فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک
سال پنجاه و یکم شماره 1 (پیاپی 94، بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/29
  • تعداد عناوین: 31
|
  • قاسم آریان، سجاد تقوایی*، رامین وطن خواه صفحات 1-8

    ارتعاشات ناشی از لقی و دیگر پدیده های غیرخطی موجود در سیستم های انتقال قدرت چرخ دنده یکی از مشکلات رایج در صنایع مختلف است. هدف از مطالعه حاضر، کنترل رفتار آشوبناک سیستم انتقال قدرت جفت چرخدنده ساده  با انتقال پاسخ سیستم به نزدیکی یک مدار ناپایدار متناوب و در نهایت دنبال کردن آن به کمک کنترل مد لغزشی است. مدل ارایه شده در این پژوهش مدل جفت چرخدنده ساده با در نظر گرفتن سختی متغیر با زمان، لقی و خطای انتقال استاتیکی می باشد. در ابتدا معادلات دینامیکی مدل مورد بحث استخراج می شود و شبیه سازی هایی برای بررسی رفتار آشوبناک آن به ازای مقادیر خاصی از پارامترهای معرف سیستم انجام می گیرد. در ادامه با استفاده از نگاشت پوانکاره و یک الگوریتم کارامد مدار ناپایدار متناوبی برای سیستم آشوبناک یافت می شود. در نهایت برای پایدارسازی رفتار آشوبناک حول مدار ناپایدار متناوب سیستم، یک کنترلر مد لغزشی طراحی شده و به منظور نشان دادن کارایی کنترلر طراحی شده شبیه سازی های عددی صورت می گیرد. شبیه سازی های عددی کارآمدی کنترل طراحی شده را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: آشوب، کنترل آشوب، سیستم جفت چرخدنده ساده، مدار ناپایدار متناوب، کنترل مد لغزشی
  • محمد آزادی*، محمد زمردی پور، عبدالحسین فریدون صفحات 9-18
    در این مقاله، اثر نرخ بارگذاری بر خواص کششی آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم پیستون، با و بدون نانو ذرات سیلیکا، مورد مطالعه قرار گرفته است. بر روی نمونه های ریخته گری شده، آزمون کشش در نرخ های مختلف بارگذاری انجام گرفت. سپس، داده های تجربی با استفاده از نرم افزار Minitab، تحلیل حساسیت شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نرخ بارگذاری در نمونه های بدون نانو، تنش تسلیم و درصد ازدیاد طول، به ترتیب، افزایش و کاهش می یابد. تصاویر ریزساختار نیز، نشان می دهد که نانو سیلیکا به سیلیسیوم زمینه آلیاژ، پیوسته و سیلیسیوم بیشتری در زمینه آلیاژ آلومینیوم دیده می شود. اما ابعاد دانه های سیلیسیوم در نانوکامپوزیت کوچکتر شده است. همچنین، تحلیل سطوح شکست مشخص نمود که افزایش نرخ بارگذاری در بارگذاری کششی و افزودن نانو ذرات، رفتار تردی شکست نمونه ها را افزایش داده است.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم، نانوکامپوزیت پایه آلومینیومی، خواص کششی، اثر نرخ بارگذاری، تحلیل حساسیت
  • میثم اژدری، طاهره بینازاده* صفحات 19-28
    در این مقاله مسئله ردیابی مقاوم تطبیقی برای سیستم های ساندویچ با تابع غیرخطی ناهموار اشباع در حضور عدم قطعیت ها و اغتشاش های خارجی حل شده است. سیستم های ساندویچ دسته ای از سیستم های غیرخطی می باشند که توابع غیرخطی ناهموار بین زیرسیستم های مجزای آن ها ساندویچ شده اند. مقاله حاضر، سیستم های ساندویچ شامل دو زیرسیستم غیرخطی با تابع غیرخطی اشباع واقع شده بین زیرسیستم ها را مورد مطالعه قرار می دهد. به خاطر ویژگی هایی همچون عدم معکوس پذیری و ناهمواری تابع اشباع، همچنین وجود ضرایب نامعلوم و اغتشاش های خارجی، تحلیل و فرآیند طراحی سیستم های مذکور با پیچیدگی هایی مواجه می باشد. در این مقاله، یک کنترل کننده مقاوم تطبیقی با استفاده از رویکرد کنترلی پسگام و ترکیب آن با تابع Nussbaum بر اساس نظریه ی لیاپانوف، برای دست یابی به اهداف کنترلی پیشنهاد شده است. به منظور تایید دستاوردهای نظری و همچنین کارایی روش پیشنهاد شده، روش مطرح شده به یک سیستم مکانیکی شامل یک بازوی نگهدارنده تک لینکی که توسط یک موتور DC راه اندازی می شود، اعمال می گردد. نتایج شبیه سازی عملکرد موثر رویکرد پیشنهادی را در ردیابی سیگنال مرجع متغیر با زمان در حضور جملات نامعلوم، اغتشاش های خارجی و تابع اشباع ساندویچ شده بین زیر سیستم ها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات تک لینک، سیستم های ساندویچ، موتور DC، تابع غیرخطی اشباع، رویکرد پسگام، ردیابی تطبیقی مقاوم
  • مهرداد اشرفی، حمید محمدیون*، محمدحسین دیبایی، محمد محمدیون صفحات 29-38

