فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 8 (آبان 1394)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال پانزدهم شماره 8 (آبان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/08/28
  • تعداد عناوین: 46
|
  • آزاده گودرزی، حسین محمدی شجاع، بهداد هاشمیان صفحات 1-9
    در مطالعه حاضر، میدان الاستودینامیک ناشی از تفرق موج برشی الاستیک برون صفحه ای با فرکانس بالا توسط نانو حفره استوانه ای محصور در محیط الاستیک بینهایت، با در نظر گرفتن اثر تنش های کوپل به دست آمده است. در تئوری هایی که اثر تنش های کوپل را در معادلات پایه ای در نظر می گیرند، پارامتری از جنس طول به نام طول مشخصه ماده وارد محاسبات می شود و به این ترتیب این تئوری ها توانایی توصیف تاثیر سایز در مقیاس های میکرو و نانو را دارند. همچین، بر خلاف تئوری کلاسیک الاستیسیته که قادر به توصیف پراکنش موج در فرکانس های بالا نیست، پراکنش های مشاهده شده در آزمایش های عملی در این تئوری ها قابل توصیف می باشند. در این مطالعه، میدان الاستودینامیک اطراف حفره با در نظر گرفتن معادله حرکت و رابطه پراکنش موج و همچنین شرایط مرزی مناسب در دو تئوری ای که اثر تنش های کوپل را لحاظ کرده اند، به صورت تحلیلی به دست آمده است. همچنین ضریب تمرکز تنش دینامیکی اطراف حفره در این تئوری ها ارائه شده است و به عنوان موردهای خاص، نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی در تئوری کلاسیک الاستیسیته و ضریب تمرکز تنش استاتیکی در تئوری های تنش کوپل به دست آمده است. توسط مثال های ارائه شده در این تئوری ها، تاثیر فرکانس موج ورودی و همچنین نسبت طول مشخصه تنش کوپل به سایز سطح مقطع حفره روی میدان تنش، میدان جابجایی و ضریب تمرکز تنش دینامیکی در اطراف حفره بررسی شده و با نتایج حاصل از تئوری کلاسیک الاستیسیته مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: نانو حفره، تنش های کوپل، انتشار موج، طول مشخصه
  • محمد ریاحی، محمد صدیقی، حسن رحمانیان صفحات 10-18
    در این پژوهش مکانیزم طراحی شده برای قلمزنی ورق های فلزی بررسی عددی شده است، این مکانیزم شباهت زیادی به شکل دهی تدریجی ورق دارد، در این روش شکل دهی، ورق مقید شده و ابزار شکل دهنده با حرکت تدریجی خود، طرح موردنظر را روی ورق ایجاد می نماید. تفاوت اصلی مکانیزم طراحی شده با شکل دهی تدریجی معمولی عبارت است از: امکان کنترل انرژی و زمان ضربه و مقید کردن ورق به کمک ماده محافظ پشت آن، بجای گرفتن اطراف ورق. در این مکانیزم از سولنوئید جهت تولید حرکت ضربه ای استفاده شده است تا بتوان ضربه را کنترل نمود. با تحریک سولنوئید هسته به سمت مرکز سیم پیچ حرکت می کند. با کنترل ولتاژ می توان قدرت ضربه و با تغییر شیوه تحریک می توان سرعت ضربه را کنترل نمود. در این مقاله سولنوئید مورداستفاده شبیه سازی شده است. بدین منظور نرم افزار به کمک معادلات مغناطیس نیروی وارد بر هسته را بدست می آورد، سپس به کمک رابطه نیوتن که با یک معادله دیفرانسیل درجه دو خطی بیان شده است جابجایی هسته محاسبه می شود، برای ایجاد قابلیت جابجایی هسته، در مدل سازی از مش انعطاف پذیراستفاده شده است، برای صحت سنجی مدل آزمایشی صورت گرفته است که نیروی وارد بر هسته را در طول کورس به دست می آورد. هندسه نوک هسته یکی از پارامترهایی است که بر انرژی ضربه موثر است، ازاین رو زاویه مناسب برای نوک هسته بدست آمده است. ازآنجاکه جرم هسته قابل تغییر است تاثیر این پارامتر و سوراخ کردن هسته برای کاهش وزن آن مدنظر قرار گرفته است. درنهایت تاثیر پوسته دربرگیرنده سیم پیچ بر قدرت و انرژی ضربه بررسی شده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی ورق، ضربه زن مغناطیسی، قلمزنی، نمونه اولیه
  • مصطفی محمدیان، محمدحسین ابوالبشری صفحات 19-28
    سازه های ساندویچی سازه هایی هستند که با وجود وزن کم دارای استحکام قابل توجهی می باشند. پانل های ساندویچی با هسته های باز و منشوری گروهی از این سازه ها بوده که دارای ویژگی هایی منحصربه فرد هستند. نام گذاری این پانلها بر اساس تعداد موج های هسته (n) صورت می گیرد. در این مقاله از روش الگوریتم جستجوی گرانشی در بهینه سازی وزن این پانل ها با در نظر گرفتن قیود تسلیم و کمانش استفاده شده است. این الگوریتم از جمله الگوریتم های ابتکاری است که الهام گرفته از نیروی جاذبه و قوانین حرکتی نیوتن می باشد. برای کمینه کردن وزن پانل، ضخامت هسته و رویه و ارتفاع پانل به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان می دهد با افزایش بار در یک پانل معین، متغیرهای طراحی و وزن بهینه پانل افزایش می یابند. همچنین در یک بارگذاری مشخص، با افزایش تعداد موج های هسته، ضخامت هسته و رویه کاهش و وزن بهینه و ارتفاع پانل افزایش می یابند. دو پانل با 1=n و 2=n دارای وزن بهینه کمتر و کارایی سازه ای بهتر نسبت به سایر پانل ها می باشند. مقایسه نتایج بیانگر کارایی روش الگوریتم جستجوی گرانشی در بهینه سازی وزن این پانل ها و رسیدن به جواب های بهینه کمتر و سرعت همگرایی مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: پانل ساندویچی هسته منشوری، قیود تسلیم و کمانش، بهینه سازی وزن، الگوریتم جستجوی گرانشی
  • مجتبی دهقان منشادی، سعید اسفنده، علی اکبر دهقان، علی سعیدی نژاد صفحات 29-40
    در پژوهش حاضر میدان دنباله جریان عبوری از روی یک مدل زیردریایی در تونل باد به صورت تجربی بررسی شده است. این آزمایش ها در 4 صفحه متفاوت پایین دست مدل در موقعیت های 5/1و 25/1، 1، 85/0X/L= در عدد رینولدز 105×78/5 (بر اساس طول مدل) به وسیله یک پراب پنج حفره انجام شده است. در این پژوهش اثر عوامل مختلف مانند تغییر عدد رینولدز، نصب زبری مصنوعی بر روی سطح دماغه مدل، نصب قسمت های اضافه روی مدل و تغییر شکل دماغه بر روی میدان جریان دنباله بررسی شده است. نتایج این بررسی ها نشان داده اند که نصب زبری مصنوعی اثر چندانی بر روند کلی توزیع سرعت در ناحیه دنباله مدل نداشته است. همچنین با افزایش عدد رینولدز میزان افت سرعت در مرکز ناحیه دنباله مدل به علت کوچک شدن ناحیه جدایش جریان بر روی سطح پاشنه مدل،کاهش یافته است. حضور قسمت های جانبی بر روی سطح مدل باعث رشد مساحت ناحیه دنباله می شود. بررسی اثر تغییر شکل دماغه مدل زیردریایی بر میدان دنباله که از مهمترین نوآوری های این تحقیق بشمار می رود، نشان می دهد که حضور دماغه غیر تقارن محوری (مدل تانگو) بر روی مدل باعث می شود که سرعت در مرکز کانتور نسبت به حالتی که دماغه ها با شکل تقارن محوری (استاندارد و سابوف) روی مدل نصب هستند، افت بیشتری داشته باشد.
    کلیدواژگان: دنباله، مدل زیردریایی، پراب پنج حفره، تونل باد
  • امیر رزاززاده، رضا جعفری ندوشن، یونس برزگر، محمود فرزین صفحات 41-50
    روش نورد سرد لوله از فرآیندهای رایج تولید لوله بدون درز است. از مشکلات این روش ترک های ایجاد شده در لوله نهایی است. یکی از روش های پیش بینی و کاهش این ترک ها استفاده از شبیه سازی عددی فرآیند است. در این مقاله به شبیه سازی اجزای محدود آسیب در فرآیند پیلگر سرد به روش سه غلتک پرداخته می شود. در این شبیه-سازی جهت مشاهده ی آسیب از سه مدل آسیب شامل: معیار آسیب نرم لمتر، اصلاح شده لمتر و مدل آسیب تجمعی استفاده می شود. در کنار مدل های آسیب مذکور دو مدل کارسختی ترکیبی و همسان نیز مورد بررسی قرار می گیرد. با شبیه سازی عددی چند آزمایش متداول شکل دهی و مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی و عددی پژوهش های قبلی از صحت زیربرنامه های نوشته شده برای مدل های مذکور، اطمینان حاصل می شود. سپس نتایج حاصل از شبیه سازی فرآیند پیلگر سه غلتکه با نتایج پژوهش های مرتبط مقایسه شد که تطابق خوبی با آن ها داشت. شبیه سازی ها نشان می دهد هر سه معیار پیش بینی خوبی در مورد توزیع آسیب می دهند اما تفاوت قابل ملاحظه ای در میزان آسیب معیار لمتر و اصلاح شده لمتر، به دلیل لحاظ نشدن بسته شدن ترک ها در فشار در آسیب لمتر، وجود دارد. از دیگر نتایج بدست آمده کمتر بودن مقادیر آسیب حاصل از مدل های آسیب با کارسختی ترکیبی نسبت به همان مدل های آسیب با کارسختی همسان در شرایط یکسان می باشد. همچنین نتایج بدست آمده نشان دهنده شروع رشد ترک از سطح خارجی لوله می باشد.
    کلیدواژگان: نورد لوله سه غلتکه، شبیه سازی اجزای محدود، مکانیک آسیب
  • سیدسجاد موسوی نژاد سوق، غلامحسین برادران * صفحات 51-58

    قاب ها از سازه های پر کاربرد در صنعت به شمار می روند. آن ها برای تحمل انواع بار مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از خرابی های بزرگ در این سازه ها از یک یا چند ترک کوچک آغار می شود. با تشخیص به موقع ترک ها و تعویض یا تعمیر اجزای معیوب می توان از خرابی های بزرگ جلوگیری کرد.یکی از اثرات ترک ها ایجاد تغییر در مشخصه های دینامیکی و ارتعاشی سیستم می باشد. در این مقاله تشخیص ترک های سطحی در سازه قاب با توجه به تغییر در فرکانس های طبیعی مورد بررسی قرار می گیرد.. روش اجزاء محدود به عنوان روش محاسبه فرکانس طبیعی سازه ترک دار مورد استفاده قرار گرفته است. سپس با توجه به اختلاف فرکانس های طبیعی در سازه سالم و سازه ترک دار، با انجام حل معکوس، محل و عمق ترک تعیین شده است. برای حل معکوس، الگوریتم بهینه یابی کلونی مورچگان به کار گرفته شده است. در این مقاله، نشان داده شده است که هر چند مشخصه جابجایی فرکانس های طبیعی، ابزار موثری برای یافتن ترک در یک تیر مجزا به شمار می رود ولی این ابزار به تنهایی برای یافتن ترک در یک قاب کافی نیست و باید مشخصه های دیگری مانند تغییر در مودهای ویژه سیستم نیز مورد توجه قرار بگیرد.

    کلیدواژگان: قاب، ترک سطحی، فرکانس طبیعی، الگوریتم کلونی مورچگان پیوسته
  • حسن محمدی مجد، بهروز حسنی * صفحات 59-66

    در این تحقیق به بررسی تجربی تاثیر شکل هندسه پروفیل مته بر عملکرد و دوام مته الماسه پرداخته شده است. پس از یک مطالعه میدانی وسیع سه نمونه از مته های مورد استفاده در مناطق نفت خیز جنوب انتخاب گردید. هندسه پروفیل مته شامل بخش های مختلف راس، مخروط، دماغه، شانه و گیج می باشد که هر کدام از این بخش ها بر پایداری، نرخ نفوذ، قدرت تهاجمی و دوام مته اثرگذار است. بررسی تاثیر هندسه پروفیل مته الماسه مستلزم بدست آوردن دقیق این پروفیل می باشد لذا هندسه پیچیده مته های موردنظر توسط اسکن سه بعدی و تولید ابر نقاط استخراج گردید. سپس پروفیل چیدمان برنده ها تولید گردید. در بخش تجربی، آزمایش های میدانی در شرایط مشابه وزن روی مته، سرعت چرخشی، سرعت سیال و وزن گل حفاری در سه چاه مجاور در میدان نفتی اهواز، سازند آسماری انجام گرفت. میزان متراژ حفاری و نرخ نفوذ یعنی میزان حفاری در ساعت اندازه گیری شد و میزان خرابی مته ها با توجه به استاندارد IADCارزیابی گردید. نتایج حاصل از تست مته ها نشان دهنده تاثیر هندسه مته بر عملکرد و دوام مته های الماسه می باشد. انتخاب بهینه هندسه پروفیل مته می تواند سبب افزایش نرخ نفوذ، پایداری و دوام مته گردد.

    کلیدواژگان: مته الماسه، هندسه پروفیل، عملکرد، دوام
  • محمد طاهای ابدی، میلاد مجیدیان صفحات 67-74
    روش آزمایشگاهی برای تحلیل پاسخ گذرای ایزولاتور الاستومری تحت اثر بارگذاری ضربه استفاده می شود و مدل عددی برای تحلیل پاسخ ایزولاتور برای تعیین میزان نسبت انتقال و نمودار طیف پاسخ شوک در محدوده فرکانس تحریک ارائه می گردد. ایزولاتور الاستومری در مطالعه آزمایشگاهی به تیر رزونانسی متصل می شود که در اثر ضربه مکانیکی تحریک می گردد و شدت امواج ورودی و خروجی ایزولاتور با استفاده از حسگر شتاب در سه راستای عمود بر هم اندازه گیری می شود. مدل اجزای محدودی برای تحلیل پاسخ ضربه ایزولاتور ارائه می گردد که این مدل با استفاده از روش جمع آثار شکل مدهایی تحلیل می شود که فرکانس طبیعی آنها در محدوده فرکانس تحریک ایزولاتور است. با توجه به اهمیت پاسخ محوری ایزولاتور، مدل اجزای محدود برای تحلیل پاسخ محوری ایزولاتور تحت اثر بارگذاری ضربه استفاده می گردد. تعداد المان لازم برای تحلیل اجزای محدود، گام زمانی برای انتگرال گیری معادله حرکت و تعداد شکل مدها برای اطمینان از دقت شبیه سازی انتشار امواج بررسی شده و مقادیر بهینه آنها بر اساس همگرایی نتایج تحلیل انتخاب می شود. میزان افت شدت امواج تحریک در اثر عبور از ایزولاتور با توجه به ضریب میرایی آن در شکل مدهای مختلف در حوزه زمان و فرکانس تعیین می گردد. نتایج تحلیل مدل ایزولاتور در دو سطح مختلف بارگذاری ضربه نشان می دهد میزان افت و نمودار طیف پاسخ شوک محاسبه شده با نتایج آزمایشگاهی تطابق مناسبی دارد و از این مدل می توان عملکرد ایزولاتور را با توجه به شرایط تحریک ضربه پایه آن تحلیل و میزان افت دامنه شتاب و جابه جایی را در خروجی ایزولاتور تعیین نمود.
    کلیدواژگان: ایزولاتور الاستومری، ضربه، نمودار طیف پاسخ شوک، مطالعه آزمایشگاهی، تحلیل اجزای محدود
  • امیر حسین دوایی مرکزی، میلاد نظرآهاری صفحات 75-84
    شناسایی و تفکیک کشتی ها توسط سیگنال های دریافتی توسط میکروفون های درون آبی (هیدروفون ها)، بهویژه در بندرها تجاری پررفتوآمد، می تواند کاربردهای زیادی در مدیریت ترافیک در بندرها داشته باشد. بااینحال شناسایی و کلاسه بندی خودکار سیگنال های آکوستیکی دریافتی از سیستم سونار غیرفعال به علت تغییرات زیاد مشخصه های زمانی و فرکانسی سیگنال (حتی در شرایطی که سیگنال ها از یک منبع واحد دریافت شده باشند) مسئله ای چالشبرانگیز است. در این پژوهش الگوریتم شناسایی سیگنال های آکوستیکی مبتنی بر تبدیل فوریه، روش های کاهش بعد متنوع (آنالیز مولفه های اصلی و هم خانواده های آن (6 روش) و آنالیز تفکیک کنندگی و هم خانواده های آن (3 روش)) و با بهره بردن از روش های یادگیری توده ای (4 مجمع مختلف) با سه رده بند پرسپترون چندلایه، شبکه عصبی احتمالاتی و ماشین بردار پشتیبان ارائه شده است. با انجام آزمون های کارایی متعدد و متنوع، کارایی روش های مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته و مناسب ترین روش ها برای الگوریتم پیشنهادی گزینششدهاند. از این الگوریتم برای استخراج ویژگی، کاهش بعد و کلاسه بندی صدای هشت کشتی استفادهشده است. الگوریتم پیشنهادی بر روی سیگنال های واقعی و نیز نسخه آغشته به نویز (با نسبت های سیگنال به نویز 5-، 10- و 15-) آن ها تست شده است. نتایج نشان می دهند که نرخ کلاسه بندی صحیح الگوریتم پیشنهادی در نسبت های سیگنال به نویز 5-، 10- و 15- به ترتیب برابر 83/99، 06/97 و 56/83 درصد است.
    کلیدواژگان: سیگنال صوتی (آکوستیکی)، تبدیل فوریه گسسته در زمان، استخراج ویژگی، رده بند، یادگیری توده ای
  • میرمحمد موسوی نسب، میلاد سعیدی فر، مهدی احمدی نجف آبادی، حسین حسینی تودشکی صفحات 85-92
    علی رغم خواص مکانیکی بسیار مطلوب کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف، امکان ایجاد انواع خرابی ها در این مواد وجود دارد. جدایش بین لایه ای شایع ترین مکانیزم خرابی در چند لایه های کامپوزیتی بوده که تحت بارگذاری شبه استاتیکی و خستگی ایجاد می شود. هدف از پژوهش حاضر، بررسی رفتار مکانیکی و نشر آوایی جدایش بین لایه-ای در کامپوزیت های چند لایه شیشه/ اپوکسی تحت بارگذاری شبه استاتیکی و خستگی مود I است. بدین منظور، ابتدا نمونه های استاندارد با دو نوع لایه چینی تک جهته و بافته شده تحت بارگذاری شبه استاتیکی مود I قرار گرفته، رفتار جدایش بین لایه ای در نمونه ها بررسی شد و مقادیر چقرمگی شکست بین لایه ای آن ها تعیین گردید. با استخراج اطلاعات مناسب از آزمون شبه استاتیکی، نمونه ها تحت بارگذاری خستگی قرار گرفتند. سپس رفتار مکانیکی و نشرآوایی نمونه های تحت بارگذاری خستگی بررسی شد. رابطه ای خطی بین انرژی تجمعی نشرآوایی و رشد ترک خستگی ارائه گردید و با استفاده از رابطه حاصل منحنی رشد ترک خستگی با روش نشرآوایی پیش بینی شد. در ادامه، از روش نشرآوایی برای پیش بینی منحنی تغییرات نرخ آزاد شدن انرژی کرنشی و منحنی نرخ رشد ترک خستگی استفاده شد. نتایج حاصل از روش نشرآوایی مطابقت مطلوبی با نتایج حاصل از استاندارد داشت. نتایج این پژوهش، نشان می دهد که روش نشرآوایی می تواند به عنوان ابزاری مناسب برای پایش سلامت سازه های کامپوزیتی تحت انواع بارگذاری های شبه استاتیکی و خستگی به کار رود.
    کلیدواژگان: جدایش بین لایه ای، نشرآوایی، بارگذاری خستگی
  • کامل میلانی شیروان، مجتبی ماموریان صفحات 93-104
    در این مقاله انتقال حرارت و تولید آنتروپی جابجایی ترکیبی نانوسیال آب-آلومینا در یک محفظه مربعی در حضور میدان مغناطیسی مورد بررسی عددی قرار گرفته است. دیواره های بالایی و پایینی محفظه عایق می باشند. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل بطور همزمان حل شده اند. در این مقاله اثر پارامترهایی چون عدد رایلی (103- 106)، عدد هارتمن (0- 100) و زاویه چرخش محفظه مربعی و میدان مغناطیسی (0- °90) بررسی شده است. نتایج نشان می دهند در حالت محفظه چرخانده شده، عدد ناسلت و تولید آنتروپی کل با افزایش عدد رایلی افزایش می یابد. در یک عدد هارتمن ثابت با افزایش زاویه چرخش تا زاویه °30، عدد ناسلت و تولید آنتروپی کل افزایش یافته و سپس کاهش می یابد. در حالت میدان مغناطیسی چرخانده شده، عدد ناسلت متوسط با افزایش عدد هارتمن کاهش می یابد. مقدار عدد ناسلت متوسط در حالتی که محفظه مربعی تحت زوایای معین چرخانده شده است نسبت به حالتی که میدان مغناطیسی اعمالی بر محفظه ثابت در زوایای مختلف چرخانده شده است دارای مقادیر کوچکتری می باشد. در ادامه برای بررسی حالت بهینه انتقال حرارت، از یک شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده است. نتیجه حاصل از بهینه سازی نشان می دهد با افزایش عدد رایلی، زاویه بهینه کاهش می یابد. این کاهش در زاویه بهینه با افزایش عدد رایلی شدت بیشتری می گیرد. از طرف دیگر در اعداد رایلی پایین با افزایش عدد هارتمن، زاویه بهینه ابتدا کاهش یافته و سپس افزایش می یابد. همچنین در اعداد رایلی بالا هر چه عدد هارتمن افزایش یابد زاویه بهینه نیز افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: نانو سیال، میدان مغناطیسی، جابجایی طبیعی، تولید آنتروپی، بهینه سازی زاویه چرخش
  • یوسف همتی، روح الله رفعی* صفحات 105-115

