فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال هفتم شماره 2 (تابستان 1396)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال هفتم شماره 2 (تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/06/13
  • تعداد عناوین: 15
|
  • علیرضا ترابی، حمیدرضا مجیدی، مجیدرضا آیت الهی صفحات 1-15
    در این پژوهش، معیار چگالی انرژی کرنشی به منظور پیش بینی بار شکست در قطعات مهندسی ضعیف شده با شیار کلیدی شکل تحت بارگذاری مود ترکیبی کششی برشی اصلاح شده است. این معیار جدید بر اساس مفهوم ضریب مود یک معادل می باشد که در قالب یک حل دقیق جدید ارائه شده است. در واقع روش جدید ارائه شده بر پایه ی مفهوم مود یک محلی معادل می باشد که پیشتر بر روی شیارهای U و Vشکل، اعمال شده است اما در این پژوهش ضریب معادل جدید به منظور کاهش حجم محاسبات معرفی شده است. بنابراین با اعمال ضریب مود یک معادل می توان از بخش بزرگی از محاسبات قسمت انرژی حالات بارگذاری مود ترکیبی جهت پیش بینی بار شکست نمونه های شیاردار صرف نظر کرد. به منظور اعتبارسنجی روش جدید ارائه شده، مقادیر پیش بینی های تئوری با تعداد زیادی از داده های تجربی گزارش شده در مقالات که از آزمایش شکست نمونه های گرافیتی دارای شیار کلیدی شکل به دست آمده بودند، مقایسه شدند. در نهایت، نشان داده شده است که مدل ارائه شده جدید با اختلاف کل حدود 6 %، معیار شکست مناسبی می-باشد.
    کلیدواژگان: شیار کلیدی شکل، چگالی انرژی کرنشی، مفهوم ضریب مود I معادل، بارگذاری ترکیبی مود І، ІІ
  • مهری ایزانلو، ابوالفضل خلخالی صفحات 17-26
    مدل های ساده سازی شده ابزار مناسبی برای بهینه سازی سازه ی اصلی خودرو در مراحل اولیه طراحی می باشند. در این مقاله یک مدل ساده سازی شده از بدنه ی یک خودرو سواری سدان ارائه می شود. که در آن،اعضای اصلی حمل کننده بار مانند ستون ها ، ریل ها و اعضای اصلی سازنده کف با المان های تیر یک بعدی و پانل ها با المان های درشت جایگزین می شوند. به منظور اعتبار سنجی دقت استاتیکی مدل ساده سازی شده، سفتی پیچشی و خمشی برای مدل اجزای محدود کامل خودرو و ساده سازی شده، محاسبه شدند. نتایج حاصل از آزمون خمش و پیچش نشان دهنده ی اختلاف 3.15% و 2.37% به ترتیب در سفتی پیچشی و خمشی می باشد که دقت مناسب مدل ساده سازی شده در پیش بینی سفتی پیچشی و خمشی بدنه خودرو را نشان می دهد. بررسی های انجام شده با استفاده از مدل ساده سازی شده، در آزمون های خمش، پیچش و انرژی کرنشی، نشان دهنده ی تاثیر به سزای عضوB-Pillar می باشد.در این آزمون ها، پس از حذف B-Pillar سفتی پیچشی و خمشی به ترتیب به میزان 15 درصد و 44 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مدل ساده سازی شده، مدل اجزای محدود کامل، سفتی خمشی، سفتی پیچشی، B، Pillar
  • امیرحسین رجایی، عبدالحسین جلالی اقچای صفحات 27-43
    در سیستم محرکه لوکوموتیوهای قطارهای برون شهری وظیفه ی نگهداری گیربکس و اتصال آن به بدنه ی بوژی بر عهده ی بازوی گیربکس است. این بازو یک قطعه ی ریختگی است که از طرفی توسط جوش به بدنه ی بوژی متصل شده است و از سمت دیگر گیربکس را نگه داشته است. این قطعه در مسیر های رفت و برگشت تحت تنش های متناوب قرار می گیرد و پدیده خستگی در آن بوجود می آید. در این مقاله هدف بررسی اثر پارامترهای موثر بر عمر خستگی بازوی گیربکس لوکوموتیو می باشد. طول خط جوش ، جنس و ضخامت بازو از جمله پارامترهای اساسی طراحی بازو به شمار می آیند. مدل المان محدود برای تخمین عمر خستگی ایجاد شده است. عمر خستگی از مدل المان محدود و با کمک نرم افزار اف ای سیف محاسبه شده است. جهت ارزیابی هر یک از پارامترها در تخمین میزان عمر خستگی بازو از روش طرح عاملی کامل در طراحی آزمایش استفاده شد. آزمایش ها مطابق طراحی آزمایش انجام شدند. طبق نتایج حاصل طول خط جوش بیشترین تاثیر را بر روی عمر خستگی دارد و پس از آن ضخامت و در آخر تغییرات جنس باعث تغییر عمر خستگی بازوی گیربکس می شوند. همچنین عمر خستگی مناسب ناشی از انتخاب مناسب پارامتر ها برابر با 306762 سیکل می باشد که با مقایسه با مدل اولیه با عمر 234609 سیکل، 45/30% بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: بازوی گیربکس، عمر خستگی، روش المان محدود، طرح عاملی کامل
  • جواد شهبازی کرمی، محمد مراد شیخی، کرامت ملک زاده، داود منافی صفحات 45-53
    تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند هیدروفرمینگ لوله های دولایه برای تولید محصول سالم و مطابق با مشخصات طراحی لازم و ضروری است. متاسفانه روابط دقیق و مشخصی برای تعیین پارامترهای این فرآیند وجود ندارد و پارامترهای این فرآیند از طریق سعی وخطا و بر اساس تجربه ی مهندسین تولید، تعیین می شود. بنابراین در این مقاله یک روش ترکیبی از المان محدود و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای تعیین پارامترهای فرآیند هیدروفرمینگ لوله های دولایه پیشنهاد شده است. برای این کار، ابتدا فرآیند هیدروفرمینگ به صورت المان محدود، مدل سازی و صحت این مدل سازی با داده های تجربی تایید شده است. سپس از ادغام مدل المان محدود و الگوریتم بهینه سازی جهت تعیین دقیق پارامترهای فرآیند استفاده شده است. در تعیین پارامترهای فرآیند هیدروفرمینگ لوله های دولایه، دو قید عدم تجاوز تغییرات ضخامت (نازک شدگی و ضخیم شدگی) از حد مجاز تعیین شده و عدم تجاوز تنش ایجاد شده در لوله ها از تنش نهایی مواد در نظر گرفته شده است. همچنین مطابقت محصول تولید شده با مشخصات طراحی نیز به عنوان تابع هدف الگوریتم بهینه سازی تعیین شده است. در این مقاله پارامترهای اصلی فرآیند هیدروفرمینگ دولایه، یعنی مسیر بارگذاری فشار و پیشروی بهینه شده است. همچنین جنس لوله خارجی و داخلی به ترتیب آلومینیوم و مس می باشد. برای ادغام مدل المان محدود و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات از نرم افزار آباکوس و زبان برنامه نویسی پایتون استفاده شده است.
    کلیدواژگان: فرآیند هیدروفرمینگ، هیدورفرمینگ لوله های دولایه، بهینه سازی مسیر بارگذاری، بهینه سازی ازدحام ذرات
  • علیرضا پوست فروشان، پدرام زمانی، رضا مسعودی نژاد، مهران کدخدایان صفحات 55-62
    در این تحقیق، تولید نانوکامپوزیت های مس-آلومینا به روش متالورژی پودر و تغییرشکل گرم آن مورد بررسی قرار گرفته اند. برای این منظور، نانو کامپوزیت های Cu-XAl2O3 با سه ترکیب مختلف پس از فرایندهای آسیاکاری مکانیکی و تف جوشی در دمای 750 درجه سانتی گراد تولید شده اند. متعاقبا نمونه های استوانه ای شکل از هر نانو کامپوزیت تحت آزمایش فشار گرم قرار گرفته اند. جهت بررسی پارامتر های موثر بر تغییرشکل گرم این نانوکامپوزیت ها، دماهای تغییرشکل گرم 350، 400، 450 و 500 درجه سانتی گراد و نرخ کرنش های 003/0، 03/0و 3/0 بر ثانیه انتخاب شده است. بررسی تغییرشکل گرم این نانوکامپوزیت ها نشان می دهد که شرایط مناسب برای انجام تغییرشکل در دماهای پایین و در نرخ کرنش های پایین و نیز در دماهای بالا در نرخ کرنش های متوسط می باشند. انجام تغییر شکل این نانوکامپوزیت در دماهای بالا و نرخ کرنش های بالا باعث تشکیل ترک های ریز در مرز دانه های نمونه می شود. همچنین، در نمونه-های تغییر فرم یافته در دماهای پایین باند برشی آدیاباتیک مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، آلومینا، تغییرشکل گرم، نقشه فرایند، شبکه عصبی مصنوعی
  • مسلم نجفی، رضا انصاری، ابوالفضل درویزه صفحات 63-80
    در این مقاله، تاثیر انواع فرآیندهای اختلاط نانورس بر خواص مکانیکی کامپوزیت های الیاف شیشه/اپوکسی و چندلایه های الیافی فلزی مورد بررسی قرارگرفته است. به این منظور، نانورس تحت فرآیندهای اختلاط توسط همزن مکانیکی، هموژنایزر مکانیکی سرعت بالا و هموژنایزر مافوق صوت به رزین اپوکسی خالص افزوده شد. سپس چندلایه های الیافی فلزی و شیشه/اپوکسی با استفاده از رزین خالص و بهبودیافته با نانورس تولید شدند. به منظور دستیابی به کیفیت مناسب در ساخت ورق های چندلایه، از عملیات مکش خلا و بازپخت در اتوکلاو تحت فشار و دمای معین استفاده شد. تاثیر دو پارامتر درصد نانورس و فرآیند اختلاط بر خواص مکانیکی نمونه ها در سطوح مختلف با بهره گیری از طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده مشخص شد که افزودن نانورس در درصدهای پایین تر نقش موثرتری در افزایش استحکام خمشی نمونه ها دارد. درحالی که با افزودن مقادیر نانورس، در هر دو نوع ماده، مدول خمشی روند افزایشی نشان می دهد. همچنین بررسی نتایج آنالیز سیگنال به نویز نشان داد که در تعیین خواص مکانیکی هر دو نوع ماده حاوی نانورس، نقش فرآیند اختلاط موثرتر از مقدار نانوذرات است.
