به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « Finite Element Method » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه « Finite Element Method » در نشریات گروه « فنی و مهندسی »
  • Hamed Afzali Alvars *
    Nanocomposites are advanced materials that have excellent properties. For good usage of this material, it should be studied in detail. There is a phase between matrix and filler that is called interphase and also the properties of nanocomposites depend on the properties of that phase in addition to the matrix and filler. In this study, at first, the mechanical properties of the interphase of graphene/epoxy nanocomposite are extracted by molecular dynamic simulation and then by a Python code that is developed by the author and can be run by Abaqus, the best orientation distribution of fillers in RVE (representative volume element) according to weight percentage of fillers is predicted. The selection of graphene sheets as fillers has two important reasons the first is that graphene derivatives are the strongest materials compared to other materials in nature and the second reason is that the graphene sheet has a more active surface than other derivatives of that such as fullerene and nanotubes that causes more interphase zone formation that causes improvement of properties. The force field that is used in this study is DREIDING. For detection of the size of the interphase zone, the density distribution figure is used. The boundary conditions in RVE and the simulation box in all directions are periodic.
    Keywords: Graphene, Molecular Dynamic Simulation, Polymer Nanocomposites, Finite Element Method}
  • E. Bennour, C. Kezrane, N. Kaid, M. A. Alkhafaji, M. S. Alhassan, Y. Menni *
    The effectiveness of triangular baffles in enhancing heat transfer within corrugated tubes is examined numerically in this study. Two key parameters influencing performance are examined: baffle placement (staggered and aligned) and their angles of attack (0°, 15°, 30°, and 45°). Heat transfer, friction, as well as performance metrics are comprehensively examined and compared for both configurations. The finite element method (FEM) implemented in CFD software COMSOL Multiphysics 6.1 is employed for simulations across a range of Reynolds numbers (100-400). Results reveal significant heat transfer improvements due to the proposed baffle configurations. Notably, aligned baffles with a 30° angle of attack achieve a 43.6% increase the heat transfer when compared to the baffle-free scenario. Staggered baffles with a 15° angle of attack demonstrate a superior 55.3% improvement compared to the baseline. A comprehensive evaluation of performance criteria identifies staggered baffles with a 30° angle of attack as the optimal configuration for maximizing heat transfer within corrugated tubes.
    Keywords: Heat Exchanger, Staggered, Aligned Baffles, Corrugated Tube, Vortex Generator, Finite Element Method}
  • علی نگهبان برون*، رسول مرادی
    جهت حفاظت از تجهیزات و سازه های دفاعی در مقابل بارهای ضربه ای و انفجاری، بتن مسلح به طور گسترده مورداستفاده قرار می گیرد. در این مطالعه، آسیب بتن در اثر برخورد پرتابه بررسی شده و مدل آسیب ترد جانسون-هولمکوئیست برای مدل سازی پدیده نفوذ به عنوان مدل پایه انتخاب شده است. به منظور پیش بینی دقیق تر رفتار ماده، رابطه جدیدی برای اثر نرخ کرنش بر استحکام مدل ساختاری پایه، پیشنهاد گردید. ابتدا مفاهیم مدل پایه بیان گردیده و مدل آسیب استخراج شد و در ادامه الگوریتم مدل برای شبیه سازی عددی ارائه گردید. به منظور پیاده سازی و اعتبارسنجی الگوریتم، زیربرنامه ای به زبان برنامه نویسی فرترن بر اساس روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرایند آسیب نوشته و با استفاده از مدل ماده توسعه داده شده برخورد پرتابه به بتن مسلح بررسی گردید. بعد از اطمینان از همخوانی کد با نرم افزار آباکوس، نتایج تست های تجربی و پژوهش های سایر محققین با استفاده از شبیه سازی با کد توسعه یافته بررسی و صحت شبیه سازی تایید گردید. مدل پیشنهادی ترکیب خوبی بین سادگی و دقت در محاسبات پاسخ صفحات بتنی تحت تاثیر برخورد پرتابه در زوایای مختلف را نشان می دهد. در ضمن کد آماده شده از هزینه محاسباتی بسیار کمتری نسبت به نرم افزار ال اس داینا برخوردار است.
    کلید واژگان: آسیب ترد, آباکوس, روش اجزاء محدود, ضربه, زیربرنامه}
    Ali Negahban.B *, Rasool Moradi
    In this study, the damage behavior of concrete under projectile impact is investigated. Thus, Johnson Holmquist brittle damage model, which is widely used to model penetration phenomenon, is chosen as the basic model. In order to more accurately predict the behavior of the material, a modified model is proposed by considering the new relationship for the effect of rate on the strength of the basic structural model. In the first step, the concepts of the basic model are expressed. Then, the formulation of the damage model is extracted and algorithm of the model for numerical simulation to solve it are presented. In order to implement and validate the algorithm, a subroutine is written in Fortran programming language based on the finite element method to simulate the damage process. In the following, using the developed model, the impact of the projectile on reinforced concrete is investigated. The model is verified by comparing the numerical and experimental results in the literatures. Numerical simulations using the proposed model show a good compatibility between simplicity and accuracy for calculations of concrete slabs under the impact of airborne projectile.
    Keywords: Brittle Damage, ABAQUS, Finite Element Method, Impact, Subroutine}
  • ساناز حسین زاده، علیرضا داوری، امیرحسین هاشمیان*