    پدیده پخش و نشست ذرات نانو و میکرو در جریان آشفته در چند دهه گذشته مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، پخش و نشست ذرات در جریان آشفته تراکم ناپذیر دوفازی گاز- ذره در داخل کانال دوبعدی دارای زبری مصنوعی (برجستگی های منظم) مستطیلی با استفاده از روش اویلری- لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان فاز گاز با استفاده از مدل آشفتگی RSM با تابع بهبودیافته دیواره شبیه سازی شده است. اعتبارشبیه سازی جریان فاز گاز با مقایسه نتایج آن با داده های تجربی موجود برای جریان آشفته توسعه یافته در یک کانال نامتقارن بررسی شده است. ردیابی ذرات در فاز گسسته با استفاده از مدل لاگرانژی انجام شده است. معادله لاگرانژی حرکت ذره شامل نیروی درگ، نیروی گرانش، نیروی بالابر سافمن و نیروی براونی می باشد. اعتبارسنجی شبیه سازی حرکت ذرات با مقایسه بین نتایج حاضر با معادلات تجربی و نتایج معتبر قبلی برای حرکت ذرات داخل یک کانال دوبعدی صاف انجام شده است. نتایج شبیه سازی فاز گاز نشان می دهد که با افزایش ارتفاع زبری مصنوعی، گردابه های ایجاد شده در فضای بین دو زبری بزرگتر می شود. نتایج فاز ذرات نشان می دهد که مقادیر رسوب در کانال های دارای زبری مصنوعی، تابع دو عامل نیروی گرانش و الگوی جریان گاز در فضای بین دو زبری می باشد. مقادیر رسوب برای ذرات سبک، بیش تر تابع الگوی جریان در فضای بین دو زبری می باشد و با بزرگتر شدن ذرات، اثر الگوی جریان کمتر و اثر نیروی گرانش بیش تر می شود.

    کلیدواژگان: جریان دوفازی، زبری مصنوعی، نشست ذرات، مدل فاز گسسته
  • حمیدرضا رضایی آشتیانی، روزبه زراندوز، مجید سهرابیان صفحات 116-124
    در میان سوپر آلیاژها، سوپر آلیاژ اینکونل 625 به دلیل خواص مکانیکی خوب، قابلیت جوش پذیری و مقاومت به خوردگی بالا به طور گسترده در ساخت تجهیزات صنایع نیروگاهی، هوا-فضا و صنایع معدنی به کار می رود. یکی از روش های متداول جوشکاری این آلیاژ روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای می باشد که در تحقیق حاضر تاثیر قطر الکترود، با توجه به اثرات متقابل آن با دیگر پارامترها، بر توزیع دمایی فرآیند و شکل گیری دکمه جوش در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای سوپر آلیاژ اینکونل 625، با استفاده از روش اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند توسط یک مدل متقارن محوری دو بعدی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS به صورت تحلیل وابسته الکتریکی-حرارتی و غیر وابسته مکانیکی شبیه سازی شده است. جهت افزایش دقت شبیه سازی خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی مواد وابسته به دما تعریف شده است. نتایج تحلیل با استفاده از نتایج آزمایشات تجربی از طریق مقایسه قطر دکمه جوش اعتبارسنجی شد که دقت قابل قبول و مناسبی را نشان داد. بنابراین مدل شبیه سازی ارائه شده در این مقاله می تواند با دقت قابل قبولی توزیع دما و ابعاد دکمه جوش را پیش بینی کند. نتایج نشان می دهند که کاهش قطر الکترود در جریان های ثابت موجب افزایش قطر دکمه جوش می شود، اما بطور کلی نمی توان قطر الکترود را از یک حد مشخصی کمتر انتخاب نمود.
    کلیدواژگان: جوشکاری مقاومتی نقطه ای، قطر نوک الکترود، روش المان محدود، اندازه دکمه جوش، سوپر آلیاژ اینکونل 625
  • سیاوش ستار، سیامک مزدک*، ابراهیم شریفی صفحات 125-133

    شکلدهی غلتکی سرد فرآیندی است که در آن ورق فلزی با عبور از یکسری غلتک دوار به مقطع مورد نظر در می آید. مقاطع دارای پیش سوراخ در صنایع مختلف کاربرد فرآوانی دارند. معضل اینگونه محصولات تغییر شکل در سوراخ پس از انجام شکلدهی می باشد، همچنین وجود عیوبی همچون موج لبه، کمانش، خمش، اعوجاج سوراخ و... می-باشد. به منظور بررسی و پیش بینی پارمتراهای مهم در تغییر شکل سوراخهای بیضی در حین فرآیند غلتکی سرد مقطع U شکل، یک مدل سه بعدی المان محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس 6.11.3 در نظر گرفته شده. پارامترهایی از قبیل شعاع بزرگ و کوچک سوراخ، فاصله سوراخها، فاصله سوراخ از لبه فلنج، ضخامت و جنس ورق در نظر گرفته شده و با استفاده از روش طراحی آزمایش پاسخ سطح یک مجموعه شبیه سازی بدست آمده است. در ادامه با در نظر گرفتن یک دسته پارامترهای خروجی از قبیل کمانش لبه، موج روی سوراخ، تغییر اندازه سوراخ، تغییر فاصله سوراخها از هم، تغییر فاصله سوراخ از لبه فلنج و اندازه گیری آنها جدول طراحی آزمایش تکمیل شده است. سپس با استفاده از روش آنوا صحت نتایج آماری بدست آمده است. با مقایسه با نتایج تجربی تحقیق دیگر صحت مدلهای شبیه سازی بررسی می شود و تاثیر پارامترهای مهم هم به صورت آماری و هم به صورت توابعی ریاضی استخراج شده است.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، مقطع پیش سوراخ شده U شکل، روش اجزای محدود، روش پاسخ سطح
  • ابراهیم عبدی اقدم، محسن باشی صفحات 134-142
    اهمیت کنترل آلاینده ها و کاهش منابع فسیلی موجب توسعه سیستم های انژکتوری و تحقیقات روی بهینه سازی مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی شده است. هدف این تحقیق مطالعه تاثیر زاویه شروع پاشش سوخت روی مشخصه های عملکردی موتور مثل توان اندیکه، آلاینده های خروجی (CO و HC)، تاخیر در اشتعال و طول احتراق سریع با استفاده از دو سوخت مجزای بنزین و گاز طبیعی در یک موتور تک سیلندر پژوهشی پاشش راهگاهی است. در این مطالعه با ثابت گرفتن طول پاشش، زاویه جرقه، سرعت موتور و وضعیت دریچه گاز، زاویه شروع پاشش تغییر داده شد. نتایج حاصله نشان می دهد که اگر زمان شروع پاشش طوری تنظیم شود که در مرحله مکش، سوخت در حال پاشش همراه هوای جاری وارد سیلندر شود، توان اندیکه مطلوب حاصل و مقدار آلاینده منواکسید کربن کمتری تولید می شود اما مقدار هیدروکربن نسوخته بیشتری منتشر می گردد. برای محاسبه تاخیر در اشتعال و طول احتراق سریع از آهنگ گرمای آزادشده استفاده شد. بر اساس نتایج حاصله کمترین تاخیر در اشتعال در زمان آغاز پاششی صورت می گیرد که سهم بیشتری از سوخت در انتهای مرحله مکش وارد سیلندر شود و طول احتراق سریع کمتر وقتی حاصل می شود که در طول پاشش، سوخت پاششی و هوای جاری به طور همزمان در مرحله مکش وارد سیلندر شوند.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال جرقه ای، گاز طبیعی، بنزین، زاویه شروع پاشش، آهنگ گرمای آزادشده
  • مهرانگیز قاضی، مجید عمید پور، مجید عباسپور، هومن فرزانه صفحات 143-152
    در این مقاله مفاهیم تئوری ساختاری به منظور ارایه یک روش مفهومی جدید جهت اصلاح یک سایت جامع تولید همزمان حرارت و توان توسعه داده می شود. در این روش سایت جامع به چند ساختار تقسیم و هر ساختار با تاثیر از جزء قبلی اصلاح و بهینه می شود. کمینه سازی هزینه عملیاتی به منظور اصلاح سایت موجود به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. توزیع دبی بخار در توربین های بخار و زیرکش های آن، مقدار بخار تولیدی، نوع و مقدار سوخت مصرفی به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن هزینه عملیاتی به عنوان تابع هدف، سایت جامع به سه ساختار شامل توربین ها، چیدمان توربین ها بین سطوح و تولیدکنندگان بخار تقسیم می گردد. استفاده از روش ساختاری باعث ساده نمودن فرایند بهینه سازی یک سایت جامع می گردد به نحوی که این مساله پیچیده که دارای پارامترهای زیادی است تبدیل به یک مساله بهینه سازی ساده می شود که می توان آن را به روش ساده جستجو و مرتب سازی حل نمود. به منظور بررسی عملکرد این روش، یک سایت جامع تولید همزمان حرارت و توان به عنوان مورد مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش ارایه شده ساده تر و دارای محاسبات کوتاه تر و مفهومی تر نسبت به سایر روش ها بوده و همچنین دسترسی به جواب را سریع تر خواهد نمود. اصلاح سیستم موجود به کمک روش ساختاری موجب کاهش تقریبا %1/ 14 در هزینه عملیاتی و %3/ 14 در مصرف سوخت بدون اضافه کردن تجهیز جدید در سایت جامع می گردد.
    کلیدواژگان: تولید همزمان حرارت و توان، تئوری ساختاری، اصلاح سایت جامع، ساختار، دبی جرمی
  • حسین رضایی فر، فرشید نجفی * صفحات 153-163

    به منظور استفاده از ربات ها برای انجام کارهای صنعتی، طراحی مسیر مناسب امری ضروری می باشد. اجرا مسیر توسط ربات هنگام حضور موانع، طراحی مسیر را دشوارتر می نماید. به علاوه طراحی مسیر برای هر عمل خاص امری زمانبر بوده و نیاز به افرادی متخصص داشته تا مسیر برای هر عمل صنعتی تعریف شود. این مقاله با استفاده از روش جرک مینیمم، منحنی های بی اسپیلاین، نقاط میانی و الگوریتمی برای عدم برخورد با مانع به دنبال آن است تا به طور خودکار برای یک بازوی صنعتی 7 درجه آزادی که در محیط نرم افزاری سیممکانیک شبیه سازی گردیده، مسیری ایمن و مطلوب کاربر طراحی نماید. کاربر در ابتدا چند نقطه ی میانی حرکت ربات را با استفاده از سنسور کینکت مشخص نموده، سپس با استفاده از تلفیق روش جرک مینیمم و منحنی های بی اسپیلاین و با احتساب محدودیت های سینماتیکی منحنی مسیر ترسیم گردیده، سپس این منحنی وارد الگوریتم عدم برخورد با مانع شده و مسیر نهایی بدون برخورد ایجاد می شود. الگوریتم عدم برخورد با استفاده از سینماتیک معکوس ربات به تصحیح مسیر می پردازد. از مزیت های روش پیشنهادی می توان به تسهیل طراحی مسیر برای کاربر و ایجاد مسیری هموار برای بازوی رباتیکی نام برد.

    کلیدواژگان: طراحی مسیر بهینه، ربات های سری، الگوریتم عدم برخورد، روش جرک مینیمم
  • کامل میلانی شیروان، مجتبی ماموریان صفحات 164-174
    روش تاگوچی از سال 1980 به عنوان یک روش موثر به منظور بهینه سازی فرآیند طراحی نمونه های مهندسی به کار می رود. در این مقاله با استفاده از روش تاگوچی شرایط بهینه در انتقال حرارت و تولید آنتروپی جابجایی ترکیبی نانوسیال آب – مس در یک محفظه مربعی مورد بررسی عددی قرار گرفته است. بدین منظور از یک آرایه متعامد (43) 16 L جهت تحلیل تاگوچی استفاده شده است. همچنین معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل بطور همزمان حل شده اند. پارامترهای عدد ریچاردسون (1/0-100)، کسر حجمی نانوذرات مس (0- 10%) و طول موج سطح موجدار (0- 1) به عنوان سه فاکتور موثر مورد نظر جهت تحلیل در چهار سطح در نظر گرفته شده اند. این تحلیل برای عدد گراشهف ثابت 104 انجام شده است. نتایج نشان می دهند که عدد ناسلت متوسط با افزایش عدد ریچاردسون، کسر حجمی نانوذرات مس و طول موج سطح موجدار کاهش می یابد. با کمک تحلیل تاگوچی مشخص شد که دیواره تخت (با طول موج سطح موجدار صفر) در عدد ریچاردسون 1/0 و کسر حجمی % 0 حالت بهینه طراحی برای انتقال حرارت می باشد. در حالیکه هندسه با %5 =Ф، 100=Ri و 25/0= λ حالت بهینه طراحی برای تولید آنتروپی می باشد. نهایتا برای انتقال حرارت بیشینه و تولید آنتروپی کمینه هندسه با %0 =Ф، 1=Ri و 25/0= λ را می توان به عنوان هندسه بهینه انتخاب کرد.
    کلیدواژگان: نانو سیال آب، مس، جابجایی ترکیبی، بهینه سازی، تاگوچی، محفظه با درپوش متحرک
  • مجتبی طحانی، محمد حججی، محمد صالحی فر، آرش درتومیان صفحات 175-186
    تاثیر تزریق جت صوتی سیال ثانویه در بخش واگرای نازل مافوق صوت بر ساختار میدان جریان و کارایی کنترل بردار تراست، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. کد عددی توسعه یافته سه بعدی و چند بلوکی، برای مدل سازی پیچیدگی های ناشی از آشفتگی جریان، از مدل k-ω SST استفاده شده است. میدان محاسباتی مورد استفاده به صورت با سازمان بوده و نتایج اولیه شبیه سازی با نتایج حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی گذشته صحت سنجی شده است. تغییر قدرت جت تزریقی، به کمک تغییر سطح مقطع تزریق و همچنین تغییر نسبت فشار تزریق به فشار نازل ایجاد می شود. افزایش قدرت تزریق تغییراتی را در کارایی این روش کنترلی ایجاد کرده که بعضا باعث کاهش کارایی آن شده است. در این تحقیق علاوه بر تشریح کامل پدیده های فیزیکی پیچیده موجود در این جریان، محدوه افزایش قدرت تزریق جهت افزایش راندمان سیستم ارایه گردیده است. در محدوده مجاز دبی تزریق ثانویه، افزایش دبی تزریق باعث کاهش ضریب بزرگنمایی، افزایش زاویه انحراف به عنوان مهم ترین پارامتر مجموعه کنترلی و افزایش تراست محوری می شود. در خارج از بازه مجاز محاسبه شده پارامترهای کارایی رفتار متفاوتی از خود نشان می -دهند که بیانگر افت شدید کارایی می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل بردار تراست، تزریق جت صوتی، جریان آشفته، نازل مافوق صوت
  • مهدی معرفت، سهراب طهماسبی، محمدرضا انصاری صفحات 187-196

    کاربرد شناورهای تندرو زیرابی باعث گردید که محققان زیادی بر روی پدیده سوپرکاویتاسیون مطالعه نمایند. کاویتی ناشی از این پدیده باعث کاهش درگ اصطکاکی و افزایش سرعت شناور می گردد. هدف از تحقیق حاضر، استخراج ضرائب، جهت ارائه فرمول بهینه به منظور محاسبه طول کاویتی اطراف یک جسم شناور همراه با کاویتاتور گوه ای می باشد،که در کاربردهای عملی حائز اهمیت می باشد. بدین منظور شبیه سازی پدیده سوپر کاویتاسیون در اطراف سه جسم با هندسه متفاوت انجام گردیده است. در مرحله اول به منظور اینکه بتوان روش محاسبات، دامنه حل، تعداد سلولها، مدل ا نتقال جرم و مدل جریان مغشوش را مورد ارزیابی قرار داد، جریان سوپر کاویتی اطراف یک بدنه ا ستوا نه ای با کلاهک نیمکره ای شبیه سازی گردید، و نتایج تحلیلی حاصل شده با نتایج تجربی اعتبار سنجی گردید. در مرحله دوم به منظور شکل گیری پدیده سوپر کاویتی اطراف گوه، تحلیل جریان در اطراف یک کاویتاتور گوه ای شکل در دو زاویه 15و45 درجه صورت گرفت. در مرحله سوم تحلیل جریان در اطراف یک جسم شناور همراه با کاویتاتور گوه ای انجام پذیرفت. در هر سه مرحله طول کاویتی در اعداد کاویتاسیون مختلف استخراج شد و سپس ضرائب مربوط به رابطه طول کاویتی تعیین گردید وسه رابطه یکسان با ضرائب متفاوت حاصل شد. بوسیله این روابط می توان طول کاویتی را در اعداد کاویتاسیون مختلف محاسبه نمود. جهت شبیه سازی این پدیده از معادلات ناویراستوکس متوسط گیری شده در حالت گذرا استفاده گردید.از روش حجم محدود برای حل معادلات بهره گیری شده است.

