فهرست مطالب

مهندسی مکانیک شریف - سال سی و دوم شماره 1 (بهار و تابستان 1395)

مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و دوم شماره 1 (بهار و تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/16
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مقاله پژوهشی
  • احمد باقری، امین صدری*، جلال جوادی مقدم صفحات 3-9

    در این مقاله کنترل ارتعاشات ورق چندلایه به کمک حس گرها و عملگرهای پیزوالکتریک به بحث گذاشته شده است. معادلات حرکت ورق کامپوزیت به همراه لایه های پیزوالکتریک با استفاده از نظریه ی برشی مرتبه اول، اصل همیلتون و حساب تغییرات به دست آمده است. برای حل معادلات ورق از روش عددی بدون المان گلرکین استفاده شده است. در این روش از کم ترین مربعات متحرک برای ساخت توابع شکل براساس توزیع نقاط در میدان مسئله استفاده می شود. پس از گسسته سازی میدان کرنش و میدان الکتریکی و قرار دادن آنها در رابطه ی همیلتون، معادلات دینامیکی حرکت ورق به دست می آید. برای تحلیل پاسخ گذرای ورق از روش نیومارک استفاده شده است. پس از صحه گذاری مدل ساخته شده برای کنترل فعال ارتعاشات، از روش بازخورد سرعت استفاده شده و تاثیر این روش بر میرایی و کاهش ارتعاشات ورق نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات ورق، روش بدون شبکه، پیزوالکتریک، حس گر و عملگر
  • پدرام حنفی زاده*، محمدرضا مومنی فر، مجید بستان خواه، محمدحسن سعیدی صفحات 11-20

    ترموسیفون نوعی لوله ی گرمایی است که در آن برای بازگرداندن سیال عامل از سردکننده به تبخیرکننده از نیروی ثقلی استفاده می شود. بیشتر تحقیقات انجام شده پیرامون ترموسیفون درمورد مشخصات حرارتی آن بوده و کم تر به مشخصات هیدرولیکی آن توجه شده است. در این پژوهش، با استفاده از روش سرعت سنجی و کاربرد تصویر ذرات و مدل سازی عددی، ارتباط بین مشخصه های هیدرولیکی و حرارتی ترموسیفون با یکدیگر و بررسی اثرات متقابل آنها بر هم بررسی شده است. نتایج حاصله حاکی از آن است که این روش مشخصه های هیدرولیکی و حرارتی ترموسیفون را با دقت قابل قبولی تعیین می کند. در این پژوهش تاثیر زاویه ی قرارگیری ترموسیفون و حرارت ورودی
    به منبع گرم ترموسیفون مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج به دست آمده، ترموسیفون در حالت افقی بهترین وضعیت را دارد؛ در این حالت توزیع سرعت کاملا منظم بوده و دارای بیشترین بازدهی است.

    کلیدواژگان: لوله حرارتی، ترموسیفون، روش سرعت سنجی با استفاده از ذرات (P I V)، پروفیل سرعت
  • مهدی محمودی، مفید گرجی*، فرشید بوستانی صفحات 21-28

    در سال های اخیر، شبیه سازی عددی مدل های اندرکنش سیال و جامد بسیار مورد توجه قرار گرفته است. دینامیک سیالات با حرکت نوسانی اهمیت زیادی در زمینه ی سیستم های قلبی و عروقی انسان دارد. هدف این مطالعه استنتاج روشی عددی به منظور توصیف دقیق تر جریان خون به عنوان سیالی ریزقطبی در رگ ویسکوالاستیک با جابه جایی بزرگ دیواره و گرادیان فشار ضربانی است. شبیه سازی با اعمال شرایط مرزی مناسب به روش لاگرانژی اویلری دلخواه برای دیواره ی صلب، الاستیک و ویسکوالاستیک در محیط پیوسته کسرات و کلاسیک انجام گرفته و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. برخی ضرایب مجهول در معادلات طی این مراحل به دست می آید. به کمک حل عددی، فشار و سرعت های جریان محاسبه شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که انتخاب مدل سیال ریزقطبی خون و مدل ویسکوالاستیک رگ، با توجه به مزدوج بودن معادلات سیال و جامد موجب افزایش تطابق نتایج عددی بر داده های معتبر آزمایشگاهی می شود.

    کلیدواژگان: محیط پیوسته کسرات، سیال ریزقطبی، اندرکنش سیال و جامد، جریان ضربانی، رگ ویسکوالاستیک
  • محمدوهاب موسوی، جمال زمانی* صفحات 29-39

    در این پژوهش انبساط، گسیختگی و رفتار پس از گسیختگی پوسته ی استوانه یی ساخته شده از مس بدون اکسیژن با هدایت بالا (O F H C) تحت انفجار خرج میانی 4C با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار شبیه سازی شده است. مزیت عمده ی استفاده از این روش در مقایسه با روش های معمول نظیر حذف المان، شبیه سازی واقع گرایانه تر فرایند تشکیل ترکش به دلیل ارضاء کامل قانون بقای جرم در دامنه ی مسئله است. با استفاده از روش ارائه شده در این پژوهش الگوی توزیع فضایی ترکش ها، تعداد تقریبی، اندازه و نیز سرعت آن ها قابل دست یابی است. همچنین خروج محصولات حاصل از انفجار از میان ترکش ها شبیه سازی شده است. مقایسه ی پروفیل تغییر شکل انبساطی به دست آمده از شبیه سازی با نتایج آزمایش نشان می دهد که تفاوت بین نتایج به طور متوسط کم تر از 8 درصد است. همچنین شعاع شکست پوسته و سرعت ترکش ها با روابط نظری مقایسه شده و توافق خوبی میان آن ها مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: پوسته ی استوانه یی، انفجار داخلی، تشکیل ترکش، روش هیدرودینامیک ذرات هموار
  • محمدسعید سیف*، امین نجفی صفحات 41-55

