فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1394)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال پانزدهم شماره 2 (اردیبهشت 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/02/15
  • تعداد عناوین: 18
|
  • رضا نیرومند، محمدحسن سعیدی*، سیامک کاظم زاده حنانی صفحات 1-12

    امروزه شبیه سازی های کامپیوتری از جایگاه ویژه ای در بررسی عملکرد سیستم های حرارتی برخوردار شده است. دراین مقاله رادیاتور سیستم خنک کاری موتور دیزل لکوموتیو ایران سفیر شبیه سازی می شود. این رادیاتور از آرایش موازی و سری چند مبدل حرارتی فشرده که دارای پره های دندانه ای می باشند تشکیل شده است و دارای دو بخش دمابالا و دما پایین می باشد. باتوجه به پیچیدگی و فشردگی صفحات انتقال حرارت به کار رفته در رادیاتور، شبیه سازی در دو مرحله انجام شده است. در بخش اول رابطه ای برای ضریب انتقال حرارت سمت هوا و سمت سیال خنک کننده به کمک دینامیک سیالات محاسباتی همبسته سازی می شود. باتوجه به وقوع پدیده ی ریزش گردابه ها در آرایش دندانه ای پره ها، معادلات حاکم به صورت گذرا، در فضای دوبعدی حل شده است. گام زمانی مناسب برای حل گذرا باتوجه به مدت زمان جدایش گردابه ها از سطح انتخاب می شود. در بخش دوم با استفاده از کد محاسباتی که توسعه داده می شود، عملکرد حرارتی کلی رادیاتور به عنوان یک مبدل حرارتی شبیه سازی می شود. دراینجا توزیع دما درون رادیاتور و عملکرد حرارتی رادیاتور مورد بررسی قرار می گیرد. میزان حرارت دفع شده از رادیاتور در دبی های مختلف جریان سیال و همچنین دماهای سیال خروجی از رادیاتور از جمله خروجی های کد توسعه داده شده می باشد. در نهایت به کمک نتایج استخراج شده، منحنی عملکرد حرارتی رادیاتور بدست می آید.

    کلیدواژگان: رادیاتور، شبیه سازی، پره های دندانه ای، ریزش گردابه، منحنی عملکرد حرارتی
  • حمیده دل آرام، علی دستفان، محمود نوروزی * صفحات 13-24

    در این مقاله شبیه سازی سه بعدی انتقال حرارت برای یک نمونه تجهیز الکترونیک قدرت و سیستم خنک ساز آن پیاده سازی می شود. تجهیز یک اینورتر سه فاز توان بالا ساخت شرکت سمیکرن می باشد که کاربرد اصلی آن در وسایل نقلیه برقی و هیبریدی است. سیستم خنک ساز یک گرمابر دارای پره مستقیم مستطیلی با مقطع عرضی یکنواخت است که از طریق همرفت خنک می شود. عامل محدود کننده طراحی سیستم انتقال حرارت، بالا بودن دمای بیشینه تراشه ها و به عبارتی منابع حرارتی موجود در اینورتر با نام اختصاری IGBT می باشند. دمای IGBT ها برای جلوگیری از شکست حرارتی و مکانیکی تجهیز بایستی زیر C 125 باشد. یکی از اهداف اصلی، کاهش دمای بیشینه با طراحی دقیق چیدمان تراشه ها می باشد. طراحی ابعاد هندسی گرمابر، با توجه به محدویت حرارتی تراشه ها و مصالحه بین حجم مواد مصرفی و بازده گرمابر انجام می شود. پارامترهای هندسی مورد بررسی تعداد، ارتفاع و ضخامت پره ها و نیز ضخامت پایه گرمابر می باشند. تلفات توان منابع حرارتی با شبیه سازی در نرم افزار متلب و اطلاعات فنی ارائه شده از طرف شرکت سازنده به دقت محاسبه می شود. مدل حرارتی اینوتر و سیستم خنک ساز آن توسط روش اجزاء محدود پیاده سازی می شود. صحت مدل سازی حرارتی و توان اتلافی محاسبه شده، توسط نرم افزار سمیسل تایید می گردند. طراحی دقیق چیدمان باعث کاهش چشمگیر دمای بیشینه تراشه ها به مقدار C 20 می شود. بازده گرمابر با طراحی مناسب برای ضرایب انتقال حرارت W/m2.K 50، W/m2.K 75 و W/m2.K 100 به ترتیب با افزایش حجم 52/22%، 51/13% و 0%، به مقدار 35/10%، 67/16% و 51/27% نسبت به گرمابر اولیه افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: اینورتر قدرت، مدیریت حرارتی، طراحی چیدمان، طراحی ابعاد هندسی گرمابر، بازده گرمابر
  • سعید رضایی، مهدی سلمانی تهرانی صفحات 25-33
    در این مقاله کمانش الاستیک-پلاستیک متقارن صفحه دایره ای توپر با ضخامت متغیر، با فرض صفحه نازک و بر اساس دو نظریه نموی و تغییرشکل بررسی شده است. بارگذاری به صورت فشار یکنواخت روی لبه خارجی و شرایط مرزی لبه خارجی به دو شکل ساده و گیردار در نظر گرفته شده است. تغییر ضخامت صفحه در راستای شعاعی به شکل توانی فرض شده است. برای کمینه کردن معیار انتگرالی یگانگی پاسخ، بر پایه روش ریلی-ریتز، یک تابع حدس شامل تعدادی ضریب مجهول که شرایط مرزی هندسی را ارضا می کند، برای جابه جایی عرضی صفحه انتخاب شده است. آن گاه با جایگذاری تابع حدس در معیار پایداری و کمینه سازی انتگرال نسبت به ضریب های مجهول، یک دستگاه معادلات جبری همگن بر حسب ضریب های مجهول به دست می آید. برای داشتن پاسخ غیر بدیهی و با مساوی صفر قرار دادن دترمینان ماتریس ضرایب، بار بحرانی کمانش به دست می آید. به منظور ارزیابی تحلیل، نتایج در حالت ضخامت ثابت با نتایج مراجع پیشین مقایسه و سازگاری خوبی بین نتایج مشاهده شده است. آن گاه برای صفحه با دو جنس آلومینیوم تجاری و فولاد 1403، اثر اندازه و چگونگی تغییرات ضخامت صفحه و نیز نوع تکیه گاه بر بار بحرانی کمانش بررسی شده است. نتایج نشان می دهند در حالتی که ضخامت مرکز 10% از ضخامت لبه بیشتر باشد نسبت به حالتی که ضخامت مرکز 10% از ضخامت لبه کمتر باشد، بار بحرانی کمانش می تواند تا حدود 40% افزایش یابد.
    کلیدواژگان: کمانش الاستیک، پلاستیک متقارن، صفحه دایره ای توپر، ضخامت متغیر، روش ریلی، ریتز
  • حامد حسن پور، شقایق شجری، امیر راستی، محمدحسین صادقی * صفحات 34-40