    گردآورهای خورشیدی از جمله تجهیزات پرکاربرد برای ذخیره انرژی خورشید به شمار می روند که در آنها انرژی تابشی خورشید به انرژی داخلی یک ماده انتقال دهنده منتقل می شود، اما این تجهیز به دلیل فاصله زمانی بین تابش خورشید و نیازمندی به انرژی، به ندرت می تواند پاسخگوی نیازهای گرمایشی باشد. لذا این مقاله جهت بهبود ذخیره سازی گرما و درنتیجه جلوگیری از اتلاف انرژی، استفاده از مواد تغییر دهنده فاز در گردآور را پیشنهاد می دهد. هدف اصلی این مطالعه، بررسی جریان دوغاب مواد تغییر فاز (PCM) در داخل یک صفحه خورشیدی و ارزیابی عملکرد گرمای آن می باشد. در این مقاله انتقال گرمای درون سیال حاوی مواد تغییر فاز که در یک صفحه خورشیدی جریان دارد، بررسی و این گردآورها ارزیابی می گردد. به منظور ارزیابی اولیه عملکرد روش پیشنهادی، مطالعه عددی به کمک نرم افزار Comsol ارایه شده است.  نتایج تحلیل عددی نشان می دهد که این مواد می توانند به طور موثری کارایی گردآور خورشیدی را بهبود دهند.

    کلیدواژگان: گردآور خورشیدی، مواد تغییر فاز، انتقال گرما، کارایی، تحلیل عددی، نرم افزار Comsol
  • علیرضا اکبری، مسعود دهمرده*، صیاد نصیری صفحات 39-47
    یکی از راه کارهای ارایه شده جهت کاهش میزان آلایندگی موتورسیکلت استفاده از سیستم های سوخت رسانی انژکتوری به جای سیستم های کاربراتوری می باشد. در این مقاله، یک موتورسیکلت تک سیلندر cc150 با سیستم سوخت رسانی انژکتوری که جداول جست و جوی آن در دسترس می باشد را انتخاب کرده سپس با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی ژنتیک و حداقل مربعات مقادیر پاشش سوخت در جدول فوق را اصلاح نموده که در این فرآیند چرخه رانندگی مورد استفاده ECE40 و گشتاور خروجی و میزان آلایندگی CO به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. در این مقاله مدل موتورسیکلت به همراه مدل کنترل کننده ارایه شده است. نتایج پس از بهینه سازی در مدل شبیه سازی و تست های عملی انجام شده میزان CO،  CO2، HCو  NOx به ترتیب در حدود 20% ، 5% ، 19% ، 1% کاهش یافته است. همچنین میزان گشتاور خروجی حدود 12% افزایش داشته است. با توجه به نتایج تست آلاینگی در مرکز آزمون تست آلایندگی توانسازان، موتورسیکلت مورد نظر قادر به دریافت مجوز آلایندگی یورو-3 می باشد.
    کلیدواژگان: موتورسیکلت، بهینه سازی، جداول جست وجو، آلایندگی، یورو-3
  • میثم الیاسی، علیرضا رودباری* صفحات 49-58

