فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 3 (خرداد 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 3 (خرداد 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/02/12
  • تعداد عناوین: 41
|
  • بهنام داودی *، محمدرضا اسلامی صفحات 1-7
    کاربرد گسترده فرآیند ماشین کاری در تولید قطعات صنعتی، بهینه سازی این فرآیند را مورد توجه محققان قرار داده است. در این بین استفاده از شبیه سازی المان محدود بیشتر مورد توجه واقع شده است. اما میزان دقت و قابلیت اعتماد نتایج پیش بینی شده عمدتا به انتخاب معادله بنیادی که تنش سیلان ماده را تحت شرایط برش (کرنش، نرخ کرنش و دما) بیان می نماید، وابسته است. یکی از دقیق ترین و کاربردی ترین معادلات ارائه شده به منظور بررسی رفتار دینامیکی مواد مختلف، معادله ی بنیادی جانسون–کوک است. به منظور مدل سازی رفتار مواد با استفاده از معادلات بنیادی، نیاز به تعیین ضرایب معادلات برای هر ماده می باشد. به منظور محاسبه ضرایب معادله جانسون–کوک در بیان رفتار دینامیکی آلومینیوم آلیاژی 5083، از ترکیب اطلاعات تنش سیلان تست های فشردن در نرخ کرنش پایین و تست های ماشین کاری متعامد با نرخ کرنش بالا، استفاده شده است. پس از تعیین ضرایب معادله، به منظور تعیین صحت آن، فرآیند ماشین کاری با استفاده از کد تجاری آباکوس به روش اجزاء محدود شبیه سازی و نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی مقایسه شده است. بررسی ها نشان دهنده صحت ضرایب بدست آمده و معادله برقرار شده برای آلومینیوم آلیاژی فوق می باشد. بنابر این با استفاده از این معادله می توان رفتار آلیاژ انتخابی را در سایر فرآیند های ماشین کاری و شکل دهی مدل و از نتایج آن استفاده کرد.
    کلیدواژگان: ماشینکاری، شبیه سازی اجزاء محدود، رفتار دینامیکی، معادله جانسون - کوک
  • سید میثم خاتون آبادی، محمود اشرفی زاده* صفحات 8-16
    در این پژوهش استفاده از روش نیرویی اختلاف دقیق در مدل دوفازی شبه پتانسیل برای شبیه سازی پدیده ی برخورد قطره با فیلم نازک مایع در نسبت چگالی 1000 پیشنهاد شده است و اثرات نیروهای اینرسی، کشش سطحی و گرانش بوسیله ی اعداد بدون بعد رینولدز، وبر و باند به طور دقیق بررسی شده اند. برای این منظور نرم افزار متن باز پالابوس توسعه داده شده و روش اختلاف دقیق در آن اعمال شده است. نتایج شبیه سازی در اعداد رینولدز و وبر مختلف نشان می دهد که عدد وبر تاثیر بسیار کمی بر روی شعاع لایه ی تاج شکل دارد، در حالی که عدد رینولدز با شعاع تاج رابطه ی مستقیم دارد. ارتفاع تاج نیز با افزایش اعداد بدون بعد رینولدز و وبر افزایش پیدا می کند. بعلاوه مقایسه نتایج شبیه سازی حاصل از مدل شبه پتانسیل با مدل انرژی آزاد نشان می دهد که شکل تاج علاوه بر اعداد بدون بعد به مقدار کشش سطحی نیز وابسته است بطوری که با افزایش قابل توجه کشش سطحی و مقادیر اعداد بدون بعد یکسان ضخامت سر تاج افزایش می یابد. اثرات نیروی گرانش بوسیله عدد باند مورد تحقیق قرار می گیرد. بر اساس نتایج حاضر ارتفاع تاج بصورت قابل توجهی تحت تاثیر عدد باند قرار می گیرد. هنگامی که عدد باند کم می شود، شعاع و ارتفاع تاج افزایش می یابد. در نتیجه مدل پیشنهاد شده که قابلیت استفاده در نسبت چگالی بالا را داشته و در عین حال جریان پارازیتی کمی تولید می کند، می تواند برای بسیاری از مسائل دوفازی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: برخورد قطره، دوفازی، شبه پتانسیل، لایه ی تاج شکل
  • سیدمحمود هاشمی، احسان زمانی*، اصغر مهدیان صفحات 17-26
    نفوذگرهای چاه نفت، ابزارهای انفجاری هستند که در صنعت حفاری چاه های نفت و گاز و با هدف دستیابی به مخازن اطراف چاه و افزایش بازده آن مورد استفاده قرار می-گیرند. کارایی این نفوذگرها با عمق نفوذی که ایجاد می کنند مورد سنجش قرار می گیرد، به همین دلیل پارامتر عمق به عنوان پارامتر اصلی باید مورد بررسی قرارگیرد. در این مقاله، گزارش کاملی از شبیه سازی عددی و بهینه سازی عملکرد این ابزارها که در حقیقت، خرج گودهایی با ابعاد کوچک هستند ارائه شده است. به این منظور، از روش های حل اویلرین چندماده ای و لاگرانژی، به ترتیب برای شبیه سازی فرآیند شکل گیری جت نفوذگر و نفوذ آن در صخره های زیرزمینی استفاده شده است. برای حل مشکل تغییر شکل زیاد المان ها در روش لاگرانژی، از معیار فرسایش المان ها استفاده شد. همچنین بدلیل اینکه نتایج هر دو فرآیند شکل گیری جت و نفوذ به شدت تحت تاثیر چگالی مش بندی قرار دارد، حساسیت به مش بندی در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. مدل سازی عددی پایه، با استفاده از نتایج معتبر سایر مراجع درستی آزمایی و اعتبارسنجی شده و پس از آن، هندسه جدیدی برای خرج انفجاری پیشنهاد شده است که مشکل ناهمگنی توزیع سرعت در قسمت دنباله جت را رفع کرده و به دنبال آن، طول موثر جت در نفوذ را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: نفوذگرچاه نفت، خرج گود، LS، DYNA، RHT
  • ابوالفضل فورگی نژاد، خلیل خلیلی* صفحات 27-34
    هم مرجع سازی ابرهایی نقاط پردازشی کلیدی در ایجاد مدل رایانه ای در مهندسی معکوس محسوب می شود. پیچیده بودن و بد وضع بودن مساله هم مرجع سازی مانع از ارائه الگوریتم جامعی که کاملا خودکار این فرآیند را انجام دهد، گردیده است. در این پژوهش روشی برای ارتقا سطح خودکارسازی فرآیند هم مرجع سازی ارائه شده است. در این روش ابتدا ویژگی های سطوح تشکیل دهنده ابرهای نقاط استخراج و از آنها برای یافتن نقاط متناظر بین دو ابر نقاط استفاده می شود. دقت انجام فرآیند هم مرجع سازی به دقت انتخاب نقاط متناظر در ابرهای نقاط بستگی دارد. ویژگی های مورد استفاده در این پژوهش برای تناظریابی، انحنای سطح و شکل موضعی سطح می باشند. برای استخراج ویژگی ها، انحنای سطح برای هر یک از نقاط ابر نقاط با استفاده از انحنای چتری محاسبه گردید و روش جدیدی نیز برای تعیین شکل موضعی سطح ارائه گردید. برای هر نقطه یک عدد شکل که معرف شکل موضعی سطح است با استفاده از مختصات نقاط بدست آمد. نقاط متناظر در این روش نقاطی محسوب می شوند که از شکل موضعی و انحنای چتری تقریبا یکسانی برخوردار باشند. هم مرجع سازی با در نظر گرفتن قید صلبیت با استفاده از زوج نقاط متناظر انجام می شود. نتایج بدست آمده از الگوریتم پیشنهادی در هم مرجع سازی ابرهای نقاط نشان از صحت کارکرد این روش در حل مساله هم مرجع سازی به شکل کاملا خودکار دارد.
    کلیدواژگان: هم مرجع سازی کاملا خودکار، انحنای چتری، همسایگی همگن، شکل موضعی سطح، بردار نرمال سطح
  • سعید شکراللهی*، حمید احمدیان، فرهاد عادل صفحات 35-42
    در این مقاله ، الگوی جدیدی تحت عنوان لایه رابط برای شبیه سازی رفتار دینامیک خطی اتصالات پیچی و به روزرسانی مدل المان محدود آنها در حالت سه بعدی ارائه شده است. لایه رابط، نواحی مجاور در طرفین سطوح مشترک اتصال در زیرسازه ها را یکپارچه سازی کرده و روابط ساختاری المان های آن با مولفه های نرمال و برشی تعریف شده است. در ادامه خواص الاستیک نامعلوم و متفاوتی از المان های سه بعدی مجاور به آن ها نسبت داده شده و پارامتر(های) نامعلوم مدل با فرایند به روزرسانی با استفاده از نتایج آزمون مودال شناسایی می شوند. تحریک سازه و اندازه گیری تابع پاسخ فرکانسی آن با استفاده از روش تحریک با چکش صورت گرفته است. با استفاده از یک الگوریتم بهینه سازی در نرم افزار انسیس، اختلاف بین فرکانس های طبیعی حاصل از آزمون و پیش بینی شده با مدل پارامتری، به عنوان تابع هدف کمینه شده است. کارآیی مدل لایه رابط با اعمال آن به یک سازه واقعی متشکل از دو تیر آلومینیومی مشابه از جنس آلیاژ 7075-T651 و مقایسه نتایج آن با نتایج حاصل از مدل متداول لایه واسط اثبات شده است. نتایج حاصل از مدل ارائه شده انطباق بسیار خوبی با فرکانس های تجربی متناظر دارد. پیش بینی این مدل برای فرکانس های بالاتر که در فرایند به روزرسانی مشارکتی ندارند، در مقایسه با نتایج حاصل از مدل المان واسط دارای خطای کمتری است. به دلیل سادگی، دقت و سرعت در محاسبات، این مدل را می توان در شبیه سازی اتصالات پیچی در سازه های بزرگ و پیچیده با نرم افزارهای المان محدود تجاری به کار گرفت.
    کلیدواژگان: دینامیک خطی، اتصال پیچی، لایه رابط، شناسایی پارامتر، به روزرسانی مدل
  • محمدرضا شبگرد*، رضا رستمی حشمت آباد صفحات 43-54
    جنس الکترولیت، بدلیل ماهیت یون های تشکیل دهنده آن، بر سرعت واکنش ها، یکنواختی میدان الکتریکی و تشکیل لایه سطحی برروی سطح قطعه کار در منطقه ماشینکاری درطول فرآیند ماشینکاری الکتروشیمیائی تاثیر می گذارد و باعث بوجود آمدن رفتارهای انحلالی متفاوت از قطعه کار می گردد. از اینرو در این پژوهش تاثیر جنس الکترولیت های کلرید سدیم، نیترات سدیم، کلرید پتاسیم و اسید هیدروکلریدریک در شدت جریان های مختلف برروی مشخصه های ماشینکاری الکتروشیمیائی (نرخ براده برداری، گپ کناری و زبری سطح) فولاد ضدزنگ 304 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهند که تشکیل لایه روئین در مدت زمان ماشینکاری با الکترولیت نیترات سدیم باعث کاهش نرخ براده برداری و کاهش گپ کناری در مقایسه با الکترولیت های کلرید سدیم و کلرید پتاسیم می شود. همچنین بررسی ها نشان می دهند که مقدار زبری سطح در الکترولیت های کلرید سدیم و کلرید پتاسیم با افزایش شدت جریان، کاهش و در الکترولیت نیترات سدیم افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهند افزودن اسید هیدروکلریدریک به هرسه الکترولیت (کلرید سدیم، کلرید پتاسیم و نیترات سدیم) موجب افزایش جزئی در مقدار نرخ براده برداری و افزایش در گپ کناری می شود و مقدار زبری سطح در الکترولیت های ترکیبی کلرید سدیم و کلرید پتاسیم کاهش و در الکترولیت ترکیبی نیترات سدیم افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ماشینکاری الکتروشیمیائی(ECM)، الکترولیت، نرخ براده برداری، گپ کناری، زبری سطح
  • مجید پورعبدیان، پوریا امیدوار*، محمدرضا مراد صفحات 55-66
    در این مقاله شکست جت مایع با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار که یک روش عددی لاگرانژی بدون شبکه است، شبیه سازی شده است. بدین منظور، ابتدا معادلات حاکم بر سیال براساس روش هیدرودینامیک ذرات هموار گسسته سازی شد. در این تحقیق از کد متن باز اسفیزیکس برای حل عددی استفاده و همچنین با افزودن اثرات کشش سطحی، کد مذکور توسعه داده شده است. سپس روش ارائه شده با استفاده از مساله نمونه شکست سد با مانع اعتبارسنجی اولیه شد. در نهایت شبیه سازی جریان جت مایع دوبعدی و بررسی رفتار شکسته شدن آن برای جریان تک فاز انجام شده است. طول شکست مایع در رژیم ریلی برای شرایط مختلف جریان نظیر اعداد رینولدز و وبر متفاوت، محاسبه و با یک رابطه تجربی اعتبارسنجی شده است. تمامی حل های عددی برای دو تابع میانیاب وندلند و اسپلاین مکعبی انجام گرفت و در تمامی موارد تابع میانیاب وندلند منجر به نتایج با دقت بهتری شد. همچنین تاثیر لزجت سیال در طول شکست مایع نیز در نهایت مورد بررسی قرار گرفت. مدل سازی های انجام شده نشان داد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار می تواند به عنوان یک روش بهینه برای مدل سازی پدیده شکست جت مایع مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شکست جت مایع، هیدرودینامیک ذرات هموار، طول شکست، کشش سطحی
  • حجت خزیمه نژاد، حمید نیازمند* صفحات 67-78
    در مقاله حاضر یک مطالعه عددی برای تحلیل اثرات پارامترهای هندسی و عملکردی یک میکروپمپ لزجتی با رویکرد کمینه-سازی تولید آنتروپی به روش لتیس-بولتزمن انجام شده است. در بررسی تاثیر تغییر همزمان پارامتر هندسی L و عملکردی *P∆ مشخص شد که در تمامی *P∆های بررسی شده، دو محدوده L=1.2 - 1.6 و L=4.4 - 4.8 به عنوان محدوده های بهینه از دیدگاه تولید آنتروپی و از طرف دیگر محدوده های L=1.1 – 1.6 و L= 4.4 – 4.9 نیز از دیدگاه کمینه توان مصرفی روتورها به عنوان محدوده های بهینه مطرح شدند. با توجه به هم پوشانی کامل محدوده های بهینه ی کمینه تولید آنتروپی با دیدگاه کمینه توان مصرفی، می توان همان محدوده های ذکر شده از دیدگاه کمینه تولید آنتروپی را به عنوان بهینه ترین محدوده ها انتخاب نمود. نتایج تاثیر تغییر همزمان پارامتر هندسی L و عملکردی Re نشان داد که در تمامی Reهای بررسی شده، دو محدوده L= 1.1 - 1.5 و L=4.5 - 4.9 به عنوان محدوده های بهینه از دیدگاه تولید آنتروپی و محدوده های L=1.2 - 1.6 و L=4.4 - 4.8 نیز از دیدگاه کمینه توان مصرفی به عنوان محدوده های بهینه مطرح می باشند. بنابراین محدوده مشترک این دو دیدگاه یعنی L= 1.2 - 1.5 و L=4.5 - 4.8 می تواند به عنوان بهینه ترین محدوده انتخاب گردد. در رابطه با تاثیر تغییر همزمان پارامتر هندسی ε و پارامترهای عملکردی *P∆ و Re معین شد که در تمامی Reها و *P∆های بررسی شده، محدوده ε=0.1-0.5 به عنوان محدوده بهینه از دیدگاه کمینه تولید آنتروپی و نیز توان مصرفی روتورها انتخاب می شود.