    شناخت پویایی و رفتار شناورهای تندرو، ناپایداری دینامیکی طولی شناور در آب آرام و رفتار آن در امواج حائز اهمیت فراوان است. از آنجا که حرکت و شتاب های زیاد در شناورها به خصوص در شناورهای تندرو بر عملکرد شناور، خدمه، مسافرین و تجهیزات تاثیر منفی دارد، برآورد و تخمین این حرکات بخش مهمی از مرحله ی طراحی شناور است. در این راستا، مطالعات بسیاری به صورت تجربی و عددی در زمینه ی حرکت این گونه شناورها در امواج منظم صورت پذیرفته است. اما به دلیل پیچیدگی رفتاری شناورهای تندرو و همچنین غیرخطی بودن معادله ی حرکت نسبت به زمان، حل عددی معادلات حرکت برای مدل سازی شناور در امواج نامنظم بسیار پیچیده و زمان بر می شود. لذا، محققین برای مطالعات خود، بیشتر به انجام آزمون تجربی اکتفا می کنند. با توجه به محدود بودن آزمایشگاه های دریایی مجهز به موج ساز نامنظم و همچنین هزینه بر بودن آزمون در آب های آزاد با شناور واقعی، دست یابی به روابط تحلیلی برآورد و تخمین حرکات شناور در امواج نامنظم اهمیت پیدا می کند. هدف از انجام این مطالعه، ارائه ی روشی تحلیلی بر پایه ی فرضیات اولیه برای دست یابی به پاسخ شناورهای پروازی تحت تحریک امواج نامنظم دریاست. در این تحقیق مدلی تحلیلی و با هزینه ی محاسباتی پایین مبتنی بر مطالعات تحلیلی و عددی در نظر گرفته شده در طول این تحقیق و سایر نتایج موجود برای حرکات طولی شناور کاتاماران تندرو ارائه خواهد شد. در روش ارائه شده از اصل جمع آثار در نیروها استفاده شده است و باید در آن، ضرایب هیدرودینامیکی شناور نسبت به فرکانس حرکات ثابت باشد. بدین منظور ضرایب در فرکانس های حرکات به صورت عددی بررسی شده است. بررسی ضرایب هیدرودینامیکی در فرکانس های برخورد مختلف نشان داد که با افزایش فرکانس برخورد ضرایب ثابت می شود؛ همچنین روش مورد استفاده در این تحقیق در طول موج های زیاد نسبت به طول شناور دارای جواب های قابل قبولی است.

    کلیدواژگان: ضرایب هیدرودینامیکی، موج نامنظم، روش سویتسکی، دینامیک سیالات محاسباتی، حرکات طولی
  • مینو عالمی*، علی مقداری، مریم قاضی سعیدی، مرسده زندوکیلی، آرمان کریمیان صفحات 57-64

    «ربات های اجتماعی» به عنوان زمینه یی چندرشته یی در بین دانشمندان علوم انسانی مهندسی پزشکی مطرح است. همگام با پیشرفت فناوری انتظار می رود که به کارگیری ربات ها را به صورت ابزاری جذاب در عرصه های آموزشی درمانی اجتماعی فرهنگی شاهد باشیم. این مقاله تاثیر ربات های انسان نما در آموزش و یادگیری زبان انگلیسی در مدارس ایران را بررسی می کند. دراین پژوهش سناریوهای متعددی براساس مطالب درسی زبان آموزان کلاس هفتم طراحی شده که آموزگار و ربات به طورهمزمان در کلاس برای آموزش کلمات و مکالمه ارائه می دهند. تاکنون آموزش زبان به کمک رایانه)کال(\پانویس{c o m p u t e r a s s i s t e d l a n g u a g e l e a r n i n g (C A L L)} و تلفن همراه)مال(\پانویس{m o b i l e a s s i s t e d l a n g u a g e l e a r n i n g (M A L L)} مورد توجه بوده اند. نتایج اولیه حاصل از این پژوهش به کارگیری ربات ها درارتقای کیفیت آموزش و یادگیری زبان انگلیسی را تایید می کند. این نوشتار، فعالیت ها و یافته های کنونی ما در زمینه ی بین رشته یی)رال(\پانویس{r o b o t a s s i s t e d l a n g u a g e l e a r n i n g (R A L L)} و تاثیر آن در کلاس های آموزش زبان انگلیسی مدارس ایران را به عنوان یک بررسی موضوعی در حوزه ی ربات های اجتماعی پوشش می دهد.

    کلیدواژگان: ربات های اجتماعی، رال، آموزش، یادگیری زبان دوم، تکنولوژی آموزشی
  • علی کارمزدی، حسین نجات* صفحات 65-76

    به منظور کاهش مصرف سوخت ماهواره ی زمین آهنگ، انتخاب چیدمانی از تراسترها که ضمن برآوردن تمامی نیازهای سیستم کنترلی (ازقبیل ایجاد گشتاور در سه جهت، اصلاح شیب مداری، جبران طول جغرافیایی و...) مصرف سوخت تراسترها را در طول زمان روشن بودن
    موتور لم کمینه کند ضروری است. در این نوشتار پس از مدل سازی دینامیکی ماهواره در فضا و نیز به کمک قوانین مختلف کنترلی، شبیه سازی کنترل ماهواره به سه روش ماتریس کسینوس هادی ها، روش زوایای اویلر، و روش کواترنیون ها صورت گرفته است. سپس از بین
    قوانین مختلف کنترلی بهترین روش برای استفاده در شبیه سازی چیدمان های مورد بررسی انتخاب شده است. همچنین کنترل به کمک تراسترها، به دلیل برخی ویژگی های ذاتی تراسترها از قبیل وجود کم ترین طول ضربه ی تراسترها، وجود تاخیر ذاتی در زمان روشن و خاموش شدن، توانایی تولید نیرو فقط در یک راستا، و عدم قطعیت در نیروی تراست نامی با کنترل خطی متفاوت است. این تفاوت ها در شبیه سازی رایانه یی لحاظ شده اند.
    در نهایت ضمن معرفی الزامات چیدمان های قابل قبول، طی شبیه سازی رایانه یی مصرف سوخت چند چیدمان متفاوت محاسبه شده تا امکان مقایسه ی چیدمان های پیشنهادی فراهم شود. نتایج این تحقیق در تعیین چیدمان بهینه ی یک ماهواره ی زمین آهنگ قابل استفاده است.

