فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال نهم شماره 3 (پاییز 1398)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال نهم شماره 3 (پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/07/01
  • تعداد عناوین: 20
|
  • علی مهرکیش*، علی اکبر اکبری صفحات 1-12
    دسته موتور یکی از اتصالات مهم در جداسازی ارتعاشات در وسایل نقلیه به شمار می رود که سبب می شود اثرات دو منبع مهم ارتعاشات یعنی جاده و موتور با مشخصه های دامنه و فرکانس کاملا متفاوت، به حداقل میزان خود برسد. بسیاری از سازندگان وسایل نقلیه به دلیل تمایل به وسایل حمل و نقل سبک با نویز و ارتعاشات کم، رو به دسته موتور های نوین با روش های کنترل انطباقی ارتعاشات آورده اند. دسته موتورهای الکترو مغناطیسی از جمله این دسته موتورهای فعال هستند که در سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. تشخیص عیب در دسته موتورهای فعال با توجه به قیمت تمام شده آن ها نسبت به انواع غیر فعال بسیار با اهمیت است. با توجه به آن که آنالیز ارتعاشات، از مهم ترین تکنیک های پایش وضعیت و عیب یابی تجهیزات به شمار می رود در این پژوهش با بکارگیری صحیح و اصولی از پاسخ های دینامیکی و نمودار های پاسخ فرکانسی به ویژه نمودارهای بوده، نتایج قابل توجهی در شناسایی خرابی در سیستم دسته موتورهای فعال الکترومغناطیسی، افزایش عمر مفید آن ها و کاهش هزینه های تعمیراتی بوجود خواهد آمد. استفاده از این روش از آنجا که نیازی به شناسایی کامل سیستم وجود ندارد بسیار حائز اهمیت است. برای این منظور، در این پژوهش پس از معرفی ساختار دسته موتور فعال الکترومغناطیسی با قابلیت خنک کاری و مدل سازی دینامیکی سیستم مورد بررسی، به معرفی عیوب مختلف به ویژه عیوب ناشی از فعل و انفعالات حرارتی و خوردگی پرداخته می شود و در نهایت برای نخستین بار به استخراج جداول تفکیکی و ترکیبی عیوب اقدام خواهد شد. بر این اساس شش عیب تفکیکی و سه عیب ترکیبی شناسایی می شوند.
    کلیدواژگان: دسته موتور فعال الکترومغناطیسی، عیب یابی، آنالیز ارتعاشات
  • حسین احمدی نژاد جوشانی، بهمن وحیدی*، محمد حسین صبور صفحات 13-24
    آسیب تروماتیک مغز، بیان آسیب مغزی درنتیجه ترومای ناگهانی است. درک مکانیسم و اثرات چنین خساراتی به مغز جهت درمان صدمات بسیار مهم است. در این تحقیق، یک چارچوب محاسباتی برای به دست آوردن پاسخ سلول عصبی ارائه شده است. سلول عصبی متشکل از سه قسمت هسته، سیتوپلاسم، غشا و همچنین شبکه میکروتوبول‎ها با جهت گیری متفاوت شامل مربعی، ستاره ای و جهت گیری تصادفی در نظر گرفته شده است. در مدل سازی موج انفجار از بارگذاری فشار ناشی از لیزر و از روش المان محدود با اندرکنش سیال و سازه استفاده شده است. قسمت های سلول از مدل های مواد ویسکو الاستیک و الاستیک پیروی می کنند. نتایج به دست آمده در مقایسه با مطالعات آزمایشگاهی انجام شده، نشان دهنده ی سطوح مختلفی از آسیب سلولی است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که حضور شبکه میکروتوبول، فارغ از نوع آرایش شبکه، میزان جابجایی کلی سلول و تنش وون میزز در اجزای دیگر سلول را کاهش می دهند. همچنین شبکه میکروتوبول در برابر تنش‎های فشاری خارجی اعمالی به سلول، نقش موثری در مقاومت کلی سلول ایفا می کنند. تنش وون میزز در غشا، در حضور شبکه میکروتوبول ها کاهش 50 درصدی از 30 پاسکال به 15 پاسکال دارد.
    کلیدواژگان: سلول عصبی، بار انفجاری، المان محدود، مکانیک سلول، آسیب تروماتیک مغز
  • اویس غلامی، حامی تورجی زاده* صفحات 25-38
    در این پژوهش، سینماتیک و دینامیک یک ربات موازی از نوع 3PRS مورد بررسی قرار گرفت. و به روش گشتاور معین (CTM) برای آن کنترلر طراحی گردید. همچنین برای دفع اغتشاشات، از یک کنترلر PD استفاده شد. این ربات، نوعی مکانیزم موازی فضایی با شش درجه آزادی است؛ که به وسیله ی سه مفصل لغزنده فعال و سه مفصل دورانی غیرفعال کنترل می شود؛ و در گروه مکانیزم های مقید طبقه بندی شده است. تحلیل سینماتیک ربات با استفاده از ماتریس های انتقال همگن و ماتریس ژاکوبین مربوطه انجام شد. در نتیجه، روابط موقعیت و سرعت بین فضای کاری و فضای مفاصل ربات، در هردو مسیر مستقیم و معکوس استخراج شد؛ و مسیرهای متفاوت رسیدن به نقطه مقصد در پلتفرم تعیین گردید. معادلات دینامیکی حاکم بر مساله، به روش لاگرانژ، در فضای مفاصل و با در نظر گرفتن ضرایب لاگرانژ استخراج گردید. و در نهایت، به حذف این ضرایب با استفاده از ماتریس پوچی پرداخته شد. در نتیجه، حل سینتیک مستقیم و معکوس مکانیزم به دست آمد. نهایتا، کنترل ربات با کمک معادلات دینامیکی سیستم و استفاده از روش گشتاور معین انجام شد. تمام مدل سازی ها با کمک شبیه سازی در نرم افزار MATLAB و مقایسه مسیرهای حل در سناریوهای مستقیم و معکوس صحه سنجی شد. برای این کار از محیط SimMechnics استفاده گردید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که، با استفاده از مدل ریاضی و کنترلر یاد شده، به سادگی می توان هر مسیر دلخواهی را در فضای کاری طی کرد.
    کلیدواژگان: ربات موازی 3PRS، سینماتیک، سینتیک، روش لاگرانژ، کنترل
  • صدیقه حسین زاده صالحکوه، توحید میرزابابای مستوفی، هاشم بابایی* صفحات 39-49
    در سال های اخیر، فرآیند جوشکاری نقطه ای به دلیل قابلیت ایجاد اتصالی باکیفیت بین صفحات فلزی، به خصوص صفحات با خواص مکانیکی بسیار متفاوت، موردتوجه قرارگرفته است. در این روش، هنگامی که دو صفحه فلزی تحت فشار اعمالی بالا به یکدیگر جوش می خورند، در سطح صفحات اتصال اتمی ایجاد می شود. در پژوهش حاضر، از سامانه تفنگ گازی تک مرحله ای برای انجام آزمایش های جوشکاری نقطه ای ضربه ای استفاده شده است. در این مطالعه، ورق فولادی با ضخامت 4 میلی متر به عنوان ورق پایه و ورق هایی از جنس مس، برنج و آلومینیوم به عنوان لایه ی جلویی تحت برخورد مستقیم پرتابه های فلزی با شکل دماغه ی مسطح و مخروطی با سرعتی در محدوده ی 100 تا 150 متر بر ثانیه قرار گرفته اند. به منظور بررسی اثر عوامل مختلف در این فرآیند از ترکیب بندی های مختلف دولایه فلزی با فواصل بین لایه ای 1/0، 2/0 و 5/0میلی متر استفاده شده است. فصل مشترک جوش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در ناحیه ی برخورد خصوصا در نواحی مرکزی اتصال کاملی رخ داده است.
