فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هجدهم شماره 6 (شهریور 1397)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هجدهم شماره 6 (شهریور 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/06/07
  • تعداد عناوین: 27
|
  • علیرضا رستمزاده خسروشاهی، سید اسماعیل رضوی*، سید مهدی میرساجدی صفحات 1-11
    در این مقاله یک روش جدید بر مبنای روش مشخصه های چند بعدی برای حل معادلات ناویر- استوکس و انرژی در جریان های تراکم ناپذیر پایا ارائه شده است. روش های قبلی بر پایه مشخصه ها در جریان های تراکم ناپذیر، فرض یک بعدی بودن موضعی جریان را به کار برده اند و در مراجع به خطای ناشی از این ساده سازی اشاره شده است. در تحقیق حاضر، از روش مشخصه های چند بعدی مصنوعی برای یافتن مسیر انتشار اطلاعات استفاده شده است. معادلات سازگاری و متغیرهای ریمن تعمیم یافته برای معادلات ناویر - استوکس و انرژی استخراج شده و از این معادلات برای یافتن شار جابجایی در مرز سلول ها استفاده شده است. برای آزمون دقت و سرعت طرح ارائه شده، جریان سیال تراکم ناپذیر پایا در داخل حفره مربعی و جریان اطراف استوانه دایره ای همراه با انتقال گرما برای دامنه وسیعی از اعداد رینولدز و گراشهف حل شده است. همچنین جهت مقایسه، روش مشخصه ها به همراه میانگین گیری برای معادله انرژی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر همگرایی سریعتر روش جدید نسبت به روش مشخصه های معمولی و میانگین گیری می باشد. در اعداد ریچاردسون بالا، روش میانگین گیری همگرا نمی شود ولی روش ارائه شده در این مقاله، دارای سرعت همگرایی بالایی می باشد.
    کلیدواژگان: مشخصه های چند بعدی، تراکم پذیری مصنوعی، معادلات ناویر- استوکس، جابجایی ترکیبی
  • جعفر کاظمی، سجاد ازگلی* صفحات 12-18
    ربات اسکلت خارجی پایین تنه یکی از فناوری های کمک حرکتی می باشد که پیشرفت های زیادی در سال های اخیر داشته است. یکی از اساسی ترین مباحث در طراحی این ربات ها، تعیین الگوی گام برداری می باشد. در ربات های اسکلت خارجی موجود معمولا از الگوی گام از پیش ثبت شده توسط انسان سالم برای ربات استفاده می شود. این روش دارای محدودیت هایی از جمله اشغال حجم ذخیره سازی داده و عدم تنظیم مناسب الگوی گام در پارامترهای گام برداری مختلف می باشد. بنابراین استفاده از مدل های ریاضی برای راه رفتن با ربات های اسکلت خارجی ضروری است. تاکنون مدل های ریاضی ساده ای برای گام برداری انسان سالم و همچنین ربات های انسان نما ارائه شده است. ولی به دلیل محدودیت های جسمانی بیماران استفاده کننده از ربات اسکلت خارجی، استفاده از این مدل ها خطر اعمال گشتاور غیرطبیعی و به دنبال آن آسیب به مفاصل بیمار و همچنین موتورهای ربات را در پی دارد. در این مقاله محدودیت های موجود در قالب قیدهای ریاضی در نظر گرفته شده و مدل های ریاضی مناسبی برای موقعیت مفاصل بر اساس این قیدها ارائه شده است. سپس با داشتن معادلات سینماتیک معکوس، الگوی گام مطلوب در قالب زوایای مفاصل بدست آمده است. پارامترهای موجود در مدل ارائه شده شامل طول، ارتفاع و سرعت گام برداری و همچنین طول ساق و ران کاربر می باشد. مدل ارائه شده بر روی ربات اکسوپد پیاده شده است که رضایت کاربران عملکرد خوب مدل ارائه شده را تایید می کند.
    کلیدواژگان: ربات اسکلت خارجی، الگوی گام برداری، ربات دوپا، کنترل
  • میثم الیاسی، وحید فخاری *، پدرام صفرپور صفحات 20-29
    امروزه با افزایش مصرف سرانه منابع انرژی های تجدید ناپذیر، دانشمندان به دنبال جایگزین مناسب برای منابع تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند. موتور استرلینگ از جمله ایده هایی است که اخیرا مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. هدف از مطالعه حاضر، بهینه سازی توان خروجی و پایداری یک نمونه موتور استرلینگ پیستون آزاد نوع بتا است. به همین منظور ابتدا با استخراج روابط ترمودینامیکی و دینامیکی سیستم و ترکیب این معادلات، معادلات حاکم شامل تابع غیرخطی از افت فشار درون مبدل های حرارتی به دست می آیند. معادلات غیرخطی حاکم حل شده و برای اعتبار سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی مطالعه حاضر با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی ارائه شده در مراجع معتبر علمی مقایسه می گردند. در موتورهای استرلینگ پیستون آزاد، افزایش توان خروجی با حفظ پایداری آن ها، حائز اهمیت است. بنابراین، با انجام مطالعه پارامتری، پارامترهایی که دارای بیشترین تاثیر بر توان خروجی و پایداری موتور هستند، شناسایی شده و به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته می شوند. به منظور بهینه سازی چند هدفه توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد، تابع هدف مناسب انتخاب شده و از یکی از روش های الگوریتم ژنتیک با استفاده از نرم افزار بهینه سازی مود فرانتیر استفاده می شود. در نهایت، مقادیر متغیرها، قبل و بعد از بهینه سازی و همچنین میزان بهبود حاصل در توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد ارائه می گردند.
    کلیدواژگان: موتور استرلینگ پیستون آزاد، توان خروجی، پایداری، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی چند هدفه
  • مرتضی دلاکه نژاد، سیدعلی میربزرگی*، حمید نیازمند صفحات 30-40
    در این مقاله، راندمان اختلاط در جریان الکترواسموتیک درون یک ریزمخلوط گر با زتاپتانسیل غیریکنواخت دیواره برای حالت های مختلف به صورت عددی شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، پایدار و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات میدان های پتانسیل الکتریکی داخلی و خارجی، معادلات توزیع غلظت یون های مثبت و منفی (ارنست-پلانک) ، معادله ی غلظت گونه ها و معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویر-استوکس) برای میدان جریان سیال به روش عددی حجم محدود حل شده است. به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، نتایج تحلیلی یک جریان ایده آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره ها باردار می باشد، با نتایج حل عددی به دست آمده مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می دهد که با تغییرات زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی به صورت خطی-صعودی، خطی-نزولی و سهموی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت زتا ثابت افزایش می یابد. برای دو حالت تغییر خطی زتاپتانسیل، راندمان اختلاط به 86 درصد و برای تغییر سهموی زتاپتانسیل به 75 درصد افزایش می یابد. این در حالی است که با ثابت بودن زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی، حداکثر راندمان اختلاط 64 درصد می باشد. در حالتی که تنها دیواره بالایی در ناحیه میانی دارای زتاپتانسیل می باشد، نتایج نشان داد که یک ناحیه گردابه ای در جریان ایجاد می گردد. این ناحیه گردابه ای باعث می شود تا راندمان اختلاط به حداکثر (100 درصد) برسد.
    کلیدواژگان: ریزمخلوط گر، شبیه سازی عددی، ارنست-پلانک، ناویر-استوکس
  • مهدی فکور *، فرزاد شیرمحمدلی صفحات 41-48
    ماهواره ها برروی زمین، در طی مراحل ساخت و حمل ونقل، در محیط پرتاب و در حال عملکرد در فضا تحت انواع بارهای دینامیکی از جمله بارهای ارتعاشی فرکانس بالا و پایین، آکوستیک، شوک و ضربه قرار می گیرند که هرکدام می تواند منبع مهمی در به وجود آمدن تنش بر اجزاء ماهواره باشد. اجزای سازنده ماهواره باید به گونه ای طراحی شود که در مواجهه با این محیط ها بتوانند به کار خود ادامه دهند. بهبود طراحی ماهواره در مقابل ضعف هایی که در برابر بارگذاری های مختلف نشان می دهد، امری ضروری است و با توجه به اینکه انجام تست های آزمایشگاهی بسیار زمانبر و هزینه بر است، استفاده از روش های تحلیلی برای بررسی دوام و طول عمر سازه می تواند بسیار کاربردی باشد. اکثر بارهای اعمالی وارد بر ماهواره در طول عمر کاری آن بصورت بارهای تصادفی است که معمولا به صورت شبه استاتیکی درنظر گرفته می شوند. بردهای الکترونیکی بخصوص اتصالات لحیمی آن ها از اجزای بسیار حساس و حیاتی ماهواره ها هستند که بیشترین آسیب پذیری را از ارتعاشات تصادفی دارند. لذا بررسی آسیب وارده به آن ها تحت این نوع بارگذاری برای طراحی مناسب بردها اهمیت بسیار زیادی در مدت زمان کارکرد آن ها دارد. در این تحقیق، بارهای ارتعاشات تصادفی اعمالی بر بردهای الکترونیکی با بارهای شبه استاتیکی معادل می شود و با مدلسازی برد با استفاده از تئوری ورق های چند لایه، مقدار تنش و شکست اتصالات لحیمی تحت این بارگذاری بررسی می گردد. همچنین اثر پارامترهایی چون مقدار عرض برد و شرایط مرزی برد الکترونیکی بر مقدار تنش اتصالات لحیمی در حل تحلیلی در نظر گرفته خواهد شد.
    کلیدواژگان: برد الکترونیکی، اتصالات لحیمی، ارتعاشات تصادفی، تحلیل تنش
  • احسان داورپناه، علیرضا تیمورتاش * صفحات 49-60
    استفاده از هندسه های مختلف غشاء برای جداسازی ذرات در فرایندهای تصفیه یا تغلیظ، مورد توجه گروهی از محققین قرار گرفته است. هر تغییری در هندسه غشاء که باعث تغییر در شانس ذرات برای برخورد و چسبیدن به سطوح سوراخ ها شود، می تواند نتیجه فرایند جداسازی را به شکل قابل توجهی دستخوش تغییر نماید. در این تحقیق با استفاده از روش شبکه بولتزمن در ترکیب با یک مدل جامع برخورد، مشخصه های رسوب بر هندسه توسعه یافته غشاء بررسی شده است. توسعه غشاء به صورت دو سطح عمودی سوراخدار گسترش یافته در طرف جریان در نظر گرفته شده است. در این حالت غشاء در دو بازه زمانی متفاوت "رسوب پیش رونده" و "توسعه کیک جرمی" عمل می کند. در بازه اول، پیکره بندی غشاء در بعد طول به سه محدوده بسته، فعال، و غیر فعال تقسیم شده و رسوب ذرات در محدوده فعال سبب جابجایی مرز رسوب شده و در نتیجه محدوده های فعال به بسته و غیر فعال به فعال تبدیل می گردد؛ همچنین در بازه زمانی دوم و پس از بسته شدن عمده مسیرهای جریان، انسداد غشاء با رشد کیک جرمی در سراسر طول المان جداساز تقویت می شود. نمایه های به دست آمده برای منحنی شار جرمی نشان دهنده یک آهنگ اولیه کاهش شار جرمی با تقعر منفیست که بیش از نیمی از دوره عملکرد غشاء را در بر می گیرد و در مقایسه با هندسه های توسعه نیافته، می تواند به شکل قابل توجهی، عبور حجم بیشتری از جریان را مقدور سازد.
