فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 11 (بهمن 1394)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال پانزدهم شماره 11 (بهمن 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/11/03
  • تعداد عناوین: 43
|
  • زهره خدایی، محمد زارعی نژاد*، سعید شیری قیداری، کیوان باغستان صفحات 1-8

    شیر های الکتروهیدرولیک در کاربردهای مهندسی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. این شیر ها به عنوان عضوی واسط، امکان استفاده از کنترل الکتریکی را برای سامانه های هیدرولیکی فراهم می آورند. این شیر ها فرمان های الکتریکی را به فرمان های هیدرولیکی تبدیل می کنند. به دلیل عملکرد دقیق این شیر ها، اغتشاش در اجزای شیر موجب اختلال در فرایند کنترل مجموعه می شود. شیر های سروو الکتروهیدرولیک به وسیله شتاب محیطی بسیار تحت تاثیر قرار می گیرند. نمونه این اختلال در کاربرد های هوافضا دیده می شود. در یک شیر دومرحله ای فلاپر- نازل شتاب خارجی فشار سیال خروجی از نازل ها و هم چنین موقعیت پایای فلاپر و اسپول را تحت تاثیر قرار می دهد. اثر شتاب بر معادلات دینامیک اجزای شیر به صورت یک نیروی مجازی خود را نشان می دهد. درنتیجه هنگامی که جریان الکتریکی اعمالی صفر است، اجزای شیر از وضعیت تعادل خود جابه جا شده و عملکرد نامطلوب شیر نتیجه می شود. در این پژوهش فشار های تحریک اسپول به صورت غیر پایا مدل شده اند و اثر شتاب خارجی بر موقعیت اسپول و فلاپر در نظر گرفته شده است و درنهایت مدل به دست آمده با آزمون شیر سروو الکتروهیدرولیک در شتاب ثابت صحه گذاری شده است.

    کلیدواژگان: شیر الکتروهیدرولیک، شیر فلاپر، نازل، شتاب خارجی، اصل دالامبر
  • وحید زال، حسن مسلمی نایینی*، احمدرضا بهرامیان، هادی عبداللهی، امیرحسین بهروش صفحات 9-16

    در این مقاله به بررسی تاثیر دمای فرآوری و تولید بر روی خواص الاستیک و ویسکوالاستیک نظیر مدول ذخیره، ضریب دمپینگ و مدول اتلاف کامپوزیت های زمینه پی وی سی تقویت شده با الیاف شیشه بافت مسطح پرداخته شده است. برای این منظور نمونه های کامپوزیتی در سه دمای 160، 200 و 230 درجه سانتیگراد به روش انباشت لایه ها و با چیدمان 10[0/90]، تولید شده است. این نمونه ها در ابتدا مطابق استاندارد ASTM D790-07، تحت آزمون خمش سه نقطه ای قرار گرفته و استحکام و مدول خمشی الاستیک آنها با سه تکرار بدست آمده است. در ادامه با استفاده از آزمون تحلیل حرارتی مکانیکی دینامیک (آزمون DMTA) در حالت خمش سه نقطه ای، خواص ویسکوالاستیک نمونه ها در بازه دمایی 25 تا 220 درجه سانتیگراد استخراج شده و اثر دما و بارگذاری دینامیکی بر روی خواص محصولات بررسی و تعیین شده است. همچنین با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نوری، به بررسی اثر کیفیت آغشتگی محصولات بر خواص حرارتی و دینامیکی نمونه ها پرداخته شده است. در انتها نتیجه گرفته شد که مطابق آزمون DMTA، (همانند آزمون خمش استاتیکی)، دمای 230 oC به عنوان دمای مناسب برای آغشتگی با کیفیت بالای الیاف شیشه با زمینه پی وی سی بدست می آید و این آزمون معیار مناسبی برای تعیین شرایط فرآوری کامپوزیت های زمینه پی وی سی است. همچنین مشاهده شد که افزایش دمای تولید تا 230 oC، مدول ذخیره نمونه ها را افزایش می دهد، درحالیکه اثری بر روی دمای انتقال شیشه ای محصولات ندارد.

    کلیدواژگان: گرمانرم پی وی سی، الیاف شیشه، مدول الاستیک خمشی، تحلیل حرارتی مکانیکی دینامیک، خواص ویسکوالاستیک
  • ابوالفضل ابراهیمی سرست، صالح اکبرزاده، علیرضا واعظ پور نجف آبادی صفحات 17-25
    انواع مختلف سطوح لغزشی مانند کلاچ ها و ترمزها، مستعد نوعی آسیب سطح تحت عنوان ناپایداری ترموالاستیک هستند. ناپایداری اشاره دارد به رشد نامحدود آشفتگی-های دما و فشار که منجر به دماهای موضعی بسیار بالا و سایش آن نقاط می شود. در این پژوهش اثر بافت سطح بر روی ناپایداری ترموالاستیک در رژیم روان کاری مخلوط مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور از مدلی که شامل یک سطح صیقلی با رسانایی حرارتی بالا و یک سطح زبر با رسانایی حرارتی بسیار پایین است، استفاده می شود. در این تحقیق برای سطوح زبر از یک پروفیل زبری سطح تولیدشده به روش عددی استفاده شده است. در ادامه به کمک ضرایب جریان که ضرایب اصلاحی معادله رینولدز برای در نظر گرفتن زبری هستند، تاثیر بافت سطح بر روی ناپایداری ترموالاستیک بررسی می شود. برای انجام این کار از الگوریتمی استفاده می شود تا به کمک آن برای سه گونه جهت گیری زبری یعنی طولی، عرضی و همسانگرد، سرعت بحرانی که بیشتر از آن ناپایداری ترموالاستیک اتفاق می افتد و منجر به تشکیل نقاط داغ دیده می شود، به دست می آید. در نهایت مشخص می شود که سرعت بحرانی که سطح را در آستانه ی ناپایداری ترموالاستیک قرار می دهد، برای الگوی سطح طولی حالت بهینه دارد و پس از آن الگوی سطح همسانگرد و در نهایت الگوی سطح عرضی قرار دارد. برای تعیین صحت مدل معرفی شده، تعدادی از نمودارهای ارائه شده توسط محقیقن در مورد تغییرات سرعت بحرانی نسبت به ضخامت فیلم روان کار، بازسازی شده است.
    کلیدواژگان: بافت سطح، زبری سطح، ناپایداری ترموالاستیک، تریبولوژی
  • نوروز محمد نوری، محمد سعادت بخش، رامین باقری صفحات 26-32
    در سال های اخیر، تحقیقات زیادی برای تولید سطوح ابر آب گریز انجام گرفته است. لغزش روی این سطوح باعث ایجاد خاصیت خود تمیز شوندگی و کاهش پسای اصطکاکی می شود. یکی از روش های تولید این سطوح، ایجاد زبری های سلسله ای با استفاده از ساختارهای میکرومتری و نانومتری بوده که با یک ماده با انرژی سطحی کم پوشش داده می شوند. پلی تترافلورواتیلن)تفلون(یک ماده با انرژی سطحی پایین بوده که به علت استحکام مکانیکی و شیمیایی مناسب، در این تحقیق مورد استفاده قرارگرفته است. جهت تولید سطح ابر آب گریز ابتدا با استفاده از فرآیند افشاندن یک لایه تفلون با ضخامت مناسب بر روی ورق آلومینیوم ایجاد شده و پودر آلومینیوم میکرومتری، به روش شناورسازی، بر روی لایه تفلون لایه نشانی شده است. سپس جهت کاهش انرژی سطحی مجددا از افشاندن تفلون بر روی پودرهای میکرومتری استفاده شده است. در نهایت جهت ایجاد ساختارهای نانومتری اکسید سیلیسیم آب گریز روی سطح لایه نشانی شده و اثرات ضخامت لایه تفلون، اندازه ذرات میکرومتری و به کارگیری نانو ذرات آب گریز بر روی خواص سطح مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده آن است که به کارگیری ذرات میکرومتری علاوه بر ایجاد زبری، از صاف شدن سطح طی فرآیند پخت تفلون جلوگیری کرده و با تولید ترک ها و زبری های ثانویه باعث افزایش زاویه استاتیکی و کاهش زاویه دینامیکی شده است. در انتها پس از اصلاح ساختار سطح با پودرهای آلومینیوم و پوشش آن با یک لایه تفلون و سپس لایه نشانی اکسید سیلیسیم آب گریز زاویه تماسی 3±165 درجه و زاویه دینامیکی کمتر از 7 درجه به دست آمده است.
    کلیدواژگان: ابر آب گریز، زبری سلسله ای، انرژی سطحی، پوشش پلیمری، نانو مواد آب گریز
  • علی غفاری، علیرضا خدایاری، محمد کسمایی میرمیران صفحات 33-42
    حمل و جابجایی جسم توسط چندین ربات متحرک با کنترل آرایش، روش موثری در مهار اجسام سنگین و پیچیده در محیط های ناشناخته و شناخته شده است. در این مقاله، برای سه ربات متحرک و کنترل نیروهای تعاملی بین آنها و جسم در حین جابجایی جسم از کنترل آرایش استفاده شده است و همچنین در حضور اغتشاش، الگوریتم کنترلی بر مبنای سیستم تعلیق(RCC) نیمه فعال طراحی شده است.هدف اصلی ساختار کنترلی سیستم تعلیق نیمه فعال، کنترل آرایش مطلوب همزمان با انتقال مناسب جسم بوده است و همچنین مجزا نمودن جسم و دیگر ربات ها از تاثیرات خطای رخ داده به هنگام بروز اغتشاش در یک ربات مشخص و جلوگیری از اثرگذاشتن آن به دیگر ربات ها از دیگر نتایج روش پیشنهادی است.برای از بین بردن ناپایداری در روش های امپدانسی، کنترل امپدانس چندگانه، جهت جابجایی جسم توسط ربات های همکار استفاده شده است. به منظور تعقیب مسیر مطلوب و همچنین تشکیل آرایش هندسی ربات های متحرک، از روش راهنما پیرو استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم کنترلی تعلیق نیمه فعال در راستای به حداقل رساندن ارتعاشات به همراه اغتشاش منتقل شده به مجموعه ربات ها، نسبت به سیستم کنترلی تعلیق غیرفعال، بهینه تر و پایدارتر است.
    کلیدواژگان: کنترل آرایش، ربات های متحرک، روش راهنما پیرو، سیستم کنترلی تعلیق نیمه فعال، کنترل امپدانس چندگانه
  • امیربابک انصاری، وحید اصفهانیان*، فرشاد ترابی صفحات 43-53

    همواره مدل سازی و شبیه سازی به عنوان یک ابزار بسیار مفید جهت بهینه سازی و آنالیز رفتار دینامیکی باتری های سرب-اسید از اهمیت بسیار زیادی برخوردار بوده است. یکی از مشکلات عمده در شبیه سازی و بهینه سازی باتری های سرب-اسید به دلیل پیچیدگی معادلات الکتروشیمیایی حاکم بر باتری، زمان بر بودن این محاسبات می باشد. یک راه حل مناسب جهت غلبه بر این مشکل استفاده از روش های رتبه کاسته است. در مطالعه حاضر، معادلات الکتروشیمیایی حاکم بر باتری سرب-اسید در حالت یک بعدی و به روش رتبه کاسته و بر پایه توابع متعامد سره شبیه سازی شده اند. برای نشان دادن توانایی این روش در شبیه سازی باتری سرب-اسید، معادلات حاکم شامل بقای بار الکتریکی در فاز مایع و جامد و همچنین بقای گونه های شیمیایی به طور همزمان در طی یک پروسه شامل سه فرآیند تخلیه، استراحت و شارژ به طور عددی برای یک سل از باتری سرب-اسید حل شده اند. نتایج عددی به دست آمده شامل تغییرات ولتاژ سل و غلظت اسید سولفوریک، نشان می دهد که نه تنها استفاده از روش رتبه کاسته بر پایه توابع متعامد سره تا حد زیادی از زمان محاسبات می کاهد (کاهش 15 برابر) بلکه تطابق بسیار خوبی نیز بین نتایج به دست آمده و نتایج مدل های عددی موجود در دینامیک سیالات محاسباتی وجود دارد.

    کلیدواژگان: باتری سرب، اسید، فرآیند تخلیه، استراحت، شارژ، روش رتبه کاسته
  • اکبر علی بیگلو، احسان عبدالله زاده شهر بابکی صفحات 54-62
    در روش های متداول ریتز و گلرکین بر اساس تئوری الاستیسیته محلی، معمولا از چند جمله ای به عنوان توابع تقریب استفاده می شود. اما این روش ها برای استفاده در تحلیل غیرمحلی سه بعدی مناسب نیستند. در مطالعه حاضر برای غلبه بر این مشکل نوعی راهبرد باقیمانده وزنی، با توابع مثلثاتی به عنوان توابع تقریب، ارائه شده است. با انتخاب توابع تقریب مناسب تاثیر تکیه گاه های مختلف در رفتار فرکانسی نانو ورق بررسی شده است. اعتبار سنجی فرمولبندی حاضر از طریق مقایسه نتایج عددی حاصل با نتایج ارائه شده در مقالات انجام پذیرفته است. طبق نتایج عددی حاصل، رفتار فرکانسی نانو ورق قویا متاثر از پارامتر غیر محلی بوده و این اثر در مودهای ارتعاشی بالا بدلیل کوچک بودن طول موج مود از اهمیت بالائی برخوردار است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تفاوت فاحشی بین رفتار جواب مدل سه بعدی نانوورق و مدل دو بعدی آن وجود دارد و همچنین اختلاف پاسخ تحلیل دو و سه بعدی در این حد در الاستیسیته کلاسیک بارز نیست. همچنین تاثیرات نسبت طول به ضخامت، نسبت ابعادی، پارامتر غیرمحلی، و شرایط مرزی مختلف بر فرکانس طبیعی پایه نانوورق مورد مطالعه قرار گرفته است. این حل مرجع می تواند برای تخمین دقت تئوری های دو بعدی مرسوم مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: سه بعدی، ارتعاشات، الاستیسیته غیرمحلی، نانو ورق
  • سیدمحسن حسینی، رضا علیزاده، حسین تارقلیزاده صفحات 63-72
    یکی از روش های ذخیره سازی هیدروژن استفاده از هیدریدهای فلزی است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی فرآیند واجذب هیدروژن از مخازن هیدرید فلزی دارای قطر بزرگ و با شدت جریان ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی واجذب هیدروژن از یک مدل دو بعدی همراه با روش حجم محدود استفاده شده است. نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی در دسترس مقایسه شده و توافق خوبی بین آن ها مشاهده شده است. در این مطالعه طرحی خاص از یک مخزن هیدرید فلزی مورد بررسی قرار گرفته است که با استفاده از تعدادی پره آلومینیومی و برای یک شدت جریان مشخص در خروجی مخزن، انتخاب قطر بزرگ برای بسترهای هیدرید فلزی را مقدور ساخته است. نتایج شبیه سازی تاثیر پره های آلومینیومی در تقویت انتقال حرارت را تایید کرده و نشان داده است که برای شدت جریان خروجی 230 (Nlit/min) می توان قطر مخزن را حتی تا 60 سانتی متر افزایش داد. مقایسه نتایج برای دو نوع آلیاژ LaNi5 و C5 نشان داد که در صورت استفاده از آلیاژ C5، بازده انرژی به دلیل نیاز به سیال گرم کننده با دمای پایین تر، افزایش می یابد. همچنین بررسی تاثیر افزایش شدت جریان خروجی نشان داد که با افزایش شدت جریان خروجی از 230 به 460 (Nlit/min)، افزایش قطر مخزن با محدودیت همراه بوده و باید مخزن کوچک تری انتخاب شود.
    کلیدواژگان: هیدروژن، مخزن هیدرید فلزی، واجذب، شبیه سازی عددی، حجم محدود
  • مهدی حسن زاده صفحات 73-80
    آنالیز حساسیت در مدل المان محدود برای بهینه سازی سازه و اصلاح طرح سودمند می باشد. در طی بهینه سازی عددی اغلب روش نیمه تحلیلی برای تخمین مشتقات تابع هدف نسبت به متغیرهای طراحی مورد استفاده قرار می گیرد. عموما محاسبه حساسیت به صورت عددی با عدم دقت ناشی از اندازه گام همراه است و یافتن روشی که نسبت به اندازه گام حساس نباشد از موضوعات مورد مطالعه است. یکی از روش هایی که نسبت به اندازه گام حساسیت بسیار کمی دارد روش متغیر مختلط است. روش اعداد مختلط برای محاسبه حساسیت، نسبت به سایر روش ها چندین مزیت بالقوه دارد. پیاده سازی المان محدود برای مشتقات اول حساسیت با استفاده از اعداد مختلط سرراست است و فقط نیاز به اختلال در شبکه بندی المان محدود در طول محور موهومی دارد. این مقاله از متغیر مختلط برای محاسبه آنالیز حساسیت بهره می برد و آن را با روش آنالیز حساسیت مستقیم ترکیب کرده و بدین ترتیب روشی جدید برای بدست آوردن آنالیز حساسیت سازه های خطی ارائه میدهد. مزیت روش ارائه شده سرعت، دقت و سادگی پیاده سازی آنست. رویه ارائه شده با استفاده از مدل دو بعدی المان محدود مسائل خطی با حل تحلیلی معلوم تشریح می شود. نتایج مشتقات حساسیت با حل دقیق و حل های تفاضل محدود مقایسه می شود و نشان داده می شود که روش پیشنهادی کارا بوده و نتایج بدست آمده دقیق و پایدار می باشد.
    کلیدواژگان: روش حساسیت گسسته، روش متغیر مختلط، روش نیمه تحلیلی، روش های آنالیز حساسیت
  • ربیع بهروز، سمیه قاسمی، رضا شهبازیان یسار، اسماعیل قاسمی صفحات 81-87
    در این تحقیق، مدول الاستیک نانوکامپوزیت های نانوسلولز/پلی لاکتیک اسید به دست آمده توسط دو روش آزمون کشش استاندارد (ASTM) و آزمون نانوسختی سنجی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. نانوسلولز بکار رفته، با استفاده از روش مکانیکی از الیاف لینتر پنبه تهیه گردید و به نسبت وزنی 3 و 5% به دو روش افزودن مستقیم و تکنیک مستربچ مورد استفاده قرار گرفت. سپس ویژگی های کششی نانوکامپوزیت های ساخته شده با استفاده از مستربچ و بدون آن، مطالعه گردید. نتایج آزمون کشش نشان داد که استفاده از مستربچ، سبب بهبود مدول کششی، استحکام کششی و کرنش در شکست خواهد شد. همچنین افزایش نانوسلولز از 3 به 5% در نانوکامپوزیت های حاوی مستربچ، سبب افزایش استحکام کششی و کرنش در شکست گردید. اما افزایش نانوسلولز در نانوکامپوزیت های بدون استفاده از مستربچ، تاثیر معنی داری روی بهبود این ویژگی ها نداشته است. نتایج آزمون نانوسختی سنجی با میکروسکوپ نیروی اتمی نیز روند مشابه آزمون کشش را نشان دادند که بر این اساس، استفاده از مستربچ در نانوکامپوزیت ها سبب افزایش مدول الاستیک گردیده است. سپس نتایج مربوط به این دو آزمون مورد مقایسه قرار گرفت و نتایج نشان داد که مدول به دست آمده از آزمون کشش استاندارد در مقایسه با نانوسختی سنجی، مقادیر کمتری را دارا هستند.
    کلیدواژگان: مستربچ، نانوکامپوزیت، آزمون کشش، آزمون نانوسختی سنجی، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
  • حبیب رمضان نژاد آزاربنی، منصور درویزه *، ابوالفضل درویزه، رضا انصاری صفحات 88-96