    کلیدواژگان: میکروپمپ لزجتی، پارامترهای هندسی و عملکردی، روتور دایروی، کمینه سازی تولید آنتروپی، روش لتیس، بولتزمن
  • رحمت الله قاجار*، محمدرضا وراوی، صفا پیمان صفحات 79-86
    ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی از پارامترهای مهم بررسی و پیش بینی رفتار شکست در اجسام ترک دار می باشند. در این پژوهش، از روش جابجایی برای محاسبه ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی مواد تابعی استفاده می شود. میدان جابجایی به روش عددی و با استفاده از نرم افزار آباکوس به دست می آید. زیر برنامه ای به زبان فرترن نوشته می شود، تا به کمک آن بتوان، تغییرات پیوسته خواص مواد تابعی را در تحلیل عددی در نظر گرفت. شبکه المانی ناحیه حل با کاربرد المان های تکینی 8 گرهی ایجاد می شود. نرم افزار آباکوس توانایی محاسبه ضرایب شدت تنش در مواد تابعی را به صورت مستقیم ندارد. لذا برنامه ای به زبان متلب برای محاسبه این ضرایب تدوین می-گردد. با تحلیل یک نمونه تحت بار دینامیکی، رفتار شکست دینامیکی مواد تابعی ارتوتروپیک و تاثیر پارامتر ناهمگنی بر آن با در نظر گرفتن تغییرات مواد تابعی در دو راستای عمود برهم مورد بررسی قرار می گیرد. اعتبار سنجی روش با حل مسئله های همگن و تابعی با ترک مرکزی تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی انجام می گیرد و نتایج با داده های موجود در تحقیقات پیشین مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهند که اگر خواص ماده در راستای موازی ترک تغییر کند، با افزایش پارامتر ناهمگنی، ضریب شدت تنش دینامیکی مود I نوک ترک با سفتی بیشتر، افزایش می یابد. در حالی که برای تغییر خواص در راستای عمود بر ترک، این ضریب ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ضرایب شدت تنش، مواد تابعی، روش جابجایی، پارامتر ناهمگنی، اجزاء محدود
  • مجید ساده دل، عقیل یوسفی کما*، فائزه ایرانمنش صفحات 87-97
    در پژوهش حاضر، اثرات افزودن پنجه فعال به یک ربات انسان نمای دو بعدی که دارای حرکات دورانی پاشنه و پنجه می باشد بررسی می گردد. در این راستا، ابتدا مسیر حرکت مفاصل مختلف ربات طراحی می شود. پس از طراحی مسیر، مدل دینامیکی ربات با استفاده از دو روش کین و لاگرانژ در فازهای مختلف حرکت استخراج می شود. همچنین صحت مدل دینامیکی استخراج شده، با استفاده از دو روش مختلف تایید می گردد. مدل ارائه شده، براساس ویژگی های ربات سورنا 3 بوده که این ربات در مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته دانشگاه تهران طراحی و ساخته شده است. پس از آن، فرایند بهینه سازی با اتخاذ دو تابع هدف مختلف انجام می شود. توابع هدف برگزیده شده در این مقاله، مربوط به مصرف انرژی و پایداری ربات می باشند. هدف از بهینه سازی، کمینه کردن میزان مصرف انرژی و بیشینه کردن پایداری ربات است. در نهایت نتایج حاصل از بهینه سازی و آنالیز پارامتری ربات ارائه می شود. نتایج ارائه شده نشان می دهد که در هر سرعت یک مقدار بهینه برای زوایای دورانی پاشنه و پنجه وجود دارد که به ازای این مقادیر بهینه، میزان مصرف انرژی ربات کمینه خواهد شد. همچنین این نتایج نشان می دهند که زاویه دورانی پاشنه تاثیری بر روی پایداری ربات ندارد و تنها زاویه دوران پنجه است که در پایداری ربات تاثیر گذار است. در نهایت به بررسی اثرات جرم و طول پنجه بر روی توابع هدف پرداخته می شود و نشان داده می شود که افزایش جرم پنجه موجب افزایش مصرف انرژی و پایداری ربات خواهد شد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، مفصل فعال پنجه، حرکات دورانی پاشنه و پنجه، بهینه سازی طراحی مسیر
  • حامد اشگرف، مسعود افرند *، محمد همت اسفه صفحات 98-104
    در این مقاله اثر دما و کسر حجمی نانوذرات بر لزجت نانوسیال هیبریدی، که حاوی مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول به عنوان سیال پایه و ترکیبی از نانولوله های کربنی چند جداره و دی اکسید سیلیسیوم به عنوان ذرات اضافه شده است، به طور تجربی بررسی شد. اندازه گیری ها در بازه دمایی 27.5oC تا 50oC و با استفاده از لزجت سنج استوانه ای در نرخ برش های مختلف انجام شد. نمونه های همگن و پایدار با کسر حجمی جامد 0.0625%، 0.25%، 0.5%، 0.75%، 1%، 1.5% و 2% با تعلیق ترکیب حجمی مساوی از نانولوله های کربنی و دی اکسید سیلیسیوم در مخلوط 50%-50% حجمی آب اتیلن گلیکول تهیه شدند. نتایج اندازه گیری در نرخ برش های مختلف نشان داد که سیال پایه (مخلوط آب و اتیلن گلیکول) از خود رفتار نیوتنی دارد، درحالی که همه نمونه های نانوسیال رفتار غیرنیوتنی مشابه مدل قاعده توانی (سدو پلاستیک) و با شاخص توان کمتر از یک نشان دادند. برای همه نمونه های نانوسیال و همه دماها ضرایب مدل پاورلا از طریق برازش منحنی با دقت بالایی محاسبه شدند. نتایج همچنین نشان دادند که به طورکلی لزجت ظاهری با افزایش کسرحجمی، افزایش و با افزایش دما، کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: لزجت، نانوسيال هيبريدي، رفتار غير نيوتني، بررسي آزمايشگاهي
  • محمد قلیزاده، محسن قاضی خانی*، ایمان خزایی صفحات 105-111
    در پژوهش حاضر، رطوبت نسبی گازها در یک پیل سوختی با غشاء مبادله کننده پروتون تغییر داده شد و اثر آن بر جریان الکترو-اسمز بررسی گردید. با تغییر رطوبت در دو طرف پیل سوختی و استفاده از معادلات تعادل آب، مقادیر جریان الکترو-اسمز، ضریب الکترو-اسمز و درگ خالص در رطوبت های مختلف به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییرات الکترو-اسمز بر حسب رطوبت آند و کاتد تا یک رطوبت خاص به صورت خطی تغییر می کرد و بعد از آن تغییر زیادی مشاهده نگردید. همچنین نتایج نشان داد که تغییر رطوبت آند اثر مطلوب تری نسبت به تغییر رطوبت کاتد داشت. برای مثال، در رطوبت 70 درصد آند و 35 درصد کاتد با جریان 5 آمپر مقدار جریان الکترو-اسمز برابر با 6-10×66639/2 مول بر سانتی متر مربع بر ثانیه به دست آمد، درحالی که در رطوبت 70 درصد کاتد و 35 درصد آند با همان جریان برابر با 6-10×56418/2 مول بر سانتی متر مربع بر ثانیه ثبت شد. نتایج نشان داد که تغییرات ضریب الکترو-اسمز بر حسب رطوبت نیز به صورت خطی تغییر می کرد. همچنین معلوم شد که تغییر جریان پیل سوختی اثر چندانی بر نمودارهای ضریب الکترو-اسمز ندارد . محدوده تغییرات ضریب الکترو-اسمز بین 636001/0 تا 632476/1 به دست آمد که با اعداد موجود در مقالاتی که در این زمینه ارائه شده است، مطابقت خوبی داشت. همچنین، تغییرات درگ خالص برحسب رطوبت بررسی شد و مشخص گردید که درگ خالص برحسب رطوبت کاتد به صورت خطی با شیب مثبت تغییر می کرد اما تغییرات برحسب رطوبت کاتد به صورت خطی با شیب منفی بود.
    کلیدواژگان: پیل سوختی، رطوبت نسبی، تعادل آب، جریان الکترو، اسمز، درگ خالص
  • سارا حسن پور، آلفرد باغرامیان، حامد مجللی* صفحات 112-120
    مبدل جریان مستقیم به مستقیم کاهنده یکی از انواع مبدل های با کاربرد زیاد در مدارات الکترونیک قدرت است. این مبدل به صورت یک سیستم غیر خطی عمل می کند لذا به منظور کنترل و تثبیت ولتاژ خروجی در برابر تغییرات بار و المانهای مدار و سایر اغتشاشات لازم است تا از یک سیستم کنترل کننده مقاوم استفاده شود. در این مقاله یک کنترل کننده جدید مد لغزشی ترمینال سریع با استفاده از خاصیت جاذبه ترمینالی تابع تانژانت معکوس به عنوان تابع لغزش برای مبدل جریان مستقیم به مستقیم کاهنده ارائه شده است. عملکرد این کنترل کننده جدید با نوع کنترل کننده مد لغزشی ترمینال سریع مرسوم از لحاظ پارامتر های کنترلی از جمله زمان همگرایی ولتاژ خروجی و ساختار تابع کنترل ورودی مقایسه شده است. ویژگی منحصر به فرد این کنترل کننده کم بودن اثر تکین در تابع کنترلی است. همچنین این کنترل کننده دارای سرعت همگرایی بسیار بالا در تثبیت ولتاژ خروجی درشرایط مختلف است که جهت استفاده در تغذیه ادوات الکترونیکی سیستم های مکانیکی کنترل حرکت از جمله در انواع ربات ها و خودروهای برقی بسیار مناسب می باشد. نتایج شبیه سازی تایید کننده عملکرد مناسب روش کنترلی مد لغزشی ترمینال سریع پیشنهادی نسبت به نوع مد لغزشی ترمینال سریع مرسوم بر مبدل کاهنده است.
    کلیدواژگان: کنترل کننده مد لغزشی ترمینال، کنترل مد لغزشی ترمینال سریع، مبدل جریان مستقیم به مستقیم کاهنده
  • علیرضا رحیم&rlmپور، امیر میرزاقیطاقی، حمید صفاری* صفحات 121-131
    ساختارهای متخلخل با افزایش مساحت تبادل گرما بین سطح و سیال و ایجاد نیروی مویینگی با تراوایی زیاد، نقش موثری در بهبود عملکرد تجهیزات انتقال حرارت دوفازی مانند لوله های گرمایی دارند. در ساختارهای جدید متخلخل (ساختارهای دوگانه)، دو توزیع مختلف اندازه حفره بکار گرفته می شود. حفره های کوچک باعث افزایش نیروی مویینگی و رساندن مایع به سطح شده و حفره های بزرگ با افزایش تراوایی فاز بخار به فرار بخار کمک می نمایند. هدف اصلی این پژوهش، حصول درک کامل تری از عملکرد قسمت اواپراتور لوله های حرارتی و مقایسه عملکرد دو نمونه ساختار متخلخل دوگانه می باشد. در این راستا ابتدا از مدل کوالف برای تعیین احتمال حضور هر فاز در حفره های با توزیع اندازه مشخص استفاده شده است. خواص ترموفیزیکی سیال و محیط نظیر خواص ترمودینامیکی سیال، اشباع و تراوایی فازها و ضریب هدایت حرارت ماتریس فلزی نیز از روی هندسه و روابط تجربی به دست می آیند. سپس معادلات بقا برای هر دو فاز درون دامنه حل شده و نتایج انتقال حرارت یک بعدی در یک محیط متخلخل دوگانه، به صورت نمودار شار حرارتی بر حسب اختلاف دمای جامد و سیال ارائه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند کاهش اندازه حفره های کوچک و افزایش اندازه حفره های بزرگ موجب بهبود عملکرد فتیله می شود.
    کلیدواژگان: تخلخل دوگانه، انتقال حرارت دوفازی، لوله حرارتی، مدلسازی
  • الیاس حدادی، نقدعلی چوپانی*، فرهنگ عباسی صفحات 132-140
    چقرمگی شکست مود دو پلی متیل متاکریلات و آمیزه های مختلف آن توسط کار ضروری شکست در این تحقیق به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های شکست بوسیله نمونه کششی دارای ترک در دو لبه پلیمر پلی متیل متاکریلات چقرمه شده با لاستیک در دمای اتاق انجام شدند. در این بررسی، شکست مود دو آمیزه های پلی متیل متاکریلات / گرفت-آکریلونیتریل بوتادین استایرن با درصد وزنی مختلف لاستیک (صفر، 10، 15 و 20) مورد ارزیابی قرار گرفته است، ضخامت نمونه-های مورد استفاده در این آزمایش ها 8/0 و 4 میلی متر بودند. نتایج نشان داد که هر چه طول لیگامنت کمتر باشد مقادیر به دست آمده برای کار ضروری شکست به دلیل تسلیم کامل لیگامنت از دقت بالایی برخوردار است. همچنین نتایج نشان داد که منحنی های بار-جابه جایی حاصل از این ماده با درصدهای مختلفی از لاستیک و طول لیگامنت های مختلف از نظر شکل ظاهری با هم تقریبا یکسان بوده و کار کلی شکست با افزایش درصد لاستیک افزایش قابل ملاحظه ای از خود نشان داده است. کار ویژه و غیر ضروری شکست در هر دو ضخامت مختلف نمونه ها با افزایش درصد لاستیک افزایش یافته و بیشترین مقدار از آن ترکیب 20 درصد لاستیک بوده است. بیشترین مقدار کار ضروری شکست و کار غیر ضروری شکست در نمونه هایی با ضخامت 8/0 میلی متر به ترتیب 67/98 و 99 کیلو ژول بر متر مربع مربوط به نمونه 20 درصد لاستیک بوده است. با تغییر در ضخامت نمونه ها مقدار کار ضروری شکست تغییرات محسوسی را از خود نشان داد.
    کلیدواژگان: پلی متیل متاکریلات چقرمه شده با لاستیک، مود دو شکست، چقرمگی شکست، کار ضروری شکست، طول لیگامنت
  • حسن حسن زاده *، هادی جعفری صفحات 141-152
    در سالهای اخیر، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر با توجه به محدودیت منابع سوختهای فسیلی، بازده کم موتورهای احتراق داخلی و آلایندگی زیست محیطی آن ها، مورد توجه محققان و شرکتهای خودروسازی قرار گرفته است. با استفاده از سیستم های پیل سوختی به جای موتورهای احتراق داخلی می توان تا حدی بر این مشکلات غلبه کرد. در این راستا، مقاله حاضر به بررسی یک سیستم پیل سوختی پلیمری برای استفاده در یک خودروی شهری پرداخته است. در بخش اول این مقاله، ضمن استفاده از مشخصات نمونه های واقعی در سیستم، اجزای سیستم شامل توده، رطوبت زن های هوا و هیدروژن، کمپرسور هوا، پمپ رطوبت زن ها و پمپ خنک کننده در محیط سیمولینک متلب مدلسازی شده است. این مدل می تواند توان مصرفی سیستم و اجزای جانبی آن و نیز میزان آب، هیدروژن و هوای مورد نیاز را محاسبه نماید. نتایج نشان که در حالت پایه و در چگالی جریان 0.7A/cm2، 14% قدرت تولیدی توده پیل سوختی توسط اجزاء جانبی مصرف می شوند. در این چگالی جریان، بازده کلی سیستم 48.15% و بازده خالص سیستم 34.3% است. در بخش دوم، سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک برای دو تابع هدف بیشترین توان خروجی و بیشترین بازده بهینه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که اولا روش جستجوی الگویی بهترین روش بهینه سازی شناخته شده است ثانیا در بهینه سازی با هدف بیشترین توان، قدرت خالص و بازده سیستم به ترتیب به اندازه 11.9% و 4% افزایش و توان مصرفی اجزاء جانبی به اندازه 42% کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشاء پلیمری، خودرو، رطوبت زن غشایی، بهینه سازی
  • حسین بنی اسدی، مهدی مدبری فر *، عباس پاک صفحات 153-160
    مهم ترین ابزار اندازه گیری جابجایی خطی و زاویه ای در صنعت انکودرها هستند. انکودرهای خطی بطور وسیعی در انواع کاربردهای موقعیت دهی دقیق مانند ماشین ابزارهای با کنترل عددی و اتوماسیون صنایع استفاده می شوند. انکودرهایی با قیمت پایین و قدرت تشخیص بالا در اولویت صنایع قرار دارد. در این مقاله یک انکودر خطی خازنی با ویژگی اشل متحرک (لغزنده) نامقید معرفی می شود. عناصر اصلی این انکودر جدید از فیبرهای مدار چاپی تشکیل شده است، بنابراین می توان این انکودر را در فضاهای خیلی محدود و حتی بر روی سطوح منحنی نصب کرد. این انکودر شامل یک گیرنده نازک بلند و یک واسطه نازک کوتاه است که به ترتیب دارای الکترودهای چهار فاز و دو فاز هستند. واسطه به عنوان اشل متحرک و فرستنده و گیرنده به عنوان استاتور عمل می کنند. برای ایجاد اشل متحرک نامقید، انکودر از روش منحصر به فردی استفاده می کند به این ترتیب که تغذیه الکتریکی واسطه توسط القای الکترواستاتیکی تامین می شود. در این پژوهش یک مدار پردازش سیگنال جدید برای این انکودر طراحی و ساخته شد که دارای حجم کمی بوده بطوریکه امکان استفاده تجاری از این انکودر را فراهم می آورد.. این انکودر ساخته شده و عملکرد آن ارزیابی شد. نتایج آزمایشات نشان دادند که انکودر ساخته شده دارای حداکثر خطایی برابر با 20±0 میکرومتر است.