    کلیدواژگان: چیدمان بهینه ی تراسترها، سیستم کنترل وضعیت ماهواره ی زمین آهنگ، کنترل وضعیت جسم سه بعدی
  • سید رضا موسوی بایگی، سید مجتبی صدرعاملی* صفحات 77-82

    پنل های فتوولتاییک از انرژی پاک و تجدیدپذیر خورشید برای تولید برق استفاده می کنند. سه عامل اصلی تاثیرگذار بر راندمان این سلول ها عبارت اند از: جنس سلول، شدت تابش اشعه خورشید و دمای عملیاتی پنل. افزایش دما در پنل منجر به کاهش بازدهی آن می شود. به طور میانگین با افزایش دمای عملیاتی پنل به ازای هر درجه سانتی گراد بیش از 25 درجه سیلسیوس، بازدهی پنل بین 0٫3 تا 0٫5 درصد کاهش می یابد. در این پژوهش برای اولین بار از ماده ی تغییر فاز پلی اتیلن گلیکول 1000 به عنوان کنترل کننده ی دمایی پنل های فتوولتاییک استفاده شده است. هدف این پروژه کنترل دمای یک پنل خورشیدی در حدود دمای بهینه به منظور افزایش راندمان تولید الکتریسیته است.
    آزمایشات در میزان تشعشع W/m$^2$ 800 و در دو زاویه ی صفر و 15 درجه نسبت به سطح افق انجام شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که عملکرد ماده ی تغییر فاز در کاهش دمای عملیاتی پنل خورشیدی و درنتیجه در افزایش راندمان آن مثبت است، به طوری که دمای سلول کنترل شده با ماده ی تغییر فاز، به میزان $15^0{\r m{C}}$ کاهش یافته است؛ این امر بازدهی پنل را تا 8 درصد افزایش داده است.
    همچنین افزایش زاویه ی پنل نسبت به افق میزان کاهش دما را افزایش داده و در افزایش راندمان نقش موثری ایفا می کند. با توجه به نتایج به دست آمده می توان اذعان داشت که استفاده از مواد تغییر فاز یکی از روش های موثر برای کنترل دمای سلول های فتوولتاییک است.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، خنک سازی رایگان، فتوولتاییک، کنترل دمایی، مواد تغییر فاز
  • محمدرضا وقار، امیر نجات* صفحات 83-95

    افزایش فشار کندانسور مستقیما بر عملکرد توربین بخار تاثیر خواهد داشت. برای بررسی این تغییرات، می توان از شبیه سازی عددی توربین بخار و تحلیل رفتار آن، به عنوان یک راهکار کاربردی استفاده کرد. در این پژوهش تلاش شده تمامی هفت مرحله ناحیه ی کم فشار توربین بخار توسط نرم افزار A N S Y S-C F X به صورت سه بعدی و پایا شبیه سازی و تحلیل شود. برای اطمینان از صحت نتایج، نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از اندازه گیری های تجربی توربین بخار واقعی مقایسه و نشان داده شد که با نتایج تجربی به خوبی مطابقت دارد. در نهایت راندمان (یعنی نسبت کار تولیدی)، کیفیت بخار، خطوط جریان و پروفیل فشار برای پره های مراحل پایانی توربین در فشارهای مختلف کندانسور محاسبه شد تا اثر افزایش فشار کندانسور بررسی کمی و کیفی شود. این مقایسه نشان گر رفتار توربین بخار براساس تغییرات فشار کندانسور و نیز تاثیرگذاری آن بر توربین است.

    کلیدواژگان: مراحل کم فشار توربین بخار، افزایش فشار کندانسور، جریان پایای دوفازی بخار، شبیه سازی عددی سه بعدی، تحلیل جریان توربین بخار
  • محمودمهرداد شکریه *، سینا رضوانی، رضا مسلمانی صفحات 97-105

    در این نوشتار با استفاده از رزین پلی استر ترکیب جدیدی برای کاهش هزینه ی ساخت بتن پلیمری ارائه شده است. مقایسه ی خواص مکانیکی بتن ارائه شده با بتن های پلیمری اپوکسی نشان می دهد که علی رغم کاهش قابل توجه هزینه های تولید، ترکیب جدید دارای خواص مکانیکی مطلوبی است. برای مطالعه ی تاثیر اجزای سازنده بر خواص مکانیکی ترکیب نهایی، رفتار مکانیکی بتن پلیمری ارائه شده در فشار و خمش، مطالعه و با رفتار مکانیکی رزین پلی استر خالص مقایسه شد. نتایج آزمایشگاهی نشان گر افزایش پیوسته ی خواص استحکامی رزین پلی استر)افزایش 41 درصدی استحکام کششی(و بتن پلیمری))افزایش 27 درصدی استحکام فشاری(، با افزایش نرخ بارگذاری از 0٫1 تا 90 میلی متر بر ثانیه است. با توجه به رفتار وابسته به نرخ کرنش رزین پلی استر به عنوان یکی از اجزای اصلی سازنده ی بتن پلیمری، حساسیت به نرخ کرنش بتن قابل توجیه است. اگرچه میزان وابستگی به نرخ کرنش بتن پلیمری کم تر است.

    کلیدواژگان: بتن پلیمری، رزین پلی استر، رفتار دینامیکی، نرخ کرنش
  • مجتبی دهقان منشادی*، مهدی ایل بیگی، مهدی بزاززاده، محمدکاظم سبحانی صفحات 107-117

    در این پژوهش با استفاده از سیم داغ به بررسی میدان جریان بالای سطح یک بال لامبدا با دو نمونه لبه ی حمله ی تیز و گرد مختلف پرداخته ایم. آزمایش ها در یک تونل باد مداربسته با سرعت 20 متر بر ثانیه و در زاویه ی حمله های 5 تا 20 و با گام 5 درجه انجام شده است. نتایج تجربی نشان گر وجود چند جریان گردابه یی بالای سطح بوده است. در مرکز گردابه ها انحراف معیار سرعت به شدت افزایش یافته که نشان دهنده ی افزایش نوسان سرعت در هسته ی گردابه بوده است. جریان گردابه یی بال با افزایش زاویه ی حمله از سطح فاصله گرفته است. جدایش جریان روی سطح از بخش بیرونی بال شروع شده و با افزایش زاویه ی حمله بخش درونی بال را فرا گرفته است. فاصله ی گردابه های بال با لبه ی حمله ی تیز از سطح بال بیشتر از بال با لبه ی حمله ی گرد بوده است.