    کلیدواژگان: اتصال حالت جامد، تفنگ گازی، جوش ضربه ای نقطه ای، میکروسکوپ الکترونی
  • نرگس طهماسبی، حجت احسنی طهرانی*، یدالله اردوخانی صفحات 51-63
    این مقاله مساله طراحی سیستمهای کسری تاخیری با مقادیر ویژه حلقه بسته در یک ناحیه مشخص از پایداری را مورد توجه قرار داده است. ایده اصلی، تبدیل سیستم های کسری با تاخیر زمانی به سیستم کسری بدون تاخیر معادل است. در ابتدا یک ماتریس پسخورد حالت محاسبه می کنیم که تمام مقادیر ویژه را به صفر می رساند و سپس با استفاده از روشی بر پایه تبدیلات تشابهی و اختصاص دادن مقادیر ویژه به سیستم های بدون تاخیر ماتریس پسخورد حالت را در یک بخش از صفحه مختلط محاسبه می کنیم. این روش با به کار بردن خواص فرم بردارهای همدم بدست می آید. الگوریتم پیشنهاد شده برای قرار دادن مقادیر ویژه حلقه بسته در یک بخش مشخص از صفحه می تواند مورد استفاده قرار گیرد و برای سیستم های مرتبه کسری خطی بزرگ مقیاس نیز استفاده گردد. همچنین، ملاحظات را می توان براحتی برای سیستم های دو بعدی و تکین مرتبه کسری توسیع داد. همچنین کارآمد بودن روش پیشنهادی از طریق شبیه سازی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: مرتبه کسری، پایداری، تاخیر زمانی، ماتریس پسخورد حالت، ناحیه مشخص
  • توحید میرزابابای مستوفی*، مصطفی سیاح بادخور، عرفان قاسمی صفحات 65-80
    هدف از این مقاله بررسی تجربی و مدل سازی عددی تغییرشکل پلاستیک ساختارهای دولایه فلز-پلیمر تحت بار انفجار مخلوط گازی است. بدین منظور، در بخش تجربی از سامانه شکل دهی انفجار گاز جهت انجام 40 آزمایش با شرایط آزمایشگاهی مختلف استفاده شده است. نتایج تجربی شامل تاثیر میزان ایمپالس، ضخامت ورق فلزی و روکش پلی اوره و چگالی سطحی بر بیشترین خیز دائمی ساختار دولایه است. در بخش مدل سازی، طراحی بهینه چند هدفی داده های آموزش و ارزیابی قابلیت پیش بینی مدل به دست آمده با استفاده از سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS) و الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در ادامه روند بهینه سازی چند هدفی از دید دو تابع هدف، مجموعه ای از نقاط غیر برتر بهینه به نام منحنی پارتو تشکیل شد که به عنوان نقاط طراحی محسوب شدند. کاربرد الگوریتم ژنتیک به منظور طراحی بهینه پارامترهای توابع عضویت گوسی در بخش ورودی و روش کمترین مربعات برای محاسبه بردار ضرایب خطی بخش نتایج ساختار فازی-عصبی است. سنجش میزان دقت مدل پیشنهادشده با مقایسه مجموعه داده های آزمایشگاهی و دادهای مدل شده با استفاده از آماره های ضریب تبیین (R2) و میانگین مجذور مربعات خطای داده های آموزشی و پیش بینی، مورد ارزیابی قرارگرفته است.
    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک، شکل دهی سرعت بالا، ورق دولایه، سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی، الگوریتم ژنتیک
  • مهدی وحدتی*، محمود مرادی صفحات 81-94
    برای بهبود خواص آلومینیم و آلیاژهای آن، راهکارهای متنوعی همچون: کاهش اندازه دانه، افزودن عناصر آلیاژی و کامپوزیت سازی، مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، استفاده از فرآیندهای حالت جامد همچون فرآوری اصطکاکی اغتشاشی به منظور ایجاد کامپوزیت سطحی در دمای زیر نقطه ذوب، بسیار مناسب است. از این رو، با توجه به قابلیت فرآوری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یک فرآیند حرارتی - مکانیکی و مزایای آن در تولید کامپوزیت سطحی زمینه فلزی، در پژوهش پیش رو، کامپوزیت های سطحی آلومینیم 7075 با به کارگیری ذرات تقویت کننده از جنس اکسید آلومینیم، با استفاده از این فرآیند و منطبق بر اصول طراحی آزمایش، تولید شدند . بدین منظور، روش رویه پاسخ به عنوان روش طراحی آزمایش، انتخاب گردید و متغیرهای: سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی ابزار، قطر شانه ابزار و اندازه ذرات تقویت کننده به عنوان متغیرهای ورودی فرآیند، تعیین شدند. در ادامه، تحلیل آماری پارامترهای موثر بر خواص مکانیکی کامپوزیت سطحی Al7075/Al2O3 به انجام رسید. نتایج حاصل از آنالیز واریانس و تحلیل رگرسیون داده های حاصل از آزمون های تجربی، صحت و دقت معادلات رگرسیون را مورد تایید قرار داد و نشان داد که عبارات خطی، تعاملی و سهموی از متغیرهای ورودی فرآیند، بر استحکام تسلیم و سختی نمونه های کامپوزیتی موثر هستند. همچنین، نرخ پیشروی ابزار و اندازه ذرات تقویت کننده به ترتیب به عنوان موثرترین عوامل خطی بر استحکام تسلیم و سختی قطعات کامپوزیتی معرفی شدند.
    کلیدواژگان: تحلیل آماری، روش رویه پاسخ، خواص مکانیکی، کامپوزیت سطحی، فرآوری اصطکاکی اغتشاشی
  • علی کیفری خیبری، محمدباقر نظری، محمد جعفری* صفحات 95-108
    در این مقاله، یک حل تحلیلی برای توزیع دمای نامتقارن در یک استوانه ی توپر کامپوزیتی تک لایه با در نظر گرفتن تئوری کاتانو ارائه شده است. توزیع دمای ناشی از تحریک اولیه نامتقارن در استوانه با حل معادله ی هدایت گرمایی هذلولوی حاکم با روش جداسازی متغیرها استخراج شده است. از طرف دیگر، معادله ی هدایت گرمایی حاکم، با روش تفاضل محدود نیز حل شده است؛ تا نتایج حل تحلیلی با استفاده از آن اعتبار سنجی شود. تاثیر حرکت موج گرما از سطح بیرونی به سمت مرکز استوانه و هم زمان حرکت موج دیگری از مرکز استوانه به سمت لایه بیرونی و تداخل آن ها با یکدیگر، روی توزیع دما بررسی شده است. همچنین، تاثیر زاویه ی الیاف روی توزیع دما در جهت های شعاعی و محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه به بررسی توزیع دما برحسب زمان پرداخته شده است که مشاهده می شود توزیع دما در یک نقطه برحسب زمان دارای رفتار نوسانی است. به دلیل نوسانی بودن شرط اولیه، قبل از رسیدن توزیع دما به حالت پایا، این امکان وجود دارد که توزیع دما به توزیع دمای فوریه همگرا نشود. همچنین توزیع دما در زمان های مختلف در راستای شعاعی و محیطی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی، استوانه ارتوتروپیک، هدایت گرمایی غیرفوریه ای، تفاضل محدود
  • رحمان اردکانیان، دکتر علیرضا اکبرزاده توتونچی* صفحات 109-123
    این مقاله یک رویه جامع برای طراحی عملگرهای الاستیک سری را جهت استفاده در مفاصل فعال ربات های اگزواسکلتون یاری گر ارائه می کند. در این رویه، پارامتر سفتی فنر بر اساس دو معیار اساسی انتخاب می شود تا کلیه نیازهای حرکتی انسان را برآورده کند. اولین معیار، فراهم کردن پاسخ فرکانسی مطلوب برای عملگر متناسب با نیازهای حرکتی انسان می باشد. دومین معیار نیز، عدم آسیب رسیدن به اجزاء عملگر در حین ضربه و برخورد می باشد. پس از تعیین مقدار مطلوب سفتی فنر، ساختمان فنر به گونه ای انتخاب شده است که ضمن اشغال کمترین فضا، از استحکام مکانیکی کافی برخوردار بوده و سفتی موردنظر را در عمل ایجاد کند. فنر طراحی شده، به همراه موتور و گیربکس در یک ماژول تعبیه شده است تا در مفاصل فعال ربات های اگزواسکلتون استفاده شود. طراحی ماژول به گونه ای صورت گرفته است که برداشتن فنر به راحتی امکان پذیر بوده و امکان استفاده از مجموعه موتور و گیربکس به صورت یک عملگر صلب نیز به سادگی مهیا باشد. ملاحظات صورت گرفته در بهینه سازی فنر و طراحی ماژول، یک عملگر الاستیک سری بسیار فشرده را ایجاد کرده است که قابلیت استفاده در انواع حرکت انسان مانند بالا و پایین رفتن از پله، نشست وبرخاست و راه رفتن را داراست.