    کلیدواژگان: غشاء، رسوب پیش رونده، کیک جرمی، شبکه بولتزمن، ذرات غیر کلوئیدی
  • سیدعلی قصابی، مجید شاه قلی *، غلامحسن پایگانه، محمد علی احمدی صفحات 61-68
    در این پژوهش ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری یک نانوتیر دوار ویسکوالاستیک با درنظرگرفتن اثرات سطحی مطالعه و بررسی شده است. به کمک اصل هامیلتون و تئوری گورتین مورداک معادلات حرکت استخراج شده و با روش گلرکین گسسته شده اند. سپس با روش مقیاس های زمانی چندگانه، معادلات حرکت حل شده اند. در تحلیل ارتعاشات آزاد، عباراتی تحلیلی برای دامنه، فاز و فرکانس طبیعی استخراج شده است. در تحلیل ارتعاشات اجباری، عباراتی تحلیلی برای پاسخ حالت ماندگار سیستم به دست آورده شده است. تاثیر عواملی مانند اثرات سطح، ضرایب میرایی، ابعاد سطح مقطع، دامنه ی تحریک خارجی و... بر پاسخ فرکانسی سیستم مطالعه شده است. مشاهده می شود که در ارتعاشات آزاد در یک زمان خاص با افزایش تنش سطح، دامنه کاهش می یابد و با افزایش چگالی سطح و الاستیسیته ی سطح، دامنه افزایش خواهد یافت. همچنین افزایش ضرایب میرایی داخلی و خارجی، باعث کاهش دامنه ی آزاد سیستم می شوند. در ارتعاشات اجباری مشاهده می شود با درنظرگرفتن اثرات سطح، دامنه ی اجباری سیستم کاهش می یابد و محل نقطه ی انشعاب اول نیز تغییر خواهد کرد. افزایش ضرایب میرایی داخلی و خارجی باعث کاهش دامنه شده و انشعاب اول در فرکانس هایی نزدیک تر به فرکانس طبیعی اتفاق خواهد افتاد. همچنین مشاهده می شود که برای دو ابعاد مختلف از سطح ولی با مساحت سطح یکسان، محل نقاط انشعاب و دامنه تغییر خواهند کرد. افزایش دامنه ی تحریک خارجی باعث افزایش دامنه می شود و نقاط انشعابی اول و دوم در فرکانس هایی دورتر از فرکانس طبیعی اتفاق خواهند افتاد. بنابراین در نظر گرفتن اثرات سطح در تحلیل ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری نانوتیرهای دوار اهمیت دارد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، ارتعاشات آزاد و اجباری، نانوتیر دوار، ویسکوالاستیک، اثرات سطح
  • علی بهاری، کاظم آتشکاری *، جواد محمودی مهر صفحات 69-78
    استفاده از زیست توده ها به روش گازی سازی به منظور تولید زیست سوخت و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی سوخت های فسیلی در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در مطالعه حاضر از روش دینامیک سیالات محاسباتی به منظور پیش بینی فرآیند گازی سازی، درون یک گازی ساز رو به پایین استفاده شده است. بررسی مطالعات گذشته نشان می دهد که علی رغم انجام پژوهش های بسیار توسط محققان مختلف به منظور بیشینه سازی راندمان فرآیند گازی سازی، تاکنون مطالعه ای به منظور کمینه سازی میزان نشر آلاینده های حاصل از این فرآیند به عنوان یکی دیگر از اهداف مهم طراحی، انجام نگرفته است. بنابراین در این مطالعه، تاثیر تغییر نسبت هم ارزی به عنوان متغیر طراحی روی راندمان گازی ساز و همچنین میزان آلاینده تولید شده به صورت هم زمان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مطالعه نسبت های مولی CO/CO2 و H2/H2O به عنوان یکی دیگر از عوامل موثر در انتخاب نقطه بهینه فرآیند در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی صحت نتایج، داده های حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی و مطالعه عددی پیشین، مقایسه شده و تطابق خوبی از مقایسه آن ها مشاهده شده است. نتایج به دست آمده از مطالعه حاضر نشان می دهد در نسبت هم ارزی0. 64 نرخ تولید اکسیدهای نیتروژن به نسبت راندمان گاز سرد با در نظر داشتن بیشینه تولید نسبت های مولی CO/CO2 و H2/H2O دارای مقدار بهینه بوده و این نقطه بهینه ترین نقطه تحت شرایط کاری فرآیند گازی سازی می باشد.
    کلیدواژگان: گازی سازی، تولید سینگاز، گازی ساز رو به پایین، شبیه سازی عددی
  • حسین سلطانیان، محمد ضابطیان *، هادی پاسدار شهری صفحات 79-84
    در این پژوهش، تشخیص گونه های احتراقی در شعله ی متان-هوا بر مبنای طیف سنجی تابشی شعله مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه ی تجربی روی یک دستگاه آزمون که مجهز به وسایل اندازه گیری جهت دریافت تابش شعله از مشعل سوراخ دار که یکی از متداول ترین مشعل ها در دیگ های چگالشی است، انجام شده است. گونه های احتراقی OH*، CH*، C2*، H2O* از روی نورتابی شیمیایی شناسایی شده اند. تغییرات شدت تابش گونه ی OH* که نقش مهمی در تعیین نرخ حرارت آزاد شده از شعله دارد، برای نسبت های هم ارزی مختلف Φ و به ازای توان های مختلف مشعل، به کمک طیف سنج اندازه گیری شد که بیشترین شدت را در محدوده 0. 77<Φ<0. 85 در تمامی مقادیر توان مشعل ارائه می دهد. به همین ترتیب شدت فرآورده اصلی احتراق H2O* بررسی شد که بیش ترین مقدار آن که معرف کامل ترین حالت واکنش احتراق است در Φ=0. 86حاصل شد. نتایج همان آزمون نشان داد که نسبت شدتOH*/CH* به صورت مستقل از توان مشعل به دست آمد که توسط سایر محققین نیز تایید شده است. به این ترتیب می توان با سنجش تابش شعله، نسبت هم ارزی آن را به دست آورد. از یک دماسنج مادون قرمز جهت اندازه گیری دمای سطح مشعل استفاده شد. دمای بیشینه سطح مشعل به کمک دماسنج لیزری و در محدوده ی 415oC تا 420oCبه ازای نسبت هم ارزی Φ=0. 82 در تمامی مقادیر توان مشعل به دست آمد که معرف بازدهی بهتر مشعل است. به دست آوردن نسبت هم ارزی مشعل، از روی تابش آن و امکان بهبود بازده مشعل از طریق ارزیابی شاخص های مرتبط با نرخ حرارت آزاد شده و دمای سرمشعل، اساس کار حاضر است.
    کلیدواژگان: طیف سنجی، گونه های احتراقی، نورتابی شیمیایی، سرمشعل سوراخ دار، دما
  • مرتضی حبیبی، فتح الله امی *، زهیر صبوحی صفحات 85-96
    امروزه موتورهای توربینی کاربرد بسیاری در صنعت حمل ونقل و تولید انرژی دارند. با توجه به استفاده از سوخت های فسیلی در این نوع موتورها که منجر به تولید اکسیدهای نیتروژن و کربن مونوکسید می شود، نگرانی های زیست محیطی در این حوزه افزایش یافته است. روش های مختلفی جهت کاهش انتشار آلاینده ها پیشنهاد شده است. یکی از این روش ها افزودن بخارآب یا آب به محفظه احتراق جهت کاهش دمای شعله است. افزودن بخار به روش های گوناگونی انجام می گیرد. در این پژوهش فرض شده است که بخار در دیفیوزر به جریان اضافه می شود و به صورت پیش آمیخته با هوا وارد محفظه احتراق می شود. افزودن بخار فرآیند احتراق در داخل محفظه احتراق را تحت تاثیر قرار می دهد. لذا، بایستی بخار افزوده شده در فرآیند طراحی محفظه احتراق در نظر گرفته شود. از همین رو مدلی برای طراحی مفهومی هندسه محفظه و مطالعه تاثیر افزودن بخار روی آن ارائه خواهد شد. به همین منظور از داده های یک محفظه احتراق موتور واقعی برای مقایسه نتایج حاصل از طراحی هندسه به کمک مدل و بررسی تاثیر افزون بخار روی هندسه محفظه استفاده خواهد شد. برای بررسی عملکرد محفظه احتراق از روش شبکه راکتورهای شیمیایی جهت مدل سازی احتراق استفاده خواهد شد. ابتدا به کمک این روش مدل سازی احتراق بدون افزون بخار برای یک محفظه احتراق متداول حلقوی صورت می گیرد و نتایج حاصل از این روش با داده های این محفظه حلقوی مقایسه، سپس تاثیر افزودن بخار بر عملکرد مورد بررسی قرار می گیرد. در این پژوهش نشان داده شد که افزودن بخار راه موثری برای کاهش دما شعله و انتشار آلاینده است.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق توربین گاز، شبکه راکتورهای شیمیایی، افزودن بخار، انتشار آلاینده
  • اسماعیل علیقلی زاده فیروزجایی، مجتبی یزدانی*، هادی صبوری صفحات 97-104
    الاستومرها دسته ای از مواد پلیمری با ویژگی های منحصر به فرد رفتاری هستند. الاستومرها دارای دونوع رفتار وابسته به زمان و مستقل از زمان هستند، رفتار مکانیکی این دسته از مواد پلیمری تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد. در این تحقیق اثر افزایش نانوذرات سیلیکا و نرخ بارگذاری در دو حالت شبه استاتیکی و دینامیکی بر روی رفتار کششی ماده الاستومری HDPE/POE مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا ماده الاستومری پایه با نسبت اختلاط 40% HDPE و 60% POE تولید شده و سپس با افزایش ذرات نانو سیلیکا، 4 نوع نمونه شامل 3 نوع نمونه تقویت شده 0. 7%، 1%و1. 4% و یک نوع نمونه HDPE/POE ساخته شد. نمونه ها در حالت کشش شبه استاتیکی تحت نرخ کرنش های1⁄s 0. 04، 1⁄s 0. 07، 1⁄s0. 14 و1⁄s 0. 17 قرار گرفتند و در حالت دینامیکی نیز با استفاده از فیکسچر کاملا جدید طراحی شده بر روی دستگاه ضربه سرعت پایین (ضربه افتان) به نمونه ها بار کششی با نرخ کرنش1⁄s 160و 1⁄s100 اعمال شده است. نتایج پژوهش نشان داده است در بارگذاری دینامیکی رفتار ماده الاستومری به شدت تابع نرخ کرنش است، افزایش نرخ کرنش سبب افزایش سطح تنش و نیروها در هر دو نوع بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی می شود. مقدار افزایش سطح نیروها در بارگذاری دینامیکی بسیار بیشتر از حالت استاتیکی است. همچنین مکانیزم جدید طراحی شده قابلیت دسترسی به داده های کششی دینامیکی مختلف را در دستگاه ضربه سرعت پایین فراهم می کند، از طرفی با افزایش درصد نانوسیلیکا استحکام کششی نمونه ها به طور محسوسی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: الاستومر، نانوسیلیکا، نرخ کرنش، ضربه افتان، مکانیزم
  • عباس ابراهیمی*، مصطفی نوذری صفحات 105-112
    در این پژوهش، روش دیسک عملگر دوبعدی به صورت تقارن محوری با دقت قابل قبول و هزینه محاسباتی کم برای مطالعه جریان حول روتور توربین باد محور افقی و دنباله ی آن توسعه داده شده است. با استفاده از قابلیت UDF نرم افزار Fluent، کدی به زبان C برای اعمال ممنتوم مجازی به سیال نوشته شده و معادلات ناویر-استوکس با اضافه شدن عبارت نیروی حجمی به عنوان جمله چاه حل می شوند. اعتبارسنجی روش با داده های توربین باد مبنای 5MW NREL انجام شده و اثر متقابل دو توربین پشت سرهم در مزرعه بادی، روی عملکرد آیرودینامیکی یکدیگر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، حضور توربین بالادست موجب کاهش توان و تراست روتور پایین دست تا فاصله سه برابر قطر روتور، به ترتیب تا حدود %88 و %57 می شود. با افزایش فاصله ی توربین پایین دست از توربین بالادست تا حدود 170 برابر قطر روتور، توان و تراست شروع به بازیابی به سمت مقادیر توربین بالادست می کنند. نتایج توزیع توان در راستای شعاع پره نیز نشان می دهد برای روتور پایین دست در فواصل نزدیک به روتور بالادست، بخش میانی پره سهم بیشتری در تولید توان دارد. علاوه براین، اثر روتور پایین دست روی عملکرد توربین بالادست به ترتیب تا حدود 1. 5 و 0. 7 درصد کاهش توان و تراست است و با افزایش فاصله، این اثر ازبین می رود.
