فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 12 (آذر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدصالح برقی جهرمی، ولی کلانتر*، محمدحسین دهستانی بافقی صفحات 641-649

    در میان کلکتور های خورشیدی، دیش های سهموی خورشیدی به دلیل دمای کاری بالا و عملکرد حرارتی بالا توجه محققان را به خود جلب کرده است. هدف از این مطالعه، مقایسه دو گیرنده جاذب (معمولی - سیاه رنگ) برای دیش سهموی خورشیدی می باشد. تجزیه و تحلیل انرژی و اگزرژی برای دوحالت مختلف در ساعات های متفاوت بررسی شد. برای دمای خروجی در سیستم دیش سهموی خورشیدی از ردیاب اتوماتیک دو محوره استفاده شد. نتایج نشان می دهد که حداکثر دمای جاذب معمولی و سیاه رنگ به ترتیب 52/101 و 53/115 درجه سانتی گراد و حداکثر بازده انرژی و اگزرژی مربوط به صفحه جاذب مارپیچ سیاه رنگ با مقادیر 7/0 و 21/0 است. علاوه بر این، دیش سهموی خورشیدی طراحی شده دمای 80 لیتر آب را در 5 ساعت پس از تابش آفتاب به 60 درجه سانتی گراد افزایش داد که برای حمام کردن و شستشوی لباس در فصل زمستان در مناطق دور افتاده و روستایی که کمبود برق و سوخت های فسیلی وجود دارد؛ برای چهار تا پنج نفر کافی است.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، دیش سهموی خورشیدی، بازده حرارتی، ردیاب اتوماتیک دو محوره، بازده اگزرژی
  • حمیدرضا رضایی آشتیانی*، ناصر میقانی، امید خلیلی صفحات 651-659

    در پایان فرایند شکل دهی ورق، هنگامی که ورق از درون سنبه و ماتریس بیرون آورده می شود و نیروهای شکل دهی خمشی حذف می گردد، مقداری از تغییر شکل ورق برمی گردد، این تغییر شکل پس از شکل دهی، برگشت فنری ورق می باشد. یکی از عوامل به دست آوردن اندازه مطلوب و طراحی صحیح قالب خم ورق به دانش طراح نسبت به مقادیر برگشت فنری بستگی دارد. این تحقیق به منظور تعیین تجربی برگشت فنری فولاد ضدزنگ 316 و فولاد کربنی 37ST  باضخامت های مختلف ورق در قالب های دایروی شکل و مقایسه با شبیه سازی به روش المان محدود صورت پذیرفته است. ورق ها با سه ضخامت 1، 5/1 و 2 میلی متر شکل دهی و ابعاد هندسی و برگشت فنری ورق ها موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقادیر برگشت فنری در شبیه سازی المان محدود و آزمون تجربی از مطابقت قابل قبولی برخوردار بوده و با کاهش ضخامت ورق مقادیر برگشت فنری افزایش می یابد که متاثر از مقادیر تنش در سطوح ورق و درنتیجه مقادیر کرنش پلاستیک و ناحیه الاستیک خالص در ورق می باشد.

    کلیدواژگان: برگشت فنری، خم کاری، فولاد ضدزنگ 316، فولاد کربنیST37، کرنش الاستیک، ضخامت ورق
  • سعید امینی*، مهدی جعفری وردنجانی صفحات 661-672

