فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
پیاپی 150 (امرداد و شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حامد فرجی، معین طاهری صفحات 3-17

    مهم ترین هدف صنعت گران، به حداکثر رساندن نرخ براده برداری در حین کنترل کیفیت سطح می باشد. در این مقاله با توجه به معادله رگرسیون به دست آمده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ، به بررسی میزان و نحوه تاثیرگذاری هفت پارامتر فرآیند شامل، زمان روشنی پالس، زمان خاموشی پالس، زمان قطع قوس، ولتاژ گپ، نرخ تغذیه سیم، کشش سیم و فشار آب بر دو مشخصه نرخ براده برداری و زبری سطح با استفاده از روش آنالیز حساسیت سوبل پرداخته شده است. هدف از این تحقیق، انتخاب بهینه ترین پارامتر در فرآیند ماشین کاری به منظور افزایش نرخ براده برداری و کاهش زبری سطح می باشد. طبق نتایج به دست آمده از آنالیز حساسیت سوبل مشاهده می شود که فاکتور زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس هریک به ترتیب با 59% و 28% تاثیر، اثرگذارترین پارامترها بر نرخ براده برداری و پارامترهای زمان روشنی پالس و فشار آب هر یک به ترتیب با 81% و 18% تاثیر، اثرگذارترین پارامترها بر زبری سطح می باشند.

    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی سیمی، زبری سطح نرخ براده برداری، آنالیز حساسیت، سوبل
  • بهروز شهریاری * صفحات 18-30

    در پژوهش حاضر تحلیل اولیه سازه دیسک دوار مورد استفاده در یک موتور توربینی هوایی و بهینه سازی هندسه آن جهت رسیدن به کمترین جرم در کنار اطمینان مناسب انجام شده است. دیسک مورد بحث همگن و تحت بارگذاری های مکانیکی و حرارتی قرار دارد. جهت تحلیل ترموالاستیک دیسک مفروض روابط حاکم با فرض شرایط تنش صفحه ای استخراج و به کمک نرم افزار محاسباتی متلب تحلیل شده است. به منظور بهینه سازی هندسه از روش های بهینه سازی گرادیانی شمارشی (CSA) و غیر گرادیانی الگوریتم ژنتیک (GA) و الگوریتم کلونی زنبور عسل مصنوعی (ABC) استفاده شده است. مقایسه نتایج به ترتیب نشان دهنده کاهش 49/36، 51/39 و 43/36 درصدی جرم اولیه دیسک با روش های بهینه سازی مورد استفاده است. همچنین زمان تقریبی لازم جهت رسیدن به نتایج بهینه سازی در این روش ها به ترتیب برابر با 3500، 120 و 100 دقیقه بوده است. نتایج نشان می دهند که بیشترین میزان بهبود نتایج مربوط به روش غیرگرادیانی الگوریتم  GAاست. همچنین سرعت همگرایی در روش های غیرگرادیانی الگوریتم  GAو ABC در حدود 30 تا 35 برابر بیشتر از روش CSA است. در نتیجه با توجه به زمان بر بودن تحلیل های گرادیانی اهمیت روش های غیر گرادیانی در صرفه جویی زمان و هزینه های محاسباتی نیز بیشتر نمایان شده و با توجه به نتایج استفاده از روش GA به عنوان یک روش دقیق و با سرعت مطلوب در بهینه سازی مسایل دوار در معرض بارگذاری های ترموالاستیک پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: دیسک دوار، بهینه سازی غیر گرادیانی و گرادیانی، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم کلونی زنبور عسل مصنوعی
  • فرنگیس مهدی زاده قوهه، لیلا نصرآزادانی صفحات 31-44