    استفاده از سطوح پیچیده در صنایع گوناگون از جمله هوافضا و قالب سازی، رو به گسترش است. برای فرزکاری چنین سطوحی، توجه به فاکتورهایی از قبیل نوع استراتژی و پارامترهای ماشین کاری که همگی روی قابلیت ماشین کاری تاثیر گذار هستند، امری ضروری است. از اهداف این تحقیق، بررسی تاثیر استراتژی های مختلف و نیز پارامترهای مختلف ماشین کاری روی میکروسختی سطح نوعی سطح انحنادار (محدب) از جنس فولاد ضد زنگ 4903/1 است. ابزار بکار رفته، فرز انگشتی سرکروی با روکش TiN و استراتژی های استفاده شده، چهار روش خطوط موازی، آفست سه بعدی، مارپیچ و شعاعی می باشند. طراحی و تحلیل آزمایش ها با استفاده از روش تاگوچی انجام گردید. پارامترهای ورودی شامل سرعت برشی، نرخ پیشروی و فاصله بین مسیرهای ابزار بودند. پس از انجام آزمایش ها، سختی لایه سطحی نمونه های فرزکاری شده اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که مسیرهای مختلف ابزار تاثیر متفاوتی روی میکروسختی سطح فرزکاری دارند. فارغ از شرایط برش، سختی بعد از فرآیند، در تمامی استراتژی ها از سختی اولیه قطعه کار بیشتر بود. استراتژی مارپیچ دارای بیشترین و استراتژی شعاعی دارای کمترین مقدار سختی بودند. علاوه بر این، افزایش نرخ پیشروی، سرعت برشی و فاصله بین مسیرهای ابزار، سختی را افزایش داد و فاصله بین مسیرهای ابزار کمترین اثر را روی سختی داشت. بیشترین مقدار سختی نیز در شرایط سرعت برشی 180 متربردقیقه، نرخ پیشروی 18/0 میلیمتربردندانه و فاصله بین مسیر ابزار 7/0 میلیمتر گزارش شد که افزایش 56% را نشان می داد.

    کلیدواژگان: استراتژی های فرزکاری، میکروسختی سطح، طرح آزمایش تاگوچی، بافت سطح
  • علی شکیبا، مفید گرجی بندپی صفحات 41-52
    در این مقاله، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی نانوسیال مغناطیسی (آب و 4% اکسید آهن) در یک مبدل حرارتی دولوله ای مستقیم افقی، تحت میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع با شدت های متفاوت به صورت عددی بررسی شده است. فروسیال به عنوان سیال گرم درون لوله داخلی و هوا به عنوان سیال سرد در لوله بیرونی درنظر گرفته شده و هر دو سیال در رژیم جریان آرام با جریانی غیر همسو می باشند. میدان مغناطیسی ذکر شده توسط سیم حامل جریان الکتریسیته ایجاد می شود که به موازات طولی مبدل و در فاصله ای مشخص و نزدیک به لوله داخلی (بین دولوله) قرار می گیرد. از مدل تکفازی و روش حجم محدود برای حل این مسئله استفاده شده است. اثرات میدان مغناطیسی با نوشتن کدهایی به زبان C++، به معادلات حاکم بر جریان فروسیال در نرم افزار انسیس فلوئنت 14 اضافه شده است. اعمال میدان مغناطیسی غیریکنواخت متقاطع باعث ایجاد نیروی کلوین در جهت عمود بر جریان فروسیال می شود که پروفیل سرعت محوری را تغییر داده و در نهایت با ایجاد یک جفت گردابه، منجر به افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک پوسته ای و افت فشار فروسیال می شود. با مقایسه درصد افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و افت فشار مشخص می شود که مقدار بهینه عدد مغناطیس برای Re_ff=50 در محدوده Mn=1.33*10^6 و Mn=2.37*10^6 قرار دارد. درنتیجه با اعمال میدان مغناطیسی متقاطع غیریکنواخت ناشی از سیم حامل جریان الکتریسیته می توان جریان فروسیال را کنترل کرده و فرایند خنک کاری فروسیال در مبدل حرارتی دولوله ای را بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: فروهیدرودینامیک، فروسیال، مبدل حرارتی دولوله ای، میدان مغناطیسی
  • محمدرضا عرفانیان، محمد مقیمان صفحات 53-60
    در این مقاله مسئله ورود به آب یک پرتابه سه بعدی با دماغه نیم کروی با استفاده از روش آزمایشگاهی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل عددی یک مدل سه بعدی از پرتابه با دماغه نیمکروی و در شرایط شش درجه آزادی در نظرگرفته شده است. از الگوریتم کوپل اویلری - لاگرانژی برای در نظر گرفتن برهم کنش بین سیال و سازه (پرتابه) استفاده شده است. از طریق تماس اویلری - لاگرانژی، جسم لاگرانژی (پرتابه) می تواند با ماده اویلری (آب) برهم کنش نماید. همچنین از یک معادله حالت برای بیان رفتار هیدرودینامیکی ماده اویلری استفاده شده است. نتایج حل عددی هم با نتایج آزمایشگاهی موجود مربوط به سقوط کره در مقالات و هم با نتایج آزمایشگاهی کار حاضر که مربوط به پرتابه است، مقایسه شده است. آزمایش برای یک پرتابه با دماغه نیمکروی و در یک تانک آب مجهز به سیتم پرتابگر و دوربین سرعت بالا انجام شده است. نتایج شبیه سازی عددی شامل شکل حباب هوای تشکیل شده و مسیر حرکت پرتابه با نتایج آزمایشگاهی کار حاضر مقایسه شده است. تطابق خوب نتایج عددی و آزمایشگاهی دقت و کاربرد الگوریتم عددی را آشکار می کند. همچنین مشاهده گردید که لحظه وقوع جدایش حباب تابع بسیار ضعیفی از سرعت برخورد است ولی عمق جدایش با افزایش سرعت برخورد، به صورت خطی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ورود به آب، کوپل اویلری - لاگرانژی، پرتابه، لحظه جدایش حباب
  • دانیال قهرمانی مقدم، خلیل فرهنگدوست*، علی رستگار محمدآبادی، محمد رمضانی مقدم صفحات 61-71