    کلیدواژگان: سوپرکاویتاسیون، طول کاویتی، مدل انتقال جرم
  • رویا صباغ نوین، مهدی طالع ماسوله *، مجتبی یزدانی، بهزاد دانایی صفحات 197-206

    با توجه به افزایش چشمگیر تعامل انسان و ربات، به نظر می رسد یکی از چالش های امروزی، مساله مسیریابی عاری از تداخل ربات ها به صورت بلادرنگ و با تضمین ایمنی می باشد. تاکنون روش های متعددی برای مسیریابی ربات های متحرک و سری ارائه شده است که هر یک مزایا و معایب خود را دارند. با این حال مطالعات کمی بر روی مسیریابی ربات های موازی به ویژه در حضور موانع انجام گرفته است. در این مقاله روشی برای مسیریابی و کنترل ربات موازی سه درجه آزادی مستقل خطی، به نام تریپترون، در حضور مانع ثابت معرفی گردیده و نتایج بر روی مدلی از ربات واقعی شبیه سازی شده است. روش مورد استفاده ترکیبی از بهینه سازی محدب، برنامه ریزی گسسته و مفهوم افق پیش بین می باشد که مزایایی از قبیل پیدا کردن بهینه سراسری و بلادرنگ بودن را دارد. ابتدا مروری بر ساختار فیزیکی و ویژگی های این ربات فراهم شده و سپس به ارائه الگوریتم مسیریابی و شبیه سازی آن با استفاده از بسته نرم افزاری گروبی پرداخته می شود. برای شبیه سازی هرچه واقعی تر نیز بسته نرم افزاری کد2مت به کار گرفته شده است که مدل ربات واقعی را از نرم افزار سالیدورکز به نرم افزار متلب انتقال می دهد. نتایچ حاصل از دو حالت مختلف نشان می دهند که ربات به خوبی موانع را دور زده و به نقطه پایان رسیده است که گویای ایمن و قابل اطمینان بودن الگوریتم ارائه شده می باشد. همچنین، بیشینه زمان محاسبات در هر مرحله کمتر از یک ثانیه بوده است که برای این کاربرد بلادرنگ محسوب می گردد.

    کلیدواژگان: مسیریابی بهینه، ربات موازی، بهینه سازی محدب، برنامه ریزی گسسته، مفهوم افق پیش بین
  • حامی تورجی زاده، سعید زارع صفحات 207-215
    در این مقاله، ضمن تحلیل دینامیک ارتعاشات شیمی (تاب خوردن) ارابه فرود دماغه هواپیما و بررسی پایداری آن، برای میراسازی این ارتعاشات کنترل گر بهینه فعال، براساس مدل خطی سیستم طراحی شده و بر روی مدل غیرخطی(واقعی) اعمال شده است. ارتعاشات شیمی در واقع به ارتعاشات جانبی و پیچشی چرخ گفته می شود که به صورت خود برانگیخته بوده و در سرعت های بالا باعث ناپایداری سیستم می شوند. بنابراین در ارابه ی فرود هواپیما به دلیل سرعت بالای هواپیما در مراحل فرود و برخاست، بسیار تاثیرگذار هستند و باعث صدمه رسیدن به خود ارابه فرود، بدنه هواپیما و مسافران می شوند. بنابراین کنترل این ارتعاشات از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش با استفاده از دینامیک غیر خطی حاکم بر سیستم ارابه فرود دماغه هواپیما، معادلات ارتعاشات شیمی خطی سازی و سپس معادلات فضای حالت سیستم استخراج شده است. براساس مدل خطی سیستم، پایداری، کنترل پذیری و رویت پذیری بررسی شده است، و برای کنترل (میراسازی) بهینه این ارتعاشات نیز از مدل کنترلی تنظیم کننده خطی درجه دوم استفاده شده است. برای تخمین حالت هایی از سیستم که بوسیله حسگرها قابل اندازه گیری نیستند، با برقراری اصل جداسازی، رویت گر طراحی شده است. برای صحت سنجی و بررسی عملکرد کنترل گر طراحی شده، پاسخ های ارتعاشی سیستم در حالت کنترل حلقه باز، با روش های کنترل حلقه بسته، در نرم افزار متلب شبیه سازی و با هم مقایسه شده، که در تمام روش های کنترلی بهبود عملکرد در مقایسه با سیستم کنترلی حلقه باز مشاهده می شود. در نهایت نیز کنترل دیجیتال سیستم و اثر نرخ نمونه-برداری در نزدیک شدن پاسخ سیستم گسسته به سیستم پیوسته، بررسی و شبیه سازی شد.
    کلیدواژگان: ارابه فرود، ارتعاشات شیمی، کنترل بهینه، سیستم های غیر خطی
  • اصغر خان پور، علی کیماسی خلجی، سیدعلی اکبر موسویان صفحات 216-226
    کنترل ربات های متحرک چرخ دار بر اساس مسیرهای زمانی، یکی از مسائل مطرح در زمینه ربات های متحرک می باشد. همچنین، کنترل سیستم هایی که با کمبود عملگر مواجه هستند از پیچیدگی خاص و اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، این دو موضوع مهم کنترلی تواما در یک ربات متحرک تراکتور-تریلی؛ که در آن تراکتور یک ربات دو چرخ دیفرانسیلی و تریلی مجهز به دو چرخ کروی غیرفعال می باشد؛ مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از چرخ های کروی به جای چرخ های استاندارد در تریلی، ربات را به شدت کم عملگر و غیرخطی می کند. کمبود عملگر سیستم، علاوه بر وجود تراکتور دیفرانسیلی، ناشی از تریلی با چرخ های کروی غیرفعال است که برای حذف قید درجات آزادی سیستم و قابلیت مانور در سیستم به کار رفته است. در این مقاله پس از معرفی ربات، مدل سینماتیکی و سینتیکی آن استخراج و مدل دینامیکی با ترکیب و تلفیق سینماتیک و سینتیک سیستم ارائه می شود. سپس،یک الگوریتم کنترلی جدید، که بر اساس یک مفهوم کاملا فیزیکی سامان داده شده تحت عنوان الگوریتم کنترلی لیاپانوف-PID ارائه می شود. سپس اجتناب از ایجاد تکینگی در الگوریتم کنترلی پیشنهاد شده مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد و پایداری آن اثبات می شود. نتایج شبیه سازی حاکی از عملکرد مطلوب الگوریتم کنترلی پیشنهادی است. در پایان، نتایج پیاده سازی تجربی الگوریتم کنترلی پیشنهادی بر روی یک سیستم آزمایشگاهی ارائه می شود که کارایی قانون کنترلی پیشنهاد شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات های متحرک چرخ دار تراکتور، تریلی، تعقیب مسیرهای حرکت زمانی، سیستم های غیرهولونومیک، کمبود عملگر، لیاپانوف
  • محمد جواد چوبینه، مجید سیاوشی، علی نخعی صفحات 227-238
    در مقاله حاضر از قابلیت های روش شبیه سازی خطوط جریان به منظور تعریف تابع هدفی جدید به منظور بهینه سازی نرخ دبی تولید نفت در فرایند تزریق آب استفاده شده است. روش شبیه سازی خطوط جریان، در مقایسه با روش های متداول شبیه سازی جریان چندفازی در محیط های متخلخل بسیار سریع تر است و نیازمند حافظه محاسباتی کم تری است. این روش با معرفی پارامتر «زمان پرواز»، این امکان را می دهد که بتوان تاثیر عوامل پیچیده از جمله ناهمگنی ها در محیط متخلخل را در محاسبات به صورتی ساده تر در نظر گرفت. جهت بهینه سازی نرخ تولید نفت از مخزن، تابعی مبتنی بر «میانگین زمان پرواز» معرفی گردیده، که کمینه نمودن آن می تواند معیاری برای حرکت یکنواخت جبهه های آب به منظور حرکت دادن فاز نفتی باشد. برای این منظور از دو روش بهینه سازی زنبورعسل مصنوعی (ABC) و SQP برای کمینه کردن تابع هدف استفاده شده است و نتایج بدست آمده از آنها با یکدیگر مقایسه گردیده است. مزایا و معایب هریک از این روش ها بررسی شده و با استفاده از مزایای آنها، یک روش ترکیبی در یافتن جواب بهینه ارائه گردیده است. در روش ترکیبی برای تولید حدس اولیه در الگوریتم SQP از الگوریتم ABC استفاده می شود. با انجام صحت سنجی در یک مدل مخزن همگن دو بعدی، نسبت به درستی رویکرد ریاضی اطمینان حاصل شده است. سپس یک مساله ناهمگن دو بعدی و یک مدل مخزن پیچیده سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته اند. در تمامی مسائل مورد بررسی مشاهده شد که روش ترکیبی می تواند با سرعت و دقت بیشتری نسبت به دو روش دیگر به نقطه بهینه نزدیک شود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی تولید، الگوریتم SQP، الگوریتم ABC، جریان دوفازی، روش خطوط جریان
  • مسعود ضیایی راد، فرزانه امانی صفحات 239-248
    این مقاله به بررسی عددی افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوذرات در پدیده تقطیر سیال روی یک صفحه سرد مایل پرداخته است. برای حل تشابهی معادلات لایه مرزی تقطیر روی سطح از روش های پرتابی و اویلر اصلاح شده استفاده شده است. اثرات تغییر زاویه سطح، بکارگیری نانوسیالهای مختلف، تغییر در کسرحجمی نانوذرات و عدد ژاکوب بر پروفیل سرعت، دما و عدد نوسلت بررسی شده است. نمودارهای حاصل در موارد مشابه با تئوری نوسلت و مطالعات تحلیلی موجود برای سیال پایه و نانوسیال مقایسه و اعتبارسنجی شده اند. نتایج نشان میدهد که حضور نانوذرات در فیلم مایع تقطیر، انتقال حرارت از آن را افزایش میدهد. با دور شدن سطح از حالت عمودی، تغییرات دما در عرض لایه مرزی نانوسیال به حالت خطی نزدیک شده و در نتیجه انتقال حرارت از آن کاهش می یابد. همچنین می توان دریافت که عدد نوسلت متوسط تا زاویه سطح 20 درجه، تقریبا ثابت مانده و بعد از آن با شیبی ملایم کاهش می یابد؛ بطوریکه به عنوان مثال برای نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم، با افزایش زاویه عمودی سطح تا 60 درجه، گرادیان دما در حدود 20 درصد کاهش یافته است. علاوه بر آن، مشاهده شد که رابطه نسبت عدد نوسلت نانوسیال به آب خالص، برحسب کسرحجمی نانوذرات به صورت خطی است که شیب این خط برای نانوسیالهای آب- مس و آب-نقره از سایر نانوسیالهای مطالعه شده بیشتر است؛ یعنی این دو نانوسیال در افزایش انتقال حرارت موثرتر نشان می دهند. نتایج بدست آمده همچنین این مطلب را که تئوری نوسلت در اعداد ژاکوب پایین جواب صحیح می دهد، تائید کرد.
    کلیدواژگان: تقطیر لایه ای، صفحه مایل، جریان نانوسیال، انتقال حرارت، روش عددی
  • مهدی ضرونی، رضا اسلامی فارسانی صفحات 249-259
    امروزه تقاضا برای اتصال فلزات غیرمشابه آلومینیم و فولاد به منظور کاهش وزن در صنایع حمل و نقل بسرعت در حال افزایش است. در این تحقیق آلیاژ آلومینیم 5083 از طریق روش ترکیبی جوشکاری– لحیم کاری، با بکار بردن پرکننده های پایه آلومینیم 4043 و 4047، به فولاد گالوانیزه و فولاد ساده کربنی اتصال داده شد. لایه ترکیب بین فلزی ترد شگل گرفته در فصل مشترک فولاد- فلز جوش تاثیر اساسی روی استحکام اتصال دارد. نتایج نشان داد که افزایش حرارت ورودی منجر به افزایش ضخامت لایه ترکیب بین فلزی می شود. اندازه ضخامت لایه ترکیب بین فلزی که از تصاویر ریزساختاری اندازه گیری شد، در یک محدوده 6-2 میکرومتری بود. نتایج بدست آمده از مشاهده های ریز ساختاری نشان داد که در حرارت ورودی مشابه، ضخامت لایه ترکیب بین فلزی ترد برای اتصال ایجاد شده با پرکننده 4047 تقریبا نصف ضخامت این لایه در اتصال ایجاد شده با پرکننده 4043 است. بالاترین استحکام حاصل شده (170مگاپاسکال) مربوط به اتصال آلومینیم به فولاد گالوانیزه با پرکننده 4047 بود. علاوه بر آن، در این نوع اتصال شکست در فلز جوش رخ داد، در حالی که برای اتصال آلومینیم به فولاد ساده کربنی این پدیده در ناحیه فصل مشترک فولاد- فلز جوش بوقوع پیوست. نتایج آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس حضور ترکیب بین فلزی آهن- آلومینیم با نسبت اتمی 1/3 را در لایه ترکیب بین فلزی، -برای اتصال آلومینیم به فولاد گالوانیزه نشان داد. این نتیجه همچنین به وسیله آنالیز پراش پرتو ایکس انجام شده بر سطح شکست، اثبات شد.
    کلیدواژگان: فلزات غیرمشابه، جوشکاری- لحیم کاری، لایه ترکیب بین فلزی، حرارت ورودی
  • فرزاد بازدیدی تهرانی، سید مجید موسوی، محمد جدیدی صفحات 260-270
    در مقاله ی حاضر جریان آشفته خنک کاری لایه ای بر روی لبه جلویی پره توربین مدل توسط دو نگرش طول مقیاس حل شونده در مدل سازی جریان آشفته مورد مطالعه و تحلیل قرار می گیرد. در نگرش اول از رهیافت شبیه سازی گردابه های جدا شده (DES) بر پایه ی مدل اسپالارت-آلماراز و در نگرش دوم از رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) استفاده می گردد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که رهیافت DES به دلیل ذات ترکیبی آن و استفاده از مدل RANS در نزدیک دیواره، نوسانات در راستای عرضی جریان در داخل لوله خنک کننده را کمتر پیش بینی می کند. در نتیجه، جریان خنک کننده با آشفتگی کمتری وارد جریان اصلی می گردد. همچنین در نزدیک دیواره رهیافت DES توزیع عرضی انرژی جنبشی آشفته را کمتر و مقدار شار حرارتی آشفته را بیشتر پیش بینی می نماید. بنابراین، اثر بخشی آدیاباتیک بر روی لبه جلویی پره توربین در رهیافت DES نسبت به رهیافت LES و نتایج تجربی کمتر پیش بینی می شود. علاوه بر این، نتایج حاکی از آن است که اختلاط بین جت خنک کننده و سیال داغ جریان اصلی در رهیافت DES در مقایسه با رهیافت LES کمتر تخمین زده می شود. در مجموع می توان این گونه استنباط کرد که اگر چه رهیافت DES در ناحیه دور از دیواره نتایج قابل قبولی را ارائه می نماید، اما در نزدیک دیواره در پیش بینی صحیح مشخصات توربولانسی جریان با مشکل مواجه است. علاوه بر این مزیت اصلی رهیافت DES در مقایسه با رهیافت LES کاهش 40 درصدی هزینه ی محاسباتی آن در این کاربرد می باشد که می تواند استفاده از این روش را توجیه نماید.
    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای، مدل سازی جریان آشفته، رهیافت شبیه سازی گردابه های جدا شده (DES)، رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES)، اثر بخشی آدیاباتیک
  • مرتضی حق بیگی، احسان بدریکوهی، بیژن محمدی صفحات 271-280
    ارابه فرود یکی از اصلیترین زیر سیستمهای پرنده است و به دلیل بارهای بسیار شدیدی که به آن و مجموعه اطرافش وارد می شود از جهت سازه ای دارای اهمیت زیادی است.استفاده از روش های سنتی و تخمینی برای محاسبه بار فرود سبب محاسبه غیر دقیق این بارها شده و وزن زیادی را به سازه تحمیل میکند. از طرفی استفاده از مدل سازی های نرم افزاری نیازمند داشتن اطلاعات دقیقی از سیستم ارابه فرود می باشد که غالبا در مراحل اولیه طراحی هواپیما در اختیار نیست و همچنین پیچیدگی های زیادی را به همراه دارد.در این تحقیق با هدف افزایش دقت محاسبات برای بارگذاری فرود هواپیما، هر یک از ارابه های فرود به صورت یک سیستم فنر و میراگر مدل شده و با به دست آورن معادلات دینامیکی حاکم بر برخورد هواپیما با زمین و انتقال این معادلات به فضای حالت و سپس حل عددی آن ها، نیروهای حاصل از این برخورد محاسبه شده، همچنین پدیده اسپین آپ نیز به کمک همین تحلیل های دینامیکی شبیه سازی می شود. به منظور نشان دادن توانمندی روش ارائه شده و استفاده از آن در طراحی سازه هواپیما، متداول ترین سناریوهایی که در استانداردهای هوایی آمده، برای یک هواپیمای مشخص شبیه سازی شده است. این سناریوها شامل فرود با سه چرخ، فرود با دو چرخ و فرود تک چرخ می باشدکه در هر کدام نیروهای عمودی اعمال شده بر هر یک از ارابه های فرود بر حسب زمان، حداکثر نیروی اسپین آپ، میزان جابه جایی ارابه ها و تغییرات موقعیت خطی و دورانی مرکز ثقل پرنده بر حسب زمان استخراج شده است.
    کلیدواژگان: ارابه فرود، تحلیل دینامیکی، شبیه سازی فرود، اسپین آپ
  • محمدعلی توفیق، محمد محجوب، موسی آیتی صفحات 281-290
    در این مقاله یک عمودپرواز بدون سرنشین با پیکربندی جدید شامل پنج روتور بطور کامل مدلسازی و یک سیستم کنترلی تعقیب مسیر، برای آن طراحی و شبیه سازی شده است. عمودپرواز مشابه کوادروتور بوده، با این تفاوت که یک ملخ با دور ثابت و قابلیت ایجاد نیروی تراست بالا، به مرکز آن اضافه گردیده است. ملخ اضافه شده مشکل پایین بودن ظرفیت بار مفید کوادروتور را برطرف نموده و همچنین باعث افزایش پایداری آن در برابر بادهای عرضی می شود. ساختار پیشنهادی کاملا دارای نوآوری است. به منظور اعتبار سنجی، مدلسازی دینامیکی سیستم هم به روش نیوتن- اویلر و هم به روش لاگرانژ انجام شده است. معادلات بدست آمده غیرخطی، زیرتحریک، جفت شده و به شدت ناپایدار می باشند، لذا برای حرکت پرنده بطور دلخواه، بایستی سیستم کنترلی مناسب طراحی شود. در این مقاله روش فیدبک خطی ساز ورودی- خروجی با در نظر گرفتن مدل دقیق به کار رفته و برای سیستم خطی شده نیز از کنترل کننده بهینه تنظیم کننده خطی مرتبه دو استفاده می گردد. کنترل کننده شامل مشتق گیری مرتبه بالا بوده و نسبت به دینامیک های مدل نشده حساس است بنابراین نمی توان از تاثیر عملگرها در مدل صرف نظر کرد. از طرفی اضافه کردن دینامیک عملگرها به دینامیک سیستم باعث افزایش پیچیدگی طراحی و پیاده سازی سیستم کنترلی می شود. لذا به منظور جبران دینامیک عملگرها از یک کنترل کننده ثانویه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی طراحی شده عملکرد مناسبی در پایدارسازی، تعقیب مسیر مطلوب و کاهش اثر اغتشاش دارد.
    کلیدواژگان: عمودپرواز پنج ملخه، پرنده بدون سرنشین، کوادروتور، فیدبک خطی ساز ورودی خروجی
  • فرید وکیلی تهامی، رضا حسن نژاد قدیم، آرش محمد علیزاده فرد، مرتضی رامین نیا صفحات 291-300
    در این پژوهش به ارائه ی روشی برای تعیین توزیع بهینه ی درصد حجمی مواد در یک پوسته ی استوانه ای هدفمند با لایه ی پیزوالکتریک خارجی با هدف تنیده کردن سازه پرداخته شده است. بدین منظور، با ترکیب تئوری مرتبه اول برشی و معادله ی ماکسول با اصل همیلتون، معادلات حاکم استخراج شده و با استفاده از روابط کرنش-جابه جایی و تنش-کرنش، توزیع تنش دینامیک در پوسته به دست آمده است. تحلیل دینامیکی به علت وجود بار متحرک ضروری است چراکه جابه جایی ها، کرنش ها و تنش های دینامیک در مقایسه با مقادیر استاتیک قابل توجه اند. اثرات دینامیکی ناشی از حرکت بار در افزایش تنش ها، از طریق حل وابسته به زمان مسئله درنظر گرفته شده است و لذا پاسخ سازه و در نهایت توزیع تنش به صورت تابع زمان به دست آمده اند. در ادامه روشی برای بهینه سازی تدوین شده است که در آن به جای استفاده از توابع پیش فرض برای درصد حجمی مواد که محدودیت هایی از نظر تولید و نیز بررسی رفتار مکانیکی و بهینه سازی آنها اعمال می کنند، از تعدادی نقاط کنترلی در راستای ضخامت پوسته استفاده شده که درصد حجمی مواد در این نقاط به عنوان متغیر معرفی شده اند که در بین آنها با استفاده از روش میان یابی با توابع هرمیت درصد حجمی مواد پیش بینی شده است. برای انجام بهینه سازی، مقدار درصد حجمی مواد در این نقاط و همچنین ضخامت لایه ی هدفمند به عنوان متغیرهای بهینه سازی معرفی شده اند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیکی انجام گرفته است. نتایج بهینه سازی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد. مزیت عمده ی این روش انعطاف پذیری آن در تعیین توزیع درصد حجمی مواد هدفمند در دیواره ی سازه است.
    کلیدواژگان: پوسته ی استوانه ای، مواد هدفمند، بار متحرک، بهینه سازی، روش نقاط کنترلی
  • مهدی دادخواه، عبدالرضا کبیری، سعید ضیایی راد صفحات 301-311
    با توجه به اهمیت بررسی و کنترل پاسخ آکوستیکی سازه های مرتعش در تماس با آب در این تحقیق هدف، بهینه سازی توان آکوستیکی منتشر شده از یک ورق مربعی تقویت شده تحت تحریک هارمونیک با جرم متمرکز و نیز جرم و فنر (جاذب دینامیکی) به شکل اندرکنش کامل می باشد. در این راستا در ابتدا برای لحاظ نمودن اثر متقابل سازه و سیال، تاثیر سیال به شکل ماتریس جرم افزوده مختلط و اصلاح ماتریس جرم سازه حاصل از اجزا محدود در نظر گرفته شده است. محاسبه ماتریس اصلاحی جرم به روش های انتگرال ریلی و نیز المان مرزی صورت گرفته است. با استفاده از نتایج حاصل از حل عددی معادلات اصلاح شده سیستم، پارامترهای آکوستیکی نظیر فشار آکوستیک در نقطه دلخواه و نیز توان صوتی انتشاری از سازه محاسبه گردیده است. مقایسه نتایج حاصله از این دو روش با نتایج حاصل از شبیه سازی اجزاء محدود و دیگر نتایج در دسترس، نشان از صحت، دقت و سرعت مناسب روش مذکور دارد. از آن جا که فرایند بهینه سازی فارغ از روش استفاده شده، شامل چندین برآورد از تابع هدف در فضای متغیرهای طراحی می باشد، برای کاهش مرتبه از روش ماتریس مودال ناقصاستفاده و کارائی آن بررسی شده است. در ادامه، بهینه سازیبه روش ژنتیک در سه حالت «جرم متمرکز»، «جاذب دینامیکی» و «ترکیبیاز جرم متمرکز و جاذب»برای تابع هدف مناسب انجام شده است که در هر سه حالت به ویژه حالت هایدومو سومبه کاهش قابل توجهی در تابع هدف منجر شده است.
    کلیدواژگان: ویبروآکوستیک، بهینه سازی، معادلات جفت شده، کاهش مرتبه، الگوریتم ژنتیک
  • حمید موسی زاده، بهزاد قدیری دهکردی*، مسعود راسخ صفحات 312-322

