فهرست مطالب

مدل سازی در مهندسی - پیاپی 65 (تابستان 1400)

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 65 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/19
  • تعداد عناوین: 14
|
  • سید علیرضا اصنافی* صفحات 1-14

    پایداری حرکت رول شناورها به دلیل تاثیرهای بزرگی که بر روی ایمنی، راحتی سفر، عملکرد کلی و واژگونی احتمالی سیستم دارد از اهمیت خاصی برخوردار است. مطالعه این حرکت و بررسی پایداری دینامیکی آن که دارای معادلات غیرخطی و بسیار حساس به شرایط جوی، بارهای نامتقارن و وجود آب بر روی عرشه شناور است از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق تلاش شده است تا پایداری این حرکت در شرایط ذکر شده و تحت موجهای تصادفی نویز سفید بصورت کاملا تحلیلی مطالعه شود. به این منظور تابع چگالی احتمال پاسخ با بکارگیری روش فوکر پلانک کولموگروف و حل ایستای معادله دیفرانسیل پاره ای متناظر بصورت تحلیلی بدست آمد و سپس تاثیر وجود آب بر روی شناور، ممان انحراف ناشی از بار نامتقارن یا باد عرضی، مقدار میرایی و شدت ممان تصادفی بر پایداری بررسی شد. روابط بصورت بدون بعد استخراج شد تا امکان اعمال آن بر طیف وسیعی از شناورها وجود داشته باشد. نتایج بدست آمده، همانطور که انتظار میرفت، از تغییر ماهوی و دوشاخگی رفتار در حالت وجود آب بر روی عرشه حکایت دارد. وضعیت پایداری 3 گونه از شناورها بررسی و مشخص شد که در حالت وجود آب بر روی عرشه، ناپایداری کاملا متاثر از گونه شناور است.

    کلیدواژگان: پایداری دینامیکی شناورها، پایداری رول، معادله FPK، دوشاخگی رفتار، آنالیز تصادفی
  • محمدمهدی قدیری، سید علی حسینی، سید عباس سادات سکاک*، علی رجب پور صفحات 15-27

    در سالیان اخیر، میکروفلوییدیک اینرسیایی (استفاده از نیروهای اینرسی در میکروکانال ها) توجهات بسیاری را در حوزه ی جداسازی ذرات به خود جلب کرده است. مزیت این روش نسبت به سایر شیوه های جداسازی و غنی سازی، قابلیت استفاده در دبی های بالا و ارزان بودن آن می باشد. در پژوهش حاضر با هدف غنی سازی سیال از ذرات با قطر بیش از 15 میکرون، میکروکانال مستطیلی با مقاطع عریض و باریک در نظر گرفته شد که در آن، بخش های عریض (مخزن ها) وظیفه ی به دام اندازی ذرات با قطر بزرگ را بر عهده دارند. به کمک روش المان محدود و با حل معادلات ناویر-استوکس، خطوط جریان و شکل گردابه ها محاسبه گردید. مشاهده شد که به ازای دبی های ورودی در محدوده ی 25/0 تا 5/0 میلی لیتر بر دقیقه (مطابق با محدوده دبی های به کار گرفته شده در پژوهش های تجربی)، بیشترین درصد به دام اندازی ذرات با قطرهای بیش از 10 میکرون در نزدیکی دبی 35/0 میلی لیتر بر دقیقه رخ می دهد. همچنین اثر پارامترهایی همچون ارتفاع کانال، تعداد مخازن و طول اولیه ی مقطع باریک نیز بر درصد به دام اندازی سنجیده شد. در نهایت، در راستای نزدیک شدن به کاربردهای عملی، اثر تغییر لزجت ناشی از جایگزینی سیال خون به جای آب نیز مورد بررسی قرار گرفت که منجر به شکل گیری گردابه ها در دبی های بالاتر شد. به طور کلی، گردابه های ایجاد شده در بخش عریض که شدت و ضعف آن ها وابسته به پارامترهای ذکر شده می باشد، نقش غالب را در جداسازی ذرات ایفا نموده، در حالی که نیروهای لیفت اینرسیایی بیشتر در نقش هدایت کننده ی ابتدایی برای جداسازی به شمار می روند.

    کلیدواژگان: میکروفلوییدیک، متمرکزسازی اینرسیایی، میکروکانال، جریان ثانویه، سرطان، آزمایشگاه روی تراشه
  • یوسف ملاپور*، امید پدرام، اسماعیل پورسعیدی، حسن شایانی جم صفحات 29-39

    پره های کمپرسور توربین گازی از جنس CUSTOM 450 در محیط های کلریدی دچار خوردگی حفره دار شدن می شوند. ایجاد حفره و ترک در پره و رشد آن ها منجر به واماندگی و شکست می گردد. در این مقاله به پیش بینی رفتار خوردگی حفره دار شدن در آلیاژ مورد استفاده در پره های ردیف اول کمپرسور توربین گازی 6-GEF پرداخته می شود. در این راستا، در بخش آزمایشگاهی ابتدا نمونه ی خمش دو نقطه ای تحت پتانسیل های مختلف در محلول 3/5 درصد وزنی سدیم کلرید قرار می گیرد تا در محل خمش بیشینه دچار خوردگی حفره دار شدن و در نهایت واماندگی شود. با توجه به آزمون های مختلف پتانسیو استاتیک رابطه ای برای پیش بینی زمان حفره دار شدن و تخمین عمر نمونه ی تحت تنش در پتانسیل های مختلف ارایه می شود. در نهایت با بهره گیری از روش همبستگی تصاویر دیجیتال، کرنش در حفره های رشد یافته، محاسبه شده است. در بخش عددی، با شبیه سازی حفره های رشد یافته در بخش آزمایشگاهی در نرم افزار کامسول، توزیع کرنش اطراف حفره ها به دست می آید. محل کرنش بیشینه ی موضعی حاصل از شبیه سازی در کامسول و روش همبستگی تصاویر دیجیتال مطابقت خوبی با جهت رشد حفره ی خوردگی در آزمایش های الکتروشیمیایی دارد. بدین ترتیب بدون نیاز به آزمایش های تجربی، می توان جهت رشد حفره را شبیه سازی کرد.

