فهرست مطالب

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:9 Issue: 3, 2017

  • تاریخ انتشار: 1396/01/18
  • تعداد عناوین: 15
|
  • داود طغرایی، آرش کریمی پور، امید علی اکبری، مجید زرین قلم، حبیب الله عالی پور صفحات 391-408
    تحقیق حاضر در مورد اثرات ارتفاع دندانه در میکروکانال دندانه دار دو بعدی، بر روی پارامترهای انتقال حرارت و دینامیک سیالات محاسباتی جریان آرام نانوسیال آب - اکسید آلومینیم است. بررسی های این تحقیق به صورت عددی با نرم افزار تجاری فلوئنت 6/3 برای اعداد رینولدز 10 و 100، برای چهار حالت مختلف ارتفاع دندانه انجام شده است. افزایش ارتفاع دندانه های داخلی یا مغشوش گرهای جریان، عملکرد انتقال حرارت جابجایی در میکروکانال را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. مشاهده می شود که نرخ انتقال حرارت در میکروکانال با افزایش ارتفاع دندانه و افزایش کسر حجمی نانو ذرات، بهبود می یابد. اما افزایش ارتفاع دندانه، باعث افزایش ضریب اصطکاک بزرگ تر در مقایسه با میکروکانال با ارتفاع دندانه ثابت است. در این تحقیق برای همه حالات مختلف ارتفاع دندانه، تاثیر ارتفاع دندانه بر روی پارامترهای جریان سیال بررسی شده است. نتایج در قالب پروفیل های سرعت و دما، عدد ناسلت و کانتورهای تابع جریان و خطوط هم دما ترسیم میشوند.
    کلیدواژگان: میکروکانال دندانه دار، نانوسیال، انتقال حرارت، ضریب اصطکاک
  • سعید احترامیان حقیقی، امین کلاه دوز، مجید کریمیان صفحات 409-418
    استفاده از آلیاژهای آلومینیم در صنایع مختلف به ویژه اتومبیل‏سازی برای داشتن سازه ای با وزن کمتر رو به افزایش است. استفاده از فرآیند شکل‏ دهی نیمه جامد که علاوه بر تغییر در ریزساختار که باعث بهبود مشخصات مکانیکی می شود، می تواند باعث کاهش حجم مصرفی ماده تولیدی شده و در نهایت به بهبود نهایی وزن سازه منجر شود. در این مقاله بهینه سازی پارامترهای حاکم در یکی از روش های شکل دهی نیمه جامد به نام ارتعاش مکانیکی پرداخته می شود. آلیاژ مورد بررسی در این تحقیق آلیاژ آلومینیم با گرید A380 می باشد. پارامترهای مورد بررسی شامل مقدار و زمان اعمال تنش برشی و دمای ریخته‏گری است و هدف به دست آمدن بیشترین سختی برای نمونه های تولیدی است. در این راستا نمونه هایی از مذاب‏های آلومینیم A380 تحت فرکانس های ارتعاش متفاوت و دماهای ریخته‏گری متفاوت و زمان های ارتعاش قرار گرفت و سپس در نهایت با استفاده از بهینه‏سازی به کمک الگوریتم ژنتیک، بهترین نتیجه بدست آمد. بهترین سختی در نمونه های تولیدی حدود 80 برینل به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که دمای مذاب بیشترین تاثیر را بر روی سختی دارد و با افزایش فرکانس زمان آن باعث می شود دانه ها به سمت کروی شدن بروند و سختی قطعه افزایش یابد
    کلیدواژگان: ریخته گری نیمه جامد، بهینه سازی، آلیاژ A380، ویبراتور مکانیکی، سختی برینل
  • موسی حیدری، داود طغرایی، امید علی اکبری صفحات 419-430
    در پژوهش عددی حاضر انتقال حرارت و جریان آرام نانوسیال در داخل یک میکروکانال سه بعدی با مقطع مثلثی شبیه سازی شده است. به منظور افزایش انتقال حرارت از دیواره-های کانال، دندانه های نیمه چسبان- نیمه ناقص در داخل کانال قرار داده شده و تاثیر هندسه دندانه ها و تعداد آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است.در مطالعه ی حاضر، سیال پایه آب بوده و تاثیر کسر حجمی نانوذره اکسید تیتانیوم بر میزان انتقال حرارت و فیزیک جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج ارائه شده شامل توزیع عدد ناسلت در کانال، ضریب اصطکاک و ضریب عملکرد حرارتی برای هر یک از حالت های مختلف می باشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد، وجود دندانه ها بر فیزیک جریان تاثیرگذار هستند و میزان تاثیر آن ها شدیدا به عدد رینولدز جریان وابسته است. استفاده از دندانه در میکروکانال ها باعث افزایش نرخ انتقال حرارت و کاهش گرادیان دمایی در بین لایه های سیال خنک کننده می شود و هم چنین وجود نانوذرات در سیال خنک کننده نیز در افزایش انتقال حرارت موثر است، به طوری که با افزایش عدد رینولدز، میزان اثرگذاری نانوذره نیز در افزایش انتقال حرارت، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، میکروکانال، عدد ناسلت، نانوذره، دندانه های نیمه، چسبان، نیمه ناقص
  • مسعود وفایی، مسعود افرند صفحات 431-440
    در دهه اخیر نانو سیالات پیشرفته ی جدیدی که از ذرات مختلف تشکیل شده اند مورد توجه محققان قرار گرفته اند. این گونه از نانوسیالات، که به نانوسیالات هیبریدی معروف هستند، عموما از ترکیب دوگونه مختلف نانوذرات ترکیب شده در سیال پایه به دست می آیند. در این مقاله، بررسی آزمایشگاهی اثر نانوذرات جامد هیبریدی نانولوله کربنی و اکسید منیزیم بر ضریب هدایت حرارتی اتیلن گلیکول ارائه شده است. آزمایش ها در بازه دمایی 25 تا 50 درجه سانتی گراد برروی نمونه هایی با کسر حجمی 05/0٪، 1/0٪، 15/0٪، 2/0٪، 4/0٪ و 6/0٪ انجام شد. اندازه گیری ها نشان داد که با افزایش مقدار نانوذرات و افزایش دما، ضریب هدایت حرارتی تا 3/23٪ افزایش می یابد. در پایان یک رابطه تجربی جدید به منظور پیش بینی ضریب هدایت حرارتی ارائه شد و تحلیل حاشیه انحراف برای آن پیشنهادی انجام شد. نتایج این تحلیل ها نشان داد که حداکثر حاشیه انحراف 95/0٪ بود که بیانگر دقت قابل قبول رابطه پیشنهادی برای پیش بینی مقادیر ضریب هدایت حرارتی نانو سیال است.