    در این مقاله رفتار الاستوپلاستیک یک ورق دایروی ایزوتروپیک از جنس مس، فولاد و آلومینیم مستقر در زیرآب با شرط مرزی گیردار تحت بار انفجاری مورد مطالعه قرارگرفته است.کاویتاسیون از پدیده های است که ممکن است در فرایند شکل دهی انفجاری ورق ها در زیرآب رخ دهد. با صفر شدن فشار کل ناشی از انفجار در زمان کاویتاسیون بر روی ورق، معادلات حاکم بر حرکت ورق در زمان قبل و بعد از زمان کاویتاسیون متفاوت خواهند بود. به این علت در بررسی رفتار یک جسم تحت بارگذاری انفجاری زیرآب زمان کاویتاسیون از اهمیت بالایی برخوردار است. با استفاده از روش انرژی و اصل هامیلتون معادلات حاکم بر حرکت ورق دایروی استخراج شده و سپس با حل دقیق ارتعاشات آزاد ورق شکل مدهای ورق محاسبه شده است. از این شکل مدها برای حل تحلیلی پاسخ اجباری ورق استفاده شده است. در ادامه با به دست آوردن سرعت ورق در زمان کاویتاسیون و محاسبه ی تنش ایجادشده و مقایسه آن با تنش تسلیم، امکان تشخیص زمان بروز کاویتاسیون در محدوده ی الاستیک یا پلاستیک فراهم می-شود. با مشخص شدن زمان کاویتاسیون در محدوده ی الاستیک یا پلاستیک روابط میدان جابجایی و سرعت تعیین و مقادیر آن ها در کل دوره بارگذاری محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد که زمان کاویتاسیون از مرتبه میکروثانیه بوده و باتوجه به مقادیر خرج انفجاری و محل استقرار این زمان در محدوده ی الاستیک یا پلاستیک رخ می-دهد.

    کلیدواژگان: بارگذاری انفجاری، ورق دایروی، زمان کاویتاسیون، زمان تسلیم، رفتار الاستوپلاستیک
  • حبیب رمضان نژاد آزاربنی، منصور درویزه، ابوالفضل درویزه *، رضا انصاری صفحات 97-104

    هرگاه بار دینامیکی به صورت موج ضربه ای به یک حجم کنترلی از ماده برخورد کند، گذر این موج از حجم کنترلی می تواند باعث ایجاد فازهای مختلفی مانند فاز الاستیک، پلاستیک شود. از دیدگاه میکروسکوپی هنگام تغییر فاز، جریان مادی در حجم های کنترلی صورت گرفته و این جریان با انتقال جرم، حرارت، انرژی و مومنتوم همراه خواهد بود. تغییر فاز در ماده باعث تولید ناپیوستگی مادی در حجم کنترلی می شود. حین فرآیند تغییر فاز انتقال جرم، انتقال حرارت، انتقال انرژی، انتقال مومنتوم و... صورت گرفته و معادلات حاکم بر این دسته از پدیده ها را معادلات انتقال می نامند. در این مقاله برای نخستین بار با به کارگیری معادلات انتقال شامل معادلات انتقال جرم، انرژی و مومنتوم، معادلات انتقال حاکم بر رفتار الاستو پلاستیک تیر تحت بار دینامیکی استخراج شده است. به کارگیری معادلات انتقال به همراه متغیرهای غیر فیزیکی در فرم انتگرالی باعث اعمال شرایط ناپیوستگی در معادلات حاکم به فرم منبع انرژی داخلی شده و باعث حذف شرایط ناپیوستگی می شود. این معادلات در مدل کردن پیوسته رفتار الاستوپلاستیک تیر تحت بار دینامیکی بکار گرفته شده و مدل پیوسته ای از رفتار الاستوپلاستیک تیر تحت بار دینامیکی لحظه ای ارائه شده است. برای حل این معادلات با پارامترهای غیرفیزیکی از روش المان محدود استفاده شده است. تاریخجه زمانی انتشار موج تنش، کرنش و سرعت در امتداد تیر در دو حالت الاستیک و الاستوپلاستیک ارائه شده است.

    کلیدواژگان: معادلات انتقال، موج ضربه ای، حجم کنترلی، تغییر فاز، الاستیک، پلاستیک
  • ابراهیم ناطقی، عبدالحمید گرجی ولوکلا صفحات 105-116
    در جوشکاری چند پاسه، توزیع و مقدار تنش های پسماند و اعوجاج حاصل به عوامل متعددی همچون پارامتر های وابسته فرآیند جوشکاری، خواص مکانیکی مواد، قید و بند بستگی دارد. در این پژوهش ابتدا توزیع دمای حاصل از فرآیند جوشکاری سه نمونه با طرح های هندسی متفاوت توسط ترموکوپل هایی ثبت شده، هر یک از نمونه ها شامل دو ورق با ضخامت یکسان از جنس فولاد ضد زنگA316 می باشند که به روش جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ و الکترود تنگستنی با طرح های اتصال گوشه شیاری نیم جناقی و جناقی باشکاف و پیشانی ریشه و نیم جناقی بدون شکاف و پیشانی ریشه بر اساس یک دستور العمل رویه جوشکاری، جوش شدند. برای یک نمونه تنش پسماند ایجاد شده ابتدا به روش غیر مخرب امواج ماورای صوت عرضی و پس از برش قسمت عمودی (ورق بدون شیار) جهت استقرار دریل دستگاه کرنش سنج توسط روش نیمه مخرب کرنش سنجی سوراخ اندازه گیری شد. برای دو طرح هندسی دیگر جهت جلوگیری از تخریب قطعات فقط از روش ماورای صوت استفاده شده است. سپس هر سه طرح در نرم افزار اجزای محدود سیموفکت ولدینگ مدل سازی شده و نتایج حاصل از آن با اندازه گیری تجربی دما و تنش پسماند مقایسه شده است. مقایسه نشان میدهد مقادیر عددی و اندازه گیری تجربی تطابق خوبی با یکدیگر دارند و نتایج مدل های المان محدود دارای اعتبار میباشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تغییر هندسه طرح اتصال موجب تغییرات قابل توجه در توزیع و مقدار بیشینه تنش پسماند عرضی میگردد، ولی اثر چندانی در بیشینه تنش پسماند طولی ندارد.
    کلیدواژگان: طرح اتصال، تنش پسماند، کرنش سنجی سوراخ، المان محدود، روش امواج ماورای صوت عرضی
  • فرهاد پریوش، مهدی بامداد، حبیب احمدی صفحات 117-126
    هدف از این مقاله، بهبود عملکرد تمرین توانبخشی آرنج پس از سکته مغزی به کمک ربات است. درمانگر بازوی بیمار را نگه داشته و مرکز جرم را در امتداد یک مسیر مطلوب هدایت می کند. در توانبخشی رباتیک، بیمار نباید ربات را هنگامی که بازویش در محدوده ی مطلوب چرخانده می شود، احساس کند. ربات بایستی وزن استخوان بندی خارجی و اینرسی موتورها را به طور فعال خنثی کند. برای جبران سازی جاذبه می توان از فنر پیچشی غیرخطی بهره برد و همچنین گشتاور مخالف به صورت تابعی از زاویه ی بازو با موتورها اعمال شود. به کارگیری فنر راحتی بیشتری را مهیا می کند، اجازه می دهد تا موتورهای کوچک تری به کار رود، اندازه ی ترمزهای مورد نیاز کاسته شود و ایمنی ذاتی برای ربات های توانبخشی معرفی شود. به علاوه، طراحی کنترل کننده مد لغزشی می تواند برای جبران خطاهای مدل سازی و نیروهای جاذبه به کار گرفته شود. در این مقاله یک ربات جدید توانبخشی آرنج مبتنی بر محرکه کابلی بررسی شده است. ایده کلی تنها جبران سازی نیروهای گرانشی نیست چرا که سختی مفصل نیز باید کنترل شود. عدم قطعیت موجود در دینامیک بازوی بیمار به نحو موثری تقریب زده شده است. حرکت با سیستم کنترل حلقه بسته در حضور عدم قطعیت های پارامتری بررسی شده است. کنترل کننده مد لغزشی با کنترل کننده تناسبی-مشتقی از طریق شبیه سازی کامپیوتری مقایسه شده و بهبود نسبت به روش غیرفعال مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: توانبخشی رباتیک، جبران ساز جاذبه، کنترل مد لغزشی، کابل
  • سجاد ایزدپناه نجم آباد، مهدی گردویی، سید هادی قادری صفحات 127-135
    این مقاله یک روش جدید عددی-تجربی برای محاسبه ی ثوابت معیار تسلیم ناهمسانگرد پیشرفته ی BBC2003 ارائه می دهد. محاسبه ی هشت ثابت این معیار تسلیم نیازمند تعیین تجربی هشت خاصیت مکانیکی است. این خواص عبارتند از تنش تسلیم تک محوره در جهت 0، 45 و 90 درجه نسبت به راستای نورد، ضرایب ناهمسانگردی در این جهت ها و تنش تسلیم در شرایط کرنش صفحه ای در دو جهت 0 و 90 درجه. اما، تعیین تنش تسلیم و ضرایب ناهمسانگردی دو محوره یکسان هزینه ی نسبتا بالایی دارد. در روش ارایه شده در این مقاله، ثوابت معیار تسلیم با استفاده از یک شیوه ی ساده، بر مبنای تنش های تسلیم کرنش صفحه ای در دو جهت 0 و 90 درجه نسبت به راستای نورد، محاسبه می شود. دستگاه معادلات ثوابت تابع تسلیم، با تشکیل تابع خطا و کمینه کردن آن با استفاده از روش شیب دارترین نزول به روش عددی حل می شود. در دو مطالعه ی موردی، ثوابت معیار BBC2003 برای ورق آلومینیوم از آلیاژهای AA3105 و AA6061-O با استفاده از این روش محاسبه شد. سپس، دقت پیش بینی تنش تسلیم تک محوره و ضریب ناهمسانگردی در جهت های مختلف و نیز قابلیت منطبق شدن سطح تسلیم با نتایج تجربی، برای دو معیار تسلیم BBC2003 و هیل48، بررسی شد. نتایج نشان می دهد که روش ارائه شده دارای دقت و ثبات مطلوب در محاسبه ی ثوابت معیار تسلیم پیشرفته و در نتیجه پیش بینی خواص مکانیکی ورق های ناهمسانگرد، در جهت های مختلف می باشد.
    کلیدواژگان: معیار تسلیم ناهمسانگرد، تنش تسلیم کرنش صفحه ای، ورق آلیاژ آلومینیومی، ناهمسانگردی پلاستیک، تابع خطا
  • محمد مهدی سلمانی آرانی، مهدی میرزایی، احمد اکبری الوانق، سجاد آقاسی زاده شعرباف صفحات 136-142
    در این مقاله به شناسایی عناصر دستگاه جدید آزمایش ساخته شده برای سیستم تعلیق یک چهارم خودروی سمند با مکانیزم مک فرسون پرداخته شده است. ورودی های این دستگاه شامل جابجائی (ناهمواری) جاده و شتاب آن می باشد و خروجی های آن شامل شتاب جرم معلق، شتاب جرم غیرمعلق، جابجایی تعلیق و فشردگی تایر هستند که توسط سنسورها ثبت می شوند. دستگاه آزمایش سیستم تعلیق دارای مکانیزم مک فرسون با فنر و میراگر غیرخطی بوده و از نظر شناسایی یک مدل چند ورودی-چند خروجی محسوب می شود. برای یافتن ضرایب فنریت و میرایی تایر و سیستم تعلیق از روش تکراری حداقل مربعات غیرخطی به عنوان یک روش شناسایی جعبه خاکستری استفاده شده است. در این روش مدل ریاضی یک چهارم غیرخطی برای دستگاه آزمایش در نظر گرفته شده و پارامترهای آن با استفاده از داده های دستگاه آزمایش شناسایی می شود. برای شناسایی پارامترهای مدل، از روش غیرخطی تکراری لونبرگ- مارکارد استفاده شده است. خروجی مدل غیرخطی شناسایی شده با خروجی دستگاه آزمایش مقایسه و صحت مدل شناسایی شده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان از عملکرد خوب مدل پیشنهادی برای بیان رفتار فنر و میراگر دستگاه آزمایش یک چهارم سیستم تعلیق خودرو با مکانیزم مک فرسون دارد.
    کلیدواژگان: سیستم تعلیق خودرو، دستگاه آزمایش یک چهارم، مدل غیرخطی، شناسایی سیستم
  • علیرضا کاریان، مهدی مدبری فر صفحات 143-150
    چاپگرهای سه بعدی لیزری یکی از کارآمدترین دستگاه های نمونه سازی سریع در صنعت امروز هستند. یکی از تکنیک های مورد استفاده برای شکل دهی ماده در این دستگاها، سینترینگ پودر اولیه به کمک اشعه لیزر است.عوامل مختلفی در بهبود کیفی قطعات تولید شده به روش سینترینگ لیزری تاثیرگذار هستند. از آنجایی که عامل اصلی فرآیند و ایجاد انرژی لیزر است، لذا متغیرهای مربوط به لیزر در بهبود کیفیت محصول از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. در این مقاله اثر شاخص های مهم از قبیل توان، سرعت و الگوی اسکن لیزر بر روی استحکام کششی و سفتی نمونه هایی از جنس پلی پروپایلن با دانه بندی 200 میکرومتر که طی فرآیند یکسان سینترینگ لیزری تک لایه توسط لیزر گاز کربنیک توان پایین سینتر شده اند، بررسی شده است. نمونه های سینتر شده طبق استاندارد ASTM D882مورد تست کشش و اندازه گیری سفتی به عنوان خروجی های آزمایش، قرار گرفتند تا اثرات شاخص های مذکور به طور مستقل و در تعامل با یکدیگر بر روی خروجی ها با استفاده از تحلیل واریانس بررسی شودو در نهایت معادله عمومی رگرسیون استخراج شده است. روش عمومی فاکتوریل برای طراحی آزمایشها در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داده اند که الگوی اسکن و توان لیزر بیشترین تاثیر را بر روی استحکام کششی و سفتی نمونه های تولید شده دارند. بیشترین مقدار استحکام کششی 9/2 مگاپاسکال و بیشترین مقدار سفتی 96 نیوتن بر میلیمتر است که با توان 2 وات لیزر و سرعت اسکن 1650 میلیمتر بر دقیقه و تحت الگوی شماره 2 حاصل شده اند.
    کلیدواژگان: چاپگر سه بعدی لیزری، سینترینگ لیزری، پودر پلی پروپایلن، تحلیل واریانس، روش فاکتوریل
  • سهراب خانیان، نیکی رضازاده * صفحات 151-161

    در جریان های با رینولدز بالا داخل لوله های U شکل پدیده ی جدایش در قسمت انحنای لوله ها رخ می دهد که موجب افت فشار و در حالت های همراه با انتقال حرارت موجب افزایش نامطلوب دمای سطح در آن ناحیه می شود این افزایش دما به علت کاهش نرخ انتقال حرارت از سطح به سیال روی می دهد که در کاربردهای صنعتی علاوه بر کاهش انتقال حرارت موجب تخریب سطح لوله ها می گردد. در کار حاضر حذف شدن ناحیه ی جدایش به وسیله ی نیروی حجمی ایجاد شده توسط محرک های پلاسمایی و به واسطه ی آن کاهش ماکزیمم دمای رخ داده در این ناحیه و همچنین تغییرات عدد پکلت مورد شبیه سازی قرار گرفته است. برای این منظور محرک های پلاسمایی kV5، kV12و kV19 با تابع ولتاژ مربعی داخل لوله ی U شکل در سه جریان با رینولدزهای 3000، 4500و 6000 قرار داده شده اند تا میزان تاثیر عملگر بر روی کنترل جدایش و ماکزیمم دمای رخ داده در این نقطه بررسی شود. محاسبات با استفاده از مدل پیشنهادی سوزن با روش حل عددی به صورت وابسته به زمان انجام شده است و نتایج در طول زمان عملکردی 0تا50 گزارش شده است. نتایج نشان می دهد ماکزیمم دمای سطح که در ناحیه ی جدایش رخ می دهد در حضور عملگرهای پلاسمایی نزدیک این منطقه کاهش قابل توجهی دارد که به علت حذف و تغییر منطقه جدایش می باشد.

