 با یکدیگر مقایسه شدند. مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده از روش های نرخ تولید سیگنال های نشرآوایی و انتگرال تابع سنتری حد پایین چقرمگی شکست را ارائه داده و روش المان محدود حد بالای مقادیر چقرمگی شکست را ارائه می دهد. مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده با روش نرخ انرژی سیگنال های نشرآوایی بیشترین تطابق را با مقادیر بدست آمده از روش استاندارد ASTM E399 دارد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که روش نشرآوایی می تواند به عنوان روشی کارآمد به منظور تعیین چقرمگی شکست مواد مهندسی استفاده شود.
    کلیدواژگان: فولاد AISI D2، چقرمگی شکست، المان محدود، نشر آوایی
  • اردشیر کرمی محمدی، محمد عباسی صفحات 9-17
    در این مقاله، رفتار ارتعاشاتی غیرخطی میکروتیر میکروسکوپ نیرو اتمی دینامیکی در مد متناوب مورد تحلیل قرار گرفته است. ابتدا با استفاده از اصل هامیلتون و با بهره-گیری از معادلات ساختاری تنش-کوپل اصلاح شده، معادله حرکت و شرایط مرزی بدست آمده است. با توجه به ماهیت غیرخطی نیروی وارد بر نوک، از تئوری اغتشاشات برای حل معادلات غیرخطی استفاده شده است. سپس، روابطی برای فرکانس غیرخطی و فاکتور میرایی غیرخطی موثر بدست آمده است. همچنین، تاثیر خطای ناشی از مونتاژ غیر دقیق نوک در انتهای میکروتیر، بر روی رفتار ارتعاشاتی تیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تئوری تنش-کوپل اصلاح شده با نتایج حاصل از تئوری تیر کلاسیک مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که فرکانس غیرخطی و فاکتور میرایی غیرخطی پارامترهایی وابسته به اندازه می باشند. افزایش فاصله جدایی تعادلی بین نوک و میکروسکوپ، باعث کاهش تاثیر نیروهای جاذبه وان در والسی بر روی فرکانس غیرخطی شده، اما تاثیر آن بر روی فاکتور میرایی غیرخطی ناچیز است. همچنین با توجه به نتایج می توان نتیجه گرفت که افزایش فاصله بین نوک و سر آزاد تیر، می تواند تاثیر چشمگیری بر دقت میکروسکوپ در مد متناوب داشته باشد.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیرو اتمی دینامیکی، مد متناوب، فرکانس غیرخطی، فاکتور میرایی غیرخطی، تئوری تنش، کوپل اصلاح شده
  • سیروان فرهادی، حمیدرضا عنانی صفحات 18-28
    صوت یک موج فشاری است که در یک محیط الاستیک یا تراکم پذیر منتشر می شود. این موج فشاری می تواند توسط ارتعاشات یک سازه الاستیک که در تماس با محیط است، ایجاد شده باشد. در نتیجه می توان از موج منتشر شده برای گردآوری داده های مفیدی از خصوصیات هندسی و فیزیکی منبع صوتی استفاده نمود.
    در این مقاله یک ورق مستطیلی با شرایط مرزی ساده در نظر گرفته شده است که با استفاده از یک نیروی هارمونیک تحریک می شود و همچنین به یک دمپر ویسکوز متصل است. معادلات حاکم بر ارتعاش صفحه با استفاده از روش لاگرانژ استخراج گردیده است. سپس با استفاده از روش انتگرال گیری هلمهولتز و تبدیل فوریه به حل معادلات دینامیکی سیستم پرداخته و فشار آکوستیک در میدان های دور و نزدیک حول صفحه بدست آمده است. در ادامه با فرض ناشناخته بودن محل دمپر و محل اعمال نیروی خروجی، به روش معکوس،از فشار آکوستیکی ثبت شده توسط یک دسته میکروفون برای شناسایی محل تحریک ورق، محل دمپر و مسیرهای انتشار انرژی استفاده شده است. شبیه سازی های انجام شده کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهند. داده های بدست آمده می توانند برای پیشنهاد مکانیزم های مناسبی جهت جذب و میرا نمودن انرژی ارتعاشی مورد استفاده قرار گیرند.
    کلیدواژگان: آکوستیک، ارتعاشات ورق، مسیر انرژی
  • محمدرضا انصاری، ابراهیم سلیمی، بابک حبیب پور، پویان ادیبی صفحات 29-36
    در تحقیق حاضر، سرعت و تغییر شکل حباب هوا در مایع ساکن در شیب های مختلف و متوالی 5 تا 90 درجه نسبت به افق بررسی شده است. به این منظور، جریان دوفازی آب- هوا با استفاده از روش حجم سیال شبیه سازی عددی شده است. برای ردیابی سطح مشترک دو فاز از روش بازسازی سطح مشترک تکه ای خطی استفاده شده است. نیروی کشش سطحی با مدل نیروی سطحی پیوسته مدلسازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که بیشینه سرعت حباب در زاویه 45 درجه می باشد که با نتایج محققان پیشین تطابق دارد. در ادامه، حرکت حباب در دو شیب متوالی در حالت های مختلف شبیه سازی شده است. در محل تغییر شیب، بدلیل حرکت مایع تحت نیروی گرانش، یک گردابه تشکیل می شود. این گردابه باعث تغییر شکل و سرعت حباب می شود. گردابه در تغییر شیب کم به زیاد، موجب پخ شدن نوک حباب و کاهش سرعت آن شده و در تغییر شیب زیاد به کم، موجب تیز شدن نوک حباب و افزایش سرعت آن می شود. بیشینه سرعت متوسط حرکت حباب در دو شیب متوالی با شیب اول 60 و شیب دوم 30 درجه بدست آمد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، حباب، کانال شیب دار، روش حجم سیال
  • معصومه رئوفی، کیومرث مظاهری صفحات 37-46
    در چند سال اخیر موضوع آتش سوزی در تونل های بین شهری به یک نگرانی مهم تبدیل شده است. ایمنی در برابر آتش سوزی در حال حاضر به عنوان یکی از موضوعات مهم در طراحی تونل ها تبدیل شده است. به همین علت بسیاری از تونل ها به سیستم های تهویه طولی برای کنترل دود در صورت آتش سوزی مجهز هستند. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار منبع باز FDS آتش سوزی در یک تونل شبیه سازی شده است. هدف پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای هندسی روی سرعت بحرانی می باشد. برای مطالعه تاثیر پارامترهای هندسی، تاثیر شیب تونل و انسداد تونل، در اثر حضور خود روها در تونل، مورد بررسی قرار گرفته است. در کار حاضر سعی شده است تا تاثیر شیب های مثبت و منفی تونل روی رفتار دود و سرعت بحرانی در شرایطی که در تونل آتش سوزی رخ می دهد، مورد بررسی قرار گیرد. برای بررسی تاثیر شیب تونل، با انتخاب پنج شیب، رفتار دود مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که در شیب های مثبت، ستون دود به سمت خروجی تونل و در شیب-های منفی، ستون دود به سمت ورودی تونل منحرف می شود. همچنین، مشاهده شد که با افزایش شیب تونل از شیب های منفی به مثبت، سرعت بحرانی به صورت خطی کاهش می یابد. بررسی انسداد توسط وسیله نقلیه نشان داد که با افزایش درصد انسداد، سرعت بحرانی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آتش سوزی، تونل، سرعت بحرانی، شیب تونل، انسداد تونل
  • جلیل رضایی پژند، محمدحسین زاده صفحات 47-58
    در این مقاله، تحلیل فرکانسی صفحه ساندویچی هوشمند با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار می گیرد. این صفحه ساندویچی از دو لایه الاستیک کامپوزیتی با لایه های متعامد و یک لایه میانی الاستومر مگنتورئولوژیکال (MRE) تشکلیل شده است. الاستومر مگنتورئولوژیکال ماده ای هوشمند است که خصوصیات آن با اعمال میدان مغناطیسی قابل کنترل بوده و زمان پاسخ دهی آن به میدان مغناطیسی بسیار کوتاه است. از این ویژگی می توان به منظور بهبود رفتار یک سازه استفاده نمود. به منظور مدل سازی صفحه ساندویچی با لایه میانی الاستومر مگنتورئولوژیکال از یک مدول برشی مختلط برای نمایش رفتار ماده الاستومر استفاده شده است که رفتار پیش از تسلیم ماده الاستومر هوشمند را ارائه می دهد. در مطالعه کنونی، تاثیر پارامترهای مختلفی از قبیل شدت میدان مغناطیسی اعمال شده به لایه الاستومر، نحوه قرارگیری لایه ها در صفحات الاستیک موجود در دو طرف لایه هوشمند و شرایط مرزی مختلف روی فرکانس ها و ضرایب اتلاف مودال صفحه ساندویچی مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به بررسی های انجام شده، مشاهده می شود که با در نظر گرفتن مقادیر و شرایط خاص برای شدت میدان مغناطیسی، چیدمان لایه های کامپوزیتی و شرایط مرزی می توان به وضیت مطلوبی برای صفحه ساندویچی دست یافت، به گونه ای که نیازهای طراحی برآورده شود.