    کلیدواژگان: هدایت حرارتی، نانوسیال هیبریدی، اکسید منیزیم، نانولوله کربنی، اتیلن گلیکول، رابطه تجربی
  • مصطفی معطری، فرزان براتی صفحات 441-454
    در این پژوهش، به مطالعه و حل دقیق ارتعاشات آزاد پوسته های چندلایه استوانه ای پرداخته شده است. لایه ها از نوع زاویه ای بوده و با زوایای مختلف نسبت به هم قرار گرفته اند. در سطح خارجی پوسته چندلایه استوانه ای، یک لایه پیزوالکتریک قرارگرفته است که به منظور تحریک مناسب در راستای شعاعی قطبیده شده است. پوسته طویل بوده و با فرض کرنش صفحه ای بصورت دوبعدی تحلیل می گردد. متغیرها در هر لایه برای برآورده کردن شرایط مرزی که شامل تکیه گاه های ساده در لبه ها می باشند بر حسب سری های فوریه بسط داده شده اند. معادلات حاکم به معادلات دیفرانسیل معمولی در راستای ضخامت تقلیل پیدا می کنند سپس از روش سری با تابع توانی برای حل این معادلات که منجر به یک پاسخ دقیق و همگرایی سریعتر می شود استفاده می گردد و ضرایب مجهول پاسخ ارتعاشی با روش ماتریس انتقال بدست می آیند. نتایج برای فرکانس طبیعی پوسته چندلایه استوانه ای در هفت مود اول و در دو حالت تک لایه ی پیزوالکتریک و پوسته پنج لایه در انتها و شکل کلی پاسخ متغیرهای نظیر جابجایی، تنش ها و کرنش های اصلی بدست آمده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پوسته چندلایه، پیزوالکتریک، کرنش صفحه ای، سری فوریه
  • غلامرضا مزروعی، علی حیدری صفحات 455-466
    در این تحقیق روش جدیدی جهت اتصال لوله های آلومینیومی به وسیله مبدل فولادی و جوش آلومینیوم در سازه های زیر سطحی ارائه و بررسی شده است. به علت ایجاد گرمای نسبتا زیاد در محل جوشکاری، ناحیه اطراف لبه جوش تحت سیکل حرارتی بالایی قرار می گیرد و باعث ایجاد تنش های پسماند در محل جوش خواهد شد. بنابراین جهت بررسی اتصال پیشنهاد شده از دیدگاه تنش پسماند، به کمک نرم افزار المان محدودABAQUS جوشکاری دو پاسه لوله های AL 5083 به همراه مبدل فولادی A 36 به صورت سه بعدی مدلسازی شده و تنش های پسماند حاصل در مناطق اطراف جوش محاسبه گردیده است. بدلیل حساسیت موضوع روند شبیه سازی مورد اعتبار سنجی قرار گرفته است. در مدلسازی انجام شده خواص مکانیکی و حرارتی لوله به صورت تابعی از دما به نرم افزار داده شده و با توجه به جریان، ولتاژ و سرعت الکترود، شار حرارتی به صورت یک بار حجمی خارجی روی محیط جانبی لوله بوسیله مدل منبع حرارتی گلداک اعمال گردیده است. تنش های حاصل در جسم از زمان اعمال شار حرارتی تا رسیدن دمای محل جوش به دمای محیط محاسبه شده و تنش های نهایی باقیمانده در جسم در انتهای فرایند تبادل حرارتی با محیط تنش های پسماند می باشند. نتایج مدلسازی انجام شده همخوانی مناسبی با نتایج تجربی دارد و نشان می دهد که اتصال پیشنهاد شده مناسب بوده و از نظر مقادیر تنش پسماند سازه دچار مشکل نخواهد شد.
    کلیدواژگان: جوشکاری، لوله های آلومینیومی، تنش پسماند، روش المان محدود
  • کوروش رایزن، احمد کشاورزی صفحات 467-478
    پس از اختراع خودرو، بشر بزودی به رابطه میان مقاومت هوا و حرکت اتومبیل پی برد. به مرور زمان با بهبود عملکرد خودروها از جهات مختلف، بهبود آیرودینامیکی نیز به مساله ای اساسی تبدیل شد. پژوهشگران دریافتند که توجه به آیرودینامیک نه تنها برای دستیابی به سرعت های بالاتر، بلکه به منظور کاهش مصرف سوخت و ایجاد پایداری مناسب در خودرو، امری ضروری است. در این مقاله اثر زبری سطح در چند نقطه زیرین خودرو بررسی می گردد. روش کار بصورتی است که در دو ناحیه زیر خودرو یعنی بعد از چرخ های جلو و بعد از چرخهای عقب خودرو که بیش ترین احتمال جدایش جریان وجود دارد و جریان در حال ترک بدنه خودرو می باشد، صفحات زبر چسبانده شده و اثرات این سطوح زبر بر نیروی پسا و برآ در آزمایشگاه تست تونل باد بررسی می گردد. نتایج بدست آمده نشان داد که از سرعت m/s 15 تا m/s 35 نیروی پسا حدود 6 درصد کاهش یافت.