    کلیدواژگان: انکودر خازنی، انکودر افزایشی، انکودر خطی، لغزنده بی سیم
  • جواد اکبردوست*، سید محمدحسین مهاجرانی، علیرضا ترابی صفحات 161-172
    هدف از این پژوهش، بررسی عددی مسیر گسترش ترک در قطعات شیاردار نوک گرد تحت بارگذاری مرکب کششی – برشی می باشد. برای این منظور از دو روش المان محدود توسعه یافته و روشی موسوم به روش گام به گام استفاده می گردد. در روش اول، شکست از نوک شیار بر اساس مدل ناحیه چسبناک شروع و رشد می کند. در این راستا، یک رابطه خطی برای تابع نرم شوندگی در نظر گرفته شده است و پارامترهای آن با استفاده از روابط علم مکانیک شکست برای قطعات ترکدار محاسبه می گردد. در روش دوم که یک روش مرحله ای و گام به گام است،زاویه شروع شکست در هر مرحله متناسب با معیار حداکثر تنش محیطی محاسبه می شود و ترکی در این راستا به قطعه اضافه می گردد. نتایج حاصل از تخمین مسیر رشد شکست توسط این دو روش، با نتایج حاصل از نمونه های آزمایشگاهی گرافیت مورد ارزیابی و مقایسه قرار می گیرند. نتایج ارزیابی ها نشان می دهد که اولا هر دو روش قادر به تخمین مناسب از مسیر گسترش ترک در قطعات گرافیتی هستند. ثانیا، روش گام به گام که متکی بر مفاهیم معیار بیشینه تنش محیطی است، می تواند تخمین دقیق تری از زاویه شروع شکست نسبت به روش المان محدود توسعه یافته ارائه کند.
    کلیدواژگان: مسیر گسترش ترک، شیار Vشکل نوک گرد، زاویه شروع شکست، روش المان محدود توسعه یافته، روش گام به گام
  • علیرضا جمارانی، مهدی معرفت*، مجید اسحق نیموری صفحات 173-184
    در مطالعه حاضر، انتقال حرارت درون یک مبدل حرارتی دولوله ای آکنده از ماده متخلخل فلزی بررسی شده است. بر خلاف اکثر مطالعات پیشین موجود در این زمینه، جریان سیال درون لوله های مبدل حرارتی مغشوش در نظر گرفته شده است که با شرایط عملکردی واقعی این مبدل ها در صنعت تطابق بیشتری دارد. معادلات جریان سیال و انتقال حرارت با استفاده از روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم سیمپل بر روی یک شبکه هم مکان گسسته شده اند. معادلات گسسته شده با نوشتن یک برنامه عددی در زبان فرترن حل گردیده و و تاثیر مشخصات ماده متخلخل و رینولدز جریان سیال بر روی انتقال حرارت در مبدل حرارتی دولوله ای مورد بررسی قرار می گیرد. بر اساس نتایج و با بررسی مقدار تخلخل در محدوده ی 0.8 تا 0.95، قطر حفره ماده متخلخل از 1 تا 6 میلی متر و جنس های مختلف ماده متخلخل مشاهده می شود که کاهش مقدار تخلخل، افزایش قطر حفره و استفاده ماده متخلخل از جنس مس (با ضریب هدایت حرارتی بالا)، انتقال حرارت را افزایش می دهد. در بهترین حالت ضریب انتقال حرارت کلی مبدل حرارتی دولوله ای تا 7 برابر بهبود می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد با تغییر عدد رینولدز جریان مغشوش از 10000 تا 80000 نسبت بهبود انتقال حرارت در مبدل حرارتی تغییر چندانی ندارد. معیار ارزیابی عملکرد که اثرات همزمان افت توان پمپ و توان حرارتی را بررسی می کند نیز نشان می دهد که سهم اتلاف توان پمپ در اثر استفاده از ماده متخلخل بالاست و برای کاهش آن می توان قطر حفره ماده متخلخل را افزایش داد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، جریان مغشوش، ماده متخلخل، مبدل حرارتی دولوله ای، معیار ارزیابی عملکرد
  • محسن حاجی نژاد سرخی، سید جمال حسینی پور *، حامد جمشیدی اول صفحات 185-192
    با توجه به شکل پذیری پایین آلیاژهای آلومینیم در دمای محیط، شکل دهی این آلیاژها در دمای بالا انجام می شود. تحقیقات نشان داده است که نتایج حاصل از آزمون کشش ساده در دمای بالا در پیش بینی رفتار ماده در شکل دهی لوله های آلومینیمی در دمای بالا از دقت کافی برخوردار نمی باشد. لذا تعیین خواص مکانیکی این لوله ها در دمای بالا از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این پژوهش ابتدا شکل پذیری لوله های آلیاژ آلومینیوم 6063 بکمک آزمون برآمدگی آزاد در محدوده دمایی430 ̊C تا600 ̊C بررسی شده و سپس خواص مکانیکی آن شامل تنش جریان، ضریب حساسیت به نرخ کرنش و نیز ضریب استحکام به کمک آزمون چند-برآمدگی در محدوده دمایی530 ̊C تا 580 ̊C بدست آمده است. برای این منظور از فرایند شکل دهی داغ با دمش گاز استفاده شده و تاثیر پارامترهای مهم فرایند مانند دما، فشار و زمان بر نسبت انبساط، و ارتفاع برآمدگی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که بیشترین نسبت انبساط 58% در دمای580 ̊C بدست می آید. با افزایش درجه حرارت از 430 ̊C به600 ̊C فشار ترک از 1.9 مگاپاسکال به 0.6 مگاپاسکال کاهش می یابد. با افزایش زمان اعمال فشار، ارتفاع برآمدگی افزایش می یابد. همچنین با افزایش دما، تنش جریان و ضریب استحکام کاهش یافته و ضریب حساسیت به نرخ کرنش افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکل دهی داغ با دمش گاز، آزمون برآمدگی آزاد، آزمون چند، برآمدگی لوله، آلیاژ آلومینیوم 6063
  • میثاق کرمان ساروی، محمدحسین پل*، محمدحسن ستاری صفحات 193-201
    در این مقاله تاثیر افزودن نانولوله های کربنی بر کشش و چقرمگی شکست بین لایه ای مود اول کامپوزیت شیشه/اپوکسی، مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. به این منظور، نمونه های آزمایش مود اول شکست نانوکامپوزیت هیبریدی با زمینه اپوکسی که 18 لایه الیاف شیشه بافته شده دارند، به روش لایه چینی دستی تولید شدند. اپوکسی در این سیستم، ایپون 828 می باشد، از اف205 به عنوان سخت کننده، استفاده شده است. همچنین از نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNTs) اصلاح شده با هیدرواکسید (-COOH) به عنوان تقویت کننده با درصدهای وزنی 0، 0.1، 0.5 و 1 نسبت به وزن کل زمینه استفاده گردید. علاوه بر آن نمونه های کشش نانورزین و نانوکامپوزیت هیبریدی ساخته شد. با بررسی نتایج آزمون کشش رزین مشاهده شد بیشترین تغییر در مدول یانگ، استحکام نهایی و چقرمگی شکست نانورزین مربوط به نمونه 0.5 درصد وزنی می-باشد که به ترتیب با افزایش 31.2، 21.4 و 16.66 درصد نسبت به نمونه خالص همراه می باشد. همچنین بیشترین تغییر چقرمگی شکست، استحکام نهایی کششی و کرنش شکست نانوکامپوزیت های هیبریدی در 0.5 درصد وزنی می باشد که به ترتیب 12.6 ، 3.7 و 9.8 درصد نسبت به نمونه خالص افزایش می یابد. نتایج آزمون مود اول شکست بین لایه ای حاکی از آن بود که بیشترین تغییر نیرو (در نمودار نیرو-جابجایی مود اول شکست بین لایه ای) و انرژی (شکست بین لایه ای مود اول در گسترش ترک) مربوط به نانوکامپوزیت 0.5 درصد بوده که نسبت به کامپوزیت خالص 24.4 و 24.15 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکست بین لایه ای مود 1، کامپوزیت چند لایه، نانولوله های کربن
  • حامد خضرزاده* صفحات 202-210
    بررسی های صورت گرفته بر روی ریزساختار برخی از مواد پرکاربرد در مهندسی بیانگر این امر هستند که ریزساختار برخی از این مواد در مقیاسهای مختلف طول از الگوهای یکسانی پیروی می کنند. با توجه به اینکه الگوهای اشاره شده در مقیاسهای مختلف تکرار می شوند می توان کل ریزساختار ماده را بصورت مجموعه ای از زیرساختارهای متناوب درنظر گرفت. روش همگن سازی با فرض ریزساختار متناوب یکی از روش های پرکاربرد در شبیه سازی رفتار مکانیکی مواد کامپوزیت بادرنظر گرفتن هندسه توزیع الیاف می باشد. در این تحقیق روش همگن سازی برای مواد با ریزساختار متناوب تعمیم داده شده است. در تعمیم این روش اثرات ریزساختار در مقیاسهای مختلف در یک فرایند همگن سازی چند مرحله ای درنظر گرفته شده است. در هریک از مراحل همگن سازی هندسه مبتنی بر واقعیت ریزساختار ماده جهت تعیین خواص سلول مربوطه ایجاد شده و ویژگی های مکانیکی آن محاسبه می گردند. با استفاده از این روش تاثیر اندازه و درصد حجمی هرکدام از ذرات فاز مسلح کننده و همچنین اثرات برهم کنش بین ذرات در داخل ریزساختار درنظر گرفته می شود. نتایج حاصل از تئوری ارائه شده با نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی بر روی کامپوزیتهای مسلح شده با ذرات مقایسه شده است. براساس نتایج این مقایسه تطابق مناسبی بین نتایج بدست آمده ار تئوری فوق با داده های آزمایشگاهی وجود دارد.
    کلیدواژگان: کامپوزیتهای دانه ای، همگن سازی، میکرومکانیک، خواص مکانیکی، سلول واحد
  • محمد مهدی حیدری *، نورالدین قدیری معصوم، مصطفی رضواندوست صفحات 211-222
    آن چه در این مقاله آمده، تلاشی برای ارائه یک روند مشخص جهت طراحی و ساخت مولد گاز پیشرانه جامد است. با استفاده از این روش طراحی،یک مولد گاز به منظور تولید گاز مورد نیاز عملگر گازی سطح کنترل یک پرنده هدایت پذیر طراحی شده که نتایج آن نیز در این مقاله ارائه شده است. تامین جریان گاز با فشار لازم جهت انجام ماموریت و دبی یکنواخت با مشخصات شیمیایی مناسب در یک مدت زمان تعریف شده، از الزامات طراحی پیش رو می باشد. پس از تعیین پارامترهای لازم از قبیل میزان دبی و فشار مورد نیاز، محاسبات مربوط به طراحی با توجه به روند ارائه شده انجام گردید. به منظور ارزیابی نتایج طراحی، یک مجموعه مولد گاز آزمایشگاهی در مقیاس اصلی ساخته شد. از آن جایی که این پژوهش شامل دست یابی به یک ترکیب مناسب پیشرانه جهت استفاده در مولد گاز هم می شد، برای تعیین تجربی مشخصه های پیشرانه از یک موتور آزمایشگاهی جهت انجام آزمایش های تجربی استفاده گردید. با انجام آزمایش ها و مقایسه نتایج با داده های به دست آمده از طراحی، تطابق خوبی میان آن ها مشاهده شد. همچنین، با انجام چندین آزمایش مشخص گردید اکسیدکننده PSAN به همراه بایندر HTPB و کاتالیزور اکسید کروم ترکیب مناسبی برای یک مولد گاز پیشرانه جامد می باشد. در نهایت تامین الزامات اساسی متصور برای یک مولد گاز پیشرانه جامد مانند دبی یکنواخت، دمای نسبی پایین و داشتن کم ترین فاز جامد حاصل از پیشرانه، مویدی بر صحت روند طراحی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: مولد گاز، پیشرانه جامد، عملگر گازی، سطح کنترل، طراحی
  • حامد حسن پور، امیر راستی، محمدحسین صادقی*، جواد هاشمی خسروشاهی صفحات 223-231
    سطح جانبی ابزار به علت تماس مستقیم با سطح ماشین کاری شده می تواند اثرات نامطلوبی روی سلامت سطح قطعه کار در فرزکاری سرعت بالا داشته باشد. به همین منظور، در این پژوهش اثر پهنای سایش ابزار روی مشخصه های اصلی سلامت سطح شامل؛ زبری، بافت، میکروسختی و نیز مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی سطح در فرایند فرزکاری سرعت بالا بررسی شده است. آزمایش ها توسط 12 ابزار با سایش جانبی صفر، 0.2، 0.4 و 0.6 میلی متر با سه بار تکرار روی فولاد آلیاژی 4340 با سختی 425 ویکرز و در شرایط برشی ثابت انجام گرفت. نتایج نشان داد که تا سایش جانبی ابزار 0.4 میلی متر، زبری سطح و میکروسختی سیر صعودی یکنواختی را تجربه می کنند (افزایش زبری سطح تا 95% و میکروسختی سطح تا 6.3% نسبت به ابزار نو). اما استفاده از ابزاری با سایش جانبی 0.6 میلی متر، مقادیر زبری سطح و میکروسختی را به ترتیب تا 484% و 18.6% نسبت به ابزار نو افزایش می دهد. تصاویر بافت سطح نیز نشان داد که استفاده از ابزار با سایش جانبی 0.6 میلی متر، باعث جریان غیریکنواخت ماده روی سطح می شود. استفاده از ابزاری با سایش جانبی 0.4 میلی متر و کمتر از آن، تاثیر ناچیزی بر توزیع میکروسختی در عمق قطعه داشت. همچنین مقادیر طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی سطوح فرزکاری شده نشان داد که استفاده از ابزارهای 0.4 و 0.6 میلیمتر ساییده شده به ترتیب باعث افت مقادیر Rcorr به مقدار 22% و 83% نسبت به نمونه فرزکاری شده با ابزار نو می گردند. این امر نشان از مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی پایین سطح فرزکاری شده با ابزار 0.6 میلیمتر ساییده شده دارد.
    کلیدواژگان: فرزکاری سرعت بالا، زبری سطح، میکروسختی، مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی
  • احمدرضا حقیقی*، ثریا اسدی چلک صفحات 232-238
    در مقاله حاضر یک مدل ریاضی برای جریان خون پالسی و ناپایا در طول رگ گرفته شده مخروطی با گرفتگی متوالی ارائه شده است. جریان خون به صورت غیرخطی، تراکم ناپذیر و کاملا گسترش یافته فرض شده است. برای مدلسازی رئولوژی خون، در ساختار معادلات از مدل غیرنیوتنی سیسکو استفاده شده است. به منظور شبیه سازی هر چه بیشتر شرایط واقعی، رگ مفروض به صورت الاستیک و هندسه مفروض وابسته به زمان فرض می شود. به دلیل تولید گرادیان فشار ضربانی خون توسط قلب، جریان خون به صورت پالسی در نظر گرفته شده است. تبدیل مختصات مناسب بر روی شرایط مرزی، شرایط اولیه و معادلات حاکم بر جریان اعمال شده است، تا رگ کسینوسی شکل به رگ مستطیل شکل تبدیل شود. با استفاده از روش تفاضل محدود، فرم گسسته سازی شده شرایط مرزی، شرایط اولیه و معادلات مربوط ارائه شده است. پروفیل سرعت برای جریان خون بدست آمده است. مشخصه های دینامیکی جریان خون از جمله دبی حجمی و مقاومت در برابر جریان از روی پروفیل سرعت حاصل شده است و در مورد تاثیر میزان و زاویه گرفتگی بر روی آن ها بحث شده است. دبی حجمی کمترین مقدار و مقاومت بیشترین مقدار را در گرفتگی های منبسط شونده دارند.