    کلیدواژگان: صفحه ساندویچی، الاستومر مگنتورئولوژیکال، تحلیل فرکانسی، المان محدود
  • هادی عبداللهی، روح الله پناهی لیاولی، رمضانعلی مهدوی نژاد، وحید زال صفحات 59-67
    در این تحقیق به بررسی قابلیت ماشینکاری قطعات متالورژی پودر خام و تف جوشی شده آهن-چدن خاکستری بازیابی شده پرداخته می شود. برای این منظور براده های چدن خاکستری با استفاده از روش آسیاب پاششی تبدیل به پودر شده و در ترکیب با پودر آهن تجاری برای تهیه قطعات متالورژی پودر مورد استفاده قرار گرفتند. خشته-های خام با متغیرهای درصد پودر چدن و فشار تراکم تهیه شدند. برای قطعات تف جوشی شده نیز طراحی آزمایش با روش رویه پاسخ و با متغیرهای درصد پودر چدن، فشار تراکم، دمای تف جوشی و زمان تف جوشی و هر کدام در پنج سطح انجام شد. تحلیل های رگرسیون و واریانس برای بررسی تاثیر پارامترهای ورودی، ارائه مدل های ریاضی و ارزیابی صحت مدل ها به کار رفتند. در بخش خام قابلیت ماشینکاری در عملیات سوراخکاری به صورت کیفی مورد بررسی قرار گرفت. در قطعات تف جوشی شده نیز قابلیت ماشینکاری از طریق اندازه گیری نیروهای محوری و گشتاوری و زبری سطح حاصل از عملیات سوراخکاری بررسی شد. نتایج به دست آمده صحت معادلات رگرسیون استخراجی برای پیش بینی خواص ماشینکاری این قطعات را تایید کرد. همچنین نتایج نشان دادند که افزودن پودر چدن خاکستری به دست آمده از روش آسیاب پاششی باعث بهبود قابلیت ماشینکاری قطعات متالورژی پودر پایه آهنی می شود.
    کلیدواژگان: قابلیت ماشینکاری، تف جوشی، آسیاب پاششی، متالورژی پودر، چدن خاکستری
  • مهدی وحدتی، رمضانعلی مهدوی نژاد، سعید امینی، امیر عبدالله، کارن ابری نیا صفحات 68-76
    مکانیزم فرآیند شکل دهی تدریجی بر اساس تغییرشکل پلاستیکی و موضعی ورق فلزی، می باشد. در این فرآیند، ورق فلزی با استفاده از ابزار سرنیمکروی واقع بر روی اسپیندل ماشین فرز CNC و مطابق مسیر تعریف شده، شکل دهی خواهد شد. مطالعه ی رفتار نیروی اعمالی به ابزار شکل دهی، به عنوان یکی از مهمترین موضوعات تحقیقاتی در این فرآیند می باشد. افزایش اندازه ی گام عمودی ابزار، قطر ابزار، زاویه ی دیواره و ضخامت ورق به همراه کاربرد ورق های فلزی و آلیاژی سبک وزن با استحکام بالا، منجر به افزایش نیروی اعمالی به ابزار شکل دهی، خواهد شد. در این مقاله، روند طراحی، ساخت و تست ابزار شکل دهی مرتعش به منظور توسعه ی فرآیند «شکل دهی تدریجی ورق فلزی به کمک ارتعاش اولتراسونیک»، ارائه شده است. نتایج حاصل از تحلیل مودال و آنالیز تجربی فرکانس طبیعی ابزار مرتعش، موید ظهور مود طولی ارتعاش و وقوع پدیده-ی رزونانس در ابزار شکل دهی، می باشد. در ادامه، تاثیر اعمال ارتعاش اولتراسونیک بر مولفه ی عمودی نیروی شکل دهی و پدیده برگشت فنری، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج تجربی حاصل از آزمون شیار مستقیم بر روی ورق فلزی Al 1050-O، نشان داد که انتقال و اعمال ارتعاش اولتراسونیک به ابزار شکل دهی در مقایسه با فرآیند متداول شکل دهی تدریجی، موجب کاهش میانگین نیروی اعمالی به محور ابزار شکل دهی و کاهش میزان برگشت فنری نمونه شکل دهی شده، خواهد شد.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، ارتعاش اولتراسونیک، تحلیل مودال، نیروی شکل دهی، برگشت فنری
  • محمود چهارطاقی، علی سررشته داری، علی محمد عواطفی نژاد صفحات 77-88
    در این مقاله خشک کن بستر سیال مجتمع پتروشیمی بندر امام به منظور بررسی عوامل موثر در بازده انرژی و اگزرژی، به صورت عددی مدل سازی و مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این کار از یک کد تجاری با روش مدل سازی جریان دو فاز اویلر-اویلر استفاده شده است. با توجه به اهمیت ویژه مقدار رطوبت در سیستم خشک کن و نحوه انتقال آن بین فازهای جامد و گاز، الگوریتمی عددی برای برآورد مقدار رطوبت موجود در هر فاز و مقدار تبادل یا انتقال آن بین فازها، در کد مذکور پیاده سازی گردید. اعمال این الگوریتم در کد مذکور منجر به تطابق قابل توجه بین نتایج حاصل از مدل سازی و نتایج برگرفته از عملکرد واقعی خشک کن شد. نتایج مدل سازی و تجربی نشان دهنده اختلاف حداکثری 1% در وضعیت رطوبت محصول خروجی از خشک کن می باشد. این مقدار اختلاف مبین بهبود قابل توجه مدل سازی اخیر در مقایسه با تحقیقات انجام شده در این حوزه می باشد. نتایج نشان می دهند که افزایش دبی جرمی و دمای ورودی هوا و آب گرم مبدل های حرارتی، منجر به کاهش بازده انرژی و اگزرژی شده است، درحالی که افزایش میزان دبی جرمی محصول، بازده را افزایش می دهد. به عنوان یک نتیجه عملی از نتایج این تحقیق و برای شرایط قابل اجرای فیزیکی در مجتمع پتروشیمی مذکور می توان با افزایش 15% شدت جریان جرمی محصول ورودی، بازده کلی خشک کن را از 62/38 % به 42% و بازده اگزرژی را از 16/35 % به 5/39 % افزایش داد؛ درحالی که رطوبت موجود در محصول نیز در این شرایط به میزان 18% کاهش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: خشک کن، بستر سیال، بازده انرژی، بازده اگزرژی
  • مهران کدخدایان، حسن ظفرمند صفحات 89-96
    در این مقاله به بررسی و تحلیل سه بعدی دینامیکی و انتشار موج تنش در صفحات ضخیم ساخته شده از مواد مدرج تابعی در برابر بار فشاری ناشی از ضربه پرداخته شده است. خواص مکانیکی ماده (مدول الاستیسیته و چگالی) در راستای ضخامت بطور پیوسته و بر اساس تابع توزیع توانی، متغیر و ضریب پواسون ثابت فرض شده است. معادلات حرکت بر اساس تئوری الاستیسیته سه بعدی بدست آمده اند و برای حل آن ها در دامنه فضا و زمان از روش المان محدود مدرج سه بعدی مبتنی بر فرمولاسیون انرژی رایلی-ریتز و روش نیومارک استفاده شده است. در بارگذاری دینامیکی فرض شده است که سطح فوقانی صفحه تحت بار فشاری است که با زمان بصورت خطی تغییر می کندکه سپس و بصورت ناگهانی در زمانی معین باربرداری می شود. بدیهی است که این باربرداری بصورت یک ضربه ناگهانی عمل می کند. در ادامه، پاسخ زمانی تغییر مکان در راستای ضخامت (خیز)، تنش ها در سه جهت و سرعت انتشار موج تنش به ازاء توان های مختلف ماده مدرج تابعی، شرایط مرزی گوناگون و نسبت های مختلف ضخامت به طول مورد مطالعه قرار گرفته است. روش ارائه شده توسط نتایج موجود در مقالات، اعتبارسنجی شده است و تطابق خوبی حاصل گشته است.