    از آنجائی که بکارگیری ارتعاشات فراصوت (UV) منجر به بهینه سازی های قابل توجهی در فرآیندهای تولیدی شده است، در این مطالعه به بررسی اثر ارتعاشات فراصوت طولی بر عملکرد فرآیند شکل دهی تدریجی گرم الکتریکی (EHIF) ورق های Ti-6Al-4 V پرداخته شده است. در این روش، ارتعاشات فراصوت با فرکانس بالا و دامنه طولی کم با فرآیند EHIF ترکیب شده است.  همچنین تجهیزات مورد نیاز برای انجام فرآیند EHIF و تجهیزات الحاقی اعمال ارتعاشات فراصوت به ابزار،  طراحی ، ساخته و به کار برده شده اند. در این روش، ارتعاشات فراصوت به یک ابزار شکل دهی چرخشی که به ابزار گیر ماشین فرز کنترل عددی متصل است، منتقل می شود. برای یافتن تاثیر پارامترهای انتخاب شده بر فرآیند، هندسه هایپربولیکی انتخاب شده و تعدادی از آنها مطابق طراحی آزمایش ساخته شده اند. طراحی آزمایش و تحلیل واریانس (ANOVA)  جهت شناسایی شرایط بهینه برای پارامترهای موثر استفاده شد. سپس این پارامترها با روش سطح پاسخ (RSM) بهینه شدند. در این مطالعه، با تغییر ورودی های مختلف در فرآیند EHIF از جمله نرخ پیشروی، گام عمودی و شدت جریان، ویژگی های مهم خروجی مانند کیفیت سطح، حداکثر زاویه شکل گیری در هر دو فرآیند EHIF معمولی و EHIF  انجام شده به کمک امواج فراصوت بررسی شدند. نتایج این آزمایش ها نشان داد که ترکیب EHIF با امواج فراصوت منجر به بهبود کیفیت سطح و همچنین زاویه شکل گیری قطعات می شود. تجزیه و تحلیل فازی توسط پراش اشعه ایکس (XRD) بر روی قطعات ساخته شده نشان داد که تحریک مکانیکی با ارتعاش فراصوت موجب گرمایش بین دانه ای در آلیاژ Ti-6Al-4V شده و تغییر فاز α به β راحت تر و سریع تر انجام شده است. در واقع ارتعاشات فراصوت، ترکیب فازی حالت عادی آلیاژ شامل فاز آلفا و بتا (α+β) با درصد غالب فاز آلفا (α) و ساختار HCP را به ترکیبی با درصد بیشتری از فاز بتا (β) و ساختار BCC تغییر داده است،که این پدیده  منجر به بهبود شکل پذیری و افزایش حداکثر زاویه شکل گیری در حدود 25% تا 30% می شود.

    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی گرم، شکل پذیری، ارتعاشات فراصوت، نمونه سازی، آلیاژ Ti-6Al-4V
  • سید محمود فرمانی، مجید علی طاولی، هاشم بابایی*، مجتبی حقگو صفحات 673-683

    در این تحقیق، تغییر شکل ساندویچ پانل های فلزی دایروی با هسته لوله عمودی تحت بار انفجار به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. رابطه توازن انرژی در اجزاء مختلف سازه دیده شده است. لوله های هسته با چیدمان متقاطع و به صورت عمودی با ارتفاع یکسان بین ورق های فوقانی و تحتانی سازه ساندویچی تعبیه شده اند. میزان انرژی جذب شده توسط هسته ها بر حسب موقعیت قرارگیری در سازه، تعداد، و قطرشان تعیین شده است. گروه بندی آزمایش ها برای انجام این تحقیق بر حسب ضخامت ورق 2/1 و 2 میلیمتر و با هسته های آلومینیومی  به قطرهای 12 و 16 میلیمتر صورت گرفته است. شبیه سازی عددی به صورت انفجار آزاد و با تعریف تابع فشار به روش کانوپ در نرم افزار آباکوس انجام شده است. به منظور صحت سنجی نتایج عددی، آزمایش تجربی با ساخت سازه ساندویچی انجام شده است. در هر دو روش، حداکثر جابجایی عرضی سازه در مرکز آن و جابجایی بر حسب فاصله از مرکز سازه، در محل های قرارگیری هسته ها اندازه گیری شده است. افزایش تعداد لوله های هسته سازه، حداکثر خیز در رویه فوقانی را کاهش داد و جابجایی عرضی ورق تحتانی را کمتر کرد. سازه هایی با تعداد هسته و ضخامت ورق کمتر، جذب انرژی بیشتری از خود نشان دادند. میانگین اختلاف بین نتایج روش های عددی و تجربی تقریبا 11 درصد بود.