    کلیدواژگان: عملگر الاستیک سری، ربات اسکلت خارجی، فنر پیچشی فشرده، بهینه سازی، تاگوچی
  • سجاد سام پور، حسین معین خواه*، حسین رحمانی صفحات 125-138
    در پژوهش حاضر، پاسخ گذرای میکروتیر ویسکوالاستیک به تحریک الکتریکی محاسبه شده است. در مدلسازی، از تئوری الاستیسیته ریز قطبی با در نظر گرفتن اثرات اندازه در ریز ساختار، بهره گرفته شده است. با استفاده از تئوری تیر اویلر-برنولی و اصل همیلتون و با در نظر گرفتن معادلات ساختاری ویسکوالاستیک (به فرم انتگرالی)، نیروی کشش صفحه میانی، تنش باقی مانده محوری و نیروی الکترواستاتیکی، معادله حرکت و شرایط مرزی میکروتیر ویسکوالاستیک دو سر گیردار به دست آمده است. با کمک روش گالرکین، معادله حرکت دیفرانسیلی - انتگرالی غیرخطی پاره ای به معادله دیفرانسیلی - انتگرالی غیرخطی معمولی از جنس معادله ولترا تبدیل شده است. با به کارگیری روش رانگ - کوتای مرتبه چهارم، پاسخ معادله حرکت میکروتیر ویسکوالاستیک که در واقع خیز میکروتیر ویسکوالاستیک است، حاصل شده است. در بخش نتایج، تاثیر طول فاصله اولیه و پارامتر بعد طول ماده بر رفتارمیکروتیر ویسکوالاستیک نسبت به زمان بررسی گردیده است. به منظور اعتبارسنجی، مساله میکروتیر ویسکوالاستیک در نرم افزار المان محدود کامسول شبیه سازی شده و مقایسه ای بین نتایج المان محدود و عددی صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: میکروتیر ویسکوالاستیک، معادله انتگرالی، تئوری کوپل تنش، شبیه سازی المان محدود
  • محمد الرکابی، جلیل رضایی پژند*، حمید معین فرد صفحات 139-153
    هدف از این مقاله، بررسی کاربرد میراگرهای الاستومری هوشمند مغناطیسی (MRE) یا الکتریکی (ERE) در کاهش میزان ارتعاشات و گسترش ناحیه پایداری سیستم های دوار است. در این راستا، از روش المان محدود بر پایه ی تئوری تیر رایلی برای مدل کردن محور با میراگرهای ERE/MRE استفاده شده است. در مدل سازی اجزا محدود، اینرسی دورانی، اثرات ژیروسکوپی و میرایی داخلی محور، لحاظ گردیده است. در شبیه سازی، ضرایب سفتی و میرایی الاستومرهای ERE/MRE، تابعی از میدان مغناطیسی/الکتریکی لحاظ شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که استفاده از الاستومرهای ERE/MRE باعث کم شدن سرعت بحرانی و کاهش دامنه ارتعاشات می شود و سرعت حدی پایداری سیستم بهبود می یابد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که استفاده از الاستومرهای MR در مقایسه با الاستومرهای ER، تاثیر بیشتری در میراسازی ارتعاشات و گسترش ناحیه ی پایداری سیستم دارند. در نهایت، به منظور گسترش ناحیه پایداری سیستم دوار به سرعت های دورانی بالاتر، از یک استراتژی کنترلی روشن-خاموش ساده استفاده شده است. طرح جدید می تواند برای بهینه سازی سطح ارتعاش و گسترش ناحیه پایداری سیستم های دوار کارآیی موثری داشته باشد.
    کلیدواژگان: دینامیک روتورها، میراگر الاستومری الکتریکی، میراگر الاستومری مغناطیسی، استراتژی کنترلی روشن-خاموش
  • رضا ازوجی، محمدرضا طلایی* صفحات 155-176
    افزایش سرعت و کاهش وزن وسایل نقلیه ریلی، در سال های اخیر، نگرانی ها پیرامون خطر ناپایداری و واژگونی این وسایل نقلیه را افزایش داده است. یکی از عوامل موثر در واژگونی و خروج از خط، وزش باد های عرضی است که وقتی با سرعت بالای قطار های تندرو همراه می شود، خطر خروج از خط و واژگونی را بیشتر می کند. در این پژوهش، با در نظر گرفتن سه متغیر سرعت قطار، سرعت باد و زاویه وزش باد، شبیه سازی عددی جریان هوای اطراف مدل قطار ICE2 تحت اثر باد عرضی، به کمک روش های دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده و ضرایب آیرودینامیکی تعیین شده است. به کمک نتایج این شبیه سازی ها و مدل سازی تعادل قطار، شرط واژگونی قطار تحت بار عرضی در مسیر مستقیم بر اساس استاندارد En14067 مشخص شده و محدوده بحرانی حرکت قطار تعیین شده است. سپس با در نظر گرفتن 5 پارامتر هندسی دماغه و اعمال روی هندسه پایه(مدل قطار ICE2)، 8 هندسه جدید تولید شده است. با مقایسه نتایج ضرایب آیرودینامیکی شکل دماغه، اثر اعمال تغییر در پارامترهای هندسی در واژگونی قطار مورد بحث قرار گرفته است. بررسی ها نشان می دهد که از میان پارامتر های هندسی در نظر گرفته شده، کاهش ضخامت دماغه و افزایش طول دماغه یا کاهش زاویه نوک دماغه، که در نمونه های جدید دماغه قطار برندهای معروف دنیا دیده می شود، تاثیر مطلوب بیشتری در جلوگیری از واژگونی قطار دارند.