    کلیدواژگان: انتشار موج تنش، تئوری الاستیسیته سه بعدی، روش المان محدود مدرج سه بعدی، بار ضربه، مواد مدرج تابعی
  • رحیم شمس الدینی، محمد سفید *، روح الله فاتحی صفحات 97-105

    در این پژوهش، جریان اختلاطی در مخلوط کننده های دایروی و دوقلو با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم پذیر ضعیف بررسی می شود. در جهت رفع عیوب روش هیدرودینامیک ذرات هموار، بر اساس طرح پیشبین مصحح و با بکارگیری مصحح های پیشرفته تابع کرنل و همچنین استفاده از الگوریتم جابجایی ذرات یک الگوریتم نسبتا دقیق و خوش رفتار برای تحلیل مسائل با مرز متحرک ارائه می شود. این الگوریتم پس از اعتبار سنجی و بررسی برتری و مزیت های آن نسبت به سایر روش-های ذره ای، برای جریان اختلاطی در یک مخلوط کننده دایروی دوقلو بکار گرفته می شود. با بررسی مسیر های جریان اختلاطی به صورت کیفی، هندسه مناسب در جهت اختلاط سریعتر و بهینه پیش بینی می شود. علاوه بر بررسی جریان اختلاطی که به دلیل لاگرانژی بودن ماهیت روش SPH آسان گردیده، اثر جهت حرکت پره ها، شکل هندسی و عدد رینولدز بر میزان اختلاط نیز بررسی خواهد شد. بررسی ها نشان می دهد در حالیکه ضعیفترین عملکرد مربوط است به محفظه دایروی با دوران همجهت پره ها، محفظه دوقلو در حالت دوران همجهت پره ها می تواند بیش از 60% عملکرد اختلاط را نسبت به محفظه دایروی بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: روش هیدرودینامیک ذرات هموار، مخلوط کننده، محفظه دو قلو، محفظه دایروی
  • عباس پاک، حامد دیلمی عضدی، مهدی محمودی صفحات 106-114
    فرآیند شکل دهی افزایشی یکی از روش های شکل دهی است که به دلیل عدم نیاز به قالب خاص برای تولید قطعات با تعداد کم و نمونه سازی سریع مورد توجه قرار گرفته و تلاش های زیادی برای بهبود آن انجام شده است. یکی از روش های نوین بهبود فرآیندهای شکل دهی استفاده از نوسانات مافوق صوت (آلتراسونیک) است. هدف از این مقاله بررسی اثر اعمال نوسان آلتراسونیک به ابزار در فرآیند شکل دهی افزایشی است. برای این منظور ابتدا روابط تحلیلی نیرو در حالت معمولی اصلاح و استخراج شده سپس روابط تحلیلی نیروی شکل دهی با اعمال نوسانات آلتراسونیک بدست آمده است. سپس با طراحی، ساخت و اتصال کلگی شکل دهی افزایشی به کمک آلتراسونیک به دستگاه فرز CNC اثر نوسانات آلتراسونیک در فرآیند شکل دهی افزایشی بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده از روابط تحلیلی و مقایسه با نتایج عملی می توان تخمینی مناسب از تغییرات نیروی شکل دهی در فرآیند شکل دهی افزایشی معمولی و با اعمال نوسانات آلتراسونیک ارائه نمود. همچنین بر اساس نتایج آزمون های انجام شده نیروی شکل دهی با اعمال نوسانات آلتراسونیک در مقایسه با نیروی شکل دهی بدون آلتراسونیک بین 33 تا 63.5 درصد بستگی به شرایط آزمون کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: فرآیند شکل دهی افزایشی ورق های فلزی، نوسانات آلتراسونیک، نیروی شکل دهی، مدل تحلیلی نیروی شکل دهی
  • یاسر مصری، حمید نیازمند* صفحات 115-126

    پارگی آنوریسم آئورت شکمی در نتیجه مکانیزم نسبتا پیچیده همودینامیک جریان خون و نیروهای اعمالی در طول جداره شریان ایجاد می شود. در پژوهش حاضر، شبیه سازی عددی جریان خون در یک مدل تولید شده از اسکن های سی تی آنژیوگرافی یک بیمار مبتلا به آنوریسم آئورت شکمی که دارای ترومبوز درون مجرایی نیز می باشد، با درنظر گرفتن برهمکنش سیال-جامد، انجام گرفته است. دیواره رگ توسط دو مدل ماده ایزوتروپیک و غیرایزوتروپیک مدل سازی شده است. به طور خاص، این مطالعه اثر غیرهمگنی دیواره شریانی را با توجه به نوع ماده دیواره بررسی می کند. نتایج نشان می دهند که بر خلاف مطالعات بر مبنای محاسبات تنش جامد که پیک فشار سیستولی را به درون مجرا اعمال می کنند، در روش برهمکنش سیال-جامد، زمان رخداد پیک تنش دیواره در زمانی بین پیک سرعت و فشار سیستولی می باشد. همچنین نتایج نشان می-دهند که مدل های ماده ایزوتروپیک بر مبنای ضخامت دیواره یکنواخت، در مقایسه با ماده غیرایزوتروپیک بر مبنای ضخامت دیواره متغیر، تنش دیواره را به طور قابل ملاحظه ای کمتر پیش بینی می کنند. مکان پیک تنش در تمامی مدل ها، جایی بر روی دیواره خلفی نزدیک بیشینه قطر آنوریسم اتفاق افتاده است و گستره مکانی تنش های بالای دیواره در دیواره های با ضخامت متغیر، وسیع تر است. این امر به همراه بالاتر بودن مقادیر تنش ها، بیان می کند که خطر پارگی در دیواره با ضخامت متغیر، بیشتر از دیواره با ضخامت یکنواخت می باشد.

    کلیدواژگان: آنوریسم آئورت شکمی، تنش دیواره، پیک تنش، برهمکنش سیال، جامد
  • سجاد رشیدنژاد، کامبیز قائمی اسکویی، علی مقداری صفحات 127-136
    دراین مقاله بهینه سازی سینماتیکی مسیر، در فضای مفصلی روبات دو بازویه موازی در پیکر بندی های مختلف قفل شدن انجام شده است. برای هر یک از حالت های پیکر بندی یک مسیر در نظر گرفته شده است. پاسخ بهینه مسیر هر یک از مفاصل، با مینیمم کردن یک تابع هدف در کل مسیر محاسبه شده است. با توجه به تعداد افزونگی درجه آزادی در حالتهای مختلف پیکر بندی، حدس اولیه ای از متغیر ها در نظر گرفته شده و با استفاده از اصل مینیمم سازی پونتریگن و تعیین نوع شرایط اولیه حاکم بر سیستم، حدس اولیه اصلاح شده و جواب بهینه به دست آمده است. با توجه به جواب بهینه ی به دست آمده، برای هر یک از مفاصل مسیر بهینه نیز به دست آمده است. همچنین در هر یک از حالت های پیکر بندی، اندیس عملکرد بهینه به دست آمده است. همچنین معادلات سینماتیک مستقیم به عنوان قید های مسئله در نظر گرفته شده است.