    کلیدواژگان: ورق ساندویچ دایروی، هسته لوله ای عمودی، انفجار آزاد، تغییرشکل بزرگ، توازن انرژی
  • پریسا دهقانی، سید مصطفی حسین علی پور*، حبیب الله اکبری صفحات 685-695

    به منظور بررسی تاثیر درصد رطوبت نسبی در انتقال حرارت و توزیع قطرات در پدیده چگالش روی سطوح آبدوست مس و آبگریز مس با پوشش تفلون، دستگاه تستی ساخته شده است تا شرایط محیطی کنترل شده ای فراهم کند. در تمامی آزمایش ها سرعت جریان هوای ورودی، دمای هوای ورودی، دمای هوای رسیده به سطح آزمایش، دمای آب، ارتفاع سطح آب، دمای سطح آزمایش در مقادیر مشخصی با استفاده از کنترل پی آی دی ثابت نگه داشته شدند و در هر آزمایش رطوبت نسبی در مقادیر 80، 88 و 96 درصد تعیین و کنترل شده است. نتایج بررسی گذرای انتقال حرارت نشان می دهد زمانی لازم است تا پدیده چگالش به وقوع بپیوندد که هرچه آبدوستی سطح و رطوبت نسبی بیشتر باشد این زمان کمتر خواهد بود، همچنین میانگین انتقال حرارت به مدت 60 دقیقه محاسبه شده و نشان داده است با افزایش رطوبت نسبی میانگین ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد و در شرایط محیطی یکسان ضریب انتقال حرارت روی سطوح آبدوست بیشتر از آبگریز است. در بررسی گرافیکی اندازه قطرات نیز مشاهده شده است که بزرگترین قطرات روی سطوح آبدوست در رطوبت های نسبی 88 و 96 درصد در محدوده قطر هیدرولیکی 35/0 تا 4/0 بوده و روی سطوح آبگریز در رطوبت های نسبی 80 و 88 درصد بزرگترین قطرات در محدوده قطر هیدرولیکی 2/0 تا 25/0 میلیمتر بوده است.

    کلیدواژگان: آبدوست، آبگریز، کنترل پی آی دی، درصد رطوبت نسبی، ضریب انتقال حرارت، توزیع قطرات
  • حمیدرضا اسرافیلی، حسین امیرآبادی*، جواد اکبری، فرشید جعفریان صفحات 697-706

    واسپالوی یک نوع ابرآلیاژ پایه نیکل است که عمدتا برای ساخت قطعات توربین هواپیما، دیسک های کمپرسور و شفت ها استفاده می شود. تراشکاری ابرآلیاژ واسپالوی مانند بسیاری از ابرآلیاژهای پایه نیکل در دمای محیط (تراشکاری مرسوم) دشوار است. در این پژوهش با تغییر در پارامترهای سرعت برشی، نرخ پیشروی و عمق برش به بررسی نیروهای ماشین کاری، دمای ایجادشده براده، صافی سطح و میکروسختی در فرآیند تراشکاری مورب ابرآلیاژ واسپالوی بدون مواد خنک کاری (ماشین کاری سنتی) پرداخته شد. سختی اولیه قطعه کار مورد آزمایش 10±385 ویکرز و قطر آن 25 میلی متر بود. به منظور بررسی نیروهای برش و پیشروی و دمای براده از طراحی آزمایش عاملی کامل استفاده شد و یک مدل رگرسیونی از عوامل تاثیرگذار برای تخمین نیروی های تراشکاری و دمای براده ارائه گردید. همچنین صافی سطح قطعات ماشین کاری شده و نمودار میکروسختی قطعات ماشین کاری شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش عمق برش و افزایش نرخ پیشروی سختی روی سطح قطعه کار افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: ابرآلیاژ واسپالوی، نیروهای برشی و پیشروی، دمای براده، صافی سطح، میکروسختی
|
  • MohammadSaleh Barghi Jahromi, Vali Kalantar*, MohammadHossein Dehestani Bafghi Pages 641-649