    یکی از روش های مناسب برای ساخت بیلت ها و لوله های مرکب استفاده از فرآیند اکستروژن است. در ساخت سفینه های فضایی، موشک ها و سایر وسایل پیشرفته در صنایع هوافضا، اکستروژن آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم بسیار کاربرد دارند. برای ساخت قاب ها و کف هواپیما ترکیبی از صفحات، قطعات اکسترودی و ورقه های شکل داده شده استفاده می شود. حدود 60 درصد از ساختار هواپیما و 80 درصد از وزن بدون بار هواپیما از آلیاژ های آلومینیوم است. آلومینیوم استحکام نسبت به وزن بالا، شکل پذیری عالی را داراست. منیزیم سبک ترین فلز مهندسی است و دارای کم ترین چگالی است و موجب صرفه جویی در مصرف سوخت می شود. این مقاله به صورت عددی و تجربی به اعمال فرآیند اکستروژن بر روی بیلت های مرکب Al/Mg می پردازد. در این مقاله، فرآیند اکستروژن در نسبت های اکستروژن، دما و سرعت های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف فرآیند بر روی خواص محصول اکسترود شده بررسی گردیده است. همچنین این فرآیند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی گردیده و سپس نتایج تجربی حاصل از کار آزمایشگاهی و نتایج عددی حاصل از شبیه سازی با یکدیگر مقایسه و اعتبار سنجی گردید و میزان درصد خطا مابین نمودارهای نتایج تجربی و عددی توسط نرم افزار اورجین مورد بررسی قرار گرفت که نزدیک بودن نتایج و صحت کار آزمایشگاهی نشان داده شد.

    کلید واژگان: فرآیند شکل دهی, اکستروژن, تحلیل عددی و تجربی, روش اجزای محدود, بیلت های فلزی مرکب}
    Sanaz Hosseinzadeh, Alireza Davari, Amir H. Hashemian*

    Composite materials are of great interest due to their exceptional strength, hardness-to-density ratio, high corrosion resistance, and low weight. One of the suitable methods for making composite pipes is using the extrusion process. Extrusion is a plastic deformation process that due to the compressive state of stress in extrusion, materials with low plasticity can be formed by this method. This article deals with the experimental-numerical investigation of extrusion, from various methods of forming process. Extrusion is done on a composite tube using aluminum and magnesium alloys. Aluminum is used due to its strength compared to high weight, excellent malleability, and magnesium due to the lightest structural metal, the lowest density among structural materials, machining, welding and casting capabilities, as well as high specific strength. The mentioned process was tested at different extrusion ratio, temperature and speed, and the effect of different process parameters on the properties of the extruded product was investigated. Then the process was simulated in the software and the experimental results obtained from the laboratory work and the numerical results obtained from the simulation were compared and validated with each other and the error percentage between the graphs of the experimental and numerical results was examined.

    Keywords: The Forming Process Of Metal Matrix Composite, Extrusion, Experimental, Numerical Analysis, Finite Element Method, Metalic Billets}
  • علی طاهری*

    در این مطالعه، یک راه حل تحلیلی برای بررسی رفتار مکانیکی یک استوانه هایپرالاستیک با جنس تابعی و تراکم ناپذیر که تحت کشش و پیچش همزمان قرار دارد، ارائه شده است. روش چگالی انرژی کرنش نمایی-نمایی که اخیرا ارائه شده برای پیش بینی رفتار ماده هایپرالاستیک استفاده می شود و فرض می شود پارامترهای مواد مرتبط با آن در امتداد جهت شعاعی به صورت نمایی تغییر می کنند. تحلیل المان محدود با تهیه یک زیربرنامه UHYPER در ABAQUS برای اعتبارسنجی راه حل تحلیلی پیشنهادی انجام می شود. نتایج المان محدود و نتایج حل تحلیلی برای کشش و پیچش های مختلف مطابقت خوبی دارند و نشان می دهند که شکل توزیع تنش و حداکثر تنش به توان نمایی در تابع تغییرات مواد بستگی دارد. بر خلاف کشش محوری، تاثیر پیچش بر توزیع تنش طولی پیچیده تر است و برای پیچش های بزرگ، دو اکسترمم در نمودار توزیع تنش مشاهده می شود که در پیچش های بیشتر به سمت مرکز و سطح بیرونی استوانه حرکت می کند. علاوه بر این، تنش طولی تغییرات فون میزز و چگالی انرژی کرنش را در سراسر جهت شعاعی کنترل می کند. علاوه بر این، با در نظر گرفتن کشش محوری، نقطه ای مشخص می شود که نیروی محوری ناشی از پیچش برای کشش های زیر این مقدار فشاری است و باعث می شود که سیلندر تحت پیچش افزایش طول یابد؛ اما این قسمت از کل نیروی محوری از حالت کششی به حالت فشاری تغییر می کند. در واقع با افزایش پیچش، استوانه ابتدا کوتاه شده و سپس در پیچش بیشتر کشیده می شود.

    کلید واژگان: استوانه هایپرالاستیک, بارگذاری کشش-پیچش, ماده تابعی, ماده هایپرالاستیک حل المان محدود}
    Ali Taheri *

    In this study, an analytical solution has been developed to examine the mechanical behavior of an incompressible functionally graded hyperelastic cylinder subjected to simultaneous extension and torsion. The recently proposed exp-exp strain energy density is employed to predict the behavior of hyperelastic material, and its related material parameters are assumed to vary along the radial direction in an exponential fashion. Finite element analysis is conducted by preparing a user-defined UHYPER subroutine in ABAQUS to evaluate the proposed analytical solutions. FEM results and those of the analytical solution are in good agreement for various stretches and twists and reveal that the form of stress distributions and the maximum stress depend on the exponential power in the material variation function. In contrast to axial stretch, the effect of twist on the distribution of longitudinal stress is more complicated, and for large twists, two extrema in the stress distribution plot are observed, which move toward the center and outer surface of the cylinder on further twisting. Moreover, the longitudinal stress controls the variation of von-Mises and strain energy density throughout the radial direction. Additionally, considering an axial stretch, a point is identified where the axial force arising from torsion is compressive for stretches below this value, and it brings about the cylinder to elongate under twisting. However, this part of the total axial force varies from a tension state to a compression one for larger stretches, i.e., by increasing the twist, the cylinder first tends to shorten and then elongates on further twisting.