    طراحی و ساخت بال هواپیما با هندسه و خواص فیزیکی بهینه که دارای پایداری بالایی باشد برای مهندسان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در مطالعه حاضر با فرض وجود عدم قطعیت در متغیرهای طراحی سیستم، بهینه سازی مقاوم سرعت فلاتر یک نمونه بال تحت اثر خمش-پیچش با قید کمینه سازی انحراف استاندارد آن مورد بررسی قرار می گیرد. از این رو ابتدا مدل سازی بر اساس مدل تیر یکسرگیردار اویلر-برنولی در شرایط آیرودینامیک شبه پایا، انجام شده و با استفاده از روش مودهای فرضی، معادلات آیروالاستیک گسسته سازی می گردند. پس از اعتبار سنجی نتایج، با حل عددی معادلات حاکم به روش رانج -کوتا پاسخ زمانی سیستم و با استفاده از نظریه مقادیر ویژه سرعت فلاتر بال محاسبه می گردند. در بال های با نسبت منظری بالا، افزایش سرعت فلاتر در حضور عدم قطعیت پارامتری حایز اهمیت است. بنابراین در ادامه با انتخاب پارامترهای طراحی همچون سفتی خمشی، سفتی پیچشی و جرم بال به عنوان متغیرهای بهینه سازی، اثر عدم قطعیت بر متغیرهای طراحی اعمال شده و بهینه سازی با استفاده الگوریتم ژنتیک انجام می شود. در ادامه مقادیر متغیرها قبل و بعد از بهینه سازی و همچنین میزان بهبود سرعت فلاتر در بهینه سازی مقاوم و قطعی ارایه می گردند که نهایتا بر اساس نتایج بهینه سازی، متغیرهای طراحی برای دست یابی به سازه ای با پایداری مناسب از نظر پدیده فلاتر تایید می گردد.