    به دلیل پیچیدگی جریان های متلاطم، حل معادلات حاکم با جزییات کامل امکان پذیر نیست. بنابراین از دیرباز روش های مختلفی برای حل معادلات و بررسی مشخصه های جریان متلاطم پیشنهاد شده است. از مهم ترین این روش ها می توان به شبیه سازی عددی مستقیم، شبیه سازی گردابه های بزرگ و میانگین گیری رینولدز معادلات نویر-استوکس اشاره کرد. شبیه سازی گردابه های بزرگ از لحاظ دقت و هزینه محاسبات، بین دو روش دیگر قرار دارد. در این روش، با اعمال یک فیلتر پایین گذر ساختار های بزرگ و کوچک جریان از یکدیگر جدا می شوند. ساختارهای بزرگ حل و ساختار های کوچک مدل می شوند. تا کنون مدل های مختلفی برای ساختارهای کوچک یا زیر شبکه پیشنهاد شده است. مدل های ویسکوزیته گردابی از معمول ترین این مدل ها هستند. اولین و ساده ترین مدل ویسکوزیته گردابی مدل اسماگورینسکی استاندارد است. دقت این مدل به ویژه برای هندسه های پیچیده بسیار کم است، به همین دلیل پژوهش های مختلفی به منظور افزایش دقت مدل اسماگورینسکی استاندارد انجام شده است که منجر به ارایه مدل های ویسکوزیته گردابی دقیق تر شده است. مدل اسماگورینسکی دینامیکی، مدل دینامیکی موضعی و مدل دینامیکی با ضرایب وابسته به مقیاس از دیگر مدل های پر کاربرد هستند. در این مقاله، سیر پیشرفت مدل های ویسکوزیته گردابی مورد استفاده در روش شبیه سازی گردابه های بزرگ به تفسیر ارایه شده است.

    کلیدواژگان: جریان متالطم، روش های عددی، شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل های ویسکوزیته گردابی، مدلاسماگورینسکی
  • محمد خوران صفحات 45-53

    سنگ زنی به عنوان یکی از فرایندهای ماشینکاری، از مهمترین فرایندهای پایانی تولید محسوب می شود. در حین این فرایند حرارت بسیار بالایی ایجاد می گردد که در فرایند ماشینکاری یک مشکل بوده و تلاش برای حذف آن صورت می گیرد. اخیرا تلاش هایی صورت گرفته تا از این مشکل به عنوان فرصت استفاده گردد. با کنترل مقدار حرارت منتقل شده به قطعه کار، سطح آن می تواند عملیات حرارتی سطحی شود. بنابراین سخت کاری با سنگ زنی یک فرایند جدید و غیر سنتی ماشینکاری است که برای سخت کاری سطحی و سنگ زنی قطعات فلزی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این روش دارای پتانسیل مناسبی جهت جایگزینی روش های سنتی عملیات حرارتی با یکپارچه سازی آن در فاز سنگ زنی است. مزیت کلیدی این روش حذف جابجایی قطعه کار در حین تولید و کاهش تنظیمات اضافی، کاهش هزینه تولید و بالا بردن راندمان می باشد. در این پژوهش اصول عملکردی فرایند، آخرین پیشرفت های این روش و مقایسه ی بین این فرایند و روش های عملیات حرارتی سطحی بحث شده است. چالش های آن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و فرصت ها و موقعیت های موجود بکارگیری سخت کاری سطحی با سنگ زنی بیان شده است.

    کلیدواژگان: سنگ زنی، سخت کاری سطحی، عملیات حرارتی، سخت کاری سطحی با سنگ زنی، حرارت ماشینکاری
  • سروش سلطانی، موسی ساجد، شاهین مصطفی زاده صفحات 54-63

    ساخت افزودنی مجموعه ای از فرایندهای نوین تولید است که با رویکردی متفاوت در تولید محصولات، انقلابی را در روش های تولید ایجاد نموده است. استفاده از این روش ها محدودیت های پیش روی طراحان را که هنگام استفاده از روش های سنتی تولید ایجاد می شود تا حدود زیادی مرتفع ساخته است. با توجه به اینکه منبع مناسبی به زبان فارسی در حوزه ساخت افزودنی اصطکاکی اغتشاشی وجود ندارد، در مقاله حاضر یافته های جدید در حوزه ساخت افزودنی اصطکاکی اغتشاشی برای استفاده در تولید افزودنی فلزات، آلیاژها و کامپوزیت های زمینه فلزی، مورد بررسی قرار گرفته و خلاصه شده است. فرایند ساخت افزودنی اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند حالت جامد است که در آن ساختارهایی کاملا متراکم و همگن با بهبود قابل توجه ریزساختاری تشکیل می شود که عاری از هرگونه نقص ذوب و انجماد مجدد مانند حفره های کوچک انقباضی، تخلخل ها و ترک است. در ادامه مقاله ابتدا جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان فرایند پایه توضیح داده خواهد شد. سپس دو روش اصلی ساخت افزودنی مبتنی بر آن شامل ساخت افزودنی اصطکاکی اغتشاشی و لایه نشانی اصطکاکی اغتشاشی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