    کلیدواژگان: بال لامبدا، سیم داغ، جریان گردابه یی، لبه ی حمله
  • احمدرضا ایوبی*، سعید خردمند صفحات 119-128

    در این نوشتار جریان های غیر کاویتاسیونی و کاویتاسیونی حول پروانه ی دریایی 4119D T M B با روش R A N S سه بعدی حل شده است. ضرایب تراست، گشتاور و بازدهی نیز برای این پروانه در هشت شبیه سازی استخراج و با نتایج تجربی مقایسه شد. الگوی کاویتاسیون مشخص شد و موقعیت و منطقه ی توسعه ی حفره نیز به دست آمد. به علاوه، تحقیقات عددی برای سه پارامتر مهم: ضریب پیشروی، عمق کاری پروانه و زبری سطح پروانه در جریان کاویتاسیونی انجام شد. مطالعه ی اثر ضریب پیشروی روی سطوح پروانه نشان داد که با ضریب پیشروی کم تر، مقدار فاز بخار بیشتری مشاهده می شود. با پایین بردن عمق کاری پروانه در شرایط آب آزاد (افزایش فشار هیدروستاتیک)، جابه جایی محدوده ی حفره، تغییرات حجم حفره در نزدیکی لبه ی حمله، و کاهش قله ی منحنی کسر حجمی فاز بخار مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، افزایش ارتفاع زبری تا مقدار معینی، باعث کاهش مقدار کسر حجمی فاز بخار شد و پس از آن رشد کرد.

    کلیدواژگان: جریان کاویتاسیونی، عمق کاری پروانه، ارتفاع زبری سطح، مرز حفره
  • یادداشت فنی
  • علیرضا شوشتری *، سیدمیلاد سعادتمند صفحات 129-135

    پدیده ی «کشیدگی» یک حالت بحرانی است که در بسیاری از وسایل میکروالکترومکانیک مانند حسگرها، عملگرها و سوئیچ های میکروالکترونیک اتفاق می افتد. تعیین ولتاژی که این پدیده در آن رخ می دهد ظرفیت و محدوده ی بهره برداری این گونه وسایل را مشخص می کند. در تحقیقات گذشته، با استفاده از روش های شبیه سازی جرم فشرده، گسسته سازی سیستم و نیز تحلیل های آزمایشگاهی، برای تعیین ولتاژ کشیدگی میکروورق دایروی کارهایی انجام شده است. در این مقاله، ابتدا معادله ی ولتاژ جابه جایی عرضی یک میکروورق گیردار دایروی در حالت های یک صفحه پشتیبان و دوصفحه پشتیبان، و براساس نظریه ی غیرخطی ون کارمن و نظریه ی کلاسیک ورق به دست آمده است. سپس روابط تحلیلی برای ولتاژ کشیدگی استاتیکی که باعث ناپایداری و خرابی سیستم می شود استخراج شده است. ولتاژ کشیدگی به دست آمده از این روابط 1٫3 برابر ولتاژ کشیدگی حاصل از کاربرد روش گسسته سازی و شبیه سازی جرم فشرده است. به منظور صحه گذاری نتایج به دست آمده، شبیه سازی اجزاء محدود برای حالت یک صفحه پشتیبان، با استفاده از نرم افزار A N S Y S انجام شده که نشان می دهد انطباق بسیار خوبی با نتایج روابط تحلیلی دارند. همچنین مقایسه ی حل تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی تحقیقات پیشین مشخص می سازد که تفاوت ها ناچیز و قابل چشم پوشی است. در انتها اثرات پارامترهای هندسی بر ولتاژ کشیدگی بررسی شده است.

    کلیدواژگان: ولتاژ کشیدگی، میکروورق، حل تحلیلی
  • علی کربلایی اکبری، مسعود قلی نژاد، امید پورعلی*، مجید عمیدپور صفحات 137-147

    یکی از مهم ترین منابع اتلاف آب و حرارت در نیروگاه های حرارتی موجود در حاشیه ی دریاها، سیستم آب خنک کن یکبارگذر است. در نیروگاه های حرارتی واقع در نوار ساحلی جنوب ایران نیز سیستم های خنک کن یکبارگذر از مهم ترین منابع اتلاف انرژی است. لذا بازیافت حرارت از آب خنک کن برگشتی به دریا امری ضروری است. در این پژوهش، بازیافت حرارت از آب خنک کن برگشتی به دریا به منظور تولید آب شیرین در نیروگاه های حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پس از مدل سازی سیستم آب شیرین کن چندمرحله یی تبخیر ناگهانی، با استفاده از تحلیل ترمواکونومیک هزینه ی محصول تولیدی (آب شیرین) مشخص شده است. در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک، راندمان اگزرژی و تابع هزینه ی آب شیرین تولیدی بهینه شده و نتایج حاصل توسط نمودار پرتو نشان داده شده است. ارزیابی ها حاکی از آن است که به واسطه ی بازیافت حرارت، هزینه ی آب شیرین تولیدی در حدود 13 درصد کاهش یافت.