    در این تحقیق، ساختار میکروسکوپی، سختی سطحی و تنش پسماند در ورق های آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 که به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و با سرعت های دورانی و پیشروی متفاوت ابزار، به صورت لب به لب به یکدیگر متصل شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به این که آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 دارای قابلیت عملیات حرارتی می باشد، نتایج آزمون سختی نمونه ها نشان می دهد افزایش سرعت دورانی و یا کاهش سرعت پیشروی ابزار، سختی را در ناحیه جوشکاری، کاهش می دهد. با استفاده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس، که یک روش غیر مخرب می باشد، تنش های پسماند در نمونه های جوشکاری شده، اندازه گیری شده است. شبیه سازی اجزا محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با روش مدل حرارتی و محاسبه حرارت تولیدی در حین جوشکاری، در نرم افزار آباکوس انجام گرفته است. مقایسه مقادیر تنش های پسماند حاصل از حل عددی با اندازه گیری های تجربی نشان می دهد، مدل عددی می تواند پیش بینی قابل قبولی از میدان تنش پسماند در اتصالات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارائه دهد.
    بررسی نتایج تنش های پسماند نشان می دهد، با افزایش سرعت دورانی و پیشروی ابزار، مقادیر تنش در ناحیه جوشکاری شده افزایش می یابد؛ که علت آن بالا رفتن گرادیان حرارتی در اثر افزایش سرعت دورانی، و کاهش افت سختی و مقاومت بیش تر در برابر تغییر شکل پلاستیک با افزایش سرعت پیشروی ابزار است.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، تنش پسماند، روش پراش اشعه ایکس، روش اجزا محدود، آلیاژ آلومینیوم 2024، T351
  • محمد خان محمدی، عیسی احمدی صفحات 72-80
    در این تحقیق ورق کامپوزیتی تحت بار خستگی ناشی از بار خمشی، با استفاده از تئوری کاهش استحکام مورد مدل سازی شده و اثر زاویه ی الیاف و چینش لایه ها در عمر خستگی آن مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا خیز ورق تحت بار خمشی با استفاده از تئوری ناویر برای شرط مرزی تکیه گاه ساده بدست آمده و توزیع تنش در لایه های کامپوزیت با استفاده از این حل استخراج شده است. سپس با استفاده از تئوری کاهش استحکام بروتمن و ساها، میزان کاهش استحکام و کاهش سفتی برای هر لایه در هر مرحله از بارگذاری، بدست آمده و مقادیر جدید بدست آمده برای استحکام و مدول هر لایه در سیکل بعدی بارگذاری مورد استفاده قرار گرفته است. این مراحل تکرار شده است تا سرانجام تک تک لایه ها در راستای الیاف و ماتریس شروع به خستگی و شکست نمایند. در این مرحله از تئوری قاعده ی کاهش ناگهانی برای مدل کردن شکست یک لایه از لایه های کامپوزیت استفاده شده است. در حل مساله، فرآیند شکست لایه ها تا زمان شکست ناگهانی کل ورق کامپوزیتی ادامه می یابد. با استفاده از این مدل میزان عمر خستگی تک تک لایه ها و اثرات شکست یک لایه بر رفتار لایه های دیگر تا رسیدن به شکست نهایی کل سازه مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت نتایج عددی عمر خستگی برای ورق کامپوزیتی از جنس گرافیت-اپوکسی با زوایای مختلف و چینش متفاوت لایه ها مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: ورق کامپوزیتی، بارخستگی خمشی، تئوری کاهش استحکام، عمر خستگی
  • حسن حسن زاده، محمد علی فرزاد صفحات 81-91
    در این مقاله، یک تک پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای با اصلاح داخلی و جریان همسو مدل سازی و بهینه سازی شده است. این تک پیل سوختی، جزئی از توده یک سیستم پیل سوختی است که جهت تولید همزمان حرارت و کار مورد استفاده قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، بقای ممنتوم، بقای انرژی و روابط الکتروشیمایی است که توسط نرم افزار gPROMS حل و به کمک داده های موجود در مقالات اعتبار سنجی شده است. در این مدلسازی، اثر کمیت هایی مانند ضریب مصرف سوخت، میزان هوای اضافی، درصد پیش اصلاح سوخت ورودی و غیره روی ولتاژ و توان خروجی همچنین راندمان های انرژی و اگزرژی پیل بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که در میان پارامترهای مختلف، درصد پیش اصلاح سوخت، اثر موثرتری روی عملکرد پیل سوختی دارد و با افزایش آن، توان، ولتاژ خروجی و راندمان انرژی افزایش می یابد. نقطه کاری بهینه پیل سوختی با سه تابع هدف توان خروجی، حاصلضرب توان خروجی در راندمان ولتاژ و حاصلضرب توان خروجی در راندمان انرژی تعیین شده است. نتایج همچنین نشان میدهند که نقطه بهینه در چگالی جریانی کمتر از چگالی جریان حداکثر توان است و در این نقطه، توان خروجی و راندمان انرژی با شرط کمترین اتلاف انرژی به ترتیب w/cm211 /1 و 42% و با شرط کمترین اتلاف اگزرژی به ترتیب برابر w/cm2 46/1 و 24% می باشند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی، اکسید جامد، صفحه ای، مدل سازی، بهینه سازی
  • کیومرث مظاهری، مسعود شفا، علیرضا علی پور صفحات 92-100
    کوره های صنعتی و نیروگاه ها با مصرف قابل توجه سوخت های فسیلی، نقش عمده ای در تولید آلاینده های هوا دارند. اکسید نیتروژن از جمله این آلاینده ها است. در تحقیق حاضر، اثر هندسه های مختلف در کاهش اکسید نیتروژن (NO) با روش کاهش انتخابی غیرکاتالیستی در دودکش کوره های صنعتی و نیروگاه ها، به صورت عددی بررسی گردیده است. در این روش، آمونیاک در محدوده دمای بین 1150 تا 1350 کلوین به درون دودکش تزریق شده و با واکنش باNO، گاز نیتروژن تولید می کند. هندسه مورد استفاده شامل دودکش استوانه ای به طول 500 سانتی متر و قطر پنج سانتی متر می باشد. چهار هندسه تزریق آمونیاک توسط یک نازل، دو نازل، چهار نازل و پاشش توسط یک حلقه در دور دودکش مورد بررسی قرار گرفته است. با بررسی میزان کاهش آلایندگی NO، مشاهده گردید که تزریق با یک نازل نسبت به سایر هندسه ها بازده کمتری در روش SNCR ایجاد می کند. همچنین در ادامه اثر افزایش طول دودکش نیز بررسی شده است. با افزایش طول دودکش مشخص گردید، این عامل تاثیر زیادی بر کاهش پدیده لغزش آمونیاک دارد. برای بررسی اثر زاویه نازل آمونیاک بر بازده SNCR، تزریق در زوایای 75- تا 75 درجه مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخص گردید با افزایش قدر مطلق زاویه نازل، بازده این پدیده کاهش می یابد. در نهایت تاثیر افزودن سپرک در مسیر جریان مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید با افزودن سپرک زمان و طول مورد نیاز برای انجام واکنش به دلیل اختلاط بهتر کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آلاینده NO، روش کاهش انتخابی غیرکاتالیستی، هندسه، زاویه نازل، سپرک
  • ایمان کریمی پور، احمد رضا کریمی پور، یعقوب طادی بنی صفحات 101-112
    در دهه اخیر مدل کردن ناپایداری سازه های نانویی علاقه مندان زیادی را درزمینه نانو مکانیک و مکاترونیک به خود جلب کرده است. سوئیچ های نانو مکانیکی اساس ساخت و طراحی سیستم های میکرو الکترومکانیکی مانند نانو عملگرها هستند. یک نوع معمول سیستم های میکرو الکترومکانیکی نانو تیرهای دو سر درگیر بوده که در آینه های میکرو استفاده می شود. در مقیاس نانو کاهش فاصله بین دو الکترود باعث ایجاد تعامل مولکولی نیروی واندروالس می شود که باید در طراحی و ساخت سیستم های نانو موردتوجه قرار گیرد. در این مقاله نظریه گرادیان کرنش برای پیش بینی ناپایداری ولتاژ کششی وابسته به اندازه نانو تیرها که شامل زیرمجموعه ای از سیستم های الکترومکانیکی هستند بکار برده می شود. نظریه کرنش غیرخطی ون کارمن برای به دست آوردن معادله حاکم غیرخطی بر تیر استفاده شده و نیز اثر نیروی واندروالس در معادلات حاکم در نظر گرفته شده است. روش تحلیلی پریشیدگی هوموتوپی برای حل معادلات غیرخطی سیستم بکار برده شد و اثر نیروی جاذبه بین مولکولی واندروالس و اثر وابستگی به اندازه و نیز اهمیت اثر توام وجود این دو پارامتر روی عملکرد ناپایداری سیستم، ازجمله خیز میانی ماکزیمم و ولتاژ ناپایداری موردبحث قرارگرفته است. بر اساس یافته های این تحقیق می توان نتیجه گرفت که نیروی بین مولکولی واندروالس ولتاژ ناپایداری را کاهش می دهد و پارامتر اثر اندازه در مقیاس های نانو منجر به افزایش پارامترهای ناپایداری ازجمله ولتاژ ناپایداری می گردد. همچنین روش پریشیدگی هوموتوپی می تواند به عنوان یک روش کارآمد برای تحلیل سازه های نانویی در مقیاس کمتر از میکرون مورداستفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: نیروی واندروالس، روش پریشیدگی هوموتوپی، اثر اندازه، نظریه گرادیان کرنش، ناپایداری کششی
  • بهرام بندشه، عبدالرحمان جامی الاحمدی صفحات 113-123
    ماهیت ناهمسان گرد دانه های موجود در بافت فلزات کریستالی سبب به وجود آمدن ناسازگاری بین دانه ها در هنگام تغییرشکل می شود. این پدیده با کوچکتر شده مقیاس تا حد میکرو و مزو، تشدید می شود. ناهمگنی موجود در تغییرشکل در مقیاس میکرو را با قوانین بنیادی تئوری پیوسته پلاستیسیته نمی توان مورد بررسی قرار داد. در این مطالعه رفتار تغییرشکل لغزشی فولاد ضدزنگ آستنیتی 316L در مقیاس های یاد شده با استفاده اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته مدل سازی شده است. فرمول بندی مدل ماده با استفاده از زیربرنامه UMAT به نرم افزار آباکوس معرفی شده است. اعتبارسنجی با استفاده از مقایسه نتایج حل به روش کریستال پلاستیسیته حاصل از آباکوس با نتایج تحلیلی حاصل نرم افزار متلب، انجام شده است. نتیجه مقایسه حاکی از تطابق خوب نتایج عددی و تحلیلی می باشد. در بخش دوم مدل سازی آزمون کشش روی نمونه فولاد ضدزنگ حاوی یک دانه به روش اجزاء محدود کریستال پلاستیسته انجام شده است و با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که رفتار تغییرشکل و موضعی شدن تک کریستال با روش پیشنهاد شده قابل پیش بینی بوده در حالیکه روش اجزاء محدود ماکرومکانیک از شناسایی این رفتارها ناتوان می باشد. در بخش پایانی، مدل پلی کریستال میکروساختار با تعداد 10 دانه تولید شد. با تعریف جهات کریستالی متفاوت برای مدل میکروساختار تولید شده، تحلیل اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته روی آن صورت گرفت. نتایج حاکی از غیریکنواخت بودن تغییرشکل در مقیاس دانه بندی است. همچنین با تغییر جهات کریستالی نمودار تنش-کرنش ماده در بخش پلاستیک رفتارهای متفاوتی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود کریستال پلاستیسیته، زیربرنامه UMAT، میکرومکانیک، فولاد ضدزنگ 316L، دانه بندی ورونوی
  • رضا کاظمی، شهرام آزادی، ناصر اسماعیلی، سید حامد طباطبایی اوره صفحات 124-134
    نگرفته است. حال آن که رفتار دینامیکی مناسب آن ها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. در این پژوهش بر مبنای یک مدل صفحه ای از خودروی مفصلی و با اتخاذ یک روش مناسب اهمیت این کمیت مورد بررسی قرار می گیرد. در این مقاله پس از آشنایی با پژوهش های پیشین، به تشریح مدل خودروی مفصلی می پردازیم. مدل انتخابی، یک مدل 14 درجه آزادی صحه گذاری شده از خودروی مفصلی است که دینامیک سویی خودرو را شبیه سازی می نماید. در مبحث تحلیل پایداری از روش صفحه فاز مبتنی بر مدل غیر خطی سه درجه آزادی خودروی مفصلی که درجات آزادی اصلی در حرکت صفحه ای را در بر می گیرد، استفاده می شود. در این بخش با ثابت در نظر گرفتن سرعت طولی خودرو به عنوان شرط بحرانی، به رسم صفحه فاز کشنده با دو متغیر زاویه لغزش جانبی و سرعت چرخشی خودروی مفصلی پرداخته و نواحی پایدار و ناپایدار را از یکدیگر تفکیک می نماییم. سیستم های فازی تخمین گر بر اساس مدل فازی تاگاکی سوگینو پایه ریزی شده اند و با توجه به نتایج حاصل از صفحه فاز یک محدوده پایدار برای حرکت خودروی مفصلی را ارایه می دهند. در نهایت با طراحی دو سیستم کنترلی پی-دی بر مبنای محدوده پایدار، جهت کنترل زاویه مفصل و زاویه لغزش جانبی، کاربرد صفحه فاز در بررسی پایداری را پررنگ تر جلوه می دهیم. در انتها تحلیل نتایج و تست روش بر مبنای مدل کامل خودرو ارایه می گردد.
    کلیدواژگان: خودروی مفصلی، زاویه لغزش جانبی، صفحه فاز، دینامیک سمتی خودرو، طراحی تخمین گر فازی
  • احمد قاسمی قلعه بهمن، سعید صلواتی صفحات 135-146
    در مطالعه حاضر، به منظور ارزیابی میدان جابجایی الاستیک و پس از آن پارامترهای شکست در مواد جامد الاستیک همگن ایزوتروپیک با وجود ترک های لبه ای و یا داخلی، از روش اجزاء محدود توسعه یافته و با تکنیک مجموعه تراز استفاده شد تا از معایب روش استاندارد اجزاء محدود جلوگیری شود. به منظور تعیین ضرایب شدت تنش و همچنین ضرایب ترم های مرتبه بالای ترک در حل سری مجانبی ویلیامز برای سازه های حاوی ترک در حالت های مختلف مود شکست از یک روش حداقل مربعات فرامعین و از طریق انطباق حل سری میدان جابجایی در اطراف نوک ترک بر تعداد زیادی از جابجایی های گره ای به دست آمده از روش اجزاء محدود توسعه یافته، استفاده شد. برای تایید و احراز صحت نتایج، چندین نمونه ترک دار در حالت های مختلف بارگذاری مود خالص اول، مود خالص دوم، و مود ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه ای که با نتایج موجود در مراجع بر اساس فرمول بندی های دیگر صورت گرفته، میزان کارآیی و سادگی این روش را نشان داده و قابلیت آن را در شناسایی دقیق ضرایب شدت تنش و ضرایب ترم های مرتبه بالاتر ترک به اثبات می رساند.
    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود توسعه یافته، روش حداقل مربعات فرا معین، ضرایب شدت تنش، بسط سری مجانبی ویلیامز
  • سید علیرضا معزی، منصور رفیعیان سیچانی*، سعید ابراهیمی صفحات 147-158