    کلیدواژگان: محرک پلاسماییDBD، جدایش جریان، دمای سطح، حل وابسته به زمان، کنترل فعال جریان
  • رضا حسن زاده قاسمی، علی غفاری صفحات 162-168
    یکی از معمول ترین مشکلاتی که در حین عملیات ماشینکاری اتفاق می افتد پدیده چتر ماشین ابزار است که تاثیرات بدی روی کیفیت سطح، دقت ابعادی، عمر ابزار و عمر دستگاه می گذارد. معادلات ریاضی حاصل از مدلسازی پدیده چتر را میتوان به شکل معادلات دیفرانسیل تاخیری خطی بیان کرد. وجود ترم تاخیر در معادلات دیفرانسیل، تحلیل را پیچیده و مشکل می کند. معادله مشخصه این نوع معادلات دارای بینهایت ریشه میباشد؛ در نتیجه روش های تحلیلی بررسی این مدلهای ریاضیاتی بسیار پیچیده بوده و از طرفی روش های تقریبی از دقت مناسب برخوردار نیستند. در این مقاله از یک روش جدید برای تعیین نواحی دقیق پایداری در فضای پارامترهای سیستم چتر ماشین ابزار استفاده می شود. در این روش ابتدا نقاط انشقاق تعیین می شود و سپس به کمک تابع لمبرت نواحی پایدار چتر تعیین میشود. مزیت این روش سادگی اجرای آن و نیز قابلیت استفاده در سیستم های با تاخیر زمانی خطی مرتبه بالا می باشد. به کمک این روش و رسم نواحی پایداری برای این سیستم می توان سرعت مناسب دستگاه تراش برای جلوگیری از چتر را انتخاب کرد. این روش جدید در مقایسه با روش های گرافیکی، محاسباتی و تقریبی از دقت بالایی برخوردار است.
    کلیدواژگان: پایداری، چتر، انشقاق، تابع لمبرت
  • ناصر دبیری، سید هادی قادری، مهدی گردویی صفحات 169-180
    شکل دهی پینی به عنوان یک روش شکل دهی موثر در صنایع هوایی، از فرایند ساچمهزنی مشتق شده است. کاربرد عمدهی آن جهت تولید قطعات نازک بزرگ با انحناهای ملایم از جمله پنلها و پوستهی بال هواپیماها میباشد. این فرایند به دو دستهی شکل دهی پینی بدون پیشکرنش کشسان (شکل دهی پینی رایج) و با پیشکرنش کشسان (شکل دهی پینی تنشی) قابل تقسیم است. در این پژوهش، مطالعه عددی و تجربی فرایندهای ساچمهزنی و شکل دهی پینی با و بدون پیشکرنش کشسان ورقهای آلیاژ آلومینیمی انجام گرفت. جهت انجام آزمایشهای تجربی، از ساچمه های فولادی با قطرهای mm 0/4 و mm 0/6 و نوارهایی از جنس آلیاژ آلومینیم 6T-6061Al استفاده شد. برای اعمال پیشکرنش کشسان، قیدهایی با چهار شعاع پیشخمش متفاوت ∞، mm 500، mm 375 و mm 250 طراحی و ساخته شدند. در بخش عددی با بهکار بردن پارامترهای مشابه با آزمایشها، ابتدا با استفاده از یک مدل سهبعدی با توزیع تصادفی ساچمه، فرایند ساچمهزنی شبیه سازی و تنشهای ایجاد شده در ورق (تنشهای اعمالی و پسماند) بهدست آمد. در ادامه با استفاده از این مدل و طی روندی سه مرحله ای، فرایندهای شکل دهی پینی و شکل دهی پینی تنشی شبیه سازی شدند. نتایج نشان داد که اعمال پیشکرنش در توزیع پروفیل تنش درون ورق و در نتیجه در تغییر شکل نهایی آن بسیار تاثیرگذار است. بر همین اساس، شکل دهی پینی تنشی در مقایسه با شکل دهی پینی رایج انحنای بزرگتری در ورق ایجاد می کند. همچنین با افزایش ممان پیشخمش (کاهش شعاع پیشخمش)، انحنای ایجاد شده در جهت اعمال پیشخمش، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکلدهی ورقهای فلزی، تنش پسماند، ساچمهزنی، پین فرمینگ، پین فرمینگ تنشی
  • سمیرا خانجانی، اکرم توکلی، داوود جلالی وحید، میثم نظری صفحات 181-190
    در مطالعه حاضر انتقال حرارت جابجایی اجباری آب و نانوسیال آلومینا در یک مبدل حرارتی دولوله ای مجهز به نوار مارپیچ معمولی و نوار مارپیچ برش خورده، بصورت تجربی بررسی شده و تاثیر غلظت نانوسیال و حضور نوارمارپیچ معمولی و برش خورده بر انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشات در رژیم جریان مغشوش در محدوده عدد رینولدز 4000 تا 34000 انجام شده و غلظت نانوسیال مورد استفاده 025/ 0، 05/ 0 و 1/ 0 درصد حجمی می باشد. نتایج مطالعات حرارتی حاکی از افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال نسبت به سیال پایه می باشد. افزایش غلظت نانوسیال به صورت کلی باعث بهبود انتقال حرارت شده است. همچنین تاثیر استفاده از نانوسیال در اعداد رینولدز بالا بیشتر می باشد. استفاده از لوله حاوی نوار مارپیچ برش خورده و نانوسیال، نسبت به لوله خالی و لوله با نوار مارپیچ معمولی و سیال پایه، موجب افزایش انتقال حرارت و عدد ناسلت شده است. بررسی افت فشار سیستم نشان داد که نانوسیال مورد استفاده با غلظت های ذکر شده باعث افزایش اندکی در افت فشار شده که قابل صرف نظر کردن می باشد. اما نوارهای مارپیچ داخل لوله به علت ایجاد مقاومت و افزایش سطح تماس، باعث افزایش افت فشار سیستم شده و ضریب اصطکاک را نیز افزایش می دهند.
    کلیدواژگان: نانوسیال، مبدل دولوله ای، نوار مارپیچ برش خورده، انتقال حرارت جابجایی
  • سیروس سرمستی، کیومرث مظاهری صفحات 191-202
    روش احتراق درجا یکی از روش های گرمایی برداشت نفت سنگین می باشد که در آن گرمای لازم برای جابجایی نفت خام، با سوزاندن کسری از نفت مخزن متخلخل تامین می شود. به دلیل حضور همزمان پدیده های مختلف مانند احتراق، تغییر فاز و انبساط گرمایی سیالات مخزن، احتراق درجا یک روش برداشت بسیار پیچیده می باشد. در نتیجه علی رغم مزیت های بالقوه ی این روش نسبت به سایر روش های گرمایی، کاربرد آن محدود می باشد. در کار حاضر جهت کسب شناخت بیشتر از این فرایند، تاثیر حجم نفت اولیه ی مخزن (که با متغیر اشباع بیان می شود) بر عملکرد روش احتراق درجا با استفاده از شبیه سازی عددی یک بعدی بررسی شده است. جهت افزایش دقت مدل، مقدار اتلاف گرما از مخزن نفت به محیط پیرامون بالا و پایین آن توسط یک مدل شبه تحلیلی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند در صورت زیاد بودن اشباع نفت اولیه ی مخزن، نفت جابجا شده در روزهای ابتدایی فرایند در ناحیه ی مجاور به چاه برداشت انباشت خواهد شد. در نتیجه نفوذپذیری محیط متخلخل نسبت به فاز گاز به شدت کاهش می یابد. همچنین سرعت جبهه ی احتراقی کاهش و فشار در بالادست جبهه ی احتراقی افزایش خواهد یافت. کاهش سرعت جبهه موجب کاهش نرخ برداشت نفت می شود. علاوه بر این، در صورت عدم لحاظ کردن افزایش فشار مخزن در طراحی سیستم تزریق هوا، این افزایش منجر به کاهش نرخ تحویل هوا به سمت جبهه ی احتراقی شده و ممکن است سبب خاموشی جبهه احتراقی شود. همچنین نتایج نشان می دهند که عدم در نظر گرفتن اتلاف گرما از مخزن منجر به پیش بینی نادرست پدیده ی انسداد خواهد شد.
    کلیدواژگان: احتراق درجا، برداشت نفت سنگین، اشباع نفت اولیه، انسداد حفره، اتلاف گرما
  • مهدی زمانی، محمد جواد مغربی صفحات 203-214
    در این پژوهش، عملکرد یک توربین بادی محور عمودی پره مستقیم نوع داریوس با استفاده از پره های J شکل مورد بررسی قرار می گیرد. پره های J شکل به دلیل بهره گیری هم زمان از نیروهای برآ و پسا در سرعت های باد پایین عملکرد بهتری ارائه می دهند، از این رو پیش بینی می شود که استفاده از این پره ها گشتاور راه اندازی توربین را تا حد قابل قبولی تقویت و توان خروجی را بهبود بخشد. هدف اصلی در این پژوهش، یافتن مقطع J شکل بهینه برای دستیابی به بهترین منحنی عملکرد توربین است. به همین منظور شبیه سازی عددی روی یک توربین بادی محور عمودی با ظرفیت 3 کیلووات با پره های مختلف J شکل انجام شده است. این پره ها از مقاطع J شکل با حذف ناقص سمت فشار ایرفویل غیرمتقارن Du 06-W-200 ایجاد می شوند. جهت شبیه سازی، از نرم افزار منبع باز اوپن فوم بهره گرفته شده است. مشاهده شد که حالت بهینه برای مقاطع J شکل، با حذف سمت فشار از محل بیشینه ضخامت ایرفویل مرجع ایجاد می شود و بیشترین توان خروجی با استفاده از این مقطع بدست می آید. نتایج نشان می دهند که استفاده از مقطع J شکل مشکل راه اندازی خودکار توربین را با تقویت گشتاور راه اندازی، به میزان قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد. همچنین ارتعاشات و تنش های وارده بر مجوعه یاتاقان ها و محور دوران روتور با استفاده از مقطع J-شکل کاهش می یابد و جریان حول توربین پایدارتر می شود.
    کلیدواژگان: توربین بادی محور عمودی، پره J شکل، گشتاور راه اندازی، حل عددی، بهبود عملکرد
  • افراسیاب رئیسی صفحات 215-224
    در این تحقیق، انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفظه مربعی پر شده از سیال غیرنیوتنی مدل تابع نمایی با وجود یک جفت مانع دما ثابت که به صورت افقی بر روی دیوار عمودی محفظه نصب شده اند، بررسی شده است. دیوار سمت چپ به همراه مانع های نصب شده بر روی آن در دمای ثابت T_h و دیوار سمت راست در دمای ثابت T_c قرار دارند. دیوارهای افقی محفظه عایق شده اند. معادلات حاکم برای سیال غیر نیوتنی مدل تابع نمایی به روش تفاضل محدود بر مبنای حجم کنترل جبری شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل به طور هم زمان حل شده اند. تاثیر پارامترهای مربوطه مانند عدد رایلی 〖10〗^3≤Ra≤〖10〗^6، شاخص تابع نمایی0.8≤n≤1.4، طول مانع ها0≤B≤0.5 و فاصله ی مانع ها از یکدیگر 0.1≤D≤0.8 بر روی میدان های جریان و دما و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد رایلی، به ویژه برای مقادیر n<1، باعث افزایش نرخ انتقال حرارت می شود و استفاده از سیالات غیر نیوتنی رقیق برشی، مخصوصا در اعداد رایلی بالا نیز عملکرد حرارتی محفظه را بهبود می بخشد. نتایج همچنین نشان می دهند که طول مانع ها و فاصله آنها از یکدیگر، بسته به مقادیر عدد رایلی و شاخص تابع نمایی تاثیرات قابل توجهی بر روی میدان جریان و عملکرد حرارتی محفظه دارند.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، محفظه، غیر نیوتنی، مانع
  • فرامرز آشنای قاسمی، اسماعیل قاسمی، مهدی بصیری صفحات 225-232
    در این تحقیق اثر نانو صفحات گرافن و پلی اولفین الاستومر در زمینه پلی پروپیلن بر خواص مکانیکی در زمان های اختلاط متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. روش ساخت نمونه ها اختلاط مذاب بود و نمونه هایی با 0، 2 و 4 درصد وزنی گرافن، 0، 15 و 30 درصد وزنی الاستومر و زمان اختلاط 8، 12 و 16 دقیقه مورد استفاده قرار گرفت. برای بررسی بهتر خواص مکانیکی آزمایش کشش و ضربه و آنالیز حرارتی DSC و ریزنگار SEM بکار گرفته شد. نتایج حاصل از آزمایش کشش نشان داد که الاستومر موجب کاهش مدول یانگ و استحکام نهایی و افزایش کرنش شکست می شود. در حالی که افزایش درصد گرافن باعث افزایش مدول و کاهش کرنش شکست شد و اثر قابل توجهی بر استحکام نهایی نداشت. آزمایش ضربه نشان داد که حضور گرافن اثر اندکی بر استحکام ضربه دارد اما الاستومر باعث بهبود چشمگیر استحکام ضربه می شود. آنالیز حرارتی نمونه ها نشان داد که افزودن گرافن و پلی اولفین الاستومر اثر قابل توجهی بر درجه بلورینگی پلی پروپیلن ندارند اما گرافن باعث بالا رفتن دمای بلورینگی می شود. تصاویر ریزنگار میکروسکوپ الکترونی نشان داد که افزایش زمان اختلاط سبب بهبود پراکندگی گرافن و کاهش اندازه ی ذرات الاستومر می شود. البته پدیده کلوخه شدن گرافن در نمونه های شامل گرافن مشاهده شد که با توجه به سطح بسیار بالای گرافن، روش ساختن نمونه ها و درصدهای گرافن در نمونه ها دور از انتظار نبود.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، گرافن، پلی پروپیلن، پلی اولفین الاستومر، خواص مکانیکی
  • یاسمن واقعی، انوشیروان فرشیدیان فر صفحات 233-241
    امروزه، تشخیص دقیق و سریع عیب، یکی از مسائل اساسی در صنعت می باشد. به همین دلیل، تاکنون، الگوریتم های پیشرفته ی بسیاری بدین منظور به کار گرفته شده اند که اکثرا دارای پیچیدگی بسیاری بوده و یا نتایج مطلوبی را درپی نداشتند. پژوهش حاضر، روشی نوین جهت تشخیص عیب یاتاقان های موتورهای الکتریکی صنعتی و دسته بندی آن ها براساس قطر عیب و محل آن ارائه می نماید. در بخش ابتدایی، سیگنال ارتعاشی مرتبط با عیوب مختلف به صورت آزمایشگاهی برای دو یاتاقان ساچمه ای شیار عمیق استاندارد متصل به سمت شفت گردنده و سمت محرک در حالت های معیوب و سالم استفاده شده و سپس، در بخش دوم، به دلیل وجود نویز بالا در سیستم، از تبدیل موجک ساده ی تک بعدی میر جهت تحلیل سیگنال در حوزه ی فرکانس و زمان استفاده شده و در نتیجه ضرایب حاصل از تبدیل موجک منحصر به هر سیگنال استخراج گردیده است. در قدم بعدی، این ضرایب به بخش سوم، که یک سیستم عصبی-فازی تطبیقی است، جهت دسته بندی نوع عیب، داده شده و تفکیک پذیری بر اساس میزان عیب موجود در شیار و یا ساچمه انجام گرفته است. در این بخش، قابلیت های اصلی سیستم فازی و شبکه ی عصبی، یعنی مقابله با عدم قطعیت و انعطاف پذیری، به منظور افزایش میزان دقت و مقابله با نویز در امر عیب یابی ترکیب شده است. بخش چهارم این پژوهش نیز به بررسی عملکرد سیستم با تحلیل سیگنال های جدید آزمایشگاهی و درنهایت مقایسه ی این نتایج با کارهای پیشین اختصاص یافته است. نتایج حاصل، حاکی از دقت بالا و قابلیت تفکیک و دسته بندی بهتر روش ارائه شده می باشد.
    کلیدواژگان: عیب یابی، سیگنال ارتعاشی، تبدیل موجک، سیستم عصبی، فازی تطبیقی
  • میر عماد حسینی، سید جمال حسینی پور، محمد بخشی جویباری صفحات 242-252
    منحنی حد شکل دهی، نموداری است که مقادیر کرنش های اصلی بزرگتر 1 را درمقابل مقادیر کرنش های اصلی کوچکتر 2 در لحظه وقوع گلویی موضعی ترسیم می نماید. تعیین تجربی منحنی حد شکل دهی معمولا فرآیند بسیار وقت گیر و پر هزینه ای است و نیاز به تجهیزات خاص دارد. از این رو، مدل های تحلیلی و عددی زیادی برای تعیین آن توسعه یافته اند. مدل گارسون- تورگارد- نیدلمن (GTN) یک مدل میکرومکانیکی برای پیش بینی و تشریح رفتار شکست نرم می باشد. این مدل رفتار رشد و تکامل حفره در ریز ساختار را توسط معادلات فیزیکی تشریح می نماید. در این پژوهش روابط و معادلات ساختاری حاکم بر تغییر شکل پلاستیک با استفاده از تابع پتانسیل پلاستیک گارسون و معیار رشد و تکامل حفره GTN جهت پیش بینی پارگی و شکست ورق های فلزی استخراج شده است. این روابط به صورت تحلیلی مورد حل قرار گرفتند. منحنی های حد شکل دهی مربوط به آلیاژهای مورد مطالعه سایر پژوهشگران به صورت تحلیلی با بکارگیری نرم افزار متلب پیش بینی و تعیین گردید. نتایج حاصل از روش تحلیلی با نتایج تجربی و عددی سایر پژوهشگران مقایسه گردیده و مطابقت خوبی را با یکدیگر نشان دادند. در ادامه اثر پارامترهای مدل GTN شامل مقادیر 〖، f〗_0 〖،f〗_C 〖،f〗_N،f_f و همچنین ضریب ناهمسانگردی و نمای کرنش سختی بر روی منحنی حد شکل دهی و روند رشد کسر حجمی حفره به روش تحلیلی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: منحنی حد شکل دهی، مدل GTN، شکست نرم، روش تحلیلی، فرآیند شکل دهی ورق فلزی
  • اعظم ترابی، مینا علاف زاده، ابراهیم شیرانی، مهدی نیلی احمد آبادی صفحات 253-262
    هدف از این مقاله بررسی انتقال جرم لیپوپروتئین های کم چگال پلاسما در دیواره رگ با استفاده از روش شبکه بولتزمن می باشد. بزرگ بودن عدد اشمیت ذرات چربی، منجر به واگرایی حل در روش شبکه بولتزمن می شود. به منظور رفع این مشکل، شبکه بولتزمن با روش حجم محدود ترکیب شده است. در این روش ترکیبی، میدان سرعت جریان خون توسط روش شبکه بولتزمن با مدل زمان آرامش منفرد و معادله غلظت لیپیدها با استفاده از حل عددی معادله دیفرانسیلی انتقال جرم بهروش حجم محدود حل می شود. در روش شبکه بولتزمن برای حل مسئله انتقال جرم با عدد اشمیت در محدوده 3000-10، باید زمان آرامش چندگانه به کارگرفته شود که این خود زمان محاسبات را افزایش می دهد. برای اعداد اشمیت بزرگ تر از 3000 مدل زمان آرامش چندگانه نیز دیگر پاسخگو نیست و همگرایی حاصل نمی شود. ااین مقاله نشان می دهد روش ترکیبی اشاره شده توانایی حل مسئله انتقال جرم تا عدد اشمیت107 را دارد. تطبیق مناسب بین شبیه سازی انجام شده به روش ترکیبی با نتایج محققان قبلی و کاهش قابل توجه زمان حل مسئله نسبت به روش شبکه بولتزمن بیانگر عملکرد خوب روش ترکیبی در حل مسائل جریان و انتقال جرم با عدد اشمیت بالا می باشد. بالاخره روش ترکیبی ارائه شده برای شبیه سازی انتقال جرم ذرات الدی ال به کار گرفته می شود و پارامترهای موثربرافزایش غلظت سطحی،از جمله اندازه ذرات،سرعت مکشی روی جداره،تنش برشی دیواره،نوع سیال ازنظر رفتارنیوتنی و غیرنیوتنی و تغییرضخامت لایه مرزی غلظت باتغییر عدد اشمیت بررسی می شود.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، روش ترکیبی، ال دی ال، عدد اشمیت
  • حمید مهدیقلی، مرتضی عزیزی ینگجه، محمد سعید سیف صفحات 263-274
    تنظیم درست زاویه تریم شناور پلنینگ در فاز شتابگیری برای عبور آسان از قله مقاومت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. افزون بر آن، در موارد خاصی مانند شناورهای مسابقه ای یا برخی کاربردهای نظامی، هدف رسیدن به سرعت نهایی در حداقل زمان ممکن است. این مقاله ضمن معرفی کاربرد جدیدی برای تئوری کنترل بهینه در حوزه کنترل شناورهای پلنینگ سعی دارد به این پرسش پاسخ دهد که در طول شتابگیری شناور پلنینگ زاویه اعمال شده به سیستم رانش یا یک المان کنترلی همچون تریم تب چگونه باید تغییر یابند تا زمان رسیدن به یک سرعت مشخص کمینه شود. برای پاسخ به این پرسش نیازمند یک مدل دینامیکی از شناور برای فاز شتابگیری آن هستیم. در این تحقیق چنین مدلی بر اساس روش های تئوری و تجربی موجود برای محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی و آیرودینامیکی، سیستم رانش و المان کنترلی بر بدنه ارائه می شود. کل مجموعه سیستم رانش شامل موتور، سیستم درایو و پروانه به نحو ساده شده ای مدل شده اند. در ادامه، مسئله کنترل بهینه معرفی و نحوه حل آن توضیح داده شده است. در نهایت نتایج حل مسئله برای یک شناور پلنینگ تک بدنه و یک کاتاماران مسابقه ای ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: شناور پلنینگ، تریم تب، کنترل بهینه، قاعده مینیمم پونترایگن
  • رحمت الله قاجار، فرزین توکلی صفحات 275-283
    در این مقاله، اثر پارامتر ناهمگنی بر ضریب شدت تنش در مواد تابعی ارتوتروپیک در نواری ترک دار بررسی می گردد. فرض می شود که خواص مکانیکی و حرارتی ماده وابسته به مختصه ی x (موازی با سطوح ترک) و تابع نمایی از x باشد. مساله برای ترک داخلی و لبه ای با دو روش معادلات انتگرالی و روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته حل می شود. بارگذاری حرارتی به گونه ای است که توزیع دما در نوار یکنواخت می باشد. به علت تغییر خواص مکانیکی و حرارتی، توزیع تنش حاصل از این بارگذاری، یکنواخت نمی باشد. در حل مساله با روش معادلات انتگرالی، ابتدا مساله ترموالاستیسیته بدون ترک و سپس مساله ترک هم دما به صورت جدا حل می شوند. با استفاده از این دو حل، مساله اصلی حل می شود. برای حل مساله ی ترک هم دما، پس از انجام تبدیلی روی معادلات بنیادی حاکم بر ماده ارتوتروپ و ساده سازی آن، معادلات ناویر با روش تبدیل فوریه حل می گردد. روش حل عددی مساله، روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته است که به منظور بررسی صحت نتایج روش معادلات انتگرالی فقط در یک حالت خاص در قالب نمودار آورده شده است. همچنین تاثیر دما برضریب شدت تنش به ازای مقادیر مختلف پارامتر ناهمگنی، مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: مواد تابعی ارتوتروپیک، ضریب شدت تنش، ترک داخلی، روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته
  • هدی اصلانی، محمد مقیمان* صفحات 284-292