    کلیدواژگان: توربین باد محور افقی، دیسک عملگر، مزرعه بادی، گردابه، دینامیک سیالات محاسباتی
  • ریحانه ربیعی، کاوه حنیفی میانگفشه*، محمد ذوقی، مرتضی یاری صفحات 113-121
    در سالهای اخیر استفاده از توربین گازی با راکتور مدولار هلیم (GT-MHR) که بر اساس چرخه برایتون بسته با سیال عامل هلیم کار می کند، به علت داشتن بازده زیاد، ایمنی بالای رآکتور، صرفه اقتصادی و هزینه تعمیر و نگهداری پایین، توجه محققان را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر سیستم ترکیبی شامل سیکل توربین گازی با راکتور مدولار هلیوم، سیکل کالینا و سیکل جذبی آب-آمونیاک از منظر انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از سیکل کالینا و سیکل جذبی به عنوان سیکل پایینی به منظور جلوگیری از هدر رفت انرژی اتلافی سیکل توربین گازی و افزایش بازده تبدیل انرژی می باشد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که در حالت ورودی پایه کار کلی kW 304462 ، بازگشت ناپذیری کلی 289766 kW و بازده اگزرژی کلی سیکل تولید همزمان 0. 689 می باشد. همچنین راکتور اتمی، توربین و کمپرسور سیکل هلیوم به عنوان اجزایی معرفی می شوند که باید بیشتر از سایر اجزا از منظر اگزرژی-اقتصادی مورد توجه قرار بگیرند چون بیشترین مقدار نرخ هزینه متعلق به این اجزا می باشد. در انتها نیز تحلیل پارامتری به منظور تاثیر تغییر نسبت فشار کمپرسور هلیومی، دمای ورودی توربین هلیومی، فشار و دمای ورودی توربین و کسر جرمی حالت پایه سیکل کالینا بر روی پارامترهای خروجی انجام می شود.
    کلیدواژگان: سیکل ترکیبی تولید همزمان، توربین گازی با راکتور مدولار هلیوم، سیکل کالینا، سیکل تبرید جذبی، اگزرژی- اقتصادی
  • مهدی حسن زاده، پدرام صفرپور * صفحات 122-131
    روش نیمه تحلیلی روشی است که از نظر محاسباتی کارایی بالایی دارد و به سادگی می توان آن را پیاده کرد به این دلیل اغلب ازین روش برای تحلیل حساسیت در مدل های المان محدود استفاده می شود. اما روش نیمه تحلیلی بدون عیب نیست خصوصا در مسائلی که حرکت صلب گونه جسم به صورت نسبی بزرگ است خطای شدیدی را به دنبال دارد. چنین خطاهایی ناشی از بردار نیروی کاذب ایجاد شده به وسیله ی مشتق گیری با روش تفاضل محدود است. در این مقاله روش نیمه تحلیلی نوینی بر پایه متغیرهای مختلط برای محاسبه حساسیت در مدل المان محدود غیرخطی پیشنهاد می شود. این روش، روش متغیرهای مختلط را با روش تحلیل حساسیت گسسته ترکیب کرده تا حساسیت و مشتقات مورد نیاز در طراحی را با دقت و کارایی بالا محاسبه کند. روش مذکور کارایی محاسباتی روش نیمه تحلیلی را با دقت بالاتر حفظ می کند. به علاوه این روش نسبت به انتخاب اندازه گام حساس نیست، خصوصیتی که استفاده از آن را در مسائل کاربردی راحت می کند. از این روش می توان در مدل های المان محدود غیرخطی تنها با اصلاح جزئی در کدهای المان محدود موجود استفاده کرد. در این مقاله نویسندگان اثبات می کنند که تحلیل حساسیت گسسته و روش متغیرهای مختلط معادل هم بوده و یک معادله حساسیت را حل می کنند. سرانجام با چندین مثال عددی دقت روش مذکور با مقایسه با دیگر روش ها بررسی می شود و نشان داده می شود که این روش قابل اعتماد و مستقل از اندازه گام می باشد.
    کلیدواژگان: تحلیل حساسیت گسسته، روش اعداد مختلط، روش نیمه تحلیلی، روش المان محدود
  • مجید هداوند، سعید خدایگان*، محمد سبحان اسفندیار صفحات 132-138
    با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به دسترسی به منابع انرژی وجود خطوط لوله مانند خطوط لوله گاز، نفت و آب بسیار حیاتی است. این لوله ها با گذر زمان دچار فرسایش و آسیب می شوند. با کنترل و پایش مسیر های خطوط لوله، احتمال ورود خسارات ناگهانی تا حد بسیار زیادی کاهش می یابد. فرآیند پیگ رانی یکی از موثرترین روش ها در پایش و کنترل ابعادی و هندسی مسیرهای خطوط لوله انتقال انرژی است. در این مقاله، الگوریتم جدیدی جهت اندازه گیری هندسه داخلی لوله های صنعتی در فرآیند پیگ رانی بر مبنای استفاده از سنسورهای لیزری ارایه می گردد. مطابق با الگوریتم پیشنهادی، اندازه گیری ابعادی و هندسی لوله ها با دقت بالایی انجام و سپس با تحلیل داده های حاصل از نمونه برداری لیرزی - تصویری از هندسه سطح داخلی لوله مدل دقیقی از آن ایجاد و عیوب موجود در سطح داخل لوله شناسایی می گردد. به منظور نمایش توانایی الگوریتم پیشنهادی، یک لوله دارای عیب هندسی مشخص بر اساس الگوریتم ارائه شده مورد بررسی و بازرسی قرار می گیرد و نتایج حاصل مورد مقایسه و بحث قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: پایش خطوط لوله، بازرسی غیرمخرب، لیزر - مبنا، سنسور لیزری، پردازش تصویر
  • سعید بیات، حسین نجات پیشکناری*، حسن سالاریه صفحات 139-143
    امروزه سکوهای موقعیت دهنده با دقت نانو از جایگاه خاصی برخوردار بوده و در کاربردهای مختلفی مانند عکس برداری و برداشت از سطح، استفاده می شوند. در این مقاله، مشاهده گرهایی برای یک سکوی موقعیت دهنده با دقت نانو، بر پایه ی سه نوع شبکه عصبی مختلف، طراحی شده اند. سکوی مدل سازی شده در دانشگاه صنعتی شریف طراحی شده و با توجه به نیاز نهایی سیستم به سیگنال پس خورد برای استفاده در قانون کنترلی، در این مرحله مشاهده گرهایی بر پایه ی شبکه عصبی طراحی شده اند. در پژوهش های قبلی، مدل کامسول سیستم موقعیت دهنده به دست آمده است. در این مرحله، برای آموزش شبکه عصبی از مدل کامسول استفاده کرده و به ازای جمع تعدادی از توابع سینوسی، سیستم آموزش داده شده و در ادامه به ازای ورودی شیب، قابلیت تعمیم پذیری آن بررسی شده است. شبکه های عصبی مورد استفاده، به ترتیب شامل شبکه پرسپترون چند لایه، شبکه مبتنی بر توابع شعاعی و شبکه مبتنی بر رگرسیون بردارهای پشتیبان می باشد. با انجام شبیه سازی، دیده شده که شبکه پرسپترون چند لایه و شبکه مبتنی بر توابع شعاعی به پاسخ مناسبی با خطای کم منجر شده اما شبکه مبتنی بر رگرسیون توابع پشتیبان خطای نسبتا زیادی دارد.