    کلیدواژگان: آلیاژ CUSTOM 450، خوردگی حفره دار شدن، کرنش موضعی، تخمین عمر
  • سید وحید ضیا*، جواد بابایی، غلام رضا نادعلی نیاچاری، میثم علیزاده صفحات 41-52

    توانایی های بالقوه رونده های زیرآبی خودگردان در مقایسه با ابزارهای سنتی، منجر به افزایش توجه به آنها در حوزه های گوناگون تجاری، نظامی و تحقیقاتی شده است. ساخت و توسعه یک نمونه عملیاتی قابل اطمینان در حوزه دریایی نیاز به طراحی یک سامانه کامل و گران قیمت آزمایشگاه دریایی دارد، تا با استفاده از آن بتوان عملکرد سامانه یکپارچه و زیرسامانه های آن را مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار داد. مدل-سازی می تواند یک ابزار مقرون به صرفه برای انجام آزمایشات به منظور تایید و تصدیق عملکرد سخت افزار و نرم افزار، اجرای ماموریت و در نتیجه کاهش خطاهای بالقوه در ماموریت های دریایی باشد. این اهداف از طریق یک شبیه سازی نسبتا دقیق دینامیکی و مدل سازی تجهیزات و شرایط محیطی در قالب آزمایشگاه سخت افزار در حلقه قابل دستیابی است. هدف این مقاله مدل سازی زمان حقیقی و ساخت شبیه ساز محیطی عمق مبتنی بر فیزیک یک رونده زیرآبی خودگردان برای تجهیز آزمایشگاه سخت افزار در حلقه است. صحت سنجی عملکرد مکانیزم شبیه ساز محیطی عمق در بستر دینامیک شش درجه آزادی یک رونده زیرآبی خودگردان بصورت بلادرنگ انجام پذیرفته است. نتایج بیانگر تطبیق خروجی مکانیزم شبیه ساز محیطی عمق با عمق اندازه گیری شده از آزمایش میدانی در دریا و عدم وجود تاخیر و بایاس بین سیگنال واقعی و شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: آزمایشگاه سخت افزار درحلقه، رونده زیرآبی خودگردان، شبیه ساز محیطی عمق، شبیه سازی بلادرنگ، کنترل کننده دو وضعیتی
  • فرشاد نژادشاه محمد*، سجاد چهره قانی، محمدباقر فتحی صفحات 53-62

    با کاهش عیار مواد معدنی در اثر توسعه محدوده معدن به سمت اعماق و برای تامین بهره وری اقتصادی عملیات معدنکاری بایستی ظرفیت تولید معادن افزایش یابد. بهینه سازی مسایل زمان بندی تولید در معادن، به دلیل افزایش مقیاس تولید نیازمند به محاسبات و طراحی های دقیق تر است. از میان روش های استخراج زیرزمینی روش تخریب بلوکی جز روش های بزرگ مقیاس و پرکاربرد در جهان است. در فرایند تولید این گونه معادن کنترل تخلیه بحرانی ترین عنصر طراحی است. اگر نرخ تخلیه و کنترل مهاجرت مواد خردشده در بین دهانه های تخلیه به درستی انجام نگیرد خسارات جبران ناپذیری را به مجموعه معدن وارد می کند. در این تحقیق مدل ریاضی بر مبنای برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط جهت اعمال محدودیت کنترل ترقیق شدگی در مسایل زمان بندی تولید معادن تخریب بلوکی ارایه و موردربررسی قرار گرفت تا با کنترل مناسب از عیار و تناژ مواد تخلیه شده، از اختلاط باطله با مواد معدنی در مناطق تخریب شده جلوگیری کرده و بهینه سازی واقعی تر از طراحی این معادن در اختیار گروه عملیات استخراج قرار دهد. نتایج اجرای مدل پیشنهادی با استفاده از نرم افزار CPLEX نشان داد برای یک محدوده معدنی با 199 دهانه تخلیه که در طی 15 سال از عمر معدن برنامه ریزی شده است در اثر استفاده از محدودیت کنترل ترقیق شدگی مقدار NPV 47/7 % معادل M$2/12 افزایش داشته و از استخراج -Mt5/3 باطله جلوگیری شده است. محدودیت کنترل ترقیق شدگی ضمن افزایش متوسط عیار تولیدی سالیانه و همین طور کاهش هزینه های باطله برداری موجب افزایش طول عمر ماشین آلات و تجهیزات درگیر در عملیات استخراج می شود.