    کلیدواژگان: دو بازویه موازی با قفل های بادامکی، بهینه سازی سینماتیکی، افزونگی درجه آزادی، اصل مینیمم سازی پونتریگن
  • امیر نوروززاده، رضا انصاری خلخالی، منصور درویزه صفحات 137-143
    تیرهای متحرک محوری بطور گسترده ای در صنایع مختلف حضور داشته و در بسیاری از مسائل مهندسی مکانیک از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در این مقاله، ارتعاشات اجباری غیرخطی تیر متحرک محوری تحت اثر نیروی هارمونیک و در محیط حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. از تئوری تیر تیموشنکو برای مدل سازی تیر متحرک محوری بهره گرفته شده است تا بتوان اثرات تغییر شکل برشی عرضی و همینطور اینرسی چرخشی را لحاظ کرد. معادلات غیر خطی حاکم بر رفتار سیستم با کمک اصل همیلتون استخراج شده اند. سپس این معادلات و شرایط مرزی مورد نظر با روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته و با استفاده از اپراتورهای ماتریسی مشتق گیر آن گسسته-سازی شده و معادلات مشتقات جزئی موجود به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده اند. به منظور مطالعه پاسخ فرکانسی سیستم از روش تعادل هارمونیک برای حل معادلات گسسته سازی شده استفاده گردیده است. همچنین پاسخ های زمانی تیر متحرک محوری با روش رانگ کوتا بدست آمده است. در یک بررسی موردی، تاثیر پارامترهای مختلف اعم از سرعت محوری، نیروی عرضی وارد بر تیر، ضریب میرایی و اختلاف دما در پاسخ های فرکانسی تیر متحرک محوری با شرایط مرزی تکیه گاه ساده در دو انتها بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که رفتار دینامیکی سیستم تحت تاثیر هر یک از عوامل ذکر شده تغیرات قابل توجهی از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تیر متحرک محوری تیموشنکو، ارتعاشات اجباری غیرخطی، محیط حرارتی، روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته، روش تعادل هارمونیک
  • محمدرضا انصاری، عبدالحسین دارمی زاده صفحات 144-150
    مدل سازی عددی جریانهای دوفازی تراکم پذیر یکی از موضوعات چالش برانگیز و مهم در مسائل کاربردی و تحقیقاتی به شمار می رود. در این مسائل اثرات متقابل شاک که به عنوان یک ناپیوستگی در خواص سیال به حساب می آید با فصل مشترک دو فاز به عنوان یک ناپیوستگی دیگر، سبب بروز مشکلاتی در حل عددی و تسخیر دقیق ناپایداری های فصل مشترک می شود. هدف از انجام این پژوهش، ارتقا دقت شبیه سازی عددی جریان های دوفازی با مدل دوسیالی پنج معادله ای است. بدین منظور از روش ماسل-هنکاک جهت ارتقا دقت روش عددی گودونوف و حلگر HLLC از مرتبه اول به مرتبه دوم استفاده به عمل آمد. از مزایای این شیوه می توان به افزایش دقت، کاهش نوسانات وکاهش دیفیوژن عددی اشاره نمود. به منظور صحت سنجی الگوریتم عددی و بررسی میزان کارایی آن، مسئله یک بعدی لوله ضربه دوفازی گاز-مایع و مسائل دوبعدی حرکت فصل مشترک مربعی در جریان یکنواخت و مسئله اندرکنش اصابت موج ضربه ای با ماخ 72/1 با حباب هوا دروناستخر آب شبیه سازی شده و نتایج عددی با دقت مرتبه 1 و 2 با همدیگر مقایسه شد. نتایج حاکی از آن است که به ازای دقت مرتبه 2، دیفیوژن عددی در فصل مشترک کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مدل دوسیالی، MUSCL، دقت مرتبه دوم، فصل مشترک
  • مهدی بامداد، همایون زرشناس صفحات 151-158
    در این مقاله یک ربات محرک کابلی در قالب راهکاری نوین با عملکرد توانبخشی معرفی می شود. افزایش کیفیت تعامل انسان و ماشین موجب پیدایش دستگاه های جدید در این حوزه شده است. تطابق دستگاه با مشخصه های فیزیکی انسان می تواند تعامل نیرویی و راحتی بیمار را بهبود بخشد به نحوی که توجه به میزان نرمی مفاصل در طول بازه حرکتی می تواند احساس بهتر برای بیمار ایجاد کند و در موفقیت برنامه توانبخشی بسیار موثر باشد. قسمت کلیدی کابل در این مکانیزم، امکان انتقال نیرو را فراهم می کند. به علاوه در طراحی ربات توانبخشی آرنج مزایایی چون ارزان و سبک بودن، ایجاد حرکت هموار، کاهش ابعاد موتورهای محرک در نظر گرفته شده است. در این مقاله روابط حاکم بر سیستم با محوریت مساله سختی بیان شده است. ارتباط میان پارامترهای توصیف کننده رفتار دینامیک مکانیزم با حرکت های نوسانی آرنج با دامنه و فرکانس های مختلف بررسی شده است. کارایی ربات توانبخشی آرنج از نظر روند تغییرات سختی مفصلی آزموده شده است. این مکانیزم به شکل پذیرفتنی رفتار دست انسان را از نظر تولید سختی مفصل مطابق پروتکل های توانبخشی شبیه سازی می کند. نین مکانیزمی به علت کیفیت شبیه سازی می تواند کاربردهای گسترده ای در حوزه پزشکی رباتیک داشته باشد.
    کلیدواژگان: توانبخشی، طراحی مکانیزم، محرک کابلی، سختی، مفصل آرنج
  • بهروز سپهری، مرتضی رامشی صفحات 159-165
    پلاک های ارتوپدی از ابزار های پرکاربرد در فرایند درمان شکستگی های استخوانی می باشند.با این حال استفاده از این پلاک ها بعلت تغییراتی که در الگوی طبیعی انتقال تنش ایجاد می نماید موجب کاهش دانسیته استخوان در دراز مدت می گردد. هدف از انجام این تحقیق ارائه نوع جدیدی از پلاک با سختی مدرج از نظر توزیع تنش میباشد. در کار حاضر، مدلهای المان محدود سه بعدی پلاک با سختی مدرج و پلاکهای رایج تیتانیومی و فولادی زنگ نزن با استفاده از نرم افزار آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته است. تاثیر عدم تماس بین پلاک و استخوان بر روی میزان تنش در استخوان نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از یک مدل سه بعدی واقعی استخوان که با استفاده از تصاویر سی تی اسکن پای چپ انسان بدست آمده، استفاده گردیده است. نتایج بیانگر آن بود که استفاده از پلاک با سختی مدرج منجر به کاهش استرس شیلدینگ در استخوان و باعث اعمال تنش فشاری بیشتری در استخوان شده که این امر منجر به تسریع در روند معالجه در مقایسه با پلاکهای تیتانیومی و فولادی زنگ نزن خواهد شد. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد که استفاده از پلاکهای بدون تماس، محیط مکانیکی مساعدی به منظور ترمیم شکستگی فراهم میکند.
    کلیدواژگان: ترمیم استخوان، استرس شیلدینگ، پلاک ارتوپدی، سختی مدرج، روش اجزاء محدود
  • محمود فرزانه گرد، میثم سعدی صفحات 166-174
    لوله گردبادی دوجداره لوله گردبادی معمولی است که اجازه عبور دوباره جریان از روی لوله گرم را می دهد و برای اولین بار در این مقاله معرفی می شود. جریان در این طرح جدید، پس از عبور از شیر مخروطی اجازه پیدا نمی کند تا از خروجی گرم خارج شود، بلکه مجددا از روی لوله گرم می گذرد و اتلاف حرارتی لوله گرم را افزایش می دهد. برای بررسی میزان جدایش دمایی که بوسیله لوله گردبادی دو جداره اتفاق می افتد، عملکرد این لوله گردبادی بصورت تجربی آزمایش و با عملکرد لوله گردبادی معمولی مقایسه شده است. آزمایش برای فشار ثابت 4 بار، با گاز طبیعی انجام می شود. نسبت طول لوله به قطر لوله گرم در هر دو نمونه لوله گردبادی 10 می باشد. قطر اریفیس سرد هر دو ژنراتور 4/6 میلیمتر است. مشاهده گردید عبور مجدد جریان از روی لوله گرم در لوله گردبادی دو جداره، بازده سرمایشی لوله گردبادی معمولی را 24% در نقطه حداکثر اختلاف دمای سرد بهبود بخشیده است. کسر جرمی سرد که در آن حداقل دمای سرد در لوله گردبادی دو جداره اتفاق می افتد کمتر از مقدار مربوط به لوله گردبادی معمولی می باشد.