    کلیدواژگان: آیرودینامیک قطار، باد عرضی، پایداری حرکت، واژگونی قطار
  • سید علی سید جعفری*، سید مهدی میرساجدی، علیرضا کریمشاهیان بیدگلی صفحات 177-189
    شیپوره های آیرواسپایک یکی از انواع شیپوره های همگرا -واگرا بوده که در مقایسه به شیپوره های همگرا -واگرای مرسوم دارای مزایا و معایبی است. این نوع از شیپوره ها دارای بازدهی بیشتر در مقایسه با شیپوره های مرسوم استفاده شده در سامانه های پیشرانش فضایی است. همچنین قابلیت استفاده به عنوان پیشرانش برداری از دیگر مزایای این نوع شپیوره ها است. از معایب این نوع شیپوره ها می توان به وزن بیشتر و نیاز به خنککاری اشاره کرد. در پژوهش حاضر با هدف بررسی کاهش وزن از طریق بریدن طول شیپوره و نیز بررسی توزیع دما روی آن یک شیپوره آیرواسپایک تقارن محوری مورد بررسی قرارگرفت. این شیپوره با استفاده از ایجاد یک شبکه سازمان یافته و با استفاده از روش k-ε مورد بررسی قرارگرفت. تحلیل صورت گرفته با توجه به تاثیر تغییر فشار روی جریان با اعمال تغییر نسبت فشار از 2 تا 50 در دوطرف شیپوره انجام شد. در نهایت برای مطالعه اثر کاهش طول توپی در چهار حالت برش خورده مختلف مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه سازی این بخش از نسبت فشار 10 استفاده شد. نتایج بیانگر تغییرات جریان در اثر کاهش طول توپی بوده به صورتی که در صورت برش بیش از 40 درصد توپی، جریان دچار تغییرات کلی می گردد. از سوی دیگر افزایش فشار تا حدود 10 بار باعث کاهش دما تا حدود 740 کلوین در بخش وسیع تری از ایرواسپایک می شود. این در حالیست که افزایش بیشتر فشار بر روی کاهش دما اثر چندانی ندارد.
    کلیدواژگان: شیپوره آیرواسپایک، دبی جرمی، نیروی پیشران، شیپوره پلاگ، اندرکنش شوک
  • علی اسماعیلی، محمد پسندیده فرد* صفحات 191-203

    در این پژوهش به شبیه سازی عددی سه بعدی پدیده پرش هیدرولیکی چندضلعی با استفاده از روش عددی حجم سیال پرداخته شده است. در هنگام برخورد یک جت سیال با سطح مشاهده می شود که یک پرش هیدرولیکی شعاعی در اطراف محل برخورد رخ می دهد. در سیالات با لزجت پایین(مثل آب) شکل این پرش به صورت دایروی است و در سیالات با لزجت بالا(مثل اتیلن گلیکول) یک ساختار چندضلعی در هنگام پرش هیدرولیکی رخ می دهد که این ساختار ناشی از وجود امواج مکانیکی در اطراف ناحیه برخورد سیال با سطح می باشد. نتایج شبیه سازی عددی با نتایج تجربی محققان پیشین مقایسه شده است که تطابق خوبی از نظر کیفی(شکل و ساختار پرش هیدرولیکی ایجاد شده) و کمی(شعاع پرش هیدرولیکی) در آن دیده می شود. در نهایت بر اساس شبیه سازی عددی مشاهده گردید که ابتدا پرش هیدرولیکی به صورت دایروی گسترش یافته و پس از برخورد موج حاصل از پرش با موانع پایین دست جریان، به مرور شکل چندضلعی در پرش ایجاد شده و به حالت پایدار می رسد. همچنین خطوط جریان در این پدیده نشان می دهد که وجود جریان های با سرعت بالا در نقاطی از حوزه حل موجب تشکیل گوشه هایی در پرش هیدرولیکی شده و پرش چندضلعی ایجاد می گردد.

    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی چند ضلعی، روش حجم سیال، روش عددی، سه بعدی
  • مسعود حکمی فرد، محمود رستمی ورنوسفادرانی* صفحات 205-216
    گشتاور مانک یک گشتاور ناپایدارکننده در ترکیب حرکات سرج و سووی شناور است. دراین مقاله گشتاورمانک برای بدنه یک زیردریایی هوشمند با استفاده ازدینامیک سیالات محاسباتی وروش حجم محدود محاسبه شده است. بعلاوه ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه برای محاسبه گشتاور مانک با استفاده از رابطه تحلیلی در جریان پتانسیل محاسبه گردیده است. ضرایب دمپینگ نیز در شبیه سازی عددی محاسبه گردیده اند. شبیه سازی جریان حقیقی اطراف شناور در حرکات سرج و سووی خالص به صورت عددی و در حالت غیردائم انجام شده است. بعلاوه اثرات آشفتگی با مدل k-ω sst در مدلسازی عددی لحاظ گردیده است. برای استخراج نیرو و گشتاور، از مکانیزم حرکت صفحه ای PMM در وضعیت سووی خالص استفاده شده است. در شبکه بندی دامنه محاسباتی مساله برای ایجاد حرکت شناور از تکنیک شبکه همپوشان(overset) استفاده شده است. همچنین برای بررسی دقت شبیه سازی، استقلال از شبکه صورت گرفته است. پس از استخراج نیرو و گشتاور، معادلات چند جمله ای مرتبه ششم آنها بر حسب سرعت و شتاب حرکت سووی درونیابی گردیده است. با استفاده از معادلات بدست آمده و تعریف هر ضریب، مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه و دمپینگ مرتبه دوم به منظور معتبرسازی استخراج گردیدند. نتایج بدست آمده برای ضرایب هیدرودینامیکی تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی داشتند. در نهایت، مقایسه ای بین گشتاور بدست آمده در شبیه سازی عددی و فرمول تحلیلی گشتاور مانک مقادیر انجام گردیده است. بعلاوه مقدار N_v (مشتق گشتاورحول محور z نسبت به شتاب حرکت عرضی) با استفاده از تئوری پتانسیل محاسبه و با مقدار عددی و آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: گشتاور مانگ، ضریب جرم اضافه، مکانیزم حرکت صفحه ای، سووی خالص، جریان حقیقی
  • سجاد پاشازاده، آزاده جعفری* صفحات 217-230
    این روزها یکی از بزرگ ترین چالش ها برای افرادی که در زمینه رئولوژی کار می کنند ارتقاء بازده و پایدار کردن روش های عددی به منظور دست یافتن به عدد وایزنبرگ (Wi) دلخواه و مورد نظر می باشند که با روش های عادی و بدون استفاده از هیچ پایدار کننده و فیلترینگ، نمی توان به عدد وایزنبرگ آزمایشگاهی به دلیل خطاهای عددی رسید. به دلیل وجود ترم های غیر خطی در سیالات ویسکوالاستیک و داشتن حافظه شبیه سازی آن سخت می باشد. در این تحقیق ایده اولیه از روش تبدیل لگاریتمی گرفته شده که در ابتدا توسط فتال وکوپفرمن مطرح گردیده است. در متد ما تبدیل با فرمولاسیون تانژانت هایپربولیک صورت گرفته که ضمن حفظ خاصیت مثبت متقارن و معین تانسور سازگاری همچنین با محدود کردن مقادیر ویژه تانسور سازگاری از میل کردن به بینهایت و از ایجاد نقاط تکین جلوگیری و موجب پایداری مدل می شود . برای اعتبار سنجی صحه گزاری کار خود را روی کانال دو بعدی با مدل ویسکوالاستیک FENE-Pو با روش های المان طیفی که براساس توابع چند جمله ای با درجه بالا می باشد انجام داده ایم. تحت انجام این شبیه سازی، ماکزیمم عدد وایزنبرگ قابل دسترس، رشد 100درصدی نسبت به روش کلاسیک FENE-P را داشته است.