    کلیدواژگان: سیال سیسکو، روش تفاضل محدود، جریان خون پالسی، گرفتگی متوالی
  • مریم معین الدینی، سید عبدالرضا گنجعلیخان نسب* صفحات 239-250
    در مطالعه حاضر، جریان آرام جابجایی ترکیبی در حضور گاز تشعشعی در یک محفظه شیبدار دو بعدی با در مرزی متحرک به صورت عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. سیال عامل همانند یک محیط خاکستری با توانایی جذب، صدور و پخش تشعشع رفتار می کند. معادلات حاکم شامل معادله پیوستگی، مومنتوم و انرژی توسط روش حجم محدود گسسته می شوند و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل می گردند. برای محاسبه جمله تشعشع در معادله انرژی، معادله انتقال تشعشع به صورت عددی و با استفاده از روش راستاهای مجزا، حل شده و توزیع شار تشعشعی داخل جریان گاز محاسبه می شود. اثر تغییر در سرعت در مرزی متحرک، بر رفتار ترموهیدرودینامیکی یک محفظه دو بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل به صورت رسم خطوط جریان، خطوط دما ثابت، توزیع عدد ناسلت جابجایی و کل بر روی دیوار پایین محفظه گزارش شده اند. نتایج، نشان می دهد که افزایش عدد رینولدز، منجر به توزیع دمای نسبتا یکنواختی در گستره وسیعی از محفظه خواهد شد که در زوایای شیب 30 و 60 درجه، یکنواختی توزیع دما بیشتر است که در پی آن کاهش انتقال حرارت از سطوح محفظه عاید می شود.
    کلیدواژگان: جریان جابجایی ترکیبی آرام، محفظه با در مرزی متحرک، زاویه شیب، تشعشع، روش راستاهای مجزا
  • محمدرضا نجاری، محمدرضا حیدری* صفحات 251-262
    کنترل بردار تراست یکی از روش های کنترل موقعیت موشک هایی است که به کمک تراست ناشی از خروج گاز حرکت می کنند. همه روش های کنترل بردار تراست مستقل از نیروهای آیرودینامیکی اتمسفر هستند و تا زمانی که موتور دارای تراست باشد کارایی خود را حفظ می کنند. سیستم های پاشش ثانویه یکی از چهار روش عمده کنترل بردار تراست می باشد. این پژوهش ابتدا به شناسایی اجزاء و طراحی مفهومی کل سیستم و طراحی اولیه منیفولد یک نوع سامانه کنترل بردار تراست به روش پاشش مایع درون نازل می پردازد. سپس به نحوه جانمایی اجزاء بر روی نازل و همچنین طراحی دقیق تر برخی از اجزاء همچون انژکتور و مخازن این سیستم پرداخته می شود. در ادامه به شبیه سازی عددی جریان و نیز طراحی و بررسی پاشنده ها در سیستم کنترل بردار تراست به روش پاشش مایع درون نازل، پرداخته شده است. همچنین طراحی و شبیه سازی عددی در دو بخش سیستم پاشش و اثرات پاشش انژکتورها به داخل جریان اصلی مورد تحلیل قرارگرفته و نتایج آن ارائه و اعتبارسنجی گردیده است. از دستاورد این تحقیق می توان به عنوان الگویی برای طراحی و تحلیل انواع سامانه های کنترل بردار تراست به روش پاشش سیال جانبی، بر روی انواع موشک ها با نازل های متفاوت، استفاده نمود.
    کلیدواژگان: طراحی سیستم، کنترل بردار تراست، پاشش مایع، شبیه سازی عددی جریان، منیفولد
  • علیرضا نعمانی، وحید دهقان نیستانک، مسعود عسگری* صفحات 263-272
    شبیه سازی دریچه آئورت به دلیل ساختار آناتومیک پیچیده و خواص مکانیکی غیرخطی و شرایط بارگذاری وابسته به زمان از جمله مسائل مهم مورد توجه مدلسازی در حیطه بیومکانیک است. از طرف دیگر شبیه سازی مناسب عملکرد این دریچه در مطالعه رفتار، تشخیص بیماری و ترمیم احتمالی آن نقش به سزایی دارد. هدف اصلی این مطالعه یکسو سازی ویژگی های مهم فیزیولوژیکی و شبیه سازی ساختاری واقعی دریچه آئورت قلب صورت می باشد. برای این منظور یک مدل هندسه بدون فشار مناسب با استفاده از داده آناتومیک توسعه یافته و شبیه سازی اجزای محدود صریح دینامیکی از دریچه طبیعی آئورت انسان با در نظر گرفتن رفتار ماده به دو صورت الاستیک خطی و هایپرالاستیک غیر خطی برای لیف لت ها و بافت دریچه مورد بررسی قرار گرفته که شرایط بارگذاری آن از حالت بدون فشار آغاز شده است. مشاهده شد که اگرچه الگوی تنش کرنش مشابهی در دو مدل خطی و غیر خطی بر روی دریچه آئورت در طول سیکل قلبی ایجاد می شود اما طبیعت هایپرالاستیک بافت دریچه در توزیع مناسب تر تنش و کاهش کرنش تاثیر به سزایی در دینامیک حرکت دریچه از حالت سیستولیک به دیاستولیک دارد. همچنین مقادیر تغییر شکل مربوط به دیواره دریچه آئورت در دو مدل خطی و غیر خطی نسبت به تغییر شکل لیف لت ها بسیار متفاوت بوده و اهمیت مدل سازی هایپرالاستیک را برای بافت دریچه نمایان می کند. اثر تجربه محیط یا مانورهای با شتاب زیاد بر رفتار دینامیکی دریچه نیز بررسی شده است.
    کلیدواژگان: دریچه آئورت، اجزای محدود، مدل بدون فشار، بیومکانیک قلبی عروقی، مدل سازی ساختاری هایپرالاستیک
  • برهان بیگ زاده* صفحات 273-284
    مساله جابجایی دینامیکی اشیاء و مساله راه رفتن رباتهای دوپا، هرچند به نظر می رسد که در نگاه اول کاملا متفاوت باشند، ولی در واقع می توان نشان داد که ارتباط های بسیار عمیقی بین این دو نوع سیستم رباتیکی وجود دارد. در این مقاله به بررسی ارتباط بین مساله جابجایی دینامیکی اشیاء و مساله راه رفتن ربات های دوپا در کلیه سطوح غیرفعال، نیمه فعال و فعال پرداخته می-شود. در این راستا مساله ای مجازی تحت عنوان «مساله راه رفتن ربات معلول» تعریف می گردد و بر اساس آن نحوه ارتباط بین این دو سیستم تشریح می گردد. با این دیدگاه، راه رفتن ربات های دوپا نوعی ویژه از مساله جابجایی دینامیکی اشیاء چندلینکی است که در آن، شیئی با ساختاری درست شبیه به ساختار ربات دوپا بوسیله بازوهای مکانیکی صفردرجه ی آزادی (که دیگر وجود خارجی ندارند) جابجا می شود. به عبارتی می توان گفت که زمین، ربات دوپا را به عنوان شیئی چندلینکی جابجا می کند. برای هر سه حوزه غیرفعال، نیمه فعال و فعال، با ذکر مثال هایی نشان داده می شود که می توان از تعریف یک مساله مادر (جابجایی دینامیکی اشیاء چندلینکی) به توسعه مساله راه رفتن ربات دوپای نظیر در همان حوزه دست پیدا کرد. نشان داده می شود که کلیه جزییات مساله راه رفتن، از جمله مسایل مربوط به پایداری، قابل استنتاج از مساله مادر (جابجایی دینامیکی اشیاء چندلینکی) هستند.
    کلیدواژگان: راه رفتن ربات های دوپا، جابجایی دینامیکی اشیا، ربات معلول
  • سهیل نخودچی*، حسین ابراهیمی صفحات 285-294
    پوشش های سد حرارتی به عنوان محافظ حرارتی در قطعاتی که در شرایط کاری دمای بالا کار می کنند، استفاده می شوند. این پوشش ها عموما شامل سه لایه ی به ترتیب پوشش فوقانی سرامیکی، لایه ی اکسید رشدکننده و لایه ی پوشش پیوندی می باشند. با توجه به فرآیند ساخت و ساختار ویژه پوشش های سد حرارتی این پوشش ها، متاثر از بارگذاری های روی قطعه پوشش داده شده می باشد. در این مقاله واماندگی این پوشش ها تحت بارگذاری خستگی حرارتی به روش عددی و تجربی بررسی شده است. نمونه ای از جنس اینکونل 617 که به روش پاشش هوا-پلاسما پوشش دهی شده و با استفاده از یک دستگاه تست با قابلیت اعمال بار خمشی چهارنقطه ای معلوم، تحت آزمایش خستگی حرارتی با دمای بیشینه ی سیکل oC 1170 به همراه بار خمشی مکانیکی ثابت Nmm 7500 قرار گرفته است. آزمایش خستگی حرارتی تا ریزش پوشش ها ادامه داشته که در حین انجام آزمایش ها دمای روی سطوح نمونه اندازه گیری شده است. مدلسازی اجزا محدود با نرم افزار آباکوس برای شبیه سازی شرایط بارگذاری حرارتی و مکانیکی آزمایش، انجام شده و از خواص ناحیه ی چسبنده برای مدلسازی جدایش پوشش فوقانی و واماندگی پوشش استفاده شده است. در انتها با انجام سعی و خطا در مقادیر خواص چسبنده نتایج اجزا محدود بر نتایج آزمایش منطبق شده و خواص چسبندگی بین سطحی برای این پوشش ها براین اساس تخمین زده شد.
    کلیدواژگان: پوشش های سدحرارتی، مکانیزم های تخریب، آزمایش خستگی حرارتی، مکانیکی، مدل ناحیه ی چسبنده
  • رضا رجبیه فرد، ابوالفضل درویزه*، مجید علی طاولی، رضا انصاری، المیرا مقدوری صفحات 295-304
    مقاله حاضر به بررسی تجربی و عددی فرآیند وارونگی داخلی پوسته های استوانه ای فلزی تحت بارگذاری محوری دینامیکی می پردازد. تست های تجربی بر روی پوسته هایی از جنس فولاد در دستگاه پرتابگر گازی انجام شده و با استفاده از سیستم اندازه گیری بارهای ضربه ای، نیروی لازم برای وارونگی داخلی بدست آورده می شود. همچنین تحلیل عددی نیز با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس انجام گرفته و دقت این مدل ها با نتایج تجربی سنجیده شده است. در این مقاله پارامترهای هندسی قالب و پوسته ها ثابت در نظر گرفته شده و تاثیر سرعت و جرم پرتابه بر میزان کوتاه شدگی و جذب انرژی پوسته هایی که در فرآیند وارونگی داخلی تحت ضربه محوری قرار گرفته-اند، مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور پرتابه با سرعت ها و جرم های مختلف به سمت نمونه پرتاب می شود. مشاهده می شود که در صورت ثابت ماندن جرم پرتابه، افزایش سرعت تاثیر چندانی بر نیروی ثابت وارونگی نداشته و تنها میزان جابه جایی پوسته را افزایش می دهد اما اگر سرعت پرتابه ثابت بماند، افزایش جرم پرتابه علاوه بر افزایش جابه جایی پوسته، منجر به افزایش نیروی ثابت وارونگی می گردد. مقایسه نتایج بدست آمده از تست های آزمایشگاهی و شبیه سازی های عددی، تطابق خوبی را بین آن ها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: وارونگی داخلی، ضربه محوری، دستگاه پرتابگر گازی، پوسته های استوانه ای
  • رامین شعبانی، فرهنگ هنرور* صفحات 305-310
    آزمون فراصوتی یک روش غیر مخرب پرکاربرد برای تعیین خواص مکانیکی و متالورژیکی مواد است. در این روش، سرعت و یا ضریب استهلاک امواج فراصوتی اندازه گیری می شوند و دقت اندازه گیری آنها بسیار مهم است. در این مقاله، تغییرات سرعت امواج فراصوتی طولی حجمی در حضور یک گرادیان حرارتی و با فرض توزیع دمای خطی به دو روش تئوری و عددی بر اساس یک مدل دو بعدی مورد بررسی قرار می گیرد. اثر گرادیان دما و دو پارامتر طول قطعه و دمای سطح گرم قطعه به عنوان پارامترهای تعیین کننده ی اثر گرادیان درجه حرارت بر روی سرعت موج فراصوتی مورد مطالعه قرار می گیرد. جهت انجام مطالعات تئوری، معادله ای جدید برای اولین بار برای این مسئله ارائه می شود. جنس قطعه مورد مطالعه فولاد st37 است. جهت ارزیابی معادله ی بدست آمده ابتدا دماهای دو سطح بالایی و پایینی قطعه ثابت فرض می شود و اثر تغییرات طول قطعه در بازه m 0.1-0.05 بر روی سرعت امواج فراصوتی بررسی می شود. سپس اثر تغییرات دمای قسمت گرم قطعه با فرض ثابت بودن طول قطعه و دمای سطح بالایی، در محدوده دمایی K 998- 398 بررسی می شود. مدل سازی عددی این مسئله در نرم افزار اجزای محدود ANSYS انجام شده است. نتایج حاصل از مدل تئوری با نتایج حاصل از مدل عددی اجزا محدود مقایسه و تطابق بسیار خوبی بین آنها مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: موج فراصوتی طولی، گرادیان حرارتی، روش تئوری، روش اجزا محدود
  • مقداد خزایی، احمد بناکار *، برات قبادیان، مصطفی میرسلیم، سعید مینایی، سید محمد جعفری، پیمان شرقی صفحات 311-318
    در این پژوهش برای نخستین بار به معرفی روشی هوشمند جهت تخمین عمر مفید باقیمانده تسمه زمانبندی یک موتور درونسوز بر اساس سیگنال های ارتعاشی آن پرداخته شده است. بدین منظور آزمون دوام شتاب دار تسمه زمانبندی بر اساس دما و پیش کشش بیشتر معرفی و انجام شد. سپس آزمون دوام آغاز و سیگنال های ارتعاشی تسمه زمانبندی از حالت سالم تا خرابی توسط یک حسگر لیزری فاصله سنج ارتعاشی ثبت شد. سه تابع ویژگی به نام های انرژی، انحراف از معیار و کورتوسیس از سیگنال های ارتعاشی در حالات سالم و خرابی استخراج گردید و بدین ترتیب حد آستانه بروز عیب در تسمه زمانبندی نیز تعریف شد. از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) جهت پایش و تخمین رفتار ارتعاشی سیگنال های ارتعاشی تسمه زمانبندی استفاده شد. در نهایت شبکه عصبی مصنوعی بر پایه ویژگی های انرژی، انحراف از معیار و کورتوسیس سیگنال های ارتعاشی به ترتیب توانست با دقت میانگین 98%، 98% و 97% به تخمین عمر مفید باقیمانده تسمه زمانبندی موتور درونسوز بپردازد. ضریب همبستگی (R2) تخمین سری-های زمانی ارتعاشی تسمه زمانبندی توسط شبکه عصبی و بر پایه ویژگی های انرژی، انحراف از معیار و کورتوسیس سیگنال های ارتعاشی نیز به ترتیب 0.87، 0.91 و 0.87 به دست آمد. همچنین میزان موثر سیگنال خطای (RMSE) شبکه عصبی بر پایه ویژگی های انرژی، انحراف از معیار و کورتوسیس سیگنال های ارتعاشی به ترتیب 3.6%، 5.4% و 5.6 % درصد به دست آمد.