    کلیدواژگان: لوله گردبادی دو جداره، ژنراتور، بازده سرمایشی، ضریب عملکرد گرمایی، کسر جرمی بهینه سرد
  • منیژه ذاکری، مهدی خوارزمی صفحات 175-184
    در این مقاله، اصطکاک در سطوح تماسی با توزیع زبری تصادفی در مقیاس نانو مدل سازی و شبیه سازی شده است. بدین منظور، ابتدا مدل اصطکاکی توسعه یافته AMM برای تماس سطوح تخت صاف/تخت زبر بر اساس مدل تماسی JKR، مدل اصطکاکی HK، و توزیع زبری تصادفی گرینوود-ویلیامسون یا GW استخراج شده است. طبق نتایج شبیه سازی، مدل اصطکاکی توسعه یافته AMM با در نظر گرفتن نیروهای سطحی مقیاس نانو، نیروی اصطکاکی بزرگتری را در مقایسه با مدل اولیه AMMپیش بینی می کند و از دقت بالاتری برخوردار است. در ادامه، مدل بدست آمده برای تعیین اصطکاک بین سطح کروی صاف/تخت زبر و نهایتا اصطکاک نوک سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی روی سطح زبر تعمیم داده شده و تاثیر پارامترهای هندسی سطح شامل انحراف معیار ارتفاع زبری ها و شعاع نوک قله زبری ها بر نیروی عمودی، نیروی اصطکاکی، و نهایتا ضریب اصطکاک نوک سوزن میکروسکوپ اتمی و سطح زبر بررسی شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهند که نیروی عمودی و نیروی اصطکاکی با افزایش مقدار انحراف معیار ارتفاع زبری ها افزایش می یابد، در حالی که ضریب اصطکاک با افزایش مقدار انحراف معیار کاهش پیدا می کند. بعلاوه، نیروهای عمودی و اصطکاکی و نیز ضریب اصطکاک با افزایش شعاع نوک برجستگی ها افزایش می یابند. همچنین، مشاهده می شود که تاثیر تغییرات انحراف معیار ارتفاع زبری ها بر متغیرهای اصطکاکی بیشتر از تاثیر تغییرات شعاع قله زبری ها می باشد.
    کلیدواژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی، مدلسازی، اصطکاک، سطوح زبر، توزیع تصادفی
  • محمدرضا قضاوی، مازیار محمد زاده صفحات 185-194
    ارتعاشات رشته حفاری مهمترین عامل تخریب رشته حفاری و کاهش بازده عملیات حفاری می باشد، یکی از عمده ترین علل ارتعاشات بیش از حد رشته حفاری، تماس رشته حفاری با دیواره چاه است، لذا تماس رشته حفاری در پژوهشهای متعددی مطالعه شده است. در واقع تماس رشته حفاری و دیواره چاه یکی از مهم ترین دغدغه های صنایع مرتبط با استخراج منابع نفت و گاز می باشد. در این تحقیق رفتار دینامیکی و ارتعاشات مدل المان محدود غیر خطی رشته حفاری در تماس با دیواره چاه مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن تمام طول رشته حفاری و با استفاده از مدل تیر تیموشنکوی سه بعدی، سختی هندسی شامل ترمهای غیر خطی و جرم افزوده شده ناشی از سیال حفاری در معادلات منظور و با در نظر گرفتن تماس رشته حفاری- دیواره چاه با استفاده از مدل ارتقاء یافته تماس که در آن سختی تماس از روابط تعادلی انرژی استخراج شده، مدلی کاملتر نسبت به تحقیقات گذشته ارائه شده است. معادلات حرکت رشته حفاری با استفاده از روش انرژی و معادلات لاگرانژ بدست آورده شده و برای استخراج نتایج از معادلات مرتبه کامل استفاده شده و تاثیر استفاده از مدل اخیر در تحلیل رفتار دینامیکی و ارتعاشات رشته حفاری مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تحلیل رفتار دینامیکی، رشته حفاری، مدل غیر خطی المان محدود
  • محمد مهدی رشیدی، محمد نصیری صفحات 195-203
    جوشش جریانی مادون سرد یکی از مسائل مهم در صنایعی همچون هسته ای و تولید نیرو است، زیرا با تحلیل آن اطلاعاتی در خصوص کسر حجمی بخار در روی دیواره و میزان شار حرارتی بحرانی به دست می آید. در کار حاضر تاثیر موجدار بودن کانال بر جوشش جریانی مادون سرد درون یک کانال قائم دو بعدی به صورت عددی بررسی شده و از روش حجم محدود و مدل دو سیالی برای مطالعه جریان استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که با افرودن نانو ذرات به سیال پایه قطر متلاشی شدن حبابها و کسر حجمی بخار روی دیواره کاهش می یابد ولی دمای دیواره بدلیل کاهش شار حرارتی تبخیر افزایش پیدا می کند. همچنین با افزایش دامنه سینوسی، کسر حجمی بخار روی دیواره و دمای دیواره افزایش می یابد. به دلیل ثابت بودن مقدار مومنتم جریان در عرض کانال، با افزایش دمای آب روی دیواره چگالی آن کاهش یافته و سرعت سیال در نزدیکی دیواره ها افزایش یافته است. هم چنین به دلیل تغییرات سرعت ناشی از تغییرات سطح مقطع کانال و به دنبال آن کاهش فشار موضعی جریان، کسر حجمی بخار در نزدیکی گلوگاه ها افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جوشش مادون سرد، مدل دو سیالی، کانال سینوسی، نانوسیال
  • علی جمالی، ایمان غلامی نژاد صفحات 204-208
    در این مقاله یک الگوریتم بهینه سازی چند هدفی بر اساس روش تکامل دیفرانسیلی با حفظ گوناگونی و فاصله یکنواخت نقاط بهینه پرتو ارایه شده است. در الگوریتم پیشنهادی برای حفظ تنوع و پراکندگی نقاط پارتو بدست آمده از بهینه سازی چند هدفی، زیربرنامه ε-elimination مورد استفاده قرار گرفته است. این عملگر با مقایسه دو کروموزوم، در صورتیکه فاصله آنها از یک مقدار حدی هم در فضای متغیر های طراحی و هم در فضای توابع هدف کوچکتر باشند، یکی از آنها را حذف می کند، که باعث حذف کروموزومهای مشابه از جمعیت خواهد شد. از الگوریتم پیشنهادی برای بهینه سازی دو مکانیزم متفاوت برای پنجه ربات استفاده شده است. توابع هدف در نظر گرفته شده برای بهینه سازی مکانیزم پنجه ربات اختلاف بیشترین و کمترین نیروی پنجه و نرخ انتقال قدرت بین نیروی محرک و نیروی سر پنجه می باشند. منحنی پارتو شامل نقاط غیر برتر برای هر مکانیزم ارائه می شود و نقطه مصالحه طراحی از بین نقاط پارتو پیشنهاد می شود. ابعاد هندسی دو مکانیزم به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده اند و توسط الگوریتم بهینه سازی چند هدفی برای عملکرد بهینه مکانیزم از دید توابع هدف انتخاب می شوند. با مقایسه عملکرد مکانیزمهای مورد بررسی مکانیزم بهینه انتخاب می شود. مقایسه نتایج با تحقیقات قبلی نشان دهنده بهبود قابل توجهی در توابع هدف می باشد.
    کلیدواژگان: تکامل دیفرانسیلی، بهینه سازی چند هدفی، پنجه ربات، مکانیزم
|
  • Reza Mohammadi, Milad Saeedifar, Mohammad Fotouhi, Cevat Teymuri, Mehdi Ahmadi Najafabadi Pages 1-8
    The AISI D2 steel is a high-chromium and high-carbon tool steel which has good mechanical properties such as high compressive strength and good through-hardening. Despite these advantages, fracture toughness of this steel is moderate. In this study, fracture toughness of AISI D2 steel was determined using Finite Element and Acoustic Emission methods. Selected steel (AISI D2 cold-work tool steel) was heat treated and tempered at different conditions. Then Compact testing specimens were prepared according to ASTM E399 standard and fracture toughness of the specimens was specified according to the standard method. The specimens were modeled in the commercial FE software (ABAQUS) and fracture toughness of the specimens was determined using FEM. Determination of fracture toughness using AE technique was carried out according to three
    Methods
    Acoustic Emission Energy Rate (AEER), Acoustic Emission Count Rate (AECR) and integral of sentry function. The results obtained from ASTM E399, Finite Element and Acoustic Emission methods were compared with each other. It was found that fracture toughness values which were obtained using AECR and integral of sentry function techniques are lower bound and the results obtained from FEM are upper bound values of the fracture toughness. Furthermore, fracture toughness values obtained using AEER were the most consistent with the results obtained from ASTM E399 standard method. Finally, it could be concluded that Acoustic Emission method can be used as a useful method for determination of fracture toughness of engineering materials.