    پدیده ی فلاتر صفحه توسط طراحان هوافضا همواره مورد نظر و اهمیت بوده زیرا امکان تخریب زود هنگام، در اثر خستگی وجود دارد. یکی از راه های افزایش اطمینان به نتایج تئوری، استفاده از شبیه سازی عددی برای نزدیکی بیشتر به فیزیک مسئله است. آنچه در این پژوهش دارای اهمیت است، تحلیل آیروالاستیک پوسته دوبعدی به روش حجم محدود براساس معادلات آیرودینامیک ناویراستوکس، برای جریان لزج و چرخشی در رژیم مافوق صوت است. همین طور، تحلیل آیروالاستیک پوسته دوبعدی غیرخطی، به روش نیمه تحلیلی باقی مانده وزنی، با استفاده از مدل جریان پتانسیل (تئوری پیستون مرتبه سه)، بدون اثرات لزجت جریان در ترکیب با نیروهای مکانیکی و حرارتی برای اولین مرتبه انجام شده است. اثر تغییر انحنای پوسته در فلاتر و رفتار پسا فلاتر صفحه و پوسته، در هر دو روش، بررسی و مقایسه شده است. فشار گسترده بر روی پوسته، براساس مدل جریان لزج؛ به روش حجم محدود و مدل تحلیلی جریان پتانسیل برای جریان غیرلزج، مقایسه شده است. عدم تطابق نتایج عددی و تحلیلی، در نیمه انتهایی صفحه، مشاهده شده که تا کنون در مقالات اشاره نشده است. با استفاده از اصل همیلتون و رابطه کار مجازی، انرژی پتانسیل و جنبشی پوسته؛ و تبدیل معادلات دیفرانسیلی به معادلات غیرخطی معمولی، به روش رانگ-کوتای مرتبه 4 حل شده است. مهمترین نتیجه حاصل، تفاوت حل عددی و تحلیلی، برای فلاتر پوسته، برخلاف تناسب خوب نتایج، برای فلاتر صفحه است. بنابراین استفاده از تئوری پیستون برای شبیه سازی جریان روی صفحه دارای انحنا باید با دقت بیشتری انجام شود.

    کلیدواژگان: فلاتر پوسته، جریان لزج، المان محدود، حجم محدود، گالرکین
  • رضا فتحی، سعید لطفان، میر محمد اتفاق * صفحات 323-331

    تحقیقات زیادی در زمینه ی بررسی رفتار ارتعاشی لوله های حامل جریان چندفازی موجود است. با وجود تحقیقات فراوان، بررسی آماری دقیق و جامعی روی پاسخ دینامیکی سیستم مذکور انجام نشده است؛ بنابراین در این مقاله، ابتدا با استفاده از اصل همیلتون معادله ی غیرخطی حاکم بر ارتعاشات عرضی لوله ی حامل سیال استخراج شده است. غیرخطینگی در سیستم ناشی از در نظر گرفتن جابجایی بزرگ می باشد. اندرکنش بین لوله و سیال در جریان چندفازی و نامعینی های منتجه به صورت تحریک خارجی تصادفی با تابع توزیع نرمال در نظر گرفته شده است. پس از استخراج معادله ی حاکم و گسسته سازی آن به روش گالرکین، معادلات زمانی به روش عددی حل شده است. با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، پارامترهای آماری پاسخ دینامیکی سیستم استخراج شده است. با مطالعه ی میانگین خیز یک نقطه از لوله و همچنین در نظر گرفتن حدود بالا و پایین متناظر، (بازه ی قابلیت اطمینان) نتایج جامعی از تاثیرات نامعینی های بیان شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی نشان می دهد که با افزایش سرعت سیال تاثیرات نامعینی در سیستم کاهش پیدا می کند. همچنین در نظر گرفتن غیرخطینگی در سیستم باعث افزایش احتمال تخطی از حد حالت مشخص می گردد.