    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، المان های اضافی، ابعاد بهینه، سطوح زبر
  • محمدعلی مطلبی، ابراهیم کرمیان، مجید کریمیان صفحات 479-490
    ایمپلنت های تیتانیمی به علت سبکی و مقاومت در مقابل خوردگی در محیط های بیولوژیکی و همچنین دانسیته نزدیک به استخوان بدن، کاربردهای پزشکی خاصی دارند. یکی از آلیاژهای تیتانیم در این زمینه Ti-6Al-4V است، که روش آلیاژسازی مکانیکی به علت نقطه ذوب و شرایط سخت ریخته گری این آلیاژها روش تولید متداول تری است. هیدروکسی آپاتیت به دلیل زیست سازگاری و زیست فعالی بالا، ترکیبی مشابه با ترکیب استخوان درترمیم استخوان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همچنین کلی به علت حضور یون Si که می تواند به عنوان جوانه زنی در آپاتیت سازی (استخوان سازی) عمل کند مورد توجه است. هدف از این پژوهش بررسی زمان و شرایط آسیاکاری جهت آلیاژسازی؛ همچنین بررسی اثرات زمان، دما و شرایط زینترینگ در مرحله متالورژی پودر (PM) بوده است که تاثیر آن ها بر روی خواص مکانیکی و رفتار زیست بررسی می گردد. در این پژوهش، ابتدا از استخوان گاو، هیدروکسی آپاتیت طبیعی به دست آمده، سپس با استفاده از نانو پودر کلی و روش آسیا کاری پر انرژی نانو کامپوزیت کلی- هیدروکسی تبدیل گردید. در نهایت نمونه های بالک آلیاژ تیتانیم محتوی 0%، 10%، 20% و 30% درصد وزنی مخلوط سرامیکی هیدروکسی آپاتیت-کلی تهیه گردید. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون اندازه گیری استحکام فشاری سرد و همچنین ارزیابی زیست فعالی، آزمون زیست فعالی بر روی نمونه های متراکم شده انجام گرفت. بررسی نتایج نشان می دهد که بهترین خواص مکانیکی و رفتار زیست فعالی در نمونه کامپوزیتی تیتانیمی محتوی 20% وزنی مخلوط نانو کامپوزیت سرامیکی مشاهده گردید؛ بنابراین این نانوکامپوزیت تیتانیمی می تواند به عنوان یک کاندیدای مناسب جهت مقاصد مهندسی پزشکی معرفی می گردد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، پودرکلی، هیدروکسی آپاتیت، تیتانیوم، آلیاژسازی مکانیکی
  • جعفر اسکندری جم، فاطمه خانی، محمود فرهادی نیا صفحات 491-508
    از آن جهت که مواد کامپوزیتی، به خصوص کامپوزیت ها با زمینه پلیمری ساختارهای آسیب پذیری نسبت به صدمات ایجاد شده در فرم ترک و شکستگی هستند. در سال های اخیر تلاش های علمی جدید در جهت ایجاد یک واحد کنترل داخلی صورت گرفته است، تا بتواند به صورت خودمختار در ترمیم کامپوزیت ها عمل کند. نام این نظریه خودترمیمی است. نظریه خودترمیمی ناشی از همسانسازی بیولوژییکی، نشان میدهد؛ همان گونه که عمیق ترین زخم ها و بریدگی ها به خودی خود ترمیم میشوند، میتوان این ادعا را کرد که تمام مواد طبیعی قابلیت ترمیم ساختار خود را دارند. در این مقاله، مطالعه بر روی خواص میکروکپسول های موجود در کامپوزیتهای خودترمیم پایه کپسولی مورد بررسی قرار میگیرد. هدف از این بررسی اندازهگیری میزان برهمکنش و انرژی ناشی از آن بین نانولوله های کربنی و پلیمر اوره فرمالدهید به عنوان ماتریس پایه در میکروکپسول های موجود در مواد خودترمیم پایه کپسولی، به روش تئوری تابع چگالی است. در ابتدا تاثیرات کایرالیتی و قطر نانولوله ها مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن گروه های عاملی متفاوت بر روی نانولوله قرار می گیرند. در آخر میزان مدول یانگ که بر پایه ی انرژی کرنشی در محدودهی تغییر شکل الاستیک قرار دارد، مورد محاسبه قرار گرفت.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت خودترمیم، تئوری تابع چگالی، میکروکپسول، نانولوله کربنی، اوره فرمالدهید
  • علی طالبی انارکی، محسن لوح موسوی صفحات 509-516
    امروزه استفاده از فلزات و آلیاژهایی با وزن سبک و استحکام بالا در صنایع متنوعی از قبیل خودروسازی و هوافضا مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم یکی از روش های موثر به منظور کاهش وزن قطعات است. این آلیاژها در دمای محیط شکل پذیری پایینی دارند که به منظور حل این مشکل بایستی دمای شکل پذیری آن ها افزایش یابد. روش هایی نظیر هیدروفرمینگ گرم و شکل دهی داغ گازی یکی از روش های مرسوم به منظور شکل دهی این آلیاژهاست. قبلا نشان داده شده است که یکی از روش های موثر به منظور بهبود فرآیند هیدروفرمینگ لوله استفاده از مسیرهای فشار نوسانی است که علاوه بر بهبود شکل پذیری، توزیع ضخامت را بهبود می بخشد. در این مقاله، تاثیر