    کلیدواژگان: محدودیت ترقیق شدگی، زمان بندی تولید، تخریب بلوکی، برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط
  • میلاد مهدیان، علیرضا سیف زاده*، علی مختاریان، فریده درودگر صفحات 63-80

    هدف از این مطالعه، پیش بینی پاسخ گذار بافت قرنیه انسانی با استفاده از مدل ساختاری متناسب با رفتار بیومکانیکی آن می باشد. برای این منظور تغییرشکل بافت قرنیه انسان توسط آزمون کشش تک محوره، به ازای سه نرخ کرنش متفاوت (سرعت های بارگذاری 1، 5 و 10 میلی متر بر دقیقه)، بررسی شد. در این مطالعه تعداد 8 پارامتر مواد مدل ساختاری ناهمسانگرد تقویت شده با فیبر هایپرویسکوالاستیک، با زوایای مختلف فیبرها با استفاده از کوپل اجزاء محدود-بهینه سازی و داده های آزمایشگاهی بدست آمد. این مدل پراکندگی فیبرها را به همراه تغییر جهت آنها در طول مدت بارگذاری و همچنین رفتار غیر خطی تغییر شکل محدود بافت را به همراه خاصیت ویسکوالاستیک ذاتی ماتریس زمینه در نظر می گیرد. با افزایش و کاهش پارامترهای مواد بهینه شده، تاثیر هر پارامتر بر روی پاسخ نمونه ها در شبیه سازی تست کشش بررسی شد. افزایش نرخ کرنش باعث افزایش سفتی نمونه های تحت آزمایش شده که این سفت شدن در قسمت انتهایی پاسخ بافت در نرخ کشش آهسته تر (1 میلی متر بر دقیقه)، قابل توجه بوده و با افزایش نرخ کرنش (5 و 10 میلی متر بر دقیقه)، این افزایش سفتی به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. در پایان رفتار مدل و ارتباط آن با ریز ساختارشان، از قبیل فیبر های کلاژنی، مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج نشان می دهد که شبیه سازی عددی انجام شده برای پیش بینی رفتار بافت قرنیه در مقایسه با نتایج تجربی تقریبا بر هم منطبق و از دقت خوبی برخوردار بوده و مدل دارای پایداری قابل قبولی هست.

    کلیدواژگان: قرنیه، تست کشش، بهینه سازی، تقویت شده با فیبر، هایپرویسکوالاستیک، سفت شدن
  • حمیدرضا خضری، حمیدرضا اکبری*، سید امین سعید صفحات 81-101

    این مقاله آشکارسازی و مکانیابی تخلیه جزیی (PD) در عایق سیم پیچ ماشین های ولتاژ بالا را توسط مدل مداری و میدانی در آنالیز المان محدود مورد بررسی قرار می دهد. استفاده از مدل های گذاری سریع ماشین های الکتریکی، این مهم را برای مکا نیابی تخلیه های جزیی با مولفه های فرکانسی کیلوهرتز تا مگاهرتز فراهم می سازد. به این منظور، به هر دور از سیم پیچ مدل گذرای بسیار سریع ماشین القایی قفس سنجابیKW250/KV6 پالس جریانی PD با مولفه فرکانسی MHz ترزیق می شود. با هدف آشکارسازی پالس PD، تمامی معادلات مداری و میدانی برای به دست آوردن ماتریس نهایی سیستم ارایه شده است. جهت اعتبار بخشیدن به صحت و دقت مکانیابی ها، سیم پیچ های ماشین القایی به کمک مدل مداری خط انتقال چند سیمه در نرم افزار متلب نیز شبیه سازی گردید و پس از تزریق پالس PD، مکان های تخلیه به کمک آنالیز جریانی تخمین و این مکانیابی ها با مدل پیشنهادی به مقایسه گذاشته شد. بررسی و مقایسه نتایج شبیه سازی ماشین های الکتریکی نشان می دهد که مدل پیشنهادی می تواند مکان تخلیه جزیی با مولفه های فرکانسی بالا را با دقت خوبی تخمین بزند.

    کلیدواژگان: مدل خط انتقال چند سیمه، معادلات گذرای مداری و میدانی، روش المان محدود، مکانیابی تخلیه جزئی، عایق ماشین فشار قوی، آنالیز جریانی
  • علی اخوین* صفحات 103-114

    به دلیل پیچیدگی و ابعاد بزرگ سیستم های قدرت از یکسو و اضافه شدن تجهیزات و فن آوریهای نوین از سوی دیگر، فرآیند توسعه این سیستم ها در معرض ناهماهنگی قرار دارد. یک نمونه از ناهماهنگی این است که کارهای توسعه و اضافه شدن فن آوری های جدید بصورت محلی انجام شوند و در آینده معلوم شود که این کارها یا فن آوری ها چه اثراتی در کل سیستم دارند. چنین رویکردی، یکپارچکی و امنیت سیستم قدرت را در درازمدت با چالش روبرو می کند. ضمن اینکه، ازنظر اقتصادی می تواند به اتلاف سرمایه و ضعف در مدیریت دارایی منجر شود. بحث معماری شبکه برای برطرف کردن این مشکلات در سالهای اخیر مطرح شده است. خروجی معماری شبکه، معمولا الگوها، مدل ها یا نقشه هایی است که از دید کلان و با توجه به اهداف و نیازهای کیفی سیستم قدرت، فعالیت های پایین دست را با فعالیت های بالادست این سیستم هماهنگ کند. این مقاله به ارایه مفاهیم، مراحل، نکات و چالش های معماری شبکه می پردازد. نگرشی کلی دراینخصوص ارایه می گردد که برای محققین و دست اندرکارن صنعت برق مفید واقع شود.