    کلیدواژگان: آنالیز نامعینی، شبیه سازی مونت کارلو، جریان چندفازی
  • امین فخاری، مهدی کشمیری صفحات 332-340
    استفاده از انگشتان نرم باعث افزایش پایداری و چالاکی در گرفتن و جابجایی اجسام می شود. این امر به دلیل به وجود آمدن یک سطح تماس بین انگشت و جسم است. اگرچه پدیده لغزش نقش اساسی در گرفتن و جابجایی مقاوم و پایدار اجسام بازی می کند، ولی در اکثر تحقیقات گذشته در زمینه انگشتان نرم، فرض بر آن است که لغزشی بین انگشت و جسم رخ نمی دهد. در این مقاله، به مدل سازی دینامیکی لغزش در گرفتن و جابجایی توسط انگشتان نرم پرداخته می شود. به دلیل ایجاد سطح تماس بین انگشت نرم و جسم، یک ممان اصطکاکی به همراه نیروی اصطکاکی مماسی و نیروی عمودی در سطح تماس اعمال می شود. بنابراین، با استفاده از مفهوم سطح محدود اصطکاکی، یک روش جدید برای مدل سازی دینامیکی لغزش صفحه ای ارائه می شود. در این روش، روابط مساوی و نامساوی وضعیت های گوناگون تماس صفحه ای به یک معادله دیفرانسیل مرتبه دوم با ضرایب متغیر تبدیل شده که این ضرایب بسته به شرایط لغزش تعیین می شوند. از این نوع مدل سازی دینامیکی نیروهای تماس می توان برای طراحی کنترل کننده هایی جهت حذف لغزش های ناخواسته که بین انگشت و جسم رخ می دهد، استفاده کرد. این روش برای مدل سازی دینامیکی و آنالیز لغزش در جابجایی یک جسم صلب با استفاده از یک انگشت نرم سه عضوی مورد استفاده قرار گرفته شده است. همچنین، به منظور افزایش دقت مدل سازی دینامیکی انگشت نرم، دینامیک انتهای نرم انگشت با دینامیک عضوهای صلب آن ترکیب شده است. رفتار دینامیکی این سیستم در شبیه سازی های عددی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: انگشت نرم، سطح تماس، مدل سازی تماس، سطح محدود اصطکاکی، گرفتن و جابجایی
  • محمد جعفری، ایمان قندی ورنوسفادرانی صفحات 341-350
    در این مقاله با استفاده از بسط توابع تنش موسخلیشویلی و روش تکرار شونده ی شوارتز، توزیع تنش در صفحه ای شامل دو گشودگی شبه مستطیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. موسخلیشویلی توابع تنش مذکور را برای بررسی توزیع تنش در یک صفحه ی همسانگرد شامل گشودگی هایی به شکل های دایره و بیضی ارائه داد. به منظور بسط حل تحلیلی موسخلیشویلی و برای استخراج توابع تنش مربوط به گشودگی های شبهمستطیلی، از یک تابع نگاشت همنوا استفاده شده است. این تابع نگاشت محدوده ی خارج هر یک از گشودگی های شبه مستطیلی را به ناحیه ی خارج یک گشودگی دایره ای به شعاع واحد تبدیل می کند. باتوجه به روش تکرار شونده ی شوارتز، برای محاسبه ی توزیع تنش در اطراف دو گشودگی از سری های مختلط با ضرایب نامعلوم استفاده شده است. در این تحقیق، تاثیر پارامترهای مختلف همچون محل قرارگیری دو گشودگی نسبت به هم، شعاع انحنای گوشه های دو گشودگی و نسبت ابعاد گشودگی ها بر مقدار ضریب تمرکز تنش مورد بررسی قرار می گیرد. برای بررسی صحت نتایج حل شبه تحلیلی حاضر از روش اجزاء محدود استفاده شده است. مقایسه ی نتایج دو روش با هم، صحت حل شبه تحلیلی ارائه شده را تایید می کند و نشان می دهد که با دقت بسیار خوبی می توان از این روش برای محاسبه ی توزیع تنش صفحات حاوی دو گشودگی شبه مستطیلی استفاده کرد. بررسی نتایج حل ارائه شده این نکته را نشان می دهد که پارامترهای نام برده تاثیر قابل توجهی بر توزیع تنش دارند و می توان با انتخاب مقادیر مناسب برای این پارامترها، ضریب تمرکز تنش را به مقدار چشمگیری کاهش داد.
    کلیدواژگان: ضریب تمرکز تنش، توابع تنش موسخلیشویلی، روش تکرار شونده شوارتز، صفحات همسانگرد، گشودگی شبه مستطیلی
  • کریم مظاهری، حمیدرضا بکایی، مهدی زینل پور صفحات 351-359
    در این مقاله، بهینه سازی شکل و موقعیت کانال های خنک کاری داخلی یک پره دو بعدی توربین محوری برای رسیدن به یک توزیع دمای یکنواخت به ازای کمترین دبی هوای خنک کاری مورد بررسی قرار گرفته است بطوریکه دمای بیشینه در پره کمتر از دمای مجاز است. چهار کانال خنک کاری بر روی مقطع پره در نظر گرفته شده است که شکل مقطع کانال ها، با استفاده از یک روش جدید مبتنی بر منحنی های بزییر تولید می شود. منحنی بزییر که توسط نقاط کنترلی رسم می شود دارای انعطاف بسیار بالایی بوده و می توان با آن اشکال متنوعی را تولید نمود. انتقال حرارت بین جریان گازهای گرم و پره توربین به صورت کوپل در نظر گرفته شده و دما در پره توربین محاسبه می شود. به دلیل تحلیل دو بعدی جریان، مقدار ضریب انتقال حرارت جابجایی درون کانال های خنک کاری، با توجه به مقادیر ضریب اصطکاک و افت فشار کانال ها، به کمک روابط نیمه تجربی محاسبه شده است. در مقاله حاضر نرم افزارهای تجاری فلوئنت و گمبیت با یک کد بهینه سازی چند هدفه که از روش تکامل تفاضلی استفاده می کند کوپل شده است. هندسه توربین مورد استفاده، پره سی تری اکس (C3X) است که در روند بهینه سازی، سطح آن ثابت در نظر گرفته می شود.شکل های تولید شده در روند بهینه سازی نشان می دهد که روش حاضر شکلهایی واقعی و صاف تولید می کند. نتیجه بهینه سازی چند هدفه در انتها به صورت نمودار پارتو ارائه می شود.
    کلیدواژگان: خنک کاری توربین، بهینه سازی، انتقال حرارت، منحنی بزییر، الگوریتم تکامل تفاضلی
  • فتح الله طاهری بهروز، هادی بخشان صفحات 360-370
    تحلیل و بررسی قطعات کامپوزیتی ناچدار در یک سازه به دلیل وجود تمرکز تنش بالا با رفتار نامعین، امری ضروری می باشد. در این تحقیق از روش خرابی پیش رونده برای پیش بینی واماندگی در قطعات ناچدار کامپوزیتی بافته شده شیشه/ اپوکسی که تحت بارگذاری کششی می باشند، استفاده شده است. تحلیل تنش و بررسی اثرات اندازه قطر سوراخ بر آن، با دو روش تحلیلی و عددی انجام شده است. با توسعه یک زیرروال یومت (UMAT) در نرم افزار المان محدود آباکوس، استفاده از روش خرابی پیش رونده سه بعدی امکان پذیر شده است. به دلیل عدم وجود معیار واماندگی مشخص برای کامپوزیت های بافته شده، از معیارهای واماندگی تنش بیشینه، یامادا- سان و سای- وو برای پیش بینی شروع خرابی استفاده شده است. دو روش کاهش خواص ناگهانی و بازگشتی در بحث گسترش خرابی به کار رفته و فاصله مشخصه کششی با روش خرابی پیش رونده و بدون نیاز به آزمایش محاسبه شده است. مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی، مطابقت خوبی را نشان می دهد. در پایان با استفاده از فاصله مشخصه کششی به-دست آمده از روش خرابی پیش رونده، امکان تعیین ضریب اطمینان در اتصالات کامپوزیتی به منظور طراحی بهینه فراهم شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت بافته شده، خرابی پیش رونده، معیار واماندگی، فاصله مشخصه کششی
  • محمد شومال، مهدی نیلی احمد آبادی، ابراهیم شیرانی صفحات 371-378
    کار حاضر روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین بر روی مجرای خم 90 درجه بین دیفیوزر شعاعی و دیفیوزر محوری یک کمپرسور گریز از مرکز، در شرایطی که جریان ورودی به مجرای خم دارای چرخش می باشد، توسعه یافته است. فرآیند اصلاح هندسه با ترکیب الگوریتم طراحی معکوس و تحلیل عددی شبه سه بعدی به عنوان حلگر جریان انجام شده است. بدین منظور از نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی استفاده و الگوریتم طراحی معکوس توسط برنامه نویسی در این نرم افزار اعمال شده است. جهت مشاهده اثر لزجت جریان بر نرخ همگرایی فرایند اصلاح شکل، تحلیل جریان به دو صورت لزج و غیرلزج انجام شده و در هر حالت تحلیل جریان، طراحی معکوس مجرای خم 90 درجه صورت گرفته است.همچنین اثر سرعت چرخشی بر فرآیند اصلاح هندسه با در نظر گرفتن فشار افزایش یافته به عنوان پارامتر هدف بررسی شده است. قابلیت روش گلوله-اسپاین با انتخاب هندسه های متفاوت به عنوان حدس اولیه بررسی گردیدهاست. در پایان به منظور کاهش تلفات در مجرای خم 90 درجه، طراحی آیرودینامیکی مجرای خم با روش گلوله-اسپاین انجام شدهاست. اصلاح هندسه با بهبود توزیع فشار دیواره های هندسه موجود و اعمال آن به الگوریتم طراحی معکوس صورت پذیرفتهاست. نتایج بدست آمده بیانگر سرعت همگرایی بالا و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری با وجود جریان چرخشی لزج می باشد. بگونه ای که ضریب بازیابی فشار مجرای خم 90 درجه 4 درصد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: طراحی معکوس، خم 90 درجه، کمپرسور گریز از مرکز، الگوریتم گلوله، اسپاین، جریان لزج چرخشی
  • مریم ملک زاده، بهاره شهبازی، حمیدرضا کوفی گر صفحات 379-385
    در این مقاله به طراحی کنترل کننده برای گروهی از ماهواره ها در قالب الگوریتم مجازی پرداخته می شود. در پرواز گروهی ماهواره ها به جای استفاده از یک ماهواره از چندین ماهواره کوچکتر برای رسیدن به هدفی یکسان استفاده می شود. در آرایش گروهی مجازی موقعیت هر ماهواره، در هر لحظه نسبت به یک نقطه مجازی سنجیده می-شود. جهت کنترل موقعیت پرواز ماهواره ها از دو روش کنترل مقاوم استفاده شده است. روش اول طراحی، کنترل کننده سنتز μ است که در برابر نویز، اغتشاش و عدم قطعیت های پارامتریک مقاوم بوده اما هزینه محاسباتی زیادی دارد. روش دوم طراحی، که به شکل استاندارد مسئله بهینه سازی در آمده، از تلفیق کنترل کننده پسخوراند حالت و تئوری لیاپانوف حاصل می شود. این روش به عنوان یک نامساوی ماتریسی خطی، از لحاظ محاسبات عددی بسیار کارآمد و نسبت به برخی از اغتشاش ها مقاوم است. با پیاده سازی این کنترل کننده ها بر روی مرکز مجازی، علاوه بر بهبود نتایج و تضمین پایداری، عملکرد مورد نظر نیز حاصل گشت. همچنین در طراحی، محدودیت عملگرهای ماهواره نیز در نظر گرفته شد و نتایج شبیه سازی بر روی ماهواره ها، توانایی کنترل کننده های ذکر شده را در ردیابی وضعیت مطلوب با وجود نامعینی در سیستم نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پرواز گروهی ماهواره ها، روش ساختار مجازی، کنترل مقاوم سنتز μ، نامساوی ماتریسی خطی (LMI)
  • محمدرضا شبگرد، محمد جداری سقایی صفحات 386-392
    در این مقاله تاثیر زاویه برخورد و فشار پاشش ماسه بر روی نرخ فرسایش و تنش پسماند ناشی از فرایند قالبگیری ماهیچه ای در چدن های خاکستری(GCI)، داکتیل پرلیتی(PDI) و داکتیل آستمپر شده (ADI) به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، جنس قطعه کار، زاویه برخورد و فشار پاشش ماسه به عنوان پارامترهای ورودی و نرخ سایش فرسایشی و تنش پسماند به عنوان پارامترهای خروجی انتخاب شده اند.
    نتایج آزمایش ها نشان دادند که با تغییر زاویه برخورد ذرات ساینده نرخ فرسایش مواد مذکور به شدت تغییر می کند، بطوریکه در زوایای کم، (30-15 درجه) چدن ADI و در زوایای بیشتر، (90-75 درجه) چدن PDI مقاومت فرسایشی بهتری از خود نشان می دهند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان دادند، علت اصلی بالا بودن میزان سایش در چدن خاکستری وجود گرافیت های تیغه ای شکل می باشد که به عنوان محل های تمرکز تنش عمل نموده و بدین طریق در فرایند پاشش ماسه با ایجاد و رشد ترک ها موجب زیاد شدن میزان سایش در چدن خاکستری نسبت به چدن های ADI و PDI می شوند. همچنین نتایج مربوط به اندازه گیری و ارزیابی تجربی میزان تنش پسماند ایجاد شده در سطح نمونه ها بعد از عملیات پاشش ماسه نشان می دهد، تنش پسماند فشاری ناشی از عملیات قالبگیری ماسه در چدن خاکستری به علت ایجاد ترک های ریز سطحی در قطعات کمترین و در چدن ADI به علت سختی بالا بیشترین مقدار می باشد.
    کلیدواژگان: سایش فرسایشی، چدن داکتیل پرلیتی، چدن داکتیل آستمپر شده، تنش پسماند
  • سیده مریم میرفلاح نصیری، علی باستی، رامین هاشمی صفحات 393-401
    استفاده از منحنی های شکل دهی در تخمین شکل پذیری ورق های فلزی بسیار پرکاربرد بوده و یکی از پارامترهای مهم در پیش بینی کرنش های حدی، تاثیر معیار تسلیم به-ویژه در مورد ورق های آلومینیومی ناهمسانگرد است. در این مقاله، اثر معیارهای تسلیم پیشرفته ی پلانکت2008، سوآر2008، 2008 BBCو 2011 Yldدر محاسبه ی کرنش های حدی و در مرحله ی بعد در پیش بینی نمودار حد تنش شکل دهی بررسی شده است. مدل ناپایداری پلاستیک، بر اساس مدل مارسینیاک-کوزینسکی مورد مطالعه قرارگرفته است و حل معادلات با استفاده از روش نیوتن - رافسون انجام شده است. این معیارها برای ارزیابی قابلیت پیش بینی شکل پذیری ورق آلومینیومی 3T-2090 AAبر اساس قانون سخت شوندگی سوئیفت به کار برده شده است و با منحنی حد شکل دهی پیش بینی شده توسط معیار تسلیم کلاسیک هیل48 قیاس سنجی و ملاحظه شد که معیارهای تسلیم کلاسیک جهت تخمین شکل پذیری ورق های آلومینیومی ناهمسانگرد مناسب نمی باشد. نتایج عددی به دست آمده از نمودار حد شکل دهی آلیاژ آلومینیومی 5754 AAتوسط معیار تسلیم پلانکت2008 و قانون سخت شوندگی سوئیفت، اگرچه نتایج تجربی را در محدوده ی نزدیک به حالت کرنش صفحه ای تایید می کند ولی تابع تسلیم 2ex06CPB برای پیش بینی رفتار ورق های آلومینیومی با ناهمسانگردی شدید توصیه نمی شود. همچنین کرنش های حدی پیش بینی شده برای ورق آلومینیومی 19H-3104 AAتوسط معیار تسلیم 2011 Yldو بر اساس کارسختی وس، تطابق بهتری را با نتایج تجربی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: معیار تسلیم پیشرفته، معیار تسلیم کلاسیک، نمودار حد شکل دهی، ورق آلومینیومی ناهمسانگرد
  • مهدیه آب روش، بهروز محمد کاری، شاهین حیدری صفحات 402-410
    با توجه به سهم بسزای شیشه ها در اتلاف انرژی، بررسی عملکرد حرارتی انواع شیشه های چندجداره پوشش دار، با در نظر گرفتن شرایط حاکم در مناطق حاد اقلیمی و تولیدات موجود در کشور و محصولات خارجی در دسترس، ضروری است. در این مقاله، خواص تشعشعی شیشه های ساده و پوشش دار تولید شده در داخل کشور که مشخصات حرارتی و نوری آن ها در دسترس نبود، با استفاده از دستگاه های اسپکروفتومتر و گسیل سنج اندازه گیری شد. در مرحله دوم، به کمک روش محاسباتی دقیق موجود در نرم افزار انرژی پلاس، میزان اتلاف انرژی از شیشه ها با توجه به خواص تشعشعی اندازه گیری شده، در دو شرایط اقلیمی حاد (بسیار گرم ومرطوب و بسیار سرد) محاسبه گردید. در مرحله دوم، با انتخاب روش محاسباتی به جای اندازه گیری های واقعی، این امکان فراهم گردید تا تاثیر پارامترهای مختلف (دو نوع اقلیم متفاوت، جهت های مختلف جغرافیایی و انواع شیشه ها) بر میزان اتلاف سالانه انرژی از شیشه ها، با حذف عوامل احتمالی نظیر انتقال حرارت از جدارهای کدر و تهویه محاسبه گردد، که انجام این محاسبات به صورت واقعی امکان پذیر نبود. نتایج نشان می دهند در منطقه سردسیر، بهره گیری از شیشه های دوجداره با پوشش کم گسیل، در تمام جهت های جغرافیایی کمترین اتلاف انرژی را در مقایسه با سایر شیشه های موردمطالعه دارد و کاهش اتلاف انرژی از آن، در مقایسه با شیشه دوجداره ساده، تا 97 درصد می باشد. در منطقه گرمسیر، کاربرد شیشه های دوجداره پوشش دار منعکس کننده با زمینه رنگی آبی تیره در تمامی جهت ها، بهترین گزینه از بین موارد بررسی شده است و در این حالت، کاهش اتلاف انرژی از شیشه، نسبت به شیشه دوجداره شفاف، بیش از 70 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: شیشه پوشش دار، منعکس کننده، عملکرد حرارتی، مصرف انرژی
  • حسام تراب زاده کاشی، قادر فرجی * صفحات 411-416

    در این پژوهش روش جدیدی تحت عنوان “افزایش و کاهش تناوبی قطر” برای تولید لوله های ریزدانه شده با ضخامت کم معرفی شده است. شبیه سازی اجزا محدود این روش، کم بودن نیروی تغییر شکل مورد نیاز و همگنی کرنش اعمالی را نشان می دهد. این روش از دو نیم سیکل تشکیل شده است. در نیم سیکل اول لوله بر روی ماندرل افزایش قطر، فشار داده می شود که بدین ترتیب در نواحی برشی، تنش عمودی کششی همراه با برش ایجاد و قطر لوله افزایش می یابد. در نیم سیکل بعدی لوله درون قالب کاهش قطر به صورتیکه در همان نواحی برشی تنش فشاری همراه با برش ایجاد شود، رانده می شود تا قطر لوله به مقدار اولیه برسد. این فرآیند می تواند به صورت متناوب بر روی لوله اجرا شود تا به کرنش اعمالی بیشتر و به تبع آن اندازه دانه ریزتر و در نهایت خواص مکانیکی بهتر دست یافت. لوله از جنس آلومینیوم 1050 تحت این روش قرار گرفت که نتایج حاصله نشان می دهد مقدار حد تسلیم و استحکام کششی از حالت اولیه 50 مگاپاسکال و 115 مگاپاسکال به ترتیب به مقادیر 165 مگاپاسکال و 173 مگاپاسکال افزایش یافته است. مقدار درصد تغییر طول نهایی پس از انجام سه پاس، از 42% به 14% کاهش یافته است. از طرفی دیگر سختی لوله پس از انجام ده پاس، از مقدار23 ویکرز به 38 ویکرز افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، مواد فوق ریزدانه، لوله با ضخامت کم، آلومینیوم، خواص مکانیکی
  • آرش بدیع سیچانی، محسن دوازده امامی صفحات 417-428
    در این پژوهش، مدلی تحلیلی و غیر خطی برای تعیین تغییر شکل قطره (مناسب برای استفاده در شبیه سازی افشانه ها) همراه با تخمین نیروی آیرودینامیکی با دقت بالا ارائه و ارزیابی می شود. در مدل سازی تنها مد اساسی نوسانی قطره در نظر گرفته می شود. این رویکرد در بسیاری از مدل های فروپاشی مبتنی بر تغییر شکل از جمله TAB، DDB، و NLTAB نیز استفاده شده است. اما این مدل ها دارای کاستی هایی همچون استفاده مکرر از ضرایب کالیبراسیون، تجزیه و تحلیل دو بعدی، و تقریب نامناسب نیروی آیرودینامیکی در تغییر شکل های بزرگ هستند. هدف این مقاله، اصلاح این نقایص است. فرمول بندی بر اساس معادله انرژی مکانیکی است. برای پروفیل توزیع فشار در اطراف قطره، از تابعی دو تکه ای ثابت و سینوسی که به عدد رینولدز و تغییر شکل قطره بستگی دارد، استفاده می شود. معادله جنبشی نهایی با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه چهار به طور عددی حل شده و نتایج آن با سایر مدل ها و آزمایش مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که مدل حاضر، در حالت غیر دائم، تغییر شکل را بیشتر از سایر مدل ها پیش بینی می کند که سازگاری بیشتری با داده های تجربی دارد. در حالت دائم، نتایج مدل حاضر بین نتایج مدل TAB و NLTAB قرار دارد. خطوط جریان به دست آمده از شبیه سازی VOF با آنچه در تحلیلی محاسبه شده مطابقت دارد که نشان دهنده صحت مفروضات مورد استفاده در مدل سازی است. به طور کلی، مدل حاضر می تواند برآورد مناسبی را برای تغییر شکل قطره فرآهم آورد و این در حالی است که این مدل نظری از ضرایب کالیبراسیون بی نیاز است.
    کلیدواژگان: تقابل آیرودینامیکی قطره، تغییر شکل بزرگ، حل تحلیلی، فروپاشی ثانویه
  • وهاب خوشدل، علیرضا اکبرزاده توتونچی * صفحات 429-437

    در این مقاله، از یک روش کنترل امپدانس مقاوم جدید برای ربات توان بخش با استفاده از استراتژی کنترل ولتاژ استفاده شده است. در روش های مبتنی بر راهبرد کنترل گشتاور، سیستم کنترل به دینامیک ربات و دینامیک پای بیمار وابسته می شود که آن نیز غیر خطی، همراه با عدم قطعیت فراوان و برای هر بیمار متفاوت است. در حالی که کنترل بر مبنای ولتاژ به مدل دینامیکی ربات و پای بیمار وابسته نبوده و در آن دینامیک محرکه ربات نیز در نظر گرفته می شود. همچنین پیاده سازی های عملی در زمینه های رباتیک، برتری کنترل بر مبنای ولتاژ را در قیاس با کنترل بر مبنای گشتاور به خوبی نشان داده اند. استراتژی کنترل ولتاژ در مقایسه با روش کنترل گشتاور ساده تر بوده و دارای محاسبات کمتر و عملکرد بهتر در اجرای قانون امپدانس می باشد. با این وجود در این استراتژی، بحث عدم قطعیت های مدل محرکه به عنوان یک چالش مطرح می شود. در روش پیشنهادی برای غلبه بر چالش عدم قطعیت های مدل محرکه، از یک سیستم فازی تطبیقی متناسب با روش ولتاژ استفاده شده است. همچنین، اثبات پایداری روش پیشنهادی نشان داده شده است. برای ارزیابی روش پیشنهادی، یک ربات توان بخش زانو با یک درجه آزادی ساخته شده است. در مرحله اول کارایی کنترل بر مبنای ولتاژ نسبت به کنترل گشتاور نشان می شود. در ادامه عملکرد روش پیشنهادی در حضور عدم قطعیت با روش های رایج کنترل بر مبنای ولتاژ مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی نشان می دهد، استراتژی پیشنهادی در اجرای قانون امپدانس به خوبی بر عدم قطعیت ها غلبه می کند.