    کلیدواژگان: تسمه زمانبندی، عمر مفید باقیمانده، آزمون دوام شتابدار، سیگنال ارتعاش، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)
  • امیر رضا میان درهویی، خلیل خلیلی* صفحات 319-330
    یکی از مهمترین مسائل مورد بررسی در زمینه ی مهندسی معکوس، شناسایی بهترین رویه برای تقریب زدن داده های ابر نفاط است. رویه ی جاروبی یکی از انواع رویه های رویه دار است که علاوه بر کاربردهای فراوان در نرم افزارهای طراحی و ساخت به کمک کامپیوتر، تمامی شرایط لازم برای استفاده در نرم افزارهای مهندسی معکوس را نیز دارد. مهمترین مشکل جهت استفاده از رویه های جاروبی برای کاربردهای مهندسی معکوس، شناسایی نواحی متعلق به آن از میان داده های ابر نقاط است. در الگوریتم ارائه شده در این مقاله روشی برای شناسایی این نواحی به صورت خودکار ارائه شده است. این در حالی است که در اکثر پژوهش های قبلی شناسایی ناحیه ی مربوط به رویه ی جاروبی توسط کاربر انجام می شود. در این مقاله با استفاده از فرمول بندی رویه های سینماتیک و مفهوم حرکت های لغزش پذیر، روشی کلی برای شناسایی رویه های جاروبی با منحنی مرکزی و پروفایل دلخواه ارائه شده است. برای این منظور، در ابتدا داده های ابر نقاط با توجه به معیار حرکت لغزشی با استفاده از الگوریتم تکرارپذیر ناحیه بندی می شوند و سپس با ارائه الگوریتمی موثر و با استفاده از مفهوم دسته بندی سلسله مراتبی و تشکیل گراف دوگان، بخش های مربوط به رویه ی جاروبی شناسایی می شود. روش پیشنهادی جهت اعتبار سنجی بر روی مدل هایی با شرایط مختلف پیاده سازی شده است. مشاهده می گردد که نتایج بدست آمده با شرایط واقعی مدل تطابق خوبی دارند که این امر نشان دهنده ی کارآیی این روش در شناسایی رویه ی جاروبی است.
    کلیدواژگان: مهندسی معکوس، رویه ی جاروبی، الگوریتم ناحیه بندی تکرارپذیر، رویه ی سینماتیک، رویه های لغزش پذیر
  • علی مظفری*، فوزیه مروت، جعفر روشنی یان، هادی زارع صفحات 331-341
    طراحی بهینه سازه های ساندویچی کامپوزیتی مورد استفاده در فیرینگ ماهواره بر با استفاده از الگوریتم ترکیبی بررسی و ارائه می شود. از آنجایی که مدرنترین فیرینگ ها از لایه های ساندویچی کامپوزیتی ساخته می شوند، در این پژوهش ساختار سازه فیرینگ بر اساس پوسته ساندویچی کامپوزیتی با هسته انعطاف پذیرتحلیل شده است. از طرفی ساختار فیرینگ از نظر هندسی از دو بخش مخروطی و استوانه ای تشکیل می شود. برای این منظور، در فاز اول، تحلیل کمانش سازه مخروطی ساندویچی کامپوزیتی با استفاده از تئوری های مرتبه بالا انجام گرفت و معادلات بدست آمده برای بخش استوانه ای، با صفرکردن نیم زاویه راس مخروط بدست می آید. در فاز دوم، سازه استخراج شده با استفاده از الگوریتم ترکیبی مورد بهینه سازی قرار گرفت. بواسطه تعدد و پیچیدگی متغیرهای طراحی در سازه های ساندویچی کامپوزیتی، فرایند طراحی مهندسی به مشکلات و سختی هایی در مسائل بهینه سازی طراحی منجر می شود. از آنجایی که مهمترین دیسیپلین انتخابی برای بهبود مشخصه های جرم ماهواره بر، دیسیپلین سازه است، لذا با تکیه بر بهینه سازی سازه، پس از انجام فرآیند بهینه سازی در نهایت به کاهش جرم قابل ملاحظه ای ناشی از تغییر جنس و بهینه سازی بطور همزمان، حدود 40 درصد نسبت به فیرینگ مورد استفاده (فیرینگ سفیر) در این پژوهش دست یافته شد.
    کلیدواژگان: سازه ساندویچی کامپوزیتی، فیرینگ، ماهواره بر، بهینه سازی، الگوریتم ترکیبی
  • رسول شاهسون مارکده، حجت قاسمی* صفحات 342-352
    در این مقاله تبخیر قطره بیودیزل تحت شرایط کاری مختلف به صورت عددی مطالعه شده است. مدلی رایج برای تبخیر قطره سوختهای چندجزئی استفاده گردیده است. در این مدل معادلات شبه پایای فاز گاز به شکل تحلیلی و معادلات انرژی و انتقال گونه های شیمیایی فاز مایع به صورت عددی حل شده اند. زیر مدلها برای در نظر گرفتن اثر فشارهای زیاد اصلاح شده است. معادله حالت گاز واقعی پنگ-رابینسون به کار گرفته شده و تعادل فاز با به کارگیری مفهوم فوگاسیتی محاسبه شده است. همچنین اثر فشار بر خواص ترموفیزیکی و انتقالی فاز گاز در نظر گرفته شده است. پنج بیودیزل متداول که ترکیبهای متفاوتی از متیل استرها میباشند، بررسی شده اند. مشاهده شده است که تغییر در ترکیب بیودیزل تفاوت زیادی در عمر قطره ایجاد نمیکند و بیشترین تفاوت نزدیک به 20% میباشد. افزایش دمای محیط به کاهش عمر قطره و شدیدتر شدن گرادیان دمای درون قطره منجر میگردد. تاثیر فشار محیط بر تبخیر قطره در دماهای مختلف متفاوت میباشد. در دماهای کم، افزایش فشار به افزایش عمر قطره می-انجامد. در حالی که در دماهای زیاد، افزایش فشار ابتدا باعث بیشتر شدن عمر قطره و سپس کاهش آن میگردد. افزایش سرعت اولیه پاشش قطره نیز عمر قطره را کاهش می دهد. نتایج نشان می دهند که در فشارهای زیاد، دمای قطره به دمای بحرانی نزدیک شده و دقت مدل با تقریب فاز گاز شبه پایا کاهش می یابد. شعاع تاثیر بخار سوخت بر محیط با افزایش دما بزرگتر و با افزایش فشار کوچکتر میگردد.
    کلیدواژگان: مدلسازی، تبخیر، قطره، بیودیزل، فشار زیاد
  • امین نیکوبین*، امیر کمال صفحات 353-363
    مساله طراحی مسیر زمان بهینه برای مکانیزم های حلقه بسته تاکنون به روش غیر مستقیم حل نشده است. در این مقاله این مساله برای یک مکانیزم چهار لینکی در نظر گرفته می شود و حل آن بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه ارائه می گردد. به این منظور با استفاده از معادلات قیدی هولونومیک سیستم، مختصات های اضافی حذف می شود و معادلات دینامیکی مکانیزم بر حسب تنها یک مختصات تعمیم یافته استخراج می گردد. سپس با استفاده از اصل مینیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی با توجه به محدودیت گشتاور اعمالی موتور بدست می آید. معادلات بدست آمده یک مساله مقدار مرزی را تشکیل می دهند، که با حل این معادلات می توان به جواب بهینه دست یافت. با روش غیر مستقیم برخلاف روش های مستقیم که یک حل تقریبی نتیجه می دهند، می توان یک حل دقیق بدست آورد. اما مشکل اصلی در روش غیر مستقیم، حساس بودن حل به حدس اولیه می باشد. این مشکل برای مساله زمان بهینه که جواب نهایی شدیدا غیر خطی و به صورت بنگ بنگ می باشد، بسیار حاد تر می شود. برای رفع این مشکل الگوریتمی پیشنهاد شده است که مساله زمان بهینه را می توان با هر دقت خواسته شده ای محاسبه نمود و مساله تنها با یک حدس اولیه ساده صفر در شروع الگوریتم قابل حل است. از آنجا که در مسیر زمان بهینه تغییر ناگهانی کنترل رخ می دهد، مقدار جرک بسیار افزایش می یابد. برای رفع این مشکل الگوریتم دیگری جهت محاسبه زمان کمینه با جرک محدود، ارائه شده است. در نهایت، شبیه سازی های انجام گرفته کارایی روش پیشنهادی در محاسبه مسیر زمان بهینه را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مکانیزم چهار لینکی، طراحی مسیر زمان بهینه، کنترل بهینه، روش غیر مستقیم، جرک محدود
  • فرهاد ستوده، علی رجب پور، منصور خانکی* صفحات 364-370
    در این مطالعه روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای بررسی انتشار موج شوک در یک جامد مورد استفاده قرار می گیرد. جعبه شبیه سازی شامل 51840 اتم در دمای 5 کلوین است که اتم ها با پتانسیل دوجسمی با یکدیگر برهمکنش می کنند. موج شوک توسط حرکت یک پیستون با سرعت های متفاوت در جامد ایجاد می شود که سرعت موج شوک ایجاد شده در تطابق خوبی با نتایج تجربی و منحنی هوگونیت می باشد. پیستون از یک طرف جعبه شبیه سازی با سرعت های از 1.2 تا 1.3 برابر سرعت صوت در جامد آرگون در یک چگالی مشخص به نمونه برخورد می کند. برخی خواص ترمودینامیک نظیر چگالی، دما و فشار در طول انتشار موج شوک اندازه گیری می شوند. نشان داده می شود که این کمیت های ترمودینامیکی (چگالی، دما و فشار) به صورت قابل ملاحظه ای هنگامیکه موج شوک از جامد عبور می کند افزایش می یابند. همچنین نشان داده می شود که ایجاد کرنش اولیه در جامد به اندازه 6.5% باعث بهبود افزایش فشار ایجاد شده در جسم به اندازه 9% می گردد. نتایج بدست آمده می توانند در بهبود قدرت موج شوک با ارائه توصیفی میکروسکوپی از فرآیند کاربرد داشته باشند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیک مولکولی، موج شوک، کرنش اولیه
  • پیمان بهمنی، مهدی ادریسی*، سید حمید موسویان صفحات 371-382
    در این مقاله، روند طراحی یک کنترل کننده بهینه پایدار تطبیقی بر خط به منظور ردیابی مسیر بازوی ربات با استفاده روش تنظیم کننده خطی مربعی ارائه شده است. به طور کلی بکارگیری این روش در نهایت منجر به حل یک معادله دیفرانسیل ریکاتی می شود که در قالب متعارف خود در یک فرم معکوس با استفاده از شرایط نهایی به صورت خارج از خط حل می شود و در حالت خاص سیستم تغییر ناپذیر با زمان و زمان بی نهایت به معادله جبری ریکاتی تبدیل می شود. ولی در این مقاله معادله دیفرانسیل ریکاتی مورد نظر به عنوان یک تابع تطبیقی جهت کنترل ولتاژ موتور درنظر گرفته شده و به فرم رو به جلو با استفاده از شرایط اولیه بصورت برخط به منظور پاسخدهی مناسب به تغییرات محیط، حل می شود. در ضمن پایداری مجانبی خطای ردیابی این کنترل کننده با انتخاب یک تابع لیاپانف مناسب تضمین می گردد. از طرف دیگر، عدم قطعیت های پارامتری مانند تغییرات پارامتر جرم بازوی ربات و همچنین اغتشاشات خارجی محیط در مطالعات شبیه سازی ها در نظر گرفته شده است و بدین سبب مقاوم بودن طراحی نشان داده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها به منظور ردیابی سیگنال مرجع در حضور اغتشاشات خارجی و عدم قطعیت مدل نشان دهنده برتری کنترل کننده بهینه ولتاژ پیشنهادی و صرف کمتر توان سیگنال کنترلی مورد نیاز (ولتاژ موتور های بازوهای ربات) در مقایسه با توان مصرفی موتور های کنترل کننده های بهینه مشابه اعمال شده بر روی گشتاور موتورهای بازوهای ربات و همچنین روش های طراحی کلاسیک کنترل کننده، نظیر PID است.
    کلیدواژگان: ربات ماهر، حداقل سازی انرژی، کنترل ولتاژ موتور، تنظیم کننده خطی مربعی
  • محمود چهارطاقی*، بهراد علی زاده خارکشی صفحات 383-394
    در این مقاله یک سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرما برای استفاده از گرمای اتلافی پیل سوختی پلیمری پیشنهاد شده است، سیستم حاضر می تواند دارای کاربردهای ساختمانی باشد. این سیستم شامل پیل سوختی پلیمری؛ تانک ذخیره حرارتی؛ چیلر جذبی؛ تانک هیدروژن؛ کمپرسور هوا و پمپ می باشد، حرارت تولیدی در پیل سوختی توسط یک سیال عامل جذب شده است و قسمتی از این حرارت به ژنراتور چیلر جذبی برای تامین سرمایش و قسمت دیگر آن به تانک ذخیره حرارتی برای تامین گرمایش ساختمان داده شده است. مدل سازی این سیستم از چهار دیدگاه انرژی؛ اگزرژی؛ صرفه جویی سوخت و آلایندگی انجام شده است. پیل سوختی این سیستم تولید همزمان دارای توان الکتریکی 38.63 کیلووات و توان حرارتی 39.17 کیلووات است. راندمان پیل سوختی به تنهایی 37.21% محاسبه شده است، در حالیکه وقتی از تانک ذخیره حرارتی و چیلر جذبی برای بهره بردن از حرارت اتلافی پیل استفاده شود، راندمان انرژی به 68% می رسد. بیشترین بازگشت ناپذیری در پیل سوختی پلیمری رخ می دهد و بازگشت ناپذیری پیل 47.21 کیلووات است و بازگشت ناپذیری تولیدی در چیلر جذبی نیز 5.94 کیلووات محاسبه شده است. از لحاظ درصد کاهش مصرف سوخت و آلایندگی در مقایسه با سیتم های سنتی تامین انرژی ساختمان ها به ترتیب درصد کاهش مصرف سوخت 34% و درصد کاهش آلایندگی 25% بدست آمده است. همچنین محاسبات نشان داد که با افزایش فشار کاری پیل سوختی راندمان های انرژی و اگزرژی افزایش یافته است اما با افزایش فشار بالای چیلر جذبی و فشار کاری پیل ضریب عملکرد چیلر جذبی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان، پیل سوختی پلیمری، چیلر جذبی، راندمان، درصد کاهش مصرف سوخت
  • محمدرضا شبگرد *، بابک روشنگر زینه صفحات 395-400
    این مقاله تاثیر پارامترهای فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی را بر روی مقاومت به خستگی فولاد آلیاژی 16MnCr5 بصورت تجربی مورد بررسی قرار می دهد. فولاد 16MnCr5 در ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت سایشی بالایی دارند کاربرد دارد. به علت سختی بالای این فولاد یکی از فرآیندهای تولیدی که جهت شکل دهی این قطعات مورد استفاده قرار می گیرد، فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی می باشد. شدت جریان جرقه با مقادیر 8، 16 و 32آمپر و مدت زمان روشنی پالس با مقادیر 25، 100 و 400 میکروثانیه جهت انجام آزمایشها انتخاب شده است. آزمایشات به حالت عاملی کامل انجام پذیرفت و از تست خستگی مور جهت تعیین عمر خستگی استفاده گردید. نتایج نشان می دهد با افزایش شدت جریان جرقه و مدت زمان روشنی پالس مقاومت به خستگی کاهش می یابد. بیشترین مقاومت به خستگی در شدت جریان جرقه 8 آمپر و مدت زمان روشنی پالس 25 میکروثانیه و کمترین مقاومت به خستگی در شدت جریان جرقه 32 آمپر و مدت زمان روشنی پالس 400 میکروثانیه حاصل شد. مقاومت به خستگی نمونه ها به تراکم ترک های سطح و ضخامت منطقه متاثر از حرارت بستگی دارد. در قطعه کارهایی که مقاومت به خستگی پایین دارند، ترک ناشی از خستگی از چند نقطه مختلف از سطح مقطع قطعات آغاز می گردد. به نظر می رسد علت این پدیده زبری سطح بالا در نمونه ها باشد. همچنین مقاومت به خستگی نمونه ها با کمترین زبری سطح، حدود 3 تا 5 برابر بیشتر از مقاومت به خستگی نمونه با بیشترین زبری سطح بدست آمد.
    کلیدواژگان: خستگی، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، روشنی پالس، زبری سطح
|
  • Behnam Davoodi*, Mohammad Reza Eslami Pages 1-7
    Widespread use in the machining procedures in producing industrial pieces, optimization of this procedure is one of most subjects that attract researchers interest. Finite element analysis based techniques are available to simulate cutting processes. Success and reliability of numerical models are heavily dependent upon work material flow stress models in function of strain, strain rate and temperatures. One of the most accurate and most useful equations are presented, the fundamental equation Johnson-Cook is. The basic equations for modeling the behavior of each material, is needed to determine the equation coefficients.The model parameters are determined by fitting the data from both quasi-static compression tests at law strain rates and machining tests at high strain rates. After getting result from the equation, its accuracy being checked either in compression tests or in machining tests by simulation with Abaqus software and its results are compared with the results of machining tests. Studies show the correctness of the equation in determining the dynamic behavior of 5083 alloy is established. Therefore, this equation can be used for modeling the behavior of the selected alloy in other shaping processes, and can be used its results.