    Keywords: Extension-Torsion, Rubber-Like Cylinder, Functionally Graded Material Hyperelastic Material, Finite Element Method}
  • سعید طرهانی، مهدی کرمی خرم آبادی*
    در این تحقیق به بررسی استحکام ضربه نانو کامپوزیت تابعی اپوکسی تقویت شده با نانو ذرات گرافن پرداخته شده است. ابتدا نمونه ها برای توزیع یکنواخت و تابعی ساخته شده است. سپس نحوه توزیع نانو ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است. بر اساس این بررسی برای توزیع یکنواخت، در نمونه های کمتر از 5/1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن هیچ نشانه ای از ذرات بهم چسبیده یافت نگردید. برای نمونه تابعی نیز تصویر برداری صورت گرفته و مشاهده گردیده که مرز لایه ها بهم پیوسته است. سپس نمونه ها تحت آزمایش ضربه ای ایزود قرار داده شده و مشاهده گردیده که برای توزیع یکنواخت، میزان جذب انرژی تا 1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن افزایش یافته و سپس برای نمونه 5/1% درصد وزنی نانو ذرات گرافن، مقدار آن شروع به کاهش می کند. برای بررسی صحت نتایج بدست آمده، با استفاده از روش اجزاء محدود مدلسازی برای نمونه های ذکر شده صورت گرفته و نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.
    کلید واژگان: نانو کامپوزیت تابعی, استحکام ضربه, روش اجزاء محدود}
    Saeed Tarhani, Mahdi Karami Khorramabadi *
    In this research, the impact strength of functionally graded epoxy/graphene nanocomposite have been investigated. First, the samples were made for uniform and functionally graded distributions. Then, the distribution of nanoparticles has been investigated using a scanning electron microscope. Based on this investigation for uniform distribution up to 1.5% by weight of graphene nanoparticles, no signs of agglomerated particles were found. In addition, imaging was also done for the functionally graded sample and it was observed that the boundary of the layers is completely connected. Then the samples were subjected to Izod impact test and it was observed that for uniform distribution, the amount of energy absorption increased up to 1% by weight of graphene nanoparticles and then for the sample with 1.5% by weight of graphene nanoparticles, its value started to reduces. To validate the accuracy of the obtained results, modeling has been done for the mentioned samples using the finite element method and the obtained results have been compared with the experimental results.
    Keywords: Functionally Graded Nanocomposite, Impact Strength, Finite Element Method}
  • آریا کاظم زاده، قادر فرجی*
    یکی از فرایند های پرکاربرد در صنعت شکل دهی, فرآیند اتوکشی است که معمولا به عنوان فرآیند ثانویه پس از فرآیند کشش عمیق کاربرد دارد. فرآیند اتوکشی به منظور کاهش ضخامت دیوار، یکسان کردن توزیع ضخامت و همچنین افزایش طول مورد استفاده قرار می گیرد. در بین روش های ارائه شده روش اتوکشی محدود شده بالاترین نسبت کاهش ضخامت را ارائه می دهد. اساس این روش تبدیل تنش کششی فرآیند اتوکشی سنتی به تنش فشاری است. درصد کاهش ضخامت 65 درصد برای این پژوهش در نظر گرفته شده است به کمک نرم افزار المان محدود شبیه سازی شده و پوسته مسی جدار نازک با این روش ساخته شده است. در نهایت مشخص شده به دلیل تبدیل تنش های کششی به تنش فشاری علاوه بر امکان دستیابی به کاهش ضخامت های بالا این فرآیند موجب بهبود خواص مکانیکی پوسته شده است. این فرآیند به دلیل اعمال تنش فشاری و کرنش بالا به پوسته منجر به ریز شدن اندازه دانه و همچنین کشیده شدن آن شده است که بر روی خواص مکانیکی تاثیر گذار بوده به نحوی که سختی نمونه از 48 ویکرز به 130 ویکرز رسیده است همچنین این فرآیند منجر به افزایش 120 درصدی استحکام کششی شده است.
    کلید واژگان: اتوکشی محدودشده, شبیه سازی المان محدود, ریزساختار, درصد کاهش ضخامت, خواص مکانیکی}
    Arya Kazemzadeh, Ghader Faraji *
    One of the most widely used metal forming processes is Ironing, which is usually used as a secondary process after the deep drawing process. The Ironing process is used to reduce the wall thickness, equalize the thickness distribution of the wall, and also increase the length of the workpiece. Among the developed methods, the constrained Ironing method has provided the highest thickness reduction ratio. This method is based on converting the tensile stress to compressive stress in the deformation area. The thickness reduction percentage of 65% has been considered for this research which is simulated by the FEM method and after that experimental sample has been made by this method. Finally, due to the conversion of stress in the deformation area, this method provides the possibility of achieving a higher thickness reduction, and the mechanical properties of the sample were improved. This process, due to the application of compressive stress and high strain to the shell, has led to the reduction of the grain size and also its stretching, which has affected the mechanical properties in such a way that the microhardness of the sample has reached from 48 Vickers to 130 HV. Also, this process leads to a 120% increase in tensile strength.
    Keywords: Constrained Ironing, Thickness Reduction Percentage, Finite Element Method, Microstructure, Mechanical Properties}
  • Şeref Akbaş *
    This investigation presents material nonlinear analysis of a cantilever bar element made of functionally graded material with porosity properties. The material properties of bar element are considered as changing though axial direction based on the Power-Law distribution and uniform porosity distribution. The stress-strain relation of the material is considered as a nonlinear property according to a Power-Law function. The cantilever bar element is subjected to a point load at the free end. In order to obtain more realistic solution for the nonlinear problem and axially material distribution, nonlinear finite element method is used. In the obtaining of finite element equations, the virtual work principle is used and, after linearization step, the tangent stiffness matrix and residual vector are obtained. In the nonlinear solution process, the incremental force method is implemented and, each load step, the nonlinear equations are solved by using the Newton-Raphson iteration method. In the numerical results, effects of material nonlinearity parameters, porosity coefficients, material distribution parameter and aspect ratios on nonlinear static deflections of the bar are presented and discussed. The obtained results show that the material nonlinear behaviour of the bar element is considerably affected with porosity and material graduation.
    Keywords: Material Nonlinearity, Functionally Graded Materials, Porosity, Nonlinear Solution, Finite Element Method}
  • ابوذر طاهری زاده*، حسین مانی، محمد سیلانی
    جوشکاری اصطکاکی دورانی یکی از روش های مهم اتصال قطعات مختلف جهت استفاده در صنایع پیشرفته به شمار می رود. با توجه به مشکلات اندازه گیری متغیرها در حین آزمون عملی و به منظور کاهش هزینه ها، استفاده از روش های شبیه سازی عددی یک امکان بسیار موثر در تحقیقات علمی به شمار می رود. در این مقاله روش شبیه سازی عددی اجزای محدود برای شبیه سازی پیوسته مکانیکی-حرارتی و سپس معادلات مشخصه برای شبیه سازی ریزساختاری اتصال دو لوله مشابه از جنس آلیاژ اینکونل 718 به روش جوشکاری اصطکاکی دورانی مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا با انجام شبیه سازی عددی مکانیکی-حرارتی پارامترهای مهم موثر بر تحولات متالورژیکی مثل توزیع دما، تنش و کرنش بدست آمد و سپس تحولات ریزساختاری مانند کسر حجمی تبلور مجدد و اندازه دانه ساختار نهایی محاسبه و به منظور صحت سنجی با نتایج آزمون عملی مقایسه شد. در شبیه سازی ریزساختاری با بهره گیری از الگوی جانسون-آورامی و زیرروال نویسی این الگو به زبان فرترن، خروجی های حاصل از حل مکانیکی-حرارتی به متغیرهای متالورژیکی تبدیل شدند. با استفاده از این الگو ضخامت ناحیه متاثر از تبلور مجدد برای مرکز و دیواره ضخامت لوله به ترتیب 480 و850 میکرومتر در شبیه سازی محاسبه شد. این مقادیر در آزمون عملی به ترتیب 500 و800 میکرومتر گزارش شدند. همچنین تغییرات اندازه دانه از مرکز لوله و مجاور فصل مشترک جوش تا دیواره لوله درشبیه سازی از 07/2 تا 15/2 میکرومتر پیش بینی شد که این روند در آزمون عملی از 9/1 تا 2/2 میکرومتر گزارش شده بود. نهایتا در این مقاله تلاش شد تا با رسم منحنی های مختلف ارتباط بین متغیرهای مکانیکی-حرارتی و ریزساختاری بررسی و نتایج قابل انتظاری از توزیع متغیرهای ریزساختاری با تغییر متغیرهای مکانیکی-حرارتی حاصل گردد.
    کلید واژگان: جوشکاری اصطکاکی دورانی, شبیه سازی اجزای محدود, اینکونل718, شبیه سازی ریزساختاری, الگوی جانسون آورامی, زیرروال نویسی}
    Aboozar Taherizadeh *, Hossein. Mani, Mohammad Silani
    Rotary friction welding is one of the most important techniques for joining different parts in advanced industries. Measuring the history of thermomechanical and microstructural parameters can be challenging and costly. To address these challenges, the finite element method was used to simulate thermomechanical and microstructural aspects of the welding of identical superalloy Inconel718 tubes. Therefore, in this research, thermomechanical and microstructural simulations were developed to calculate essential mechanical and metallurgical parameters such as temperature, strain, strain rate, volume fraction of dynamic recrystallization, and grain size distribution. Some of these parameters were then used to be verified with experimental test results. In the microstructural simulation, the Johnson-Avrami model was applied to convert thermomechanical parameters to metallurgical factors by using a FORTRAN subroutine. By employing the dynamic recrystallization kinetics model, the thickness of the recrystallization zone in the wall thickness was calculated to be 480 and 850 micrometers at the center and edge of the tube wall, respectively. These values were reported in the experimental measurements as 500 and 800 micrometers, respectively. Additionally, the grain size change from the center to the edge of the wall thickness, close to the weld interface, were predicted from 2.07 to 2.15 micrometers by simulations, which was comparable with the experimental measurements of 1.9 to 2.2 micrometers. Also, different types of curves were represented to investigate the correlation between thermomechanical and microstructural parameters. Predictable results were concluded from microstructure evolutions with changes by thermomechanical results.
    Keywords: Rotary friction welding, finite element method, Inconel718, Microstructural simulation, Johnson-Avrami model, subroutine}
  • Mazuri Lutema *, Awel Momhur
    The most crucial parts that literally sustain the safety of railroad rolling stock from the subfloor are the wheels. However, during operation, several random parameters can impair their performance, resulting in the train's unsafety. These unpredictable characteristics can lead to fatigue failure, especially in a CHR2 high-speed train. This study aims to analyse the fatigue life of railway wheels for the CHR2 high-speed train due to different random parameters. Three scenarios with random parameters were considered: suspension system, passenger weight, and train speed. A 3D wheel model created by CAD and analyzed with finite element software ANSYS and nCode to validate the model by applying static force. A railway vehicle-track dynamics model with a 30t axle load using the vehicle-track dynamics theory. Then Monte Carlo simulations performed to produce random samples of sensitive parameters and analyze their effect distributions on wheel–rail contact under random wheel parameters. The findings demonstrate that the random parameters of the suspension system have more negative effects on fatigue life compared to random passengers’ weight and train speed, however, random passengers’ weight has a less negative impact compared to random suspension and passenger weight. But also, the dynamic results stress analysis showed that the random suspension system parameters have a high maximum stress compared to the stress obtained from random passengers’ weight and train speed. Moreover, the random suspension system parameters have high maximum stress compared to stress obtained from random passengers’ weight and train speed.
    Keywords: Fatigue Life, Railway wheels, Random parameters, Finite element method, Dynamic analysis}
  • محمدجواد محمودی*، امیرحسین تقوی گنجی