    در این تحقیق روشی جهت کنترل ربات موازی 3-RPR بر روی مسیری با وجود موانع متعدد در فضای کاری ربات موازی، ارائه می گردد. در ابتدای تحقیق مسیری هموار و با کمترین طول که برخوردی با موانع موجود در فضای کاری ربات 3-RPR نداشته باشد با استفاده از منحنی اسپلاین و الگوریتم بهینه سازی فاخته ایجاد و به عنوان مسیر مرجع تعقیب ربات مورد استفاده قرار می گیرد. سطح مقطع موانع دایره ای و مستطیلی فرض می شود. سپس برای مقایسه سرعت و دقت همگرایی الگوریتم فوق، نتایج همگرایی این الگوریتم با الگوریتم مشهور ژنتیک مقایسه می شود. همچنین نتایج همگرایی این الگوریتم توسط روشی صحه گذاری خواهد شد. در ادامه از روش کنترل مود لغزشی به عنوان سیاست کنترلی برای تعقیب مسیر این ربات موازی استفاده می شود. کنترل کننده مود لغزشی یکی از روش های کنترل مقاوم است و در این تحقیق تعدادی از پارامترهای دینامیکی سیستم ربات به صورت نامعین در نظر گرفته می شوند. نتایج بدست آمده از قسمت طراحی مسیر بهینه، عملکرد مناسب الگوریتم بهینه سازی فاخته را به خوبی نشان می دهد زیرا این الگوریتم توانسته با سرعت و دقت بالا به همگرایی برسد. همچنین مسیر طراحی شده با منحنی اسپلاین بدون برخورد با موانع تعریف شده تا حد امکان کوتاه شده است. علاوه بر این، با توجه به نتایج شیبه سازی های انجام شده مشخص می شود با وجود نامعینی های در نظر گرفته شده، روش کنترل مود لغزشی توانسته است فرامین مناسب برای کنترل سیستم را فراهم کند زیرا ربات موازی مورد نظر توانسته است با وجود نامعینی های تعریف شده، مسیر مرجع تولید شده را تعقیب کند.