    کلیدواژگان: فلاتر، عدم قطعیت، بهینه سازی مقاوم، آیرودینامیک شبه پایا، نسبت منظری بالا، الگوریتم ژنتیک
  • حسین بیشه، اکبر علی بیگلو* صفحات 59-67
    در این مقاله،رفتار ارتعاشی ورق های کامپوزیتی دایروی/حلقوی تقویت شده با گرافن در شرایط مرزی مختلف با استفاده از نظریه سه بعدی الاستیسیته مورد بررسی قرار گرفته است. گرافن به دلیل خواص مکانیکی فوق العاده، گزینه بسیار مناسبی برای تقویت ورق های کامپوزیتی می باشد. کسر وزنی گرافن در راستای ضخامت با استفاده از الگوهای توزیع مختلف گرافن به صورت پیوسته در حال تغییر است. با استفاده از مدل هالپین تسای، مدول الاستیسیته موثر نانوکامپوزیت برای ورق دایروی/حلقوی محاسبه شده است. پنج توزیع مختلف برای توزیع صفحات گرافن در راستای ضخامت ورق در نظر گرفته شده است. حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل فضای حالت با به کارگیری معادلات حرکت و با استفاده از نظریه سه بعدی الاستیسیته صورت گرفته است. در این مطالعه، تاثیر الگوهای مختلف توزیع گرافن، نسبت شعاع خارجی به ضخامت، کسروزنی گرافن و شرایط مرزی مختلف در رفتار ارتعاشی ورق های کامپوزیتی دایروی و حلقوی تقویت شده با گرافن مطالعه شده است.  نتایج این پژوهش نشان می دهد که استفاده از صفحات گرافنی به عنوان تقویت کننده، سختی و مقاومت کامپوزیت را در برابر رفتار ارتعاشی به شدت افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: ورق دایروی، حلقوی، گرافن، نظریه سه بعدی الاستیسیته، ارتعاشات آزاد، روش مربعات تفاضلی
  • صادق حاجی آبادی، سیاوش فتح الهی دهکردی*، محرم حبیب نژاد کورایم صفحات 69-76
    در این مقاله با بهره گیری از روش گیبس-اپل بازگشتی، مدل دینامیکی r بازوی همکار با n_m لینک و مفاصل دورانی بدست آمده است. جسم در پنجه بازوها با تعریف تماس کاملا مقید، نگه داشته شده و بازوها وظیفه جابجایی جسم را بر عهده دارند. در ابتدا معادلات دینامیکی هر یک از بازوها و جسم بصورت مجزا محاسبه شده و سپس نیروی بین پنجه ها و جسم مشترک از معادلات حذف می شود. در نتیجه معادلات نهایی سیستم در فضای مفاصل بدست می آیند. در ادامه معادلات دینامیک مستقیم سیستم شبیه سازی و نتایج آن با نتایج خروجی از نرم افزار Adams مقایسه می شوند. در ادامه همچنین حل دینامیک معکوس ربات با توجه به افزونگی مفاصل، از بین جواب های ممکن، در دو حالت بررسی می شود. در حالت اول، جواب مسئله با توجه به نیروهای اعمالی به جسم از طرف پنجه ها بدست می آید. بدین صورت که تنش های مکانیکی و نیروی داخلی در جسم ایجاد نمی نماید. در حالت دوم، گشتاورهای بهینه با این ویژگی که انرژی بصورت دلخواه بین مفاصل توزیع می شود. در پایان ظرفیت حمل بار دینامیکی در همه حالات تعیین می گردد.
    کلیدواژگان: گیبس، اپل بازگشتی، بازوهای همکار، زنجیره سینماتیکی بسته، کاهش تنش جسم، توزیع بهینه انرژی
  • رضا خیری، رحیم خوشبختی سرای* صفحات 77-86
    امروزه چرخه‏ های تولید همزمان به دلیل بازدهی بیشتر و آلودگی کمتر، مورد توجه قرار گرفته‏اند. در همین راستا یک چرخه تولید همزمان سه‏گانه‏ی جدید ارایه شده است. چرخه پیشنهادی از چرخه ‏‏های توربین گاز، رانکین آلی، تبرید جذبی تک اثره، دو اثره موازی و مولد بخار تشکیل شده است که چرخه رانکین آلی از انرژی زمین گرمایی و چرخه تبرید جذبی تک اثره از اتلافات آن تغذیه می‏کند. همچنین چرخه توربین گاز با سوخت گاز طبیعی کار می‏کند که اتلافات آن، منبع تغذیه ی مولد بخار و تبرید جذبی دو اثره موازی می باشد. هدف از ارایه چنین چرخه ای، کاهش وابستگی به گاز طبیعی بهمراه افزایش یا ثابت ماندن قدرت خالص تولیدی چرخه است. برای مدلسازی، کدی در نرم افزار EES توسعه و صحه گذاری شده است. در چرخه فوق 8/32 مگاوات قدرت، 6/4 مگاوات توان سرمایشی و 1/37 مگاوات توان گرمایشی تولید و ضریب بهره‏برداری انرژی، 5/60 % می‏باشد. بعلاوه، مصرف سوخت چرخه توربین گاز با حفظ قدرت، 20/1% کاهش داشته است. همچنین مطالعات پارامتری نشان می دهد که دمای ورودی توربین گازی بیشترین تاثیر را بر روی ضریب بهره‏برداری انرژی می‏گذارد.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان، انرژی زمین گرمایی، تحلیل ترمودینامیکی
  • محمد مهدی داودی چمزینی*، بهزاد قاسمی، افراسیاب رئیسی صفحات 87-96