    در این مقاله اثر افزودن نانوذره ی تیتانیا بر رفتار انجمادی نانوسیال در غلظت های جرمی 0.01%، 0.02% و 0.04% مورد مطالعه قرار می گیرد. در این ارتباط، شاخصه های مهم در انجماد شامل درجه فراسرمایش، زمان انجماد، دمای تشکیل هسته و دمای تغییر فاز به روش آزمایشگاهی اندازه گیری شده است. برای انجام آزمایشات از دستگاه مولد سرما برپایه ی سیکل تبرید تراکمی استفاده شده است. نتایج آزمایش نشان می دهد افزودن نانوذرات اثر قابل توجهی بر بهبود رفتار انجمادی سیال پایه دارد؛ به طور ی که مقایسه نتایج فرایند انجماد سیال پایه و نانوسیال نشان می دهد که حضور نانوذرات در سیال موجب کاهش قابل توجه زمان انجماد و درجه فراسرمایش و افزایش دمای تشکیل هسته ی سیال پایه می گردد. در مقایسه با آب دیونیزه، غلظت 0.04% جرمی نانوذره سبب کاهش 70% زمان انجماد، کاهش 69% در درجه فراسرمایش و افزایش 29 درصدی در دمای تشکیل هسته شده است. نتایج همچنین نشان می دهد که شار حرارتی برداشت شده در فرایند انجماد نانوسیال تیتانیا بیش از شار حرارتی سیال پایه می باشد. همچنین در این تحقیق، نتایج آزمایشگاهی میزان کسر جرمی گذرای مایع در زمان انجماد در مقایسه با نتایج بدست آمده از منطق فازی مورد بررسی قرارمی گیرد. براساس نتایج حاصل از مدل سازی، منطق فازی روش قابل اطمینان در ارائه ی نتایج کسر جرمی گذرای مایع در زمان های مختلف می باشد. ارزیابی دقت مدل ارائه شده در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد میانگین خطای نسبی منطق فازی در غلظت های ناچیز، کمتر است.

    کلیدواژگان: انجماد، نانوسیال، دمای تشکیل هسته، درجه فراسرمایش، منطق فازی
  • امین حدیدی، داود جلالی وحید * صفحات 293-302

    مواجهه جفت حباب ها در جریان های دوفازی به وفور مشاهده می شود که این مواجهه میتواند منجر به الحاق آنها شود. الحاق حبابها یکی از پدیده های فیزیکی مهمی است که در ستونهای مایع رخ می دهد. توسعه دانش مربوط به الحاق دو حباب، به توصیف بهتر و درک دقیقتر جریانهای دوفازی حبابی کمک میکند. اثر میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی، تاکنون بر اندرکنش و الحاق حبابهای سیالات دی الکتریک مورد مطالعه قرار نگرفته است. از این رو در پژوهش حاضر، اثر میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت بر اندرکنش و الحاق حبابهایی که در مایع ساکن صعود میکنند، مورد مطالعه قرار گرفته است. حبابها در حالت اولیه کروی فرض شده و هر دو فاز مایع و گاز در ابتدا ساکن فرض شده اند. همچنین هر دوفاز تراکم ناپذیر و دی الکتریک فرض شده و میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده نیز یکنواخت میباشد. شبیه سازی عددی میدان جریان دوفازی و حل میدان سرعت از طریق روش حجم محدود صورت گرفته و گسسته سازی معادله مغناطیسی نیز با روش تفاضل محدود انجام شده است. برای مدلسازی مرز مشترک دوفاز نیز از الگوریتم لول ست استفاده شده است. نتایج عددی پژوهش حاضر با داده های تجربی و عددی محققین قبلی، توافق خوبی دارد. نتایج بدست آمده نشان میدهد که میدان مغناطیسی یکنواخت اعمال شده، شکل و دینامیک حبابها و نیز اندرکنش و الحاق آنها را تحت تاثیر قرار میدهد؛ بطوریکه میدان مغناطیسی اعمال شده سبب تسریع در الحاق عمودی حبابها میشود. از این رو، میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت می تواند برای کنترل الحاق حبابها مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: الحاق حباب ها، جریان حبابی، روش لول ست، ستون مایع لزج، جفت حباب
  • اسوه جدی نیا، محمدرضا ذاکرزاده، محمد محجوب صفحات 303-310
    امروزه نیاز روز افزون به اعمال تغییرات و جابه جایی های سریع، دقیق و حرکات کوچک در بسیاری از زمینه های مهندسی، اهمیت و کارایی مواد هوشمند را بیشتر نشان می-دهد. آلیاژ حافظه دار مغناطیسی، یکی از جدیدترین مواد هوشمند است که اثر حافظه دار بودن و خاصیت مغناطیسی را به طور همزمان دارا می باشد. این ماده، در دمای اتاق توسط القای میدان مغناطیسی، کششی بسیار بزرگتر از مگنتواسترکتیو، پیزوسرامیک یا ماده الکترواسترکتیو دارد و فرکانس پاسخگویی آن بالاتر از آلیاژ حافظه دار گرمایی است ولی پسماند نامتقارن خصیصه ای محدودکننده برای عملکرد آن به شمار می آید. مدل پرنتل-ایشلینسکی یکی از مدل های پدیده شناسانه قدرتمند برای شبیه سازی پسماند نامتقارن و غیرخطی است که به منظور شبیه سازی رفتار مواد هوشمند از آن استفاده می شود. در این مقاله با نگرشی جدید با استفاده از مدل پرنتل-ایشلینسکی تعمیم یافته، به مساله شبیه سازی رفتار پسماندی عملگر آلیاژ حافظه دار مغناطیسی پرداخته شده است. پس از شناسایی پارامترهای مدل، خروجی پیش بینی شده با نتایج تجربی مقایسه شده است. برای تعیین اعتبار، با استفاده از داده های متفاوت، صحت مدل بررسی گردیده و خطای پیش بینی مقایسه شده است. نتایج تجربی بر توانایی مدل در پیش بینی رفتار عملگر آلیاژ حافظه دار مغناطیسی صحه می گذارد. به دلیل قابلیت معکوس پذیری و سادگی مدل پرنتل-ایشلینسکی تعمیم یافته از این معکوس می توان به عنوان کنترل کننده پیشرو برای جبران رفتار پسماند غیرخطی آلیاژ حافظه دار مغناطیسی استفاده کرد. تمامی نتایج به صورت تجربی با استفاده از دستگاه تست تجربی ساخته شده براساس عملگر آلیاژ حافظه دار مغناطیسی به دست آمده است.
    کلیدواژگان: مدل پرنتل، ایشلینسکی، آلیاژ حافظه دار مغناطیسی، رفتار پسماند
  • علی فضلی، سید محمدرضا حسینی صفحات 311-318
    شکل دهی الکتروهیدرولیک یک فرآیند شکل دهی سریع است که در آن انرژی الکتریکی ذخیره شده در خازن ها بین دو الکترود مستغرق در آب تخلیه می شود. تخلیه الکتریکی با تبخیر آب در محل تخلیه موج فشاری ایجاد می کند که از طریق آب به ورق منتقل شده، موجب شکل دهی آن می گردد. یکی از پارامترهای مهم در طراحی بهینه فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک تعیین محل مناسب الکترودها می باشد. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی المان محدود اثر موقعیت الکترودها در فرایند شکل دهی الکتروهیدرولیک در حالت شکل دهی الکتروهیدرولیک آزاد بررسی شده است. ابتدا چند نمونه از آزمایشات تجربی موجود در مقالات، با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس شبیه سازی شده، نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی موجود مقایسه گردید که نشان دهنده توافق قابل قبول نتایج مدلسازی و نتایج تجربی می باشد. پس از صحه گذاری نتایج شبیه سازی، با تغییر محل الکترودها، اثر موقعیت الکترودها بر روی شکل پذیری قطعه و توزیع ضخامت در قطعه نهایی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که امکان شکل دهی قطعه تنها در موقعیت های محدودی از الکترودها وجود دارد و در محفظه ی شکل دهی می توان محلی را برای الکترودها پیدا کرد که ضمن آن که توزیع ضخامت قطعه را یکنواخت تر می کند، احتمال پارگی قطعه کار را نیز کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: شکل دهی الکتروهیدرولیک، موقعیت الکترودها، توزیع ضخامت، شکل پذیری
  • علی طالع زاده لاری، غلامحسین رحیمی صفحات 319-329
    پوسته های استوانه ای کامپوزیتی به علت استحکام و نسبت مقاومت به وزن بالا کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند. یکی از روش های افزایش مقاومت کمانشی این سازه ها تقویت آنها با انواع ریب های تقویت کننده است. در این مقاله روش تحلیلی جدیدی برای تحلیل پوسته های مشبک کامپوزیتی به شیوه معادل سازی ارائه شده است. تفاوت اصلی روش ارائه شده و روش های پیشین در نحوه ترکیب کردن پارامترهای سفتی پوسته و تقویت کننده ها و محاسبه سفتی پوسته نهایی است. در این روش یک پوسته سه لایه به گونه ای تعیین می شود که حجم و سفتی آن برابر حجم و سفتی تقویت کننده ها باشد. با قرار دادن این سه لایه در کنار لایه های پوسته اصلی به راحتی می توان سفتی پوسته نهایی را محاسبه نمود سپس بار بحرانی کمانش محوری پوسته با استفاده از روش انرژی ریتز بدست آمده است. روش ارائه شده به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس اعتبارسنجی شده است و بررسی نتایج نشان می دهد که نتایج این روش نسبت به روش های پیشین اختلاف کمتری با نتایج المان محدود دارد. همچنین اثر پارامترهای مختلف بر بار بحرانی و بار بحرانی ویژه پوسته مشبک بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای اثربخش بودن فرآیند تقویت سازه، وجود تعداد حداقلی از جفت ریب ها و سلول های واحد الزامیست. ضمنا اگرچه تقویت سازه به کمک ریب ها تقویت کننده می تواند بار بحرانی را افزایش دهد؛ اما الزاما بار بحرانی ویژه را بهبود نمی بخشد. بهترین حالت برای قرارگیری ریب ها زاویه 30 تا 40 درجه نسبت به محور پوسته استوانه ای است.
    کلیدواژگان: کمانش، پوسته استوانه ای کامپوزیتی مشبک، روش تحلیلی، المان محدود
  • وحید خلیجی، مجتبی یزدانی*، نقدعلی چوپانی صفحات 330-338

    ترک از رایج ترین آسیب ها در سازه های کامپوزیت است. به عنوان مثال ترک های در راستای ضخامت (شکست عرضی) می توانند ناشی از برخورد غیرعمدی پرتابه با سازه های هوافضایی باشد. در اغلب پژوهش های انجام شده هدف مطالعه بر روی رشد ترک در بین لایه ها و بوجود آمدن پدیده لایه لایه شدگی بوده است. در این پژوهش برای مطالعه رشد ترک عرضی در کامپوزیت ها، نمونه های آزمون به شکل پروانه ای از جنس شیشه بافته شده و اپوکسی با لایه گذاری دستی و فرآیند اتوکلاو تهیه شد. آزمون نمونه ها در سه مد اول و مرکب و دوم خالص با تغییر زاویه بارگذاری، بر پایه آزمایش آرکان و با استفاده از گیره ای با طراحی نوین، انجام گرفت. نمودارهای بار بحرانی بر حسب جابجایی بدست آمدند. با استفاده از بار بحرانی حاصل از آزمون و ضرایب بدون بعد شدت تنش استخراج شده از تحلیل المان محدود توسط نرم افزار آباکوس، چقرمگی شکست عرضی این کامپوزیت تعیین گردید. نتایج نشان می دهد که ماده کامپوزیت استفاده شده در این تحقیق در شرایط بارگذاری کششی (مد یک) دارای چقرمگی عرضی بیشتری بوده و در بارگذاری های برشی (مد دو) ضعیف تر است. آنالیز المان محدود با استفاده از خواص الاستیک کامپوزیت شیشه اپوکسی، که از یک مدل کامپوزیت بافته شده همگن سازی شده بر اساس میکرومکانیک به دست آمد، انجام گرفت. اثر ضخامت بر رفتار چقرمگی شکست عرضی کامپوزیت شیشه اپوکسی بافته شده مطالعه شد.