    کلیدواژگان: سکوی موقعیت دهنده با دقت نانو| مشاهده گر| شبکه عصبی
  • حسن صالحی، موسی مظلوم * صفحات 144-155
    به منظور تعیین پارامترهای شکست بتن خودتراکم سبک دو روش مختلف اثر اندازه و کار شکست مورد استفاده قرار گرفت. برای لحاظ نمودن رفتار بتن در مقاومت های متفاوت، دو طرح اختلاط با نسبت های آب به سیمان 0. 42 و0. 47 در نظر گرفته شد. در ابتدا خصوصیات روانی بتن مورد بررسی قرار گرفت و بعد از اطمینان از خودتراکم بودن آن ها خصوصیات مکانیکی بتن سخت شده تعیین گردید. سپس با بهر گیری از دو روش فوق و با انجام آزمایش خمش سه محوری بر روی 30 تیر با ابعاد مختلف، پارامترهای شکست بتن و بازشدگی نوک ترک محاسبه شدند. نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت آب به سیمان از 0. 42 به 0. 47، انرژی های شکست اولیه، کل و چغرمگی شکست بتن خودتراکم سبک به ترتیب 39. 4%، 33. 4% و 25. 3% کاهش می یابند. به این ترتیب ضمن مشخص شدن تاثیر مثبت کاهش نسبت آب به سیمان بر پارامترهای شکست این نوع بتن، دلایل تغییر رفتار بتن هم بررسی شد. همچنین چند رابطه تجربی ارائه گردید که با استفاده از آن ها می توان تنها با محاسبه مقاومت فشاری بتن انرژی شکست اولیه، انرژی کل، نسبت انرژی ها به یکدیگر و چغرمگی شکست بتن را تعیین نمود. سپس با بهره گیری از پارامترهای شکست، خصوصیات مکانیکی بتن و به کمک روش المان محدود توسعه یافته به مدل سازی معکوس پرداخته شد. نتایج بیانگر دقت بالای روش المان محدود توسعه یافته در حل عددی مسائل شکست و نیز کارآئی پارامترهای محاسبه شده برای تعیین رفتار بتن های خودتراکم سبک در هنگام گسترش ترک می باشد.
    کلیدواژگان: بتن خودتراکم سبک، چقرمگی شکست، المان محدود توسعه یافته، پارامترهای شکست، روش کار شکست
  • حسین ایپکچی، میترا اولیایی، مسعود اسفنده *، محمد یوسفی، امیر مسعود رضا دوست صفحات 156-164
    چدلایه های کامپوزیتی فنولیک-شیشه از مقاومت به تورق پایینی برخوردار هستند و یکی از روش های بهبود این خاصیت، چقرمه سازی زمینه با استفاده از میان لایه های پلیمری در آن ها است. در تحقیق حاضر، از پلی وینیل بوتیرال (PVB) با فرآیند الکتروریسی نانو وب هایی با ابعاد لیف 300 تا 600 نانومتر تهیه شد و بصورت یک نمد در ابعاد نانو در لایه میانی یک کامپوزیت 14 لایه از رزین فنولیک تقویت شده با الیاف شیشه قرار داده شد. همچنین، نانو وب هایی از همین ماده ولی تقویت شده با کربن پیرولیکتیکی (Pyc) و نانو لوله کربنی (MWCNT) چند لایه تهیه شد و آزمون های چقرمگی شکست مود اول و دوم مطابق آزمون ‎های استاندارد مربوطه انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از میان لایه های الکتروریسی شده PVB چقرمگی شکست در مود های اول و دوم را به ترتیب حدود % 13. 6 و %13. 8افزایش می دهد. همچنین ترکیب ساختار های کربنی اثر بهتری روی چقرمگی شکست نمونه ها دارد. در نمونه های ترکیبی حاوی ساختارهای کربنی، نانولوله ها تاثیر بیشتری روی چقرمگی شکست در مود اول داشتند و در حالت بهینه مقدار GI حدود % 49افزایش یافت. همچنین در مود دوم کربن پیرولیتیکی ها اثر بهتری روی GII داشته و در حالت بهینه این مقدار حدود % 38 افزایش یافت. مطالعات مورفولوژیکی انجام شده با میکروسکوپ SEM نشان داد که انحراف ترک، مکانیسم غالب درچقرمه شده ماتریس است که منجر به تاخیر در شروع شکست و افزایش طول ترک می شود و در نتیجه چقرمگی شکست چند لایه ها افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تورق، کامپوزیت فنولیک شیشه، پلی وینیل بوتیرال، نانو لوله کربنی، کربن پیرولیتیک
  • مجید قریشی*، امید روحانی رفتار صفحات 165-173
    سوراخکاری با استفاده از لیزر از جمله روش های نوین سوراخکاری است که مزایای بسیار آن، کاربرد این فرآیند را گسترش داده است. تحقیق حاضر به بررسی تجربی فرآیند سوراخکاری ضربه ای با استفاده از لیزر یاقوت بر روی آلیاژ Ti6Al4V با ضخامت های مختلف که پرکاربردترین آلیاژ تیتانیوم است می پردازد. در این مقاله اثر پارامترهای ورودی توان بیشینه، عرض پالس، فرکانس، نوع گاز کمکی، فشار گاز و ضخامت نمونه بر روی مهم ترین خروجی های هندسی سوراخ شامل قطر ورودی، قطر خروجی، زاویه مخروطی، میزان دایروی بودن ورودی و میزان دایروی بودن خروجی سوراخ مورد مطالعه قرار گرفته است. بر روی داده های حاصل از آزمایش، تحلیل های آماری انجام شده و پارامترهای موثر در هر خروجی ارائه گردیده است. برای انجام آزمایشات از روش "طراحی آزمایش ها" و برای مدل سازی از روش "رویه پاسخ" استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان می دهند که ضخامت ورق در تمام خروجی ها موثر است. پس از ضخامت، به ترتیب فرکانس و عرض پالس، توان بیشینه و نوع گاز کمکی مهم ترین پارامترهای موثر در خروجی های فرآیند می باشند. فشار گاز کمکی فقط در میزان دایروی بودن ورودی سوراخ موثر می باشد. در این آلیاژ برای دستیابی به سوراخی با ظرافت بالا توصیه می شود توان بیشینه، فرکانس و عرض پالس در سطح پایین و فشار گاز کمکی در سطح بالا قرار گیرد همچنین از گاز نیتروژن به عنوان گاز کمکی استفاده گردد.
    کلیدواژگان: سوراخکاری با لیزر، آلیاژ تیتانیوم، طراحی آزمایش ها، روش رویه پاسخ
  • سید محمدرضا حسینی، مصطفی حبیبی، احمد عاصم پور * صفحات 174-181
    آنچه که در این تحقیق بیشتر مورد توجه قرار گرفته نحوه مدلسازی محل اتصال در ورقه ای دو لایه به منظور تعیین نمودار حد شکل دهی است. در این تحقیق از ورق دولایه ای استفاده شده که متشکل از یک لایه فولاد به ضخامت 1. 35 میلیمتر و یک لایه مس به ضخامت 0. 45 میلیمتر است. ورق دولایه به کار رفته در تحقیق حاضر به روش جوش انفجاری ساخته شده است. به منظور تعیین نمودار حد شکل دهی از روش عددی با به کارگیری نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. در این رابطه تست های ناکازیما شبیه سازی شدند. معیار استفاده شده برای تعیین پارگی در لایه های فولادی و مسی مدل GTN بود، همچنین قانون کشش جدایش برای تعیین خرابی در محل اتصال ورقها به کار برده شد. برای مدلسازی لایه میانی از المان های چسبنده استفاده شد. به منظور صحه گذاری بر نتایج به دست آمده به انجام آزمایش تجربی ناکازیما پرداخته گردید. تمامی شبیه سازی ها و کارهای تجربی برای هر دو حالت قرارگیری ورقها به صورت پشت و رو انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که نمودارهای حد شکل دهی به دست آمده با استفاده از روش مدلسازی یادشده مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارند.
    کلیدواژگان: ورق دولایه، نمودار حد شکلدهی، تست ناکازیما، قانون کشش- جدایش، المان چسبنده
  • صادق مودی، حسین مهدیزاده* صفحات 182-190
    در این مقاله از یک مدل پخش موج تغییریافته گودونو برای مدل سازی سقوط جریان آزاد آب بروی سطح خشک استفاده می گردد. مدل موردنظر یک مدل خوش توازن بوده و قادر به رفتار کردن مولفه های منبع جریان ورودی/خروجی به بستر و هم چنین مولفه های اصطکاک در داخل تفاوت شارهای مجاور روش حجم محدود می باشد. علاوه بر این، روش موردنظر از نوعی سرعت تقریبی جدید ریمان برای پخشیدگی بر روی سطح خشک استفاده می نماید. در ابتدا جریان ورودی از کف به مخزن به صورت جت آزاد مورد بررسی قرار می گیرد. سپس ورود جریان آب به حالت سقوط آزاد و از وسط و دو کناره مخزن بر روی سطح خشک شبیه سازی می گردد. جهت مشخص نمودن اعتبار مدل عددی ارائه شده برای فشارهای غیرهیدرواستاتیک، از یک عدد بدون بعد بر اساس سرعت ورودی، طول دهانه و ارتفاع سقوط استفاده گردیده است. نتایج حاصله از روش عددی معرفی شده با نتایج حاصله از نرم افزار استار سی دی که یک نرم افزار تجاری حل معادلات ناویر-استوکس است، مقایسه گردیده است. نتایج عددی نشان می دهد که الگوی عددی شار موج معرفی شده با مولفه های تقریبی جدید سرعت، قادر به شبیه سازی سقوط برای سطح خشک برای محدوده معرفی شده عدد بی بعد می باشد.
    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، الگوریتم پخش موج، معادلات آب های کم عمق، نرم افزار استار سی دی
  • سید مرتضی صادقی*، سعید چیت ساز، میرمحمد اتفاق صفحات 191-201
    در این مقاله یک مدل خطی مناسب برای بررسی رفتار ارتعاشی خطوط لوله با تکیه گاه های ساده که تحت عملیات پیگ رانی قرار دارد، ارائه و تحلیل شده است. در این فرایند پیگ (به عنوان جرم ثابت فنربندی شده ی متحرک) که توسط سیال محرک مایع (به منزله جرم متغیر متحرک داخلی) حرکت می کند، در نظر گرفته شده است. با استفاده از اصل همیلتون و لحاظ نمودن معادلات ممنتم و پیوستگی سیال و نیز استفاده از یک مدل ارتعاشی برای پیگ، معادلات حاکم استخراج شده، و سپس با استفاده روش گالرکین در المان محدود، معادلات ارتعاشی سیستم (لوله، سیال و پیگ) گسسته سازی و حل شده اند. با استخراج پارامتر های مودال سیستم خط لوله، تغییرات آن ها حین عبور پیگ در حالت گذرا و در طی بازه های زمانی متوالی، با دبی های مختلف سیال محرک، مورد بررسی قرار گرفته است. جهت صحه گذاری، از یک مدل تجربی شامل لوله ای به قطر 3 اینچ و با طول 2. 5 متر و یک عدد پیگ ساده با دیسک های لاستیکی به همراه پمپ و شیر توپی، استفاده شده است. با جمع آوری سیگنال های ارتعاشی از بدنه لوله حین فرایند پیگ رانی و استفاده از آنالیز مودال، ارتباط مناسبی بین داده های تجربی و داده های تحلیلی حاصل از مدل تئوری بدست آمده و تغییرات فرکانس های طبیعی سیستم، برحسب سرعت و موقعیت پیگ با هر دو روش تحلیلی و تجربی بدست آمده است. همچنین جابجایی نقطه میانی لوله در اثر فرایند پیگ رانی به صورت تحلیلی و با استفاده از مدل تئوری پیشنهاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، خط لوله، لوله حاوی سیال، پیگ، پیگ رانی
  • فرشاد سمیه یی، امیرعلی نیکخواه *، جعفر روشنی یان صفحات 202-211
    حجم پایگاه داده و کمینه ستاره های قابل مشاهده در میدان دید حس گر ستاره دو پارامتر مهم، تاثیرگذار و در عین حال متناقض می باشند که می بایست در طراحی مورد توجه قرار گیرند. در این راستا هدف از این مقاله یکنواخت سازی پایگاه داده با استفاده از توزیع یکنواخت نقاط بر روی کره سماوی و به روش مثلث بندی است. برای این منظور انتخاب کاتالوگ ستاره مناسب، قدر کمینه مطلوب و حذف ستاره های دوبل ازجمله سایر مراحل فرآیند یکنواخت سازی می باشد که در این تحقیق انجام شده است. بدین ترتیب نتایج بررسی های انجام گرفته نشان داد که مثلث بندی دلونی به روش استریپک سریع تر و دقیق تر از روش شبکه ژئودزیک است. همچنین با انجام شبیه سازی و اجرای تست های مونت کارلو جهت شمارش تعداد ستاره های مشاهده شده در میدان دید های مختلف یک حس گر ستاره نوعی، مشخص گردید یکنواخت سازی به روش مثلث بندی دلونی منجر به کاهش چشمگیر احتمال مشاهده تراکم زیاد ستاره های کاتالوگ در میدان دید حس گر می گردد به گونه ای که احتمال مشاهده بیش از 25 ستاره در تمامی میدان های دید ممکن به صفر رسیده است. از سویی دیگر برای مشاهده 4 و یا بیشتر از 4 ستاره در سطح اطمینان بیشتر از 95%، در کاتالوگ غیریکنواخت نیاز به میدان دید حداقل 12. 5 درجه می باشد. این در حالی است که در پایگاه داده یکنواخت شده این میدان دید به اندکی بیش از 13 درجه افزایش یافته است؛ به عبارت دیگر یکنواخت سازی تا حدودی کمینه میدان دید لازم جهت مشاهده حداقل تعداد ستاره مورد نیاز را افزایش داده است.