    کلیدواژگان: ربات موازی سه درجه آزادی، تعقیب مسیر، الگوریتم بهینه سازی فاخته، الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، کنترل مود لغزشی، منحنی اسپلاین
  • محمدحسین پور، عبدالحمید گرجی ولوکلا، محمد بخشی صفحات 159-168
    آلیاژهای آلومینیوم دارای نسبت استحکام به وزن بالا و خواص ضدخوردگی مناسبی هستند. قابلیت شکل پذیری پایین در دمای اتاق، عیب عمده آن ها است. برای رفع این محدودیت، از عملیات شکل دهی گرم استفاده می شود. یکی از فرآیندهای شکل دهی، روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی می باشد که در حالت گرم تحقیقی بر روی آن گزارش نشده است. در پژوهش حاضر، پس از بررسی امکان شکل دهی آلیاژ آلومینیوم 5052 در فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی گرم، به مطالعه اثر فشار سیال، دما و سرعت فرآیند بر روی توزیع ضخامت و نیروی سنبه برای شکل دهی قطعه استوانه ای با کف تخت پرداخته شد. به منظور انجام تحلیل جامع، شبیه سازی فرآیند با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام گرفت. نشان داده شد که نتایج به دست آمده تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی داشته است. مشخص شد که افزایش فشار تا یک مقدار معین، باعث بهبود ضخامت می شود و نیروی سنبه افزایش می یابد. نیروی مورد نیاز سنبه با افزایش دما کاهش یافت ولی با تغییرات سرعت سنبه ثابت ماند. همچنین افزایش سرعت شکل دهی و کاهش دمای فرآیند نازک شدگی بیشینه را افزایش می دهد. به علاوه، شکل دهی ورق در دمای محیط، شرایط گرم غیرهم دما و هم دما مورد بررسی قرار گرفت. نشان داده شد که کاهش ضخامت بیشینه در حالت های گرم غیر هم دما و دمای محیط، کمتر از گرم هم دما بوده ولی نیروی بیشینه سنبه در حالت گرم هم دما کمتر می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژهای آلومینیوم، هیدروفرمینگ گرم، هیدرودینامیکی با فشار شعاعی، توزیع ضخامت، نیروی سنبه
  • علیرضا نداف اسکویی، حسین خدارحمی، مجتبی پاکیان بوشهری صفحات 169-178
    یکی از مهم ترین وسایل جذب انرژی ناشی از ضربه، لوله های دایروی هستند که در مدهای مختلف تغییرشکل پلاستیک، جذب انرژی می کنند. از مدهای تغییرشکلی که بیشترین جذب انرژی را دارد، مد کمانش پیشرونده ی دینامیکی است که تحت فروریزش محوری ایجاد می شود. در این مطالعه برخلاف اکثر تحقیقات قبلی که جاذب ها را به صورت شبه استاتیک بررسی می کنند، رفتار یک جاذب انرژی جدار نازک لوله ای که در نزدیکی دو انتها دارای فرورفتگی بوده و دو سر لوله نیز دارای سرپوش است تحت بار ضربه زن استوانه ای به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. برای انجام تست های تجربی از یک دستگاه ضربه زن سقوط آزاد استفاده شده است و در بخش عددی از توانایی های نرم افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که سرپوش باعث تقویت جاذب و در نتیجه جذب انرژی بیشتر در طول لهیدگی کمتر می شود و فرورفتگی بالا و پایین لوله باعث می شود نیروی ماکزیمم فروپاشی با تاخیر زمانی ایجاد شود. همچنین این جاذب ها دارای رفتار خطی در جذب انرژی نسبت به طول لهیدگی هستند و با افزایش وزن چکش تغییری در نیروی میانگین فروپاشی ایجاد نشده است. آزمایشی نیز جهت بررسی برخوردها با انرژی جنبشی مساوی انجام گرفت که با بررسی نرخ کرنش در چهار برخورد، مشاهده شد که به ازای کاهش 16/9% نرخ کرنش، 2/6% به طول لهیدگی اضافه شده است.
    کلیدواژگان: جذب انرژی، لوله های دایروی، کمانش پیشرونده، فروریزش الماسی
  • عارف نعیم زاد، یوسف حجت صفحات 179-186
    در این مقاله، یک گریپر مینیاتوری دو انگشتی انعطاف پذیربر پایه نانوکامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکال متخلخل با قابلیت تنظیم پیش بازشوندگی نوک فک طراحی و ساخته شده و چگونگی عملکرد آن مورد بررسی قرار می گیرد. ابتدا نانوکامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکال متخلخل با حساسیت بالا در مقابل تحریک مغناطیسی ساخته شد و سپس این ماده در طراحی و ساخت گریپر به کار گرفته شد. گریپر ساخته شده با اعمال جریان الکتریکی، اشیاء و اجسام کوچک و ظریف را برداشته و در هنگام رسیدن به موقعیت هدف، با کاهش جریان الکتریکی، آن را رها می کند. برای بررسی مغناطیسی، گریپر توسط نرم افزار Vizimag شبیه سازی گردید. در آزمایش ها اشیاء و اجسامی از جنس سرب، فوم، مقوا و قطعات ویفر سیلیکون استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که گریپر قادر است برای اجسامی که سطح نا منظم و نا صاف دارند، به طور موثری عمل برداشتن، نگه داشتن و رها کردن را انجام دهد. برای اجسام با ابعاد متفاوت، می توان با تنظیم فضای بین نوک فک ها عمل برداشت و رهاسازی را به طور مطلوب انجام داد. ننایج بررسی ها روی نمونه های اولیه ساخته شده نشان می دهند که مزیت این گریپرها، ساخت راحت تر، هزینه ی کمتر، وزن کمتر، حجم کوچکتر، مونتاژ ساده تر بوده و نیاز به استفاده از قید و بند های مرسوم مکانیکی ندارد. استفاده از این گریپر در سیستم های میکرو الکترومکانیکی به ویژه برای جابجای کردن قطعات حساس به خراش، اثر انگشت و فشار پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: گریپر، مینیاتوری، انعطاف پذیر_ نانوکامپوزیت، مغناطیسی رئولوژیکال
|
  • Reza Niroomand, Mohammad Hassan Saeedi, Siamak Kazemzadeh Hannani Pages 1-12

    Nowadays, computer simulations are becoming more and more important in performance investigation of thermal systems. In this article, radiator of cooling system of diesel engine of ER24PC locomotive is simulated. The radiator is composed of parallel and series arrangement of compact heat exchangers with offset strip fins. It also has two high and low temperature sections. Due to the complexity and compactness of heat transfer plates implemented in the radiator, the simulation is carried out in two steps. First, a relation for coolant-side and air-side heat transfer coefficient is correlated using computational fluid dynamics. Due to vortex shedding phenomenon in the staggered fin arrays, governing equations are solved transiently in two-dimensional space. Appropriate timestep for the transient solution is chosen according to time period of vortex shedding from the surface. In the second step, using the developed computational code, the overall thermal performance of the radiator is simulated as a heat exchanger. Consequently, temperature distribution inside the radiator and its thermal performance are studied. Amount of heat released from the radiator in different flow rates and temperatures of fluid flowing out of radiator are among the outputs of the developed code. Finally, thermal performance curve of radiator is obtained.