    هدف از مقاله حاضر، بررسی عددی اثر جنس سیال خالص (آب، هوا و اتیلن گلیکول) بر میدان جریان و آهنگ انتقال گرما محفظه ای حاوی نانوسیال و سیال خالص جدا شده با یک مانع است. نانوسیال مورد استفاده آب- اکسید مس است. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و بر اساس الگوریتم SIMPLE به طور همزمان حل شده اند. بررسی ها نشان می دهد، در کلیه حالت ها افزایش عدد گراشف باعث افزایش سرعت جریان و آهنگ انتقال گرما در محفظه می شود. در اعداد گراشف () انتقال گرما حاکم از نوع رسانش می باشد و با افزایش عدد گراشف () مکانیزم غالب انتقال گرما از نوع جابجایی خواهد شد. در محفظه حاوی هوا- نانوسیال، قدرت جریان گردابه ها در محفظه حاوی هوا  خیلی بیشتر از محفظه حاوی نانوسیال  است. این در حالی است که در محفظه حاوی اتیلن گلیکول- نانوسیال، قدرت جریان گردابه ها در محفظه حاوی نانوسیال     از محفظه حاوی اتیلن گلیکول  بیشتر است. در اعداد گراشف () ، آهنگ انتقال گرما روی دیواره گرم در حالی که سیال خالص، هوا  (%77/95) باشد، بیشتر از اتیلن گلیکول (%34/70) و اتیلن گلیکول بیشتر از آب  (%14/50) است. در اعداد گراشف () ، آهنگ انتقال گرما روی دیواره گرم در حالی که سیال خالص، اتیلن گلیکول  (%33/67) باشد، بیشتر از هوا (%41/56) و هوا بیشتر از آب  (%93/50) است. این در حالی است که در همه اعداد گراشف، آهنگ انتقال گرما روی دیواره سرد در حالی که سیال خالص، آب  (%86/49) باشد، بیشتر از اتیلن گلیکول  (%73/16) و اتیلن گلیکول بیشتر از هوا  (%23/4) است.

    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، رسانش، محفظه مربعی، نانوسیال، سیال خالص، مانع
  • محمد ریاحی، علیرضا احمدی* صفحات 97-106

    در این پژوهش با استفاده از روش های پردازش سیگنال، ضمن بررسی تجربی رفتار انتشاری امواج فراصوت هدایت شده، در یک ورق کامپوزیتی از جنس پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه، نسبت به تحلیل تغییرات سیگنال امواج اقدام شده است. ابتدا با طراحی مسیرهای متعدد انتشار امواج، بر اساس شبکه ای از مبدل های پیزوالکتریک با نقش دوگانه محرک و حسگر، سطح ورق به چهار ناحیه شامل نواحی سالم، دچار تورق، شکاف و سوراخ تقسیم شد. در ادامه با تعریف دو نوع شاخص خرابی، ذیل مفاهیم تبدیل موجک، اقدام به استخراج ویژگی از سیگنال های مرتبط با هر یک از نواحی چهارگانه در قالب 40 مسیر و 9 وضعیت مقایسه ای گردید. در نهایت تاثیر هر یک از انواع خرابی ها بر روی سیگنال امواج، در قالب بررسی مقادیر عددی شاخص های خرابی، در حوزه مشترک زمان و فرکانس، تحت مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، تغییرات رفتار امواج، متاثر از وجود خرابی در سازه که در تفاوت مقادیر عددی شاخص های خرابی آشکار می گردد، موجب شناسایی و تمایز عیوب گوناگون در سازه ورقی کامپوزیتی شده و جایگزینی مقرون به صرفه و مناسب برای آزمون های غیرمخرب متداول است.