    نوار های کامپوزیت فلز پلیمر یونی (آی پی ام سی) عملگرهای بسیار نازکی به شکل یک کامپوزیت ساندویچی با یک پلیمر الکترواکتیو در وسط و دو الکترود فلزی در طرفین آن هستند. در این مقاله، تحلیل چندمقیاسی الکتروشیمی مکانیکی پاسخ زمانی عملگری یک نوار کامپوزیت آی پی ام سی انجام می گیرد. ابتدا پاسخ الکتروشیمیایی حرکت اولیه آی پی ام سی ناشی از نیروی الکترواستاتیکی، نیروی ویسکوز حرکت توده یونی در حلال زمینه پلیمر و نیروی نفوذ ناشی از پتانسیل غلظت توسط یک مدل هیدرولیکی استخراج می شود. روش های حل در حوزه مکان شامل تحلیل عددی اجزای محدود بر اساس فرمول بندی گلرکین، و در حوزه زمان، شامل روش انتگرال گیری اویلر می باشد. سپس، معادله انتقال حلال نوشته شده، و نرخ کرنش ویژه، و نرخ تغییرات لنگر خمشی عملگر آی پی ام سی بدست می آید. با استخراج میزان آبپوشی در لایه مرزی کاتد و آند، پاسخ جابجایی انتهای تیر تعیین می شود. نتایج حاصل از مدل با مطالعات پیشین دردسترس مورد مقایسه و اعتبار سنجی قرار می گیرد. نتایج، تناسب بین پاسخ عملگر آی پی ام سی و تحریک الکتریکی را بطور معقول نشان می دهد، و تایید می کند که مدل ارائه شده پیش بینی پاسخ سریع نوار آی پی ام سی را فراهم می کند.