    کلیدواژگان: ناپایداری عددی، سیال FENE-P، روش عددی المان طیفی، مسائل اعداد وایزنبرگ بالا
  • عباس سلطانی*، شهرام آزادی صفحات 231-247
    در این مقاله، یک سیستم کنترل یکپارچه دینامیک طولی، عرضی و چرخشی خودرو با استفاده از سیستم های ترمز فعال و فرمان جلو فعال ارائه می شود. سیستم ترمز فعال طراحی شده بر اساس کنترل مود لغزشی، دارای دو حالت کاری ترمز ضدقفل و کنترل پایداری الکترونیکی می باشد و از یک کنترل کننده فازی در سیستم فرمان جلو فعال استفاده شده است. همچنین، جهت تخمین متغیرهای دینامیکی خودرو، یک تخمین گر غیرخطی با استفاده از فیلتر کالمن آنسنتد به کار گرفته می شود. با توجه به مقادیر تخمین زده شده و مدل تایر داگوف، ضریب اصطکاک جاده محاسبه می شود. از آنجا که عملکرد سیستم ترمز ضدقفل در جهت کاهش مسافت توقف به مقدار نسبت لغزش بهینه چرخ وابسته است، یک سیستم فازی عصبی تطبیقی برای بدست آوردن این مقدار بهینه طراحی شده است. ضریب اصطکاک جاده، سرعت طولی و بار عمودی هر یک از چرخ ها، ورودی های سیستم فازی عصبی تطبیقی می باشند. در قسمت شبیه سازی ابتدا عمل ترمزگیری شدید روی جاده مستقیم با ضریب اصطکاک متغیر طی رانندگی مورد بررسی قرار می گیرد که نتایج آن، حاکی از عملکرد دقیق تخمین گر ضریب اصطکاک و نسبت لغزش بهینه چرخ دارد و باعث کاهش زیادی در فاصله و زمان توقف در مقایسه با خودرو بدون تخمین گر شده است. سپس، شبیه سازی جاده با ضریب اصطکاک متفاوت برای چرخ های طرفین خودرو انجام شده که نشان می دهد، کنترل یکپارچه سیستم های ترمز ضدقفل، کنترل پایداری الکترونیکی و فرمان جلو فعال به همراه تخمین گرهای مذکور، می تواند علاوه بر بهبود پایداری جانبی و چرخشی، سبب کاهش فاصله توقف نیز شود.
    کلیدواژگان: کنترل یکپارچه دینامیک خودرو، ترمز فعال، فرمان جلو فعال، سیستم فازی عصبی تطبیقی، تخمین نسبت لغزش بهینه چرخ
  • علی شیخ محمدی، ایرج میرزایی، نادر پورمحمود، نیما احمدی شیخ سرمست* صفحات 249-263
    در این کار کانال های گاز و پیکربندی لایه های انتشار گاز و تاثیر آنها روی عملکرد غشاء الکترولیتی پلیمر سلول سوختی تمرکز شده است. در ابتدا اثر برجسته کردن لایه نفوذ گاز مورد مطالعه قرار می گیرد. به این منظور ، شعاع بر جسته به تدریج افزایش می یابد. عملکرد مطولب در شعاع 0/45mm = R به دست آمده است. علاوه بر این سرعت ورودی جریان گاز بررسی شده است. نتایج نشان داده زمانی که سرعت ورودی جریان گاز تقریبا روی 2/0 تنظیم می شود، نوع انتشار بهینه می باشد. همچنین ارتفاع کانال ها برای پیدا کردن ارتفاع کانال مطلوب مورد بررسی قرار گرفته است. مشخص شده است که، عملکرد بالاتر وقتی به دست می آید که ارتفاع کانال حدود h= 1mm و R=0/45mm باشد. نتایج نشان می دهد که با ایجاد برجستگی در لایه نفوذ گاز، چگالی جریان خروجی افزایش می یابد. برای تایید اعتبار نتایج عددی، مجموعه ای از آزمایش های تجربی انجام می شودکه مطابقت مطلوب بین آنها صورت می گیرد. کلمات کلیدی : لایه نفوذ گاز ، پیل سوختی پلیمری، شبیه سازی عددی، پیکربندی هندسی.
    کلیدواژگان: لایه نفوذ گاز، پیل سوختی پلیمری، شبیه سازی عددی، پیکربندی هندسی
  • مجتبی دهقان منشادی*، محمدرضا هاشمی تنگستانی، مهدی ایل بیگی صفحات 265-275
    در این پژوهش رفتار جریان روی بال الماسی به وسیله دود و لیزر مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور آشکارسازی جریان در زوایای حمله 5 تا 45 درجه و در سرعت 5/2 متربرثانیه انجام شده است. یکی از بال ها به عنوان بال مبنا و بال دیگری مجهز به زائده آیرودینامیکی به نام لکس بوده است. افزایش زاویه حمله سبب بزرگ تر شدن و قوی تر شدن گردابه شده و هم چنین مرکز گردابه با افزایش زاویه حمله از سطح زیرین، فاصله گرفته است. افزایش زاویه حمله هم چنین سبب تغییر موقعیت فروپاشی گردابه و انتقال آن به سمت بالادست جریان شده است. استفاده از لکس سبب تولید جریان گردابه ای قوی می شود که این گردابه با گردابه ی لبه حمله بال ترکیب شده و جریان گردابه ای قوی تری تولید می کند که باعث افزایش انرژی در لایه مرزی شده و از جدایش آن جلوگیری می کند و در نتیجه مکان فروپاشی گردابه ها به سمت پایین-دست جریان تغییر موقعیت می دهد. استفاده از لکس باعث کوچک تر شدن ناحیه ی جدایش پشت بال تا 14 درصد نسبت به بال مبنا شده که عملکرد آیرودینامیکی سطوح کنترلی پایین دست جریان را بهبود می بخشد.
    کلیدواژگان: بال الماسی، فروپاشی گردابه، لکس، آشکارسازی جریان
  • رامین ذاکری* صفحات 277-289
    در این مقاله، از روش دینامیک ذرات اتلافی جهت شبیه سازی زنجیره پلیمری دوسر گیردار در یک میکروکانال با توجه به حرکت سیال توسط میکروپمپ الکرواسموتیک و اثر پارامترهای موثر بر جابجایی زنجیره پلیمری بررسی خواهد شد. از آنجایی که در این شبیه سازی سیال توسط ریز پمپ براساس قاعده جریان الکترواسموتیک رسانش شده، پارامترهای متاثر همانند پارامتر اثر غلظت یونی، میدان الکتریکی اعمال شده، اثر جنس سطح یا زتا پتانسیل بررسی و تحلیل و اعتبار سنجی شده است. در ادامه، یک زنجیره پلیمری در کانال قرار داده شده بصورتی که دو انتهای آن ثابت می باشد و جریان سیال سبب خواهد شد که زنجیره پلیمری جابجا شود. نشان داده می شود که میزان جابجایی زنجیره علاوه بر متاثر بودن از پارامترهای جریان الکترواسموتیک به پارامترهای اصلی زنجیره پلیمری همانند تعداد گوی ها و خاصیت الاستیسه مابین گوی ها بستگی داشته و بهترین پارامتر کنترل و همچنین جهت حرکت زنجیره پلیمر در حین عملکرد، میدان الکتریکی است. نشان داده شده است که با تغییر میدان الکتریکی از 50 به 150 ولت بر متر بازای 20 گوی میزان جابجایی زنجیره دوبرابر افزایش نموده در حالی که اگر تعداد گوی ها به 40 عدد اضافه شود در ولتاژ 100 ولت بر متر میزان جابجایی حدود 3 برابر افزوده خواهد شد. همچنین اثر موقعیت نصب نیز بررسی شده و نشان داده شده است با تغییر موقعیت نصب از مختصاد عمودی 4 و 4- به 9/5 و -9/5 میکرومتر، بازای جابجایی زنجیره یکسان، میزان میدان الکتریکی به نصف کاهش یافته و میزان نوسان کمتر میشود.