    Keywords: Radiator, Simulation, Offset Strip Fins, Vortex Shedding, Thermal Performance Curve
  • Hamideh Delaram, Ali Dastfan, Mahmood Norouzi Pages 13-24

    In this paper, 3-D simulation of heat transfer in a power electronic device and its cooling system is performed. The device is a high voltage three-phase inverter manufactured by Semikron Company which its main application is in electric and hybrid vehicles. Cooling system is a forced-air plate-fin heat sink. Limitation factor of designing heat transfer is maximum temperature of the inverter’s chips, heat sources, called IGBT. Maximum temperature of IGBTs should be below 125 ᵒC in order to avoidance of both the thermal and the mechanical failures. One of the primary objectives is the reduction of the maximum temperature by designing layout of chips. Also, the heatsink geometry design is accomplished with the consideration of the maximum temperature and tradeoff between both the usage material volume and the heatsink efficiency. Geometries are the number of fins, the fin height, the fin thickness and the base thickness of the heatsink. The power dissipation is estimated using datasheet information and output waveforms obtained from simulation in MATLAB. A thermal model of the inverter and its cooling system are simulated by using finite-element method (FEM). The accuracy of the thermal model and power dissipation estimation are verified by Semisel software. The maximum temperature is significantly reduced about 20 ᵒC by designing layout precisely. Also, the heatsink efficiency is increased 10.35%, 16.67% and 27.51% with the increase of the material volume about 22.52%, 13.51% and 0% for the heat transfer coefficient, 50, 75 and 100 (W/m2.K) by good design of the heatsink geometry, respectively.

    Keywords: Power Inverter, Thermal Management, Layout Design, Heatsink Geometry Design, Heatsink Efficiency
  • Saeid Rezaei, Mehdi Salmani Tehrani Pages 25-33
    In this paper, elastic-plastic symmetrical buckling of a thin solid circular plate of variable thickness, under uniform edge pressure, is investigated, based on both Incremental Theory (IT) and Deformation Theory (DT). Two kinds of simply supported and clamped boundary conditions have been considered. A power-law function was assumed for thickness variation. To minimize the integral uniqueness criterion, based on Rayleigh-Ritz method, transversal displacement was approximated by a test function which includes some unknown coefficients and satisfies geometric boundary conditions. Substituting the test function in the stability criterion and minimizing with respect to the unknown coefficients results in a homogeneous algebraic set of equations in terms of unknown coefficients. For non-trivial solution, the determinant of coefficient matrix should be equated to zero. Using this equation, critical buckling load is determined. The results of present study were compared with existing analytical solutions for circular plate of constant thickness and a good agreement was observed. This clearly shows the validity of presented analysis. Then the effect of thickness variation and boundary conditions type on the critical buckling load was investigated, for commercial aluminum and steel 1403 materials. The results show that when the thickness of circular plate center is 10% greater than its edge thickness the buckling load may increase up to 40% comparing with the circular plate for which the center thickness is 10% less than its edge thickness.
    Keywords: Elastic, Plastic Symmetrical Buckling, Solid Circular Plate, Variable Thickness, Rayleigh, Ritz Method
  • Hamed Hassanpour, Shaghayegh Shajari, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi Pages 34-40

    Employing of complex surfaces in different industries such as aerospace and die and mold is increasing. For milling of such surfaces, considering factors such as strategies and machining parameters which affect the machinability is necessary. The objective of this study is to investigate the effect of different strategies and machining parameters on microhardness of a typical curved surface (convex) of stainless steel 1.4903. The cutting tool used in this study was ball nose end mill coated TiN and the strategies employed were Raster, 3D-offset, Spiral and radial. Design of experiments was done using Taguchi method. The input parameters were cutting speed, feed rate and step over. After conducting experiments, surface layers hardness of milled samples were measured. The results showed that various tool paths have different influence on microhardness of milled surfaces. Regardless of cutting condition, surface hardness after machining in all strategies was more than the primary hardness of the workpiece material. Spiral strategy provided the most hardness and radial strategy the least hardness. In addition, increasing the feed rate, cutting speed and step over, rised surface hardness and step over had least influence on hardness. The most hardness magnitude was reported in cutting speed of 180 m/min, feed rate of 0.18 mm/tooth and step over of 0.7 mm which shows 56 % of increase.

    Keywords: Milling Strategies, Surface Microhardness, Taguchi Method, Surface Topography
  • Ali Shakiba, Mofid Gorji Pages 41-52
    This study attempts to numerically investigate the hydro-thermal characteristics of a ferrofluid (water and 4 vol%) in a counter-current horizontal double pipe heat exchanger, which is exposed to a non-uniform transverse magnetic field with different intensities. The magnetic field is generated by an electric current going through a wire parallelly located close to the inner tube and between two pipes. The single phase model and the control volume technique have been used to study the flow. The effects of magnetic field has been added to momentum equation by applying C++ codes in Ansys Fluent 14. The results show that applying this kind of magnetic field causes to produce kelvin force perpendicular to the ferrofluid flow changing axial velocity profile and creating a pair of vortices leads to increase the Nusselt number, friction factor and pressure drop. Comparing the enhancement percentage of Nusselt number, friction factor and pressure drop demonstrate that the optimum value of magnetic number for Re_ff=50 is between Mn=1.33*10^6 and Mn=2.37*10^6 So applying non-uniform transverse magnetic field can control the flow of ferrofluid and improve heat transfer process of double pipe heat exchanger.
    Keywords: Ferrohydrodynamics, Magnetohydrodynamics, Mixed convection, Ferrofluid, Double pipe heat exchanger
  • Mohammad Reza Erfanian, Mohammad Moghiman Pages 53-60
    In this study, the water entry problem of a spherical - nose projectile is investigated numerically and experimentally. For the numerical simulations, a three dimensional model of the projectile with six – degree – of – freedom rigid body motion is considered. A Coupled Eulerian - Lagrangian (CEL) method is employed for modeling fluid - structure interactions. Through Eulerian - Lagrangian contact, Eulerian material can interact with Lagrangian elements. Also, an equation of state model describes the hydrodynamic behavior of the material. The numerical results are well compared with the available experimental results of a falling sphere in the literature and also the experiments of the current study. The experiments are performed for a spherical-nose projectile in a water tank equipped with a launching system and a high speed camera. The simulation results such as air cavity shape and the projectile trajectory are compared with the presented experiment data. The good agreement observed between the numerical results and those of the experiments, revealed the accuracy and capability of the proposed numerical algorithm. Also it has been shown that the pinch – off time is a weak function of impact velocity, however, increasing velocity leads to a linear increase in depth of pinch - off.
    Keywords: Water entry, Coupled Eulerian, Lagrangian, Projectile, Pinch, off time
  • Danial Ghahremani Moghadam, Khalil Farhang Doost, Ali Rastegar Mohammadabadi, Mohammad Ramezani Moghadam Pages 61-71

    In this study, microstructure, microhardness and residual stress in the butt jointed friction stir welded aluminum alloy 2024-T351 plates with different tool’s rotational and traverse speed is studied. According to the 2024-T351 aluminum is a heat treatable alloy, Hardness test results showed that increasing rotational speed or decreasing traverse speed of the tool reduced hardness in the weld zone. Then, using standard X-ray diffraction, which is a non-destructive method, residual stress in the welded samples is determined.A thermal model of friction stir welding process is simulated by using finite element method in the ABAQUS software. Comparison of residual stress results that obtained from the numerical solution with experimental measurements show that, the numerical model can predict the residual stress fields in friction stir welding joints reasonably.The results show that, increasing rotational speed, cause to higher residual stress in the weld zone, due to generation the higher thermal gradient and also, The higher tool traverse speed will induce a greater high-stress zone with a higher stress value in the weld, because of, a lower heat input and result in the relatively harder metal in the weld zone, causes a greater resistance to the plastic extrusion.