    Keywords: Machining, Finite Element Method, Dynamic Behavior, Johnson, Cook Equation
  • Seyed Meysam Khatoonabadi, Mahmoud Ashrafizaadeh* Pages 8-16
    In this research, the use of the exact difference method forcing scheme in the pseudo-potential multiphase model is suggested for the simulation of a droplet impact on a thin liquid film at a density ratio of 1000, and the effect of inertia, surface tension, and gravity forces are considered by means of their corresponding non-dimensional numbers (i.e. the Reynolds, Weber, and Bond numbers). For this reason, the Palabos open source software is modified by implementing the exact difference method in it. The results of our simulations in different Reynolds and Weber numbers show that the Weber number has a slight influence on the crown layer radius, meanwhile, the Reynolds number has a direct effect on the crown radius. The crown height is increased with an increase in the Reynolds and Weber numbers. Furthermore, the comparison between the pseudopotential model simulations and the free-energy model shows that crown shape is related on the surface tension in addition to the non- dimensional numbers and with a noticeable increase in surface tension the crown tip becomes bigger. The influence of the gravity force is investigated through the Bond number. According to the results, the crown height is noticeably affected by the Bond number. When the Bond number decreases, the crown radius and height increase. Therefore, the proposed model with the capability of being used for multiphase problems with large density ratios while producing a low spurious current could be utilized for a vast variety of other multiphase problems as well.
    Keywords: Droplet impact, Multiphase, Pseudo, potential, Crown layer
  • Sayed Mahmoud Hashemi, Ehsan Zamani*, Asghar Mahdian Pages 17-26
    Oil well perforators (OWP) are explosive devices that are used in drilling industries of oil and gas wells to access the reservoir and increase the wells efficiency. Oil well perforators performance is measured by the depth of penetration that can cause, for this reason depth as the main parameter must be examined. In this article, a complete report of numerical simulation and performance optimization of these devices, which are indeed small sizes shaped charges, is presented. To do this, the multi-material eulerian and the lagrangian methods are used for simulation of the jet formation and its penetration into underground rock processes, respectively. For solving the problem of large deformation elements in lagrangian method, erosion criterion elements were used. Because the results of jet formation and penetration Process heavily influenced by the density of the mesh, In this study mesh sensitivity were examined.. Described simulation, is validated by the use of reliable results of some references and then, a new charge geometry is suggested which resolves the inhomogeneities in the distribution velocity of the tail and increases the effective length of jet in the penetration process.
    Keywords: Oil Well Perforator, shaped charge, LS, DYNA, RHT
  • Abolfazel Foorginejad, Khalili Khalili* Pages 27-34
    Registration of point clouds is a key process in creating a digital model in reverse engineering. Registration is complex and ill-conditioned problem and these impede to achieve fully automatic comprehensive algorithm.in this study a new method to improve automation level is proposed. In this method, at first surface features are extracted from point clouds and then these data use for detecting correspondence points between point clouds. Registration process accuracy depends on carefully selected corresponding point between point clouds. In present research surface curvature and local shape are used for finding correct correspondence points. For feature extraction, surface curvature for each point of point clouds is calculated by using umbrella curvature and also a new method for determining local shape is presented. For each point of point cloud a shape number is determined. Determination of shape number is done by neighbors’ coordinates of point of concern. In this method, the corrected corresponding points are points that have almost equal umbrella curvature and shape number. Rigidity helps algorithm to find pairwise points. Analyzing results shows that the proposed algorithm performs well and has appropriate abilities on fully automatic registration of point clouds.
    Keywords: Fully Automatic Registration, Umbrella Curvature, Homogeneous Neighborhood, Local Shape, Surface Normal Vector
  • Saeed Shokrollah*I, Hamid Ahmadian, Farhad Adel Pages 35-42
    In this paper, a new model called connective layer is developed for simulation of linear dynamical behavior of bolted lap joints and model updating in 3D models. Connective layer unifies neighboring zones on sides of common surfaces of substructures in joint region. The constitutive relation of connective elements is defined by decomposing it into its normal and shear components. Unknown and different elastic properties with respect to the neighboring solid elements are defined for connective layer and the unknown parameters of the model are identified by a finite element model updating technique using modal test data. The frequency response of the structure is measured by exciting the structure using an impact hammer. Using an optimization algorithm in ANSYS, the difference between the experimentally measured frequencies and the predictions of the parametric model is minimized as objective function. The connective element performance is demonstrated by application to an actual structure containing a single lap bolted joint coupling two identical aluminum alloy 7075-T651 beams and finally comparison of results to those of interface elements. The outcomes of presented model have good correlation with experimental results. The proposed method predicts the higher mode frequencies which don’t have participation in model updating process with minimum error in comparison to those of interface element. Due to simplicity, accurate and computationally efficient manner, this model can be incorporated into commercial finite element codes to simulate bolted joints in large and complex structures.
    Keywords: Linear Dynamics, Bolted Joint, Connective Layer, Parameter Identification, Model updating
  • Mohammad Reza Shabgard*, Reza Rostami Heshmatabad Pages 43-54
    Electrolyte type, due to the nature of its constituent ions, affects the reaction rate, the uniformity of the electric field and formation of the external layer on the workpiece surface in the machining area during the electrochemical machining process, as well as it causes to create different dissolution behaviors of the workpiece. Therefore in this study the effect of sodium chloride, sodium nitrate, potassium chloride and hydrochloric acid electrolytes with different currents on the electrochemical machining characteristics of stainless steel 304, including material removal rate, side gap and surface roughness, has been investigated. The results showed that the formation of passive layer during the machining with sodium nitrate electrolyte reduces the material removal rate and side gap compared with sodium chloride and potassium chloride electrolytes. According to the experimental results the surface roughness in the sodium chloride and potassium chloride electrolytes is decreased by increasing the machining current, but increases in the sodium nitrate electrolyte. Also the material removal rate slight increase and side gap increase at sodium chloride, sodium nitrate and potassium chloride when combined with hydrochloric acid. On the other hand, the surface roughness reduces in the combined sodium chloride and potassium chloride electrolytes, but increases in the combined sodium nitrate electrolyte.
    Keywords: Electrochemical machining, electrolyte, material removal rate, side gap, Surface Roughness
  • Majid Pourabdian, Pourya Omidvar*, Mohammad Reza Morad Pages 55-66
    In this paper, breakup of liquid jet is simulated using smoothed particle hydrodynamics (SPH) which is a meshless Lagrangian numerical method. For this aim, flow governing equations are discretized based on SPH method. In this paper, SPHysics open source code has been utilized for numerical solutions. Therefore, the mentioned code has been developed by adding the surface tension effects. The proposed method is then validated using dam break with obstacle problem. Finally, simulation of two-dimensional liquid jet flow is carried out and its breakup behavior considering one-phase flow is investigated. Length of liquid breakup in Reyleigh regime is calculated for various flow conditions such as different Reynolds and Weber numbers and the results are validated by an experimental correlation. The whole numerical solutions are accomplished for both Wendland and cubic spline kernel functions and Wendland kernel function gave more accurate results. Effect of fluid viscosity is investigated in the breakup length of the fluid as well. The accomplished modeling presented that smoothed particle hydrodynamics (SPH) is an efficient method for simulation of liquid jet breakup phenomena.
    Keywords: Liquid Jet Breakup, Smoothed Particle Hydrodynamics, Breakup Length, Surface Tension
  • Hojjat Khozeymeh, Nezhad, Hamid Niazmand* Pages 67-78
    In present paper, a numerical study is performed for analysis of effects of geometrical and operational parameters of viscous micropump with the approach to Entropy Generation Minimization by Lattice Boltzmann Method. In study of effect of change in the geometric parameter L and operational parameters ∆P*, it was found that in all ∆P*s, two range of L=1.2 - 1.6 and L=4.4 - 4.8 at EGM viewpoint and two range of L=1.1 - 1.6 and L=4.4 - 4.9 at the minimum power of rotors viewpoint are introduced as optimum ranges. Due to the full overlap of optimum ranges at the EGM viewpoint with the minimum power of rotors viewpoint, the same range mentioned in the EGM viewpoint is selected as the optimal range. Results of the effect of change in the geometric parameter L and operational parameters Re showed that in all Res, two range of L=1.1 - 1.5 and L=4.5 - 4.9 at the EGM viewpoint and two range of L=1.2 - 1.6 and L=4.4 - 4.8 at the minimum power of rotors viewpoint are introduced as optimum ranges. Therefore, the common range of these viewpoint namely L=1.2 - 1.5 and L=4.5 - 4.8 can be selected as the most optimal range. Regarding the effect of change in the geometric parameter ε and operational parameters Re and ∆P* is determined in all Res and ∆P*s, the range of ε = 0.1 – 0.5 is selected as optimum range in the EGM viewpoint and the minimum power of rotors viewpoint.
    Keywords: Viscous Micropump, Geometrical, Operational Parameters, Circular Rotor, Entropy Generation Minimization, Lattice Boltzmann Method
  • Rahmatollah Ghajar*, Mohammad Reza Varavi, Safa Peyman Pages 79-86
    Static and dynamic stress intensity factors are important parameters in the fracture behavior of the cracked bodies. In the present study the displacement correlation technique (DCT) is presented to calculate static and dynamic stress intensity factors of functionally graded materials (FGMs). The displacement field is obtained using finite element method (FEM) and ABAQUS software. To consider the variation of material properties, a subroutine is prepared in the UMAT subroutine of the software. Eight-node singularity elements are used in the FEM. As ABAQUS software is not able to calculate stress intensity factors of FGMs, so a MATLAB code is developed to obtain these factors. By analyzing an example under dynamic load, dynamic fracture behavior of orthotropic FGMs and effect of non-homogeneity parameter are investigated for two cases of material properties variation directions which are perpendicular to each other. To verify presented method, a center crack in a plate of homogeneous and FGM materials are analyzed under static and dynamic loads, the results are compared with data of literatures. The results show that, if the material properties vary parallel to the crack direction, the mode I dynamic stress intensity factor at the crack tip located in the stiffer part increases with increasing of non-homogeneity parameter, while for variation in the normal direction to the crack, this factor first increases and then decreases.
    Keywords: Stress intensity factors, Functionally graded materials, Displacement correlation technique, Non, homogeneity parameter, Finite Element Method
  • Majid Sadedel, Aghil Yousefi Koma*, Faezeh Iranmanesh Pages 87-97
    In this paper, the effects of the addition of an active toe joint on a 2D humanoid robot with heel-off and toe-off motions are studied. To this end, the trajectories of joints and links are designed firstly. After gait planning, the dynamic model of the humanoid robot in different phases of motion is derived using Kane and Lagrange methods. Then, the veracity of the derived dynamic model is demonstrated by two different methods. The under-study model, is in accordance with the features of SURENA III, which is a humanoid robot designed and fabricated at the Center of Advanced Systems and Technologies (CAST) located in University of Tehran. Afterward, the optimization procedure is done by selection of two different goal functions; one of them minimizes the energy consumption and the other maximizes the stability of the robot. At last, the obtained results are presented. According to the results, there is an optimum value for heel-off and toe-off angles in each velocity which minimizes the consumption of energy. The results also show that, the heel-off angle does not have any significant effects on the stability of the robot while increasing the toe-off angle improves the stability of motion. Finally, the effects of mass and length of the toe joint is inspected. These inspections suggest that heavier toe joints cause an increase in both energy consumption and stability of the robot while increasing the length of the toe joint does not have any effects on both goal functions.
    Keywords: Humanoid robot, Active toe joint, Heel, off, toe, off motions, Path planning optimization
  • Hamed Eshgarf, Masoud Afrand*, Mohammad Hemmat Esfe Pages 98-104
    In this paper, the effects of temperature and nanoparticles volume fraction on the viscosity of non-Newtonian hybrid nanofluid, containing water and ethylene glycol as a base fluid and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and silica (SiO2) as additives, have been investigated experimentally. The measurements have been carried out in temperatures range of 27.5°C - 50°C by using a Brookfield DV-I PRIME digital Viscometer for different shear rates. The stable and homogeneous samples, with the solid volume fractions of 0.0625%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%, 1.5% and 2%, were prepared by dispersing the equal volumes of dry MWCNTs and SiO2 nanoparticles in a specified amount of the binary mixture of water/EG (50:50 %vol.). The measurement results at different shear rates showed that the base fluid possessed Newtonian behavior, while all nanofluid samples exhibit a pseudoplastic rheological behavior with a power law index of less than unity (n
    Keywords: Viscosity, Hybrid nanofluid, Non, Newtonian behavior, Experimental investigation
  • Mohammad Gholizadeh, Mohsen Ghazikhani*, Iman Khazaee Pages 105-111
    In this study, the relative humidity of the gases in the PEM fuel cell was changed and its effect on electro-osmotic flow was investigated. ýBy changing the humidity on both sides of the fuel cell and using the water balance equations, the values of the electro-osmotic flow, ýelectro-osmotic coefficient and net drag in different humidity levels were found. Results showed that variations of the electro-osmotic ýflow changed linearly by anode and cathode humidity to the special humidity and after that not much variation was seen. In addition, the ýresults revealed that humidity change at anode had more desirable effect than the cathode. For example, at 70% anode humidity and 35% ýcathode humidity with the current of 5A, the value of electro-osmotic flow was obtained as 2.66639E-06 mol/cm2.s, while in the former ýý35% and the latter 70% with the same current, this value was recorded as 2.56418E-06 mol/cm2.s. In addition, results showed that theýþ þvariations of the electro-osmotic coefficient changed linearly by humidity. It was determined the current change of fuel cell has not so ýeffect on the curves of electro-osmotic coefficient. The electro-osmotic coefficients varied between 0.636001 and 1.632476, which were ýin a good agreement with the values obtained in other related papers. In addition, the variations of the net drag in respect of humidity were ýinvestigated, too. It was determined that the net drag changed linearly by the cathode humidity with positive slope, but its variations by ýthe anode humidity were linearly with negative slope.ý
    Keywords: Fuel cell, Relative humidity, Water balance, Electro, osmotic flow, Net drag
  • Sara Hassanpour, Alfred Baghramian, Hamed Mojallali* Pages 112-120
    A dc-dc buck converter is an electronic circuit with wide application in power electronics. This converter acts as a nonlinear system then, it is necessary to use a robust controller to control and regulate the output voltage under load changes, circuit elements and other disturbances. In this paper, a new fast terminal sliding mode control (FTSMC) using the property of the terminal attraction as a function of the inverse tangent for buck DC-DC converter is provided. The performance of this new controller is compared with FTSMC common type in terms of output voltage convergence time and input control function structure. The superior property of this controller is low singular effect on the control function. Also, the controller has fast rate of convergence in different situations for output voltage stability in order to use in power electronic device of mechanical motion control systems such as types of robots and electric vehicle are pretty good. Simulation results confirm the proper performance of the new proposed fast terminal sliding mode control method compared to traditional fast terminal sliding mode converter for buck converter.
    Keywords: Terminal Sliding Mode Control, Fast Terminal Sliding Mode Control, DC, DC Buck Converter
  • Alireza Rahimpour, Amir Mirza Gheitaghy, Hamid Saffari* Pages 121-131
    Due to increasing the heat transfer surface area and high providing capillary pressure with high permeability, porous structures play a key role in improving the performance of two phase heat transfer devices such as heat pipes. New porous structures (bi-porous structures), have two distinct size distribution of pores of which the small pores provide the capillary pressure required for delivering liquid to the surface and large pores help vapor escape from the surface through increasing its permeability. The main goal is to gain a deeper understanding of the evaporator section of heat pipes and comparison between the performances of two sample biporous structures. Towards this goal first the Kovalev modeling technique is applied to determine the possibility of each phase’s existence in pores of different sizes throughout the computational domain. One dimensional heat transfer in a bi-porous wick is investigated. Inside the domain the conservation equations are solved for each phase and the results such as heat flux versus wall superheat are presented. Thermo-physical properties of the fluid and the matrix like the fluid properties, phase saturation and permeability and the conduction heat transfer coefficient are calculated from the geometry of the matrix and experimental relationships.