    کلیدواژگان: : دینامیک ذرات اتلافی، جریان الکترواسموتیک، میکرو کانال، زنجیره پلیمر
|
  • A. Mehrkish *, A. A. Akbari Pages 1-12
    Engine mount is one of the most significant joints in vibration isolation in diverse vehicles which reduces the effects of two important sources of vibration (i.e. road and engine) with extremely different features in frequencies and domain. Nowadays, most of vehicles companies are considering to new engine mount with adoption control methods due to their tendency to the light vehicles with minimum noise and vibration. Electro-magnetic engine mounts are among these active mounts which considered in the recent years. Vibration analysis is one of important techniques in fault detection and condition monitoring. Due to this fact, in this study with application of dynamic responses and frequencies responses diagram, significant results in fault detection in electro-magnetic active engine mount system, it's life-time increase, and repairing cost decline, will obtain. In order to achieve these purposes, after introduction of the engine mount structure and system modeling, different faults especially those caused by thermal and corrosion interactions have been introduced. Finally, qualitative and quantitative states of both separate and combined fault diagnosis systems will be presented. According to these tables, six separate faults and three combined ones will identified.
    Keywords: Electro-magnetic engine mount, Fault detection, Vibration analysis, Frequencies response
  • H. Ahmadi, Nejad Joushani, B. Vahidi *, M. H. Sabour Pages 13-24
    Traumatic brain injury states to the brain damage causing from sudden trauma. Undrestanding the mechanism and effects of such damages to the brain is of importance toward the treatment. In this research, a computational framework for considering the response of a neuronal cell is presented. The neuronal cell consists of three components including nucleus, cytoplasm, and membrane, and also the network of microtubules with the different arrays including crossing, stellate as well as random. In the simulation of blast loads, the pressure load driven by laser-induced and finite elements setup with fluid-structure interactions are considered. Cell components are assumed to follow viscoelastic and elastic mechanical behavior. The obtained results as compared to those of the experimental works showed different levels of cell damage. The presence of the microtubles network in cytoplasm, regardless of the types of array, reduces the total displacement of the cell and the von Mises stress in the other cell components. Furthermore, the network of microtubules plays a significant role in the total strength of the cell under the external imposed pressure. The membrane von Mises stress decrease 50 percent from 30 to 165 Pascals in presence of the network of microtubules.
    Keywords: Neuronal cell, Blast load, Finite elements, Cell mechanics, Traumatic Brain Injury
  • O. Gholami, H. Tourajizadeh * Pages 25-38
    Kinematic and Kinetic Modeling of a 3PRS mechanism is performed in this paper and its related controller is designed according to Computed Torque Method (CTM). This mechanism is a kind of spatial parallel robot with 6 DOFs, which is controlled using three active prismatic joints and three passive revolute joints and thus the system is categorized as constrained mechanism. Kinematic modeling of the robot is performed using Homogenous transformation matrix and its related Jacobian matrix is exracted. Therefore the position and velocity relation between the joint space and workspace are provided both in its direct and inverse modes. Dynamic equation of the system is also derived using Lagrange equation in the joint space of the robot and considering Lagrange multipliers in order to engage the related constraints of the system. Thus both of forward and inverse kinetic of the system are solved for the presented system. Finally, by the aid of the extracted dynamic equation, the robot is controlled using Computed Torque Method (CTM) equipped by a PD controller for compensatingthe uncertainties and disturbances. All of the modeling are verified by simulating the equations in MATLAB and comparing the direct and inverse modes. It is shown that using the extracted modeling and the designed controller for this parallel robot, the desired path can be easily tracked within the workspace of the robot.
    Keywords: 3PRS parallel robot, Kinematic, Kinetic, Lagrange Method, control
  • S. Hosseinzadeh Salehkouh, T. Mirzababaie Mostofi, H. Babaei * Pages 39-49
    Due to the ability of the spot-welding process to create a quality connection between metal plates, especially those with very different mechanical properties, this process has been taken into consideration in recent years. In this method, when two metallic plates welded together under high applied pressure, an atomic bonding is created at the surface of the plates. A single stage compressed gas gun impact test facility was used for carrying out Impact Spot Welding tests. In this study the steel plate with a thickness of 4 mm was considered as a base plate and copper, brass, and aluminum plates were used as front layers and they are under direct contact with flat- and conical-nosed metallic projectiles within the velocity ranging from 100 to 150 m/s. In order to investigate the effect of various parameters in this process, different combination of bilayer metals with 0.1, 0.2 and 0.5 mm gaps were used. The welded interface was studied by Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of this study showed that in the collision zone, especially in the central areas a complete bonding has occurred.
    Keywords: Bonding in the solid phase, Gas Gun, Impact Spot Welding, Scanning Electron Microscopy
  • N. Tahmasbi, H. Ahsani Tehrani *, Y. Ordokhani Pages 51-63
    This paper is concerned with the problem of designing fractional-order time-delay systems with closed-loop eigenvalues in a prescribed region of stability. The main idea is to convert the fractional-order systems with time-delays into an equivalent standard fractional-order systems without delays. At the first, we compute a state feedback matrix which assigns all the eigenvalues to zero, then by using the method based on similarity transformation and assign the eigenvalues to fractional-order systems without delays compute state feedback matrix in a sector of the complex plane. This method is achieved by implementing properties of vector companion forms. The proposed algorithm can be used for the placement of closed-loop eigenvalues in a specified sector in plane and can be employed for fractional-order linear systems with large-scale. Also, the considerations can be easily extended for two-dimensional (2D) and descriptor fractional-order systems. Also, simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Fractional-order, Stability, Time-Delay, State feedback matrix, Specified Sector
  • T. Mirzababaie Mostofi *, M. Sayah Badkhor, E. Ghasemi Pages 65-80
    The objective of this paper is an experimental investigation and numerical modelling of large plastic deformation of metallic-polymeric bilayer plates under gas mixture detonation load. For this, gas detonation forming apparatus was used in the experimental section to perform 40 experiments under various experimental conditions. The experimental results include the effect of impulse value, thickness of the metal plate and polymeric coating and areal density on the maximum permanent transverse deflection of bilayer plates. In the modelling section, multi-objective optimal design of training data and evaluation the prediction capability of the obtained model has been achieved by adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and genetic algorithm. In proceeding of multi-objective optimization procedure from the aspect of two objective functions, a set of optimum non-dominated points, namely, Pareto front was constructed considering as designing points. The application of the genetic algorithm is the optimum design of Gaussian membership function parameters in preceding and least square method for calculation of linear coefficient vectors in the consequent part of the neuro-fuzzy structure. The evaluation of the accuracy of the proposed model has been investigated by comparing the experimental results with modeling data sets using the coefficient of determination (R2) and root-mean-square error for training and prediction data sets.
    Keywords: Plastic Deformation, High-velocity forming, Bilayer plate, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, Genetic Algorithm
  • M. Vahdati *, M. Moradi Pages 81-94
    In order to improve the properties of aluminum and its alloys, various solutions have been considered, such as: reduction of grain size, addition of alloying elements and composite manufacturing. In this regard, the use of solid-state processes such as friction stir processing (FSP) to create surface composite at temperatures below the melting point is very suitable. Hence, considering the FSP ability as a thermo-mechanical process and its advantages in the production of surface composite, in the present study, the Al7075 surface composites with the use of reinforcing particles (Al2O3) were produced using this process in accordance with the DOE principles. To this end, the response surface methodology (RSM) was selected as the experiment design technique. So, the factors such as: tool rotational speed, tool feed rate, tool shoulder diameter, and reinforcing particle size were identified as the input variables. Then, statistical analysis of variables affecting the mechanical properties of surface composite Al7075/Al2O3 was performed. The obtained results from analysis of variance (ANOVA) and regression analysis of experimental data, confirmed the accuracy of regression equations. Furthermore, it is shown that the linear, interactional and quadratic terms of the input variables are effective on the yield strength and hardness of the composite samples. Also, the tool feed rate and the reinforcing particle size were introduced as the most effective linear factors on the yield strength and hardness of the composite components, respectively.