    کلیدواژگان: ساخت افزودنی، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ساخت افزودنی اصطکاکی اغتشاشی، لایهن شانی اصطکاکی اغتشاشی
  • محمد همت اسفه صفحات 64-80

    بررسی خواص دو نانو روانکار هیبریدی SAE40/MWCNT (30%)-ZnO (70%) و SAE40/MWCNT(50%) -ZnO(50%) در شرایط مختلف به روش های آزمایشگاهی و مدل سازی و معرفی نانو روانکار بهتر در این مطالعه انجام می شود. آزمایش ها در محدوده دمایی °C50-25، کسر حجمی 1-0625/0 درصد و نرخ برشی s-1 9331-5/666 و با استفاده از ویسکومتر بروکفیلد +2000 CAP انجام می شود. برای پایداری نانوروانکارها نیز از همزن مغناطیسی و دستگاه لرزاننده مافوق صوت استفاده می گردد. نتایج نشان می دهد هر دو نانو روانکار دارای رفتار غیر نیوتونی و از نوع شبه پلاستیک می باشند. بیش ترین افزایش ویسکوزیته برای نانو روانکار MWCNT-ZnO (50%-50%) /SAE40 و به میزان %28 و بیشترین افت ویسکوزیته برای نانو روانکار MWCNT-ZnO (30%-70%) /SAE40 و به میزان 3 درصد اتفاق افتاد و بنابراین نانوروانکار MWCNT-ZnO (30%-70%)/SAE40 دارای عملکرد بهتری بوده است. نتایج رابطه ارایه شده با روش rsm از تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی برخوردار است و همچنین 9999/0R2 = بدست آمد. مقدار %3 >MOD > %3- بدست آمد و بیانگر خطای کم مدلسازی است.

    کلیدواژگان: نانو روغن هیبریدی، ویسکوزیته، MWCNT، رفتار رئولوژیکی، RSM
|
  • Hamed Faraji, Moein Taheri* Pages 3-17

    The most important goal of the craftsmen is to maximize the material removal rate while controlling the surface quality. In this article, according to the regression equation obtained from the design of the experiment using the response surface method, to investigate the extent and manner of influence of seven process parameters including, pulse on time, pulse off time, arc off time, gap voltage, wire feeding rate, wire tension and water pressure has been studied on two characteristics of material removal rate and surface roughness using Sobol sensitivity analysis method. The purpose of this research is to select the most optimal parameter in the machining process in order to increase the material removal rate and reduce the surface roughness. According to the results obtained from the sensitivity analysis, it can be seen that the factor of pulse on time and pulse off time each have an effect of 59% and 28%, respectively, the most effective parameters on the material removal rate, and the parameters of pulse on time and water pressure, respectively, with 81% and 18% influence are the most effective parameters on surface roughness.

    Keywords: Wire electrical discharge machining, Surface roughness, Material removal rate, Sensitivity analysis, Sobol
  • Behrooz Shahriari Pages 18-30

    This paper presents the initial structural analysis and geometric optimization of a rotating disk used in an aircraft turbine engine. The disk is homogeneous and subject to mechanical and thermal loads. The governing equations for the thermoelastic analysis of the assumed disk were derived under the assumption of plane stress conditions and subsequently analyzed using the MATLAB computational software. Three different optimization methods were implemented for the geometric optimization of the rotating disk: The Counting Sort Algorithm (CSA), the non-gradient Genetic Algorithm (GA), and the Artificial Bee Colony algorithm (ABC). The optimization methods resulted in a reduction of the disk mass by 36.49%, 39.51%, and 36.43%, respectively. Also, the approximate time required to reach the optimization results was 3,500, 120, and 100 minutes, respectively. The results show that the non-gradient genetic algorithm (GA) method has the greatest improvement in results. The convergence speed of the non-gradient GA and ABC methods is also about 30 to 35 times faster than the CSA method. As a result, the importance of non-gradient methods in saving time and computational costs has become more evident, due to the time-consuming nature of gradientbased analyses. Based on the results, the use of the GA method has been proposed as an accurate and efficient method for the optimization of rotating problems under thermoelastic loading.