    کلیدواژگان: نانورس، چندلایه های الیافی فلزی، کامپوزیت های الیاف شیشه، اپوکسی، خواص خمشی، خواص ضربه ای
  • اصغر نگارستانی، محمدحسین ابوالبشری صفحات 81-91
    زبری سطح یکی از پارامترهای مهم کیفیت سطح قطعه ماشین کاری شده است. در این پژوهش به مطالعه بهینه سازی پارامترهای ورودی فرآیند فرزکاری انگشتی برای رسیدن به زبری سطح مینیمم پرداخته شده است. پنج پارامتر از فرآیند فرزکاری برای مینیمم کردن زبری سطح مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، با انجام یک سری آزمایش طرح ریزی شده با تکنیک طراحی آزمایشات، یک سری داده های ورودی و خروجی به دست آمده و از روش شبکه های عصبی مصنوعی برای مدل سازی فرآیند استفاده شده است. با روش آزمون و خطا، معماری 1-6-8-5 به عنوان بهترین معماری برای شبکه عصبی مصنوعی که کمترین خطا را داشت انتخاب شده است. مدل شبکه عصبی مصنوعی ایجادشده به عنوان تابع هدف الگوریتم ژنتیک به کار رفته است. الگوریتم ژنتیک با بهینه کردن مقادیر پارامترهای ورودی، زبری سطح را تا 85/0 میکرومتر کاهش داده است. عملیات بهینه سازی برای سه استراتژی مسیر ابزار به صورت جداگانه اجرا شده و استراتژی چرخشی کمترین زبری را نتیجه داده است. در انتها با استفاده از روش تاگوچی سطوح بهینه متغیرها شناسایی شده اند. همچنین مشاهده شد که زبری سطح در صورتی کاهش می یابد که عمق برش، نرخ پیشروی و step over کم باشد و از استراتژی مسیر برش یک جهته استفاده شود. علاوه بر این مشخص شد که عمق برش بیش ترین تاثیر را بر زبری نهایی قطعه دارد.
    کلیدواژگان: فرزکاری انگشتی، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی مصنوعی، روش تاگوچی
  • یونس انصاریان، علی اصغر جعفری صفحات 93-109
    در این مقاله ارتعاشات پوسته ی استوانه ای کامپوزیتی با مایع داخلی و با شرایط مرزی دو سر ساده بررسی شده است. پوسته از کامپوزیت چند لایه تشکیل شده است . برای حل معادلات حاکم بر پوسته از تئوری برشی مرتبه اول استفاده می شود. روابط کرنش- تغییر مکان و انحناء- تغییر مکان بر مبنای تقریب اول لاو نوشته شده است، فرکانس های طبیعی پوسته استوانه ای کامپوزیتی محتوی سیال، از روش انرژی و بر اساس اصل انرژی پتانسیل کمینه محاسبه شده است . سیال ایده آل فرض شده است . بر مبنای معادلات و روابطی که از حل تحلیلی بدست آمده اند، یک کد کامپیوتری به زبان متلب به منظور به دست آوردن جواب برای تحلیل ارتعاشات پوسته نوشته شده است. برای بررسی دقت نتایج به دست آمده، پوسته استوانه ای کامپوزیتی در نرم افزار آباکوس مدلسازی شده و آنالیز مودال در مورد آن انجام شده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف از جمله وجود سیال، چگالی و ارتفاع سیال، زاویه الیاف و برخی پارامترهای هندسی بر فرکانس های طبیعی پوسته در دو حالت پوسته خالی و محتوی سیال بررسی شده است. پاسخ دینامیکی گذرای پوسته محتوی سیال تحت بار ضربه ای جانبی بر اساس روش جمع مودها به دست آمده است. در پایان اثر بارگذاری پایا و فرکانس تحریک بر ارتعاشات پوسته استوانه ای کامپوزیتی محتوی سیال بررسی -شده است.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، ارتعاشات اجباری، تئوری برشی مرتبه اول
  • سجاد پیرمحمد، سبحان اسماعیلی مرزدشتی صفحات 111-127
    در تحقیق حاضر، رفتار لهیدگی سازه های مخروطی چند سلولی تحت بارگذاری دینامیکی محوری بررسی شده است. این سازه ها مخروطی از دو جداره داخلی و بیرونی تشکیل شده است که توسط چند صفحه تقویتی به همدیگر متصل شده اند. سازه های مذکور در پنج نوع سطح مقطع مربعی، شش ضلعی، هشت ضلعی، ده ضلعی و دایروی مورد بررسی قرار گرفته اند. قبل از انجام شبیه سازی های عددی رفتار لهیدگی سازه های مذکور با استفاده از نرم افزار ال اس-داینا، نتایج عددی با نتایج آزمایش های تجربی صحت سنجی شدند. پس از حصول اطمینان از درستی مدل اجزاء محدود ایجاد شده، شاخص های جذب انرژی ویژه (SEA) و بیشینه نیروی لهیدگی ) (F maxبرای همه سازه ها جهت پیدا کردن بهترین سازه از نقطه نظر عملکرد جذب انرژی محاسبه شدند. در ادامه با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک، مقادیر بهینه ابعاد سازه های مذکور (شامل زاویه مخروط (Ө) و نسبت اندازه جداره داخلی به اندازه جداره بیرونی (S)) به دست آورده شدند. سپس از میان سازه های بهینه شده، بهترین سازه به کمک روش تصمیم گیری چند معیاره تاپسیس انتخاب گردید. نتایج نشان داد که سازه مخروطی دایروی دارای بهترین عملکرد با پارامترهای طراحی°94/3 θ=و 578/0 S= بوده و بنابراین به عنوان بهترین جاذب انرژی معرفی گردیده است. در پایان اثر تورفتگی قسمت داخلی سازه (جداره داخلی و تقویتی) بررسی شد و نتایج نشان داد که تورفتگی جداره داخلی نتیجه مناسب تری دارد.