    کلیدواژگان: کنترل امپدانس، ربات توان بخشی، دینامیک ربات توان بخشی، کنترل مقاوم، سیستم فازی تطبیقی
  • سید مرتضی صادقی، آریو رضایی صفحات 438-448
    ارتعاشات «آولین» کابل های خطوط انتقال برق، خسارت زیادی به شبکه های انتقال توان الکتریکی وارد می کند. رایج ترین روش برای کنترل دامنه ارتعاش، استفاده از میراگر «استاک بریج» است. به دلیل پیچیدگی اندرکنش باد و کابل، از روش «تعادل انرژی» برای محاسبه دامنه ارتعاش حالت پایا استفاده می شود. همچنین برای در نظر گرفتن انتشار موج، پاسخ کابل بصورت برهم نهی دو موج رونده فرض می شود. در تحقیق حاضر روش تعادل انرژی و موج همساز رونده برای محاسبه دامنه پایای ارتعاش کابل دارای تعداد دلخواه میراگر توسعه داده می شود و با استفاده از آن تاثیر تعداد، محل نصب و امپدانس میراگر در انرژی اتلافی و عملکرد میراگرها بررسی می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد نصب میراگر در محل بهینه موثرتر از افزایش تعداد میراگر است و افزایش تعداد میراگر لزوما افزایش انرژی اتلافی را به دنبال ندارد. در ادامه این تحقیق رابطه بین «نسبت موج ایستاده» و «ضریب جذب» میراگر استخراج و ارایه می شود. اهمیت این رابطه از آنجاست که در تست تجربی اندازه گیری «نسبت موج ایستاده» میسر است ولی به دلیل عدم امکان سنجش دامنه موج های رونده، ضریب جذب (شاخص عملکرد میراگر در اتلاف انرژی) قابل محاسبه نیست. در نهایت بررسی اثر مشخصات دینامیکی میراگر بر ضریب جذب نشان می دهد که مقدار حقیقی امپدانس میراگری که بتواند کل انرژی گسیل شده را جذب کند، مستقل از فرکانس ارتعاش است و چنانکه بزرگی امپدانس، همواره (برای همه مقادیر فرکانسی) کمتر از امپدانس کابل باشد، جذب کامل انرژی هرگز رخ نمی دهد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آولین، روش تعادل انرژی، میراگر استاک بریج، محل نصب بهینه، میراگر بهینه
|
  • Azadeh Goodarzi, Hossein Mohammadi Shodja, Behdad Hashemian Pages 1-9
    In the present work, the elastodynamic field of scattering of an anti-plane high frequency elastic shear wave due to an embedded nano cylindrical cavity in an infinite elastic medium is obtained by considering the effects of couple-stresses. In the theories accounting the effects of couple-stresses in their formulations, a new characteristic length of material is introduced into the formulations, and so, these are capable to capture size effect at micro and nano scales. Also, in contrary to classical continuum theory which has difficulties in describing dispersion of wave at high frequencies, observed dispersive wave in experiments can be explained in the framework of these theories. In this work, the analytical expressions of elastodynamic fields around the cavity are obtained by considering equation of motion, dispersion relation and appropriate boundary conditions in the framework of two theories considering couple-stresses. Also, the dynamic stress concentration factor around the cavity within these theories is obtained, and, as a limiting case, the results of two cases of dynamic stress concentration factor in classical theory as well as static stress concentration factor in couple stress theories are recovered. In the framework of these theories, by several examples, the effects of frequency of incident wave and the ratio of couple stress characteristic length to the size of the cross section of the cavity on the displacement field, stress field and dynamic stress concentration factor around the cavity are studied, and the results are compared with the corresponding classical solutions.
    Keywords: Nano cavity, Couple, stresses, Wave propagation, Characteristic length
  • Mohammad Riahi, Mohammad Sedighi, Hassan Rahmanian Pages 10-18
    In this research the designed mechanism for chasing and repoussé of sheet metal is studied. This mechanism is similar to incremental sheet metal forming. In this kind of sheet metal forming, sheet is fixed and forming tool pastes desired pattern incrementally. The major difference between designed mechanism and traditional incremental forming is as follows: control on the punch energy and sequence, and fixing sheet by using protectant material behind it instead of clamping sheet sides. In this mechanism, the solenoid is used as a hammer. The plunger moves to the center of the coil while energized. Striking energy could be controlled by controlling the excitement voltage and punching sequence thus could be adjusted by manipulating the excitement algorithm. In this paper, the utilized solenoid is simulated. The mechanical and magnetic relations are merged for this. And the effect of core head geometry and plunger mass and coil covers on the strike energy and hence power is studied.
    Keywords: Incremental sheet metal forming, magnetic hammer, chasing, repoussé, prototyping
  • Mostafa Mohammadian, Mohammad Hossein Abolbashari Pages 19-28
    Sandwich structures have low weight and high stiffness. Sandwich panels with open and prismatic cores are a kind of these structures that have special properties. These panels are named based on the number of corrugations (n) of the core. In this paper weight optimization of these panels is carried out by Gravitational Search Algorithm based on yielding and buckling constraints. This algorithm is a heuristic algorithm that is based upon the Newtonian gravity force and the laws of motion. For optimization of the weight, core and surface thickness and panel height are assumed as design variables. The results show that for a specific panel, the design variables and the weight of panel are increased by increasing the load. Also the core and surface thickness are decreased and the weight and panel height are increased by increasing core corrugate number at a specific loading. The panels with n=1 and n=2 have the minimum weight and highest structural efficiency. By comparing the results with some previous studies, it is shown that the Gravitational Search Algorithm is a useful tool in achieving lower weight in these panels and has a good convergence rate.
    Keywords: Sandwich Panel With Prismatic Core, Yielding, Buckling Constraints, Weight Optimization, Gravitational Search Algorithm
  • Mojtaba Dehghan Manshadi, Saeid Esfandeh, Ali Akbar Dehghan, Ali Saeidinezhad Pages 29-40
    In present study, the wake flow field of a submarine model was investigated experimentally in a wind tunnel. These experiments were conducted in four different locations X/L= 0.85, 1, 1.25 and 1.5 downstream of the model at Reynolds number of 3.85×105 by a five hole probe. The effect of various factors such as the variation of Reynolds number, the installation of the trip strip on the model nose surface, the mounting of the appendages on the submarine bare hull model and the nose shape effect on the wake structure were investigated in this study. The results showed that the installation of the trip strip on the nose surface did not have recognizable effects. By Increasing the Reynolds number, the amount of the dropping velocity in the wake field decreased due to the decreasing of the separation region on the after-body section. Presentation of the appendages on the model surface lead to the increasing of the wake area. The effect of the nose shape on the wake of the submarine model is the main innovation in the present work. Investigations showed that the velocity in the central part of the wake for non-axisymmetric nose shape (TANGO) decreased in comparison with the axisymmetric nose shape (SUBOFF and STANDARD).
    Keywords: Wake, Submarine model, Five, hole probe, Wind tunnel
  • Amir Razazzadeh, Reza Jafari Nadoshan, Younes Barzegar, Mahmoud Farzin Pages 41-50
    Cold tube rolling process is one of the current seamless tube manufacturing methods. One of the serious problems of this process is micro-cracks in final product. Numerical modeling is a method to predict and reduce these micro-cracks. In the current paper damage in cold three-roller pilger process is simulated by finite element method. In these simulations to predict damage evolution three different damage models, including Lemaitre model, modified Lemaitre model and cumulative damage model are used. In conjunction with these models isotropic and combined hardening rules is also considered. Forming benchmarks are simulated to validate provided codes for the mentioned models. Then the process is simulated and good agreement is observed between current results and previous numerical and experimental results. The results show that three models correctly predict damage distribution but predicted damage by Lemaitre model is more than modified Lemaitre model due to ignoring crack closure in compressive loads. It is also concluded that using combined hardening rule predict damage growth less than using isotropic hardening. all of the models suggest that crack initiation take place in the outer surface of the tube.
    Keywords: Three, roller tube rolling, Finite element modeling, Damage mechanics
  • Seyyed Sajad Mousavi Nejad Souq, Gholam Hossein Baradaran Pages 51-58

    Frame structures have several applications in industries. They are used to carry all types of loadings. Usually catastrophic failure in these structures initiate from small cracks. Catastrophic failure can be prevented by detecting the cracks early and replacing or repairing the cracked members. The change in dynamics and vibration characteristics is one of the consequences of cracks in structures. In this work, detection of surface cracks in frame structures with regards as the change in natural frequencies of the system is studied. The finite element has been used to compute the natural frequencies of cracked structures. Then, according to the difference in natural frequencies of intact and cracked structures the locations and depths of cracks have been determined by the solution of an inverse problem. For the inverse problem the ant colony optimization algorithm has been employed. It is shown that; while, the changes in natural frequencies are good means for crack detection in a separate beam, it is not sufficient for crack detection in a frame structure. It seems that, other characteristic of the system such as changes in natural modes must be considered.

    Keywords: Frame, Surface crack, Natural Frequency, ACOR
  • Hassan Mohammadi Majd, Behrooz Hassani Pages 59-66

    In this study, experimental study of profile geometry effect on Polycrystal Diamond Compact (PDC) drill bits performance and durability was conducted. In an extensive field study, three samples of bits was choosed among NIOC bits collection. PDC bit profile consists of apex, cone, nose, shoulder and gage, which all are effective on stability, penetration rate, aggressiveness and durability. Verification of the effect of PDC bit profile geometry needs to first determine the exact geometry. Complicated geometry of these PDC bits was obtained by 3D-scan and cloud of points. Then cutters arrangement of the profile was produced. In experimental study, field test of these bits was conducted in same condition (WOB, ROP, fluid velocity and drilling mud weight) in Ahwaz oil rig in Asmari formation. Drilling metrage and penetration rate was measured and the bits dull grading based on IADC standards was determined. Results of the bits test showed the effect of profile geometry on PDC bits performance and durability. optimization of profile geometry of PDC bits causes an increase in penetration rate, stability and durability.

    Keywords: PDC drill bit, profile geometry, performance, durability
  • Mohammad Tahaye Abadi, Milad Majidian Pages 67-74
    An experimental procedure is used to determine the transient response of an elastomeric isolator under the impact loading conditions and a numerical procedure is developed to evaluate the corresponding acceleration transmission ratio and shock response spectrum. In the experimental analysis the elastomeric isolator is connected to a resonance beam subjected to the shock loading of a pendulum striker and the shock level is measured using acceleration sensors mounted along three orthogonal directions in the basement and free end of isolator. The shock response spectrum diagram and the level of wave attenuation are determined based on the measured acceleration levels for a wide frequency range. Finite element model based on mode superposition approach is developed to analyze the impact response of elastomeric isolator using the mode shapes with frequency in range of impact excitation spectrum. Due to the importance of longitudinal response of isolators, the numerical model is employed to evaluate the longitudinal output acceleration time history of isolator. The number of elements, time step for motion equation integration and the number of mode shapes are studied and the optimized corresponding values are selected based on the convergence of the numerical results. The calculated results for wave attenuation level and shock response spectrum diagrams correlate well with the experimental measurements under two different impact loading conditions and the present model can be used to evaluate the performance of isolators depending on the level of impact loads and transmission acceleration and displacement ratios in the output of elastomeric isolators.
    Keywords: Elastomeric isolator, impact, Shock response spectrum, Experimental analysis, Finite element analysis
  • Amir Hossein Davaie Markazi, Milad Nazarahari Pages 75-84
    Identification and classification of signals which are heard by underwater microphones (hydrophones) can be used extensively in harbor traffic management, especially in economical harbors. However, automatic identification and classification of acoustic signals which are received by passive sonar system is a challenging problem, because of variation in temporal and frequency characteristics of signals (even they are received from a same source). In this paper, a novel method for classification of acoustic signals is presented, based on DWT as preprocessing, a diverse range of feature extraction methods (principal component analysis and its variations (6 methods) and discriminant analysis and its variations (3 methods)), and 4 ensemble learning methods with 3 classifiers (multilayer perceptron (MLP), probabilistic neural network (PNN) and support vector machine (SVM)). Performing a diverse range of performance tests, the performances of different methods are assessed and the best ones are chosen for the proposed method. The proposed method is used to extract features and classify acoustic signals of 8 ships. Using the proposed method, some real signals and their noisy version are classified. The accuracy of the proposed method in classification of test signals with Gaussian white noise with -5, -10 and -15 signal-to-noise ratio is obtained as 99.83%, 97.06% and 83.56%, respectively.
    Keywords: Audio (Acoustic) Signal, DWT, Feature Extraction, Classifier, Ensemble Learning
  • Mir Mohammad Mousavi Nasab, Milad Saeedifar, Mehdi Ahmadi Najafabadi, Hossein Hosseini Toudeshky Pages 85-92
    Despite the fact that fiber reinforced plastic composites have excellent mechanical properties, various failure mechanisms can be occurred in these materials. Delamination is the most common failure mode in laminated composites that can be occurred under quasi-static and fatigue loading conditions. The present study is concerned with the investigation of mechanical and Acoustic Emission (AE) behavior of delamination in glass/epoxy composites under mode I quasi-static and fatigue loading conditions. First, the unidirectional and woven specimens were subjected to mode I quasi-static loading. The behavior of the delamination in the specimens was investigated and interlaminar fracture toughness of the specimens was calculated. Then, according to the information that obtained from quasi-static loading, the similar specimens were subjected to the fatigue loading. The mechanical and AE behavior of the delamination under fatigue loading was investigated. A linear relationship was established between cumulative AE energy and fatigue crack growth and fatigue crack growth curve was predicted using the AE method. Then, energy release rate variations curve and fatigue crack growth rate diagram were predicted using AE method. The predicted results by AE have a good compatibility with the visually based data that recommended by standard. The results indicate that, the AE method has good applicability for health monitoring of composite structures that subjected to quasi-static and fatigue loading conditions.
    Keywords: Delamination, Acoustic emission, Fatigue Loading
  • Kamel Milani Shirvan, Mojtaba Mamourian Pages 93-104
    In this paper the mixed convection and entropy generation in a square cavity filled with Al2O3-water nanofluid with the presence of a constant axial magnetic field, is analyzed. The upper and bottom walls are adiabatic. Discretization of the governing equations were achieved through a finite volume method and solved with SIMPLE algorithm. In this research the effects of the Rayleigh number (103- 106), Hartmann number (0 - 100) and also inclination angle (0 - 90°) are investigated. When the cavity is rotated, it is observed that the mean Nusselt number and total entropy generation increase when the Rayleigh number increases in cavity. In square cavity, regardless of the Ha number, by increasing of the inclination angel, the mean Nusselt number and entropy generation rate, increase until inclination angel 30°, then decreases. Also when the magnetic field is rotated, it is observed that the mean Nusselt number decrease when the Hartmann number increases. The mean Nusselt number when the cavity rotates with specific inclination angel is less than state that the cavity rotates with specific magnetic field. For finding optimum condition of heat transfer, Artificial Neural networks (ANN) were used. The results from optimization show that as the Rayleigh number increases, the optimum angel decreases. Whatever the Rayleigh number more increases, the decrement in optimum angel more intenses. Also in low the Rayleigh number, as the Hartmann number increases, the optimum angel decreases firstly then increases. In high Rayleigh number, as the Hartmann number increases, the optimum angel increases too.
    Keywords: Nanofluid, Magnetic field, natural convection, Entropy generation, optimization of inclination angel
  • Yousef Hemmati, Roohollah Rafee Pages 105-115

    Phenomenon of dispersion and deposition of nano- and micro-particles in turbulent flows been focused in the past decades. In this paper, particle dispersion and deposition in gas-particle two-phase turbulent flow inside a two-dimensional channel with rectangular artificial roughness is studied using an Eulerian–Lagrangian method. The RSM turbulence model with enhanced wall treatment was used to simulate the anisotropic turbulent gas phase flow. The gas phase flow predictions were validated by comparing the results with available experimental data for a fully developed asymmetric turbulent channel flow. In discrete phase, Lagrangian approach was applied for particle tracking. The Lagrangian equation of particle motion includes drag, gravity, Saffman lift, and Brownian forces. The particle phase simulation results were validated by comparing the present work with available equations and valid data for a gas particles turbulent flow inside a two-dimensional smooth channel. The gas phase simulation results show that by increasing the artificial roughness height, a recirculation region which is created in the space between two ribs, becomes larger. The particle phase results show that the rate of deposition in the channel with artificial roughness is a function of gravity force and flow pattern in the space between two ribs. The rate of deposition for small particle is affected significantly by gas flow pattern in the space between two ribs. However for large particles the gravity force is more dominant.

    Keywords: Two, phase flow, Artificial Roughness, Particle deposition, Discrete Phase Model
  • Hamid Reza Rezaei, Roozbeh Zarandooz, Majid Sohrabian Pages 116-124
    Inconel 625 is a nickel-base supper alloy that is widely used in power plants industry, aerospace systems, and mineral industries due to its properties such as high tensile strength, high corrosion resistance and excellent fabricability. Resistance spot welding (RSW) is one of the important joining processes for assembling supper alloy sheets, because of accuracy and high production rates. In the present research, the influences of electrode tip diameter and other RSW parameters on distribution of temperature and nugget formation are investigated by the finite element method for Inconel 625 superalloy. The process is simulated with a 2D axisymmetric coupled electro-thermal and uncoupled mechanical finite element model by using ABAQUS software package. In order to improve accuracy of simulation, material properties including physical, thermal and mechanical properties is supposed to be temperature-dependent. The diameter of computed weld nuggets is compared with experimental results and good agreement is observed. So, FE model developed in this paper provides prediction of quality and shape of the weld nuggets and temperature distributions with variation of each process parameter, suitably. The results show that increasing electrode tip diameter decreases weld nugget diameter, in constant welding current, but in general, the electrode tip diameter cannot be selected less than a distinct value.
    Keywords: Resistance spot welding (RSW), Finite element method (FEM), Nugget size, Electrode tip diameter, Inconel 625
  • Siavash Sattar, Siamak Mazdak, Ebrahim Sharifi Pages 125-133

    Cold roll-forming is a process in which a metal sheet will get its required section form by passing it through a series of rotating rollers. The pre-notched sections have frequent usage in different industries. The problem with these products is about deformation of the holes after completion of the forming process. Also, there are problems like edge waves, buckling, bending, distortion of the holes, etc. In order to analyze and predict the important parameters in deforming the ellipsoidal holes during the cold roll-forming of U-channel section, a three-dimensional model with finite element has been taken into account. Furthermore, for modelling of the sheets. The effective parameters of forming the U-channel section with pre-notches such as the minor and major hole diameter, hole spacing, the distance of holes from the flange edge, thickness and the material were intended. Furthermore, by usage of response surface methodology, the set of tests were designed. Afterward, a set of out-put parameters such as: edge buckling, the wave of the holes, the change of the hole spacing size, the change of the distance of the holes from the flange edge, the change of the hole size were considered. The output parameters were measured and the chart of experiment design were completed. Then, by applying ANOVA, the accuracy of the statistical results was obtained. Also, by comparison of the results with experimental study, the accuracy of the simulated models was analyzed. the effect of the significant parameters has been extracted both in statistical form and mathematical functions.

    Keywords: Cold Roll Forming, U, channel Pre, notched Section, Finite Element Method, Response Surface Method
  • Ebrahim Abdi Aghdam, Mohsen Bashi Pages 134-142
    The importance of pollutant control and shortage of fossil fuel reservoirs have caused the development of injector systems and researches on optimum fuel consumption of internal combustion engines. The main purpose of this work is to study the effect of fuel injection start angle on engine performance features such as indicated power, exhaust emissions (CO and HC), ignition delay and fast burn length in a single cylinder port injection SI engine using gasoline and natural gas individually as fuel. Injection period, ignition timing, engine speed and throttle plate position were fixed and start angle of injection (SOI) was varied. The obtained results show that higher indicated power and lower CO emission are achieved when SOI is adjusted so that the injecting fuel and flowing air are entering simultaneously into the cylinder; however, higher unburned HC emission is resulted at the condition. Heat release rate analysis was used to evaluate ignition delay and fast burn length. The results show that the lowest ignition delay happens when the SOI is adjusted so that the part of injected fuel at the late intake stroke is higher; and the fast burn length is decreased as both injecting fuel and flowing air are entering into the cylinder during the injection period.
    Keywords: SI engine, CNG, Gasoline, Angle of start of injection, Heat release rate
  • Mehrangiz Ghazi, Majid Amidpour, Majid Abbaspour, Hooman Farzaneh Pages 143-152
    A new approach of retrofit design methodology in cogeneration heat and power systems based on constructal theory is presented in this paper. A cogeneration system may consist of different turbines, steam levels and steam generators. The steam demand of each level is determined and should be supplied. The purpose of this paper is to retrofit the existing total site heat and power cogeneration system utilizing the concepts of constructal theory. Developing constructal theory to total site cogeneration systems may lead to divide the total site into different constructs. In this paper the total site cogeneration system will be divided into three constructs: turbines, turbine array between each two levels and steam generators array. Using constructal theory simplifies the total site complex system to a simpler system that can be solved easily by a simple search and sort method. The best configuration of the total site would have the minimum operating cost. Using constructal theory would simplify the optimization procedure of cogeneration systems in addition to reach better conceptual design especially in more sophisticated systems. The methodology is applied to a sophisticated total site heat and power cogeneration system as case study from literatures. The constructal retrofit results 14.1% and 14.3% reduction in operating cost and fuel consumption respectively.
    Keywords: Cogeneration heat, power, Constructal Theory, Total Site retrofit, Construct, Mass Flowrate
  • Hossein Rezaeifar, Farshid Najafi Pages 153-163

    In order to utilize robots for industrial tasks, designing a suitable path is necessary.Executing the path by the robot in the presence of obstacles, makes the path planning task a difficult one. In addition, path planning is a time consuming task and needs expertise to define certain path for each industrial job. In this paper, uses Jerk-minimum method, B-Spline curves, via-point, and obstacle avoidance algorithm to automatically generate a suitable and safe path for a simulated 7 degrees of freedom industrial manipulator.A user determines via-points for robot trajectory using a Kinect sensor,then a combination of Jerk-minimum method, B-Spline curves, a path is generated. This path is checked by an obstacle avoidance algorithm,and a final path is generated. The obstacle avoidance algorithm uses the inverse kinematic equation of the robot to modify the robot trajectory. One of the advantages of the proposed method is both to facilitate trajectory planning for the user and to create a smooth trajectory for the robotic arm.