    کلیدواژگان: حس گر ستاره، کاتالوگ ستاره، آسمان یکنواخت، مثلث بندی دلونی، شبکه ژئودزیک
  • محسن قاسمی، محمدرضا انصاری *، محمدحسن رحیمیان صفحات 212-222
    یک مدل شبکه بولتزمن دوفازی قدرتمند با قابلیت مدلسازی نسبت چگالی بالا برای شبیه سازی برخورد حباب به مانع متخلخل به کار گرفته شده است که می تواند جریان دوفازی مخلوط نشدنی با نسبت چگالی 1000 را با بقای جرم بسیار مطلوب شبیه سازی کند. در این مقاله با مدلسازی مانع در دامنه حل جریان دوفازی، نحوه تغییرات توابع توزیع در دیواره ها و گوشه های مانع بیان شده، نحوه اعمال شرط مرزی ترشوندگی سطح بر روی مانع تشریح گردیده و نشان داده شده است که با وجود اعمال شرط مرزی مربوط به مانع نیز بقای جرم مدل به شکل مطلوبی حفظ می شود. پس از ارزیابی دقت و قابلیت مدل و صحت پیاده سازی آن ابتدا با چند مساله پایه، برخورد یک حباب بالارونده با نسبت چگالی 1000 به یک مانع متخلخل مسطح شبیه سازی شده و تاثیر زاویه تماس، عدد اتوس و نسبت تخلخل و در تغییر شکل و نحوه عبور یا عدم عبور حباب از مانع به صورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفته است. در برخورد حباب به مانع متخلخل با نسبت تخلخل پایین، در صورتی که زاویه تماس کم باشد حباب در زیر مانع باقی مانده و به سکون می رسد. در زوایای تماس بالا، خاصیت آب گریزی سطح مانع، حباب را به داخل تخلخل ها می کشد و حباب به سطح بالای مانع منتقل می شود و بر روی سطح مانع به سکون می رسد. در سایر موارد حباب به طور کامل از مانع عبور می کند و از آن جدا می شود. خطای بقای جرم در عبور حباب از مانع متخلخل از مرتبه 11-10 است که بسیار مطلوب ارزیابی می شود.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، حباب بالارونده، مانع متخلخل، برخورد حباب، روش شبکه بولتزمن
  • زینب صبوری منش، محمد زارعی نژاد *، حیدرعلی طالبی، محمدرضا دهقان صفحات 223-229
    امروزه استفاده از واقعیت مجازی در آموزش جراحی به دلیل کم خطر بودن، تکرارپذیری، هزینه ی کم و قابلیت های دیگر مورد توجه قرار گرفته است. روش های مختلف ارائه شده برای جراحی مجازی سعی در واقعی و در عین حال بلادرنگ بودن آن دارند. در این مقاله روشی جدید برای مدل سازی بافت نرم با استفاده از تلفیق شبکه عصبی سلولی و معادلات الاستیک و ویسکوالاستیک بافت نرم معرفی می گردد. به علاوه یک سیستم شبیه ساز هپتیکی برای مدل سازی ویسکوالاستیک تغییر شکل بافت نرم ارائه می شود. مدل ویسکوالاستیک بافت نرم با استفاده از معادلات ناویر کوشی و مدل کلوین – ویت ساخته شده است. با استفاده از شبکه ی عصبی سلولی، جابه جایی ایجاد شده در یک نقطه توسط نیروی خارجی، در کل بافت منتشر می شود. از آن جایی که این روش نیاز به مش بندی مکعبی دارد، الگوریتم مش بندی جدیدی طراحی شده و به صورت برون خط اجرا می شود. همچنین الگوریتم تشخیص برخورد برای تعیین برخورد ابزار با سلول و شناسایی سلول هدف، همراه با الگوریتم اصلی اجرا می شود. علاوه بر موارد ذکر شده، بازخورد نیرو با استفاده از مدل نیروی فراهم شده توسط شبکه عصبی سلولی و واسط هپتیکی، به کاربر منتقل می شود. الگوریتم پیشنهادی بر روی کبد به صورت سه بعدی و به صورت برخط پیاده سازی می شود.
    کلیدواژگان: مدل سازی بافت نرم، شبکه عصبی سلولی، مدل ویسکوالاستیک، بازخورد نیرو
  • محمدرضا عربیار محمدی *، احمدرضا رحمتی، حسین خراسانی زاده صفحات 230-239
    هدف از کار حاضر، ارائه یک مدل در روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی سه بعدی جریان غیرهم دما با سیال عامل رقیق گازی است. مدل مطالعاتی یک میکروکانال با مقطع مربع است که در دو انتهای کانال، اختلاف ولتاژ DC و روی دو دیواره جانبی میکروکانال (روبروی هم) ، میدان مغناطیسی توسط آهنربا اعمال شده است. الکترودها روی دو دیواره دیگر تعبیه شده و فرض جریان پایدار و سیال تراکم پذیر برقرار است و رفتار سیال در محدوده لغزشی (Kn=0. 1) و گذرا (Kn=0. 15) با هم مقایسه شده است. سیال نیوتنی و رسانای الکتریکی و مغناطیسی است. در دیواره، سرعت لغزشی و پرش دما لحاظ شده و اثر ضخامت لایه دوگانه الکتریکی و عدد هارتمن مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل غیرهم دما بودن فرآیند، معادله انرژی با میدان سرعت و مغناطیس همزمان حل شده و اثرات نیروهای برهم کنش لورنتس، الکتریکی و گرمایش الکتریکی به صورت عبارت مجزا در معادله شبکه بولتزمن وارد شده است. نتایج نشان داد که اثر متقابل میدان الکتریکی محوری و میدان مغناطیسی عرضی، منجر به ماهیت سه بعدی جریان و اختلاط در حین پمپاژ می شود. سرعت لغزشی و پرش دما روی دیواره، نقش مهمی را در شکل گیری گردابه درون جریان سیال ایفا می کند و توزیع دما در عرض کانال از حالت متقارن خارج می شود. افت دبی ناشی از افزایش رقت سیال و انحراف فشار از حالت خطی در عرض و طول کانال به دلیل تراکم پذیری مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، شرط مرزی لغزشی، اختلاط، نیروی الکترومغناطیس، تراکم پذیری
  • مرصاد عزیزی، بهروز رضایی * صفحات 240-250
    در این مقاله یک روش کنترل مدل پیشبین فازی جدید به منظور کنترل سیستم بویلر توربین به عنوان یک سیستم غیرخطی نامعین ارائه میگردد. در روش پیشنهادی جهت غلبه بر عواملی که به علت عدم دقت مدل سیستم میتوانند منجر به بروز خطای ماندگار یا بایاس در روش کنترل پیشبین گردند از سیستم فازی استفاده شده است. در این راستا با توجه به مدل تکه ای خطی سیستم و در نظر گرفتن محدودیتهای موجود در حالتهای سیستم و سیگنال کنترلی، یک کنترل کننده پیشبین با هدف بهینه سازی تابع هزینه مقید طراحی میشود. در طرح کنترلی ارائه شده از یک ناظر فازی نوع 2 برای تعیین سیگنال ورودی مرجع با توجه به شرایط سیستم استفاده میشود. در این مطالعه نشان داده می شود که به کارگیری سیستمهای فازی نوع 2 در روش کنترل پیشبین به جای سیستمهای فازی نوع 1 منجر به نتایج رضایت بخشی میگردد. روش پیشنهادی به مدل غیرخطی سیستم بویلر توربین اعمال شود و نتایج حاصل از شبیه سازی، موثر بودن این روش در مقایسه با روش های کنترل پیشبین فازی موجود را به ویژه در شرایطی نشان میدهد که وجود نامعینی در مدل وجود دارد.
    کلیدواژگان: کنترل مدل پیشبین، کنترل فازی، سیستم فازی نوع اول، سیستم فازی نوع دوم، سیستم بویلر توربین
|
  • Alireza Rostamzadeh Khosroshahi, Seied Esmaeel Razavi *, Seyed Mehdi Mirsajedi Pages 1-11
    Present study proposes a new multidimensional artificially characteristic-based (MACB) scheme for simulation of combined convection flows. Multidimensional characteristic structure for energy propagation in incompressible flow is derived for the first time. Four pseudo-waves are selected and equations are discretized along them to observe the physical behavior of domain. Viscous fluxes are computed by variables derivatives at the cell interfaces and for time discretization, a 4th-order Runge-Kutta method was used. According to the new scheme, two-dimensional flow with heat transfer in a square cavity and forced convection around a circular cylinder are solved for a wide range of Reynolds and Grashof numbers. Also, for comparison purposes, the CB scheme with averaging for energy equation is used. It was found that MACB has remarkable faster convergence in comparison with CB scheme and averaging methods. Also, by using MACB scheme, maximum permissible CFL number can be increased 80 percent in comparison to CB scheme. At higher Richardson numbers, the conventional flux averaging was failed to converge properly while MACB scheme presents the most rapid convergence. The computed results of MACB scheme are in good agreement with the benchmark solutions.