    کلیدواژگان: چقرمگی شکست عرضی، کامپوزیت شیشه اپوکسی بافته شده، گیره جدید، ضریب شدت تنش عرضی، تحلیل اجزاء محدود
  • مهران میرشمس، جعفر روشنی یان، سجاد یادگاری دهکردی، علی اصغر بطالبلو صفحات 339-350
    توجه به عدم قطعیت ها در روند طراحی ماهواره برها، یکی از مهم ترین فاکتورها برای دستیابی به نتایج منطقی و قابل اعتماد میباشد. براین اساس، برای دخالت دادن تاثیر عدم قطعیت ها، دو روش طراحی بهینه چندموضوعی و طراحی مقاوم ترکیب شده اند. حاصل این ترکیب، دستیابی به طرح حاملی بهینه با کمترین جرم کل و درعین حال، مقاوم نسبت به عدم قطعیت ها برای انجام ماموریت میباشد. در گام اول این پژوهش، به کمک ساختار بهینه مشارکتی، حاملی با پیشران مایع و با محوریت دو موضوع برای ارسال محموله 1200 کیلوگرمی به مدار دایروی 750 کیلومتری از سطح زمین و شیب مداری 50/ 7 درجه طراحی شده است. موضوع اول سه زیرسیستم طراحی موتور، طراحی هندسه و تخمین جرم را در برمی گیرد و موضوع دوم، زیرسیستم های طراحی زاویه فراز، محاسبات آیرودینامیکی و شبیه سازی مسیر را شامل میشود. در ادامه، دو روش طراحی بهینه مشارکتی و طراحی مقاوم با اتخاذ رویکرد چند هدفی ترکیب شده اند تا حامل بهینه و مقاوم برای ماموریت مذکور طراحی گردد. نتایج به دست آمده نشان میدهد که جرم مرحله اول طرح ناشی از طراحی مقاوم مشارکتی نسبت به حامل طراحی شده به روش بهینه مشارکتی سه تن سنگین تر بوده و روی هم رفته هفت ثانیه نیز به زمان عملکرد موتورها اضافه می شود، ضمن آن که به لحاظ ابعادی نیز اندکی افزایش پیدا می کند. ارزیابی نتایج خروجی از هر زیرسیستم و همچنین مقایسه نتایج نهایی به دست آمده با نتایج حاصل از حامل طراحی شده برای ماموریت مذکور به روش امکان پذیری چندموضوعی، بر صحت نتایج تاکید دارد.
    کلیدواژگان: حامل فضایی، طراحی بهینه چند موضوعی، طراحی مقاوم، طراحی چند هدفی، طراحی بهینه مشارکتی
  • عبدالمجید خشنود، سیامک افتخاری صفحات 351-358
    در این مقاله دو کنترل کننده تطبیقی برای کاهش ارتعاشات ارابه فرود هواپیما در لحظه فرود و هنگام حرکت روی باند (تاکسی) طراحی شده است. بدین منظور ابتدا مدل دینامیکی شش درجه آزادی حاکم بر ارابه فرود و سپس تابع تبدیل بین جابه جایی چرخ جلو و عملگر بدست آمده است. به دلیل پیچیدگی زیاد این مدل کاهش مرتبه داده شده و با یک خطای ناچیز نسبت به مدل اولیه، تابع تبدیل جدید استخراج گردیده است. در ادامه برای جذب ارتعاشات چرخ جلو در لحظه برخورد با زمین، با کمک روش لیاپانوف یک کنترل کننده مدل مرجع تطبیقی طراحی شده است. همچنین یک کنترل کننده بهینه حداقل واریانس تطبیقی نیز برای دفع اغتشاشات سطح در هنگام حرکت روی باند فرودگاه طراحی گردیده است. اغتشاشات سطح باند به کمک یک نویز رنگی با توزیع گوسی مدل شده و به منظور اعمال این کنترل کننده، پارامترهای سیستم و نویز با کمک روش حداقل مربعات توسعه یافته بازگشتی شناسایی شده اند. در نهایت با کمک شبیه سازی در محیط نرم افزار متلب- سیمولینک، کارایی کنترل کننده نسبت به ورودی های مختلف سنجیده شد. شبیه سازی ها نشان دهنده سرعت بالا و عملکرد مناسب کنترل کننده ها در جذب ارتعاشات در دو رژیم حرکتی هواپیما می باشد.
    کلیدواژگان: ارابه فرود هواپیما، کنترل تطبیقی ارتعاشات، کنترل کننده مدل مرجع تطبیقی، کنترل کننده حداقل واریانس
  • یاور عنانی، غلامحسین رحیمی* صفحات 359-367

    در این مقاله رفتار لاستیک های ناهمگن مدرج تابعی با تغییر شکل بزرگ و تحت بارگذاری های مختلف و با فرض ماده هایپرالاستیک تراکم ناپذیر مدلسازی شده است. در بخش اول، رفتار لاستیک های همسانگرد ناهمگن مدرج تابعی، تحت بارگذاری کششی تک محوره، دو محوره و برش محض مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم رفتار لاستیک های همسانگرد ناهمگن مدرج تابعی تحت بارگذاری همزمان مکانیکی و حرارتی و با استفاده از تجزیه ضربی گرادیان تغییر شکل، تحلیل شده است. در بخش سوم نیز، رفتار لاستیک های عرضی ناهمگن مدرج تابعی تحت بارگذاری مکانیکی تک محوره، دو محوره و برش محض بررسی شده است. در مواد هایپرالاستیک ناهمگن مدرج تابعی خواص مکانیکی به طور پیوسته و در راستاهای مختلف ماده تغییر می کند. برای مدل کردن رفتار غیر خطی ماده از تئوری هایپرالاستیسیته و توابع انرژی کرنشی که تابعی از ناورداهای تانسور تغییر شکل چپ کوشی- گرین هستند، استفاده گردیده است. برای اینکه بتوان توابع انرژی موجود را برای مواد ناهمگن مدرج تابعی به کار برد می بایست در آن اصلاحاتی صورت پذیرد، بنابراین تغییرات ثوابت مربوط به توابع انرژی ذکر شده نیز با توجه به ناهمگن مدرج تابعی بودن ماده به صورت نمایی و در طول میله فرض شده اند. به دلیل ناهمگن مدرج تابعی بودن ماده، تغییر طول نقاط مختلف میله بارگذاری شده نیز تابعی از تغییر خواص می باشد. نتایج تحلیلی با داده های تجربی مقایسه شده و مشخص گردیده است، توابع به کار برده شده، با تقریب بسیار خوبی رفتار ماده را توصیف می کند.

    کلیدواژگان: ماده هایپرالاستیک، تغییر شکل های بزرگ، لاستیک، مواد ناهمگن مدرج تابعی، همسانگرد صفحه ای
  • سید علیرضا ذوالفقاری، محمد فتحیان، محسن طالبی صفحات 368-376
    در شرایط حرارتی بحرانی، بدن انسان قادر نیست تا از طریق سازوکارهای فیزیولوژیکی تنظیم حرارت خود را با محیط تطبیق دهد. در چنین شرایطی، یکی از راهکارهای موثر در جهت حفاظت از بدن افراد در مقابل آسیب های حرارتی، استفاده از پوشش های محافظ است. بر این اساس، در تحقیق حاضر تاثیر استفاده از مواد تغییرفازدهنده بر عملکرد پوشش های محافظ آتش نشانان تحت شرایط بحرانی گرمای سوزان به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. نوآوری اصلی این تحقیق، مدلسازی همزمان یک پوشش محافظ حاوی مواد تغییرفازدهنده به همراه سازوکارهای فیزیکی و فیزیولوژیکی بدن انسان می باشد. برای این منظور، یک پوشش محافظ چند لایه شامل یک لایه ماده تغییرفازدهنده در نظر گرفته شده و عملکرد حرارتی آن تحت شرایط گرمای سوزان به ازای سه آرایش مختلف برای چینش لایه های لباس بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که بهترین موقعیت برای قرارگیری مواد تغییر فازدهنده در پوشش های محافظ، لایه میانی لباس است. همچنین، بهترین دمای ذوب برای ماده تغییر فاز دهنده مذکور، دمایی حدود 40 درجه سلسیوس می باشد. علاوه بر این، نتایج حاکی از آن است که استفاده از مواد تغییرفازدهنده در پوشش های محافظ می تواند زمان تاب آوری حرارتی افراد تحت شرایط گرمای سوزان را از حدود 300 ثانیه (برای لباس محافظ فاقد ماده تغییر فاز دهنده) تا حدود 900 ثانیه افزایش دهد.
    کلیدواژگان: پوشش‬های محافظ، مواد تغییر‬فاز‬دهنده، شرایط گرمای سوزان، زمان تاب آوری حرارتی
  • سید جواد حسینی نیا، خلیل خلیلی، سید محمد امام * صفحات 377-386

    آزمون مودال یکی از روش های کاربردی جهت شناسایی ویژگی های دینامیکی سازه ها می باشد. بازرسی عملکرد سازه جهت جلوگیری از قرار گیری در شرایط تشدید و تخریب، از طریق انجام این آزمون و به دست آوردن مودهای ارتعاشی، امکان پذیر می باشد. با توجه به این که هر نقطه از سازه تحت ارتعاش، دارای جابجایی، سرعت و شتاب خاص است، با اندازه گیری هرکدام از این سه مورد در یک بازه زمانی مشخص و پردازش داده های مربوط به آن، می توان پارامترهای مودال سازه را به دست آورد. در این تحقیق از روش غیر تماسی بینایی استریو جهت داده برداری از پره توربین بادی 5/ 2 کیلو وات به طول 3 متر، تحت آزمون مودال عملیاتی، استفاده شده است. ابتدا فرایند کالیبراسیون دوربین ها و سپس استخراج داده های سه بعدی از تصاویر ضبط شده حین آزمون، صورت گرفته است و پس از آن با تحلیل داده ها، پارامترهای مودال پره استخراج گردیده. در آخر، پارامترهای مودال به دست آمده توسط سیستم بینایی استریو با پارامترهای مودال به دست آمده از دو روش آنالیز المان محدود و آزمون شتاب سنج مقایسه شده اند و مشخص شد سیستم بینایی جهت یافتن فرکانس طبیعی اولین مود مناسب بوده و از صحت کافی برخوردار است. همچنین فرکانس طبیعی اولین مود در مقایسه با نتایج المان محدود و روش شتاب سنج، به ترتیب 10.36% و 2.67% اختلاف نشان داده است.

    کلیدواژگان: آنالیز مودال عملیاتی، بینایی استریو، پره توربین بادی، ماشین بینایی
  • سیدحسام سجادی، سید حمیدجلالی نایینی صفحات 387-395
    در این مقاله، حل صریح هدایت خط دید بهینه برای سیستم های کنترل دوجمله ای مرتبه دوم بدون شتاب اشباع بصورت حلقه بسته استخراج می شود. معادلات حرکت برای حل بهینه به صورت تک بعدی در نظر گرفته شده و زمان و موقعیت نهایی معلوم و ثابت فرض شده است. بعلاوه، استخراج معادلات با استفاده از سه فرم بی بعدسازی انجام شده است که سبب افزایش قابلیت در طراحی و بهبود تحلیل عملکرد قانون هدایت بهینه استخراج شده می شود. با توجه به ریزپردازنده های کنونی، بار محاسباتی قانون هدایت بهینه استخراج شده در حد معقولی است؛ اگرچه از برازش منحنی برای بهره های هدایت و یا ذخیره سازی داده می توان استفاده نمود. عملکرد قانون هدایت خط دید بهینه مرتبه دوم با قوانین هدایت خط دید بهینه با سیستم کنترل مرتبه صفر (ایده آل) و مرتبه اول با اعمال سیستم های کنترل مرتبه سوم، چهارم و ششم و در حالت با محدودیت شتاب و بدون محدودیت شتاب بصورت بی بعد مقایسه شده است. همچنین تاثیر زمان نهایی، ثابت زمانی سیستم کنترل، ضریب وزنی انحراف از خط دید و محدودیت شتاب نیز بررسی شده است. تحلیل فاصله خطای بی بعد نشان می دهد که فاصله خطای سیستم هدایت بهینه مرتبه دوم به ازای زمان های پرواز کوتاه به ویژه در وسایل پروازی با قابلیت مانوری زیاد، کمتر از دو قانون هدایت مرتبه صفر و مرتبه اول می شود.
    کلیدواژگان: هدایت خط دید، هدایت بهینه، تحلیل خطای نهایی بی بعد، سیستم کنترل مرتبه دوم
  • غلامحسن پایگانه، مجتبی عسگری، کرامت ملک زاده فرد، فهیمه راشد سقاواز صفحات 396-404
    در این مقاله ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی مربعی ساخته شده از مواد مرکب با هسته مگنتورئولوژیکال و یک لایه مقید کننده مورد بررسی قرار گرفته است. از اصل همیلتون برای استخراج معادلات حرکت ورق ساندویچی استفاده شده و بر اساس روش نویر، حل تحلیلی ورق با شرایط مرزی ساده ارائه شده است. برای مدل سازی رویه های مرکب از تئوری کلاسیک ورق های چندلایه ی مرکب بهره برده و در مدل سازی هسته، تنها انرژی کرنشی برشی در نظر گرفته شده است. کرنش برشی در هسته، با نوشتن روابط پیوستگی جابجایی در محل اتصال رویه ها به هسته، بر حسب مولفه های جابجایی در رویه ها بیان شده است. مدول برشی مختلط ماده مگنتورئولوژیکال در ناحیه قبل از تسلیم با مدول برشی مختلط که تابع شدت میدان مغناطیسی است مدل شده و درستی روابط از مقایسه نتایج بر حسب فرکانس طبیعی، با نتایج موجود در دبیره نشان داده شده است. اثر شدت میدان مغناطیسی، نسبت منظری، ضخامت هسته و ضخامت لایه مقید کننده برای سه نوع لایه چینی مختلف بر فرکانس طبیعی و ضریب استهلاک مودال مربوط به مود اول ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان از تاثیر قابل ملاحظه ی پارامترهای فیزیکی و هندسی، بر فرکانس طبیعی و ضریب استهلاک مودال مربوط به مود اول ورق ساندویچی دارند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، مگنتورئولوژیکال، فرکانس طبیعی، ارتعاشات آزاد، ضریب استهلاک
|
  • Zohreh Khodaee, Mohammad Zareinejad, Saeed Shiry Ghidary, Keivan Baghestan Pages 1-8

    The electrohydraulic valves are commonly used in the engineering applications. These valves, as the medium elements, prepare the hydraulic systems for the electrical control applications. For the precise performance of these valves, disturbances in the valve elements dynamics will disturb the control process of the system. The electrohydraulic servo valves are greatly affected by the external acceleration, for instance in the aerospace applications. In a two stage flapper- nozzle electrohydraulic valve, the external acceleration changes the pressure of the fluid leaving the nozzles and it affects the flapper and spool of the valve like a virtual force. Thus, when the applied current is zero, the acceleration diverts the spool of the valve from the equilibrium point, and unwanted performance in the valve occurs. In this study the pilot pressures of the spool is modeled in unsteady state condition. The effects of the acceleration on the flapper and the spool of the two stage electrohydraulic valve are investigated. At the end, the obtained model is verified by use of the experimental data.