    Keywords: Statistical Analysis, response surface methodology, Mechanical Properties, Surface Composite, Friction Stir Processing
  • A. Keyfarikheybari_M. B Nazari_M. Jafari * Pages 95-108
    In this paper, an analytical solution for the asymmetric temperature distribution in a long orthotropic cylinder, by considering the Cattaneo theory, is presented. The temperature distribution, due to the non-axisymmetric initial condition, is obtained by using the separation of variable method. In order to verify the analytical results, the governing equations are solved numerically by using finite difference method. In presented results, the effect of the heat wave travelling from the outer wall and simultaneously from the center into the cylinder as well as their interference on the temperature distribution is discussed thoroughly. Additionally, the effect of lay up angle on the temperature distribution in both radial and circumferential directions is investigated. The time history of the non-Fourier temperature has a wavy form in contrast to the Fourier one. According to the results, the non-Fourier temperature distribution does not converge to the Fourier one before reaching to the steady state.
    Keywords: Analytical solution, Orthotropic Cylinder, Non-Fourier Heat Conduction, Finite difference
  • R. Ardakanian, A.R. Akbarzadeh Tootoonchi * Pages 109-123
    This paper presents a comprehensive process of designing series elastic actuators to be used in active joints of assistive exoskeleton robots. In this process, the stiffness parameter of torsional spring is selected based on two main criteria to satisfy all the requirements of human motions. The first criterion is an appropriate frequency response for the actuator, according to human motion needs. The second criterion is to provide a sufficient protection of actuator hardware against collision and impact. By determining the desired value for the stiffness parameter, spring architecture is designed to have sufficient mechanical strength and provide the desired stiffness in practice while occupying a minimum space. Along with motor and gearbox, the designed spring is assembled in a module to be used in active joints of exoskeleton robots. The module is designed in a way that the spring can be detached easily and the motor and gearbox can be used as a stiff actuator as well. The considerations in the optimization of the spring and in the design of the module has led to a very compact series elastic actuator which can be used in different human motions such as stair ascend and descend, sit to stand and walking.
    Keywords: Series Elastic Actuator, Exoskeleton, Compact Torsional Spring, Optimization, Taguchi
  • S. Sampour, H. Moeinkhah *, H. Rahmani Pages 125-138
    In this paper, the dynamic response of electro actuated viscoelastic microbeam is investigated and micropolar theory of elasticity has been used to consider the effects of size in microstructure. Euler-Bernoulli beam theory and Hamilton’s principle with considering viscoelastic integral constitutive equations, the midplane stretching effect, the axial residual stress and electrostatic force has been used to obtain the equation of motion and the boundary condition of fixed-fixed viscoelastic microbeam. Therefore, the nonlinear integro-differential equation in Volterra integral equation form is obtained. Galerkin method will be used, in order to solve the nonlinear partial integro-differential governing equation and then it converted to the ordinary integro-differential equation. By using the fourth order Runge - Kutta method, we can obtain the response (transverse displacement) of the electro actuated viscoelastic microbeam. In the following, the effect of initial gap value and material length scale parameter on the viscoelastic microbeam behavior are investigated. In the end, the viscoelastic microbeam is simulated in the FE software and the problem is analyzed in quasi-static form. In order to validate, the simulation result is compared with the result obtained from the quasi-static solution of the viscoelastic microbeam.
    Keywords: Viscoelastic Microbeam, Integral Equation, Couple Stress Theory, FE Simulation
  • M. AL Rkabi, J. Rezaeepazhand *, H. Moeenfard Pages 139-153
    The objective of the current study is to investigate the application of smart Magneto/Electro-Rheological (MR/ER) elastomers in vibration suppression and extending the stability region of the rotors system. The rotor is modeled via finite element method based on the Rayleigh beam theory. Proposed model takes the rotary inertia, gyroscopic effects and internal damping of the shaft into account. The stiffness and damping of the elastomers are considered as functions of the applied electric or magnetic fields. The simulation results reveal that the use of MR/ER elastomer leads to down shifting of the critical speeds and a reduction in its corresponding vibration amplitude. Also, the stability limit speed of the system is improved. Simulation results revealed that MR elastomer supports are superior on ER elastomer supports in the vibration suppression and extending the stability region of the rotor system. Finally, to improve the stability of the rotor system to higher operating rotational speeds, an on-off control strategy is employed. The proposed novel idea can be effectively utilized for optimization of the vibration level and widening the stability regions of rotating systems.
    Keywords: Rotor dynamic, Electro-rheological elastomer, Magneto-rheological elastomer, On-off control strategy
  • R. Ezoji, M. R. Talaee * Pages 155-176
    In recent years, increase of speed and reduce of weight of railway vehicles is under focus of transportation industries and train factories. This subject may increase the instability and overturning of these vehicles, under blowing crosswind. In this study, numerical simulation of crosswind induced air flow around an ICE2 train model, is performed with aid of computational fluid dynamic methods to obtain effective aerodynamic coefficients. According to the simulations the equilibrium of train is determined under crosswind in various incident angle and train velocity. Then, five geometrical parameters are considered and basic geometry is modified to generate eight new geometries. By comparing aerodynamic results of these 9 nose shapes, influence of each parameter is reported on the overturn of train. Investigations show from considered geometrical parameters, that thickness reduction of train nose and increase length of train nose or angle reduction of train nose tip have more favorable effect on safety of train movement to prevent of overturn
    Keywords: Train aerodynamics, crosswind condition, stability of motion, overturning of train
  • Seyyed A. Seyyed Jafari *, Seyyed M. Mirsajedi, A.R. Karimshahian Bidgoli Pages 177-189
    Aerospoke nozzle is on kind of the converging-diverging nozzle that there are more effective than of the Bell nozzle. The aerospike nozzle have high efficiency in the all Number of Pressure Ratio (NPR). Also, the usability as a vector thrust is the other benefits of the aerospike nozzle. The disadvantage of the aerospike nozzle it’s heavier than as the Bell nozzle and the aerospike nozzle requires cooling system. There are a few studies about the aerospike nozzles and the use of this type of nozzles requires more experimental and theoretical studies. In this study reported the results of numerical simulation an axisymmetric aerospike nozzle. In This study used a structure grid and the K-ε turbulence model. The effected of NPR was investigated and the NPR varied between 2 to 50. The results shows linear relation between NPR and nozzle mass flow rate. In the last part of this study the effected of the spike length was studied. The four defferent spikes was modeled by 20, 40, 60 and 80 percent length of the first spike length in 10 NPR and results shows the cutting more than 40 percent length of the spike effect in flow quality.
    Keywords: Aerospoke Nozzle, Mass Flow Rate, Trust, Plug, Shock Interaction
  • A. Esmaeeli, M. Passandideh Fard * Pages 191-203

    This article contains a numerical simulation of polygonal hydraulic jump using the volume-of-fluid (VOF) method. This phenomenon occurs when a circular jet of a high viscous liquid impinges perpendicularly onto a flat surface. In fact, when a liquid jet hits a surface, a circular hydraulic jump appears around the stagnation point. In a fluid with low viscosity (such as water), the shape of this jump is circular and in a high viscosity fluid (e.g., ethylene glycol), a polygonal structure forms. This structure is due to the presence of mechanical waves around the collision area, which is considered in the numerical method. In this paper, the results of the numerical model are validated with available experimental studies for the shape and structure of the generated hydraulic jump and its radius. Finally, based on numerical results, it is observed that a circular hydraulic jump spreads at the beginning, and after its corresponding wave collides with downstream obstacles, a polygonal shape is gradually formed and stabilized. In addition, the streamlines show that the existing of high-speed flows in some points of the solution domain generates corners in the jump shape leading to the formation of a polygonal hydraulic jump.