فشار ضربانی بر شکل پذیری آلیاژ آلومینیومی (Al6063) در فرآیند بالج آزاد داغ لوله به وسیله گاز مورد بررسی عددی قرار گرفته است و نتایج آن با فشار ثابت غیرضربانی مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد کاهش ضخامت در فرآیند شکل دهی داغ گازی با اعمال فشار ثابت نسبتا زیاد است در صورتی که استفاده از ضربانات فشار به دلیل کاهش ضخامت منظم در حین فرآیند، شکل دهی لوله و توزیع ضخامت آن را بهبود می بخشد. همچنین تغدیه ی محوری به عنوان یکی از پارامترهای موثر در این فرآیند باعث افزایش بهبود شکل پذیری لوله بوسیله فشار ضربانی می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل اجزای محدود، فشار ضربانی، شکل دهی داغ لوله به وسیله گاز، کاهش ضخامت
  • محمد آزادی، غلامحسین فرهی صفحات 517-530
    در این مقاله، مکانیزم های شکست و خرابی یک آلیاژ آلومینیوم (که در بستار موتورهای احتراق داخلی دیزلی کاربرد دارد) در دو حالت با و بدون پوشش های حائل حرارتی سرامیکی، تحت بارگذاری های خستگی هم دما و غیرهم دما، مطالعه شده است. در این تحقیق، ماده پایه شامل آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم- منیزیم است و پوشش حائل حرارتی نیز، شامل یک پوشش میانی فلزی به ضخامت 150 میکرومتر و یک پوشش اصلی از زیرکونیای پایدار شده با ایتریا به ضخامت 350 میکرومتر می باشد که بر روی ماده پایه (آلیاژ آلومینیوم)، به روش پاشش حرارتی پلاسما ایجاد شده است. برای بررسی تحلیل خرابی و تحلیل حساسیت، آزمون های خستگی هم دما (و یا کم چرخه در دمای ثابت) و آزمون های خستگی غیرهم دما (و یا ترمومکانیکی غیرهم فاز)، بر روی نمونه های استاندارد آزمون انجام شده است. سپس، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، مکانیزم های شکست در آلیاژ آلومینیوم، با و بدون پوشش، بررسی شده است. پس از بررسی آسیب خستگی و تحلیل خرابی، حساسیت عمر ماده نسبت به عوامل مختلف (دما و کرنش) نیز، مطالعه شده است. براساس نتایج بدست آمده، سطح شکست آلیاژ آلومینیوم دارای دیمپل بوده و شکست آن بصورت نرم است. در پوشش حائل حرارتی نیز، جدایش لایه میانی پوشش از ماده پایه، مکانیزم آسیب غالب است. همچنین، بیشترین حساسیت مربوط به پارامتر کرنش در آزمون های خستگی آلیاژ آلومینیوم (با و بدون پوشش) است.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم، پوشش حائل حرارتی، مکانیزمهای خرابی، تحلیل حساسیت، بارگذاری خستگی
  • احمد حقانی، رضا قادری صفحات 531-542
    امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی به عنوان ابزاری کارآمد در تعیین نیروهای بین مولکولی و توپوگرافی سطح با دقت نانو متری شناخته می شود. در این نوع میکروسکوپ ها، میکرو تیر به عنوان قلب میکروسکوپ شناخته می شود و به عنوان وسیله اندازه گیری بکار گرفته می شود. در بین میکرو تیر های رایج در میکروسکوپ نیروی اتمی، میکرو تیرهای پیزوالکتریک نسل جدیدی از تیرها می باشند که با قابلیت خود محرک و خود اندازه گیر از محبوبیت بالایی در بین سایر تیرها برخوردار می باشند. هدف این مقاله بررسی رفتار میکرو تیر پیزوالکتریک با سر مثلثی در حالت خود اندازه گیر و در نزدیکی سطح نمونه می-باشد. در این حالت شارژ خروجی از لایه پیزوالکتریک و همچنین جریان خروجی از آن به عنوان عاملی موثر در اندازه گیری خمش محسوب می شوند. با نزدیک شدن میکرو تیر به سطح نمونه رفتار ارتعاشی آن غیرخطی می شود. مسلما لایه پیزوالکتریک در حالت خود اندازه گیر زمانی می تواند به عنوان اندازه گیر مناسب تلقی شود که بتواند تاثیر نیروی غیرخطی برهم کنش بین نوک پراب و سطح نمونه را اندازه گیری های خود نمایان کنند. به منظور بررسی این موضوع در ابتدا با استفاده از روش تقریبی گلرکین معادله دیفرانسیل حاکم بر حرکت ارتعاشی میکرو تیر پیزوالکتریک با سر مثلثی به معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل می شود. سپس به کمک روش چند مقیاسی معادله دیفرانسیل غیرخطی به دست آمده حل می شود. پس از حل معادله دیفرانسیل حاکم بر مساله به شبیه سازی چگونگی رفتار میکرو تیر در حالت خود اندازه گیر در نزدیکی سطح نمونه پرداخته می شود و تاثیر عواملی چون فاصله تعادلی، مدهای نوسانی و جنس لایه پیزوالکتریک مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاش غیرخطی، میکرو تیر پیزوالکتریک، خود اندازه گیر، شارژ
  • حسن قیصری، ابراهیم کرمیان، محمد براتی سده صفحات 543-552