    کلیدواژگان: سیستم خنک کن یکبارگذر، بازیابی حرارت، شیرین سازی آب شور، تحلیل ترمواکونومیک، نمودار پرتو
|
  • A. BAGHERI, A. SADRI *, J. JAVADI MOGHADDAM Pages 3-9

    Based on the desirable properties of smart materials, many studies on the application of these materials in the eld of vibration control, damage detection, shape control and buckling control have been undertaken. For the design and analysis of smart beams, plates or shells, several considerations, such as the type and number of sensors and actuators and their locations, the method of modelling, and di erent analyses and the types of control system, are considered. In this paper, vibration control of a laminated composite plate, with piezoelectric actuators and sensors, is investigated. Governing equations of the laminated composite plate were derived using piezoelectric constitutive equations and Hamilton's principle. For modelling of the laminated plate, one of the numerical mesh-less methods; Element Free Galerkin (EFG), is used. In such methods, for discretization of a continuous eld, a scattered set of particles instead of elements are distributed in the eld, and the method of moving least squares (MLS) is used to construct the shape functions. In order to model the displacement and strain eld of the laminated plate, the rst-order shear deformation theory (FSDT) is used to consider its shear deformation e ects. To verify the results, the natural frequency of isotropic and orthotropic plates with di erent boundary conditions was calculated and compared with other studies. The accuracy of the piezoelectric modelling is veri ed by calculating the displacement in di erent points of a bimorph piezoelectric beam in response to applying the electrical potential. After veri cation of the proposed method, the Newmark method is used to solve the dynamic equations of the laminated composite plate. For active vibration control of the laminated plate, a feedback control algorithm is used. The model is applied for the solution of two illustrative cases and the results are presented and discussed.

    Keywords: Plate vibration, mesh-less method, piezoelectric, sensor and actuator
  • P. Hanafizadeh *, M. R. Momenifar, M. Bastankhah, M. H. Saidi Pages 11-20

    Thermosyphons are devices used to transfer heat from a hot to a cold source bene ting the e ect of gravity. They consist of three main parts, namely, evaporator, condenser and adiabatic section. Working uid absorbs heat from the heat source and delivers it to the condenser section and releases it into the environment. Thermosyphones are able to transfer heat between the heat sources and sinks. Due to the high latent heat of the working uid, thermosyphones can transfer huge amounts of energy. Therefore, they are considered one of the best heat transfer devices. They are widely used in various industrial elds, such as in solar systems, microelectronic devices, CPU cooling and air conditioning. Most researchers in this eld focus only on heat transfer characteristics, and, due to practical considerations, rarely consider their hydrodynamic speci cations. Indeed, the hydrodynamic characteristics of thermosyphones considerably a ect their performance. In this paper, the velocity pro le in the liquid phase is determined via a particle image velocimetry technique (PIV). For this purpose, a typical thermosyphon has been designed and constructed with transparent up riser and down-comer sections. In this study, a circular thermosyphon is analyzed and water is used as a working uid in the circular thermosyphon. At the beginning, the velocity eld of the liquid phase is detected in the transparent thermosyphon using a high speed camera and an image processing technique. Subsequently, these pictures are used to generate the velocity pro les and are combined with theoretical analyses to evaluate the performance of the thermosyphon. The results are compared with numerical investigations and show good consistency. The results indicate that the particle image velocimetry (PIV) truly determines the hydrodynamic and thermal characteristics of the thermosyphones. Moreover, in this study, the e ect of input heat and the inclination angle of the thermosyphon are investigated numerically. It has been shown that the maximum eciency of thermosyphon is in a horizontal position.

    Keywords: Heat pipe, thermosyphon, PIV, velocity profile
  • M. MAHMOODI, M. GORJI *, F. BOUSTANI Pages 21-28

    Under normal physiological conditions, the transport of blood in the human circulatory system depends entirely on the pumping action of the heart producing a pulsatile pressure gradient throughout the arterial system. The theory of micro uids exhibits the microscopic e ects arising from the local structure, and the micro-motion of the uid elements was developed. Such uids support stress and body moments, including rotary inertia. There is a subclass of micro uids, namely, micropolar uids, which support couple stress, body couples, microrotational e ects and microrotational inertia. The micropolar uid, e.g. liquid crystals, suspensions and animal blood etc., consists of randomly oriented bar-like elements or dumbbell molecules, and each volume element has a microrotation about its centroid, described in an average sense by the skew-symmetric gyration tensor. From a continuum point of view, the classical Navier- Stokes equations are incapable of explaining the theory of micropolar uid as they contain no proper mechanism to account for the cellular microrotations. In this paper, an unsteady pulsatile laminar blood ow through a viscoelastic artery with large displacement and Cosserat continuum assumption has been developed and numerically investigated, where the blood was assumed to be a micropolar uid. A nite di erence Cosserat formulation is developed within the principles of continuum mechanics. Fluid ow simulation has been undertaken in di erent states, like a rigid exible wall, together with classical theory. By comparing experimental data with Cosserat theory results, some unknown coecients have been determined. The pressure and velocities of unsteady pulsatile blood ow have been obtained according to these coecients by using a pressure correction numerical solution approach for uid and coupling with solid equations. An arbitrary Lagrangian-Eulerian approach has been selected for uid-structure interaction in this paper. The achieved results are in good agreement with experiment data and other analytical solution results. Results in this paper show that the micropolar uid model of blood and the viscoelastic model of the artery, despite the existence of uid solid interaction, increase, in accordance with the numerical results of valid experimental data.

    Keywords: Cosserat continuous model, micropolar, fluid-structure interaction, viscoelastic artery, pulsatile blood flow
  • M. V. Mousavi *, J. Zamani Pages 29-39

    The elastic-viscoplastic behavior and failure of ductile metal shells under internal detonation have an application to military and scienti c elds of research. It is an important issue in a variety of circumstances, like structure protection, weapon e ectiveness and safety application. After starting detonation in a fully charged shell, pressure waves are generated and transferred to the shell wall. The amount of this pressure wave is several times greater than the ultimate strength of the material, and is close to the CJ pressure of the explosive. Simulation of the process of fragmentation is very complex and challengeable. It involves many dynamic processes, such as detonation wave generation in explosives, interaction of the shock wave with the shell, expansion of the shell at a high strain rate, and eventually failure and fragmentation of the shell case. So, using a theoretical method is very sophisticated and, in some cases, impossible. Also, experimental testing is dangerous and requires expensive equipment to capture the dynamic properties of the shell. Therefore, identi cation and use of numerical methods that have the ability to realistically simulate this process have priority. In this research, expansion, fragmentation and post failure behavior of OFHC copper cylindrical shells under internal detonation of a C4 charge, have been simulated by a smoothed particle hydrodynamic method (SPH). The main advantage of this method, in comparison to conventional methods, such as the element deletion method, is realistic simulation of the fragmentation process due to complete satisfaction of the mass conservation law in the problem domain. Spatial distribution and approximate number and velocity of the fragments are obtained by implementation of the SPH method. Also, the leakage of detonation through case fragment products was simulated. Comparison of the expansionary deformation pro les obtained from simulation with the experiments showed that the average di erence is less than 8%. The fracture radius of the shell and the velocity of fragments are compared with theoretical relations and good agreement between them has been observed.