    Among solar collectors, solar parabolic dishes have attracted the attention of researchers due to their high working temperature and high thermal performance. The purpose of this study is to compare two absorber receivers (normal-black color) for the solar parabolic dish. The analysis of energy and exergy was investigated for different conditions at different hours. Two-axis tracking system was applied to the outlet temperature in the solar parabolic dish system. The results show that the maximum temperature of the normal and black absorber is 101.52 and 115.53 ℃ , respectively, and the maximum energy and exergy efficiency of the black spiral absorber plate is 0.7 and 0.21. In addition, the designed parabolic solar container raised the temperature of 80 liters of water to 60 ℃ in 5 hours after sunlight, which is suitable for bathing and washing clothes in winter in backward and rural areas without electricity and fuel. Therefore, it is enough for four to five people.

    Keywords: solar energy, solar parabolic dish, thermal efficiency, two-axis automatic tracker, exergy efficiency
  • Hamidreza Rezaei Ashtiani*, Naser Meyghani, Omid Khalili Pages 651-659

    At the end of the forming process, when the part is removed from the mandrel and the matrix and the part is loaded, a deformation occurs in the part, and this deformation after forming is called spring back. This research was carried out in order to experimentally determine the spring return of stainless steel 316 and carbon steel ST37 with different thicknesses in C-die forming and compare it with finite element simulation. The parts with three thicknesses of 1, 1.5, and 2 mm, forming and the geometrical dimensions of the spring back of the sheets have been verified. The results showed that the experimental spring back in the finite element simulation is consistent with the test, and also by reducing the thickness, spring back increases, which is affected by perfect elastic zone and surface plastic strain and membrane and bending stress.

    Keywords: Spring Back, Bending, Stainless Steel 316, Carbon Steel ST37, Elastic Strain, Sheet Thickness
  • Saeed Amini*, Mahdi Jafari Vardanjani Pages 661-672

    Applying ultrasonic vibrations (UV) in manufacturing processes has resulted in various significant improvements. This study investigates longitudinal UV effect on the performance of electric hot incremental forming (EHIF) process of Ti–6Al–4 V sheets. In this technique, UV with a high frequency and low axial amplitude were combined with EHIF. Required devices were designed, manufactured, and used for performing the EHIF process. In this mechanism, UV were transmitted to a rotary forming tool attached to a CNC machine spindle. Hyperbolic geometry was fabricated to find out the most effective parameters values. Design of experiment and analyses of variance (ANOVA) were employed to identify optimum conditions for effective parameters. These parameters were optimized by response surface methodology (RSM).  Alternating among various input values of EHIF parameters including feed rate, pitch, and current has affected output parameter values such as surface quality and maximum forming angle were investigated in both conventional-EHIF and ultrasonic-assisted EHIF processes. Experimental results have demonstrated that combination of EHIF with UV has resulted in improving surface quality. Also, XRD (X-ray diffraction) phase analysis showed that the β phase (BCC structure) was increased due to ultrasonic stimulation. Intergranular heating has been done in Ti-6Al-4V alloy. The results have proved that the transformation from α phase to β phase has taken place in a faster and simpler manner. This occurrence has changed the phase composition from a dominant percentage of alpha phase (α) and HCP structure to a combination with a higher percentage of beta phase (β) and BCC structure. This phenomenon has improved the formability while it has increased the maximum forming angle about 25% ~ 30%

    Keywords: Ultrasonic ・ Hot incremental forming ・ Formability ・ Ti–6Al–4 V ・ Transition temperature reduction
  • Seyed Mahmood Farmani, Majid Alitavoli, Hashem Babaei*, Mojtaba Haghgoo Pages 673-683