    کلیدواژگان: سازه مخروطی چند سلولی، بارگذاری دینامیکی محوری، شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، روش تاپسیس
  • حسین فراهت، سید یوسف احمدی بروغنی صفحات 129-147
    فوم های فلزی به دلیل نسبت استحکام به وزن و جذب انرژی بالا، کاربرد گسترده ای در صنایع خودرو و هوافضا دارند؛ بنابراین اطلاع از رفتار مکانیکی این مواد، به خصوص تحت بار دینامیکی ضروری است. در مقاله حاضر، پاسخ ضربه فوم آلومینیوم A356 تقویت شده توسط ذرات SiC مورد مطالعه قرارگرفته و نتایج عددی به دست آمده از شبیه سازی رفتار ضربه فوم، با اندازه گیری ها و مشاهدات آزمایشگاهی مقایسه و اعتبارسنجی گردید. به منظور استخراج پارامترهای ماده در مدل اساسی دشپند-فلک، از داده های آزمایش فشار بر روی نمونه های فوم بهره گرفته شده است. نتایج FEM نشان داد که تغییرات نیرو بر حسب زمان، مطابقت بسیارخوبی با داده های آزمایش ضربه دارد. مدل عددی می-تواند مقدار نیرو در محدوده پلاتو، زمان ضربه، انرژی جذب شده توسط فوم و حالت شکست ماده را با دقت مناسبی پیش بینی نماید. همچنین نمودارهای بالانس انرژی و حساسیت به مش، صحت شبیه سازی انجام گرفته را تأیید می کند. نظربه اینکه شبیه سازی رفتار دینامیکی یک ماده کامپوزیت و متخلخل، با چالش های متعددی مواجه است، در کار حاضر به ارائه راهکارهایی جهت رفع آنها پرداخته شده است. با توجه به عدم وجود نتایج عددی و تجربی بر روی رفتار ضربه فوم A356/SiCp، می توان از نتایج تحقیق حاضر جهت توسعه مواد کامپوزیتی پیشرفته استفاده نمود.
    کلیدواژگان: فوم کامپوزیتیA356، SiCp، مدل مادی دشپند، فلک، شبیه سازی ضربه، جذب انرژی
  • عبدالامیر بک خوشنویس، سجاد نظری، محمد جواد ایزدی یزدی صفحات 149-163
    در این تحقیق به بررسی رفتار و مشخصه های دنباله جریان در یک سیلندر بیضوی با زاویه حمله صفر درجه، تحت تاثیر سیم اغتشاش ساز با استفاده از روش تجربی، پرداخته شده است. بدین منظور، از یک استوانه با سطح مقطع بیضوی از جنس آلومینیم، دارای طول mm 390، قطر بزرگ mm 4/42 و قطر کوچک mm 2/21 استفاده شده است. مدل سیلندر، در اتاقک آزمون یک دستگاه تونل باد دمشی مورد آزمایش قرار گرفته است. اعداد رینولدز آزمایش نسبت به قطر بزرگ 25700 و 51400 به ترتیب برای سرعت هایm/s 10 و m/s 20 می باشند. سیم های اغتشاش ساز با قطرهای mm 5/0، mm 1 و mm 5/1 به صورت متقارن بر روی سیلندر بیضوی، هر کدام در زاویه های صفر درجه، 7/23 درجه و 9/40 درجه نسبت به نقطه سکون مورد آزمایش قرار گرفته اند. ضریب پسا برای سیلندر بیضوی صاف در هر دو عدد رینولدز در حدود مقدار 6/0 است. نتایج نشان می دهند که در بهترین حالت ممکن، ضریب پسا برای سیم mm 5/0 به میزان 75% کاهش می-یابد. همچنین در بهترین حالت ممکن برای سیم های mm 1 و mm 5/1، ضریب پسا به ترتیب 9/56% و 5/65% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سیم اغتشاش ساز، ضریب پسا، دنباله سیلندر بیضوی، جریان سنج سیم داغ
  • رضا رشیدی میبدی، نیما فرهی فر، اصغر دشتی رحمت آبادی، مهدی زارع مهرجردی صفحات 165-177
    امروزه تقاضا برای به کارگیری یاتاقان های ژورنال در دورهای بالا و اهمیت پایداری آن ها در کاربردهای عملی سبب شده از یاتاقان های غیرمدور لب دار به جای یاتاقان مدور استفاده شود. همچنین تاثیرات فوق العاده ی نوع روانکار بر عملکرد یاتاقان ها روز به روز اهمیت خود را آشکارتر می کنند. در این راستا انتخاب روانکار مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. فروسیال ها به دلیل داشتن خواص منحصربه فرد می توانند به عنوان یکی از گزینه ها، مورد بررسی واقع شوند. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی پایداری یاتاقان های ژورنال غیرمدور دو، سه و چهارلب روانکاری شده با روانکار فروسیال با درنظرگرفتن پارامترهایی نظیر نسبت خروج از مرکزیت، ابعاد و ضریب نیروی مغناطیسی است. در این مطالعه بادرنظرگرفتن اغتشاش کوچک محور حول نقطه تعادل استاتیکی آن و استفاده از روش عددی اجزاء محدود جهت حل معادلات، فرکانس چرخش و محدوده پایداری سیستم تعیین می شود. نتایج حاکی از آن می باشد که با افزایش نسبت خروج از مرکزی و ابعاد و کاهش ضریب نیروی مغناطیسی پایداری سیستم افزایش می یابد. همچنین با افزایش تعداد لب ها در یاتاقان های غیرمدور فروسیال، می توان به محدوده پایدارتری دست یافت.