    Keywords: AISI D2 steel, fracture toughness, Finite Element, Acoustic Emission
  • Ardeshir Karami Mohammadi, Mohammad Abbasi Pages 9-17
    In this study, the nonlinear vibration behavior of a dynamic atomic force microscope (DAFM) in the tapping mode is investigated. First, the governing differential equation of motion and boundary conditions for dynamic analysis are obtained by a combination of the basic equations of the modified couple stress theory and Hamilton principle. Regarding the nonlinear dynamics of the probe, perturbation technique has been used to solve the nonlinear equations. Afterwards, closed-form expressions for nonlinear frequency and effective nonlinear damping factor are derived. The effect of connection position of the tip on the vibration behavior of the microcantilever are also analyzed. The results obtained by couple stress theory are compared with those of classical beam theory. The results show that the nonlinear frequency and effective nonlinear damping factor are size dependant. According to the results, an increase in the equilibrium separation between the tip and the surface sample reduces the overall effect of van der Waals forces on the nonlinear frequency, but its effect on the effective nonlinear damping factor is negligible. The results also indicate that the change in the distance between tip and cantilever free end has a significant effect on the accuracy of the DAFM.
    Keywords: Dynamic Atomic Force Microscope, Tapping Mode, Nonlinear Frequency, Nonlinear Damping Factor, modified couple stress theory
  • Sirwan Farhadi, Hamid, Reza Anani Pages 18-28
    Sound is a wave pressure which propagates through an elastic or compressible medium. The pressure wave may be produced by vibrations of an elastic structure which is in contact with the medium. Therefore, the propagated wave may be used to collect some useful data about the geometrical and the physical characteristics of the sound source.In this study, a simply-supported rectangular plate stimulated by a harmonic force and attached to a viscous damper in specific locations, is considered. The governing equations of the plate are derived using Lagrange method. Then, these equations are solved employing Helmholtz–Kirchoff integral and Fourier transforms to measure near filed and far field scattered acoustic pressure. In the sequel, assuming the location of the damper and the applied force to be unknown, we have used the sound recorded by a microphone array to identify the force and the damper locations and also to find vibration stream lines, in a reverse manner. Numerical simulations confirm the applicability of the proposed method. The obtained data may be used to suggest proper mechanisms for absorption and damping of the vibration energy.
    Keywords: Acoustic, plate Vibration, Stream Line
  • Mohamadreza Ansari, Ebrahim Salimi, Babak Habibpour, Pouyan Adibi Pages 29-36
    In the present article, velocity and deformation of an air bubble have been considered in quiescent liquid at different consecutive slopes from 5 to 90 degrees in respect to horizontal condition. To establish these purposes, air-water two-phase flow has been simulated numerically by using volume of fluid method. The two-phase flow interface has been traced by using Piecewise Linear Interface Calculation (PLIC) method. Surface tension force was estimated by Continuum Surface Force (CSF) model. The simulation results show that maximum bubble velocity occurred at 45 degrees which is in agreement with the previous researchers result. Simulation of bubble movement was also continued to two consecutive slopes at different angles. At slope deviation location, a vortex was generated due to liquid movement governed by gravity forces. This vortex changes the bubble velocity as well as bubble shape. This vortex also reduces the bubble velocity and changes the bubble nose shape from sharp to flatten at deviation from low to high slope values. However, at deviations from high to low slope values, the bubble nose becomes more sharpened in addition to bubble velocity increase. The maximum average velocity of bubble movement at two consecutive slopes was obtained during the condition that the first and second slopes were set to 60 and 30 degrees, respectively.
    Keywords: Numerical Simulation, Bubble, Inclined channel, VOF method
  • Masoomeh Raoufi, Kiumars Mazaheri Pages 37-46
    Over the past few years the issue of fire in transport tunnels has become an important concern. Fire safety is now seen as being one of the important elements in tunnel design. For this reason, many tunnels are equipped with critical longitudinal ventilation systems to control smoke in the event of fire. In this study, tunnel fire simulation is done with open-source software FDS. Also, study on the critical velocity is done in tunnel fire. In this research, the effects of geometrical parameters on the critical velocity is studied. To investigate the effects of geometrical parameters, tunnel slope and tunnel blockage is studied. For the study on the effects of tunnel slope, propagation and behavior of smoke is studied for slopes between -10 and +10 degrees. In positive slopes of tunnel, fire plume is spread to the downstream of tunnel and in negative slopes of tunnel, fire plume is spread to the upstream of tunnel. It is observed that with increasing from negative slopes to positive slopes of the tunnel, the critical velocity decreases linearly with increasing tunnel slop. Tunnel blockage is studied for one vehicle and 30 vehicles. The results of study on vehicular blockage show that the critical velocity decreases with increasing percent of blockage.
    Keywords: Fire, Tunnel, Critical velocity, Tunnel slope, Tunnel blockage
  • Jalil Rezaeepazhand, Mohammad Hoseinzadeh Pages 47-58
    In the present study, the frequency analysis of a smart sandwich plate is investigated using the finite element method. The sandwich plate is consisted of a magnetorheological elastomer (MRE) layer between two cross ply composite elastic faces. MRE is a smart material with controllable properties and a short time response when subjected to a magnetic field. This property can be used for improvement of the dynamic behavior of the structure. To model the sandwich plate with MRE layer, a complex shear modules is used to show the pre-‌yield behavior of MRE layer. In this study, effect of imperative parameters are discussed. In the present paper, the effect of different parameters such as applied magnetic field, the stacking sequences of the cross ply laminated faces in the sandwich plate and applying different boundary conditions on the natural frequencies and modal loss factors of the smart sandwich plate with MRE is investigated. The results show that considering special value for magnetic field, the stacking sequences of the composite layers of the sandwich plate and the boundary condition of the sandwich structure can lead to the satisfactory design of the sandwich plate.
    Keywords: Sandwich plate, Magnetorheological elastomer (MRE), Frequency Analysis, Finite Element Method
  • Hadi Abdollahi, Rouhollah Panahi, Ramezan Ali Mahdavinejad, Vahid Zal Pages 59-67
    In this research, the machinability of iron-recycled grey cast iron powder metallurgy parts is investigated. For this purpose, grey cast iron swarfs were transformed to powders by target jet milling method and were then used to prepare powder metallurgy parts in combination with commercial iron powder. Green compacts were prepared with the variables of cast iron powder percentage and compaction pressure. Design of experiments was conducted by response surface method for sintered parts with the variables of cast iron powder percentage, compaction pressure, sintering temperature and sintering time each in five levels. Regression analysis and analysis of variance were used to investigate the effect of input parameters, develop the mathematical models and evaluate the validity of the models. In the green section, machinability was qualitatively investigated in drilling. For sintered parts, machinability was evaluated by measuring the thrust and torque forces and the obtained surface finish in drilling. The obtained results certificated the accuracy of the extracted regression equations for predicting the machining properties of the parts. Also, the results demonstrated that the addition of jet milled grey cast iron improves the machinability of iron-based powder metallurgy parts.
    Keywords: Machinability, Sintering, Jet milling, Powder metallurgy, Grey cast iron
  • Mehdi Vahdaty, Ramezan Ali Mahdavinejad, Saeid Amini, Amir Abdullah, Karen Abrinia Pages 68-76
    Incremental Sheet Metal Forming (ISMF) is based on localized plastic deformation. In this process, a hemispherical-head tool, controlled by a CNC milling machine, shapes a sheet metal according to a defined path. Study of the forming force is one of the most important topics in this process. Increasing of vertical step size, tool diameter, wall angle and sheet thickness together with using of high strength sheet metals and lightweight alloys, leads to an increase in the forming force. In this paper, the performance of a novel forming process, named Ultrasonic Vibration assisted Incremental Sheet Metal Forming (UVaISMF) has been investigated. The procedure of design, manufacture and test of vibratory forming tool, is presented. The occurrence of longitudinal mode and resonance phenomenon has been confirmed by the results of modal analysis and experimental test. Furthermore, the effect of ultrasonic vibration on the vertical component of forming force and spring-back has been studied. Aluminium sheet of grade Al 1050-O is used as a work material. Experimental results obtained from straight groove test, indicate that ultrasonic excitation of forming tool, will reduce the average of vertical component of forming force and spring-back in comparison to conventional process.