    Keywords: Friction Stir Welding, Residual Stress, X-ray Diffraction, Finite Element Method, Aluminum Alloy 2024, T351
  • Mohammad Khanmohammadi, Isa Ahmadi Pages 72-80
    In this paper, a laminated composite plate, which was subjected to bending fatigue load, was modeled based on the strength degradation theory of the composites. Also, effects of the fiber directions in the layers and layer stacking on the fatigue life of the plate were studied. First, the governing equation of the laminate plate in bending was obtained by the Navier theory. Then, by solving the governing equation, the deflection and stresses in the plies of each layer were obtained. Finally, using the Brotman-Sahu strength degradation theory, reduction of strength and stiffness in each layer of the plate in each loading step was determined. The data which were obtained in each step were used to specify the data and material properties of the next solution step. This process was repeated until a fatigue failure in the fiber or matrix began in one or more layer(s). Using the sudden death theory and iteration of the solution process, the final fatigue life of symmetric laminates with various stacking and fiber direction was investigated. In the numerical results, the carbon/epoxy composite laminate with different layer stacking was studied.
    Keywords: Composite plate, Bending Fatigue Load, Strength degradation Theory, Fatigue Life
  • Hassan Hassanzadeh, Mohammad Ali Farzad Pages 81-91
    In this paper, a single solid oxide fuel cell with internal reforming and parallel flow is modeled and optimized. The single fuel cell is a part of a stack of fuel cell system used for cogeneration of heat and work. The governing equations including the conservation equations of mass, momentum, energy and electrochemistry relations are solved by gPROMS software and validated using the data available in literatures. The effect of quantities such as the rate of fuel consumption, the amount of excess air and the percentage of pre reforming of fuel on the power and the efficiency of the fuel cell were evaluated. The results show that the percentage of the fuel pre reforming on the performance of fuel cell is more effective than other parameters and the power output and energy efficiency increase with increase of it. Optimal working point of fuel cell with three objective functions (output power, the product of output voltage in voltage efficiency and output power in energy efficiency) has been obtained. The optimal current density is less than the current density of maximum power output. the optimal power output and energy efficiency with considering minimum energy dissipation are 1.11W/cm2 and 42% respectively and with considering minimum exergy are 1.46 W/cm2 and 24%, respectively.
    Keywords: Planar, Solid Oxide, Fuel Cell, Modeling, optimization
  • Kiumars Mazaheri, Masoud Shafa, Ali Reza Alipoor Pages 92-100
    Industrial kilns and power plants with high consumption of fossil fuels play a significant role in the production of air pollutants. Nitrogen oxide is one of these pollutants. In the present work, effect of different geometries on NO reduction in stack of industrial kilns and power plants is investigated numerically based on a selective non catalytic reduction (SNCR) method. In SNCR method, the NO reacts with ammonia which is injected into the kiln stack at temperature range of about 1150-1350 K and nitrogen is formed. In this study, a cylindrical stack with 500 cm length and 5 cm diameter is chosen similar to Ostberg experimental work. Four geometries for ammonia injection with one, two, four nozzles and by a ring around the stack have been studied. Numerical simulation of NO reduction by SNCR method shows that injection with one nozzle has lower efficiency than other injection geometries. Also effect of gas stack length on NO reduction has been investigated. The results show that increasing of stack length, has significant effect on ammonia slip reduction phenomenon. To investigate effect of ammonia injection nozzle angle on SNCR efficiency, nozzle angles between -75 to 75 degree were analyzed. Results show that the efficiency of this phenomenon decreases by increasing absolute value of injection nozzle angle. Finally, effect of baffle presence in mainstream has been studied. It is observed that and the required time and length for reaction decrease due to better mixing.
    Keywords: Pollution of NO, Selective Non catalytic Reduction (SNCR), Geometry, Nozzles angle, Baffle
  • Iman Karimipour, Ahmad Reza Karimipour, Yaghoub Tadi Beni Pages 101-112
    In recent decade, modeling the instability of nanostructures has attracted many attentions in nanomechanics. Nanomechanical switches are fundamental building blocks for the design of NEMS applications, such as nanotweezers and nanoscale actuators. One common type of NEMS including nano-bridge in micro mirrors is used. At nano-scales, the decreasing gap between the two electrodes makes surface traction due to molecular interaction such as van der Waals that must be taken into account in the analysis of NEMS. In this study, strain gradient theory has been used to investigate the size dependent pull-in instability of beam-type (NEMS)where is an inherent instability in them. The von-Karman nonlinear strain has been applied to derive the constitutive equation of the system. Effect of intermolecular force have been included in the nonlinear governing equations of the systems. Homotopy perturbation method (HPM) has been employed to solve the nonlinear equations. Effect of intermolecular attraction and the size dependency and the importance of coupling between them on the instability performance i.e. critical deflection and instability voltage have been discussed. According the findings of this research, one can conclude that intermolecular forces decrease pull-in voltage and size effect parameter in nano scale leads to increase of pull-in parameters. Also HPM method can be applied as efficient method to analyze beam type nano structures.
    Keywords: Van der Waals force, HPM, size effect, strain gradient theory, pull, in instability
  • Bahram Bandeshah, Abdorrahman Jaami Alahmadi Pages 113-123
    Grains in polycrystalline texture have anisotropic deformation nature. This cause material to show completely different behavior at meso and micro scale than they do at macro scale. To be specific, deformation at these scales is heterogeneous and cannot be modeled using constitutive equation in continuum plasticity. In this paper, in order to investigate deformation behavior of 316L stainless steel at micro scale a crystal plasticity finite element (CPFE) modeling system has been developed. The crystal plasticity equations were implemented in the ABAQUS/Implicit FE code through a user-defined material subroutine, UMAT. Verification was done through comparing the CPFE result against those obtained through implementing crystal plasticity formulation in MATLAB software. Comparison show good agreement between the analytical and CFFE result. Afterward, three dimensional simulation of tensile test on Stainless Steel type 316L is carried out using CPFE method and continuum macro mechanic FE. Deformation characteristic and localization behavior of single grain specimen at tensile test has been captured and predicted using CPFE method; on the other hand, macro mechanic finite element is unable of predicting localization and evolution of lattice at micro and meso scale. At the last part, a set of CPFE analysis are conducted on representative volume elements with 10 Grain and 5 set of different grain orientations. Results show a scattering in plastic part of stress-strain response of material with switching from one set of grain orientation to another set. It has been found that the material behavior at these scales is highly direction dependent.
    Keywords: Crystal plasticity FE modeling, UMAT, micro, mechanics modeling, Voronoi tessellation, representative volume element(RVE)
  • Reza Kazemi, Shahram Azadi, Naser Esmaeili, Seyed Hamed Tabatabaei Oreh Pages 124-134
    In articulated vehicle, the importance of adjustment or confinement of the side slip angle has not yet been investigated. However, their proper dynamic behavior is of great significance. In this research, based on a planar model of articulated vehicle and adopting a proper method, the significance of this quantity is examined. In this article, after a review of the literature, the articulated vehicle model is clarified. The selected model is a validated model of articulated vehicle with 14 degrees of freedom that simulates the vehicle’s directional dynamics. In the analysis of the stability, phase plane method based on the nonlinear model of articulated vehicle with three degrees of freedom is used, which includes the major degrees of freedom in planar motion. In this section, the traction phase plane is drawn via two variables, the side slip angle and the rotational velocity of the articulated vehicle by terms of constant longitudinal velocity of the vehicle as the critical condition and then stable and unstable zones are separated. Fuzzy estimator systems have been based on the Takagi-Sugeno fuzzy model and offer a stable range for the articulated vehicle’s motion according to the results from the phase plane. Finally, the application of phase plane in studying the stability would be magnified by designing two control systems based on the stable range, in order to control the articulation angle and the side slip angle. Eventually, the results are analyzed, and the method is tested based on the vehicle’s full model.
    Keywords: Articulated vehicle, Side Slip Angle, Phase Plane, directional Dynamic of the Vehicle, Fuzzy Estimator Design
  • Ahmad Ghasemi Ghalebahman, Saeed Salavati Pages 135-146
    In the present study, in order to evaluate the elastic displacement field and subsequently the fracture parameters within the isotropic homogeneous elastic solids with the edge or interior cracks, the extended finite element method with level set technique was used to avoid the disadvantages associated with the standard finite element method. An overdeterministic least squares method was utilized to determine the crack stress intensity factors as well as the coefficients of the higher order terms in the William's asymptotic series solution for structures containing crack in various modes of failure by fitting the series solution of displacement fields around the crack tip to a large number of nodal displacements obtained from the extended finite element method. For validating the results, several cracked specimens subjected to pure mode I, pure mode II, and mixed modes I/II loading were performed. Comparisons with results available from the literature obtained by the other formulations reveal the efficiency and the simplicity of the proposed method and demonstrate the capability of it to capture accurately the crack stress intensity factors and the coefficients of higher order terms.
    Keywords: Extended Finite Element Method, Overdeterministic Least Squares Method, Stress Intensity Factors, William's Asymptotic Series Expansion
  • Seyed Alireza Moezi, Mansour Rafeeyan, Saeed Ebrahimi Pages 147-158