    کلیدواژگان: سیستم قدرت، معماری شبکه، هماهنگی اجزاء، مدیریت دارایی
  • احسان برنجکار* صفحات 115-135

    تخمین نرخ نفوذ (ROP) در یک فرایند حفاری از آن جهت که سبب انتخاب بهینه پارامترهای حفاری و کاهش هزینه های مصرفی عملیات میشود بسیار حایز اهمیت است. هدف اصلی از این مقاله، مدلسازی و تخمین ROP با استفاده از شبکه های عصبی پرسپترون چند لایه بهینه شده با الگوریتم وال (WOA-MLPNN)، شبکه های عصبی بهینه شده با الگوریتم مورچگان (ACO-MLPNN)، شبکه های عصبی پس انتشار خطا (BP-MLPNN) و دو مدل ریاضی شامل مدل بورگوان و یانگ (BYM) و مدل بینگهام میباشد. داده های مورد نیاز برای توسعه مدلها، از واحد نمودار گیری گل و گزارشات پایانی سه چاه حفاری شده در یک میدان نفتی واقع در جنوب غربی ایران جمع اوری شده است، که نخست به منظور حذف نقاط خارج از محدوده و کاهش نویز پیش پردازش شدند. در ادامه، از اطلاعات مقطع 12.25 اینچ دو حلقه چاه که شامل یک توالی مشابه از سازند های حفاری شده میباشند به منظور آموزش و آزمایش مدلها استفاده گردید و سپس مدلهای تولید شده، توسط اطلاعات چاه سوم مورد اعتبار سنجی قرار گرفتند. در پایان، عملکرد مدلها بوسیله شاخص های اماری و ابزار های گرافیکی مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که روش های آموزش ماشین نسبت به مدلهای ریاضی مرسوم بسیار دقیقتر میباشند. همچنین، بررسی های بیشتر ثابت کرد که مدل WOA-MLPNN با مقادیر AAPRE برابر 3.19، 5.48 و 9.31 به ترتیب برای سه بخش آموزش، آزمایش و اعتبار سنجی بالاترین عملکرد را نسبت به سایر مدله ها دارا میباشد.

    کلیدواژگان: نرخ نفوذ حفاری، مدل بورگوان و یانگ، مدل بینگهام، الگوریتم وال، الگوریتم کلونی مورچگان، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه
  • آژین حسینی، احمد صادقی یزدانخواه، محمد همتی، مهدی عباپور، بهنام محمدی ایواتلو* صفحات 137-148

    افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر به ویژه منابع بادی با ماهیت احتمالاتی، شبکه های قدرت را با چالش های متعددی از نظر برنامه ریزی و بهره برداری مواجه نموده است. از سوی دیگر، گاز طبیعی به عنوان یک حامل انرژی ارزان و پاک، نقشی موثر در چشم اندازهای بلند مدت انرژی دارد. منابع انعطاف پذیرنوظهور و تکنولوژی-های نوین هماهنگ شده، می توانند با شرکت در بازار برق وگاز روی قیمت برق تاثیرگذار باشند. بر این اساس، در این مقاله استراتژی پیشنهاددهی بهینه قیمت دهی برای یک سیستم ترکیبی متشکل از مزرعه بادی، ذخیره ساز هوای فشرده و تکنولوژی برق به گاز مورد بررسی قرار می گیرد. وجود عدم قطعیت های ناشی از توان بادی و قیمت بازار روز بعد موجب می شود که برنامه ریزی پیشنهادی تحت یک رویکرد احتمالاتی- مقاوم بهینه گردد. توان تولیدی مزرعه بادی با استفاده از رویکرد احتمالاتی مبتنی بر تولید سناریو مدل شد، حال آنکه جهت مدل سازی قیمت بازار روز بعد، یک چارچوب مقاوم ارایه گردید. مدل پیشنهادی جهت حداکثر سازی سود بر روی یک سیستم نمونه پیاده شده است که نتایج حاصل از شبیه سازی نشان دهنده افزایش سود مالک سیستم و استفاده حداکثر از ظرفیت نیروگاه بادی در حضور تکنولوژی برق به گاز و ذخیره ساز هوای فشرده است.

    کلیدواژگان: استراتژی قیمت دهی، بازار برق، هماهنگی شبکه برق و گاز، نیروگاه بادی، عدم قطعیت، بهینه سازی مقاوم
  • فاضل فصیحی، محمودرضا کی منش*، سید علی صحاف، سهیل قره صفحات 149-160

    یکی از مشکلات اصلی در زمینه روسازی راه ها، عدم شناخت دقیق رفتار روسازی تحت بارهای عبوری و در نتیجه عدم امکان تعیین ضریب بار هم ارز در تبدیل بارها به بار معادل است. تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام شده که کامل ترین آن ها، روش مبتنی بر آزمایشات جامع اشتو است. ضعف اصلی ضرایب بار هم ارز در این روش، محدودیت نتایج به محورهای بررسی شده بوده که باعث عدم امکان تعیین دقیق ضرایب بار هم ارز برای تمامی محورهای موجود است. این علت را می توان یکی از دلایل بروز خرابی های زودرس و صرف هزینه های بالای تعمیر و نگهداری راه ها دانست. امروزه، با پیشرفت علم نرم افزارهای بسیاری در زمینه تحلیل روسازی ها ایجاد شد که می توان از آن ها در تعیین این ضریب استفاده کرد. مشکل اصلی موجود در تمامی آنان، نیاز به داده های ورودی متعدد، زمان بر بودن فرایند شبیه سازی و امکان بررسی تنها یک مقطع در هر زمان می باشد. از طرف دیگر شبکه های عصبی مصنوعی، به عنوان یکی از شاخه های علم هوش مصنوعی دارای مزایای زیادی است که از آن جمله می توان محدود کردن تعداد داده های ورودی، سرعت بالای فرایند مدل سازی، توانایی مدل سازی هم زمان چندین روسازی با شرایط مختلف را نام برد. لذا در این پژوهش پس از اطمینان از صحت نحوه مدل سازی روسازی های انعطاف پذیر با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس، به طرح شبکه عصبی مصنوعی جهت تعیین ضریب بار هم ارز پرداخته شده است. در نهایت شبکه بهینه از نوع انتشار برگشتی پیش خور با آرایش 1-13-7 و تابع انتقال سیگموید بعنوان شبکه بهینه انتخاب گردیده است.