    Keywords: Incremental forming, Ultrasonic vibration, Modal Analysis, Forming force, Spring, back
  • Mahmood Chahartaghi, Ali Sarreshtehdari, Ali Mohammad Avatefinejad Pages 77-88
    In this paper in order to study of effective parameters on energy and exergy efficiency, the modeling and analysis of fluidized bed dryer of Bandar Imam Petrochemical Complex is performed. For do this paper the commercial code with Euler-Euler two phase flow modeling has been used. Due to the importance of moisture content in the dryer system and method transfer between solid and gas phases, a numerical algorithm for estimating moisture content in each phase and exchange or transfer between phases in the proposed the mentioned, implement the code. With applying this algorithm in the code led to considerable correspondence between the results of modeling and the results from the actual performance of the dryer. The difference between the modeling and the experimental results is maximum 1% that represents significant fitness with similar works. The results also express that increase in inlet air and heat exchanger hot water mass flow rates, reduce efficiency while increment in the mass flow rate and temperature of products increase the efficiency. The results of this research for the mentioned petrochemical complex show that with the 15 % increase in mass flow rate of inlet product, overall efficiency of the dryer rises from 38.62 % to %42 and exergy efficiency increases from 35.16 % to 39.5 % while the product moisture decreases 18%.
    Keywords: Dryer, Fluidized bed, Energy efficiency, Exergy efficiency
  • Mehran Kadkhodayan, Hassan Zafarmand Pages 89-96
    In this paper the three dimensional dynamic analysis and stress wave propagation in thick functionally graded plate subjected to impact loading is studied. Material properties (elasticity modulus and density) are assumed to vary continuously through the thickness direction of the plate according to a simple power law distributions and the Poisson’s ratio is assumed to be constant. The equations of motion are based on three dimensional theory of elasticity. The three dimensional Graded Finite Element Method (GFEM) based on Rayleigh-Ritz energy formulation and Newmark direct integration method has been applied to solve the equations in time and space domains. It is assumed that in dynamic loading the upper surface of the plate is subjected to a pressure load that varies linearly with time, and suddenly is unloaded at a specified time. This unloading acts as an impact loading. Afterward, the time histories of displacement through the thickness, stresses in three dimensions and velocity of stress wave propagation for different values of power law exponents, various boundary conditions and thickness to length ratios have been investigated. The obtained results are in agreement with available data in literature.
    Keywords: Stress Wave Propagation, Three Dimensional Elasticity Theory, Three Dimensional Graded Finite Element Method, Impact Loading, Functionally Graded Materials
  • Rahim Shamsoddini, Mohammad Sefid, Rouhollah Fatehi Pages 97-105

    In the present study, the mixing fluids flow in the twin and circular mixers is investigated by using an improved robust weakly compressible Smoothed Particle Hydrodynamics method. In order to remove the Smoothed Particle Hydrodynamics complications and according to a predictive corrective scheme, a robust modified algorithm which uses the advanced second order discretization, pressure velocity decoupling, kernel gradient corrections and shifting algorithm is offered. After the verification and validation of the present algorithm for the moving boundary problems, the present algorithm is applied for investigation of the mixing behaviors of the two-blade circular and twin chamber mixers. By investigation of the mixing paths, the proper geometry for the two-blade mixers is proposed and examined. The effects of the rotation direction of the blades, geometry and Reynolds number on the mixing rate are investigated. The results show that the twin chamber mixer can improve the mixing performance over 60% in comparison with the circular chamber mixer while the case with circular chamber and same direction rotation of the blades has the weakest performance among the cases which have been examined.

    Keywords: Smoothed Particle Hydrodynamics, Mixing, Twin chamber, Circular chamber
  • Abbas Pak, Hamed Deilami Azodi, Mehdi Mahmoudi Pages 106-114
    Incremental sheet metal forming process is considered as one of methods which able manufacturer to produce parts without dedicated die in low and rapid prototype production, and many researches have been done to improve it. Using of ultrasonic vibration is one of the modern approaches in forming processes which reduce friction and forming force. The purpose of this study is to investigate the effect of ultrasonic vibration applied to the tool in single point incremental sheet metal forming process. For this, first theory of single point incremental forming has been studied; its principle has been investigated and analytical relations have been modified then analytical relations in the case of applying ultrasonic are derived from those. To practical evaluation of applying ultrasonic to this process a set can be installed to the head of CNC milling machine is designed and manufactured. According to results of analytic compared to experimental results a reasonable approximation of forming force variation in normal single point incremental forming process and applying ultrasonic can be offered. Based on tests results forming force in applying ultrasonic compare to normal mode reduces between 33 to 63.5 percent depend on test circumstances.
    Keywords: Incremental sheet metal forming, Ultrasonic vibration, Forming force, Analytical model of forming force
  • Yaser Mesri, Hamid Nazmand Pages 115-126

    Rupture of abdominal aortic aneurysm is a result of the relatively complex hemodynamic forces that are exerted along the arterial walls. In the present study, numerical simulations of blood flow in a patient-specific model are performed employing the fluid-structure interaction method. The aneurysm model is reconstructed from CT angiographic scans from a patient diagnosed with abdominal aortic aneurysm, which also contains an intraluminal thrombus. Both isotropic and anisotropic material models are considered for arterial wall. In particular, the effects of arterial wall heterogeneity with respect to its material model are examined. Results indicate that unlike the computational solid stress method, which exerts the peak systolic pressure to the inner surface of the arterial wall, FSI method predicts the time of peak wall stress between the times of peak systolic velocity and pressure. Results also indicate that the isotropic material model with uniform wall thickness as compare to the anisotropic material model with variable wall thickness significantly underestimate wall stresses. The peak wall stress in all models are located somewhere on the posterior wall near the maximum diameter of AAA and the extent of the region of higher wall stresses are larger in models with variable wall thickness as compared to the uniform wall thickness. This fact along with the higher values of wall stress for variable wall thickness models, increase the rupture risk of the variable wall thickness model as compared to the models with uniform wall thickness.

    Keywords: Abdominal Aortic Aneurysm, wall stress, peak stress, Fluid, Structure Interaction (FSI)
  • Sajad Rashidnejhad, Kambiz Ghaemi Osgouie, Ali Meghdari Pages 127-136
    Kinematic trajectory optimization of the dual-arm cam-lock parallel robot in the different lock configuration has been done in this paper. A different path has been considered for each of lock configuration. The optimal trajectory of each joint has been calculated by minimizing an objective function in whole trajectory. According to the number of redundancy in the different configurations, an initial guess of the variables have been considered. Then the initial guesses have been modified and optimum results have been obtained by using Pontryagin’s minimum principles and determining the governing initial condition on the system. According to the optimal joint variable, optimal trajectory has been obtained for each of the joints. In all of the configurations, optimal performance index has been achieved. Also the direct kinematic equations have been considered as the constraints of the system.
    Keywords: Dual, arm cam, lock robot, Kinematic optimization, Redundancy, Pontryagin's minimum iprinciples
  • Amir Norouzzadeh, Reza Ansari, Mansour Darvizeh Pages 137-143
    Axially moving beams are extensively involved in various industries and have significant importance in many mechanical engineering problems. In this paper, the nonlinear forced vibrations of axially moving beam under harmonic force and thermal environment have been studied. In order to considering the effects of transverse shear deformation and rotary inertia, the Timoshenko beam theory has been used to model the axially moving beam. The nonlinear governing equations are derived with the help of Hamilton’s principle. Then the equations and boundary conditions are discretized through generalized differential quadrature method (GDQ) and its differential matrix operators, and accordingly the partial differential equations are converted into the ordinary differential equations. To study the frequency response of the system, the harmonic balance method is used. Also the time responses of the axially moving beam are obtained by the Runge-Kutta method. In a case study, the effects of various parameters such as the axial speed, transverse force acting on the beam, damping coefficient and temperature change on the frequency responses of the axially moving beam with both end simply supported boundary conditions are discussed. The results show that the dynamic behavior of system is significantly affected by any of the mentioned factors.