    کلیدواژگان: یاتاقان غیرمدور، روانکار فروسیال، ضریب نیروی مغناطیسی، پایداری
  • علی فاتحی پیکانی، غلامحسین روشنی، سیدامیرحسین فقهی صفحات 179-187
    محاسبه کسر حجمی فازها در یک جریان چندفازی به خصوص در جریان های دوفازی گاز-مایع در صنعت نفت و پتروشیمی دارای اهمیت به سزایی است. اطلاع از کسر حجمی هر یک از فازها پارامتر مهمی جهت اندازه گیری دبی هر فاز در یک جریان چندفازی می باشد. در این تحقیق با استفاده از تکنیک پراکندگی پرتوهای گاما و با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، کسرهای حجمی گاز و مایع در یک جریان دوفازی اندازه گیری شده است. با تغییر کسرهای حجمی گاز و مایع، چگالی جریان دوفازی تغییر کرده و تعداد پرتوهای گاما پراکنده شده در اثر اندرکنش با سیال در زوایای مختلف نسبت به راستای اولیه تابش تغییر می کند. در این روش از یک چشمه تک انرژی سزیم 137 و یک آشکارساز سدیم یدید 3 اینچی برای ثبت پرتوهای پراکنده شده، استفاده شده است و شمارش های ثبت شده در آشکارساز به عنوان ورودی-های شبکه عصبی مصنوعی چندلایه در نظر گرفته شده اند. خروجی شبکه نیز کسر حجمی گاز بود که با درصد خطای میانگین نسبی کمتر از 5/2 % پیش بینی شد.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، کسرحجمی، تابش گاما، شبکه عصبی مصنوعی
  • بهادر براری، علی اکبر رنجبر صفحات 189-213
    اثر چینش لوله های داخلی در مبدل بر رفتار ذوب و انجماد سیستم ذخیرهکننده، به ازای سه فاصله مختلف بین لولهای مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه برای بررسی اثر افزودن تعداد لوله ها (از یک تا پنج لوله)، مقایسه ای بین مبدلهایی که ذخیره انرژی در آنها در مدت زمان کوتاهتری صورت گرفته، انجام شده است. چینش و فاصله بین لوله ای، زمان ذوب برای تمام مبدلهای بررسی شده نسبت به مبدل تک لولهای کاهش می یابد. با افزایش تعداد لوله ها به پنج لوله با فاصله بین لوله ای یکسان، نوع چینش دیگر تاثیری بر زمان ذوب ندارد گرچه تغییر فاصله همچنان تاثیرگذار است. با مقایسه مبدلهایی که در زمان کوتاهتری انرژی حرارتی را ذخیره میکنند . کاهش یا افزایش فاصله بین لوله ها، افزایش زمان ذوب را به دنبال دارد. همچنین افزایش تعداد لوله ها به بیشتر از4، دیگر روی زمان ذوب تاثیرگذار نیست. به استثنای مبدل دو لولهای، کمترین زمان انجماد مربوط به همان مبدلهایی است که کوتاهترین زمان ذوب را نیز داشتند. میزان تغییرات زمان با افزایش تعداد لوله از دو به سه در فرآیند شارژ و دشارژ، چشمگیرتر از سایر موارد می باشد.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، انتقال حرارت، ذوب، انجماد
  • علی خالقی، محمود پسندیده فرد صفحات 215-228
    در این تحقیق به بررسی و اصلاح مدل آشفتگی k-e-v2 پرداخته شده است. مدل k-e-v2 اثرات ناشی از دیواره را در جریانهای آشفته پایا به خوبی اعمال می کند. در جریانهای آشفته ناپایا به علت پیچیدگی های خاص این نوع رژیم جریان اکثر مدلهای آشفتگی توانمندی لازم برای مدلسازی مناسب میدان جریان بخصوص در کنار دیواره را ندارند و مدل k-e-v2 با توجه به ماهیت متغیرهای مورد استفاده در آن دارای این قابلیت است. هر چند این مدل برای جریانهای آشفته شتابدار نسبت به سایر مدلها نتایج مطلوبتری را ارائه می کند اما به علت عدم انطباق دقیق نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی به اصلاح نیاز دارد. با بررسی پارامترهای مختلف موثر و متغیرهای دارای ضریب وزنی بالا در مدل k-e-v2 مشخص گردید. پارامتر مناسب برای اصلاح آن عبارت v2 است. با توجه به دیمانسیون مشابه این متغیر و انرژی جنبشی تلاطمی، با وارد کردن این پارامتر به معادله انتقال k ، مدل اصلاح شد. اعمال این اصلاح و حل مجدد معادلات انتقال نشان داد که نتایج قابل قبولی برای جریان متلاطم ناپایا بدست آمده است. برای بررسی تاثیر اصلاح مدل، مشخصه های مختلف تلاطمی از قبیل انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی دیواره برای دوره های مختلف زمان شتابدهی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید اصلاح صورت گرفته مستقل از بازه زمانی دوره شتابدهی تاثیر مثبتی بر تقرب نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی دارد.