    Keywords: Electrohydraulic valve, Flapper, nozzle valve, DAlembert principle, External acceleration
  • Vahid Zal, Hassan Moslemi Naeini, Ahmad Reza Bahramian, Hadi Abdollahi, Amir Hossein Behravesh Pages 9-16

    In this paper, the effect of processing temperature on the elastic and viscoelastic properties including storage modulus, loss modulus and damping value of PVC/plain weave fiberglass composites laminates was investigated. For this, composite samples with [0/90]10 lay ups were produced in three different temperatures including 160 ᵒC, 200 ᵒC and 230 ᵒC using film stacking procedure. Firstly, the flexural strength and modulus of the samples were measured using three points bending test according to ASTM D790-07 standard. Then, viscoelastic properties of the samples were measured in the temperature range of 25 ᵒC up to 220 ᵒC using Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) and the effect of temperature on the viscoelastic properties was studied. Also, the effect of fiber/ matrix impregnation quality on the thermal and dynamic properties of the samples was evaluated using optical microscope images. It was concluded that the temperature of 230 ᵒC is proper to achieve high quality impregnation, according to both DMTA and three points bending test. Also, it was seen that increase of processing temperature up to 230 ᵒC increases the storage modulus; however, processing temperature doesn’t affect the glass transition temperature of the samples.

    Keywords: PVC Thermoplastic, Glass Fibers, Flexural Elastic Modulus, DMTA, Viscoelastic
  • Abolfazl Ebrahimi, Saleh Akbarzadeh, Ali Reza Vaezpour Pages 17-25
    The different kinds of sliding surfaces like clutches, and breaks are susceptible to a surface damage called thermoelastic instability. Instability refers to the unlimited growth turbulence of temperature and pressure, leading to very high local temperatures and wear on the hot spots. In this research, the effect of surface texture on the thermoelastic instability is investigated under mixed lubrication regime. For this purpose, a model consisting of a surface with high thermal conductivity and a rough surface with low thermal conductivity is considered. To this work, a computer program is employed to numerically generate three different surface roughness patterns i.e. transverse, longitudinal, and isotropic. Then the flow factors which are correction factors to the Reynolds equation for considering the surface roughness pattern are employed to study the effect of surface pattern on the thermoelastic instability.. To do this work, An algorithm is developed to regenerate the thermoelastic instability results in the published literature and then is used to find the critical speed for three types of surface patterns beyond which thermoelastic instability leading to the formation of hot spots is likely to occur. Finally it is shown that the critical speed for longitudinal surface pattern is higher than two other surface patterns and then there are isotropic and transversal surface patterns respectively.
    Keywords: Surface Pattern, surface roughness, Thermoelastic Instability, Tribology
  • Nowrouz Mohammad Nouri, Mohammad Saadat Bakhsh, Ramin Bagheri Pages 26-32
    In recent years, many studies have been done to fabricate superhydrophobic surfaces. These surfaces have slip condition which cause self-cleaning property and also drag reduction. The hierarchical micro/nanostructures which are coated with a low surface energy material are needed to fabricate high static contact angle superhydrophobic surfaces. In order to have thermal stability, chemical resistance and low surface energy Polytetrafluoroethylene (Teflon) is used in this research. To produce the superhydrophobic surface, an appropriate layer of Teflon is coated on the aluminum substrate and the micron sized aluminum particles are deposited on the Teflon layer by fluidizing method. Then to reduce surface energy, the second Teflon layer is sprayed on the top of the aluminum particles. At the end using sprayed method the hydrophobic nano-particles of silica are deposited on the surface as a final hydrophobic layer. The effect of Teflon thickness, size of micro-particles and adding hydrophobic nano-particles are investigated. The scanning electron microscopy (SEM) images of the cured surfaces show that application of micro-particles, prevent surface to be smooth after curing, create appropriate micro-scale structures and also cause micro-scale cracks compared to smooth Teflon surfaces. The creation of these micro-structures leads to increasing in static contact angle and decreasing in dynamic angle of surfaces. By modifying the surface structures with aluminum micro-particles, Teflon layer coat and subsequent deposition of hydrophobic silica nano-particles, static contact angle of 165±3° and dynamic angle of less than 7 degrees are achieved.
    Keywords: Superhydrophobic, Hierarchical Roughness, Surface Energy, Polymer Coating, hydrophobic nano material
  • Ali Ghaffari, Ali Reza Khodayari, Mohammad Kasmaei Mirmiran Pages 33-42
    Transporting an object using several mobile robots by formation control, is an effective method in handling heavy and complicated objects either in known and unknown places. In this paper, to control the formation of three mobile robots and also to control interactive a control algorithm has been designed based on semi-active suspension system of remote center compliance (RCC). The main objective of control structure of semi-active suspension system is to control the desired formation and appropriate transportation of the object at the same time and also separating the object and other robots from effect of the errors occurred while creation of disturbance in a certain robot and preventing it from having effects on other robots. In order to terminate instability in impedance methods, multiple impedance control has been used in moving the object by cooperating robots. To follow the desired path and control of mobile robots formation, Leader follower method has been used. Simulation results indicate that the semi-active suspension control system, in order to minimize the vibrations caused by disturbance transferred to the set of robots, is more optimum and more stable compared to passive suspension control system.
    Keywords: Formation control, mobile robots, Leader follower method, semi, active remote center compliance, multiple impedance control
  • Amir Babak Ansari, Vahid Esfahanian, Farschad Torabi Pages 43-53

    Modeling and simulation are useful tools to optimize and analyze the dynamic behavior of lead-acid batteries. One of the main problems is that the governing equations of lead-acid batteries are highly coupled which significantly increases the computational time of numerical methods in simulations. Using reduced order models (ROM) is one of the best ways to overcome this difficulty. In the present study, the one-dimensional electrochemical governing equations of lead-acid battery are solved using model order reduction based on proper orthogonal decomposition (POD). To show the capability of this method, the governing equations including conservation of charge in solid and liquid phases and conservation of species are solved simultaneously for a lead-acid cell during discharge, rest and charge process. The results of reduced order model including cell voltage, acid concentration and state of charge (SoC) are compared to the results of finite-volume method (FVM). The obtained numerical results show that not only the POD-based ROM of lead-acid battery significantly decreases the computational time (speed-up factor of 15) but also there is an excellent agreement with the results of previous computational fluid dynamic (CFD) models.

    Keywords: Lead, Acid Battery, Discharge, Rest, Charge, Reduced Order Modeling
  • Akbar Alibeigloo, Ehsan Abdollahzadeh Pages 54-62
    Conventional Ritz and Galerkin methods based on local theory of elasticity employ polynomials as their approximating functions, however these methods are not convenient to use in three-dimensional nonlocal analysis. In the present study, to conquer this difficulty, a type of weighted residual approach with a set of trigonometric approximating functions were developed. By using appropriate trigonometric approximating functions, it is possible to consider the effect of various edges boundary condition on frequency behavior of nanoplate. Validation of present formulation is carried out by comparing numerical result with the published results. It is concluded that the effect of nonlocal parameter on natural frequencies is significant especially in higher modes due to the lower wavelength of the mode. The research shows that in nonlocal elasticity there are distinct discrepancies between behaviors of two and three-dimensional results. In addition, the difference between the two- and three-dimensional results in local elasticity is not as noticeable as in nonlocal elasticity. Furthermore, the effects of length to thickness ratio, aspect ratio, nonlocal parameter and different boundary conditions on fundamental natural frequency of nanoplates were studied. This benchmark solution can be used to assess the accuracy of conventional two-dimensional theories.
    Keywords: Three, dimensional, Vibration, Nonlocal Elasticity, Nanoplate
  • Seyed Mohsen Hosseini, Reza Alizadeh, Hossein Targholizadeh Pages 63-72
    The use of metal hydrides is one of the hydrogen storage methods. In this research, the process of hydrogen desorption from metal hydride storages with high diameter and constant flow rate was investigated using numerical simulation. A two-dimensional model with finite volume method is applied for simulation of hydrogen desorption. Simulation results were compared with available experimental data and a good agreement was observed between them. In this study, a special design of metal hydride storage was investigated. This design allows the application of metal hydride beds with large diameter for a specific hydrogen outlet flow rate by using aluminum fins. The simulation results verified the heat transfer enhancement effect of aluminum fins and showed the storage diameter can even be increased to 60 cm by using this design. The comparison between the result of applying LaNi5 and C5 alloys revealed that the energy efficiency could be increased by using C5 alloys due to need of heating fluid with lower temperature. Moreover, the results showed that by increasing the outlet volumetric flow rate from 230 to 460 (Nlit/min), the storage diameter should be limited and therefore the smaller storage must be selected.
    Keywords: Hydrogen, Metal hydride storage, desorption, Numerical Simulation, Finite volume
  • Mahdi Hassanzadeh Pages 73-80
    Shape sensitivity analysis of finite element models is useful for structural optimization and design modifications. Within numerical design optimization, semi-analytical method for sensitivity analysis is frequently applied to estimate the derivative of an objective function with respect to the design variables. Generally numerical sensitivity analysis widely suffers from severe error due to the perturbation size and find a method which is not sensitive to the perturbation size is topics under study. Complex variable methods for sensitivity analysis have some potential advantages over other methods. For first order sensitivities using the complex variable method, the implementation is straightforward, only requiring a perturbation of the finite element mesh along the imaginary axis. This paper uses a complex variable and combine it with discrete sensitivity analysis, thus present new method to obtain derivatives for linear structure. The advantage of this method are quickly, accuracy and its simple implementation. The methodologies are demonstrated using two dimensional finite element models of linear elasticity problems with known analytical solutions. Obtained sensitivity derivatives are compared to the exact solution and also finite difference solutions and show that the proposed method is effective and can predict the stable and accurate sensitivity results.
    Keywords: Discrete sensitivity method (DSM), complex variable method (CVM), semi, analytical method, finite element method (FEM)
  • Rabi Behrooz, Somayeh Ghasemi, Reza Shahbazian Yassar, Ismaeil Ghasemi Pages 81-87
    In this paper, the elastic modulus of nanocellulose/PLA nanocomposites obtained by the two methods including nanoindentation and tensile tests were analyzed. Nanocellulose extracted by Mechanical method from linter pulp fiber. Amount of usage of nanocellulose was 3 and 5% wt, as well as for improving of nanoparticles distribution in polymer matrix, masterbatch technique was used. Then the mechanical properties of nanocomposites with and without this technique were studied. Tensile test was performed in accordance with the standard method and for nanoindentation, the atomic force microscope in peak force tapping mode was used. Tensile test results showed that the use of masterbatch, improves tensile modulus, tensile strength and strain at break. Also by increasing nanocellulose percentage from 3 to 5%, in nanocomposite with master batch, the tensile strength and strain at break increased. But this increasing had not significant effect on tensile properties of nanocomposite without masterbatch. A similar trend of strength test results was observed in nanoindentation results. Based on this result, using of masterbatch in nanocomposite caused the increase in elastic modulus. The results of these two analyses were compared and tensile test showed lower modulus value than nanoindentation.
    Keywords: Masterbatch, Nanocomposite, Tensile test, nanoindentation test, Atomic Force Microscopy (AFM)
  • Habib Ramezannezhad Azarboni, Mansour Darvizeh, Aboalfazl Darvizeh, Reza Ansari Pages 88-96

    In this paper, the elastoplastic response of copper, steel and aluminum circular plates with clamped boundary conditions subjected to underwater explosion loading is investigated. Cavitation is a phenomenon that can be occurred for plates in the process of underwater explosion forming. The total pressure of the explosion becomes zero at the cavitation time, so that the governing equations of motion time will be different before and fter the cavitation. As a result, in terms of analysis and design, the cavitation time is significant in studying the behavior of a circular plate at underwater explosive loading. By appling the energy method and based on Hamilton principle and variation method the equations of motion of an underwater circular plate subjected to explosive loading are derived. Then, in order to obtain the forced response of the circular plate, the exact free vibration solution is derived to calculate the mode shapes. Then, the velocity and generated stress of plate during cavitation time are calculated and compared with the yield stress plates. Using this method, one can distinguish the cavitation with in the elastic or plastic regimes. By recognizing the time of cavitation in the range of elastic or plastic, the displacement and velocity field of plate are determined in duration of explosive loading. Results show that the cavitation time is on the order of microsecond. Depending on amount of charge mass and stand-off, the cavitation time may be occurred in elastic or plastic regime.

    Keywords: Explosive loading, Circular plate, Cavitation time, Yield time, Elastoplatic response
  • Habib Ramezannezhad Azarboni, Mansour Darvizeh, Aboalfazl Darvizeh, Reza Ansari Pages 97-104

    When a dynamic load passes a control volume of material as a shock wave, passing this wave through the control volume could cause different phases such as elastic and plastic. From the microscopic view, during phase change, material flow would be taken in control volume which includes mass, heat, energy, and momentum transport. Phase change in material causes a material discontinuity in the control volume. During the phase change process, mass, heat, energy, momentum transport and etc will occur and the equations governing these phenomena are called transport equations. In this article, for the first time, the governing equations of elastoplastic behavior of beam under dynamic load are extracted by using mass, energy and momentum transport equations. Using transport equations with non-physical variables in integral form will cause in employing discontinuity conditions in governing equations and eliminates the discontinuity condition. These equations are also used in continuously modeling of beam elastoplastic behavior under dynamic loading and a continuous model is presented. Finite element method is used to solve the transport equation with non-physical variable. Finally, the time history of stress, strain and velocity wave propagation along beam are presented in elastic and elastoplastic phases.

    Keywords: Transport Equation, Shock Wave, Control Volume, Phase Change, Elastoplastic
  • Ebrahim Nateghi, Abdolhamid Gorji Volukola Pages 105-116
    In multi-pass groove welding, residual stress distribution, value and associated distortion are dependent on several factors, including the welding process-dependent parameters, mechanical properties of materials and fixtures. In present study, temperature distribution of three welding processes with different geometric designs are registered by the K type thermocouple. Each of the samples contains the same thickness of stainless steel plate A316 that was welded based on welding procedure specification with gas tungsten arc welding method with groove corner joints single bevel without gap and bevel face, single and double bevel with gap and bevel face. Created residual stress on a sample was initially measured by nondestructive ultrasonic transverse waves method. After cutting the vertical part (plate without Groove), for hole drilling device installation purposes, aforementioned stress was measured by the semi-destructive hole drilling method. While for two other geometrical designs only ultrasonic method has been used to prevent parts destruction. All three aformentioned designs were modeled in Simufact.welding finite element code (FE) and results were compared with experimental temperature and residual stress measurements. The comparison shows that experimental measurements and numerical values match well with each other highlighting a reasonable validation of finite element models resutls. Current research results show that changing the geometry of the weld configuration have a significant effect on changes in the distribution and maximum value of transvers residual stress, but trivial influence on maximum longitudinal residual stress.
    Keywords: Joint Configuration, Residual stress, Holedrilling, Finit element, Ultrasonic transvers wave method
  • Farhad Parivash, Mahdi Bamdad, Habib Ahmadi Pages 117-126
    Performance increasing of robot-aided training in stroke elbow rehabilitation is the goal of this paper. Therapist holds on the arm of patient and guides the center of mass along a desired trajectory. In robotic rehabilitation, when the arm of patient rotate within the desired boundaries, (s)he should ideally not feel the robot. The robot needs to actively compensate for the weight of the exoskeleton and reflected mass of the motors. A nonlinear torsion spring can be used and also a counter-torque as a function of arm angle is applied by the motor. Applying the springs affords more convenience, it allows smaller motors to be used, the size of required brakes can be reduced and inherent safety is introduced in rehabilitation robots. Furthermore, the robust controller design can be used to compensator the modeling errors and gravitational force. A novel elbow rehabilitation robot is designed based on the cable actuation. The strategy is not just anti-gravitational forces because there should be joint-stiffness control. The uncertainty in the patients arm dynamic is effectively approximated. The motion of closed-loop control system in the presence of parametric uncertainties is investigated. The sliding mode controller with proportional-derivative controller is compared through computer simulation and improvement is observed.
    Keywords: Robotic rehabilitation, Gravity compensator, Sliding mode control, Cable
  • Sajjad Izadpanah Najmabad, Mahdi Gerdooei, Seyed Hadi Ghaderi Pages 127-135
    This paper puts forward a novel numerical-experimental method for calculation of constants of advanced anisotropic yield criterion BBC2003. Calculation of the eight constants of this yield criterion, demands experimental determination of eight mechanical properties of the material. These properties include; axial-yield stresses in 0, 45 and 90 degree with respect to the rolling direction, anisotropic parameters in the directions mentioned and plane strain yield stresses for 0 and 90 degree orientations. However, determination of the equi-biaxial yield stresses and anisotropic coefficients is relatively expensive. In the method presented in this paper, using a simple technique, the constants of the yield criterion are calculated based on plane strain yield stresses in 0 and 90 degree to the rolling direction. The system of equations involving the contestants of the yield function, is solved numerically through defining an error function and minimizing it using steepest descent method. In two case studies, the constants of BBC2003 yield criterion for anisotropic sheets of aluminum alloys AA3105 and AA6061-O, were calculated using this method. Subsequently, the accuracy of predicting of axial-yield stress and anisotropic coefficient in different directions as well as the coincidence of yield surface with experimental results for BBC2003 and Hill48 yield criteria have been investigated. The results show that the proposed method has good accuracy and stability in calculating of advanced yield criterion constants and consequently the mechanical properties of anisotropic sheets in different directions.
    Keywords: Anisotropic yield criterion, Plane strain yield stress, Aluminum alloy sheet, Plastic anisotropy
  • Mohammad Mahdi Salmani Arani, Mehdi Mirzaei, Ahmad Akbari Alvanagh, Sajjad Aghasizade Shaarbaf Pages 136-142
    In this paper, a novel test rig for a quarter car suspension system of Samand with McPherson mechanism is fabricated and its elasto-damping elements are dynamically identified. The inputs of test rig are road roughness and its acceleration and the outputs are sprung mass acceleration, un-sprung mass acceleration, suspension deflection, and tire deflection which are recorded by sensors. The test rig of suspension system includes McPherson mechanism with nonlinear spring and damper. This system is categorized as a multi-input-multi-output (MIMO) identified system. The nonlinear least squares iterative method, as a gray-box identification method, is used for finding the elasto-damping coefficients of tire and suspension elements. In this method, a nonlinear mathematical model is considered for the system and its parameters are calculated using the test rig data. The Levenberg–Marquardt algorithm (LMA) is used to solve the non-linear least squares problem. The outputs of the identified nonlinear model are compared with the measured experimental data. As a result, the test rig outputs are followed by the outputs of the identified model with acceptable errors. The compared results indicate a good performance of the proposed model to estimate the behavior of the nonlinear suspension elements.
    Keywords: Vehicle suspension system, a quarter car test rig, nonlinear model, System Identification
  • Ali Reza Karian, Mehdi Modabberifar Pages 143-150
    Nowadays, laser 3D printers are one of the efficient devices for rapid prototyping process. There is vast number of studies about quality of samples in these printers. The laser sintering technique is the one of the popular method for consolidation and shaping of semi-crystalline polymer powders. In this study, we considered the role of laser parameters included laser scanning pattern, laser scanning speed and power in tensile strength and stiffness as the important factors of the mechanical property of samples which are sintered by laser in single layer procedure. Experimental samples were sintered with low power CO2 laser on Polypropylene powder with 200 micrometer grain size. Tensile strength and stiffness had been measured according to ASTM D882 standard and results were reported eventually.In this paper, main effects of factors and interactions were considered via the variance analysis under the imperative conditions that have been passed before. The regression equation was derived finally. A general full factorial method was employed as experimental design. The results show that the laser scanning pattern and laser power have most effects on tensile strength and stiffness of produced samples. The maximum value of responses, 2/9 MPa for mechanical strength and 96 N/mm for stiffness, demonstrate that the 2W power of laser with 1650mm/min of scan speed can be the proper value to obtain an optimal response when the selected pattern is No2.
    Keywords: 3D laser printer, laser sintering, polypropylene powder, Variance analysis, Full factorial
  • Sohrab Khanian, Niki Rezazadeh Pages 151-161