    کلیدواژگان: ضریب بار هم ارز، شبکه عصبی مصنوعی، اجزای محدود، آباکوس، روسازی های انعطاف پذیر
  • الهام شادکام*، مهرناز غیور مداح صفحات 161-180

    تنظیم پارامترهای الگوریتم های فراابتکاری در عملکرد آنها بسیار موثر می باشد و معمولا به صورت تجربی انجام می شود که بسیار زمان بر است. در این پژوهش یک روش ترکیبی جهت انتخاب پارامترهای بهینه الگوریتم های فراابتکاری ارایه شده است. روش پیشنهادی ترکیبی از روش های تحلیل پوششی داده ها و سطح پاسخ می باشد و DSM نامیده می شود. در واقع این روش قابل استفاده برای بهینه سازی مسایل چند هدفه می باشد و مزیت اصلی آن ایجاد و بهینه سازی یک رویه ی پاسخ کارایی به جای بهینه سازی چندین رویه پاسخ خروجی ها می باشد، همچنین علاوه بر بهینه سازی پارامترها به صورت هم زمان به بیشینه سازی کارایی نیز می پردازد. در این پژوهش از روش پیشنهادی DSM جهت تنظیم پارامترهای الگوریتم بهینه سازی فاخته برای بهینه سازی توابع استاندارد و آزمایشی آکلی و راستریگین استفاده شده است. در روش ترکیبی DSM، ابتدا مقدار کارایی با استفاده از تحلیل پوششی داده ها برای هر مجموعه از پارامترهای الگوریتم فراابتکاری محاسبه می گردد، سپس رویه پاسخ برای کارایی بر حسب پارامترهای الگوریتم فراابتکاری با استفاده از روش سطح پاسخ تعیین می گردد. در نهایت با بهینه سازی رویه کارایی مقادیر بهینه پارامترهای الگوریتم فاخته بدست می آید. به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصله از روش پیشنهادی با روش مشابه مقایسه گردیده است. نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر الگوریتم فرابتکاری با توجه به زمان حل، تعداد تکرارها و دقت تابع بهینه سازی نسبت به سایر روش های مشابه است.

    کلیدواژگان: الگوریتم های فراابتکاری، تنظیم پارامتر، الگوریتم فاخته، روش سطح پاسخ، تحلیل پوششی داده ها
  • شمسا بصیرت*، قاسم مختارزاده، احسان دلاوری صفحات 181-191

    در این تحقیق، تاثیر پارامترهای مختلف درسقوط آزاد جعبه داخل آب مطالعه شده است؛ مسئله کلاسیک اسکات راسل در سال 1844 با استفاده از سقوط آزاد جسم سنگین داخل آب، تشکیل و انتشار تک موج در راستای طول محفظه شرح داده شده است. برای حل مسیله، از روش حجم محدود استفاده شد. جهت بررسی پروفیل سطح آب از روش حجم سیال (VOF) و جهت حرکت جسم صلب داخل سیال از شبکه روی هم رونده برای بررسی تشکیل موج و گردابه استفاده شده است. با سقوط آزاد جسم داخل آب، موج و گردابه ای در زیر آن تشکیل می گردد. گردابه ی به وجود آمده به همراه موج، در راستای طول کانال منتشر می شود وبا مرور زمان از بین می رود. تاثیر پارامترهایی مانند چگالی، ارتفاع سقوط جعبه و عمق آب بر ارتفاع موج موثر هستند، پروفیل موج به دست آمده در زمان 7/0 ثانیه مطابقت بسیار خوبی با نتایج تجربی مطالعات پیشین نشان داد و بیشترین درصد خطای به دست آمده 4 درصد گزارش گردید. طبق نتایج به دست آمده، با افزایش چگالی از 1800 تا 3300 کیلوگرم بر متر مکعب و ارتفاع سقوط جعبه از 4/0 الی 55/0 متر، ارتفاع موج به ترتیب 3/5 و 2/10 درصد افزایش یافت. همچنین با افزایش عمق آب از 18/0 الی 36/0 متر، ارتفاع موج 2 درصد و قطر گردابه در نیز 4/3 درصد کاهش یافت. لذا اهمیت موج های ضربه ای در مخازن سد، با عمق پایین و تپه-های مشرف با ارتفاع نسبتا بالا، دو چندان می باشد و می بایست این نکات توسط طراحان مد نظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: موج اسکات راسل، Overset Mesh، اندرکنش سازه و سیال، زمین لغزش
  • امید رضایی فر *، عادل یونسی صفحات 193-202

    جهت تامین صلبیت اتصال در سیستم قاب خمشی از ورق های پیوستگی در تراز بال های تیر استفاده می شود. در ستون های قوطی شکل به علت بسته بودن مقطع ستون، اجرای این ستون ها دشوار بوده و از قابلیت اعتماد چندانی برخوردار نیست. تحقیق حاضر به معرفی یک اتصال جدید با سخت کننده های خارجی می پردازد. در اتصال پیشنهادی از سخت کننده های خارجی ذوزنقه ای شکل در تراز بال های تیر استفاده شده است تا ضمن انتقال ایمن نیرو از تیر به ستون بتواند ضوابط لرزه ای اتصال را به خوبی برآورده نماید. اتصال مذکور در دو حالت با ستون قوطی شکل خالی و پر شده با بتن بررسی شده و آنالیز حساسیت ضخامت سخت کننده ها انجام شده است. نتایج مطالعات نشان می دهد که اتصال معرفی شده ضوابط لرزه ای اتصال را به خوبی تامین می نماید و با توجه به افزایش عرض بال تیر در نواحی اطراف ستون مفصل پلاستیک را به منطقه امن و کنترل شده ای داخل تیر هدایت می کند.

    کلیدواژگان: قاب خمشی، ورق پیوستگی، سخت کننده خارجی، ستون قوطی، CFT
|
  • Asnafi Asnafi * Pages 1-14

    The stability of the roll motion of crafts is of great importance because of its significant impact on safety, ease of travel, overall performance and potential capsizing of the system. It is important to study this motion and to investigate its dynamic stability, which is completely nonlinear and highly sensitive to atmospheric conditions, asymmetric loads and the presence of water on the deck. In this research, it was tried to study the stability of the roll motion under the pointed conditions and random white-noise waves analytically. To do this, the probability density function of response was obtained using the Fokker Planck Kolmogorov (FPK) method and the stationary solution of the corresponding partial differential equation. Then, the effect of water on the deck, deviation moment due to the asymmetric load or crossing winds, the damping coefficient and the intensity of the random wave was investigated. Introducing non-dimensional parameters, the equation of roll motion was derived so that it could be applied to a wide range types of crafts. The results, as expected, indicate a significant qualitative change i.e. a bifurcation in the behavior when we have water on the deck. The stability of three types of the crafts is also studied and it is shown that in the presence of water on the deck, the type of craft can completely effect on instability phenomenon.

    Keywords: Dynamic Stability, Roll stability, FPK Equation, Bifurcation, Stochastic analysis
  • MohammadMahdi Ghadiri, Seyed Ali Hosseini, Ali Rajabpour Pages 15-27

    In recent years, inertial microfluidics (the use of inertial forces in microchannels) have attracted much attention aiming particle separation. The advantage of this method over other methods of separation and enrichment is its high-throughput performance and inexpensiveness. In the present study, the purpose of enriching the fluid with particles greater than 15 microns in diameter accomplished by designing a rectangular microchannel with an array of contraction-expansion regions in which expansion regions (reservoirs) had the task of trapping larger particles. By using the finite element method and by solving the Navier-Stokes equations, streamlines and vortex shapes are obtained. It was observed that for inlet flow rates in the range of 0.25 to 0.5 milliliters per minute, the highest capture efficiency for particles larger than 10 microns in diameter occurred near 0.35 milliliters per minute. The effect of parameters such as channel height, number of reservoirs and the initial length of the contraction region on the capture efficiency was also measured. Finally, in order to approach the practical applications, the effect of viscosity change due to replacement of blood (Non-Newtonian fluid) instead of water was also investigated, which resulted in the formation of vortices at higher flow rates. In general, vortices created in the expansion region, whose intensity depends on the parameters mentioned above, play a dominant role in particle separation, while inertial lift forces appear as an initial guide

    Keywords: Microfluidics, Inertial Focusing, Microchannel, secondary flow, cancer, Lab on a Chip
  • Yousef Mollapour *, Omid Pedram, Esmaeil Poursaeidi, Hassan Shayani Jam Pages 29-39

    The CUSTOM 450 gas turbine compressor blades are corroded in chlorine environments. The initiation and growth of pits and cracks lead to failure. In this paper, prediction of the pitting corrosion behavior of the alloy is studied. In this regard, in the laboratory section, two-point bending specimen is first subjected to different potentials in a 3.5 wt.% sodium chloride solution to cause pitting corrosion and finally leads to failure at the maximum bending region. According to different potentiostatic tests, an equation is proposed to predict the pitting and life time of stressed sample at different potentials. In the numerical section, the strain in the grown pits is calculated by using digital image correlation method and also the COMSOL Multiphysics software. The location of the localized maximum strain obtained from these two methods is in good agreement with growth of the corrosion pits in the electrochemical experiments. Thus, without needs of experiments, the growth direction of the pit can be simulated.

    Keywords: CUSTOM 450 alloy, pitting corrosion, local strain, life estimate
  • Seyed Vahid Zia *, Javad Babei, Gholamreza Nadalinia Chari, Meysam Alizadeh Pages 41-52

    The potential capabilities of Autonomous Underwater Vehicle (AUV) compared to traditional tools and equipment have led to increased attention and use of underwater vehicles in various commercial, military, and research fields. The manufacture and development of an offshore operational platform require the design of a complete and expensive system of a maritime laboratory in order for evaluating and validating the characteristics and performance of the integrated system and its subsystems. Modeling can be a cost-effective tool for conducting tests, verifying and certifying components and performance of hardware and software, performing missions, and thus reducing potential errors in marine tests and missions. These goals can be achieved through a relatively accurate dynamic simulation and modeling of equipment and environmental conditions inside the hardware in the loop (HIL) laboratory. The purpose of this paper is to provide real-time modeling and implement a physics-based depth environmental simulator for an AUV to equip the HIL laboratory. Validation of the performance of the depth environmental simulator in the dynamic bed of six degrees of freedom of an Autonomous Underwater Vehicle crawler has been done in real-time. The results indicate that the output of the depth environmental mechanism matches the measured depth of the field experiment at sea and there is no delay and bias between the real and simulated signal.