    Keywords: Multidimensional characteristic, Artificial compressibility, Navier-Stokes equations, Combined Convection
  • Jafar Kazemi, Sadjaad Ozgoli * Pages 12-18
    Lower extremity exoskeleton a motion assistive technology, has been developed in recent years. Generation of gait pattern is a fundamental topic in design of these robots. A usual approach in most of exoskeletons is to use a pre-recorded pattern used as look up table. There are some deficiencies in this method, including data storage limitation and poor regulation according to walking parameters. Therefore, it is required to modeling human walking pattern to use in exoskeletons. There are simple models for walking of healthy person and humanoid robots. Nevertheless, using these models may cause injury to joints of the patient or damage to robot motors due to physical limitation of the user’s body. In this paper, the physical limitations are represented as mathematical constraints. Considering these constraints, appropriate models are proposed for position of the joints. Then, inverse kinematics equations are used to generate joints angles. In this work, the model parameters consist of stride length and height, walking speed and length of user thigh and shin. The performance of the model is evaluated by implementing on Exoped robot. Satisfaction and convenience of the users demonstrates the good performance of the model.
    Keywords: Exoskeleton, Human Gait, Biped Robot, Control
  • Meysam Elyasi, Vahid Fakhari *, Pedram Safarpour Pages 20-29
    Today, with increasing consumption of non-renewable energy sources, scientists are looking for an alternative for these resources. The Stirling engine is one of the ideas that have recently attracted engineers' attention. The purpose of this study is to optimize the output power and stability of a beta type free-piston Stirling engine. In this regard, at first by deriving the thermodynamic and dynamic equations of the system and combining them, the governing equations are obtained including the nonlinear function of the pressure loss in heat exchangers. The governing nonlinear equations are solved and for the purpose of validation, simulation results obtained in this study are compared with experimental and simulation results presented in the literature. In free-piston Stirling engines, increasing the output power by keeping their stability is very important. Therefore, by performing parametric study, the parameters with more effects on the output power and stability are determined and considered as optimization variables. In order to perform multi-objective optimization of output power and stability of the free-piston Stirling engine, a proper objective function is selected and one of the methods in genetic algorithm is employed using optimization software Modefrontier. Finally, values of variables, before and after optimization and also, percentage of improvements in output power and stability of the free-piston Stirling engine are presented.
    Keywords: Free-Piston Stirling Engine, Output Power, Stability, Genetic Algorithm, Multi-Objective Optimization
  • Morteza Dallakehnejad, Seyed Ali Mirbozorgi *, Hamid Niazmand Pages 30-40
    In this paper, the mixing efficiency in electroosmotic flow inside a micromixer is simulated numerically for different states of non-uniform wall Zeta potential. The geometry of flow is a two-dimensional channel between two parallel plates and the flow is assumed to be incompressible, steady and laminar. The governing equations, including a Laplace equation for the distribution of external electric potential, a Poisson equation for the distribution of electric double layer potential, the Nernst-Planck equation for the distribution of ions concentration, the species convection-diffusion equation, the modified Navier-Stokes equations for the fluid flow field, have been solved using the finite volume numerical method. In order to validate the numerical results, the analytical results of an ideal electroosmotic flow in where throughout the walls are charged is compared with the obtained numerical results. The numerical results show that, by linear-ascending, linear-descending and parabolic changes of the wall Zeta potential at the middle length of the microchannel, the mixing efficiency increases compared to a constant Zeta potential. For the cases of linear changing of Zeta potential, the mixing efficiency increases to 86% and for parabolic change of Zeta potential the mixing efficiency increases to 75%, while the Zeta potential is constant at middle length the maximum of mixing efficiency increases to 64%. In the case that only the upper wall at middle length is charged, the results show that a vortex region is created in the flow. This vortex region causes a maximum (100%) mixing efficiency.
    Keywords: Micromixer, Numerical Simulation, Nernst-Planck, Navier-Stokes
  • Mahdi Fakoor *, Farzad Shirmohamadli Pages 41-48
    The satellites on the ground during construction and transportation, in launching stage and operation in space are under various types of dynamic loads, including high and low frequency vibrational loads, acoustics, shock, impact, etc., each of which can be an important source in the creation of stress on the satellite. The satellite components should be designed in such a way that can continue to operate while facing these situations. Electronic boards, in particular their solder joints, are critical components of satellites. Therefore, investigation of damage in design process of boards have great importance. Loading pattern on the satellite during its operation is usually random which considered as quasi-static load. Improvement of the design of the satellite against the weaknesses shown while facing different loads is essential, and given the fact that it is time consuming and costly to carry out laboratory tests, the use of analytical methods for checking the strength and lifetime of the structure can be very useful. In this research, random vibrations environment is equivalent to pseudo-static loads, and using the multilayer plate theory, the stresses in solder joints and failure of joints under this loading will be investigated. Also, the effect of parameters such as electronic board width and the boundary condition of the printed circuit board on the solder joints' stress will be considered in analytical solution.
    Keywords: Electronic board, Solder joint, Random vibration, Stress analysis
  • Ehsan Davarpanah, Ali Reza Teymourtash * Pages 49-60
    Applying membranes with especial geometries and fouling characteristics has been an area of research and a subject of interest in membrane science community. While a considerable part of fouling happenings are originated from chaotic roots such as Brownian motions, the remainders can be scheduled to approach on desired filtration features. Here in this study the somehow invisible features of progressive fouling which is the case for novel micro-engineered membranes was realized in some details. The problem of progressive fouling was considered as a result of dead-ended filtration of non-colloidal particles over a vertically extended pore geometry. It was shown that, in this filtration apparatus, due to a serialized activation and deactivation of flow passages, progressive fouling can change its seat with other more flow resistive classical types of surface and pore blockings and control filtration path more apparently. Results was considered for different amounts of pore extension and porosities. It was found that employing an especial set of pore extension length and porosity make it feasible to derive manageable filtration processes with high levels of purification and permeation performances.
    Keywords: Membrane, progressive fouling, cake formation, lattice Boltzmann, non-colloidal
  • S. Ali Ghasabi, Majid Shahgholi *, Gholamhasan Payghaneh, Mohammadali Ahmadi Pages 61-68
    In this paper free and forced vibrations analysis of a viscoelastic nonlinear nano rotating beam by considering surface effects is investigated. Using Hamilton principle and Gurtin Murdoch theory, the equations of motion are obtained and discretized by Galerkin method. Using the multiple time scales method the equations of motion are solved. In free vibrations analysis, the analytical expressions for amplitude and phase are obtained. In forced vibrations analysis the steady state solution are obtained. The effect of surface effect, damping coefficients, dimensions of cross section area, external excitation amplitude etc. on frequency response curves are investigated. It is seen that in free vibrations, by increasing surface stress the amplitude of the system decreased, and by increasing surface density or elasticity it is increased. Also, by increasing internal and external damping coefficients free vibration amplitude is decreased. In forced vibrations, it is seen that considering surface effect the amplitude of the system is decreased and the first bifurcation point is obviously changed. By increasing internal and external damping coefficients the amplitude is decreased and the first bifurcation point occur in frequencies near the natural frequency. It is seen that for two different dimensions of cross section with same area, amplitude and the loci of the bifurcation points are changed. By increasing the amplitude of external excitation the amplitude of response is increased the bifurcation points occur in frequencies far away from natural frequency. So, considering the surface effects for free and forced vibrations analysis of the nano rotating beams is mandatory.
    Keywords: Nonlinear vibrations, free, forced vibrations, nano rotating beam, viscoelastic, surface effects
  • Ali Bahari, Javad Mahmoudimehr, Kazem Atashkar * Pages 69-78
    The use of biomass by means of gasification to produce bio fuels and reducing the environmental impact of fossil fuels has been the focus of many researchers in recent years. In the present study, the computational fluid dynamics method is used to predict the process of gasification inside a downdraft gasifier. Recent studies have shown that although many studies have been carried out by various researchers to maximize the cold gas efficiency in the gasification process, so far, no study has been done to minimize the emission of pollutants as one of the other important design parameters along with the increase of cold gas efficiency. So, in this study, the effect of changing the equivalence ratio as design variable on the gasification efficiency as well as the amount of pollutant produced simultaneously is investigated. Also, in this study, CO/CO2 and H2 /H2O molar ratios are considered as another objective function in selecting the optimal process point. In order to verify the validity of the results, the simulation data was compared with the experimental results and the previous numerical study, and a good agreement was shown between their comparison. The results of this study show that in the ratio of 0.64, the rate of production of nitrogen oxides relative to cold gas efficiency is optimal considering the maximum production of CO/CO2 and H2/H2O molar ratios . This point is the optimal point. Under the working conditions of the gasification process.
    Keywords: Gasification, Syngas production, Downdraft gasifier, Numerical simulation
  • Hossein Soltanian, Mohammad Zabetian *, Hadi Pasdarshahri Pages 79-84
    In the present research, combustion species detection in methane/air flame is carried out based on Flame Emission Spectroscopy (FES). Experimental investigation is performed on a test rig equipped with measurement devices to get the flame emission of a perforated burner which is one of most popular burners used in condensation boilers. Combustion species H2O*, OH*, CH* and C2* are detected from their chemiluminescence The emission of OH* radical was investigated for different equivalence ratios (Φ) and burner powers showing an intensity peak in the range of Φ between 0.77 to 0.85 that corresponds to the maximum heat release rate. Emission of H2O* was also investigated leading to its maximum at Φ=0.82 which shows the most complete combustion equation for different burner powers. The similar experiment showed that OH*/CH* intensity ratio was independent of burner power as is confirmed by previous researchers. One could infer equivalence ratio from the flame emission. Burner surface temperature was also targeted by an infrared thermometer with the purpose of finding the maximum surface temperature of 415 to 420oC which happened at nearly Φ=0.82 for all burner powers. Finding equivalence ratio of the burner by using its natural emission and improving its efficiency by the method of investigating combustion specifications relating to heat release rate is the basis of this work.
    Keywords: spectroscopy, combustion species, chemiluminescence, perforated burner, temperature
  • Morteza Habibi, Fathollah Ommi *, Zoheir Saboohi Pages 85-96
    Now a days gas turbines are widely used in the transportation and energy industry. According to Combustion of fossil fuels in these engine, environmental concerns have increased due to production of nitrogen oxides and carbon monoxide. Various methods have been offered to reduce the emission of pollutants. One of these methods is adding steam or water to the combustion chamber to reduce the flame temperature. Different methods can be applied to add steam to the combustion chamber, in this study, the steam is added to the diffuser and premixed with air into the combustion chamber. Steam addition influences the combustion process inside the combustion chamber, which should be considered during the combustion chamber design process. Therefore, a model for the conceptual design of the chamber geometry and the effect of adding steam on it will be presented. For this purpose, the data from an actual combustion chamber will be used to compare results of geometry design by using this model and to study the influence of steam on the chamber geometry. To investigate the combustion chamber performance, the chemical reactor network method for combustion modeling will be used. First, with this procedure an annular conventional combustion chamber will be modeled without steam addition and the results of this method will be compared with the actual data of this combustor. Then the effect of adding steam on the performance will be investigated. The study will show adding steam is an effective way to reduce the flame temperature and emission of pollutants.