    Keywords: Optimal path planning, Serial robots, Obstacle avoidance algorithm, Jerk, minimum method
  • Kamel Milani, Mojtaba Mamourian Pages 164-174
    Taguchi method since 1980 is used as an effective way to optimize the design process engineering tests. In this paper by using of taguchi method optimal conditions of the mixed convection and entropy generation in a square cavity filled with Cu-water nanofluid is analyzed. For this purpose a L16 (43) orthogonal taguchi array is used. Discretization of the governing equations were achieved through a finite volume method and solved with SIMPLE algorithm. The effect of Richardson number (0.1-100), the volume fraction of copper nanoparticles (0-10%) and the wavelength of the wavy surface (0- 1) as an effective parameters for analyzing in four levels are considered. This analysis was performed for fixed Grashof number 104. The results show that the mean Nusselt number decreases by increase of the Richardson number, the volume fraction of nanoparticles and the wavelength of the wavy surface. It is found that the Flat plate (for wavy surface with the wavelength 0) and the volume fraction 0% in the Richardson number 0.1 is optimal design for heat transfer while the geometry with Ф=5%, Ri=100 and λ=0.25 is optimal design for entropy generation. Finally for maximum heat transfer and minimum entropy generation the geometry with Ф=0%, Ri =1 and λ=0.25 can be considered as an optimal design.
    Keywords: Cu, water nanofluid, Mixed convection, Optimization, taguchi, Lid, driven cavity
  • Mojtaba Tahani, Mohammad Hojaji, Mohammad Salehifar, Arash Dartoomian Pages 175-186
    Effects of secondary sonic jet injection in divergent part of supersonic nozzle on flow field structure and thrust vector control performance has been numerically analyzed. Three dimensional multi-blocks extended numerical code has been used to model the complexity of turbulence flow by k-ω SST model. Structured computational domain has been applied and initial results of simulation validated with previous experimental results. The obtained numerical results are compared with the experimental ones, and the outcome shows acceptable agreement between the two. Different injection power generates by varying the injection surface and pressure ratio with respect to throat pressure. Injection power increment make changes in performance and also sometimes it lowers the performance. In the current research aside from complete complex flow features description, allowable power range to increase system performance has been presented. In this range, increasing the injection mass flow rate, decreases the amplification factor, but increases the deflection angle and axial thrust augmentation as most important performance parameters. Out of estimated range for allowable mass power injection, performance parameters different behavior differently that shows a drastic drop in performance.
    Keywords: Thrust Vector Control, Sonic Jet Injection, Turbulent Flow, Supersonic Nozzle
  • Mehdi Maerefat, Sohrab Tahmasebi, Mohammad Reza Ansari Pages 187-196

    Development and application of high-speed underwater vehicle is the cause for considering super-cavitating flows by many researchers. Frictional drag decreases and vehicle’s velocity increases due to cavity generation. The objective of the present research is to find the coefficients of an optimized equation to estimate cavity length around a submercible vehicle equipped with a wedged-shaped cavitator which has important practical applications. For this purposes, the super cavitation phenomena has been simulated numerically around three bodies with different geometry. At first stage, to validate the results of numerical simulation of present work a well-established experimental result of a cylindrical body with hemispheric cap is used for comparison. This comparison is used for parameters effecting numerical method, turbulence flow model and mass transfer model. As this comparison is confirmed, the simulation is continued at second stage for super cavitation phenomena initiation around a wedged-shaped cavitator with two 15 and 45 degrees angle. At third stage, the super cavitation flow is analyzed around a submersible body equipped with a wedged-shaped cavitator. The cavity length and related coefficients are obtained for three cases using different cavitation numbers. The developed equation is similar for all cases with different coefficients. The averaged Navier-Stokes equations are solved in transient case using finite volume method. Different mass transfer models with turbulent flow models are used at different conditions. The numerical results are validated with experimental results of other researchers. Comparison is encouraging.

    Keywords: Supercavitation, cavity length, mass transfer model
  • Roya Sabbagh Novin, Mehdi Tale Masouleh, Mojtaba Yazdani, Behzad Danaei Pages 197-206

    Regarding the progress in technology and increase in the capabilities of the robots, one of the main challenges in the field of robotics is the problem of real-time and collision-free path planning of robots. This paper focuses on the problem of path planning of a 3-DOF decoupled parallel robot called Tripteron in the presence of obstacles. The proposed algorithm is a synergy-based algorithm of convex optimization, disjunctive programming and model predictive control. This algorithm has many advantages compared to previous methods reported in the literature including not getting stuck in the local optimums and finding the global optimum and high computational speeds. Finally, the algorithm will be implemented on a model of the real robot. It should be mentioned that this algorithm has been implemented using Gurobi optimization package with C++ programming language in Qt Creator environment and the simulation of the parallel mechanism is performed by the CAD2MAT package for MATLAB. Obtained results reveal that the maximum computational time at each step is less that one second which, for this particular application, could be regarded as a real-time algorithm.

    Keywords: Optimal path planning, parallel robots, convex optimization, disjunctive programming, receding horizon concept
  • Hami Tourajizadeh, Saeed Zare Pages 207-215
    In this paper, an optimal active controller is designed to prevent the shimmy vibrations in aircraft nose landing gear. The controller is designed according to the linearized system while the input is implemented on the real non-linear plant. Shimmy vibration is the lateral and torsional vibrations in the wheel that causes instability in high speed performances. Thus, control and suppressing of this vibration is extremely important. In this paper, using the nonlinear dynamics of the nose landing gear system, the equivalent linearized system is extracted and then its related linearized state space is derived. Stability, controllability and observability of the system are investigated based on the linearized model of the system and damping the shimmy vibrations is performed with the least consumption of energy using Linear Quadratic Regulator (LQR). To estimate the states of the system which are not measurable using ordinary sensors, an observer is designed and implemented using separation principal. To verify the performance of the proposed controller, vibration response of the open loop system is compared with the closed loop response of the designed optimal controller. Considerable improvement can be seen in the performance of the closed loop system since not only the vibrations are effectively damped but also the consumption of energy is minimized. Finally, digital control system is extended in order to implement the proposed controller on the discretized model of the system and the effect of sampling rate on the accuracy of the system is studied.
    Keywords: Landing gear, shimmy oscillation, Optimal Control, nonlinear systems
  • Asghar Khanpoor, Ali Keymasi Khalaji, Seyed Ail Akbar Moosavian Pages 216-226
    Trajectory tracking is one of the main control problems in the context of Wheeled Mobile Robots (WMRs). Besides, control of underactuated systems possesses a particular complexity and importance; so it has been focused by many researchers in recent years. In this paper, these two important control subjects are discussed regarding a Tractor-Trailer Wheeled Mobile Robot (TTWMR); which includes a differential drive wheeled mobile robot towing a passive spherical wheeled trailer. The use of spherical wheels instead of standard wheels in trailer makes the robot highly underactuated with severe nonlinearities. Spherical wheels are used for the trailer to increase robots’ maneuverability. In fact, standard wheels create nonholonomic constraints by means of pure rolling and nonslip conditions, and reduce robot maneuverability. In this paper, after introducing the robot, kinematics and kinetics models are obtained, and combined as the dynamics model. Then, based on physical intuition a new controller is developed for the robot, named as Lyapaunov-PID control algorithm. Then, singularity avoidance of the proposed algorithm is discussed and the stability of the algorithm is discussed. Simulation results reveal the suitable performance of the proposed algorithm. Finally, experimental implementation results are presented which verify the simulation results.
    Keywords: Tractor, Trailer Wheeled Mobile Robots, Trajectory Tracking, Nonholonomic Systems, Underactuation, Lyapunov Method
  • Mohammad Javad Choobineh, Majid Siavashi, Ali Nakhaee Pages 227-238
    In the current study, the streamline simulation technique is used for definition of a new objective function to optimize the production rates during water injection process. The streamline simulation technique, in comparison with common numerical methods for simulation of multi-phase flow in porous media, is much faster with less computational memory requirement. This method represents the key parameter of “Time of Flight” which helps to consider complex heterogeneity of porous media in a more easy way. In order to optimization of oil production rates from reservoir, a function based on averaged time of flight has been introduced which minimization of this function can be used to have uniform fronts of water for flooding of oil. For this target, two optimization techniques; the Artificial Bee Colony (ABC) and the Sequential Quadratic Programming (SQP) method are employed to optimize the objective function and their results are compared with each other. Advantages and disadvantages of these two methods are investigated and based on their advantages, a new hybrid approach is proposed which utilizes the benefits of both techniques to converge to the optimum solution. In the hybrid approach the SQP algorithm is initialized with the ABC method. In order to validate the mathematical model, a 2D homogeneous model used for optimization. Next a 2D heterogeneous model and a 3D complex reservoir model are investigated. In all the mentioned problems, it is observed that the hybrid approach, in comparision with the two other methods, can approach the optimum point with better accuracy and speed.
    Keywords: Production Optimization, SQP Algorithm, ABC Algorithm, Two phase flow, Streamline technique
  • Masoud Ziaei, Rad, Farzaneh Amani Pages 239-248
    In this paper, the heat transfer enhancement by the nanoparticles in the film condensation of nanofluid over a cooled plate is studied numerically. Shooting method and modified-Euler scheme are employed to solve the condensation boundary layer equations. The effect of changes in the plate angle, nanofluid type, volume fraction of nanoparticles and Jacob number, on the velocity and temperature profiles and Nusselt number are investigated. Resulting graphs are compared and validated with the available theoretical results for the base fluid and nanofluid. The results show that the presence of nanoparticles in the liquid film of condensation increases the heat transfer from it. As the plate distances from the vertical position, the temperature change across the boundary layer is close to linear and thus, the heat transfer descends. Also it can be found that the average Nusselt number is almost constant up to the angle of 20o, and then reduces in a gradual manner, so that for instant, for water-TiO2nanofluid, by increasing the angle up to 60o, the temperature gradient is reduced by about 20 percent. Furthermore, it is seen that the relationship between the ratio of nanofluid to pure water Nusselt number and the nanoparticles volume fraction is linear, while the slope of the line for water-Cu and water-Ag is more than other studied nanofluids, i.e., these two nanofluids are more effective in heat transfer enhancement. The obtained results also confirm the fact that the Nusselt theory is only applicable in low Jacob numbers.
    Keywords: Film condensation, Inclined plate, Nanofluid flow, Heat Transfer, Numerical method
  • Mehdi Zarooni, Reza Eslami Farsani Pages 249-259
    Today, the demand for joining dissimilar metals of aluminium and steel to reduce the vehicle weight in the automotive, aerospace and shipbuilding industries has witnessed a rapid growth. In the present study, 5083 aluminium alloy was joined to galvanized steel and plain carbon steel with 4043 and 4047 filler metals by using the welding-brazing hybrid method. The brittle intermetallic compound (IMCs) layer formed in the interface of steel-weld seam was found to have a significant influence on the joint strength. The results also indicated that increasing heat input enhanced the thickness of IMCs layer. The thickness of IMCs layers, as measured from microstructural images, was in a range of 2-6 μm. Further, the results obtained from microstructural observation showed that with equal weld heat input, the thickness of IMCs layer for the joint produced with 4047 filler metal was approximately half of that obtained for the joint produced with 4043 filler metal. The highest mechanical resistance (of about 170 MPa) was obtained for aluminum to galvanized steel joint with 4047 filler metal. Moreover, in this joint, the failures occurred in the welded seam and for aluminum to plain carbon steel joint, it was in the interface of steel‌-‌weld seam.‌ The results obtained by Energy dispersive x-ray spectrometry analysis of IMCs layer for aluminum to galvanized steel joint showed the presence of the FeAl3 intermetallic compound. This was confirmed by x-ray diffraction analysis of the fracture plane.
    Keywords: Dissimilar Metals, Welding, Brazing, Intermetallic Compound Layer, Heat Input
  • Farzad Bazdidi, Tehrani, Seyed Majid Mousavi, Mohammad Jadidi Pages 260-270
    The present paper investigates turbulent flow of film cooling on model turbine blade leading edge using two scale-resolving attitude of turbulent flow modeling. In the first attitude the detached eddy simulation (DES) approach based on Spalart-Allmaras and in the second attitude the large eddy simulation (LES) approach will be used. Results show that the DES approach due to its hybrid nature and applying RANS models in near walls, predicts the Fluctuations of spanwise direction in coolant pipe lower. As a result, the coolant flow imports to the main flow with lower turbulence. Also DES approach predicts less turbulent kinetic energy lateral distribution and further turbulent heat flux in near walls. So, in DES approach the adiabatic effectiveness on turbine blade leading edge predicted lower than LES approach and experimental data. In addition, results show that mixture of coolant jet and mainstream hot gas in DES approach is estimated lower than LES approach. In total, it can be deducted that although DES approach provides acceptable results in far wall region, but in near wall region it has problems in correct prediction of turbulence Specifications. In addition, the main advantage of DES approach in comparison with LES approach is 40% reduction of computational cost that can explain using this approach.
    Keywords: Film Cooling, Turbulent Flow Modeling, Detached Eddy Simulation Approach (DES), Large Eddy Simulation Approach (LES), Adiabatic Effectiveness
  • Morteza Haghbeigi, Ehsan Badrikouhi, Bijan Mohammadi Pages 271-280
    One of the major subsystems of each airplane is landing gear system which must be capable of tolerating extreme forces applied to the airplane during landing. Using conservative techniques to find landing loads result in overestimation and unnecessary extra structural weight. New commercial softwares can simulate real landing conditions with acceptable accuracy if detailed mechanical data about landing gear system subparts are provided. Although these softwares work well but due to lack of detailed information about the subparts at the conceptual design phase, complexity and time consuming of modeling, expensive license price, etc. they do not seem to be the best choice for design purpose. In this study, in order to calculate landing loads more precisely than the estimating conservative methods, flight dynamic differential equations of an airplane during landing phase are derived and through numeric and state space techniques are solved for different initial conditions including, three point landing, two point landing and one wheel landing. Each landing gear of the airplane is modeled as a two-degree of freedom mass-spring-damper set. Time history of the airplane center of gravity, pitch and roll angle, vertical landing loads of each landing gear and their spin-up loads for different landing types (different initial conditions) are obtained to show capabilities of this new, fast and accurate landing simulation code, generated.
    Keywords: Landing gear, Dynamic Analysis, Landing Simulation, Spin, Up Load
  • Mohammad Ali Tofigh, Mohammad Mahjoob, Moosa Ayati Pages 281-290
    In this paper, modeling and design of a trajectory tracking control system for a novel multi-rotor UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is developed. The UAV is similar to a quadrotor with an extra no feedback propeller which is added to center of vehicle. The additional rotor improves the ability of lifting heavier payloads, and anti-crosswind capability for quadrotor. For validation, the dynamic model is obtained via both Newton Euler and Lagrange approaches. The dynamical model is under actuated, nonlinear, and has strongly coupled terms. Therefore, an appropriate control system is necessary to achieve desired performance. The proposed nonlinear controller of this paper is an input-output feedback linearization companioned with an optimal LQR controller for the linearized system. The controller involves high-order derivative terms and turns out to be quite sensitive to un-modeled dynamics. Therefore, precise model of UAV is derived by considering actuator’s dynamics. To compensate the actuator’s dynamic and moreover, to avoid complexity in the controller, a second control loop is utilized. The obtained simulation results confirm that the proposed control system has a promising performance in terms of stabilization and position tracking even in presence of external disturbances.
    Keywords: Unmanned aerial vehicle, five, rotor aircraft, modified quadrotor, Input, Output Feedback Linearization
  • Farid Vakil, Tahami, Reza Hassan Nejhad, Arash Mohammad Alizadeh Fard, Morteza Raminnia Pages 291-300
    In this paper a method has been developed to obtain an optimum material distribution for a cylindrical shell with Functionally Graded (FG) material and additional piezoelectric outer layer. The objective of the optimization is to satisfy full stress loading criterion. For this purpose; firstly, a solution method has been outlined in which, the governing equations are developrd by combining First order Shear Deformation Theory (FSDT) and Maxwell equations, with the use of Hamilton principle. Dynamic analysis is a major concern in this solution method because of the significant dynamic displacements, strains and stresses due to the effect of moving load. Hence, the time dependent transient responses of the structure and stress distribution have been obtained. At the next stage, a methodology has been introduced to obtain the optimum material distribution. In this method, instead of using pre-assumed material distribution functions which impose limitations to the manufacturing of the shell and also to the optimization solution, control points with Hermite functions are used. The thickness of the shell and volume fraction of the FG material at these points have been regarded as optimization variables. The optimization method is based on the genetic algorithm and to reduce the solution time, calculations are carried out using parallel processing in four cores. The results show that the developed method is capable of analyzing the FG structures and provide optimum solution. The major advantage of this method is its flexibility in providing volume fraction distribution of the material.
    Keywords: Cylindrical Shell, Functionally Graded Materials, Moving Load, Optimization, Control Point Method
  • Mehdi Dadkhah, Abdolreza Kabiri, Saeed Ziaei Rad Pages 301-311
    Due to the importance of acoustic response control of submerged vibrating structures, in this study,the optimization of acoustic power radiation from a square stiffened plate under harmonic loading was investigated.Since one face of the plate is in contact with water, a fully coupled analysis was used. The effect of fluid in the analysis was considered via added mass matrix. The added mass matrix was obtained based on both Rayleigh integral and the boundary element approaches.The obtained added mass matrix was then added to the mass matrix of the structure calculated from the finite element discretization of plate. Several variables such as acoustic pressure at specific points and also radiated power were calculated. Results show good agreement between obtained results from the Rayleigh integral and the boundary element. To reduce the radiation power, dynamic absorbers in the form of lumped mass and mass-springs in specific locations on the plate surface were considered. Because optimization procedure requires several evaluation of cost function in the design variable space, model reduction can save a great amount of computation efforts. Therefore, the truncated modal matrix was employed and its effectiveness and precision on the obtained results was studied. Finally, Genetic Algorithm (GA) was used for minimizing the appropriate goal function in three case studies: concentrated mass on cross-points, dynamic absorbers on cross-points and combination of two former cases.All the studied cases resulted on significant reduction in the goal function index.
    Keywords: Vibro, acoustic, Optimization, Coupled equations, Order reduction, Genetic Algorithm
  • Hamid Moosazadeh, Behzad Ghadiri, Masud Rasekh Pages 312-322

    The panel flutter is concentrated with aerospace researchers, because of fatigue failure on structures. The usage of the numerical simulation is good company with analytical method. The 2D cylindrical panel flutter is simulated with navierstocks equations for fluid flow with finite volume theory. Also, Simulation is prepared with piston theory for analytical solution. Comparison of full numerical finite volume and assume mode method in post flutter domain is produced. Non-linear shell with the effect of in-plane load, thermal load and aerodynamic load with 3rd order piston theory is modeled to solve with assume mode method. The numerical method is 4th order rung-kutta to solve ODEs. With increasing shell camber, limite cycle oscillation change to random motion. The effect of expansion waves made decrease in second half of shell in analytical method in compare to numerical. The most important output depend on equal result for flat plate and different result on curve plate with numerical and analytical method. With increasing shell camber, limite cycle oscillation change to random motion. The effect of expansion waves made decrease in second half of shell in analytical method in compare to numerical. Amplitude of oscillation and flutter speed respectively is increase and decrease in numerical method despite of analytical one.