    کلید واژگان: کامپوزیت فلز پلیمر یونی, پاسخ عملگری, مدل الکتروشیمی مکانیکی, روش اجزای محدود}
    MohammadJavad Mahmoodi *, AmirHossein Taghavi-Ganji

    Ionic Polymer-Metal Composite (IPMC) strips are very thin actuators in the form of a sandwich composite with an electroactive polymer in the core and two metal electrodes on its sides. In this paper, a multi-scale electrochemical-mechanical analysis of actuation time response of an IPMC composite strip is performed. First, the electrochemical response of IPMC primary motion stemming from electrostatic force, viscous force of ionic cluster motion in the polymer matrix solvent, and diffusive force caused by the concentration potential are obtained by a hydraulic model. The solution methods in the space domain include finite element numerical analysis based on Glerkin's formulation, and Euler's integration method in the time domain. Then, the solvent transport equation is written, and the rate of eigen strain and bending moment of the IPMC actuator is obtained. By extracting the amount of cluster concentration in the boundary layer of cathode and anode, the displacement response of the end of the beam is determined. The results of the model are validated with previous available studies. The results show a reasonable fit between the response of the IPMC actuator and the electrical excitation, and confirm that the presented model provides the prediction of the fast response of IPMC strip.

    Keywords: Ionic polymer-metal composite, Actuation response, Electrochemical-mechanical model, Finite Element Method}
  • امیر آقابابائی، محمد هنرپیشه*
    فرآیند فشار در کانال زاویه دار لوله ای یکی از روش های جدید جهت تولید لوله های با خواص مکانیکی و ریزساختاری بسیار خوب می باشد. مقطع کانال ذوزنقه ای شکل در این فرآیند، به دلیل همگنی در کرنش بالا و نیروی کم مورد نیاز، نسبت به مقطع کانال های دیگر ترجیح داده می شود. در این تحقیق، فرآیند فشار در کانال زاویه دار لوله ای با مقطع کانال ذوزنقه ای شکل با استفاده از زوایای کانال و انحنای مختلف در نرم افزار آباکوس مدل سازی شد و سپس یک پاس فرآیند بر روی نمونه های آلومینیوم 6061 آنیل شده اعمال گردید. پس از آن تاثیر این زوایا بر کرنش موثر و هم چنین نیروی فرآیند نشان داده شد. به منظور اعتبارسنجی نیز نتایج حاصل از روش اجزای محدود با نتایج مدل تحلیلی مقایسه و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از نمونه های تحت فرآیند قرار گرفته شده نشان داد که با کاهش زوایای کانال و انحنای قالب، کرنش موثر اعمالی افزایش یافته است. با افزایش زاویه ی انحنا، همگنی در کرنش بیش تر شده و در نتیجه همگنی در سختی و ریزساختار افزایش یافته است. نیروی فرآیند نیز با افزایش زوایای کانال و انحنا، کاهش یافته است. هم چنین میان نتایج حاصل از روش اجزای محدود با نتایج مدل تحلیلی توافق خوبی برقرار بوده است.
    کلید واژگان: فشار در کانال زاویه دار لوله ای, مقطع کانال ذوزنقه ای شکل, روش اجزا محدود, زوایای کانال و انحنا, کرنش موثر}
    Amir Aghababaei, Mohammad Honarpisheh *
    Tubular channel angular pressing (TCAP) process is one of the new methods to produce tubes with very good mechanical and microstructural properties. The trapezoidal channel cross-section is preferred in this process due to its high strain homogeneity and low required load compared to other channel cross-sections. In this research, the TCAP process with a trapezoidal channel cross-section was modeled using different channel and curvature angles in Abaqus software and then one pass of the process was applied to annealed aluminum 6061 samples. After that, the effect of these angles on the effective strain as well as process load was shown. For validation, the results of the finite element method (FEM) were compared and analyzed with the analytical model. The results of the processed samples showed that reducing the channel and curvature angles increases the applied effective strain. By increasing the curvature angle, the strain homogeneity has increased, and as a result, the hardness and microstructure homogeneity have increased. The process load has also decreased with the increase of channel and curvature angles. Also, there was a good agreement between the FEM results and the analytical model.
    Keywords: Tubular channel angular pressing, Trapezoidal channel cross-section, Finite element method, Channel, curvature angles, Effective strain}
  • حسن صالحی*
    در این مطالعه به بررسی عددی اتصال های از پیش تایید شده مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تحت بارگذاری انفجاری پرداخته شد. بدین منظور، شش قاب سه طبقه دو دهانه با اتصال های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. این قاب ها دارای تیر و ستون های یکسان بوده و تنها نوع اتصال های آن ها متفاوت بود. نتایج حاصل نشان داد که تحت بارگذاری انفجاری، قاب با اتصال گیردار فلنجی با چهار پیچ و بدون سخت کننده دارای کمترین جابجایی و بهینه ترین عملکرد است. همچنین قاب با اتصال گیردار مستقیم توسط تیر با مقطع کاهش یافته داری بیشترین جابجایی و ضعیف ترین عملکرد بود. کاهش و یا افزایش تعداد طبقات تاثیری بر عملکرد بهینه قاب با اتصال گیردار فلنجی با چهار پیچ و بدون سخت کننده نداشت. به ازای 5 متر نزدیک تر شدن محل انفجار به قاب، فشار موج انفجار معادل افزودن 50کیلوگرم TNT افزایش یافت. برای بهبود عملکرد این اتصال ها نیز روش های مختلفی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که افزودن صفحه فولادی با ضخامت 1 سانتی متر به محل چشمه اتصال و دو انتهای تیرها به صورت جداگانه باعث کاهش 11و 5 درصدی حداکثر جابجایی قاب شد. این در حالی است که افزودن صفحه فولادی با ضخامت cm 1 هم زمان به دو انتهای تیرها و چشمه اتصال ستون، باعث کاهش 15 درصدی جابجایی در تراز سقف سوم قاب شد که روش بسیار مناسبی برای بهبود عملکرد اتصال ها در مقابل انفجار است.
    کلید واژگان: اتصال های فولادی, بارگذاری انفجاری, مقاوم در برابر انفجار, روش اجزاء محدود, آباکوس}
    Hasan Salehi *
    In this study, the numerical investigation of the pre-approved connections of the 10th topic of the National Building Regulations under explosive loading was done. For this purpose, six three-story, two-span frames with different connections were examined. These frames had similar beams and columns, and their connection types differed. The results showed that the frame with a bolted unstiffened extended end-plate connection (BUEEP) had the minimum displacement and optimal performance under explosive loading. Also, the frame with the reduced beam section connection (RBS) had the highest displacement and the weakest performance. Decreasing or increasing the number of floors did not affect the optimal performance of the frame with a bolted unstiffened extended end-plate (BUEEP) connection. To improve the performance of these connections, various methods were investigated. It was found that adding a steel plate with a thickness of 1 cm to the center of the column and the two ends of the beams separately reduced the maximum displacement of the frame by 11 and 5%. Meanwhile, adding a steel plate with a thickness of 1 cm to the two ends of the beams and the middle of the column at the same time caused a 15% reduction in displacement at the level of the third roof of the frame, which is a very suitable method to improve the performance of connections against explosion.
    Keywords: Steel connections, Explosive loading, Resistance to blast load, Finite Element Method, ABAQUS software}