    In flows with high Reynolds inside the U-shaped tubes separation phenomenon occurs in the curvature of tubes that causing pressure loss and in conditions associate with heat transfer causes undesirable increase surface temperature in that region. Due to reduced heat transfer rate from surface to fluid temperature increase occurs that in industrial applications in addition to reduce heat transfer causes damage to surface pipes. in the present study, elimination of the separation zone through body force created by plasma actuators and because it reduce the maximum temperature occurred in this region and changes the Peclet number is simulation in this region. For this purpose, the plasma actuators 5kV, 12kV and 19kV with square voltage function inside U-shaped tube in the three streams with Reynolds 3000, 4500 and 6000 have been placed to Influence of actuators on separation control and maximum temperature occurred at this point be investigated. Calculations with using of proposed model of Suzen with time-dependent numerical procedure has been done. And results during time performance of 0 to 50 have been reported. The results shows that maximum surface temperature that occurs in the region of separation in the presence of plasma actuator near this region has a significant reduction that is due to the elimination and change separation region.

    Keywords: DBD Plasma actuator, Flow separation, Surface temperature, Solve Time dependent, Active flow control
  • Reza Hasanzadeh Ghasemi, Ali Ghaffari Pages 162-168
    One of the most common problems that occur during machining is Machine tool chatter, which adversely affects surface finish, dimensional accuracy, tool life and machine life. Machine tool chatter can be modeled as a linear time invariant differential equation with time delay or delay differential equation. Infinite dimensional nature of delay differential equations is apparent in the study of time delay systems. The analytical stability methods are thus more difficult for these differential equations and approximate methods do not give accurate results. In this paper, a new method is developed to determine the exact stable region(s) in the parameter space of machine tool chatter. In this method, first, the bifurcation points are determined. Then, the Lambert function is used to decide on the stability characteristics of each particular region. The advantages of this method are simple implementation and applicability to high order linear time delay systems. By resulting stability regions from this method, we can choose an optimal spindle speed to suppress the chatter. The new approach is the most acceptable method with comparison to traditional graphical, computational and approximate methods due to excellent accuracy and other advantages.
    Keywords: stability, Chatter, Bifurcation, Lambert function
  • Naser Dabiri, Seyed Hadi Ghaderi, Mahdi Gerdooi Pages 169-180
    As an effective forming method in aeronautical industries, peen forming is derived from shot peening process. Major application of this process is for production large thin components with gentle curvature such as aircraft panels and wing skins. This process can be divided into two categories; peen forming without elastic pre-strain (conventional peen forming) and with elastic pre-strain (stress peen forming). In this research, numerical and experimental study of shot peening, peen forming and stress peen forming of aluminum alloy sheets were conducted. In order to perform experimental tests, steel shots with 0.4 mm and 0.6 mm diameter and aluminum alloys Al 6061-T6 strips were used. For applying elastic pre-strain, fixtures with four pre-bending radii ∞, 500 mm, 375 mm and 250 mm were designed and manufactured. In numerical section, using same parameters as applied in experiments, first by using a 3D model with random distribution of shots, shot peening process was simulated and created stresses in sheet (induced and residual stresses), were obtained. Next by using this model and in a three step procedure, peen forming and stress peen forming processes were simulated. The results showed that applying pre-strain is very effective in distribution of stress profile inside the sheet metal and thus in the final deformation of it. Accordingly, in compared with conventional peen forming, stress peen forming produces larger curvatures in the sheet metal. Furthermore, with increasing pre-bending moment (decreasing pre-bending radius), the resultant curvature in the sheet in the direction of the applied pre-bending, increases.
    Keywords: sheet metal forming, Residual stress, Shot peening, Peen forming, Stress peen forming
  • Samira Khanjani, Akram Tavakoli, Davood Jalali Vahid, Meysam Nazari Pages 181-190
    In this study, forced convective heat transfer characteristics of /water nanofluid flowing through a double pipe heat exchanger with plain twisted tape and cut twisted tape inserts is investigated experimentally to reveal the effect of cut twisted tape and nanofluid concentration on heat transfer. Experiments are conducted in a turbulent flow regime with Re number ranging from 4000-34000 and in the particle volume concentration range of 0<φ<0.1%.The results of thermal studies showed enhancement of convective heat transfer with nanofluids compared with flow of water. Also it was found that in higher Reynolds numbers the nanofluid has better heat transfer capability. The effects of twisted tape with and without cuts on edges on heat transfer coefficient and rate were investigated. It was found that the twisted tape with cut edges could enhance heat transfer rate better than twisted tape without cut edges. The pressure drop was investigated for flow of nanofluid and water. The results showed that there is a little difference between pressure drops in these cases. Friction factor and pressure drop in tube with plain twisted tape and cut twisted tape inserts are increased due to increasing flow resistance and contact surface between fluid and flow passage.
    Keywords: Nanofluid, Double pipe heat exchanger, Cut twisted tape, Convective heat transfer
  • Sirus Sarmasti, Kiumars Mazaheri Pages 191-202
    In-Situ Combustion (ISC) is one of thermal heavy oil recovery methods in which the heat required to displace crude oil is generated by combustion of a small fraction of oil inside the reservoir. Because of presence of several processes such as combustion, phase change and reservoir fluids thermal expansion, in-situ combustion is regarded as a very complicated recovery method. In the present work, aiming acquiring a better understanding of ISC physics, the oil in place volume (expressing in terms of oil saturation) effects on performance of ISC is numerically investigated in 1D. In order to increase the model accuracy, a semianalytical model is used to account for heat loss to overburden and underburden. The numerical results show in reservoirs with high initial oil saturation, the mobilized oil is deposited in region near to production well during first days of ISC operation. Consequently, relative permeability of porous reservoir for gas phase considerably decreases. Moreover, combustion front propagation velocity reduces and the reservoir pressure significantly increases in the region upstream of the combustion front. As a result of the front velocity decrease, oil recovery rate decreases. Furthermore, if the pressure increasing is not considered in designing the air injection system, the air injection rate will be decreased and can lead to combustion front quenching. The results also show ignoring heat loss from the reservoir will lead to incorrect prediction of pore blockage.
    Keywords: In, situ combustion, Heavy oil recovery, In, place oil saturation, pore blockage, heat loss
  • Mahdi Zamani, Mohammad Javad Maghrebi Pages 203-214
    In this study, the self-starting of a Darrieus vertical axis wind turbines (VAWT) is enhanced using a J-Shaped airfoil profile. The paper investigated the performance of VAWT with the J-shaped blades. Since the J-shaped blades utilize the lift and drag forces simultaneously, the turbine performance at low tip speed ratios (TSRs) enhances. Thus, it is expected that using these blades improves the starting torque and output power. The main goal in this study is to find an optimum J-shaped profile acquiring the best performance of wind turbine. For this purpose, a 3kW J-Shaped straight-bladed Darrieus type VAWT is investigated numerically using OpenFOAM computational fluid dynamic package. It employs the finite volume method to solve the Navier-Stokes equations. The J-Shaped profile is designed by means of eliminating a fraction of pressure side of Du 06-W-200 airfoil. The results indicate that the performance of turbine is optimized for J-shaped profile which eliminates the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. Moreover, employing this J-Shaped profile, the wind turbine performance is intensified TSRs and self-starting of turbine is improved.
    Keywords: Vertical Axis Wind Turbine, J, shaped Profile, Starting Torque, Numerical Simulation, Performance Improvement
  • Afrasiab Raisi Pages 215-224
    In this study, the natural convection heat transfer is numerically examined in a square enclosure filled with a non-Newtonia power-law fluid. Two fixed temperature baffles are mounted on the left wall of the enclosure. The left wall of the enclosure and the baffles installed on it, are at a constant temperature of T_h and the right wall of the enclosure is at a constant temperature of T_c, while its horizontal walls are thermally insulated. The governing equations for the power-law fluid flow are solved with the numerical finite difference method based on the control volume formulation and SIMPLE algorithm. The study investigates the effects of relevant parameters such as the Rayleigh number (〖10〗^3≤Ra≤〖10〗^6), the power-law index (0.8≤n≤1.4), the baffles length (0≤B≤0.5) and the baffles distance from each other (0.1≤D≤0.8) on flow and temperature fields and the rate of heat transfer. The results show that an increase in Rayleigh number, particularly when n
    Keywords: Natural convection, Enclosure, non, Newtonian, Baffle
  • Faramarz Ashenai Ghasemi, Ismail Ghasemi, Mahdi Basiri Pages 225-232
    In this study, effect of adding graphene and poly olefin elastomer (POE) in polypropylene matrix, in various mix time were studied. Method of fabrication samples were melt-blending samples with 0, 2, and 4 %wt of graphene, 0, 15, and 30 %wt of POE and 8,12, and 16 minute mixing time were used. For a better analysis of mechanical properties, tensile and impact tests and DSC, SEM analyses were employed. Results of tensile tests indicated that adding of POE caused reduction of elastic modulus, reduction of tensile strength, good improvement of impact strength and poor improvement of elongation. While presence of graphene caused a good improvement of modulus, without meaningful effect on tensile strength, reduction of elongation and poor improvement of impact strength. DSC analysis of samples showed that graphene and POE has no visible effect on degree of crystallinity but graphen cause temperature of crystallinity increased. SEM observations showed that byincreasing of mixing time an improvehappens on dispersion of grapheme.A reduction in size of POE particles in blending of course agglomerations of grapheme in all samples were showed that for the method of fabrication, surface area of graphene and percents of graphene in samples was not unexpected.
    Keywords: Nanocomposite, Graphene, Polypropylene, POE, Mechanical properties
  • Yasaman Vaghei, Anooshiravan Farshidianfar Pages 233-241
    Today, fast and accurate fault detection is one of the major concerns in the industry. Although many advanced algorithms have been implemented in the past decade for this purpose, they were very complicated or did not provide the desired results. Hence, in this paper, we have proposed an emerging method for deep groove ball bearing fault diagnosis and classification. In the first step, the vibration test signals, related to the normal and faulty bearings have been used for both of the drive-end and fan-end bearings of an electrical motor. After that, we have employed the one dimensional Meyer wavelet transform for signal processing in the frequency domain. Hence, the unique coefficients for each kind of fault were extracted and directed to the adaptive neuro-fuzzy system for fault classification. The intelligent adaptive neuro-fuzzy system was adopted to enhance the fault classification performance due to its flexibility and ability in dealing with uncertainty and robustness to noise. This system classifies the input data to the faults in the race or the balls of each of the fan-end and the drive-end bearings with specific fault diameters. In the final part of this study, the new experimental signals were processed in order to verify the results of the proposed method. The results reveal that this method has more accuracy and better classification performance in comparison with other methods, proposed in the literature.
    Keywords: Fault Diagnosis, Vibration Signal, wavelet transform, Adaptive Neuro, Fuzzy System
  • Mir Emad Hosseini, Seyed Jamal Hosseinipour, Mohammad Bakhshi Jooybari Pages 242-252
    A Forming Limit Diagram (FLD) is a graph which depicts the major strains versus values of the minor strains at the onset of localized necking. Experimental determination of a FLD is usually very time consuming and requires special equipment. Many analytical and numerical models have been developed to overcome these difficulties. The Gurson- Tvergaard- Needlemann (GTN) damage model is a micromechanical model for ductile fracture. This model describes the damage evolution in the microstructure with physical equations، so that crack initiation due to mechanical loading can be predicted. In this work by using the GTN damage model، a failure criterion based on void evolution was examined. The aim is to derive constitutive equations from Gurson''s plastic potential function in order to predict the plastic deformation and failure of sheet metals. These equations have been solved by analytical approach. The Forming Limit Diagrams of some alloys which studied in the literatures have been predicted using MATLAB software. The results of analytical approach have been compared with experimental and numerical results of some other researchers and showed good agreement. The effects of GTN model parameters including 〖 f〗_0 〖،f〗_C 〖،f〗_N،f_f، as well as anisotropy coefficient and strain hardening exponent on the FLD and the growth procedure of void volume fraction have been investigated analytically.
    Keywords: Forming limit curve, GTN model, ductile fracture, analytical approach, sheet metal forming
  • Azam Torabi, Mina Alafzadeh, Ebrahim Shirani, Mahdi Nili Ahmadabadi Pages 253-262
    The purpose of this paper is to investigate theLow-Density Lipoproteins (LDL) mass transfer in vessel walls using the Lattice Boltzmann Method (LBM). High Schmidt number of LDL leads to numerical instability of LBM.In order to solve this problem, LBM and finite volume method (FVM) are combined.In this hybrid method, the blood velocity field is solved by LBM using the single relaxation time, SRT, model and FVM has been used for LDL concentration equation. LBM is able to simulate flow and mass transfer for the Schmidt number, Sc, up to 3000 only if the time consuming multi relaxation time is used. However, the purposed hybrid method suggested in this article can be used to solve the problem for Sc as high as 107. Good agreement between our results obtained from the hybrid simulation and the available results in the literature and noticeable decrease in CPU time compared with when the LBM is used for both flow and mass transfer, indicates the ability of the hybrid method.Finally, the hybrid methodis used to simulate the mass transfer of LDL particles and investigate the effective factors for increasing the surface concentration, such as the size of LDL particles, wall suction velocity, wall shear stress, Newtonian and non-Newtonian fluids behavior and change of concentration boundary layer with various Schmidt number.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Hybrid Method, LDL, Schmidt number
  • Hamid Mehdigholi, Morteza Azizi Yegejeh, Mohammad Saeed Seif Pages 263-274
    It is of crucial importance to adjust the trim angle properly during the forward acceleration of a planing craft in cases such as ‎sport ‎competitions and military missions. In these applications, the goal of trim ‎adjustment is to reach the final cruising speed as soon as ‎possible. Present study tries to answer this question: How the angles of the drive ‎system and/or a control element should be changed ‎during acceleration phase in order that the craft can reach to its final speed in the minimum possible time? This is an optimal control ‎problem with the drive and control element angles as its control variables. To solve such problem, a 3-DOF dynamic model is ‎developed ‎based on the theoretical and empirical methods. Both propeller operation and the engine are ‎taken into account for the propulsion system. ‎Then, the solution algorithm of time-optimal control problem is explained ‎according to an indirect method. Results for a planing mono-hull ‎with two different weight distributions show a similarity in trend between the optimal solution for control ‎variables and the hull ‎instantaneous trim angle. As the second case study, the solution for an aerodynamically alleviated racing catamaran is presented.‎
    Keywords: planing craft, trim tab, optimal control, Pontryagin Minimum Principleý
  • Rahmatollah Ghajar, Farzin Tavakkoli Pages 275-283
    In this paper, the effect of nonhomogeneous parameter in orthotropic Functionally Graded Material(FGM) in a cracked layer is investigated. It is assumed that the mechanical and thermal properties of material are dependent on x-coordinate (collinear with crack surfaces) in exponential form. The problem is solved for internal and edge crack in two way, integral equations and generalized differential quadrature method. Thermal loading is in a way that temperature distribution in the layer is uniform. Because of variation in mechanical and thermal properties, stress distribution due to this loading is not uniform. In the solution of problem with integral equations method, first, thermo-elasticity problem with no cracks and then isothermal crack problem are separately solved. Afterward with these solutions, the main problem will be solved. In order to solve isothermal crack problem, after conversion and simplifying the equations in orthotropic material, Navier's equations will be solved with the Fourier. Numerical solution of the problem is the generalized differential quadrature element method that is being presented for verification of the results of the integral equations for a specific state in the diagram format. Also the effect of temperature on intensity factor with various values of nonhomogeneous parameter is investigated.
    Keywords: Orthotropic FGMs, Stress intensity factor, Internal Crack, Generalized Differential Quadrature Element Method
  • Hoda Aslani, Mohammad Moghiman Pages 284-292

    In this paper, the important characteristics of solidification including supercooling degree, solidification time, nucleation temperature, phase change temperature which affecting on efficiency are experimentally studied. A purposely designed experimental device was used to investigate the solidification characteristics of titania nanofluid (0.01%wt. 0.02% wt. and 0.04%wt.). The results evidently reveal that adding titania nanoparticles to Deionized water as a base fluid can reduce the time of solidification, phase change temperature and supercooling degree. By adding 0.04% wt. titania nanoparticles, the solidification time, phase change temperature and supercooling degree are reduced by 70%, 18%, 69% while nucleation temperature is enhanced by 29%. Thus, the time of solidification is more affected by adding nanoparticles than other solidification characteristics. Further, the experimental results show that nanofluid heat flux is higher than that of base fluid. Also a comparison of Fuzzy logic modelling and experimental results for liquid fraction is studied. The results reveal that the fuzzy logic modelling is a reliable and powerful technique for predicting the liquid transient fraction. From the results it is also concluded that extremely low concentration of titania have low average error.