    کلیدواژگان: جریان آشفته، جریان شتابدار، مدل، جریان داخل لوله
|
  • A.R. Torabi, H.R. Majidi, Majid Reza Ayatollahi Pages 1-15
    In this research, the strain energy density criterion is modified to predict the fracture load in engineering components weakened by key-hole notches under tensile-shear mixed mode loading. This new approach is based on the equivalent mode І factor concept as presented in a new closed-form solution. In fact, the new proposed method is the governing idea of the equivalent local mode I concept, which has been formerly applied to U- and V-notches; but in this investigation the new equivalent factor is introduced in order to reduce the numerical analyses. Therefore, by applying the equivalent mode І factor, one can eliminate the large part of the energy section calculation to predict the fracture load of the notched specimens. To verify the validity of the presented new method, the theoretical predictions are compared with a large bulk of experimental data reported in the literature which obtained from the fracture tests on the key-hole notched graphite specimens. Finally, it is shown that new proposed model with a total discrepancy of about 6 % is an appropriate failure criterion.
    Keywords: Key-hole notch_Strain energy density_Equivalent mode I factor concept_Mixed mode І_ІІ loading
  • M. Izanloo, A. Khalkhali Pages 17-26
    Simplified models of vehicle body are suitable tools for optimization of main structures of a vehicle in the early phase of design. In this paper, a simplified finite element model for a sedan vehicle is provided. In this model, main load-carrying members such as pillars, rails, rockers and Main floor members with equivalent one dimension beam and panels with coarsening element are replaced. In order to validate the static accuracy of the provided model, the torsional and bending stiffness for Full Finite element model of the vehicle and simplified finite element model are calculated. The result is shown that the simplified model for calculating a torsional and bending stiffness are highly accurate The strong influence of B-pillar on the strength of the structure is obvious in the strain energy, torsional and bending tests. In these tests, after removing the B-Pillar bending and torsional stiffness decrease by 44% and 15%, respectively.
    Keywords: Simplified model, Full Finite element model, Bending stiffness, torsional stiffness, B-Pillar
  • A. Rajaee, A. Jalali Aghchai Pages 27-43
    In the driving system of trains locomotives, Gearbox bracket connects gearbox to the bogie frame. This baracket is a casting part which welded to the bogie frame and is connected to the gearbox. This part suffers the fluctuating stresses during the train paths in both go and return paths. In this paper, influences of effective parameters on fatigue life of this baracket were investigated. The length of welded lines, material and thickness of baracket are the effective parameters. The FE model in FE Safe software was developed to predict the fatigue life. Factorial design was used to design of experiments. Experiments were done according to designed procedure. Results showed that, weld length, thickness of baracket and material of baracket has greater effect on fatigue life respectively. Also, in the fair choice of parameters, fatigue life became 330440 cycles which is 30.45% more than the fatigue life for initial model of baracket.
    Keywords: Gearbox Baracket, Fatigue Life, Finite element method, Full-Factorial Design
  • J. Shahbazi Karami, M. Sheikhi, K. Malekzadeh Fard, D. Manafi Pages 45-53
    1Ph.D, Mech. Eng., Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
    2Assis. Prof., Mech. Eng., Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
    3Prof., Mech. Eng., Maleke Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
    4Ph.D. Student, Mech. Eng., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
    Abstract
    Determining of exact loading paths for bi-layered hydroforming are very neseccery to produce good products that confirmed design specifications. Unfortunately, theoretical formulas don’t exist to determine the process parameters. The process parameters were determined by trial-and-error and experiences of process planner. Therefore, a hybrid method of finite element and particle swarm optimization (PSO) was proposed for determining of the bi-layered hydroforming parameters. First, this process was simulated and verified by experimental data. Then, finite element and optimization algorithm were linked and used to determine of exact process parameters. Two constraints, thickness variations and maximum stress, were considered in the optimization process. Also, conformation of the geometrical dimension of the product with the design dimension was considered as a goal function. Pressure and feed loading paths were optimized in this research and both loading paths were assumed to be linear. Also, external and internal tubes materials are aluminium and copper, respectively. Python programming and ABAQUS software are used for hydroforming process simulation and linking the FE model and particle swarm optimization algorithm.
    Keywords: Hydroforming Process, bi-layered Hydroforming Process, Optimization of Loading Path, Particle Swarm Optimization
  • A.R. Pustforushan, P. Zamani, R. Masoudi Nejad, M. Kadkhodayan Pages 55-62
    Based on the mechanic of nanoparticles, the present research studies the deformation of cu-alumina nanocomposite experimentally and also by modeling. To optimize the deformation parameters and to control the microstructure in hot deformation process for copper-alumina nano-composites, cylindrical alumina nanoparticles samples in different percentages has been heat pressure tested. Distributions of alumina nanoparticles in copper, as well as the effects of nanoparticles on deformation have been investigated by transmission electron microscopy (TEM). To study the parameters affecting the deformation of material, the test temperatures of 350, 400, 450, 500° C and strain rates of 0.3, 0.03, 0.003 1/s have been selected. By the results of 48 experiments of stress-strain curves and to optimize the process parameters in the hot deformation, processing map is obtained for different strains. Also the hot deformation behaviors of nano-composites modeling of neural network with 4 input and one output parameters have been used. The modeling and experimental results are compared and the most optimal conditions for hot deformation of nanocomposite materials have been presented.