    Keywords: Polygonal hydraulic jump, Volume of fluid method, 3D numerical solution
  • M. Hakamifard, M. Rostami V.F. * Pages 205-216
    The Munk moment may make the vessel unstable in simultaneous Surge and Sway motions. In this paper the munk moment was calculated by computational fluid dynamics (CFD) and finite volume method (FVM) for an autonomous submarine. Furthermore the added mass coefficients were calculated for computation of munk moment using analytical formulation in potential flow. The damping coefficients were also calculated. The unstedy state numerical simulation of real flow for surge and sway motions has been performed. The turbulent effects were considered by using k-ω sst turbulence model. Using Planar Motion Mechanism (PMM) in pure sway situation, the forces and moments were calculated. The overset mesh was used for grid generation in computational domain. The mesh independency has been also prerformed. Using sixth order polynomial interpolation for forces and moments of numerical simulation, the hydrodynamic coefficients were calculated. The results showed good agreement with experimental data. Finally, the munk moment of numerical simulation and analytical formulation have been compared. Furthormore N_v ̇ was calculated based on potential theory and also compared with numerical and experimental ones.
    Keywords: Munk moment, Added mass coefficient, PMM, Pure Sway, Real flow
  • S. Pashazadeh, A. Jafari * Pages 217-230
    Now days, simulation of viscoelastic flows at high Weissenberg numbers is one of the most obstacles and important issues for rheologists to observe the rheological properties at sufficiently high weissenberg number. It is well known that the conformation tensor should, in principle, remain symmetric positive definite (SPD) as it evolves in time. In fact, this property is crucial for the well-posedness of its evolution equation . In practice this property is violated in many numerical simulations. Most likely, this is caused by the accumulation of spatial discretization errors that arises from numerical integration of the governing equations. In this research we apply a mathematical transformation, the so-called hyperbolic tangent, on the conformation tensor to bound the eigenvalues and prevent the generation of negative spurious eigenvalues during simulations . The flow of FENE-P fluid through a 2D channel is selected as the test case. Discrete solutions are obtained by spectral/hp element methods which based on the high orders polynomials and have high accuracy for physical instability problems. This enhanced formulation, hyperbolic tangent, prevails the previous numerical failure by bounding the magnitude of eigenvalues in a manner that positive definite is always satisfied. Under this new transformation, the maximum accessible Weissenberg number increases 100% comparing the classical constitutive equation(FENE-P classic).
    Keywords: Numerical Instability, FENE-P Model, Spectral Element Methods, High Weissenberg Number Problem
  • A. Soltani *, Sh. Azadi Pages 231-247
    In this paper, an integrated control system of longitudinal, lateral and yaw vehicle dynamics is presented using active braking and active front steering (AFS) systems. The proposed active braking system based on sliding mode controller, includes two kinds of working modes of anti-locked brake and (ABS) and an electronic stability control (ESC) and a fuzzy controller has been used in the AFS system. Also, a nonlinear estimator utilising unscented Kalman filter is applied to estimate the vehicle dynamics variables. According to the estimated values and Dugoff tire model, the tire-road friction coefficient is calculated. Since the ABS performance for shortening the stopping distance is dependent on the optimum wheel slip ratio, an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) is proposed to obtain the optimum value. The tire-road friction coefficient, longitudinal velocity and the vertical load of each wheel are considered as the ANFIS inputs. In the simulation part, first, the hard braking action in straight line on the roads with various friction coefficients during driving is investigated, which results in high precision of the estimator for the friction coefficient and optimum wheel slip ratio, and greatly reduced the distance and stopping time in comparison to the vehicle without estimator. Then, simulation of split-μ roads has been carried out which demonstrates the integrated control of ABS, ESC and AFS systems associated with the mentioned estimators can, in addition to improving the lateral and yaw stability, also decrease the stopping distance.
    Keywords: Integrated Vehicle Dynamics Control, Active Braking, Active Front Steering, Adaptive Neuro-fuzzy System, Estimation of Optimum Wheel Slip Ratio
  • A. Sheikh Mohammadi, I. Mirzaee, N. Pormahmod, N. Ahmadi Sheikhsarmast * Pages 249-263
    In this work, it is focused on the configurations of Gas Diffusion Layers and their influences on the performance of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. At first, effect of prominent GDLs is studied. For this purpose, radius (R) of prominences is grown gradually. The optimal performance is obtained in the R=0.45. In addition, the inlet velocity of gas flow is surveyed. The results indicates that when the inlet velocity of gases is set about 0.2 m/s, the species diffusion is optimized. Also, the height of channels is investigated to find out the optimal channel height. It is found that the higher performance is achieved in channel height about h=1mm and R=0.45mm. The number of prominences on GDLs is investigated as the last parameter. The results demonstrates that by rising the number of prominences, output current density is grown. To validating numerical results, a set of experimental tests is carried out, which is seen favorable accordance between them. Moreover, the results of base model, has been compared with the result of published papers.
    Keywords: Gas Diffusion Layer, PEMFC, Numerical Simulation, geometrical configuration, Prominence
  • M. Dehghan Manshadi *, M. R. Hashemi, M. Ilbeigi Pages 265-275
    The flow behavior over a generic diamond wing was experimentally investigated in a smoke tunnel, using laser sheet technique. The effects of Leading Edge Extension (LEX) were also studied. The experiments were conducted at the velocity of 2.5 (m/s) and the angles of attack of 5 to 45 degrees. The results showed that a vortex structure was formed above the wing surface. Increasing the angle of attack intensified the size and strength of the vortices and the height of the vortex core to the wing surface as well. At a specific angle of attack, the structure of the vortices was changed rapidly and the vortex break down was occurred. The location of vortex break down moved toward the wing apex by increasing the angle of attack. The LEX caused formation of another vortex above the wing surface which was merged with the main wing vortex and formed a stronger one. The stronger vortex energized the boundary layer of the wing surface, delayed the flow separation and moved the break down further down-stream. Considered LEX also decreased the width of the wake region behind the wing, up to 14% compared to the original wing which can improve the aerodynamic performance of the control surfaces behind the wing.
    Keywords: Diamond Wing, Vortex Breakdown, LEX, Flow Visualization
  • R. Zakeri * Pages 277-289
    In this paper, DPD method is used to simulate the polymer chain in a micrometers channel with respect to electrosomalic micro pump and the influence of the effective parameters on the displacement of the polymeric chain will be investigated. Also, The effective parameters are validated. In the following, a two fixed ends polymeric chain is placed in the channel and the fluid flow will cause the polymer chain to move. It is shown that the amount of variation of the chain in addition to the influence of the parameters of the electro-osmotic current on the main parameters of the polymer chain is the same as the number of beads and the elastic property between the beads, and the best control parameter as well as the direction of movement of the polymer chain during operation is the electric field. It has been shown that with the change of electric field from 50 to 150 V / m, the amount of chain movement would be twice, while if the number of beads is added to 40, at electric field of 100 V / m, the displacement rate will be increased approximately 3 times. Also, the effect of the position of the installation has been checked and shown by changing the position of the installation from the vertical coordinates 4 and 4 to 9.5 and -9.5 micrometer, with consideration of the same chain movement, the electric field strength decreased by half, and the amount of oscillation decreases.
    Keywords: dissipative patticle dynamics, electro-osmotic flow, micro channel, polymer chain