    Keywords: Axially moving Timoshenko beam, Nonlinear forced vibrations, thermal environment, Generalized differential quadrature method, Harmonic balance method
  • Mohamadreza Ansari, Abdolhossein Daramizadeh Pages 144-150
    Numerical modeling of compressible two-phase flow is a challenging and important subject in practical cases and research problems. In these problems, mutual effect of shock wave interaction creates a discontinuity in fluid properties and interface of two fluids as a second discontinuity lead to some difficulties in numerical approximations and estimating an accurate interface during hydro-dynamical capturing process. The objective of this research is to increase the accuracy of numerical simulation of two-phase flow using two dimensional five-equation two-fluid model. For this purposes, MUSCL strategy was used for increasing the Godunov numerical scheme accuracy from 1st order to 2nd order. The privilege of this method is high accuracy, low numerical oscillation and low numerical diffusion. The problems considered for the verification of the results are the water-air shock tube, a square bubble with moving interface in a uniform flow and a shock wave with 1.72 Mach having interaction with an air bubble in a water pool. The obtained numerical results showed that, the results that have been obtained by second order accuracy have less diffusion in the two-phase flow interface.
    Keywords: Two, fluid model, MUSCL, second order accuracy, interface
  • Mahdi Bamdad, Homayoon Zarshenas Pages 151-158
    In this paper, a cable actuated robot is introduced as a new rehabilitation approach. The quality improvement of human and machine interface has led to create a new device in this area. The interface between the robots with the physical characteristics of body can improve the interaction forces and the patient safety. Considering the joint compliance during the motion range can make the patient feel better and thus, bring success for the rehabilitation program. The key element "cable" makes the possibility of force transmission in this mechanism. Cable actuator is used in this project in order to achieve to maximum adaptation with elbow operation Moreover in the design of rehabilitation device, some advantages are regarded like the low-cost and light weight, smooth joint motion with adjustable stiffness, motor size reduction. The dynamic parameters related to the elbow behavior are described with amplitude and frequency investigating. The performance of the elbow rehabilitation device is examined. Stiffness variation of robot joint is effectively compatible with the elbow joint stiffness according to rehabilitation protocols. As the presented mechanism able to simulate elbow rehabilitation, it can be used more widely in the field of medical robotics.
    Keywords: Rehabilitation, Mechanism design, Cable actuated, Stiffness, Elbow joint
  • Behrooz Sepehri, Morteza Rameshi Pages 159-165
    Orthopedic plates are currently used in bone healing process. However they cause density loss because of the change in natural stress patterns.The aim of this study was to evaluate a newly developed bone plate using functional graded material in term of stress pattern. In the present study, 3D finite element models of tibial bone plate with variable stiffness of a graded material and traditional bone plates made of stainless steel and Ti alloy have been developed by using the ABAQUS software. Effects on the predicted stresses at the fracture site in the presence of a distance between the plate and fractured bone were also studied. For this purpose, a 3D model of tibia was created with the exact geometry of the real bone geometry by using CT scan images of a human left leg. Results showed that the bone plate with graded material offers less stress-shielding to the bone, providing a higher compressive stress at bone to induce accelerated healing in comparison with Ti alloy and stainless-steel bone plate. Results also showed that the use of non-contact plates provide a favorable mechanical environment for the following fracture healing.
    Keywords: Bone healing, Stress Shielding, Orthopedic plate, Stiffness Graded Plate, FEM
  • Mahmood Farzaneh Gord, Meisam Sadi Pages 166-174
    Annular vortex tube is a vortex tube which allows the hot flow pass again over the hot tube. It is introduced for first time in this work. Hot Flow is not allowed to exit after passing conic valve in annular vortex tube, but it is redirected over hot tube. This back flow absorbs heat from outer wall of hot tube. To study temperature separation which occurs in an annular vortex tube; the performance of this type of vortex tube has been experimentally tested and compared with the performance of a typical vortex tube. Inlet test pressure is 4 bars and natural gas is being used as working fluid. For both type of vortex tubes, ratio of length to diameter of tube is 10. Cold orifice diameter of vortex generator is set to 6.4 mm. It was observed that redirecting hot flow over the hot tube in annular vortex tube improves cooling efficiency up to 24% respect to a typical vortex tube at the maximum temperature difference. The results show that cold mass fraction in which the coldest temperature occurs is lower for annular vortex tube comparing with a typical vortex tube.
    Keywords: Annular vortex tube, generator, cooling efficiency, heating coefficient of performance, optimum cold mass fraction
  • Manizhe Zakeri, Mehdi Kharazmi Pages 175-184
    In this paper, friction of the contacted surfaces with random roughness distribution in nano scale has been modeled and simulated. So, firstly the modified friction model, AMM, was derived for the contact of the flat/rough surfaces based on the JKR contact, HK friction model and random distribution of Greenwood-Williamson (GW) model. The results show, modified AMM model predict higher friction force. It is more accurate than the earlier AMM model due to considering of the surface forces. Following, the obtained model was extended for evaluating of friction between a flat particle and the rough surface, and especially for the tip of the atomic force microscopic on the rough surface. Then the effect of geometric parameters of surface such as standard deviation of the asperities height and radius of the asperities peak on the friction between tip and rough surface was done. It was observed that normal load and friction force are increased with growing of the standard deviation of the asperities height while as the friction coefficient will be reduced. Furthermore, the normal load, the friction force, and also the friction coefficient are raised by increasing of the asperity peak radius. Finally, it was observed that variation of standard deviation of the asperity height has more influence on the friction than the radius of the asperity peak.
    Keywords: Atomic force microscopy, Modeling, Friction, Rough surfaces, Random distribution
  • Mohammad, Reza Ghazavi, Maziar Mohammadzadeh Pages 185-194
    Vibration of drillstring is the most important factor of its destruction and reduction in drilling operations efficiency. One of the main causes of excessive vibration of drillstring is drillstring-wellbore contact, therefore drillstring-wellbore contact has been studied in several researches. Indeed the contact behavior of drillstring and wellbore is of great concern to drilling companies in the oil and gas exploration industries. In this research, dynamic behavior and vibration of non-linear finite element model of a drillstring in contact with wellbore, has been investigated. By considering total length of drillstring, a three-dimensional timoshenko beam element is employed. In addition the geometric stiffening effect including nonlinear terms, the added fluid mass and the contact between drillstring and borehole wall has been considered using improved contact model with a more complete model than previous studies, that the stiffeness of contact determined form energy balance relations. The equation of motion of drillstring obtained using energy approach and lagrange’s equations and full order equations are used to drive the results. Coupling between various vibrations has been tested and the effect of recent model in analysis of dynamic behavior and vibration of drillstring have been evaluated.
    Keywords: Analysis of dynamic behavior, Drillstring, Non, linear FE model
  • Mohammad Mehdi Rashidi, Mohammad Nasiri Pages 195-203
    Subcooled flow boiling has many industrial applications such as nuclear engineering and energy generation. The study of the subcooled flow boiling provides a lot of information about the void fraction of vapor on the wall and also the critical heat flux. In this paper, the sub cooled flow boiling in a 2D vertical corrugated channel has been investigated numerically. The two-fluid model and the finite volume method have been used in this investigation. The obtained results show that with increasing of nanoparticles in the base fluid, the void fraction and bubbles departure reduced, However, the wall temperature increases due to heat flux evaporation decreases. Also, with increasing the wavy amplitude, the wall temperature and void fraction increases. that increasing the water temperature on the wall decreases its density and the fluid velocity increases in the vicinity of the wall because the momentum of the flow is constant in the transverse cross section of the channel. Furthermore, because of the variations of the velocity due to the variations of the channel's cross section, the void fraction of the vapor increases in the converging areas of the corrugated channel.
    Keywords: Subcooled boiling, Two, fluid model, Sinusoidal wavy channel, Nanofluid
  • Ali Jamali, Iman Gholaminezhad Pages 204-208
    In this paper, a new multi-objective differential evolution with a diversity preserving mechanism called the ε-elimination algorithms is used for the Pareto optimum design of gripper mechanisms. The ε-elimination diversity is used to improve the population diversity among the obtained Pareto front. In the ε-elimination diversity approach based on a threshold value all the clones or ε-similar individuals are recognized and simply removed from the current population. It should be noted that such e-similarity must exist both in the space of objectives and in the space of the associated design variables. The proposed algorithm has been used for two different configuration of robot’s gripper. The dimensions of mechanisms are considered as design variables and optimally selected by proposed algorithm to improve the efficiency of griper mechanism. Two conflicting objectives which are the difference between maximum and minimum gripping forces and the transmission ratio of actuated and experienced gripper forces, are considered for Pareto optimization. The best configuration of gripper mechanism is suggested by comparing of trade-off design points. The comparisons of the obtained Pareto front using the method of this paper with those obtained in other references shows a significant improvement.
    Keywords: Differential evolution, Multi, objective Optimization, robot gripper, mechanism