    Keywords: Cylindrical shell, internal explosion, fragmentation, smooth particle hydrodynamic method
  • M.S. SEIF *, A. NAJAFI Pages 41-55

    High speed craft have longitudinal instabilities in waves and calm water, so, it is very important to know the dynamics and behavior of these vessels. In recent years, there has been more attention paid to the study of hull form optimization, movement improvement and instability control for planing marine vessels. The problem of increasing movement and acceleration of marine structures, especially in high speed craft, has a negative e ect on the performance of the structure, its crew, passengers and equipment. So, estimation of vessel movement is an important part of its design. In this regard, wide studies have been carried out, experimentally and numerically, on the motion of these vessels in regular waters. But, in high speed craft, due to the complex and nonlinear behavior of the motion equation, the numerical solution of the equations of motion in the time domain is highly complex and time-consuming in calculating irregular waves. Therefore, researchers prefer to use experimental testing. Due to a limitation of equipment in marine laboratories, the use of irregular wave makers and expensive tests for real vessels in open seas, it is necessary to obtain an analytical solution for estimation of motion in irregular waves. The purpose of this study is to illustrate how we can achieve an analytical method, based on initial conditions, for planing vessels in irregular waters. In this study, an analytical model, with low computational cost, will be provided for the longitudinal movement of a catamaran. This model is based in consideration of analytical and numerical studies, and during this research, other published ndings will be produced. The proposed method uses the principle of a superposition of forces, which has no antonym with the nonlinear motion of high speed craft. In this method, the hydrodynamic coecients must be constant, relative to movement frequency, so, numerical evaluation of the hydrodynamic coecients has been discussed in every motion frequency. Various experiments have shown the hydrodynamic coecient tendency to be constant at high collision frequency. By examining the various hydrodynamic coecients in collision frequencies, an increase in the frequency of collisions, as well as xed coecients, were observed. The method used in this research has acceptable answers for high wave lengths, with respect to vessel length.

    Keywords: Hydrodynamic coefficients, irregular waves, Savitsky method, computational fluid dynamics, longitudinal motion
  • M. ALEMI *, A. MEGHDARI, M. GHAZISAEDY, M. ZANDVAKILI, A. KARIMIAN Pages 57-64

    For over 50 years, a great deal of e ort has been expended on improving human eciency by utilizing robots. Improvements in robotics technology have opened new possibilities for its e ective use in social, cultural, therapeutic, and economic elds. As a result of successful collaboration between scientists in the elds of engineering, humanities, computer, robotics, and psychology, a new science-research cross-disciplinary area of \Social Robotics" has evolved. Robots have been previously developed for various purposes and needs, and now we are exploring its application in \English language teaching and learning". With the proliferation of computers and mobile devices, Computer Assisted Language Learning (CALL) and Mobile Assisted Language Learning (MALL) have been in the limelight of second language instructional theories for about a decade or more. Robots not only have the features and interfaces already being employed in CALL and MALL, but are also capable of autonomous movement, visual and voice recognition, and physical and environmental interaction when equipped with various sensors. Additionally, robots are di erent from computers and mobile devices in that they have a friendly appearance and are capable of developing social relations. In this paper, the e ect of a humanoid shaped robot as a teaching tool and/or assistant in English language classrooms in Iranian high schools is reported. The textbook used was the English book (Prospect-1) devised by the Iranian Ministry of Education for 7th graders, and the vocabulary taught and tested was taken from this book. Moreover, the treatment given by a teacher accompanied by a humanoid robot assistant in the RALL group took about 5 weeks, during which, half of the book was covered, and the non-RALL group was taught in a traditional method. This article covers an overview of the subject and our current activities/ ndings in the interdisciplinary eld of Robotics Assisted Language Learning (RALL) in English as a Foreign Language (EFL) classes, and as a case study for the broader eld of Social Robotics in Iran.

    Keywords: Social robatics, RALL, 2nd language teching, learning, educational technology
  • A. Karmozdi, H. Nejat * Pages 65-76

    Since the lifetime of a satellite is generally limited by the amount of fuel, reducing its fuel consumption is especially important. To reduce geostationary satellite fuel consumption, it is necessary to select a thruster con- guration, which, in addition to satisfying all attitude control system (ACS) requirements (such as producing torques in all directions, and modifying the orbital inclination and radius o sets), minimizes fuel consumption during the liquid apogee motor (LAM) maneuver. In this paper, after dynamic modeling, simulation of the satellite control is undertaken in three control laws: the direction cosine matrix, Euler angles and quaternion. All simulations were performed using MATLAB. By comparing these three control schemes, the best control law is selected for use in simulation of the studied con gurations. On the other hand, control with thrusters has some complexity because of their inherent characteristics, such as minimum pulse width, valve opening and closing delays, the ability to generate force only in one direction and the uncertainty in the nominal thrust. We have included the thruster speci cations in the actuator model in our control simulations. Finally, after introduction of requirements for an acceptable con guration, by conducting several simulations, parameters such as fuel consumption and attitude control accuracy for a number of di erent con gurations, consisting of eight or six thrusters parallel to the main axes of the satellite, have been computed and compared. In conclusion, con gurations with minimum steady state error, with minimum fuel consumption and con gurations that minimize fuel consumption and steady state error, together, have been introduced.The results of this paper can be used for determination of the optimum con guration of thrusters in design of the ACS system of geostationary satellites.