    Keywords: Nanocomposite, Alumina, Hot Deformation process, Process Map, Artificial neural network
  • M. Najafi, R. Ansari, A. Darvizeh Pages 63-80
    In this paper, the effect of different types of mixing processes of nanoclay on the mechanical properties of glass fiber/epoxy and fiber metal laminates is studied. For this purpose, the nanoclay was added to pure epoxy resin under mixing process by mechanical mixer, high-speed mechanical homogenizer, and ultrasonic homogenizer. Then, glass fiber/epoxy and fiber metal laminates were fabricated by pure resin and modified resin with nanoclay. In order to achieve high quality in the fabrication of laminate sheets, vacuum operation and post-curing in an autoclave were used under certain temperature and pressure. The effect of two parameters of the nanoclay percent and mixing process on the mechanical properties of the specimens was investigated using Taguchi design of experiments. The results obtained suggest that the nanoclay addition at lower percentages has a more effective role in increasing the flexural strength of the specimens. While by adding nanoclay particles in both material types, the flexural modulus show an increasing trend. Additionally, the result of signal to noise ratio showed that in determining mechanical properties of both material types containing nanoclay, the role of mixing process is more effective than nanoparticle loading.
    Keywords: Nanoclay, Fiber Metal Laminate, Glass fiber, epoxy composites, Flexural properties, Impact properties
  • A. Negarestani, M. H. Abolbashari Pages 81-91
    Through enormous development of machining methods, applying optimization method in machining process to improve quality seems to be important. One of the most important parameter of a work piece is its surface roughness. As surface roughness decrease, the quality of work piece increase. In this study, optimization of input parameter of end mill machining to reach minimum surface roughness is investigated. Among these parameters five of them selected and Taguchi method is used for the design of experiments. The process is modeled with neural network method and using try and error test 5-8-6-1 architecture. Genetic algorithm is used for process optimizing and neural network model is selected as the target function. For three different tool path strategies, optimization has been conducted and results are discussed. Using genetic algorithm decrease surface roughness to 0.85 μm. Finally selected level of Taguchi method is analyzed and levels with maximum signal to noise ratio are introduced as optimized level that have minimum surface roughness.
    Keywords: Endmilling, Optimization, Genetic Algorithm, Artificial neural network, Taghuchi Method
  • Y. Ansaryan, A.A. Jafari Pages 93-109
    The present study was aimed at investigating the vibration of composite cylindrical shell filled with internal liquid with simple two-headed boundary conditions. The shell was composed of multilayer composite. First-order shear theory was employed to solve the governing equations of the shell. First loves approximation theory was utilized to write strain-displacement and curvature-displacement equations. Natural frequencies of the composite cylindrical shell filled with fluid were calculated using minimum potential energy principle. The fluid was supposed to be ideal. According to the equations that were obtained through analytical solution, a computerized code was written using MATLAB software in order to achieve an answer for analyzing the vibrations of the shell. In order to make sure about the precision of the results, the composite cylindrical shell was modelled in Abacus Software, and modal analysis was carried out for it. Moreover, the effect of different parameters such as presence of fluid, the density and height of the fluid, the orientation of the fibers, and some geometrical parameters on the natural frequencies of the shell were investigated in empty and filled states of the shell. The transient dynamic response of the composite cylindrical shells filled with internal liquid that was under lateral impulse load was calculated through the principle of mode superposition. Finally, the effect of stable load and motivation frequency on the vibrations of the composite cylindrical shell was examined.
    Keywords: Cylindrical shell, Forced vibration, First-order shear theory
  • S. Pirmohammad, S. Esmaeili Marzdashti Pages 111-127
    In the present research, the collapse behavior of multi-cell conical structures has been studied under axial dynamic loading. These conical structures consisted of two inner and outer walls which have been connected together by several plates as stiffeners. These structures were assumed to have five different cross-sections of square, hexagonal, octagonal, decagonal and circular. Before performing the numerical simulations using LS-DYNA, the numerical results were validated by experimental results. After ensuring correctness of the created finite element models, indicators of SEA and F_max were then computed for all the structures to find the best structure from the crashworthiness point of view. The artificial neural networks and genetic algorithm methods were used to obtain the optimized dimentions of the mentioned structures including θ (cone angle) and S (ratio of the inner wall size to the outer wall one). Among the optimized structures, the best structure was selected using the decision making method called TOPSIS. The multi-cell conical structure with circular cross-section having dimensions of S=0.578 and θ=3.94°, was found to perform the best in terms of crashworthiness capability. Effect of triggers (inner wall and stiffeners) was finally studied, and the results revealed that the triggering by inner wall had a suitable result.
    Keywords: Multi-cell conical structure, Axial dynamic loading, Artificial neural networks, genetic algorithm, Optimization, TOPSIS method
  • H. Farahat, S.Y. Ahmadi Brooghani Pages 129-147
    Metallic foams are used widely in the automotive and aerospace industries due to high strength to weight ratio and high energy absorption capacity. Knowledge of the mechanical behavior of these materials, especially under dynamic loadings, is thus necessary. In this paper, the impact response of A356 aluminum foams reinforced by SiC particles was studied. Predicted numerically results, which are obtained from the simulation of impact behavior at the foam material, were compared and validated with the experimental measurements. For determination of the material parameters in Deshpande-Fleck constitutive model, the uniaxial compression test data have been used. The FEM results showed that the changes in load with time are in a good agreement with the impact experiment. The numerical model can predict accurately the plateau load, the impact time, the energy absorbed by foam and the failure mode of the material. The energy balance diagram and convergence test confirm the simulation. Considering that the simulation of porous and composite material behavior is faced with numerous challenges, this work presents effective ways to solve them. Regarding the lack of numerical and experimental results on the impact behavior of A356/SiCp foam, the obtained results can be used to develop advanced composite materials.