    Keywords: Gas turbine Combustor, Chemical reactor network, Steam addition, Pollutants emission
  • Esmaeil Aligholizadeh, Mojtaba Yazdani *, Hadi Sabouri Pages 97-104
    Elastomers are a group of polymeric materials that have unique properties, including time-dependent behavior and time-independent, the mechanical behavior of this material is affected by various factors. In this study, the effect of increasing the silica nanoparticles and strain rates in two quasi-static and dynamic states on the tensile behavior of HDPE / POE has been investigated. For this purpose, an elastomeric material was first created with 40% HDPE and 60% POE mixing ratio. Then with increasing Nano silica particles, 4 sample types including 3 samples 0.7%, 1% and 1.4%, and one sample of HDPE/POE was fabricated. The samples were loaded at strain rate of 0.04 1⁄s, 0.07 1⁄s , 0.1 1⁄s , 0.14 1⁄s , 0.17 1⁄s in a quasi-static tensile state. In dynamic mode, tensile load with a strain rate of 160 1⁄s and 100 1⁄s was applied to the specimens using a new fixture designed on the low velocity impact test machine (Drop weight impact test machine). In the dynamic loading, the behavior of the elastomeric material is extremely dependent on the strain rate, with increasing the strain rate the level of stress and forces in both quasi-static and dynamic loads will be increase. The increase in force levels in dynamic loading is much more than static. Also, the new designed mechanism provides access to dynamic tensile data at different strain rates in a low velocity impact machine. On the other hand, with increasing Nano silica percentage, the tensile strength of the samples is noticeably increased.
    Keywords: Elastomer, Nano silica, Strain rate, Drop weight impact, Mechanism
  • Abbas Ebrahimi *, Mostafa Nozari Pages 105-112
    In this paper, the axisymmetric actuator disk method (2D) with acceptable accuracy and low computational cost based on computational fluid dynamics have been adopted to study the flow behavior around the horizontal wind turbine rotor and the wake. For this sake, a C code is developed as a self-developed user-defined function (UDF) in commercial software package ANSYS FLUENT. The rotor is modeled as a virtual disc and its effect is added to the Navier-Stokes equations as a sink term. The results obtained for the 5 MW NREL wind turbine in this study show the appropriate accuracy and speed-up. The interaction of two wind turbines in the wind farm has been investigated. The results depict that the output power and thrust of the downstream rotor due to the presence of an upstream turbine drop up to 88% and 57%, respectively. Also, radial distribution of the downstream rotor power shows that at a closer distance, the middle part of the blade has a larger contribution to power generation. Further, the effect of downstream rotor on the upstream rotor performance is up to 1.5% and 0.7% reduction in power and thrust respectively.
    Keywords: Horizontal axis wind turbine, actuator disk, wind farm, wake, computational fluid dynamics
  • Reyhane Rabiei, Kaveh Hanifi Miangafsheh *, Mohammad Zoghi, Morteza Yari Pages 113-121
    In recent years, the use of Gas Turbine-Modular Helium Reactor (GT-MHR) which operates in accordance with closed Brayton cycle with helium fluid as working fluid has attracted researchers’ attention because of its high efficiency, high reactor safety, being economical, and low maintenance costs. In the present study, a combined system, including GT-MHR cycle, Kalina cycle and Ammonia-water absorption cycle is investigated with respect to energy, exergy, and exergoeconomic. As the bottoming cycle, Kalina cycle and absorption cycle are used in order to avoid energy wasted by gas turbine cycle and to increase efficiency of energy conversion. The results of the simulated model show that, in the basic input mode, the overall work is 304462 kW, the overall exergy destruction is 289766kW and the overall exergy efficeincy of cogeneration cycle is 0.689kW. Also reactor, turbine and compressor in helium cycle are the component to which more attention should be paid with respect to exergoeconomic because the highest amount of cost rate is related to these components. At the end, parametric analysis is carried out in order to evaluate the effect of the changing pressure ratio of helium compressor, input temperature of helium compressor, input pressure and temperature of turbine and mass fraction of the base mode of the Kalina cycle on the output parameters.
    Keywords: Combined Cogeneration Cycle, Gas Turbine-Modular Helium Reactor, Kalina Cycle, Absorption Refrigeration Cycle, Exergoeconomic
  • Mahdi Hassanzadeh, Pedram Safarpour * Pages 122-131
    The semi-analytical method (SAM) is an approach that computationally efficient and easy to implement. That's why this method often used for the sensitivity analysis of finite element models. However, SAM is not without defect especially in problems that rigid body motions are relatively large reveals severe inaccuracy. Such errors outcome from the pseudo load vector calculated by differentiation using the finite difference method. In the present paper, a new semi-analytical approach based on complex variables is proposed to compute the sensitivity of nonlinear finite element models. This method combines the complex variable method with the discrete sensitivity analysis to obtain the response sensitivity accurately and efficiently. The current approach maintains the computational efficiency of the semi-analytical method with higher accuracy. In addition, the current approach is insensitive to the choice of step size, a feature that simplifies its use in practical problems. The method can be used to nonlinear finite elements only requires minor modifications to existing finite element codes. In this paper, the authors demonstrate that the discrete sensitivity analysis and the complex variable method are equivalent and solve the same equation. Finally, the accuracy of the method is investigated through the various numerical examples by comparing by other methods and will show that this method is reliable and independent of step size.
    Keywords: Discrete sensitivity analysis (DSA), complex variable method (CVM), Semi-analytical method (SAM), Finite element method (FEM)
  • Majid Hadavand, Mohammad Sobhan Esfandiar, Saeed Khodaygan * Pages 132-138
    Along with improvement of technology and need for access to energy resources, existence of pipelines such as gas, oil and water pipes is vital for our lives. These pipes will be eroded and damaged over time. With the prediction of the defects and tracking of pipeline paths, the probability of sudden damages is greatly reduced. In this paper, at first various non-destructive methods of monitoring the pipelines are investigated and it is shown that the laser method is the most comprehensive and non-destructive inspection method and then the background of the chosen method is examined. Also, the hardware aspect of the system and the proper layout of the laser sensors are determined on the system. After that a complete mathematical model and an algorithm is proposed for it which can be used to analyze the data obtained from the simulation of laser sampling creates image of the pipe internal surface and using this method identifies the defects found at the pipe surface. In the fourth section, a pipe with specific geometric deflection is examined based on the proposed method and algorithm and its results show the correctness of the proposed method.
    Keywords: Pipeline monitoring, non-destructive inspection, laser-based, laser sensor, image processing
  • Saeid Bayat, Hosein Nejat Pishkenari *, Hasan Salarieh Pages 139-143
    Nowadays, nano-precision positioning stages, have a special position and are used in a variety of applications, such as taking pictures and taking particles of the surface. In this paper,some observers for a nano-precision positioning platform are designed based on three different types of neural networks. The simulated platform was designed at Sharif University of Technology and, based on the system's final requirement for the feedback signal for use in the control rule, neural network observers were designed. In previous studies, the comsol model of the positioning system has been obtained. At this step, the neural network has used the Comsol model and the system has been trained for a sum of a number of sinusoidal functions, and its generalizability has been investigated for ramp input. Neural networks used include, respectively, a multi-layer perceptron network, a radial basis function network and a support vector regression network. By performing simulations, it has been seen that the multi-layer perceptron network and the radial basis function network yielded a good response with low error, but the support vector regression network has a relatively high error.
    Keywords: Nano-positioner| Observer| Neural Network
  • Hasan Salehi, Moosa Mazloom * Pages 144-155
    For determination of the fracture parameters of self-compacting lightweight concrete (SCLC) size effect and work of fracture methods were used. For considering the behavior of concrete in different strengths, two mixes with water to cement (W/C) ratios of 0.42 and 0.47 were utilized. At first, the workability of the concrete was investigated and, after ensuring their self-compacting properties, the mechanical properties of the hardened concrete were determined. Then, by using the above-mentioned methods and conducting three-point bending tests on 30 beams, concrete fracture parameters, and crack-tip opening displacement were achieved. The results showed that with increasing W/C ratio from 0.42 to 0.47, the initial and total fracture energies, and fracture toughness decreased by 39.4%, 33.4% and 25.3%, respectively. The effect of the W/C ratio on the fracture parameters of this type of concrete was discussed. Furthermore, several empirical relations have been proposed that by the use of them and only by the determination of the compressive strength, the initial fracture energy, total fracture energy, the ratio of energies to each other, and fracture toughness can be determined. Then, by using the fracture parameters, the mechanical properties of the concrete and the extended finite-element method, the crack propagation was modeled. The results showed that this method has high accuracy in the numerical solution of the fracture problems as well as the efficiency of the obtained parameters for determining the behavior of self-compacting lightweight concrete.
    Keywords: Self-compacting lightweight concrete, Fracture toughness, Extended finite element method, Fracture parameters, Work of fracture method
  • Hossein Ipakchi, Mitra Oleiaei, Masoud Esfandeh *, Mohammad Yousefi, Amir Masoud Rezadoust Pages 156-164
    Glass-reinforced phenolic laminates show a low resistance to delamination. Toughening of the matrix resin with a polymeric interlayer is among the method used to improve the delamination strength. In this research Polyvinyl butyral(PVB) nanoweb with the fiber diameter of 300-600 nanometer were used as an interlayer in a 14-layer glass reinforced phenolic composite. A hybrid nanoweb consists of PVB nanoweb reinforced with pyrolytic carbon and carbon nanotube (CNT) were also prepared and used as the interlayer. Mode I and Mode II delamination tests were conducted on the samples according to the related ASTM standard test method. The results showed that PVB interlayer improves the delamination strength of the composites by 13.6% and 13.8%. for mode I and Mode II, respectively. Also, with the hybrid nanoweb, better improvement in the fracture toughness was achieved. In the hybrid nanowebs, CNTs at the optimum amount has a greater effect on the Mode I fracture (49% improvement in GIc), while the pyrolytic carbon mainly affected the Mode II fracture toughness by 38% improvement in GIIc. Morphological studies carried out by SEM microscopy showed that crack deviation is the dominant mechanism for toughening of the polymeric matrix which results in the delay in fracture initiation and increase of the crack length and in doing so enhances the fracture toughness of the laminates.