    قطعات منیزیمی (مانند آلیاژ AZ31) به علت مقاوم بودن به خوردگی در محیط های بیولوژیکی و همچنین دانسیته نزدیک به استخوان بدن کاربردهای پزشکی خاصی دارند. یکی از روش های تهیه آلیاژ، روش آلیاژ سازی مکانیکی است که به علت شرایط حاد ریخته گری این آلیاژ روش تولید متداولتری می باشد. روش متالورژی پودر (PM) یکی از روش های مطلوب در جهت تولید قطعات منیزیمی بوده که از جمله مجهولات ، زمان و دمای زینترینگ درمی باشد. هیدروکسی آپاتیت به دلیل زیست سازگاری و زیست-فعالی بالا، ترکیبی مشابه با ترکیب استخوان و امکان رشد ابتدا هیدروکسی آپاتیت طبیعی( گرفته شده از استخوان گاو) توسط روش حالت جامد آسیا کاری پر انرژی HEBM و پودرزئولیت به نانو پودرکامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت- پودرزئولیتHZ ( با نسبت وزنی 80 به 20 ) تبدیل گردید. سپس نمونه های بالک آلیاژ منیزیم AZ31 محتوی 0%، 10 % ، 20% و 30% وزنی کامپوزیت سرامیکی HZ به روش متالورژی پودر متراکم سازی و زینترینگ حرارتی گردد. جهت بررسی رفتار مکانیکی، آزمون اندازه گیری استحکام فشاری سرد CCS، سختی و همچنین بررسی سطح مقطع شکست بر روی نمونه های متراکم شده انجام گرفت. از طرفی جهت بررسی ساختار فازی (XRD)، بررسی ریزساختار و سطح مقطع شکست از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام گرفت. بررسی نتایح نشان می دهد که بهترین خواص مکانیکی در نمونه کامپوزیتی منیزیمی محتوی20% وزنی کامپوزیت سرامیکی(AZ31/HZ20) مشاهده گردید. بنابراین این کامپوزیت منیزیمی می تواند به عنوان یک کاندیدای مناسب با خواص مکانیکی مطلوب در کاربرد های ارتوپدی معرفی می گردد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، زئولیت، هیدروکسی آپاتیت، AZ31، آلیاژ سازی مکانیکی
  • امیر قیصریان، محمود عباسی صفحات 553-568
    با توجه به ویژگی های مورد توجه آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت به خوردگی مناسب، این آلیاژ استفاده زیادی در صنایع نظامی و پزشکی دارد. در این تحقیق، به بررسی اثر عملیات پیرسازی بر ریزساختار و رفتار سایشی آلیاژ Ti-6Al-4V با استفاده از آزمون سایش پین بر دیسک پرداخته شد. نمونه هایی از آلیاژ مورد مطالعه در دو دمای مختلف، 950 و 1050 درجه سانتیگراد مورد عملیات انحلالی قرار گرفتند و سپس نمونه ها سرد و پیرسازی شدند. بعضی از نمونه ها پیش از پیرسازی، در دمای C 700 آنیل شدند. نتایج نشان داد که رفتار سایشی آلیاژ تیتانیوم مورد مطالعه از قانون آرچارد تبعیت نکرد و پیرسازی علیرغم افزایش سختی، سبب کاهش مقاومت به سایش شد. همچنین مشاهده شد که انجام آنیل میانی پیش از پیرسازی اگرچه سبب تسریع تجزیه فاز مارتنزیت تشکیل شده در مرحله کوئنچ و تشکیل ذرات فاز آلفا (α2) شد و در نتیجه سختی پس از پیرسازی را افزایش داد اما در نهایت کاهش مقاومت به سایش را سبب شد. بررسی میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) و پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که مهمترین دلیل کاهش مقاومت به سایش با انجام پیرسازی، حضور فاز سخت آلفا (α2) در کنار فاز نرم بتا در ریزساختار نمونه پیرسازی شده بود.
    کلیدواژگان: آلیاژ تیتانیوم Ti، 6Al، 4V، پیرسازی، سایش، آنیل میانی
  • محمد معین سیف، خداداد واحدی، عرفان قیاسی، روح الله حسینی صفحات 569-586
    «کاملد» یک روش نوین برای ایجاد اتصال موثر میان انواع کامپوزیت و فلزات با ایجاد آرایشی از پین ها یا برآمدگی ها بر روی قطعه فلزی و لایه چینی کامپوزیت بر روی این برآمدگی ها به منظور ایجاد یک اتصال چسبی و درعین حال درگیر است. هدف از این مقاله بررسی عددی و تجربی استحکام کششی اتصال ترکیبی فلز و کامپوزیت بانام کاملد و مقایسه استحکام آن بااتصال مرسوم چسبی و همچنین بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت بعد از فرآیند کاملد و مقایسه آن با سختی کامپوزیت در حالت عادی است. تست تجربی با ساخت 21 نمونه از اتصال کاملد و غیر کاملد با هندسه متفاوت پین که تحت بار کششی خالص قرار گرفتند، انجام گرفت. در بررسی عددی، شبیه سازی سه بعدی با مدل سازی رفتار چسب با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد. بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت نیز شامل کد نویسی روابط تعمیم داده شده برای دو هندسه استوانه ای و مخروطی پین در «متلب» و استخراج نتایج از آن بود.