  • Maria Luminita Scutaru, Sorin Vlase, Marin Marin *
    Mechanical systems with structural symmetries present vibration properties that allow the calculation to be easier and the analysis time to decrease. The paper aims to use the properties involved by the symmetries that exist in mechanical systems for the analysis of the forced response to vibrations. Thus, the study of the properties of systems with symmetries or with identical parts is expanded. Based on a classic model, the characteristic properties that appear in this case are obtained and the advantages of using these properties are revealed. On an example consisting of a truck equipped with two identical engines, the way of applying these properties in the calculation and the resulting advantages is presented.
    Keywords: symmetrical system, Forced vibration, finite element method, eigenmode}
  • Mohsen Maleki, Seyed Houssein Dibajian *, Abbas Rohani Bastami, Majid Rajabi
    Modal and frequency response analysis of the piezoelectric energy harvester utilizing the auxetic booster has been performed in this paper. This harvester has composed of a cantilever, auxetic substrate, and piezoelectric layer. The influence of the piezoelectric’s electrical circuit and the harvester’s geometrical properties on the fundamental natural frequency, output voltage, and harvested power of the energy harvester have been investigated. The electrical circuit of this electromechanical system consists of a resistor that influences the energy harvester's output voltage and harvested power. A comprehensive parametric study has been performed to find the optimum resistor of the energy harvester. All the analysis has been performed using the finite element method. Mesh size sensitivity analysis of the models is presented, and the finite element model is verified by previous experimental studies. Furthermore, the effect of this energy harvester's damping ratio on the system's outputs has been investigated. The results show that the system's output alters considerably in different damping ratios, and it is necessary to determine the system's damping ratio of the system. The damping ratio of the auxetic energy harvester has been measured through the experimental investigation. The present study illustrates that harvested power of a trapezoidal auxetic energy harvester in resonant frequency could improve by 260 percent by utilizing the optimum resistor. Also, increasing the auxetic booster's thickness could improve the output voltage and harvested power by 48 percent and 22 percent.
    Keywords: finite element method, Auxetic structures, Piezoelectric energy harvester, Electrical circuit}
  • Meera Saheb Koppanati *, Mukkala Naga Rani, K Krishna Bhaskar
    Graphene has become a significant and handy nanomaterial due to its excellent tensile strength, electrical conductivity, and stiffness, and is the thinnest material. It could be utilized to reinforce the polymer matrix of composites, increasing their strength and stiffness. In this study, the vibration behaviour of carbon fiber graphene-reinforced hybrid polymer plate, graphene-reinforced polymer plate, and carbon fiber-reinforced polymer plate (CFRP), is examined in the context of developing laminated composite plates. The material properties of the graphene-reinforced matrix are estimated using the applicable Halpin-Tsai models. Following that, the orthotropic mechanical properties of a composite carbon fiber and hybrid matrix lamina are evaluated. Plates are modeled using finite element modeling methods while taking into account a specific stacking order and geometric layouts. The impact hammer modal testing method is used to document the plates' reaction to vibration. In order to see the intrinsic frequencies and mode shapes of the plate, the recorded time domain responses are translated to the frequency domain using the Fast Fourier transform (FFT). The ME Scope software is used for post-processing. The modes of vibration response are assessed by applying various boundary conditions. Results indicate that natural frequencies increase with increasing graphene volume fraction. The larger the volume percentage, the higher the plate’s frequency for all transverse modes, as seen. By incorporating 1% graphene into the polymer matrix, the first, second, third, and fourth mode forms increase by up to 32.35%, 48.96%, 22.17%, and 30.08%, respectively. Adding graphene to the composite raises the frequency of higher modes relative to the basic mode.
    Keywords: Halpin- Tsai Model, finite element method, Stacking sequence, Experimental modal analysis, Fast Fourier Transform}
  • امیر ناصرالاسلامی، هادی عیوضی باقری، سید محمد وهاب موسوی، سلمان سیدافقهی*
    یکی از روش های افزایش مقاومت در برابر شکست و افزایش عمر خستگی در مخازن تحت فشار جدار ضخیم، ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح آن است. یکی از این روش ها، فرایند شرینک فیت و یا انطباق تداخلی است. در این مقاله عملیات شرینک فیت برای ساخت مخزن سه لایه ی کوره ی پرس ایزو استاتیک داغ با استفاده از شبیه سازی المان محدود و روش تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. تنش های به وجود آمده در اثر فرایند شرینک فیت در مخازن با استفاده از محاسبات تحلیلی و شبیه سازی المان محدود بررسی شد. برای انجام شرینک فیت به صورت تجربی، سه عدد مخزن از جنس فولاد VCN150 ساخته شد و عملیات شرینک فیت با موفقیت انجام گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از شبیه سازی، بیشترین جابجایی شعاعی برای مخزن بیرونی 89/0 میلی متر و مقدار تنش پسماند به وجود آمده 9/39 مگاپاسکال است. مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی و محاسبات تحلیلی برای مخزن میانی و مخزن بیرونی نشان می دهد مقدار اختلاف بین نتایج شبیه سازی و حل تحلیلی برای مخزن میانی و بیرونی ترین مخزن به ترتیب 3/2% و 8/2% است.
    کلید واژگان: شرینک فیت, پرس ایزو استاتیک داغ, روش المان محدود, تنش پسماند}
    Amir Naseroleslami, Hadi Eivazi Bagheri, Seyyed Mohammad Vahab Mousavi, Salman Seyyed Afghahi *
    Induction of compressive residual stress on the surface thick-walled cylinder is a way to increase the resistance to failure and increase the fatigue life. The shrink-fit process is one of these methods. In this paper, the three-layer shrink fit for the construction of the hot isostatic press cylinders has been analyzed using experiments, analytical modeling, and finite element simulation. The stresses created due to the shrink fit process in cylinders were investigated using analytical calculation and finite element simulation. To perform the shrink fit experimentally, three cylinders were made of VCN steel and the shrink fit operation was performed. Based on the results from the finite element simulation, the maximum radial displacement for the outer cylinder is 0.89 mm and the residual stress value is 39.9 MPa. Also, the comparison of simulation results and analytical method for the middle and outer cylinder shows that the differences were 2.3% and 2.8%, respectively.
    Keywords: Shrink fit, Hot isostatic press, Finite element method, Residual Stress}
  • محمدجواد پیربرجسته، مهدی ایرانمنش، اسلام رنجبرنوده*، عماد چراغی ریزی