    Keywords: Optimal thruster configuration, geosatellite ACDS, 3D body attitude control
  • S. REZA MOUSAVI, S. M. SADRAMELI * Pages 77-82

    There are three factors which a ect the eciency of the solar panels: the semi conductor material, solar radiation ux intensity, and solar panel operating temperature. Increasing the elevated operating temperature in solar photovoltaic cells induces a signi cant decrease in the eciency. For photovoltaic panels, high operating temperatures cause a drop in the conversion rate of about 0.3%-0.5% per Celsius degree over the nominal cell operating temperature of 250C. To keep the operating temperature lower, one can either improve the free cooling on the back of the panel, thanks to natural or forced convection, or try to absorb the excess heat by modifying the panel's architecture. The latter solution includes the use of phase change material PCM situated on the back of the solar panels. This paper represents the results of an experimental investigation into using PCM for thermal management of photovoltaic devices to maintain the temperature of the panel close to the optimum temperature. Polyethylene glycol 1000 (PEG 1000) was used as a PCM. The materials were injected in the cubic ducts, and these ducts were xed on the back of the solar panel. Experimental runs were done in radiation of 800W=m2. Also, two angles of horizontal and 15 degree inclination were examined. Results show that the consumption of PCM improves the eciency of solar panels in electricity production. Also, it can maintain the temperature of the panel 150C lower in comparison to a single panel without PCM. This causes an 8% improvement in overall eciency. Also, an increase in panel inclination has a positive e ect on cooling. This is because the gushing of liquid PCM makes a forced convection in the PCM ducts. Using phase change materials seems to be an e ective method for the eciency enhancement of solar cells.

    Keywords: Free cooling, phase change material, photovoltaic, solar energy, temperature control
  • M.R. Vaghar, A. Nejat * Pages 83-95

    Modern steam turbines are used routinely in various power plant electricity productions. In order to obtain descriptions of the complete ow- eld of the LP stages of a steam turbine, numerical simulation of a steam turbine is performed. In steam power plants, increasing condenser pressure leads to a complex three-dimensional two-phase ow. Any jump in the back pressure of the turbine outlet results in lower steam axial velocity at LP stages. Consequently, a stall region is formed in the last rotational blade of the LP stages, which causes unstable vibrations known as stall utter. Numerical simulations are more robust in detailed examination of di erent phenomena in steam turbines, since experimental examination of the ow eld is relatively expensive. In this study, the ow eld of the whole LP region of a steam turbine (7 stages) is simulated with steady 3D computational uid dynamics (ANSYS CFX). The ow path is de ned by the ANSYS-Blade editor, and the computational 3D structured grid was generated by ANSYS-Turbo Gird software "In addition, all boundary conditions and initial conditions applied in this study are explained. The ow rate, pressure, temperature and mass friction on the blades are computed via CFD simulation, and overall, good agreement with the experimental data is observed. The eciency, available work, streamline and pressure distribution of the LP region are reported for analysis of the turbine performance change, due to pressure, of the steam turbine outlet (Condenser Pressure) variations. Since any jump in the pressure of the turbine outlet results in lower steam axial velocity in the LP stages, the turbine performance deviates from its design point. In this study, a stall region, the alarm and critical pressure of a turbine outlet were calculated.

    Keywords: LP stages of steam turbine, two phase steady flow, condenser pressure variations effect, 3D numerical simulation
  • M. M. Shokrieh *, S. Rezvani, R. Mosalmani Pages 97-105

    Polymer concretes (PCs) have superior mechanical properties and performance in comparison with traditional cement concretes. However, reducing fabrication costs is a great concern for the increasing application of PCs. In this research, ne silica sand was used instead of the common usage of a mixture of large and small aggregates, in order to minimize the void content for dry packed aggregates. Moreover, polyester resin is used as the binder of the concretes, mainly because of its lower price in comparison with conventional epoxy systems. The specimens of polyester polymer concrete (PPC) were fabricated and tested based on standard testing methods. These tests include compression and exural tests, and the results of the tests were compared with available experimental data for PCs fabricated with an epoxy resin system. Based on the results obtained, it is concluded that the proposed composition reduced fabrication costs and has acceptable mechanical properties. In addition, the strengthening ability of polyester resin in the introduced concrete was better utilized than the polymer concrete fabricated with epoxy resin. The mechanical behavior of the suggested PPC was studied under compression and bending loading conditions, and compared with that of the neat polyester resin. Next, the in uence of the applied strain rate on the mechanical response of both neat polyester and PPC was investigated. Special specimens for testing PPCs under dynamic loading conditions were designed and fabricated. Multiple experiments were performed in the range of strain rates from 0.1 to 90 mm/s. The experimental results show that the mechanical behavior of polyester resin and PPC is extremely sensitive to the loading rate. By increasing the loading rate, the tensile strength of the neat polyester resin specimens was increased by nearly 41%, while the elastic modulus did not change. Also, the results show an increase up to 27% in the compressive strength of the PPC. Considering the strain rate dependent behavior of the neat resin, which is one of the main constituents of the PC, the strain rate dependent behavior of the PPC is justi able. However, the strain rate sensitivity of the PPC is lower than that of the neat polyester resin.

    Keywords: Polymer concrete, polyester resin, dynamic behavior, strain rate
  • M. D. MANSHADI *, M. EILBEIGI, M. BAZAZ ZADEH, M. KAZEM SOBHANI Pages 107-117

    In this research, the ow elds over two lambda shaped wings were investigated. The velocity distributions were obtained using a hot wire anemometer. A lambda wing is one type of delta wing with a crank in its trailing edge, and the application of this type of wing is increasing in ying wings. In the present work, two di erent leading edge shapes, namely, \sharp" and \round", were applied for the lambda wing. The wing had two sweep angles of 55 and 30 degrees. The experiments were conducted in a closed circuit wind tunnel at V=20 m/s and angles of attack of 5 to 20, with the step of 5 degrees. The Reynolds number of the model was about2105 according to the model length. The turbulence intensity across the tunnel working section was measured by the hot wire, and was obtained between 0.2 to 0.25%. To move the holder of the hot wire, a traversing system with three degrees of freedom was used. The pressure measurement of the ow eld over the wing was also performed using a pitot tube for validation of the hot wire results. The experimental results showed multiple vortical ows over the wing. A dual vortex structure was formed above the wing surface before the leading edge crank, and another vortex ow was seen after the change of the leading edge sweep. The standard deviation of the measured velocity increased at the core of the vortices, re ecting the instability of the ow at that region. By increasing the angle of attack, i) the pressure drop increased and the vortices became wider; ii) the vortices moved inboard along the wing, and away from the surface; and iii) the ow separation initiated from the outer portion of the wing and progressed to its inner part. The vortices of the wing of the \sharp" leading edge were stronger than those of the \round" one.