    نتایج تست تجربی نشان دهنده استحکام کششی بالاتر اتصال کاملد نسبت به اتصال چسبی و همچنین تطابق مطلوب این نتایج با نتایج شبیه سازی عددی است. نتایج عددی حاصل شده از بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت در حالت کاملد نیز نمایانگر قابلیت بالای فرآیند کاملد در بهبود مشخصات الاستیک چندلایه کامپوزیتی درگیر در یک اتصال با فلز است. درنهایت این بررسی ها نشان از پتانسیل بالای اتصال کاملد در بهبود کیفیت و کارایی اتصال بین انواع فلز و کامپوزیت هاست
    کلیدواژگان: کامپوزیت، فلز، اتصال، کاملد، استحکام کششی
|
  • Davood Toghraee, Arash Karimipour, Omidali Akbari, Majid Zaringhalam, Habibolah Alipour Pages 391-408
    This paper numerically examines the laminar forced convection of a water–Al2O3 nanofluid flowing through a horizontal rib-microchannel. The middle section of the down wall microchannel is Affected by cold temperatures with a constant and uniform tempreture Tc. The middle section is also influenced by a transverse rib array. The effects of height rib in a two dimensional rib-microchannel on flow and heat transfer parameters of laminar water-Al2O3 nanofluid are investigated. The characteristics of this research are numerically investigated by the commercial software Fluent 6.3 in a Reynolds number as Re=10 and Re=100. Four different states of hight rib are analyzed. Higher conventional internal ribs or increasing the turbulators can significantly improve the performances of the convective heat transfer within a microchannel. It is seen that larger height rib and volume fraction of nanoparticles corresponds more heat transfer rate; however the added high ribs can cause a larger friction factor than that in the corresponding microchannel by constant height rib. At present article the effect of height rib on the fluid flow parameters are also studied for all different states of it. The results show that the microchannel performs better heat transfers at higher values of the Reynolds numbers. For all values of the Reynolds numbers and volume fraction of nanoparticles considered in this study, the average Nusselt number on the middle section surface of the microchannel increases as the solid volume fraction increases.
    Keywords: rib, microchannel, Nanofluid, Heat transfer, friction factor
  • Saeed Ehteramian Haghighi, Amin Kolahdooz, Majid Karimian Pages 409-418
    The use of aluminum alloys in various industries, especially the automotive industries, to have less structural weight, is on the rise. The use of semi-solid forming process in addition to changes in the microstructure which improves the mechanical properties can reduce the volume of production and ultimately lead to the improvement of the structural weight. In this paper, optimization of the governing parameters is investigated in one method of the semisolid forming named the mechanical vibration. A380 grade aluminum alloy is cast in our study. The initial parameters that investigated here are the pouring temperature, frequency and holding vibration time. The output result is investigated on the hardness. As the result showed the hardness value of 80 is the best result. Also results showed that the temperature of the melt is the important parameter in this method. Also the hardness will be increased when the frequency and holding vibration time increases.
    Keywords: Semi Solid Casting, Optimization, A380 Aluminum Alloy, Mechanical Vibrator, Hardness
  • Mousa Heydari, Davood Toghraie, Omid Ali Akbari Pages 419-430
    In this numerical study the the heat transfer and laminar nanofluid flow in the three-dimensional microchannels with triangular cross-section is simulated. For increase the heat transfer from the walls of the channel, semiattached & offset mid- truncated rib,s Placed in the canal, and the tooth geometry and the impact is studied. In this study, the water is base fluid, and the influence of the volume fraction of nanoparticles of titanium oxide on the the heat transfer and the fluid flow physics is studied. The presented results include the distribution of Nusselt number in the channel, The coefficient of friction and the thermal-fluid performance for each of the different states. The results show the existence of is the tooth on the effective flow physics. And their efficacy is highly dependent on Reynolds number. Use indentation in the microchannels, increase the heat transfer rate and the reduce the temperature gradient between the layers of the cooling fluid. Also, the presence of nanoparticles in the fluid cooling is effective and the pain increase the heat transfer by increasing the Reynolds number, the effect of nanoparticles also increase the heat transfer increases.
    Keywords: CFD, microchannels, Nusselt number, Nanoparticles, Semiattached Offset mid, truncated rib
  • Masoud Vafaie, Masoud Afrand Pages 431-440
    In recent decade, the new advanced nanofluids, composed from various particles, have attracted the attention of researchers. This class of nanofluids, which can be prepared by suspending several types (two or more than two) of nanoparticles in base fluid, is termed as hybrid nanofluids. In this work, an experimental investigation on the effects of temperature and concentration of nanoparticles on the thermal conductivity of MgO-MWCNT/EG hybrid nanofluid is presented. The experiments performed at temperatures ranging from 25oC to 50oC and solid volume fraction range of 0 to 0.6%. The measurements revealed that the thermal conductivity of nanofluids enhances up to 23.3% with increase in concentration of nanoparticles and temperature. Moreover, efforts were made to provide an accurate correlation for estimating the thermal conductivity at various temperatures and concentrations. Deviation analysis of the thermal conductivity ratio was performed. The comparison between experimental results and correlations outputs showed a maximum deviation margin of 0.95%, which is an acceptable accuracy for an empirical correlation.
    Keywords: Thermal Conductivity, Hybrid nanofluid, MgO, MWCNTs, Ethylene glycol, Empirical correlation
  • Mostafa Moattari, Farzan Barati Pages 441-454
    In the present study, vibration of cylindrical laminates with different layers and angles were studied. In order to actuate and polarize in radial direction, a piezoelectric layer was located at outer surface of composite shell. Laminates were assumed long enough so that plane strain state analysis in 2D can be used properly. In order to satisfy the boundary conditions, variables in terms of Fourier series were obtained. The governing equations reduced to ordinary differential equations at thickness direction and by power series method, the exact solution equations were obtained, unknown coefficient were calculated with rapid convergence. By using the matrix transfer method, vibration response of composite shell were obtained. Finally, results for the first seven modes of natural frequency of multi layer cylindrical shell were obtained. In addition, for both state of one single piezoelectric layer and five layer shell at the end, variable response such as displacement, principal stress and strain were achieved.