    خواص منحصربه فرد آلیاژهای سری 7000 آلومینیوم نظیر استحکام بالا، چگالی کم، شکل پذیری خوب و مقاومت به خوردگی تنشی باعث شده است تا در صنایع هوایی، خودروسازی و کشتی سازی موردتوجه قرار بگیرد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از یک مدل اجزای محدود سه بعدی در نرم افزار ANSYS، انتقال حرارت حین جوشکاری TIG یک ورق آلومینیومی از جنس 7075-T6 با ضخامت 5 میلی متر مورد بررسی قرار گرفت و نتایج مدل با آزمایش های تجربی، صحه گذاری گردید و سپس افت سختی در منطقه متاثر از حرارت قطعه آلومینیومی با دقت بالا پیشبینی شد. برای بررسی تاثیر جوشکاری بر میزان افت سختی در منطقه متاثر از حرارت، نمونه های جوش داده شده مورد آزمایش میکرو سختی سنجی قرار گرفتند. با استفاده از نتایج مدل اجزاء محدود سینتیک فراپیری در نمونه های مختلف بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان داد که مکانیزم های استحکام دهی این آلیاژ پیرسختی و کارسختی ناشی از نورد است. اینجا از پیرسازی طبیعی استفاده شد که نتیجه آن بازیابی سختی آلیاژ تا حدود 97 درصد سختی اولیه آلیاژ بود. به نظر می رسد که جوشکاری تاثیر پیری را از بین برده اما تاثیر چندانی روی کار سختی نداشته است. همچنین افت سختی در منطقه آنیل محلولی شده با عملیات حرارتی مناسب قابل جبران است، ولی در منطقه فراپیر شده قابل بازگردانی نیست.

    کلید واژگان: شبیه سازی اجزاء محدود, جوشکاری TIG, نرم شوندگی, منطقه متاثر از حرارت, سینتیک فراپیری}
    MohammadJavad Pirbarjasteh, Mahdi Iranmanesh, Eslam Ranjbarnodeh *, Emad Cheraghi Rizi

    the one-of-a-kind properties of series 7xxx aluminum alloys such as high strength, relatively low density, good formability, and good resistance to stress corrosion cracking have made this class of materials a good choice for aerospace, automobile, and marine industries. Watertight, low weight, and fast procedure are the reason why welding is used in many industries. The heat that welding produce causes many problems like softening in the heat-affected zone. In this research with the use of a 3-D finite element model, the heat transfer of the Al-7075-T6 is investigated and verified by comparing them with the experimental model and the reduction of hardness in the heat-affected zone of the aluminum was predicted with good precision. In the next step, the softening of HAZ due to welding was measured with microhardness. With the use of the FEM model kinetic of over-aging was measured. The results show hardness of the alloy has two sources i.e. age-hardening and work-hardening. It seems welding eliminates the effects of age-hardening but has no effect on the hardness that comes from work hardening. Also, the decrease in the hardness of the solution-annealed area can be recovered through proper heat treatment. However, it is unrecoverable in the over-aged area.