    Keywords: Rotating disk, Gradient, non-gradient optimization, Counting SortAlgorithm (CSA), Genetic Algorithm (GA), Artificial Bee Colony (ABC)
  • Farangis Mahdizadeh Ghohe, Leila N. Azadani Pages 31-44

    Due to the complexity of turbulent flows, it is not possible to solve the governing equations in full detail. Therefore, different numerical approaches have been proposed to solve the governing equations and analyze the flow characteristics. The most important methods include Direct Numerical Simulation (DNS), Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS). In terms of accuracy and computational cost, large eddy simulation is in between two other methods. In this method, large and small scales are separated by applying a low-pass filter. Large scales are solved and small scales are modeled. So far, various models have been presented for small or subgrid scales. Eddy viscosity models are the most common models used for this purpose. The first and simplest eddy viscosity model is the standard Smagorinsky model. The accuracy of this model is low, especially for complex geometries. Therefore, various studies have been conducted to increase the accuracy of this model. The dynamic Smagorinsky model, dynamic localization model, and scale-dependent dynamic model are among the most widely used models. In this paper, the progress of eddy viscosity models used in large eddy simulation is presented.

    Keywords: Turbulent flow, numerical methods, large eddy simulation, eddy viscositymodels, Smagorinsky model
  • Mohammad khoran Pages 45-53

    Grinding, as one of the machining processes, is considered as one of the most important final production processes. During this process, very high heat is generated, which is a problem in the machining process, and efforts are made to remove it. Recently, efforts have been made to use this problem as an opportunity. By controlling the amount of heat transferred to the workpiece, its surface can be heat treated. Therefore, grind hardening is a new and non-traditional machining process that can be used for surface hardening and grinding of metal parts. Grind hardening process has the potential to replace the traditional methods of surface heat treatment by integrating this process in the grinding phase. The key advantage of this method is the elimination of workpiece movement during production, reduce cost, increase efficiency, and the reduction of redundant setups. In this research, the functional principles of the process, the latest developments of this method and a comparison between this process and alternative methods of surface heat treatment have been discussed. Its challenges have been discussed and examined, and the opportunities and situations of using grind hardening by have been stated.

    Keywords: Grinding, Surface hardening, Heat treatment, Grind hardening, Machining heat
  • Soroush Soltani, Moosa Sajed, Shahin Mostafazadeh Pages 54-63

    Additive manufacturing is a set of modern manufacturing technologies with a novel revolutionary point of view that addresses most of limitations that were around due to using conventional manufacturing methods. Due to the lack of references for additive friction stir manufacturing, in the present paper the new developments in friction stir additive manufacturing of metals, alloys, and metal matrix composites are presented and summarized. Friction stir additive manufacturing is a solid-state process that yields a dense and homogeneous structure with a significant microstructural refinement with no fusion defects such as shrinkage cavities, porosity, and cracks. The rest of the paper was arranged as follows: friction stir welding is discussed as the base technology. Then, the two additive manufacturing methods that are based on friction stir welding, i.e. additive friction stir manufacturing and additive friction stir deposition are presented.

    Keywords: Additive Manufacturing (AM), Friction Stir Welding (FSW), Additive frictionstir manufacturing (AFSM), Additive Friction Stir Deposition (AFSD)
  • MohammadHemmat Esfe Pages 64-80

    The investigation of the properties of two hybrid nano-lubricants MWCNT (30%)/ZnO(70%)-SAE40 and MWCNT(50%)/ZnO(50%)-SAE40 in different conditions by experimental and modeling methods and introducing a better nano-lubricant are done in this study. Experiments are performed in the temperature range of 25-50°C, volume fraction of 0.0625-1% and shear rate of 666.5-9331s-1 and the viscometer of Brookfield CAP 2000+ is used the results showed that both nano-lubricants have non-Newtonian and pseudo-plastic behavior. The highest increase of viscosity is occurred for nano lubricant of MWCNT-ZnO (50%-50%)/SAE40 by 28%, and the highest drop is occurred for nanolubricant MWCNT-ZnO (30%-70%)/SAE40 by 3% and therefore MWCNTZnO (30%-70%)/SAE40 nanolubricant has better performance. The results of the correlation provided by rsm method are in good agreement with the experimental data and R2 = 0. 9998 is obtained. The value of -0.95% <MOD < 1.10% is obtained and indicates a low modeling error. The sensitivity of nano-oil also increased with increasing the volume fraction. 

    Keywords: Hybrid Nano Oil, Viscosity, Nanofluid, MWCNT, Rheological Behavior, RSM