    Keywords: Free Vibration, Laminate, Piezoelectric, Plane strain, Fourier series
  • Gholamreza Mazruei, Ali Heidari Pages 455-466
    In this study, a new method for joining aluminum tubes in subsurface structures using steel converting and aluminum welding are presented and reviewed. But near the weld area is under high thermal cycle and will cause residual stresses in heat affected zone. Therefore for assessment of proposed connection from the perspective of residual stress by using the finite element method welding of tubes has been modeled in three dimensions. Thermal history is determined from thermal analysis and then the residual stresses due to welding are calculated. Because of the sensitivity of subject, the simulation process and properties are validated. The mechanical and thermal properties have been considered as a function of temperature. According to current, voltage and speed electrode, heat flux is applied by Goldak's heat source model. The modeling results were good agreement with experimental results and show that the initiative plan can be used to connect aluminum tubes of subsurface structures.
    Keywords: Welding, aluminum tubes, residual stress, Finite element method
  • Koorosh Rayzan, Ahmad Keshavarzi Pages 467-478
    After the invention of the automobile, people soon realized the relationship between air resistance and the movement of cars. Over time, the improved performance of the car from different directions and increase fuel price, improved aerodynamics also became the fundamental question. The researchers found that attention to aerodynamics not only to achieve higher speeds, but also appropriate to reduce fuel consumption and vehicle stability. That's why a lot of research has been done on the car's aerodynamics followed on.This article will examine the effect of surface roughness underside of the vehicle at some point. In this method procedure we study on two zones which have maximum probability of separation flow. These zones find on rear of wheels on floor of vehicle. Results compare with case which is smooth . We achieve to a unique conclusions. And also experimentally in wind tunnel tests, the optimum dimensions for rough surfaces are derived.
    Keywords: Experimental Studies, Additional Elements, Optimum Dimension, Rough Surfaces
  • Mohammad Ali Motallebi, Ebrahim Karamian, Magid Karimian Pages 479-490
    Nowadays, titanium-based alloys are among the most attractive metallic materials for biomedical applications (as implants) due to their non-biodegradability, low density, good mechanical properties as well as their good biocompatibility. Hydroxyapatite (Ca10 (PO4)6(OH)2, HA) has been widely used for biomedical applications due to its bioactive, biocompatible and osteoconductive properties. Firstly, Ti-6Al-4V alloy was synthesized by mechanical alloy method with high energy ball milling plantery, HEBM. And then in this work began with preparing hydroxyapatite, HA, from bovine bones and continued with composite in nano clay powder .At the end a hydroxyapatite–clay (HA/Clay) nanocomposite ceramic, 80 wt.% of HA and 20 wt.% nano clay powder, was synthesized through a mechanical method , HEBM. The ability of apatite formation on the produced nanocomposite samples, as a yardstick for evaluation of the bioactivity, was estimated by using simulated body fluid. According to the results obtained mechanical and density values and bioactivity behavior, the sample containing 20 wt. % HA/Clay indicated the optimal properties in mechanical and bioactivity behavior. In fact, this nano composite sample, Ti-6Al-4V/20 HA-clay, is good candidate for medical purposes, bone tissue applications.
    Keywords: Hydroxyapatite, Mechanical Alloying, Nano powder, Clay, Ti alloy
  • Jafar Eskandari Jam, Fatameh Khani, Mahmood Farhadinia Pages 491-508
    Since the polymer matrix composite structures of composite materials especially vulnerable to injuries in the form of cracks and fractures. In recent years, new scientific efforts have been made to create an internal control unit, to be able to act autonomously in composite restorations. The theory is resilient Biologically matched resilient theory of shows, just as the deepest wounds cuts to heal itself, can claim to be all natural substances have the ability to repair its structure. In this paper, the study on the healing properties of the microcapsules contained in the composite capsular base is examined and to investigate the interaction between carbon nanotubes and energy from urea formaldehyde polymer as the base matrix resilient material base in the microcapsules contained in the capsule, the method theory density function. At first the effect of chirality and diameter of the nanotubes was investigated. Then different functional groups on the nanotubes. Finally, the Young's modulus that is based on the strain energy in the elastic deformation range, was calculated.
    Keywords: Self-healing, Density functional theory, Microcapsules, Carbon nanotube, ureaformaldehyd
  • Ali Talebi Anaraki, Mohssen Loh, Mousavi Pages 509-516
    Nowadays, light weight and high strength metals are being used in various industries such as automotive and aerospace. Using aluminum-magnesium alloys is an efficient way to reduce the weight of a specific part. These alloys have poor formability in room temperature thus they should be formed at elevated temperature. Warm hydroforming and hot metal gas forming are conventional methods to form aforementioned alloys. It is proven that using hammering pressure is an efficient way in order to optimize hydroforming process that it improves formability and thickness distribution. In this paper, the effect of hammering pressure on hot free bulging of an Al6063 tube is investigated numerically and the results are compared with the results of constant pressure path. Results show that reduction of thickness is greater for peak constant pressure while using hammering pressure, due to gradual thickness reduction, could improve formability and thickness distribution. Results also show that axial feeding, increase the effect of formability caused by hammering pressure.
    Keywords: Finite element method, Hammering pressure, Hot metal gas forming, Thickness
  • Mohammad Azadi, G.H. Farrahi Pages 517-530
    In this article, failure and fracture mechanisms in an aluminum alloy (which has been used in diesel internal combustion engines), with and without ceramic thermal barrier coatings, have been investigated under isothermal and non-isothermal fatigue loadings. In this research, the base material is an aluminum-silicon-magnesium alloy and the thermal barrier coating includes a metallic bond coat layer with 150 µm thickness and a top coat layer, made of zirconia stabilized 8%wt. yttria with 350 µm thickness, which is applied on the substrate by the plasma thermal spray method. In order to study the failure and the sensitivity analysis, isothermal fatigue tests (or low-cycle fatigue tests at constant temperatures) and non-isothermal fatigue tests (or out-of-phase thermo-mechanical fatigue tests) were performed on test specimens. Then, fracture mechanisms in the aluminum alloy, were investigated by the scanning electron microscopy. After checking the fatigue damage and the failure analysis, the sensitivity of the material lifetime was studied based on different parameters (the temperature and the strain). Based on obtained results, the fracture surface of the aluminum alloy had dimples and therefore, its fracture was ductile. In thermal barrier coating, the damage mechanism was the separation between the substrate and the bond coat layer. The highest sensitivity was related to the strain parameter in fatigue tests of the aluminum alloy (with and without coating).
    Keywords: Aluminum alloy, Thermal barrier coating, Failure mechanisms, Sensitivity analysis, Fatigue loading
  • Ahmad Haghani, Reza Qaderi Pages 531-542
    Nowadays, atomic force microscope is considered as a useful tool in the determination of intermolecular forces and surface topography with the resolution of nanometers. In this kind of microscope, micro cantilever is considered as the heart of the microscope and is used as a measuring tool. This paper is aimed towards investigating the behavior of a piezoelectric micro cantilever with a triangular head, in self-measure mode and close proximity to the surface of a sample. Output charge from the piezoelectric layer and also the output current, in this mode, is considered as an effective factor in the measurement of the bending. The micro cantilever’s vibration behavior becomes nonlinear, as it approaches the surface of the sample. Surely the piezoelectric layer in the self-measure mode can be considered as a good measuring tool, only when it reflects the effects of the nonlinear interaction between the tip of the probe and the surface of the sample in its measurements. In order to investigate this matter, first the differential equations that are ruling over the vibrating movements of the piezoelectric micro cantilever with a triangular head, are transformed into normal nonlinear differential equations using the Galerkin method. Then the resulting nonlinear differential equation is solved using the multi-scale method. After solving the differential equation ruling over the problem, the micro cantilevers behavior in the proximity of the surface of the sample is simulated and the effect of factors such as balancing distance, oscillation modes and the substance of piezoelectric layer are investigated.
    Keywords: Nonlinear vibrations, piezoelectric micro, cantilever, self sensing, charge
  • Hassan Gheisari, Ebrahim Karamian, Mohammad Barati Sede Pages 543-552
    Magnesium and its alloys are light, biodegradable, biocompatible metals that have promising applications as biomaterials. Magnesium is potentially useful for orthopedic and cardiovascular applications. However, the corrosion rate of this metal is so high that its degradation occurs before the end of the healing process. One of the ways to improve the corrosion rate is to compose it’s with ceramic materials such as HA. In this study, at first the alloy with a nominal composition of Mg-3%Al-1%Zn (AZ31 alloy) was produced by high energy ball milling (HEBM) of Mg powder, Zn powder and Al powder under high purity argon. The ball milling parameters were chosen following: shaft rotation was 600 rpm, ratio of balls to powder was 20:1 and milling time was 2, 4 and 6 h under argon atmosphere. The Mg alloy powders obtained were pressed with different amounts of HA-Zeolite nano composite powder, weight ratio HA (Hydroxyapatite) to Zeolite 4:1 ,HZ, under 1000 MPa in steel die with 10 mm in diameter and 20 mm in height. The samples pressed were sintered for 1 h at 630 K in an inert atmosphere furnace. Microstructure characterization of as-milled powders and as-sintered alloys were carried out by SEM. An X-ray diffraction (XRD) was used for phase analysis. It means that powder obtained is nano structure. Mechanical strength and El. % improved up to approximately 50% and 40% by in AZ31/HZ bio- composite samples containing 20 wt. % HZ. So, this nano biocomposite is good candidate for orthopedic medical applications.
    Keywords: Nano bio composite, AZ31, HA, Zeolite, Mechanical Alloying
  • Amir Qysryan, Mahmood Abasi Pages 553-568
    Ti-6Al-4V titanium alloy has great application in medicine and military industries due to its capabilities, namely high strength to weight ratio and corrosion resistance. In the current research, the effect of aging treatment on microstructure and wear behavior of Ti-6Al-4V titanium alloy was investigated. Pin on disk wear test was applied to assess the wear behavior. Specimens were first solution treated at 950C and 1050C and then were quenched and aged. Some specimens were annealed before aging at 700C. The results showed that aging treatment resulted in the hardness increase and the wear resistance decrease. It was also observed that annealing treatment before aging, enhanced the martensite decomposition and the formation of α2 particles, and correspondingly resulted in more hardness and lower wear resistance. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses confirmed that presence of hard phase α2 particles within soft beta phase was the main reason for wear resistance decrease.
    Keywords: Ti, 6Al, 4V, Aging, Wear resistance, Annealing
  • Mohammad Moein Seif, Khodadad Vahedi, Erfan Ghiasi, Rouhollah Hosseini Pages 569-586
    Comeld” is a novel technology which can be applied in connecting composites and metals by manufacture of an array of metal pins on the metal part and layup the composite layers on the pins to make an adhesive and mechanical Joint at the same time. The aim of this paper is an experimental, numerical and analytical investigation on strength of comeld joint system and also to calculate the stiffness properties of composite after comeld process. Experimental test were carried out with fabrication of 21 specimens of comeld and uncomeld joints with different geometry and arrays of pins. Samples were tested under pure tensile loading. For the numerical simulation and investigation, the commerical software ABAQUS has been used and the tensile test were carried out to model a 3D Simulation of the joints considering adhesive behaviour. The analytical investigation were focused on the calculation of laminate stiffness properties after comeld process and the results were calculated using MATLAB capabilities. The results of experimental tests showed a good agreement with those of numerical results. The results show that the comeld joint system has a high potential for effective joining of metal and composite.
    Keywords: Composite, Metal, Joint, Comeld, tensile strength