    The present study aims to implement an approach for trajectory control of a 3-RPR parallel manipulator over a path with obstacles in the workspace. For this purpose, using the spline curves approach and based on the cuckoo optimization algorithm, a smooth reference trajectory with minimum length is generated in the workspace to avoid robot collision with obstacles. The performance and accuracy of the cuckoo optimization algorithm in converging to the optimal solution is then compared with the Genetic algorithm. In the next step, the robust sliding mode control technique is adopted for trajectory control of the robot in the presence of some uncertainties. These uncertainties usually include the links length and links mass of the robot. The obtained results confirm the demanded level of performance and accuracy of the cuckoo optimization algorithm. It is also observed that the optimal trajectory with minimum length is generated using the spline curves approach. In addition, it is concluded that based on the sliding mode control technique, the robot can follow the desired trajectory very precisely in spite of the presence of the uncertainties in length and mass of the robot's links.

    Keywords: Three degrees of freedom robot, path generating, Cuckoo Optimization Algorithm, genetic Optimization Algorithm, Sliding Mode Control, Spline Curve
  • Mohammad Hosseinpour, Abdolhamid Gorji, Mohammad Bakhshi Pages 159-168
    Aluminum alloys have high strength to weight ratio and Poor formability at room temperature is the main drawback of using these alloys. In order to overcome this limitation, the work material is formed at higher temperature. One of the forming processes is hydrodynamic deep drawing on which no relevant research has been reported in warm condition. In the present paper, after examining the formability of 5052 aluminum alloy in warm hydrodynamic deep drawing, the effect of media pressure, temperature and forming speed on thickness distribution and punch force in forming of flat-bottom cylindrical cups was investigated. In order to perform a complete investigation, the simulation of the process was established using ABAQUS software. It was illustrated that the results was in accordance with the experimental findings. It was also demonstrated that increasing the maximum oil pressure to a specified level could improve the thickness distribution and lead to increasing the punch force. The required punch force was decreased with increase in temperature but remained unchanged by punch speed variation. The maximum thickness reduction was decreased with increasing and decreasing of temperature and punch speed, respectively. Moreover, the forming of the sheet at room temperature, isothermal and non-isothermal warm forming processes was compared. It was concluded that the maximum thickness reduction in the formed part was less in the cases of cold forming and non-isothermal warm forming than the isothermal warm forming. But the required forming force is decreased in isothermal warm forming when compared with the other two conditions.
    Keywords: Aluminum alloys, warm hydro forming, hydrodynamic by radial pressure, thickness distribution, punch force
  • Alireza Naddaf Oskouei, Hossein Khodarahmi, Mojtaba Pakian Booshehri Pages 169-178
    One of the most important devices for absorbing energy of the impact is circular tubes which absorb energy in different modes of plastic deformation. But one of the most important modes of deformation is dynamic progressive buckling caused by the axial collapse. This mode has the most energy absorption. In this study, the behavior of thin walled tubes (with caps) which have a fossa near the end edges of the tube has been investigated in numerical and experimental way. This is the contrary to the previous researches on energy absorption which used the quasi-static form. To carry out experimental tests, a drop hammer machine has been used. In the numerical part, capabilities of Abaqus have been employed. The results show that caps improve energy absorption thus more energy is absorbed in less length crushing, and the up and down fossa of the tube causes the maximum collapse force occurred with a delay. Also these absorbers have a linear behavior in absorbing energy with respect to the crushing length and the average collapse force has not been changed by increasing the hammer weight. An experiment was done to assess the collisions with the same kinetic energy to study strain rates in four collisions. It was seen that a reduction of 16.9 percent in strain rate increases 2.6 percent of the crushing length.
    Keywords: Absorbing energy, Circular tubes, Progressive buckling, Diamond Collapse
  • Aref Naimzad, Yousef Hojjat Pages 179-186
    This paper deals with the design and fabrication of an adjustable, two fingers flexible miniature gripper based on porous magnetorheological nanocomposites having the adjustability of pre-openings of the jaw’s tips and its operational study in according to the performance. The fabricated gripper holds the small size and lightweight objects, maintain them and release them as required upon reducing the electrical current. The magnetic analysis has done and magnetic simulation has conducted using Vizimag software. The lead, condensed papers, foams and silicon wafer sheets were used as under experiments materials and it has been noticed that it is working properly to grip the things which has rough surfaces at all. For a greater objects, it can be adjusted through its tips as well. In this scheme, the magnetic actuation has been used because the magnetorheological nanocomposites is the most sensitive materials against the magnetic field. This type of grippers includes the simple montage, lower fabrication prices and owns lower volume as well as weight, and there will be no need to apply the classic mechanical linkage inside. This type of grippers are recommended for applications in the fields of the micro electromechanical systems, especially in the holding and transporting of sensitive work pieces against scratches, fingerprints and pressure.
    Keywords: Gripper, Miniature, Flexible, Nanocomposites, Magnetorheological