    Keywords: finite element method, TIG Welding, softening, Heat-affected zone, over-ageing kinetics}
  • پژمان نمه شیری، اکبر اللهوردی زاده*، بهنام داداش زاده
    نارسایی قلبی یکی از بیماری های قلبی-عروقی است که باعث تغییر در ساختار قلب شده و برون ده قلبی را کاهش می دهد. این بیماری می تواند به دو دسته نارسایی قلبی دیاستولیک و سیستولیک تقسیم شود. در نارسایی قلبی دیاستولیک ضخامت دیواره های بطنی افزایش یافته و مرتبط با هایپرتروفی کانسنتریک است. در این پژوهش، هایپرتروفی کانسنتریک ناشی از افزایش بیش از حد فشار در نظر گرفته شده است که در اثر آن، تعداد سارکومرها به صورت موازی بیشتر شده و در نتیجه باعث افزایش نسبی سطح عرضی کاردیومیوسیت می شود. معادلات پیوسته هایپرتروفی کانسنتریک با بکارگیری هندسه دوبطنی ایده آل شده، در نرم افزار کامسول مولتی فیزیک پیاده سازی شده است که رویکرد ارایه شده برای پیاده سازی روابط، کاملا جدید بوده و برتری های بنیادی نسبت به رویکرد پیشین دارد و نیازمند کدنویسی نبوده و به راحتی در یک نرم افزار المان محدود پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازی نشان داد که ضخامت دیواره های بطنی افزایش یافته و حجم محفظه های بطنی کاهش می یابند. نتایج مذکور منطبق بر مشاهدات بالینی از بیماری بوده و نشان می دهد که مدل سازی محاسباتی می تواند به عنوان ابزاری قدرتمند برای افزایش شناخت متخصصان از بیماری هایی که نرخ مرگ و میر بالایی دارند، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلید واژگان: رشد, بیماری های قلبی, مدل سازی محاسباتی, روش المال محدود}
    Pezhman Namashiri, Akbar Allahverdizadeh *, Behnam Dadashzadeh
    Heart failure is one of the cardiovascular diseases that causes changes in the structure of the heart and reduces the output of the heart. This disease can be divided into two categories: diastolic and systolic heart failure. In diastolic heart failure, the thickness of the ventricular walls increased and is associated with concentric hypertrophy. In this study, concentric hypertrophy is considered to be caused by pressure overload, as a result of which, the number of sarcomeres increases in parallel, and as a result, causes a relative increase in the transverse area of the cardiomyocytes. Continuum equations of concentric hypertrophy by using an idealized biventricular geometry have been implemented in COMSOL Multiphysics software, the approach presented for implementing the equations is completely new and has fundamental advantages over the implementation of the previous approach, and does not require coding and can be easily implemented in a finite element software. The results of the simulation showed that the thickness of the ventricular walls increases and the volume of the ventricular chambers decreases. The mentioned results are consistent with the clinical observations of the disease and shows that computational modeling can be used as a powerful tool to increase specialist’s knowledge of diseases that have a high mortality rate.
    Keywords: growth, Heart Diseases, Computational modeling, Finite Element Method}
  • پژمان نمه شیری، اکبر الله وردی زاده*، بهنام داداش زاده

    بیماری های قلبی عروقی از مهم ترین علل مرگ در جهان هستند و درمان آن ها از نظر پزشکی و مالی دارای اهمیت بسیاری است. یکی از روش های موثری که می تواند در درمان بیماری های قلبی عروقی بسیار مفید باشد، مدل سازی محاسباتی است که به کمک آن متخصصین پزشکی می توانند شناخت بهتری از قلب انسان داشته و رویکردهای درمانی تاثیرگذارتری ارایه دهند. مشخصه های مکانیکی ماهیچه قلب انسان که به عنوان یک بافت غیرخطی و ناهمسانگرد شناخته می شود، از مهم ترین قسمت های قلب است زیرا نقش اساسی را در پاسخ قلب به بارگذاری ها و باربرداری ها در خلال سیکل قلبی، بازی می کند. در این پژوهش، خاصیت هایپرالاستیک ارتوتروپیک و ویسکوالاستیک همسانگرد قلب انسان با لحاظ کردن اثر تنش فعال در ماهیچه قلبی و با بکارگیری هندسه بطن چپ ایده آل، مدل سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که خاصیت ویسکوالاستیک باعث میرا شدن تغییر شکل ماهیچه قلب می شود و مقدار پیچش تجربه شده توسط بافت را کاهش می دهد. همچنین، بافت ماهیچه قلب در شبیه سازی ویسکوالاستیک پدیده هیسترزیس را از خود نشان داد که این پدیده در مشاهدات بالینی از مکانیک قلب دیده شده است. مدل به طور کامل در نرم افزار المان محدود کامسول مولتی فیزیک پیاده سازی شده است و قابلیت این را دارد تا در پژوهش های آینده برای بکارگیری در مدل های الکترومکانیکی قلب مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: مدل سازی محاسباتی, هایپرالاستیک, ویسکوالاستیک, مکانیک میوکاردیوم, روش المال محدود}
    Pezhman Namashiri, Akbar Allahverdizadeh*, Behnam Dadashzadeh

    Heart diseases are one of the most important causes of death in the world, and their treatment is very important from a medical and financial perspective. One of the effective ways that can be very useful in the treatment of cardiovascular diseases is computational modeling which can help medical professionals to better understand the human heart and provide more effective therapeutic approaches. The mechanical characteristics of the myocardium of human heart, known as a nonlinear and anisotropic tissue, are the most important part of the heart because it plays a key role in myocardial response to loading and unloading during heart cycle. In this study, the orthotropic hyperelastic and isotropic viscoelastic properties of the human heart were modeled by taking into account the effect of active stress on myocardium and using an idealized left ventricular geometry. Simulation results showed that the viscoelastic property cause the myocardium deformation to be damped and reduces the amount of torsion that experienced by the tissue. Also, myocardium tissue in viscoelastic case showed the hysteresis phenomenon which is found in clinical observations of heart mechanics. The Model is entirely implemented in COMSOL Multiphysics finite element software and can be used in heart electromechanical models in future studies.

    Keywords: Computational Modeling, Hyperelastic, Viscoelastic, Myocardial Mechanics, Finite Element Method}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال