فهرست مطالب

مهندسی مکانیک - پیاپی 141 (بهمن و اسفند 1400)

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 141 (بهمن و اسفند 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/07
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد خوران*، حسین امیرآبادی صفحات 3-10

    شکستگی استخوان غالبا بر اثر سوانح و کهولت سن بوجود می آید و بی حرکت سازی استخوان شکسته شده با ایجاد سوراخ توسط مته و اتصال قطعاتی که به آنها پیچ می شوند انجام می گیرد. تلاش های متعددی برای یافتن راه حلی جهت کاستن نکروزهای حرارتی و نیروهای سوراخکاری صورت گرفته است. در این میان شبیه سازی کامپیوتری سوراخ کاری جهت پیش بینی نکروزهای حرارتی و نیروها با توجه به ورود کامپیوترهای پر سرعت جایگاه ویژه ای یافته است. در این پژوهش سوراخ کاری استخوان توسط نرم افزار المان محدود تجاری DEFORM/3D شبیه سازی شده است. این نرم افزار دارای ماژول مخصوص شبیه سازی ماشینکاری می باشد، لذا کار با این نرم افزار آسان تر و پاسخ آن سریعتر می باشد. با توجه به ناهمسانگرد بودن استخوان از معیار هیل برای تعریف ماده استفاده گردید. سرعت دورانی و پیشروی به عنوان دو ورودی در سه سطح، مجموعا 9=32 آزمایش طراحی و شبیه سازی آن به صورت سه بعدی اجرا شد و با مقادیر حاصل از آزمایش های تجربی مقایسه گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری و آزمایش های تجربی همخوانی بالایی را نشان داده است. میزان خطای بین مقادیر اندازه گیری شده تجربی و شبیه سازی، حداکثر 10 درصد برای نیروی لازم جهت نفوذ مته و 7 درصد برای دما بوده است.

    کلیدواژگان: سوراخکاری استخوان، نرم افزار المان محدود 3D، DEFORM، نکروز حرارتی، نیروی محوری
  • سید محمد دهقان طزرجانی، میلاد صادق یزدی*، محمدهادی حسین زاده صفحات 11-24

    پلیمرهای حافظه شکلی دستهای از مواد هوشمند هستند که به هنگام قرارگیری در معرض محرک هایخارجی شامل دما، میدان مغناطیسی، نور و میدان الکتریکی میتوانند شکل اولیهی خود را بازیابی کنند. یکی ازپرکاربردترین دسته از این پلیمرها، پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت هستند. این پلیمرها دارای مزایاییازجمله درصد بالای بازیابی شکلی و هزینهی تولید پایین میباشند و بهکارگیری آنها منجر به کاهش سازوکارهایپیچیده و به تبع آن، کاهش وزن و حجم سیستم ها میشود. پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت در زمینه های متعددی ازجمله پزشکی، رباتیک، مکانیک و هوافضا کاربرد داشته و منجر به تحولات عظیمی شده اند. هدف ازارایه این مقاله بررسی رفتار پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت و کاربردهای مختلف آنها است. در واقع بابررسی چرخه حرارت - مکانیکی، مدلهای ساختاری، انواع مختلف اثر حافظه شکلی، کاربردهای مختلف، آینده وچالشهای این پلیمرها ازجمله نیروی بازیابی کم و ارایه راهکار آن و تهیه جداول مختلف از تحقیقات اخیر سعی شدهاست این مواد بهطور جامع بررسی شوند. با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد این پلیمرها و تلاش برای رفع محدودیتهای آنها، در آینده جایگزین بسیاری از عملگرهای مکانیکی خودمونتاژ شونده خواهند شد.

    کلیدواژگان: پلیمرهای حافظه شکلی، چرخه ی حرارت-مکانیکی، بازیابی شکل و نیرو، کاربردهای پلیمرهای حافظه شکلی
  • شهریار شریفی، امین رسام*، محمد عامری صفحات 25-40

    پس از طراحی اولیه توربوماشین ها، بهینه سازی آن ها از اهداف اصلی مهندسین این رشته به شمار می آید. قدم نخست در انجام بهینه سازی، پارامتر سازی متغیرهای هندسی پره و پیاده سازی آن در الگوریتم های تصادفی بهینه سازی می باشد. در این پژوهش، از ترکیب روش های سوییپ، لین، دایهدرال و خم انتهایی، برای پارامترسازی هندسی پره های روتور و استاتور یک کمپرسور محوری گذر صوتی یک طبقه استفاده شده است. سپس، بهینه سازی با به کارگیری الگوریتم ژنتیک، به همراه شبیه سازی های عددی به روش حجم محدود در یک بستر خودکار محاسباتی توسعه یافته انجام گردید. از نتایج بهینه سازی انجام گرفته با استفاده از روش های پارامترسازی ذکر شده، می توان به تغییر مکان موج ضربه ای عمودی به سمت لبه فرار و کاهش شدت موج ضربه ای قوسی در لبه حمله پره های روتور و نیز کاهش ناحیه جدایش جریان در استاتور اشاره نمود. این تغییرات منجر به افزایش بازده آیزنتروپیک به میزان 3٪ و نسبت فشار کل به میزان 1٪ در نقطه طرح می گردد. همچنین، کاهش اثر خفگی در جریان و افزایش دبی جرمی نسبت به طراحی اولیه در نتایج بهینه سازی مشاهده می شود. در این پژوهش، اثر همزمان روش های پارامترسازی هندسی ذکر شده، بر نتایج بهینه سازی مورد توجه قرار گرفته که در پژوهش های پیشین به این روش صورت نگرفته است.

    کلیدواژگان: کمپرسور محوری گذرصوتی، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، سوییپ، لین، دایهدرال، خم انتهایی
  • محمدباقر محمدصادقی آزاد*، فرزاد چوبداررحیم، سید کاظم یکانی صفحات 41-56

    یکی از خطرناکترین حوادثی که ممکن است در راکتورهای هسته ای اتفاق بیافتد حادثه از دست دادن خنک کننده میباشد که مهمترین این حوادث، حادثه شکسته شدن گیوتینی شاخه خنک کننده سرد یا گرم راکتور درحین بهرهبرداری در قدرت بالا میباشد که در صورت مهار نشدن آن منجر به ذوب قلب راکتور میگردد. در این مقاله شکستگی گیوتینی که در شاخه سرد خنک کننده یک راکتور آب تحت فشار اتفاق میافتد مدلسازی شده است. درمدلسازی انجام شده محفظه ایمنی به صورت چندحجمی لایهای عمودی در نظر گرفته شده است و معادلات بقایجرم، انرژی و ممنتوم مربوط به آن نوشته شده و تاثیر انتقال حرارت و میعان بر روی آن بررسی شده است. لازم به توضیح است که مدلسازی با نرم افزار متلب 9102 انجام شده است. نمودارهای تغییرات فشار، دما و انتقال حرارت بازمان ترسیم گردیده و سپس نتایج به دست آمده با نتایج موجود مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: محفظه ایمنی، ترموهیدرولیک، مدلسازی چندحجمی، شکستگ گیوتینی، حالت دوفازی
  • سید فرحان موسویان، داریوش برزویی، میثم فرج الهی * صفحات 57-67

    سنسورهای فشار دیافراگمی در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند. پژوهش های زیادی برایبهینه سازی و ارتقای کیفی این سنسورها انجام گرفته است. در این مقاله، "حساسیت" به عنوان یک متغیر کلیدی در طراحی سنسور فشار دیافراگمی مبتنی بر فناوری میکروالکترومکانیک مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه دیافراگم یکی از تاثیر گذارترین متغیرها در حساسیت یک فشار سنج دیافراگمی است که می تواند علاوه برحساسیت، محدوده عملکردی، دقت سنسور، ابعاد و حتی قیمت آن را تحت تاثیر قرار دهد. لذا با هدف افزایشعملکرد و حساسیت سنسور های فشار، نسبت به شبیه سازی دیافراگم سنسور در نرم افزار تجاری آباکوس اقدام گردید و ضمن اعتبار سنجی حلگر محاسباتی، هندسه های مختلف دیافراگم مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده گواه آن بود که دیافراگم دایره ای دارای بهترین علمکرد است. در اثر موج دار کردن سطح دیافراگم بررسی شد و شکل های مختلفی از موج های ایجادی در بستر دیافراگم، شبیه سازی گردید. نتایج بدست آمده حاکی ازآن بود که ایجاد موج دایره ای با شعاع 51 میکرومتر در انتهای سطح دیافراگم، موجب افزایش 51 درصدی حساسیت سنسور می گردد.

    کلیدواژگان: فشار سنج، فناوری میکروالکترومکانیک، حساسیت، تحلیل المان محدود، دیافراگم موج دار
  • سامان خلیل پور آذری * صفحات 68-76

    در این مقاله به طراحی و ساخت یک جفت چرخدنده غیردایرهای کاهنده دور، متشکل از یک چرخدنده مثلثی محرک و یک چرخدنده پنج پر متحرک پرداخته شده است. با تعیین پارامترهای طراحی، مدل دو بعدیو سه بعدی هر دو چرخدنده با استفاده از نرم افزار ترسیم گردید. سپس نحوه حرکت چرخدنده ها در نرم افزارشبیه سازی و تحلیل شده و با تایید نتایج نمودارهای سرعت و شتاب زاویه ای، هر دو چرخدنده توسط روش ساخت افزایشی تولید شد. نتایج نشان می دهد که روش طراحی ارایه شده در این مقاله صحت و دقت عملکردی چرخدنده های غیردایروی را تضمین می نماید. مونتاژ چرخدنده ها به درستی انجام شده و حرکت آنها از دقت مناسبی برخوردار می باشد. همچنین تولید چرخدنده ها توسط روش ساخت افزایشی با انتخاب پارامترهای2 ± میلیمتر شده و اثری از پله ای شدن در / ورودی دقیق منجر به دستیابی به محدوده تلرانسی معادل 20امتداد ضخامتی در نمونه های فیزیکی رویت نگردید.

    کلیدواژگان: چرخدنده، غیردایروی، طراحی، شبیه سازی حرکتی، ساخت افزایشی
  • پویا ملاحی کلاهی، مصطفی ناظمی زاده * صفحات 77-84

    ربات کشنده-پیرو به عنوان مجموعه ربات متحرک برای حمل بار مورد کاربرد قرار میگیرد. لذا ظرفیت حمل بار آن از اهمیت ویژهای برخوردار بوده و تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است. در این مقاله، محاسبه ظرفیت حمل بارربات متحرک کشنده-پیرو با استفاده از روش کنترل بهینه غیرخطی مورد بررسی قرار میگیرد. درحرکت نقطه به نقطه ربات کشنده- پیرو، یک الگوریتم پیشرفته بر مبنای حل غیرمستقیم مسئله کنترل بهینه غیرخطی و به منظورمحاسبه ظرفیت حمل بار ربات متحرک کشنده-پیرو ارایه میگردد. فرمول بندی کنترل بهینه با در نظر گرفتن معادلات دینامیک غیرخطی ربات متحرک کشنده-پیرو و با در نظر گرفتن قیود غیرهولونومیک به عنوان قیود مسئله انجام میشود. سپس با بیان یک الگوریتم تکراری پیشرفته، بار قابلحمل ربات پیرو به تدریج افزایش یافته و در هر مرحله شرایط بهینگی مسیر به عنوان مجموعه معادلات دیفرانسیل کوپله غیرخطی در نظر گرفته شده و حل معادلات انجام میشود. ظرفیت حمل بار مجموعه ربات کشنده-پیرو در پایان الگوریتم با در نظر گرفتن اشباع گشتاور محرک های کشنده در نظر گرفته میشود. لذا با توجه به روش پیشنهادی، شبیه سازی حرکت نقطه به نقطه ربات متحرک کشنده-پیرو انجام شده و ظرفیت حمل بار محاسبه میشود. نتایج نشانه کارایی الگوریتم پیشنهادی به منظور محاسبه ظرفیتحمل بار ربات کشنده-پیرو را بوده و قابل کاربرد در ماموریتهای مختلف این ربات است.

    کلیدواژگان: ربات کشنده-پیرو، ظرفیت حمل بار، کنترل بهینه، غیرخطی، غیرهولونومیک
  • مجید مختاری*، عباس الکائی بهجتی، محسن عابدی صفحات 85-97

    با توجه به مخاطرات تست مخازن تحت فشار و با توجه به لزوم تست ارتعاش تصادفی مخازن فضایی در فاز کیفی، شناسایی و پیشنهاد روش های استاندارد و معتبر تست به عنوان مهم ترین هدف انجام این پژوهش بوده است. با توجه به تنوع مخازن، رویه تست روشنی برای تست مخازن تحت فشار وجود ندارد، از طرفی در استانداردهای معتبر بررسی شده مانند ISO، AIAA،MIL و ECSS رویه تست ارتعاشی مخازن به روشنی گزارش نشده است. با توجه به مخاطرات تست مخازن تحت فشار و اهمیت این مخازن، در این مقاله به بررسی رویه تست ها و مقالات معتبر در این زمینه پرداخته شده است تا با جمع بندی آن ها و لحاظ نکات ایمنی و دقت تست، بتوان رویه های تست مناسب برای این مخازن را پیشنهاد کرد. با جمع بندی روش های معتبر تست، رویه های تست ارتعاشی در قالب یک فلوچارت ارایه شده است. بر این اساس می توان تست ارتعاش تصادفی مخازن تحت فشار فضایی را با توجه به امکانات و محدویت ها و با کمترین هزینه و خطر احتمالی بر اساس مبنای معتبر جهانی اجرا و طرح ریزی کرد.

    کلیدواژگان: مخازن تحت فشار، مخزن کامپوزیتی با الینر فلزی، مخازن فضایی، طرح تست ارتعاش تصادفی
|
  • Mohammad Khoran*, Hossein Amirabadi Pages 3-10

    A Bone fracture often happens due to an accident and old age. Broken bones are fixed by connection elements that is mounting on the drill holes. So many attempts have been done to reduce thermal necrosis and drilling force. To predicate thermal necrosis and drilling force, Finite Elements Modeling (FEM) has been considerably utilized recently. In this study, bone drilling has been simulated by commercial DEFORM/3D. This software has a special module in machining process. So, it is user friendly, easier, and faster than other FE software. Due to the anisotropy of the bone, The Hill equation was used to define the material properties. Rotational speed and Feed rate as two inputs were changed in three levels, a total of 32 =9 tests were designed and its simulation was performed in three dimensions and compared with experimental tests. The results of computer simulations and experimental experiments have shown high agreement. The error rate between the experimental and simulation values was a maximum of 10% for force and 7% for temperature.

    Keywords: Bone drilling, computer simulation, thermal necrosis, axial force
  • Seyyed MohammadDehghan Tezerjani, Milad SadeghYazdi*, Mohammad Hadi Hosseinzadeh Pages 11-24

    Shape memory polymers are a type of smart materials that can recover their original shape when exposed to external stimuli including temperature, magnetic field, light, and electric field. One of the most widely used of these polymers is thermalresponsive shape memory polymers. These polymers have advantages such as a high percentage of shape recovery and low cost and using them results in reducing complex mechanisms that lead to reducing the weight and volume of the systems. Thermalresponsive shape memory polymers have been used in many fields, including medicine, robotics, mechanics, and aerospace and have led to great changes. This paper aims to study thermal-responsive shape memory polymers behavior and their different applications. In fact, by investigating the thermomechanical cycle, constitutive models, different kinds of shape memory effect, different applications, their future, and challenges of these polymers including low recovery force and its solution and preparation of various tables from recent researches, these materials have been comprehensively studied. Due to the unique properties of these polymers and the effort to overcome their limitations, they will become a candidate for many self-assembled mechanical actuators in the future.

    Keywords: Shape memory polymers, Thermomechanical cycle, Force, shape recovery, Shape memory polymers applications
  • Shahryar Sharifi, Amin Rasam*, Mohamad Ameri Pages 25-40

    After the initial design of turbomachinery, optimization is the main goal of engineers in this field. The first step is to parameterize the geometric variables of the blade shape and the next step is to implement it in stochastic optimization algorithms. In this research, a combination of sweep, lean, dihedral and end bend is used for the parameterization of the rotor and stator blades of a transonic single-stage axial compressor. The genetic algorithm is used in conjunction with numerical simulations, using finite volume method, implemented in an automated multiobjective optimization platform. Amongst the optimization benefits, performed with the aforementioned parameterization methods, is the displacement of the normal shock wave towards the trailing edge and reduction of the intensity of the bow shock wave at the leading edge of the rotor blades and also reduction of the flow separation area in the stator blade, can be pointed out. These changes led to an increase in the isentropic efficiency of the compressor by 3% and in the total pressure ratio by 1%, at the design point. Also, the mass flow rate increased and the choked flow effect was decreased, compared with the initial design. In this research, simultaneous effect of the use of the mentioned geometric parameterization methods on the optimization results is considered, which has not been performed in previous studies.

    Keywords: Transonic axial compressor, Optimization, Genetic Algorithm, Sweep, Lean, Dihedral, End Bend
  • M.M. SadeghiAzad*, F. Choobdar Rahim, S.K. Yekani Pages 41-56

     Since the nuclear energy has been recognized as a useful energy, the subject of structure, operation and safety and environmental protection have also been important. In the nuclear reactors, one of the most dangerous accidents that can occur is the loss of coolant accident, that the most important of these events is the guillotine breaking in cold or hot leg coolant, which, this will melt the reactor core if it is not stopped. This paper presents one of the most dangerous accidents in reactor containments known as Loss of Coolant Accident in its worst condition which is called Large Break Loss of Coolant Accident. The specific type of large Break Loss of Coolant Accident is Double Ended Cold Leg break which means totally guillotine type of break in cold leg pipe. This modeling is performed in Multi-volume method in Advanced Pressurized water reactor which is one of the most sophisticated safe reactors that has ever been built. The conservation mass ,energy and momentum equations have been used in this modeling and the modeling software applied in our analysis is MATLAB, and the results are compared with the Advanced Pressurized-1000 water reactor safety, security and environmental reports.

    Keywords: Reactor Containment, Thermo-hydraulic, Multi-volume Modeling, Guillotine Fracture, Two Phase
  • Seyed FarhanMoosavian, Daryoosh Borzuei, MeisamFarajollahi* Pages 57-67

    Diaphragm pressure sensors are used in various industries. Much research has been done to optimize and improve the quality of these sensors. This paper investigates "sensitivity" as a critical variable in diaphragm pressure sensors based on MEMS technology. Aperture geometry is one of the most influential variables in the sensitivity of a diaphragm sphygmomanometer, which in addition to sensitivity, can affect other variables such as operating range, sensor accuracy, dimensions, and even price. To increase the performance and sensitivity of pressure sensors, the sensor aperture was simulated in AbaqusFEA software, and while validating the computational solver, different geometries were evaluated. The results showed that the circular diaphragm has the best performance. Then the effect of corrugations on the surface of the diaphragm was investigated, and different forms of waves were simulated. The results showed that creating a circular wave with a radius of 15 μm at the end of the diaphragm surface increases the sensor's sensitivity by 18%.

    Keywords: Pressure sensor, MEMS, Sensitivity, FEA, corrugated diaphragm
  • Saman Khalilpourazary* Pages 68-76

    In this paper, a pair of non-circular gear reducers consisting of a triangular driver gear and a pentangle driving gear was designed and fabricated. By determining the design parameters, two-dimensional and three-dimensional models of both gears were drawn using the software. Then, the movement of the gears was simulated and analyzed in the software. With the confirmation of the angular velocity and angular acceleration results, both gears were manufactured by the additive manufacturing process. The results revealed that the design method presented in this paper guarantees the functional accuracy of non-circular gears. The gears were assembled correctly and their movement was correct. Moreover, by selecting precise input parameters the production of non-circular gears using the additive manufacturing process has led to the achievement of a tolerance range ±0.02 mm and has prevented them from stepping along the thickness.

    Keywords: Gear, Non-circular, Design, Motion study, Additive manufacturing
  • Pouya MallahiKolahi, Mostafa Nazemizadeh* Pages 77-84

    Tractor-trailer robot is a kind of mobile robots used to carrey heavy loads. So, load carrying capacity of such robots is an appealing subject which has not been considered up to now. In this article, load carrying capacity of the tractor-trailer mobile robots is investigated using the nonlinear optimal control theory. In point-to-point motion of the tractor-trailer robot, an advanced algorithm based on the indirect solution of the nonlinear optimal control is presented to calculate load carrying capacity of the tractor-trailer robot. Formulation of the optimal control is performed by considering the nonlinear dynamic and nonholonomic equations of the robot as constraints of the problem. Then, by presentation of an advanced iterative algorithm, load of the robot is gradually increased and in each step, optimal conditions are considered as a set of coupled nonlinear differential equation and solved. Load carrying capacity of the tractor-trailer robot is calculated at the final step of the algorithm with consideration of saturation of actuators. Then, the simulation of the tractor-trailer point-to-point motion is performed and the load carrying capacity obtained. The results demonstrate the capability of the proposed algorithm to calculate the load carrying capacity of the tractor-trailer robots and can be applicable for various missions.

    Keywords: Tractor-trailer robot, load carrying capacity, optimal control, nonlinear, nonholonomic
  • Majid Mokhtari*, Abbas Elkaie, Mohsen Abedi Pages 85-97

    Due to the risks of pressure vessels testing and need for random vibration test for qualification space tanks, identifying and proposing standard and valid testing procedure is the most important goal of this study. Due to various vessels tank types, detailed vibration test process is not reported in any aerospace standard, clearly, also study the famous standards like: ISO, AIAA, MIL and ECSS proof this fact. According to the vibration tests risks and importance of pressure vessels, in this article, the technical points of standards and valuable articles have been summarized to propose a proper vibration test procedures with safety and accuracy considerations. Reviewing the valid test methods leads to a vibration test procedure classification in the form of a flowchart. So, with this classification and with available equipment and test limitations considerations, random vibration test of space pressure vessels could be selected with the minimum coast and probable risks levels which are based on a valid universal process.

    Keywords: Pressure Vessels, Composite Vessel with metallic liner, Space Vessels, RandomVibration