    Keywords: Bi, porous, Two, phase Heat transfer, Boiling, Heat pipe, modeling
  • Elyas Haddadi, Naghdali Choupani*, Farhang Abbasi Pages 132-140
    Pure mode II fracture toughness of polymethyl methacrylate and its components has been studied by essential work of fracture (EWF) approach via experimental and numerical methods. EWF fracture tests with double edge notched tension (DENT) were performed on the RT-PMMA specimens at room temperature. In this investigation, the mode II fracture of polymethyl methacrylate/graft-acrylonitrile butadiene styrene (PMMA/g-ABS) blends with different weight percentage of rubber (0, 10, 15, and 20) and the thickness of samples 0.8 and 4 millimeters was investigated. The results showed that the value for the specific essential work of fracture given by including lower ligament length may be more accurate, because the ligament is completely yielded. The results also showed that for the load-displacement curves have self-similarity in shapes for the specimens with different rubber content, specimen thicknesses, and ligament lengths and the specific work of fracture (wf) increases significantly with the increasing of rubber content. The non-essential work of fracture (βwp) increases with the increasing of rubber content and the highest value belong to 20% composition in which for both thickness. The highest value of the essential work and the non-essential work of fracture belong to 20% composition in 0.8 mm specimen thickness 98.67 kJ/m2 and 99 kJ/m2, respectively. By changing the thickness of the samples the amount of the essential work of fracture showed significant changes.
    Keywords: Rubber, toughened PMMA, Mode II fracture, Fracture toughness, Essential work of fracture, Ligament length
  • Hassan Hassanzadeh*, Hadi Jafari Pages 141-152
    Using the renewable energy resources has attracted the attention of researchers and automobile companies, because of limited fossil fuel resources, low efficiency of internal combustion engines and their environmental pollutions. By using the fuel cell systems instead of internal combustion engines can be partially overcome these problems. In this regard, the present article examines a PEM fuel cell system for using in an urban vehicle. In the first part of this article, by using the real component of system, the fuel cell system components including stack, membrane humidity of air and hydrogen, air compressor, water pump and pump cooler stack has been modeled in MATLAB Simulink environment. The mentioned model can evaluate the power consumption of system and its peripheral component and also required water, hydrogen and air for system. At the base case and the current density of 0.7A / cm2, 14% of power productions of stack are consumed by auxiliaries units. At this current density, the overall and net system efficiencies are 48.15% and 34.3%. In the second part of this article, the system from the point of view of the first law of thermodynamics has been optimized with objective functions of maximum output power and maximum efficiency. The results indicate that first model search method is best method for optimization, second at the Optimization with the aim of maximum power, pure power and system efficiency are increased 11.9% and 4% respectively and the power consumption by auxiliary unit is reduced 42%.
    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cell, vehicle, membrane humidifier, optimization
  • Hossein Baniasadi, Mehdi Modabberifar*, Abbas Pak Pages 153-160
    Linear and angular displacement measuring encoders are the most important measuring tools in the industry. Linear encoders are widely used in various positioning applications, such as numerical controlled (NC) machine tools and factory automation, since they are essential for precision positioning systems. In this study, a capacitive-type linear encoder with un-tethered slider is designed. The main components are made of printed circuit films. Hence, the encoder can be set up in thin inter spaces or on curved surfaces. The encoder consists of a long receiver film and a short transmitter film, respectively containing four-phase and two-phase electrodes. The transmitter is used as a slider and the receiver as a stator. In order to designs an unconstrained slider; the encoder employs a unique approach. Electrical power is supplied to the transmitter film by electrostatic induction which removes electric wires from the slider. In this study the encoder was built using a new signal processing circuit and its performance was evaluated. The new signal processing circuit is more compact and facilitates using this encoder for trade purposes. The result of experimental evaluation shows that the encoder has ±20 micrometers error.
    Keywords: Capacitive encoder, incremental encoder, linear encoder, wireless slider
  • Javad Akbardoost*, Seyed Mohammad Hossein Mohajerani, Alireza Torabi Pages 161-172
    In this paper, the fracture trajectory in blunt V-notched specimens under mixed mode loading is investigated by using two numerical approaches: 1) the extended finite element method (XFEM), 2) the incremental method. The first approach is an extended form of the finite element method in which the fracture takes place and grows according to the cohesive zone model. The second one is also an increment approach which the fracture initiation angle for notched specimen is first determined according to the concept of the maximum tangential stress (MTS) criterion. Afterward, a small crack is added to the notched specimen along the fracture direction and then a new cracked specimen is generated. In the next step, the fracture initiation angle is calculated from MTS criterion and another small crack is again added to the cracked specimen. These steps are continued until the crack reaches to the back boundary. To evaluate these methods, the fracture paths of the rounded-tip V-notched Brazilian disk (RV-BD)specimens under mixed mode loading are predicted by both XFEM and incremental method. It is shown that the incremental method can provide estimates more accurate than XFEM for the fracture initiation angle of the notched samples. It is also demonstrated that both methods can predict the fracture trajectory in good agreements with the experimental results
    Keywords: Fracture path, Blunt V, notch, Fracture initiation angle, Extended finite element method, Incremental method
  • Alireza Jamarani, Mehdi Maerefat*, Majid Eshagh Nimvari Pages 173-184
    In present study, heat transfer in double-tube heat exchanger filled with metal porous material has been investigated. In contrast to the most of previous studies, fluid flow is considered turbulent in heat exchanger which is in a good agreement with the practical performance of these exchangers in the industry. Fluid flow and heat transfer equations have been discretized on a collocated grid by the means of finite volume method with simple algorithm. Discretized equations are solved with a numerical program in FORTRAN language in order to study the effect of porous material parameters and Reynolds of fluid flow on the heat transfer in double-tube heat exchanger. According to the results and analysis of porosity in the range of 0.8 to 0.95 as well as pore diameter of 1 mm up to 6 mm and diverse types of porous material, it is observed that the decrease in porosity, the increase in pore diameter and use of copper porous material (with high heat conduction coefficient), increase heat transfer. In the best case, overall heat transfer coefficient enhances up to 7 times. Moreover, the results reveal that the heat transfer enhancement ratio have no distinct difference with changing Reynolds number of turbulent flow in the range of 10000 to 80000. Performance evaluation criteria, which investigate the effects of pump lost power and thermal power, depicts that with using porous material the value of the pump lost power is of major importance which can be decrease by increasing the porous pore diameter.
    Keywords: Heat Transfer, Turbulent Flow, Porous material, Double, tube Heat Exchanger, Performance Evaluation Criteria
  • Mohsen Hajinejad Sorkhi, Seyed Jamal Hosseinipour*, Hamed Jamshidi Aval Pages 185-192
    Due to the low formability of aluminum alloys at ambient temperature, forming of these alloys is performed at high temperature. Research has shown that the results of simple tensile test to predict the materials behavior at high temperatures are not sufficiently accurate to predict the formability of aluminum tubes at high temperature. The mechanical properties of the tube are very important at high temperatures. In this study the formability of 6063 aluminum alloy tubes are investigated by free bulging test at temperature range 430°C to 600°C. Then the mechanical properties including flow stress, strain rate sensitivity coefficient and strength constant are obtained using tube multi-bulge test at temperature range 530°C to 580°C. For this purpose, hot metal tube gas forming process is used and the effect of process parameters such as the effect of temperature, pressure and time on the expansion ratio and height of the bulge are studied. The results show that the maximum expansion ratio is 58% at 580°C. Bursting pressure decreases from 1.9MPa to 0.6MPa with temperature increasing from 430°C to 600°C. The bulge height increases with increasing forming time at constant pressure. Also with increasing temperature in the temperature range 530°C to 580°C the flow stress and strength constant decrease and strain rate sensitivity coefficient increases.
    Keywords: Hot metal gas forming, Tube free, bulge test, Tube multi, bulge test, Aluminum alloy 6063
  • Misaq Kerman Saravi, Mohammad Hossein Pol*, Mohammad Hassan Sattari Pages 193-201
    In this research, the influence of adding carbon nanotubes on the tensile and the mode I interlaminar fracture of glass-fiber-epoxy laminated composite has been experimentally studied. For this purpose, the hybrid glass-fiber-epoxy-nanotube laminated composites which have 18 fiber-glass plain-weave layers were manufactured by hand lay-up method. The epoxy resin system is made of Epon828 resin with Epikure F205 as the curing agent. The multi-walled carbon nanotube (MWCNTs) modified with hydroxide (-COOH) is also dispersed into the epoxy system as a reinforcement in a 0%, 0.1%, 0.5% and 1% ratio in weight with respect to the matrix. In addition, the tensile nano-resin and hybrid nano-composite specimen were produced. The results of the tensile test of nano-matrixes indicate that the maximum change in Young's modulus, ultimate strength and fracture toughness of the samples is in the 0.5% sample, with a 31.2%, 21.4% and 16.66% increase with respect to neat sample, respectively. Moreover, the results of the tensile test of hybrid nano-composites indicate that the maximum change in fracture toughness, ultimate strength and fracture strain and of the samples is in the 0.5% sample, with a 12.6%, 9.8% and 12.6% increase with respect to neat sample, respectively. The result of the mode I interlaminar fracture toughness test of hybrid nano-composites show that the maximum change in value of the force (in force-displacement diagram) and value of the energy (of crack propagation in mode I interlaminar fracture), is in 0.5% sample, with a 24.4% and 24.15% increase respect to neat sample, respectively.
    Keywords: Mode I interlaminar fracture_Laminated composite_Carbon nanotube
  • Hamed Khezrzadeh* Pages 202-210
    Research on microstructure of main engineering materials revealed that some of these materials exhibit similar microstructure patterns at different length scales. Since these patterns are replicated at different length scales the whole microstructure can be viewed as a set of periodic substructures. Homogenization technique for periodic microstructures has found many applications in simulation of composite materials by considering the geometry of fibers distribution. In this study a homogenization technique for periodic microstructures is developed. In this generalization a multi-step homogenization is being used. In each step of homogenization the geometry which is coincident with the true microstructure is produced to maintain the properties of the mechanical properties of the related cell. By using the presented method effect of size and grading of each of reinforcing phases and the interaction between fibers is taken into account. The results of the presented theory are compared with the existing experimental data on the particle reinforced composites. Good agreement between the presented theory and experimental data is found.
    Keywords: Particulate Composites, Homogenization, Micromechanics, Mechanical properties, Unit Cell
  • Mohammad Mahdi Heydary*, Nooredin Ghadiri Massoom, Mustafa Rezvandoost Pages 211-222
    The purpose of this paper is to introduce a design and fabrication procedure for a solid propellant gas generator. Based on this procedure a gas generator was designed to supply the required operating fluid of a controllable flying object’s gaseous actuator of control surface which results of that design is presented in this paper as well. Supplying required pressure during the mission and gas flow rate with expected chemical characteristics are requirements of the design. At first the amount of necessary parameters like flow rate and pressure were specified. Then the design calculations were done according to proposed approach. In order to evaluate the design process and achieved data, a full scale gas generator set was built. Since this study includes specifying a proper formula for solid propellant of gas generator, a lab scale motor was used to qualify the propellant’s characteristics experimentally. After doing tests and comparing the results with output data of gas generator design procedure, convenient consistency was observed. Besides by doing several tests it was found that PSAN as oxidizer, HTPB as binder and chromium oxide as catalyst is a proper composition for solid propellant of gas generator. Finally, covering basic requirements of a solid propellant gas generator such as uniform flow rate and less presence of solid phase and corrosive components in combustion products by means of designed gas generator is an approval to show the validity of presented design method.
    Keywords: Gas Generator, Solid Propellant, Gaseous Operator, Control Surface, Design
  • Hamed Hassanpour, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi*, Javad Hashemi Khosrowshahi Pages 223-231
    Owing to direct contact with the machined surface, the flank surface can cause unfavorable effects on the surface integrity in high speed milling. Thus, in this study, the influences of flank wear width on the main characteristics of surface integrity like roughness, topography, microhardness and electrochemical corrosion resistance during high speed milling process is investigated. Milling tests were performed under constant cutting conditions with three repetitions and using 12 tools with flank wear widths on the AISI 4340 hardened steel. It was concluded that using the tool with flank wear width up to 0.4 mm increase roughness and microhardness, uniformly (95% for surface roughness and 6.3% for microhardness relative to new tool). However, using a tool with the flank wear of 0.6 mm increases these outputs up to 484% and 18.6%, respectively. Surface topography images also revealed that using the tool with the flank wear width of 0.6 mm can cause irregular forms of material flow on the surface. Using the tool with the flank wear of 0.4 mm or less had an insufficient effect on the in-depth microhardness distribution. In addition, electrochemical impedance spectroscopy of the milled surfaces showed that relative to new tool, using tools with 0.4 and 0.6 mm flank wear, reduce Rcorr up to 22% and 83%, respectively. It indicated lower electrochemical corrosion resistance of milled surfaces with 0.6 mm worn-out tools.
    Keywords: High Speed Milling, Surface Roughness, Microhardness, Electrochemical Corrosion Resistance
  • Ahmad Reza Haghighi*, Soraya Asadi Chalak Pages 232-238
    In this paper a mathematical model of pulsatile, unsteady and non-Newtonian blood flow through elastic tapered artery with overlapping stenosis is proposed. The blood flow has been assumed to be non-Linear, fully developed, laminar, axisymmetric, two-dimensional. The non-Newtonian model chosen is characterized by Sisko model for discribe the rheology of blood. The artery has been assumed to be elastic and time-dependent stenosis is considered. Due to the blood flow depends on the pumping action of the heart, the blood flow has been assumed pulsate. The stenosed artery change in to a rectangular and rigid artery, using a radial coordinate transformation on the continuity and the nonlinear momentum equations and boundary conditions. The discretization of the continuity and the non-linear momentum equations and boundary conditions are obtained by finite difference scheme. The radial and axial velocity profiles are obtained and the blood flow characteristics such a resistive impedances and volumetric flow rate and the severity of the stenosis are discussed. The volumetric flow rate is minimum in the case of converging tapered arteries and the resistive impedances is maximum in the case of converging tapered arteries by effect of tapering angle.
    Keywords: Sisko fluid, Finite difference scheme, Pulsatile blood flow, Overlapping stenosis
  • Maryam Moeinaddini, Seyed Abdolreza Ganjalikhan Nasab* Pages 239-250
    This study presents a numerical investigation for laminar mixed convection flow of radiating gases in an inclined lid-driven cavity. The fluid is treated as a gray, absorbing, emitting and scattering medium. The governing differential equations consisting the continuity, momentum and energy are solved numerically by the computational fluid dynamics (CFD) techniques to obtain the velocity and temperature fields. Discretized forms of these equations are obtained by the finite volume method and solved using the SIMPLE algorithm. Since the gas is considered as a radiating medium, besides convection and conduction, radiative heat transfer also takes place in the gas flow. For computation of the radiative term in the gas energy equation, the radiative transfer equation (RTE) is solved numerically by the discrete ordinate method (DOM). The effect of lid driven speed, on the thermohydrodynamic behavior of two-dimensional cavity is carried out. Results are shown as contours of isotherms, streamlines and distributions of convective and total Nusselt numbers along the bottom wall of cavity. It is revealed that increasing in Reynolds number causes almost uniform temperature distribution in cavity, especially for 30° and 60° inclination angles.
    Keywords: Laminar mixed convection, Lid, driven cavity, Inclination angle, Radiation, DOM
  • Mohammad Reza Najjari, Mohammad Reza Heidari* Pages 251-262
    One way to control the position of the missile is controling thrust vector that is moves with help of thrust due to exit of gas. All thrust vector control (TVC) methods are independent of aerodynamic forces of atmosphere and until the engine has thrust, maintain their performance. Secondary injection systems are one of the four major TVC methods. In this study,at first identify the components and design entire conceptualdesigning of system and the preliminary design of manifold of a type of thrust vector control system using a liquid injection thrust vector control (LITVC)has been proceed. Then the layouts of components on some components such as injectors and reservoirs, as well as detailed design of the system are discussed. Then the numerical simulation of flow and the designing and studying the sprayers in LITVC systems will be discussed. Also numerical designing and simulation in two parts: injection system and the injector spray effects into the main flow are analyzed and the results are presented and validated. The achievement of this study can be used as a model for designing and analyzing of various kinds of TVC systems with lateral fluid method on a variety of missiles with different launchers.