    Keywords: A356, SiCp composite foam, Deshpande-Fleck material model, Impact simulation, Energy absorption
  • A. Bak Khoshnevis, S. Nazari, M. J. Ezadi Yazdi Pages 149-163
    In this research, the behavior and characteristics of the wake of flow around an elliptic cylinder at zero angle of attack in the presence of a tripping wire were investigated experimentally. An aluminum elliptic cylinder with major axis, minor axis and height of 42.4 mm, 21.2 mm and 390 mm respectively, was used for this purpose. The cylinder model was examined in the test section of a blower type wind tunnel. The Reynolds numbers of the experiment based on major axis are 25700 and 51400 for 10 m/s and 20 m/s speeds, respectively. Tripping wires with the diameter of 0.5 mm, 1 mm, and 1.5 mm are placed symmetrically at both sides of the cylinder, and each are tested at angles of zero, 23.7, and 40.9 degrees with respect to the stagnation point. The drag coefficient of the smooth cylinder for both of the Reynolds numbers is about 0.6. The results indicate that in the best possible case, the drag coefficient for the 0.5 mm wire decreases by 75%. In the best cases, it is also reduced by 56.9% and 65.5% for the 1 mm and the 1.5 mm wires, respectively.
    Keywords: Trip wire, Drag coefficient, Wake of elliptic cylinder, Hot wire anemometry
  • R. Rashidi Meybodi, N. Farehyfar, A. Dashti Rahmatabadi, M. Zare Mehrjardi Pages 165-177
    Nowadays, the demand for journal bearings operating at high speeds and also the importance of their stability in practical usage has caused a need for noncircular lobed bearings instead of circular bearings. This makes the extreme effects of lubrication kind in bearing performance more important. For this reason, choosing appropriate lubricant is of great significance. Ferrofluids as a result of having unique features can be considered as one of the choices. The aim of this paper is to study the stability of two, three and four lobe noncircular journal bearings lubricated with ferrofluids considering parameters such as eccentricity ratio, the ratio of length to diameter and also the magnetic force coefficient. In this work, the numerical method of finite elements is used to solve the equations. The results show that by increasing the eccentricity ratio and the length to diameter ratio and also by decreasing the magnetic force coefficient, bearing stability increases. As well as, by increasing the number of lobes in noncircular lobed bearings, it is possible to get more stability range.
    Keywords: Noncircular Bearing, Magnetic Force Coefficient, Ferrofluid Lubricant, Stability
  • A. Fatehi, Gh. H. Roshani, S.A.H. Feghhi Pages 179-187
    During the last three decades, development, evaluation, and use of multiphase-flow- measurement systems have been a major focus for the oil and gas industry worldwide. Volume fraction measurement of the multi phase flows, especially gas - liquid two phase flows is so important issue in the oil and petroleum industry. Volume fractions are key parameters in multi phase flow rate metering. In this study, volume fraction of each phase was measured using gamma ray scattering and artificial neural network. The density of two phase flow is related to the volume fractions and number of the scattered gamma can be changed with this density. 137Cs single energy source and one 3-inch NaI (Tl) scintillation detector were used and the registered counts in the detector were applied to the multi layer neural network. The output of the network was gas volume fraction which was predicted with the mean relative error of less than 2.5%.
    Keywords: Two phase flow, volume fraction, gamma radiation, Artificial neural network
  • B. Barari, A. A. Ranjbar Pages 189-213
    This dissertation investigates the analysis of thermal energy storage system using phase change materials to improve. In this study for three different distances between tubes in heat exchangers, the effect of inner tubes arrangement on melting and solidification behavior of energy storage system is investigated. Then, in order to investigate the effect of adding tubes, a comparison have been done between heat exchangers with the least melting time. The results show that regardless of the number of tubes, their arrangement and the distance between them, the melting time decreases with respect to one tube heat exchanger. By increasing the number of tubes to five, changing the arrangement with the constant distance between tubes, does not affect melting time, however the distance between tubes is still effective. Comparing the heat exchangers with the least melting time with each other, it can be shown that variation in this distance, increases the melting time. Also increasing the tube numbers to more than four, does not affect the melting time any more. Except two tubes heat exchangers, the least solidification time happens in cases with the least melting time. By increasing the number of tubes from two to three, the time increasing is more than other cases in charging and discharging process.
    Keywords: PCM, Heat Transfer, Melting, Solidification
  • A. Khaleghi, M. Pasandidehfard Pages 215-228
    In this study k-e-v2 turbulence model has been considered and modified for pipe flows in accelerating condition. In order to determine the characteristics of the fluid under the non-periodic accelerating conditions and using water as the working fluid, k-e-v2 model has been under taken. This model imposes the wall effects into the flow field properly. However, most of turbulence models cannot predict this phenomenon appropriately for unsteady flows. Although, k-e-v2 model is the best among the same turbulence models, however, still it needs some modifications. First, the weight coefficient of various parameters effects available in this model have been considered thoroughly. Then the most effective parameter has been obtained. It has been found that the parameter and its differential equation must be modified to correlate the experimental data desirably. Considering the point that v2 has the same dimension of k-equation, its effect is imposed into this equation. Further, this modification has been examined for internal pipe flows with different periods of accelerations. It was found that the results of some characteristics of flow such as turbulence kinetic energy and wall shear stress for different accelerations of flow are improved desirably compared to the experimental data.
    Keywords: Turbulence Modeling, acceleration flow, model, Pipe Flow