    Keywords: Shell flutter, Viscose flow, Finite element, Finite volume, Gallerkin
  • Reza Fathi, Saeed Lotfan, Mir Mohammad Ettefagh Pages 323-331

    There are many researches on the vibration behavior of the multi-phase flow in the pipes. However, there isn’t any general statistical study on the dynamic response of such systems. Therefore in this paper, at the first step, the nonlinear equation governing the transverse vibration of the pipe is derived using the Hamilton's principle. The nonlinearity in the system is induced by considering large deflections. The interaction between the pipe and the multi-phase fluid flow and the resultant uncertainty is modeled by random excitation which is produced by using normal distribution function. After extraction of the governing equation and discretizing it by the Galerkin method, the equations are solved numerically. The statistical parameters of the response have been extracted by Monte-Carlo simulation. With studying on the deflection of one point on the pipe and also considering corresponding upper and lower limit band (confidence interval), extended results of uncertainties effects have been obtained. The results show that with increasing the velocity of the fluid, the uncertainty of the response is decreasing. Also by considering nonlinear model, the probabilities of failure are increased.

    Keywords: Uncertainty Analysis, Monte, Carlo Simulation, Multi, phase Flow
  • Amin Fakhari, Mehdi Keshmiri Pages 332-340
    Using the soft fingers increases stability and dexterity in object grasping and manipulation. This is because of the enlarged contact interface between soft fingers and object. Although slippage phenomenon has a crucial role in robust grasping and stable manipulation, in the most of previous researches in the field of finger manipulation, it is assumed that the slippage between finger and object does not occur. In this paper, slippage dynamic modeling in object grasping and manipulation using soft fingers is studied. Because of the enlarged contact interface between soft fingers and object, a frictional moment along with tangential frictional force and normal force is applied on the contact interface. Therefore, a novel method for dynamic modeling of planar slippage using the concept of Friction Limit Surface is presented. In this method, equality and inequality relations of different states of planar contact is rewritten in the form of a single second-order differential equation with variable coefficients. These coefficients are determined based on the slippage conditions. This kind of dynamic modeling of contact forces can be used for designing the controllers to cancel the undesired slippage. The method is used in study of slippage analysis of a three-link soft finger manipulating a rigid object on a horizontal surface. In order to increase the accuracy of dynamic modeling of soft finger, dynamics of soft tip is integrated with the dynamic of finger linkage. Dynamic behavior of this system is shown in the numerical simulations.
    Keywords: Soft Finger, Contact Interface, Contact Modeling, Friction Limit Surface, Grasping, Manipulation
  • Mohammad Jafari, Iman Ghandi Varnosefaderani Pages 341-350
    In this paper, by expanding Muskhelishvili’s stress functions and with use of Schwarz’s alternating method, the stress distribution in a plate with two quasi-rectangular cut outs has been studied. Muskhelishvili represented the mentioned stress functions for studying the stress distribution in an isotropic plate with a circular or an elliptical cut out. In order to expand the Muskhelishvili’s analytical solution for deriving the stress functions related to quasi-rectangular cut outs, a conformal mapping function has been used. This conformal mapping transformed the area external of the quasi-rectangular cut out into the area outside the unit circle. Considering Schwarz’s alternating method, for calculating the stress distribution around two cut outs, complex series with unknown coefficients have been used. In this study, the effect of different parameters such as the location of the cut outs relative to each other, bluntness and aspect ratio of cut out sides on stress concentration factor can be investigated. The finite element method has been used to verify the accuracy of semi-analytical results. Comparison of two methods demonstrates the precision of obtained semi-analytical solution and indicates that it can be used for computing stress distribution in plates with two rectangular cut outs. Analysis of the proposed solution shows that the mentioned parameters have a significant effect on stress distribution and stress concentration factor decreases noticeably with selection of appropriate values of these parameters.
    Keywords: Stress concentration factor, Analytical solution, Schwarz's method, Isotropic plates, Two quasi, rectangular cut outs
  • Karim Mazaheri, Hamid Reza Bokaei, Mehdi Zeinalpour Pages 351-359
    In the present paper, the shape and position of internal cooling passages within an axial turbine blade have been optimized to achieve a uniform temperature distribution with the minimum cooling air flow while the maximum temperature is below the allowable value. Four cooling passages are made within the blade. The cross section shape of each passage is parameterized using a new method based on an 8-order Bezier curve. This curve which is represented in terms of Bezier control points has much flexibility and can produce a large variety of shapes. The shape of the blade surface profile remains unchanged during the optimization process. The numerical simulation has been carried out using conjugate heat transfer method to predict the temperature distribution in both solid and fluid regions and a semi-empirical relation is employed to evaluate the heat transfer coefficient for internal cooling passages. The multi-objective optimization is performed for NASA C3X blade through the Fluent/Gambit packages coupled with a differential evolution (DE) optimization algorithm. The cooling passages shape generated during the optimization process shows that the present method of shape parameterization produces fairly smooth and realistic geometries. The optimization outcomes are given as a Pareto front.
    Keywords: Turbine Cooling, Optimization, Heat Transfer, Bezier curve, Differential Evolution Algorithm
  • Fathollah Taheri, Behrooz, Hadi Bakhshan Pages 360-370
    The analysis of notched composite parts in a structure due to the existence of high stress concentration and undetermined behavior is an exigent issue. In this research, the progressive damage analysis has been applied to predict the failure of notched woven glass- epoxy composite laminates under tensile loading. Stress analysis and investigation of the effect of the hole size on it have been performed by the analytical and numerical methods. Developing an UMAT in the ABAQUS finite element package has made the utilization of the 3D progressive damage analysis feasible. Max. Stress, Yamada- Sun and Tsai- Wu failure criterions have been implemented to predict the damage initiation due to the absence of significant failure criteria for woven composites. Instantaneous and recursive property degradation methods have been used to simulate the damage propagation. The tensile characteristic distance has been computed without any experiments. The comparison of stress and failure analysis with experimental results shows good agreement. Finally, using tensile characteristic length obtained by progressive damage method, the possibility of safety factor determination in the composite joints in order to optimum design has been provided.
    Keywords: Woven composites, progressive damage, failure criteria, tensile characteristic distance
  • Mohammad Shumal, Mahdi Nili Ahmadabadi, Ebrahim Shirani Pages 371-378
    In this research an inverse design algorithm, called ball-spine algorithm (BSA) is developed on a 90-degree bend duct between the radial and axial diffuser of a centrifugal compressor with viscous swirling inflow to bend duct. The shape modification process integrates inverse design algorithm and a quasi-3D analysis code. For this purpose, Ansys CFX software, is used as flow solver and inverse design algorithm is written as a code inside it. Shape modification is accomplished for viscous and inviscid flow to check the effect of viscosity on convergence rate. Also, the effect of swirl velocity in shape modification process is investigated, by considering increased pressure as the target parameter. The algorithm reliability for swirling flow is verified by choosing different initial geometries. Finally, aerodynamic design of the bend duct with BSA is accomplished to reduce losses in 90-degree bend. Shape modification process is carried out by improving the current wall pressure distribution and applying it to the inverse design algorithm. Results show that convergence rate and stability of BSA are favorable for designing ducts with swirling viscous flow. So that, the pressure recovery coefficient of the 90-degree bend duct is 4%increased.
    Keywords: Inverse design, 90, degree bend, Centrifugal compressor, Ball, Spine algorithm, Swirling viscous flow
  • Maryam Malekzadeh, Bahareh Shahbazi, Hamid Reza Koofigar Pages 379-385
    In this paper, the spacecraft formation flying using virtual structure algorithm is studied. In spacecraft formations flying, several small spacecraft have been used instead of employing a single one to achieve the same goal. In virtual structure method, the position and orientation of each spacecraft is measured with respect to the position and attitude of a virtual node in every moment. Two robust control methods are proposed to control formation. At first, the robust μ synthesis controller is used to attenuate the influence of the sensor noises, environment disturbances and parametric uncertainties but it is done with heavy computations. The second method is in the standard form of optimization problem. It is composed of state feedback controller and lyapanov stability theory. The LMI controller Computations are very efficient and the controller is robust against parametric uncertainties and most of the disturbances. The implementations of control methods on virtual center guarantees robust stability and performance. Concerning with Actuator constraints, Simulation example is provided to show the effectiveness of the proposed control schemes to track the desired attitude and position trajectories despite system uncertainties.
    Keywords: Spacecraft formation flying, Virtual structure method, μ synthesis, Linear Matrix inequality (LMI)
  • Mohammad Reza Shabgard, Mohammad Jedari Saghaie Pages 386-392
    In the present study, in order to investigate the effect of impact angle and sand jet pressure on the erosion rate and residual stress in sand molding operation, the experiments are performed using gray cast iron, pearlitic ductile iron (PDI) and austempered ductile iron (ADI) as workpiece materials. To fulfill this objective, experimental tests are conducted in full factorial design with workpiece material, impact angle and jet pressure as input and erosive wear rate and residual stress as output parameters.According to the results, variation of impact angle of erosive particles intensively affects the erosion rate of materials in a way that, among the experiments which are carried out in lower impact angles (15 to 30°), ADI cast iron shows the maximum erosive strength however as the impact angle shifts to higher values (75 to 90°), PDI cast iron becomes more resistance against erosion. It can also be noted from the SEM images that in sand shooting process, the presence of flake graphite in gray cast iron causes more formed and grown cracks which significantly intensifies its erosion rate relative to ADI and PDI cast irons. Additionally, comparative analysis of results revealed that formation of surface micro cracks in gray cast iron material causes less induced compression residual stresses relative to ADI cast iron whose great stiffness leads to higher magnitudes of compression residual stress in sand molding operation.
    Keywords: Erosion, Pearlitic ductile iron, austempered ductile iron, Residual stress
  • Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri, Ali Basti, Ramin Hashemi Pages 393-401
    Nowadays the forming limit curves is very useful in forming of metal sheets and the effect of yield criteria is one of the most important parameters in prediction of the limit strain especially in anisotropic aluminum sheets. In this paper, first the effects of advanced BBC2008, Soare2008, Plunkett2008 and Yld2011 yield criteria on limit strain calculation and then on forming limit stress diagram will be investigated. Plastic instability model is studied based on Marciniak-Kuczynski model and the non-linear equations are solved by using Newton-Rophson method. These functions are used to evaluate the limit forming predictability of AA2090-T3 aluminum sheet based on the Swift hardening law and is compared with the forming limit curves predicted by Hill’s 1948 classic yield criterion. It was observed that the classic yield functions is not appropriate for anisotropic aluminum sheets forming estimation. Numerical results obtained from the forming limit diagram for AA5754 with Plunkett2008 yield function and Swift hardening law, although the experimental results confirm at close range to plane strain case, but CPB06ex2 yield criterion to predict the behavior of anisotropic aluminum sheets. The limit strain prediction for AA3104-H19 by using Yld2011 yield criterion and Voce hardening law show better conformity with experimental results.
    Keywords: Advanced yield criterion, Classic yield criterion, Forming limit diagram, Anisotropic aluminum sheet
  • Mahdieh Abravesh, Behrouz Mohammad Kari, Shahin Heidari Pages 402-410
    Considering the determinant role of glazing systems in energy consumption, it is imperative to survey the thermal performance of double coated glazing systems in accordance with the harsh climatic conditions and available local and foreign product's situation. In this paper, the radiative properties of local coated and non-coated glazing units are measured by the spectrophotometer and emissometer apparatus. These thermal and solar properties were not available in any datasheet. In the second step, through the accurate calculation method of EnergyPlus software, the amount of energy loss due to the radiative properties of glazing units was simulated in two extreme climates (very hot and humid climate and cold climate). By choosing the simulation method instead of real measurements in this step, it became possible to evaluate the effect of different parameters (such as climate, orientation and glazing specification) on the annual energy loss through the glazing units by eliminating other factors like energy transfer through opaque surfaces and ventilation. The simulation results indicate that using double glazing unit with low-E coating on the third surface (from the exterior) of the double glazing, significantly reduces energy consumption of the glass unit (up to 97 percent) for all orientations in the cold climate. In hot climates like Bandarabbas, using reflective coatings (with dark blue color) in double glazing units is the best possible alternative since it lessens the energy transfer through the glass unit (up to 70 percent) compared to the clear double glazed ones.
    Keywords: Coated Glazing, Reflective, Thermal performance, energy consumption
  • Hesam Torabzadeh Kashi, Ghader Faraji Pages 411-416

    In this research, a novel severe plastic deformation (SPD) method entitled cyclic flaring and sinking (CFS) is presented for producing of the ultrafine-grained (UFG) thin-walled cylindrical tubes. Finite element (FE) results showed that CFS process has a good strain homogeneity and requiring a low load. CFS process includes two different flaring and sinking half-cycles. At flaring half cycle, the flaring punch with two stepped regions is pressed into the tube. Shear and normal tensile strains are applied as a result of the existence of shear zones and increase in the tube diameter. In the second half cycle, the tube is then pressed to sinking die that applies same shear strains and normal compression strain so that the initial diameter of the tube is achieved and high plastic strain is applied. This process can be run periodically on the tube to exert more strain and consequently finer grain size and ultimately achieve better mechanical properties. The results indicated that the yield and ultimate strengths of the CFS processed Al (1050) tube were significantly increased to 165 MPa, and 173 MPa, respectively from the initial values of 50 MPa, and 115 MPa. The elongation to failure was decreased to about 14% after three cycles from the initial value of 42%. In addition, the hardness increases to ~38 Hv after ten cycles of CFS from ~23 Hv.

    Keywords: Severe plastic deformation, ultrafine, grained materials, thin, walled tube, Aluminum, mechanical properties
  • Arash Badie Sichani, Mohsen Davazdah Emami Pages 417-428
    A theoretical nonlinear droplet deformation model with an accurate estimation of aerodynamic force, which is appropriate for Lagrangian droplet tracking schemes, is presented and validated. The modeling is based on keeping track only of the fundamental oscillation mode. This conventional approach has been used in many deformation-based breakup models including Taylor Analogy Breakup, Droplet Deformation and Breakup, and Nonlinear Taylor Analogy Breakup. However, these models have some shortcomings such as the use of several calibration coefficient, two-dimensional analysis, and rough approximation of aerodynamic forces in large deformations. This paper is intended to amend these defects. The formulation is based on mechanical energy equation. The pressure distribution profile around the deformed droplet is approximated using a piecewise sinusoidal function which depends on Reynolds number and droplet deformation. The final kinetic equation is numerically solved using a fourth-order Runge-Kutta method and the results are compared with those of other models, experiments, and a Volume of Fluid simulation. Numerical results show that the present model predicts slightly greater deformations in comparison with other models for the unsteady case, which is more consistent with the experimental data. Considering the steady case, the results of present model stand between that of Taylor Analogy Breakup and Nonlinear Taylor Analogy Breakup model, and provide satisfactory predictions. The stream lines obtained from simulation match those of calculated analytically suggesting the appropriateness of the assumptions used in the modeling. Overall, the present model is found to be appropriate for the estimation of droplet deformation.
    Keywords: Droplet aerodynamic interaction, Large deformation of droplet, Theoretical analysis, Secondary breakup models
  • Vahab Khoshdel, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi Pages 429-437

    In this study, a novel robust impedance control for a lower-limb rehabilitation robotic system using voltage control strategy is used. Most existing control approaches are based on control torque strategy, which require the knowledge of robot dynamics as well as dynamics of patients. This requires the controller to overcome complex problems such as uncertainty and nonlinearity involved in the dynamics of the system, robot and patients. Conversely, the voltage-based control approaches is free from the system dynamics. In addition, it considers the actuator dynamics. The performance of voltage-based approaches is demonstrated by experimental result in robotic applications. Compared with a torque control scheme, it is simpler, less computational and more efficient. Nevertheless, uncertainty of actuator dynamics results in challenges for the voltage control strategy applications. The present paper, presents a novel robust impedance control based on the voltage control strategy. To overcome uncertainties, the adaptive fuzzy estimator is designed based on the voltage-based strategy. The proposed control is verified by a stability analysis. To illustrate the effectiveness of the control approach, a 1-DOF lower-limb rehabilitation robot is designed. Both torque-based impedance control and the voltage-based impedance control are compared through a therapeutic exercise. It is shown that the voltage-based impedance control perform better than the traditional torque-based impedance control. Simulation and experimental results both shows that the proposed voltage-based robust impedance control is superior to voltage-based impedance control in presence of uncertainties.

    Keywords: Impedance Control, Rehabilitation Robot, Robot dynamic, Robust control, Adaptive fuzzy estimation
  • Seyyed Morteza Sadeghi, Ario Rezaei Pages 438-448
    Aeolian vibration of conductors could cause extensive damages to the electric power transmission networks. The use of Stock-Bridge dampers is a very common method to control the transmission line vibration amplitude. Due to the complexity of the cable-wind interaction, the Energy Balance Method (EBM) is extensively used for calculating the steady state amplitude of the system. In the present study EBM incorporating the traveling wave method are developed for calculating the steady state amplitude of the cable with arbitrary number of dampers. The wave propagation was produced by superposition of two travelling waves. The proposed method is subsequently employed to study the effect of the number, location and impedance of dampers on dissipated energy and damper performance as well. The results show that damper installation at optimum location is more effective than the damper number increase, in which case does not necessarily leads to the dissipated energy increase. Furthermore, in this study a simple equation relating ISWR (Inverse Standing Wave Ratio) to Absorption Coefficient is introduced. The importance of this equation is due to the fact that only ISWR can be readily measured, but not the absorption coefficient itself, which is based upon the measurement of the travelling wave amplitudes. Finally, investigation on damper dynamic characteristics effects on absorption coefficient reveals that the real parts of damper impedance having complete absorption is independent of vibration frequency; and if the magnitude of damper impedance be lower than that of the cable for all the frequency range, complete absorption will never occur.
    Keywords: Aeolian Vibration, Energy Balance Method, Stockbridge, Optimum damper, Optimum Location