    Keywords: system designing, thrust vector control, liquid injection, numerical simulation of flow, manifold
  • Alireza Noamani, Vahid Dehghan Niestanak, Masoud Asgari* Pages 263-272
    Aortic Valve simulation remains a controversial topic, as a result of its complex anatomical structure and mechanical characteristics such as material properties and time-dependent loading conditions. This study aims to integrate physiologically important features into a realistic structural simulation of the aortic valve. A finite element model of the natural human aortic valve was developed considering Linear Elastic and Hyperelastic material properties for the leaflets and aortic tissues and starting from the unpressurized geometry. It has been observed that although similar stress-strain patterns generated on Aortic Valve for both material properties, the hyperelastic nature of valve tissue can distribute stress smoothly and lower strain during the cardiac cycle. The deformation of the aortic root can play a prominent role as its compliance extremely changed throughout cardiac cycle. Furthermore, dynamics of the leaflets can reduce stresses by affecting geometries. The highest values of stress occurred along the leaflet attachment line and near the commissure during diastole. The effects of high acceleration on the performance of valve, valve opening and closing characteristics, and equivalent Von Mises stress and strain distribution are also investigated.
    Keywords: Aortic Valve, Finite Element Method, Unpressurized Model, Cardiovascular Biomechanics, Hyperelastic Constitutive Modeling
  • Borhan Beigzadeh* Pages 273-284
    Although it seems that two categories of robotic systems, the dynamic object manipulation and dynamic biped walking systems, are completely different to be dealt with at the first glance, we believe that there exists strong relationship between these two types of robotic systems. This paper studies the correlation of the dynamic biped walking and dynamic object manipulation in all areas (passive, underactuated and fully-actuated classes). In this regard, the virtual problem of "the amputee walking robot" is defined to describe the relationship between these two kinds of robotic systems. From this viewpoint, the problem of dynamic biped walking is a special case of dynamic manipulation of multibody objects in which the multibody object does have a structure similar to the structure of biped robots. In other words, we can say that the ground manipulates the biped robot which is considered as a multibody object. Then, the concept of correlation is investigated in three different classes of the problem: passive, underactuated, and fully-actuated systems. For each of three categories, appropriate examples are studied. It will be shown that the details of the walking problem could be extracted from the mother problem of dynamic manipulation of multibody objects in all its aspects.
    Keywords: Biped Walking, Dynamic Object Manipulation, Amputee Walking Robot
  • Soheil Nokhodchi*, Hossein Ebrahimi Pages 285-294
    Thermal Barrier Coatings are used as thermal protective of parts using under high temperature circumstance. These coatings usually include three layers respectively: ceramic top coat, grown oxide layer and bond coat. Due to manufacturing process and special structure of thermal barrier coatings, failure mechanisms of these coatings are affected by applied loads on coated part. In this paper failure of these coating under thermal fatigue was studied numerically and experimentally. A specimen of Inconel 617 which were coated by air plasma method and it was tested in a test setup with capability of applying four point bending load, under thermal fatigue experiment with the maximum temperature of 1170 oC in addition to constant bending load with the magnitude of 7500 Nmm. Thermal fatigue test was contined until coating spallation and temperature of specimen surfaces was measured during the test. Finite elements modeling was performed by ABAQUS to simulate the experiments thermal and mechanical loading conditions with using cohesive zone model to model top coat delamination and failure. Finally with a little change in the model, was attempted to adapt the bending magnitude of the specimen from model on experiment result to estimate interfacial cohesive properties for these coatings from finite elements results.
    Keywords: Thermal Barrier Coating, Failure Mechanisms, Thermomechanical Fatigue Experiment, Cohesive Zone Model
  • Reza Rajabiehfard, Abolfazl Darvizeh*, Majid Ali Tavoli, Reza Ansari, Elmira Maghdoori Pages 295-304
    In this paper, the internal inversion process of metallic cylindrical shells under dynamic axial loading is investigated experimentally and numerically. Experimental tests are performed on the steel tubes in a gas gun and the required force for internal inversion is obtained using the measurement system of impact loadings. Also, numerical analysis is carried out by the finite element software ABAQUS and the accuracy of simulated models are validated with the experimental results. In this paper, all geometrical properties of the tubes and die are assumed to be constant and the effect of the projectile mass and velocity is investigated on the shortening and energy absorption of the tubes which are affected by axial impact in the internal inversion process. Therefore the projectile is shot directly to the specimen with different masses and velocities. It is observed that if the projectile mass remains constant, increasing in the impact velocity has almost no effect on the constant inversion load and just increase the tube displacement but if the impact velocity remains constant, increasing the amount of projectile mass causes increasing in the constant inversion load besides of increasing in tube displacement. Comparing the results of numerical simulations with the experimental results shows a good agreement between them.
    Keywords: Internal inversion, Axial impact, Gas gun, Cylindrical shells
  • Ramin Shabani, Farhang Honarvar* Pages 305-310
    Ultrasound test is a widely used non-destructive method for determining the mechanical and metallurgical properties of materials. In this method, ultrasonic wave velocity or attenuation coefficient is measured and measurement accuracy is very important. In this paper, variations of longitudinal wave velocity are studied in the presence of a thermal gradient both theoretically and numerically using a 2D model. A linear temperature distribution is assumed and the length of the work piece and the temperature of the hot side are considered as varying parameters. A new 2D theoretical model is developed for this problem. The test piece is made of st37 steel. To evaluate the proposed equation, we assume constant temperatures and the length of the work piece are varied in the range of 0.05-0.1 m. Then, we study the effect of the temperature of the hot side from 398 -998 K. By ANSYS software, a novel two-dimensional finite element model (FEM) is developed in axisymmetric state for this problem. The results of the theoretical model are compared with those obtained from the numerical model and a very good agreement is observed.
    Keywords: Longitudinal ultrasonic wave, Thermal Gradient, Theoretical method, Finite Element Method
  • Meghdad Khazaee, Ahmad Banakar*, Barat Ghobadian, Mostafa Mirsalim, Saeid Minaei, Seyed Mohammad Jafari, Peyman Sharghi Pages 311-318
    In this research, an intelligent method is introduced for remaining useful life prediction of an internal combustion engine timing belt based on its vibrational signals. For this goal, an accelerated durability test for timing belt was designed and performed based on high temperature and high pre tension. Then, the durability test was began and vibration signals of timing belt were captures using a vibrational displacement meter laser device. Three feature functions, namely, Energy, Standard deviation and kurtosis were extracted from vibration signals of timing belt in healthy and faulty conditions and timing belt failure threshold was determined. The Artificial Neural Network (ANN) was used for prediction and monitoring vibrational behavior of timing belt. Finally, the ANN method based on Energy, Standard deviation and kurtosis features of vibration signals was predicted timing belt remaining useful life with accuracy of 98%, 98% and 97%, respectively. The correlation factor (R2) of vibration time series prediction by ANN and based on Energy, Standard deviation and kurtosis features of vibration signals were determined as 0.87, 0.91 and 87, respectively. Also, Root Mean Square Error (RMSE) of ANN based on Energy, Standard deviation and kurtosis features of vibration signals were calculated as 3.6%, 5.4% and 5.6%, respectively.
    Keywords: Timing belt, Remaining Useful Life (RUL), Accelerated durability test, Vibration Signal, Artificial Neural Networks (ANN)
  • Amir Reza Miandarhoie, Khalil Khalili* Pages 319-330
    One important problem investigated in reverse engineering (RE) field is finding the best surface to approximate point cloud data. Swept surface is a surface type that in addition to various applications in CAD/CAM software, satisfies the whole standards required for use in RE software. The most important problem in utilization of swept surfaces for RE purposes is the finding of the areas belonging to it out of point cloud data. Through an algorithm presented in this paper, a method has been introduced to find these areas automatically. Currently, this process is performed by user intervention. In this paper, using kinematic surface formulation and slippable motion concept, a general method to find swept surfaces with any arbitrary central curve and profile is introduced. To this end, point cloud data are processed regarding slippable motion criterion using iterative segmentation algorithm, then by presenting an effective algorithm and employing the concept of hierarchical classification and drawing the dual graph, swept-surface-related areas are found. The introduced method is implemented in several models with different conditions for validation. It is observed that the results have good agreement with real model condition, showing the efficiency of this method in finding the swept surface.
    Keywords: Reverse engineering, Swept surface, Iterative segmentation, kinematic surface, Slippable surface
  • Ali Mozaffari*, Foozieh Morovat, Jafar Roshanian, Hadi Zare Pages 331-341
    In this study, optimum design of composite sandwich structures will be surveyed and presented using hybrid algorithm. Since, most modern payload fairings are constructed of a composite sandwich laminate, in this research the architecture of the fairing structure has been analyzed on the basis of the composite sandwich shell with a flexible core. However, from the geometrical point of view, fairing composed of two conical and cylindrical parts. Therefore, in the first phase, buckling analysis of conical composite sandwich shell has been done by using high-order theories and the obtained equations reduce to the governing equations of cylindrical sandwich shell when the semi-cone angle is set equal to zero. In the second phase, the obtained structure was optimized using hybrid algorithm. Due to the variety and complexity of design variables in composite sandwich structures, designing process leads to difficulties and obstacles in design optimization problems. Since, the most important selected discipline for optimizing the mass specifications of launch vehicle is structure, therefore with relying on optimization of the structure, after completion of optimization process, finally considerable mass reduction i.e. 40 percent comparing to the utilized fairing in this study (Fairing of Safir), will be concluded due to simultaneous changing of material and optimization.
    Keywords: Composite sandwich structure, Fairing, Lunch vehicle, optimization, Hybrid algorithm
  • Rasoul Shahsavan Markadeh, Hojat Ghassemi* Pages 342-352
    In this study evaporation of biodiesel droplet under different operating conditions is investigated. The model is a common droplet vaporization model for multicomponent fuels. In this model, gas phase quasi-steady equations are solved analytically and energy and species transport equation in liquid phase are solved numerically. The sub-models are modified to consider high pressure effects. Peng-Robinson equation of state is used for gas phase and phase equilibrium is determined using fugacity. Effects of pressure on the thermophysical and transport properties of gas phase are considered. Five biodiesel with different composition are studied. These biodiesel have different composition of methyl esters. Biodiesel composition has little effects on droplet lifetime and maximum difference is about 20%. It is observed that increasing ambient temperature leads to decrease in droplet lifetime and increases temperature gradient inside droplet. Ambient pressure has different effects on droplet vaporization behavior at different ambient temperature. At lower temperature environment, increasing of pressure increases the droplet lifetime while at higher temperatures droplet lifetime first increases and then decreases with pressure. Increasing initial velocity of droplet reduces the droplet lifetime. Results show that at high pressures, droplet temperature reach to values near to critical temperature and accuracy of quasi-steady approximation decreases. Radius of vapor influenced sphere increases with temperature and decreases with pressure.
    Keywords: modeling, Evapoartion, droplet, biodiesel, High pressure
  • Amin Nikoobin*, Amir Kamal Pages 353-363
    Time optimal trajectory planning of closed chain mechanisms has not been done by indirect method yet. In this paper, this problem is considered for a four bar mechanism and its solution is presented on the base of the indirect solution of optimal control problem. To this end, the additional coordinates are omitted using the holonomic constraints, so the dynamic equation is obtained with respect to only one generalized coordinate. Then the necessary conditions for optimality are derived using Pontryagin's minimum principle by considering the constraint on the applied torque. The obtained equations lead to a two-point boundary value problem (BVP) that its solution is the optimum answer. Unlike the direct methods that result in approximate solution, indirect method leads to an exact solution. But the main challenge in indirect method is solving the BVP. Solving this problem is sensitive to the initial guess. This problem is much more severe for time optimal problem which has a high nonlinear answer in bang-bang form. To overcome this problem an algorithm is proposed to solve the time optimal problem with any desired accuracy, and the initial solution can simply be zero at the start of the algorithm. But in the time optimal trajectory the large jerk is occurred, due to control signals switching. In order to overcome this problem, another algorithm is presented to calculate the minimum time with bounded jerk. Finally, the simulation results show the performance of the proposed method in time optimal trajectory planning.
    Keywords: Four Bar Mechanism, Time Optimal Trajectory Planning, Optimal Control, Indirect Method, Bounded Jerk
  • Farhad Sotoudeh, Ali Rajabpour, Mansour Khanaki* Pages 364-370
    In this study, the method of molecular dynamics simulation is performed to investigate the shockwave propagation in a solid. The simulation cell contains 51840 atoms at 5 K interacting by means of a pairwise potential. The shockwave is generated using the motion of a piston with different velocities in the solid and the resulted shockwave velocity is in good agreement with the experimental data and the Hugoniot curve. The piston hited the sample from one side of the simulation box, at speeds ranging from 1.2 to 1.3 times the speed of sound in solid argon at the chosen density. Some thermodynamics properties such as density, temperature and pressure are measured during propagation of shockwave. It is found that those thermodynamics properties (density, temperature and pressure) are remarkably and significantly increase when the shockwave passed through the solid. We also show that creating initial strain in the solid up to 6.5% can enhance the pressure increment in the solid up to 9%. The results can be useful in enhancing of the shockwave power by giving a detailed microscopic description of the process.
    Keywords: Molecular dynamics simulation, shock wave, initial strain
  • Peyman Bahmany, Mehdi Edrisi*, Seyed Hamid Mousavian Pages 371-382
    In this article, the linear quadratic regulator method (LQR) for voltage control of a linear time-varying model of a robot is used to design an on line adaptive optimal stable controller to trace the robot arm path. Normally, off line solving of Riccati differential equations in backward with final conditions for linear time-varying system or converting the Riccati differential equation to algebraic one in linear time-invariant system is inevitable in LQR. However, in this paper, the differential Riccati equations are considered as the adaptation laws along with a voltage control strategy to be solved on line in forward method with initial conditions. Choosing a proper Lyapunov function guarantees the asymptotic stability of the tracking. Furthermore, parametric model uncertainties such as mass parameter variation and external disturbances which affect the dynamics of the model, are also taken into account. Simulation results show the energy used by dc motors of the voltage optimal control strategy is less than that of the torque control strategy and as well as the classical PID one. The superior performance of the voltage optimal control over torque control strategy is also shown in presence of disturbance.
    Keywords: Manipulator, Energy Minimization, Motor Voltage Control Strategy, LQR
  • Mahmoud Chahartaghi*, Behrad Alizadeh Kharkeshi Pages 383-394
    In this paper a combined cooling heating and power system for using heat losses in PEM fuel cell has been proposed, present system can use for residential application. This system consists of PEM fuel cell, Heat storage tank, absorption chiller, hydrogen tank, air compressor and pump. Heat generated in fuel cell has been absorbed by a working fluid and a part of heat has been given to absorption chiller and another part has been given to heat storage tank. Modeling of this system has been done from four energy, exergy, FESR and CDER perspective. Fuel cell of this CCHP system generates 38.63 kW electrical power and 39.17 kW heat power. Energy efficiency of fuel cell singly is 37.21% but when heat storage tank and absorption chiller has been used for recovering waste heat, energy efficiency reaches to 68%. Maximum irreversibility loss occurs in fuel cell which is calculated 47.21 kW and absorption chiller irreversibility has been calculated 5.94 kW. From viewpoint of FESR and CDER in comparison with conventional systems, FESR and CDER are 34% and 25% respectively. Also analyzes had been showed that with increasing fuel cell operating pressure energy and exergy efficiency increased and by increasing high pressure of chiller COP decreased
    Keywords: CCHP, PEM fuel cell, Absorption chiller, efficiency, FESR
  • Mohammad Reza Shabgard*, Babak Roushangar Zineh Pages 395-400
    This paper experimentally investigated the effects of electrical discharge machining processes parameters on fatigue resistance of 16MnCr5 alloy steel. 16MnCr5 alloy steels have good wear resistance. For this purpose, pulse current and pulse time have been considered as variables in the process. The selected EDM parameters were pulsed current (8, 16 and 32A) and pulse time (25, 100 and 400µs). Tests were conducted in full factorial mode and the R. R. Moore fatigue test machine was used to determine the fatigue life of components. The results show that by increasing the spark current and pulse duration 16MnCr5 alloy steel fatigue life is reduced. Respectively, the greatest resistance to fatigue achieved at current of 8A and pulse time of 25 microseconds and lowest resistance to fatigue achieved at pulse current of 32A and pulse time of 400 microseconds. Resistance to fatigue crack depends on cracks density on the surface of the workpiece and heat-affected zone, where the density of cracks increase resistance to fatigue will be reduced. Also in the specimens that have low resistance to fatigue, fatigue cracks are initiated from multiple points of the cross-section. It seems the reason for this phenomenon is the high surface roughness in the samples. EDM machining with high energy sparks can decrease the fatigue strength of 16MnCr5 by as much as factors of 3-5.
    Keywords: Fatigue, Electrical Discharge Machining, Pulse time, Roughness