    Keywords: Hardware in the loop laboratory, Autonomous Underwater Vehicle, Depth environmental simulator, Real time simulation, Two State Controller
  • Farshad Nejadshahmohammad *, Sajjad Chehreghani, Mohammadbagher Fathi Pages 53-62

    With reduction in the mineral grade due to thedevelopment of the mining area to the depths and to ensure the economic efficiencyof mining operations, it is necessary to increase the annual productioncapacity, therefore scheduling problems optimization in mines requires moreprecise designing.  Among the undergroundmining methods, the block caving method is one of the largest and most widespreadmethods is used in the world. In the operation of such mines, drawing controlis the most critical element. In the current study, a mathematical model basedon MILP has been modeled the dilution controlling constraint (BDC) in theproduction scheduling problems. The BDC by reduction of the waste and ore mixingin the draw column presents a real optimization plan. TheMILP formulation for a block-cave production schedule was developed,implemented, and tested in the CPLEX/IBM environment. The resultsof the implementation of the models using 325 drawpoints over 15 periods show that the NPVincreased by 7.47% about 12.2M$. Moreover was prevented of extraction of 3.5Mtwaste. BDC while increasing the average annual production-grade, reduce the stripping costs and increase the life of equipment involved inmining operations

    Keywords: Dilution controlling constraint, Production scheduling, block caving, MILP
  • Milad Mahdian, Alireza Seifzadeh *, Ali Mokhtarian, Farideh Doroodgar Pages 63-80

    The purpose of the present study is to predict the transient response of the human cornea via a structural model appropriately representing its biomechanical behavior. Load bearing characteristics of the cornea remain poorly understood due to the complexity of its constitutive model. A constitutive model that captures the response of cornea over the whole experimental time and incorporates all included nonlinearities is necessary. In the current study, parameters of the structural anisotropic fiber-reinforced hyper-viscoelastic model have been obtained using coupled finite element-optimization analysis and the uniaxial tensile test for three different strain rates. The utilized model accounts for the dispersion of the fibers along with their reorientation during loading, the nonlinear behavior of finite tissue deformation, and the intrinsic viscoelastic property of the matrix. Results show that the higher the strain rate the higher the stiffness of tested samples. Samples showed stiffening behavior specially at the end section of the tissue response for slower tensile rates. Eventually, the model behavior and its connection with its micro structures such as the collagen fibers, have been investigated. Examining the results shows that the numerical simulations performed for the prediction of the cornea tissue behavior are in agreement with the experimental results.

    Keywords: Cornea, Tensile test, Optimization, fiber-reinforced, hyper-viscoelastic, stiffening
  • Hamidreza Khezri, Hamidreza Khezri *, Seyedamin Saied Pages 81-101

    This paper uses circuit and field models incorporated into the finite element analysis to detect and locate partial discharges (PDs) in winding insulation of high voltage electric machines. Locating PDs with KHz-MHz frequency components is enabled by fast transient models. For this purpose, a PD current pulse with MHz frequency component is injected into each winding turn of the very fast transient model of a squirrel cage induction machine 6KV/250KW. To detect the PD pulse, all field and circuit equations are presented and solved to obtain the system final matrix. In addition, to investigate the model accuracy, the induction machine windings are also simulated using the multi conductor transmission line circuit model. After injecting the PD pulse, the discharge locations are estimated using current analysis. The results are then compared with the proposed model, confirming the reasonable accuracy of the model in estimating the location of PD with high frequency components.

    Keywords: multi-conductor transmission line model, circuit, field transient equations, Finite element analysis, partial discharge location, high-voltage machines Insulation, current analysis
  • Ali Akhavein * Pages 103-114

    Due to the complexity and large size on the one hand and addition of new equipment and technologies on the other hand, power systems may be subject to uneven or uncoordinated development. That is, development and addition of new technologies are mostly done locally, and then their effect on the whole system is observed in future. Such an approach endangers the long-term integrity and security of the power system. From economical point of view, it can also lead to waste of investment and poor asset management. Grid architecture is a topic that has been of interest in recent years to address these problems. Output of the grid architecture usually includes models and roadmaps that are aligned with the goals and requirements of the power system and coordinate downstream activities with upstream ones in the system. This paper presents the concepts, steps, notes and challenges of the grid architecture. A general view of the topic is presented that could be useful for researchers and those who are involved in the electricity industry.

    Keywords: Power system, Grid architecture, Coordination of components, Asset management
  • Ehsan Brenjkar * Pages 115-135

    Rate of penetration (ROP) estimation in a drilling process is very important because it leads to the optimal selection of drilling parameters and reduction of the operating costs. The main purpose of this paper is to modeling and estimating ROP using optimized multilayer perceptron neural network with whale optimization algorithm (WOA-MLPNN), optimized multilayer perceptron neural network with ant colony optimization algorithm (ACO-MLPNN), back propagation multilayer perceptron neural network (BP-MLPNN) and two mathematical models including Bourgoyne and Young model (BYM) and Bingham model. The data required for development of the models were collected from the mud logging unit and the final reports of three drilled wells in an oil field located in southwestern Iran, which were first pre-processed to remove outliers and reduce noise. In the following, 12.25” hole-section information of two wells containing a similar sequence of drilled formations was used to train and test the models, and then the generated models were validated by the third well information. In the end, the performance of models was evaluated by statistical indicators and various graphical tools. The results of this study showed that the machine learning methods are much more accurate than conventional mathematical models. Also, more detailed studies showed that the WOA-MLPNN model with AAPRE values of 3.19, 5.48 and 9.31 for the three sections of training, testing and validation, respectively, has the highest performance compared to other models.

    Keywords: Rate of penetration, Bourgoyne, Young model, Bingham model, whale optimization algorithm, Ant colony optimization algorithm, Multilayer perceptron neural network
  • Azhin Hosseini, Ahmad Sadeghi Yazdan, Mohammad Hemmati, Mehdi Abapour Pages 137-148

    With the high penetration of renewable energy, especially wind power generation with probabilistic nature, the power system is faced with multiple challenges from planning and operation point of view. The need for highly flexible emerging sources like energy storage systems for the integration of renewable energy is essential. Furthermore, the natural gas network as a clean and low-cost energy carrier has an impressive role in the long-term energy perspective. The emergence of new technologies like Power-to-Gas (P2G) and compressed air energy storage (CAES) technologies cause the interdependency between electricity and natural gas networks. An optimal bidding strategy of the hybrid wind farms, CAES and P2G facilities to participate in the day-ahead market is investigated in this paper. The hybrid robust-stochastic approach is implemented to handle the system uncertainties including wind power generation, as well as power market prices to maximize profit. The power generated by the wind farm is modeled by a scenario-based stochastic approach, while day-ahead power price uncertainty to find bidding/ offering curves is modeled by a robust optimization approach. Numerical results indicate an increase in profit, as well as maximum utilization of wind power capacity in the presence of P2G and CAES, simultaneously.