    In this research, the deformation of circular metal sandwich panels with vertical tube cores under blast load has been investigated numerically and experimentally. The relationship of energy balance in different components of the structure has been considered. The core tubes are installed in a cross arrangement and vertically with the same height between the upper and lower sheets of the sandwich structure. The amount of energy absorbed by the cores is determined according to their location in the structure and the effect of their number and diameter. The grouping of the desired tests for this research has been done according to the thickness of the sheet 1.2 and 2 mm and with aluminum cores with diameters of 12 and 16 (mm). Numerical simulation has been done in the form of free explosion and by defining the pressure function using the Conwep method in Abaqus software. To validate the numerical results, experimental tests have been carried out with the construction of sandwich structure. In both methods, the maximum lateral displacement of the structure at its center and the displacement in terms of distance from the center of the structure, at cores location have been measured. Increased number of tubes in the core of the structure decreased the maximum rise in the upper layer and decreased the transverse displacement of the lower sheet. Structures with fewer cores and less sheet thickness showed more energy absorption. The average difference between the results of numerical and experimental methods was approximately 11%.

    Keywords: circular sandwich plate, vertical tubular core, free explosion, Large deformation, Energy balance
  • Parisa Dehghani, Seyed Mostafa Hosseinalipoor*, Habibolah Akbari Pages 685-695

    To investigate the effect of relative humidity percentage on heat transfer and distribution of droplets in the condensation phenomenon, a test device with the ability to provide and control different environmental conditions was made, and therefore, the hydrophilic (copper) and hydrophobic (Teflon coating on copper) surfaces were measured under controlled environmental conditions. In all the tests, the inlet air flow rate, inlet air temperature, air temperature reaching the test surface, water temperature, water surface height, and test surface temperature were kept constant at specific values using PID control. Each test's relative humidity values of 80, 88, and 96% have been determined and controlled. The results of the transient investigation of heat transfer show that it takes time for the condensation phenomenon to occur, and the higher the surface hydrophilicity and relative humidity, the shorter this time will be. Also, the average heat transfer for 60 minutes was calculated. It showed that the average heat transfer coefficient increases with increasing humidity. Under the same environmental conditions, the heat transfer coefficient on hydrophilic surfaces is higher than on hydrophobic ones. In the graphical analysis of the droplet size, it has been observed that the most oversized droplets on hydrophilic surfaces at relative humidities of 88 and 96% are in the hydraulic diameter range of 0.35 to 0.4, and on hydrophobic surfaces are at relative humidities of 80 and 88% in the hydraulic diameter range of 0.2 to 0.25 mm.

    Keywords: hydrophilic, hydrophobic, PID control, relative humidity percentage, heat transfer coefficient, droplet distribution
  • Hamidreza Esrafili, Hosien Amirabadi*, Javad Akbari, Farshid Jafarian Pages 697-706

    Waspaloy is a type of nickel-based superalloy that is mainly used in aircraft turbine parts, compressor disks, shafts, and turbine parts. Waspaloy, like many nickel base superalloys, is difficult to machine at room temperature (conventional turning). In this paper, the cutting and feeding forces and cutting temperature have been evaluated by changing rotational speed, feed rate and constant depth of cut, in the dry oblique turning process of Waspaloy. The workpiece's diameter and hardness were 25 mm and 385±10 Vickers, respectively. In order to investigate of the cutting force, temperature and the surface roughness, a full factorial design experiment was used, and a regression model of the influencing factors was presented. Moreover, the surfaces roughness and micro hardness of the machined parts were evaluated. The results showed that the hardness on the surface of the workpiece increases with the increase of the cutting depth and the feed rate.

    Keywords: Waspaloy, Cutting, Feeding Forces, Chip Temperature, Surface Roughness, Micro Hardness