    Keywords: Solidification, Nanofluid, Nucleation Temperature, Supercooling Degree, Fuzzy Logic
  • Amin Hadidi, Davood Jalali Vahid Pages 293-302

    The encounter between bubble pairs can be happened in the bubble flows and may result in coalescence, which is one of the most important elementary physical processes occurring in liquid columns. Sufficient knowledge of the coalescence process of two bubbles can lead to a better description of the bubbly flow’s behavior. Effects of uniform magnetic fields on the interactions and coalescence of dielectric bubbles were not studied up to now; therefore in this research, interactions and coalescence of two bubbles in a viscous stagnant liquid has been simulated numerically. Considered bubbles are spherical and fluids are stagnant, initially. Both liquid and gas phases considered being incompressible and dielectric where applied magnetic field is uniform. In the numerical simulation of the problem, the Finite Volume method was applied using the SIMPLE algorithm to discretizing the governing equations while the finite difference method was used for discretizing of the magnetic field equation. For simulating the interface of two phases, the level set method has been incorporated. The results outlined in the present study well agree with the existing experimental and numerical results. Obtained results show that applied uniform magnetic field affects shape, dynamics and also interactions and coalescence of bubble pairs. Applied magnetic field enhances coalescence between in-line rising bubbles. Therefore, the external uniform magnetic field could be used for contactless control of the coalescence process between bubbles.

    Keywords: Coalescence of Bubbles, Bubbly Flow, Level Set Method, Viscous Liquid Column, Pair of Bubbles
  • Osve Jaddinia, Mohammad Reza Zakerzadeh, Mohammad Mahjoob Pages 303-310
    Today, due to ever-increasing demand for fast and precise movements and changes, along with small-scale actuations in many engineering fields, the use and efficiency of smart materials has increased in importance. Magnetic Shape Memory Alloy (MSMA) is one of the latest smart materials having both shape memory and magnetic properties. As a matter of fact, in normal room temperatures, it has magnetic field-induced strains far more than any other smart materials such as magnetostrictive, piezoelectric or electrostrictive materials and its frequency response is greater than thermal shape memory alloy. However, on the downside, asymmetric hysteresis is a property that constrains its widespread applications. Prandtl-Ishlinskii model is one of the powerful phenomenological models for simulating asymmetric, non-linear hysteresis used to simulate smart material behavior. In the present study, MSMA hysteresis behavior simulation has been investigated through a new approach using generalized Prandtl-Ishlinskii model. After identifying the model parameters, the study compares the predicted output with the experimental results. For validation the model, using different data, model accuracy has been checked and prediction error has been compared. The experimental results have approved the capability of the model in predicting the hysteresis behavior. Thanks to invertible and simplicity potential of the generalized Prandtl-Ishlinskii model, the inverse of model can be applied as a feedforward controller for compensating the hysteresis behavior. It should also be noted that all the experimental results have been yielded through using experimental set-up.
    Keywords: Prandtl, Ishlinskii model, Magnetic shape memory alloy, Hysteresis behavior
  • Ali Fazli, Mohammad Reza Hosseini Pages 311-318
    Electrohydraulic forming (EHF) is a high velocity forming process in which the electric energy stored in the capacitors are suddenly discharged between two electrodes submerged in a water-filled chamber. During the discharge, the water between the electrodes vaporizes and creates a shock wave that is transferred to the blank using the water and forms it. One of the key parameters in electrohydraulic forming is the determination of the suitable position of the electrodes. In this research the effect of electrodes position in electrohydraulic free-forming is investigated using the finite element simulation. First the experiments available in the literature is simulated using the software ABAQUS/ Explicit and compared with the experimental results which shows good agreement with. Then by changing the position of the electrodes, the effect of their position on the formability and thickness distribution of the blank is investigated. The results indicates that the forming a component is only possible in limited positions of the electrodes and there is a position for the electrodes that not only improves the sheet thickness but also decreases the possibility of the failure.
    Keywords: Electrohydraulic forming, Electrodes position, thickness distribution, Formability
  • Ali Talezadehlari, Gholam Hossein Rahimi Pages 319-329
    Due to high strength and stiffness-to-weight ratio of composite cylindrical shells, they are increasingly being used in different industries. Applying different types of stiffeners is one of the ways to improve the buckling resistance of these structures. In this paper new analytical method based on smear method is developed to analyze the stiffened composite shells. The main difference of this method and previous methods is on technique of combination of shell`s and stiffeners` stiffness parameters, and calculating the equivalent stiffness parameters. In the suggested method a three layered shell is designed in such a way that this shell and stiffeners have the same volume and stiffness. Putting these layers under the main layers of shell, the equivalent stiffness parameters could be calculated easily. Using the Ritz energy method the critical load of axial buckling of shell is calculated. The method is verified using finite element ABAQUS package. The results show that the proposed method has less difference from finite element`s results compare to previous methods. In addition, the effects of different parameters on buckling load and special buckling load of stiffened shell is investigated. The results show that in order to have efficient stiffened structure; there must be an adequate number of ribs and unit cells. It also shows that, although adding stiffening ribs increase the buckling load of the shell, the special buckling load does not increase necessarily. The optimum angle for helical ribs is 30 to 40 degrees respect to axis of the cylindrical shell.
    Keywords: Buckling, Stiffened composite cylindrical shell, analytical method, Finite element (FE)
  • Vahid Khaliji, Mojtaba Yazdani, Naghdali Choupani Pages 330-338

    Cracks in composite structures are the most common damages. For example, cracks in thickness direction (translaminar fracture) would be due to inadvertent impact of the projectile with the aerospace structures. Most of studies, so far, aimed at studying the interlaminar crack propagation and emergence of the delamination phenomenon. In this paper, in an attempt to study the translaminar crack propagation of composites, test specimens were prepared in the form of butterfly from a woven glass-epoxy composite by hand layup and the autoclave process. Experimental fracture tests were performed in the first mode, mixed-mode and the pure second mode by changing the loading angle, using a specially developed fixture, based on Arcan. Load versus displacement curves were obtained. Using critical loads of the tests and the dimensionless stress intensity factors, obtained from the finite element analysis by ABAQUS software, translaminar fracture toughness of the composite was determined. As the result, it can be seen that the opening mode translaminar fracture toughness is larger than the shearing mode toughness. This means that translaminar cracked specimen is tougher in tensile loading condition and weaker in shear. Finite element analysis was performed using effective elastic properties of the glass epoxy composite obtained from a homogenized woven composite model based on micromechanics. The effect of laminate thickness on the translaminar fracture toughness behavior of the glass epoxy composite has been studied.

    Keywords: Translaminar Fracture Toughness, Woven Glass Epoxy Composite, new loading device, Translaminar stress intensity factor, Finite Element Method
  • Mehran Mirshams, Jafar Roshanian, Sajjad Yadegari Dehkordi, Ali Asghar Bataleblu Pages 339-350
    Considering uncertainties in the design process is one of the most important factors to achieve reasonable and reliable results. In this article, a collaborative structure, which is a multidisciplinary design optimization, is combined with a robust design approach to design an optimum and robust launch vehicle, while considering the effects of uncertainties. First, a liquid-fuel vehicle is designed under two disciplines to send a 1200 kg mass to the 750 km orbit from the earth surface with 50.7◦ orbital inclination, using the collaborative structure. It should be said that the first discipline includes three subsystems that are engine design, geometry design and estimating the mass. Also, the second discipline includes three subsystems that are pitch program, aerodynamic calculations and trajectory simulation. Then, the optimum collaborative output is combined with the robust design in a multi-objective model to achieve the final vehicle configuration. The results show that the calculated mass of the first stage of the project using the collaborative robust design process is 3 tons heavier than the calculated mass using optimum collaborative design approach and the engines working time is increased. The overall size of the launch vehicle is increased too. The outputs of each subsystem have been evaluated and also, the overall results have been compared with another design process, i.e. MDF. This comparison shows the acceptable accuracy of the proposed approach.
    Keywords: space launch vehicle, multidisciplinary design optimization, robust design, multiobjective design, collaborative
  • Abdol Majid Khoshnood, Siyamak Eftekhary Pages 351-358
    In this paper, in order to reduce a landing gear vibration two adaptive control systems are designed considering the landing and taxi phases. For this purpose, 6 degree of freedom equations of motion of the landing gear and the related transfer functions are extracted. A reduced order model of the overall transfer functions are given as a result of complicated dynamic model. A Lyapunov based model reference adaptive control is designed to absorb the vibration of front wheel of the landing gear at touchdown. In addition, a minimum variance adaptive controller is designed and implemented on the system to reject the band level disturbances during the taxi phase. The band disturbances are modeled as a colored Gaussian noise and the system parameters as well as noise characteristics are estimated using extended least square approach. Both control systems are investigated to assess the best performance. Numerical simulations of the system in Matlab/Simulink environment show the preferences and satisfactory performances of the proposed vibration control systems. These results are calculated against various inputs including model reference adaptive control and minimum variance approaches.
    Keywords: Airplane landing gear, Adaptive vibration control, Model reference adaptive control system, Minimum variance control system
  • Yavar Anani, Gholam Hossein Rahimi Pages 359-367

    In this paper, behavior of functionally graded rubbers with large deformation has been modeled under different loading conditions. Rubbers have been assumed incompressible hyperelastic material. In the first section of this paper, behavior of isotropic FG rubber has been investigated in uniaxial extension, equibiaxial extension and pure shear. In the second section, behavior of isotropic FG rubber is investigated in mechanical and thermal loads, simultaneously. For this purpose, multiplicative decomposition of deformation gradient tensor has been used. At last, behavior of transversely isotropic FG rubber has been investigated in uniaxial extension, equibiaxial extension and pure shear. Material properties vary continuously in different specific direction in FG hyperelastic materials. For modeling nonlinear behavior of hyperelastic materials, strain energy functions are used. Strain energy functions are function of invariants of left Cauchy-Green stretch tensor. Modification in strain energy functions required in order to use them for FG rubbers. For this purpose, material constants of strain energy functions have been assumed to vary exponentially in the axial direction of bar. Moreover, stretches in different points of the bar are considered to be function of material properties variation in the length direction. Analytical solution have been compared with experimental data and good agreement has been found between them, therefore proposed constitutive law has been modeled material behavior with a proper approximation.

    Keywords: Hyperelastic material, Finite deformation, Rubber, Functionally graded materials, Transversely Isotropic
  • Seyed Alireza Zolfaghari, Mohammad Fathian, Mohsen Talebi Pages 368-376
    Under the critical thermal conditions, the human body cannot adapt itself to the environment by using physiological thermoregulatory mechanisms. Under these conditions, using the protective clothing is one of the effective ways to protect the human body against the thermal injuries. Therefore, in the present study, the effect of using Phase Change Materials (PCMs) on the performance of firefighters’ protective clothing has been numerically investigated under the critical scorching conditions. The main contribution of this study is the simultaneous modeling of a PCM based protective clothing with physical and physiological mechanisms of the human body. For this purpose, a multi-layer protective clothing with a PCM layer has been considered and its thermal performance has been investigated under scorching conditions for three different arrangements of the layers. The results show that the middle layer of protective clothing is the best position for implementing the PCM. Also, and is the best melting temperature for the mentioned PCM is about 40˚C. Moreover, the results indicate that using the PCMs in protective clothing can increase the thermal tolerating time from 300 seconds (for non-PCM protective clothing) up to 900 seconds, under the scorching conditions.
    Keywords: Protective clothing, phase change materials, scorching conditions, thermal tolerating time
  • Sayed Javad Hosseininia, Khalil Khalili, Sayed Mohammad Emam Pages 377-386

    The Modal analysis is one of the applicable methods used to identify the dynamic characteristics of structures. Inspection of structures to avoid resonance conditions can be achieved by extracting vibration modes using modal analysis. Since every point of the vibrating structure has its own characteristics such as the displacement, speed and acceleration, therefore the measurement of these parameters in a specific time interval can be used to extract modal parameters. In this study, stereo vision as a non-contact measuring system is used to obtain the displacement of several points of the blade of a 2.5kW wind turbine with a length of 3m under the operational modal condition. At first, the camera calibration process is performed and then the three-dimensional data of the turbine blade are extracted from images recorded during the test. Consequently, modal parameters of the blade are calculated by analyzing the data. Finally, modal parameters obtained by three different methods including the stereo vision system, the finite element analysis and the testing accelerometer are compared. The results show that visually obtained data are sufficiently accurate to find the natural frequency of the first mode of the blade. The first natural frequency mode extracted by the stereo vision System shows a difference of 10.36% and 2.67% compared to the those obtained by finite element method and the accelerometer respectively.

    Keywords: Operational modal analysis, stereo vision, wind turbine blade, machine vision
  • Seyed Hsam Sajjadi, Seyed Hamid Jalali Naini Pages 387-395
    In this paper, an explicit optimal line-of-sight guidance law for second-order binomial control systems is derived in closed-loop without acceleration limit. The problem geometry is assumed in one dimension and the final time and final position are fixed. The formulation is normalized in three forms to give more insight into the design and performance analysis of the guidance law. The computational burdun of the guidance law is reasonable for now-a-day microprocessors; however curve fitting or look-up table may be used for the implementation of the second-order optimal guidance law. The performance of the second-order optimal guidance law is compared in normalized forms with zero-lag and first-order optimal guidance laws using third-, fourth-, and sixth-order binomial control systems with/without acceleration limit. Moreover, the effect of the final time, the equivalent time constant of the vehicle control system, the vehicle-to-target line-of-sight weighting factor in cost function, and acceleration limit are investigated. Normalized miss distance analysis shows that the miss distance of the second-order guidance law is smaller than the two mentioned schemes for small total flight times, especially with large maneuvering capability.
    Keywords: Line, of, Sight Guidance, Optimal Guidance, Normalized Miss Distance Analysis, Second, Order Control System
  • Gholamhasan Payghaneh, Mojtaba Asgari, Keramat Malekzade Fard, Fahimeh Rashed Saghavaz Pages 396-404
    Free vibration characteristics of rectangular composite plate with constrained layer damping and magneto-rheological fluid (MR) core are presented.. Hamilton principal is used to obtain the equation of motion of the sandwich plate. Based on the Navier method, a closed-form solution is presented for free vibration analysis of MR sandwich plate under simply supported boundary conditions. The governing equation of motion is derived on the base of classical lamination theory for the faceplates. Only shear strain energy density of the core is considered. Using displacement continuity conditions at the interface of the layers and core, shear strain of the core is expressed in terms of displacement components of the base and constraint layers. The complex shear modulus of the MR material in the pre-yield region was described by complex modulus approach as a function of magnetic field intensity. The validity of the developed formulation is demonstrated by comparing the results in terms of natural frequencies with those in the available literature. The effects of magnetic field intensity, plate aspect ratio, thicknesses of the MR core, base layer and constrained layer for three different stacking sequences of composite faceplates on the fundamental frequency and loss factor of the first mode are discussed. The results indicate significant effect of physical and geometrical parameters on the natural frequency and loss factor associated with the first mode.
    Keywords: Composite, Magneto Rheological, natural frequency, free vibration, Loss Factor