    Keywords: Bidding strategy, Wind farms, Uncertainty, robust optimization
  • Fazel Fasihi, Mahmoudreza Keymanesh *, Seyyed Ali Sahaf, Soheil Ghareh Pages 149-160

    Lack of accurate knowledge of pavement behavior under moving loads is the one of the most important disadvantages in calculation of Equivalent Axle Load Factor (EALF) in roads pavement. Among the many researches, the most comprehensive method is based on the AASHTO road test. As the main weakness of this method, the results are limited to the experimented axles, which makes it impossible to determine the EALF for all existing axles, hence reducing the accuracy of the results, causing premature failure, and leading to higher maintenance costs. Today, although numerous software packages are available for EALF calculation, they require various parameters, are time-consuming, and can only simulate one section at a time . On the other hand, artificial neural networks, as an artificial intelligence subcategory, have many advantages such as reduced input data, increased modeling process speed, ability of parallel modeling of several pavements with different conditions, etc. In this paper, after verifying the simulation of flexible pavements in ABAQUS, a model based on Artificial Neural Network (ANN) was presented to calculate EALF using the back-propagation architecture. Finally, from among the reviewed ANN configurations, the network with the 7-13-1 architecture incorporating the sigmoid function was selected as the optimum network.

    Keywords: Equivalent Axle Load Factor (EALF), Artificial Neural Networks, Finite element, Abaqus, Flexible Pavements
  • Elham Shadkam *, Mehrnaz Ghayoor Pages 161-180

    Parameters of meta-heuristic algorithms are very effective in their performance and are usually done experimentally, which is very time-consuming. In this research, a hybrid method for selecting the optimal parameters of meta-heuristic algorithms is presented. The proposed method is a combination of data envelopment analysis methods and response surface methodology and is called DSM. In fact, this method can be used to optimize multi-objective problems and its main advantage is to create and optimize one performance response procedure instead of optimizing multiple output response procedures. In addition to optimizing parameters, it also simultaneously maximizes efficiency. In this research, the proposed DSM method has been used to adjust the parameters of the cuckoo optimization algorithm to optimize the standard and experimental Aklay and Rastrigin functions. In the hybrid DSM method, first, the efficiency value is calculated using data envelopment analysis for each set of meta-heuristic algorithm parameters, then the response procedure for performance is determined according to the meta-heuristic algorithm parameters using the response surface methodology. Finally, by optimizing the efficiency surface, the optimal values of the cuckoo algorithm parameters are obtained. In order to validate, the results of the proposed method have been compared with a similar method. The results show better performance of the hybrid algorithm in terms of solution time, number of iterations, and accuracy of the optimization function compared to other similar methods.

    Keywords: Meta-heuristic algorithms, parameter setting, Cuckoo algorithm, Response surface method, Data Envelopment Analysis
  • Basirat Shamsa *, Ghasem Mokhtarzedeh, Jalal Bazargan, Ehsan Delavari Pages 181-191

    In this research, the effects of various parameters on system consisting of a heavy box sinking vertically into water have been studied. The classic configuration is due to Scott Russell who used the sinking box in 1844 to illustrate the formation of a solitary wave in a long rectangular tank. A FVM method has been used to solve the problem. The VOF method for wave profile and overset mesh for sinking the box into air and water, is used to clarify details of the wave and vortex formation. It was observed that as the box sinks the water is heaved up to form both the solitary wave and a vortex. This vortex follows the wave down the tank. The effects of box density, height of box and depth of water on the created wave height are effective. The simulation results are in satisfactory agreement with the experiments. The highest verification error was reported at 4 %. According to the results, with increasing density from 1800 to 3300 kg/m3 and box height from 0/4 to 0/55 m, wave height increased by 5/3 % and 10/2 %, respectively. In addition, with increasing water depth from 0/18 to 0/36 m, the wave height decreased by 2 % and the diameter of the resulting vortex decreased by 3/4 %. Therefore, the importance of impulsive waves in dam reservoirs with low depth and overlooking hills with high height is twofold, and these points should be considered by designers

    Keywords: Scott Russell’s wave, Overset Mesh, Fluid, structure, Interaction, sliding
  • omid rezaeifar *, Adel Younesi Pages 193-202

    To ensure the rigidity of the connection in the moment frame system, continuity plates are used at the level of the beam flanges. In box columns, due to the closed section, it is difficult to implement and is not very reliable. The present study introduces a new connection with external stiffeners. In the proposed connection, trapezoidal external stiffeners are used at the level of the beam flanges so that while transferring the force safely from the beam to the column, it can meet the seismic criteria of the connection well. The mentioned connection was investigated in two cases, first; hollow steel section and second column filled with concrete, and the sensitivity analysis of the thickness of the stiffeners were performed. ANSYS software was used to achieve the research objectives. SHELL element is used in modeling steel sections and SOLID element is used for modeling concrete. The parameters studied in the present study to express the adequacy of the connection are: strength, fixed percentage, connection cycle behavior, ductility, energy absorption and stress distribution across the connection. The results of studies show that the introduced connection provides the seismic criteria of the connection well and due to the increase in the width of the beam flange in the areas around the plastic hinge column, it leads to a safe and controlled area inside the beam.

    Keywords: Moment frame, Continuity plate, External stiffener, Box column, CFT