    Keywords: Lambda wing, hot wire, vortical flow, leading edge shape
  • A.R. AYOOBI *, S. KHERADMAND Pages 119-128

    In this paper, cavitation and non-cavitation ows around a marine propeller, DTMB 4119, with the RANS method, the K- 03b5 turbulence model, the Singhal transfer model and the mixed model, were solved. The velocity and pressure elds around the propeller surfaces were obtained using the equations of continuity, momentum and the K-03b5 model of turbulence. The pressure coe- cient for two sections of the propeller with experimental data (Jessup 1989) in non-cavitation ow, and three sections in cavitation ow with numerical data (Sun 2008), was validated. Thrust, torque and eciency coecients were extracted for this propeller in eight simulations and compared with experimental data. The cavitation pattern was speci ed and also the position and the cavity development area were obtained. Furthermore, numerical investigations for the three important parameters, such as: advance coecient, propeller working depth and surface roughness of propeller in cavitation ow, were undertaken. An advanced coecient e ect study on the propeller surfaces showed that with less advance coecient, more vapor phase value is observed. Also, cavity boundaries are extended. Between advance coef- cient values of 0.833 and 0.7, cavity volume results are less than the advance coecient values of 0.7 and 0.6. So, the cavity boundaries are signi cantly extended. By downing the propeller working depth under open water conditions (increasing hydrostatic pressure), cavity boundary movement, cavity volume variation and curve peak reduction of the vapor phase volume fraction were investigated. The cavity center was away from the leading edge and the probability of tip vortex cavitation was reduced. The sustainability of tip vortex cavitation is more than sheet cavitation, the casue of which is, rst, tip vortex cavitation, and then, sheet cavitation of the leading edge. Investigation on propeller surface roughness showed that optimal roughness height could be found. A and B models showed less cavity volume than the smooth model, while the C model showed more cavity volume. When roughness height was increased, the vapor phase volume fraction was rstly reduced, the results of A and B models being nearly the same. As a result, increasing the roughness height to a speci c value caused a decrease in the vapor phase volume fraction value, which afterwards grew.

    Keywords: Cavitation flow, propeller working depth, surface roughness height, cavity boundary
  • A. SHOOSHTARI *, M. SAADATMAND Pages 129-135

    Pull-in is a critical case which occurs in many micro electromechanical devices (MEMS) such as sensors, actuators and micro-electronic switches. Determination of the voltage at which Pull-in has occurred can determine the capacity of such devices. In literature, there is some work which has obtained the value of this voltage using lamped simulation or experimental analysis. In this paper, at rst, the equation of voltage-displacement for transverse de ection of a circular clamped micro-plate, with a single or dual back plate, based on Von-Karman and classical plate theory, has been obtained. Then, analytical relations for static Pull-in voltage that has caused instability and damage to the system have been derived. These relations show that the value of Pull-in voltage obtained by these relations is about 1.3 times that calculated by previous researchers who used distributed mass simulation for validation of the obtained relation. Finite Element simulation for the single back plate case has been done in ANSYS software. It is shown that Finite Element Method results have good agreement with analytical results. Also, a comparison between analytical and experimental results in the literature has been undertaken and it shows that the errors are negligible. Finally, the e ect of geometrical parameters, such as diameter, thickness and the gap of the diaphragm on the Pull-in voltage, in both cases, has been investigated. It is shown that the increase of thickness or gap will increase the pull-in voltage, while the increase of diameter will decrease the value of Pull-in voltage. Also, it is shown that in all cases, the value of the Pull-in voltage in the dual back plate case is more than that in the similar single back plate.

    Keywords: Micro circular plate, pull-in voltage, analytical solution
  • A. K. AKBARI, M. GHOLINEZHAD, O. POURALI *, M. AMIDPOUR Pages 137-147

    A once-through cooling water system is a major source of water and energy loss in power plants located in coastal areas of the Persian Gulf; the relatively high temperature discharged water causes some operational problems in these power plants. In addition, the once-through cooling system is a major source of environmental pollution in power plants located along the south coastline of Iran. On the other hand, Persian Gulf coastal areas su er from a shortage of natural fresh water; therefore, water treatment (natural fresh water production), and heat recovery from the discharged cooling water to the Persian Gulf is essential. In this research, heat recovery from the discharged cooling water to the Persian Gulf was studied, and application of the recovered energy for water treatment (fresh water production) using a multi-stage ash desalination system in thermal power plants was also investigated. For this purpose, a multistage ash desalination system was thermodynamically modeled, and then, a thermoeconomic model )based on exergy and economic analysis( was studied to determine the water cost. In the next step, a two-objective genetic algorithm was applied as a suitable optimization approach to obtain the optimal values of the decision variables (number of stages, top brine temperature, last stage temperature, terminal temperature di erence of brine heater and condenser). Exergetic eciency and the cost of water were considered the objective functions of the optimization procedure. By applying the optimization technique, the cost of water was minimized, while exergetic eciency was maximized. In addition, the e ects of heat recovery on the cost of the water desalination process were studied, and results demonstrated that the cost of water desalination was reduced by 13% using heat recovery from the discharged cooling water. Also, a sensitivity analysis was performed in order to show the relationship between the cost of water and some important parameters of desalination systems.

    Keywords: Once-through cooling system, heat recovery, desalination, thermoeconomic analysis, Pareto front