    Keywords: Delamination, Glass-phenolic composites, Polyvinyl butyral, Carbon nanotube, Pyrolytic carbon
  • M. Ghoreishi *, Omid Rohani Raftar Pages 165-173
    Laser percussion drilling is one of the advanced drilling processes that its numerous advantages have extended the applications of this process. This study focuses on experimental investigation of laser percussion drilling using Nd:YAG laser on titanium alloy Ti6Al4V sheets with various thickness which is widely used in industry. In this paper the effects of the input parameters peak power, pulse width, frequency, assist gas type, gas pressure and sheet thickness on the most important process outputs include hole entrance diameter, hole exit diameter, hole taper angle, hole entrance circularity and hole exit circularity were studied. Statistical analysis was employed to analyze the experimental data and significant parameters in each response are presented. For conducting the experiments “Design of Experiments” method and for modelling “Response Surface Methodology” were used. The results obtained show that sheet thickness affects all outputs. After that frequency and pulse width, peak power and assist gas type respectively are the most significant parameters influence process outputs. Gas pressure only affects the hole entrance circularity. For this alloy to achieve a hole with high quality, it is recommended to work at lower peak power and frequency, shorter pulse width and higher assist gas pressure with Nitrogen as assist gas.
    Keywords: Laser percussion drilling, Titanium alloy, Design of Experiments, Response Surface Methodology
  • S.M.R. Hosseini, M. Habibi, A. Assempour * Pages 174-181
    In this study, special attention has been paid to modeling of the interface between the sheet metals in prediction of forming limit diagram (FLD) of two-layer sheets. In the present work, a two-layer sheet consists of 1.35 mm steel sheet and 0.45 mm copper sheet has been used. This two-layer sheet has been made by explosive welding method. To determine the FLD, numerical method has been used by applying ABAQUS finite element software. For this purpose, the so called Nakazima method has been simulated. The criteria used for determining the failure in steel and copper layers was GTN model. Also, in order to determine the failure in interface between the layers, the traction-separation law was used. For modeling the interface, cohesive elements were used. In order to verify the results, Nakazima tests were performed. The simulations and experimental works were done for both side directions of the sheets. The results indicate that the FLDs obtained by the numerical modeling are in good agreement with the experimental results.
    Keywords: Two-layer sheets, Forming Limit Diagram, Traction-Separation Law, Cohesive Element
  • Sadegh Moodi, Hossein Mahdizadeh * Pages 182-190
    In this paper a modified Godunov-type wave propagation algorithm is utilised for the modelling of falling water wave over a dry bed. The defined numerical model is well-balanced and is capable to treat the influx/efflux source terms and also the friction term within the flux-differencing of the finite volume neighbouring cells. Additionally, the method employs a rather simple HLLE wave speed for the propagation over dry-state. First the efflux flow from the bed of a reservoir is analyzed. Then, the entrance of falling water wave from the middle and edge sides of the reservoir over a dry bottom is simulated. In order to validate the achieved numerical results for the non-hydrostatic pressure situations a dimensionless number based upon the inflow velocity, the slot length and the falling height is introduced. The obtained results of the defined numerical solver are then compared with the numerical prediction of the STAR-CD which is a commercial Navier-Stokes package. The numerical results demonstrate that the introduced flux-wave solver is able to simulate the falling water waves over the dry-state for a given range of the dimensionless number.
    Keywords: Numerical Modeling, Wave Propagation Algorithm, Shallow Water Equations, STAR-CD software
  • Morteza Sadeghi *, Saeed Chitsaz, Mir Mohammad Ettefagh Pages 191-201
    In this paper, a linear dynamic model of simply supported Above-Ground pipeline during pigging process has been developed and verified by experimental tests. The PIG (Pipeline Inspection Gadget), is an internal moving sprung mass pushed by the fluid pressure, which itself act as a flowing varying mass. The governing equations of motion for the system including the pipeline, moving PIG as a moving vibrational sub-system, and flowing fluid with varying mass were obtained using Hamilton’s principle. Then, the extracted equations were discretized and solved via finite element method. Modal parameters of the pipeline system were calculated during intermittent passage of PIG through the pipe under different fluid flow rates, and their variations were extracted. Validation of the model was carried out using an experimental setup, including a 2.5 meter length Carbon Steel pipe, a simple bi-directional PIG with rubber discs and a centrifugal pump, connected to a control valve, providing required fluid pressure to push the PIG through the pipe. Using data acquisition system to acquire the vibration signals, and employing experimental modal analysis, frequency responses of the system at different points were obtained and the modal parameters were extracted and compared to that of the simulated model. A comparable results have been achieved between theoretical and experimental methods. Also variation of the system natural frequency versus speed and position of PIG in the pipe, were investigated. Moreover, the displacement of the mid-span of considered pipe during pigging process has been obtained using suggested theoretical model.
    Keywords: Vibration, Pipeline, Pipe Containing Fluid, PIG, Pigging Process
  • Farshad Somayehee, Amir Ali Nikkhah *, Jafar Roshanina Pages 202-211
    The size of database and minimum number of visible stars in the field of view of star sensor are two important, influential and contradictory parameters that should be considered in design of star sensor. In this regard, the purpose of this paper is to unify the database using the uniform distribution of points on the celestial sphere with the triangulation method. For this purpose, the choice of the suitable star catalog, minimum suitable magnitude and elimination of double stars are the other steps of the uniformity process that is carried out in this study. Thus, the results of the investigations showed that Delaunay's triangulation method is faster and more accurate than the geodesic grid. Also, by simulating and performing Monte Carlo tests to count the number of stars observed in the different FOVs of a typical sensor, it was found that Delaunay's triangulation leads to a significant reduction of the probability of viewing the high density of the catalog stars in the field of view, so that the probability of observation more than 25 stars in all possible FOVs has reached to zero. On the other hand, for observing 4 or more than 4 stars at a confidence level more than 95% in non-uniform catalog, the field of view needs to be at least 12.5 degrees, while in uniform database; this field is slightly increased to more than 13 degrees. In other words, uniformity has increased the minimum field of view needed to see the minimum number of required stars.
    Keywords: Star Sensor, Star Catalog, Uniform Sky, Delaunay?s Triangulation, Geodesic grid
  • Mohsen Ghasemi, Mohamadreza Ansari *, Mihammad Hasan Rahimiyan Pages 212-222
    A powerful two-phase lattice Boltzmann model with the ability of modeling high density ratio is applied to simulate a rising bubble striking a porous obstacle. This model is able to simulate immiscible two-phase flow with density ratio of 1000 and result in desirable mass conservation. In present research, a porous obstacle is posed in two-phase flow domain, bounce back and wetting boundary conditions at walls and corners is discussed and showed that after implementation of obstacle boundary conditions, mass conservation of the model is preserved. Accuracy and ability of the model firstly examined by some basic problems. Next, striking of a rising bubble with 1000 density ratio to a porous obstacle is simulated and the effect of contact angle, Eotvos number and porosity ratio in deformation and passing of the bubble from the obstacle is investigated systematically. Different porosity ratios and contact angles, result in different bubble behavior striking the porous obstacle; In low porosity ratios and low contact angles, the bubble remains below the obstacle. At high contact angles, the hydrophobicity of the obstacle surface draws the bubble into the porosities, and the bubble moves to the top of the obstacle and stays on the top surface of the obstacle. In other cases, the bubble completely passes through the obstacle and separates it. Mass conservation error of bubble passing the porous obstacle is of order of 10-11 which is completely desirable.
    Keywords: two-phase flow, rising bubble, porous obstacle, bubble striking, mass-conserving lattice Boltzmann method
  • Zeinab Sabourimanesh, Heidarali Talebi, Mohammadreza Dehghan, Mohammad Zareienejad * Pages 223-229
    Nowadays, using of virtual reality in surgical training is taken consideration due to safety, reproducibility, lower cost and other benefits. The various presented method for virtual surgery have attempt to make it more real and also make it online. This paper presents a new methodology for the deformation of soft tissue by drawing an analogy between cellular neural network (CNN) and elastic and viscoelastic equations. Viscoelastic model has been resulted from collection between Navier-Cauchi equations and Kelvin-Voigt model. Furthermore, a haptic system for viscoelastic modeling of soft tissue deformation is presented. The displacement created at a point by external force is released throughout the tissue via the cellular neural network. Because this method needs to cubic meshing, a new meshing algorithm is designed that executed offline. Indeed a collision detection algorithm is used to detect collision between tool and cells that executed inside the main algorithm and force feedback using the force model provided by the neural network and the haptic interface. This algorithm is implemented on a 3d liver model and executed online.
    Keywords: Soft tissue modeling, Cellular Neural Network, Viscoelastic model, Force reaction
  • Mohammadreza Arabyarmohammadi *, Ahmad Rahmati, Hossein Khorasanizadeh Pages 230-239
    The purpose of this work is to provide a model in lattice Boltzmann method for D simulating thermal rarified gas flows. The study model is a microchannel with a square cross section. The magnetic field flux was created by the magnets on two facing walls. The electrodes are embedded on the walls adjacent to that of the magnets and DC voltage is applied at both ends. Compressible fluid behavior is compared in slip (Kn =0.15) and transient (Kn =0.1) regimes. There are assumptions of laminar and steady flow. Newtonian fluid is electrically and magnetically conductive. Slip and temperature jump on the microchannel walls are considered and the effects of electric double layer thickness and changes of Hartmann number are studied. Since the ionic process is non-isothermal, energy equation is coupled with that of the velocity and the magnetic field and the effects of interaction forces of Lorentz, electric and electrothermal have been entered into Boltzmann equations in separate terms. The outcomes show the interaction between an axial electric field and a transverse magnetic field results in three-dimensional nature of the flow. Navier-Maxwell second order slip boundary condition imposed on the electromagnetic channel walls plays an important role in the vortices formation and the temperature distribution across the channel goes out of the symmetric state. Mass flow rate loss along the channel, resulting from the fluid rarefaction, and pressure deviation from linearity, across and along the channel axis because of the compressibility, was observed
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Slip Boundary Condition, Mixing, Electromagnetic Force, Compressibility
  • M. Azizi, B. Rezaie * Pages 240-250
    In this paper, a novel model predictive control method is presented for controlling a boiler-turbine system as an uncertain nonlinear system. In the proposed method, type-2 fuzzy system is used to cope with steady state error or bias appeared in the predictive control method due to the effects of model mismatch. For this purpose, using a piece-wise linear model of the system and considering the constraints in the system and the control signal, a predictive controller is designed to solve a constrained optimization problem. . In the presented control scheme, a type-2 fuzzy supervisor is used to adjust the reference input signal according to the system conditions. It has been shown that utilizing type-2 fuzzy system in the predictive control method, instead of type-1 fuzzy system, leads to satisfactory results. The proposed method is applied to the nonlinear model of the boiler-turbine system and the simulation results show the effectiveness of this method compared with the existing fuzzy predictive control methods, especially for the conditions in which the model uncertainty is present.
    Keywords: Model predictive control, Fuzzy control, Type-1 fuzzy system, Type-2 fuzzy system, Boiler-turbine system