    کلیدواژگان: پایش سلامت سازه ای، امواج فراصوت هدایت شده، ورق های کامپوزیتی، تبدیل موجک، شاخص خرابی
  • میلاد سکاکی، محمد وجدی*، میثم نجفی ارشادی، فرهاد صادق مغانلو صفحات 107-116
    در این تحقیق انتقال گرمای جابه جایی از سیلندرهای دوار مورد بررسی قرار گرفته است. سیلندرها از نوع بیضوی با نسبت قطرهای 0625/0، 5/0 و 1 با آهنگ چرخش 5/0، 1 و 5/1 می باشند. معادلات حاکم شامل پیوستگی، مومنتم و انرژی با روش های عددی حل و خطوط جریان، بردارهای سرعت و کانتور دما استخراج شده است. تحلیل عددی برای رینولدز ثابت در محدوده جریان لایه ای با روش المان محدود توسط نرم افزار تجاری Comsol صورت گرفته است. برای شبیه سازی جریان چرخشی حول سیلندر، ناحیه ی حل به دو ناحیه ی چرخشی و ثابت تقسیم و به یکدیگر کوپل گردید. با تغییر آهنگ چرخش، میزان انتقال گرما و خطوط جریان در هر یک از حالات ارایه شده است. جریان به صورت ناپایا تحلیل شده که لحظه ی شروع تحلیل برابر با شروع ناگهانی سیلندر به چرخش است. نتایج نشانگر افزایش انتقال گرما در تمامی نسبت قطرها با افزایش نسبت چرخش است. در نسبت چرخش بالاتر گردابه ها در مسیر دوران دیواره ی جامد بالاجبار حذف شده و سریعا به لبه ی سیلندر منتقل می گردند. از نظر نسبت انتقال گرما به نیروی پسآ، بهترین حالت استوانه ی دوار است.
    کلیدواژگان: انتقال گرمای جابه جایی، سیلندر بیضوی دوار، عدد ناسلت، تحلیل عددی، آهنگ انتقال گرما، روش المان محدود
  • محمدحسین شفیعی میم*، علی اکبرزاده صفحات 117-126

    در کار حاضر اثرات زاویه نصب پره های یک توربین محوری دو طبقه بر عملکرد آن به روش عددی بررسی شده است. مشخصات هندسی توربین گازی مدلMS5001   شرکت جنرال الکتریک برای مطالعه انتخاب شده است. ابتدا هندسه ی توربین ایجاد و شبکه بندی شده، و با قرار دادن پره های شبکه بندی شده در کنار هم مدل نهایی ایجاد گردیده است. به منظور محاسبه اثر دیوار بر جریان آشفته از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی (SST) استفاده شده است. ابتدا نتایج بدست آمده از توربین مورد مطالعه با نتایج میدانی موجود از نیروگاه مقایسه شده، که تطابق خوبی داشتند. سپس به منظور بررسی اثرات زاویه نصب پره های توربین بر عملکرد آن در هر مرحله زاویه نصب یک ردیف از چهار ردیف پره های توربین مورد پژوهش تغییر داده شده، و نتایج بدست آمده از حل مسئله با مدل اصلی توربین مقایسه شده است. افزایش زاویه نصب پره های استاتور ردیف دوم وکاهش زاویه نصب پره های روتور ردیف دوم سبب افزایش توان و همچنین افزایش بازدهی توربین می شود. از نتایج بدست آمده می توان به افزایش 00/4 درصد توان تولیدی و افزایش 87/0 درصد بازده توربین در بهترین حالت و بهینه ترین آرایش پره ها اشاره کرد.

    کلیدواژگان: توربین محوری، زاویه نصب پره، توان تولیدی، بازده توربین، روتور، استاتور
  • فاطمه شیخ ممو، حمید محمدصدیقی*، محمد شیشه ساز صفحات 127-136

    در مطالعه حاضر، با استفاده از نظریه تنش کوپل اصلاح شده به بررسی رفتار زیست حسگر پرداخته شده است. زیست حسگر تحت تحریک الکترواستاتیک و همچنین غوطه ور در سیال است. برخلاف پژوهش های پیشین، در مطالعه حاضر اثر پارامترهای اندازه، وجود لایه سطحی و نیروی بین مولکولی کازیمیر به طور همزمان در نظر گرفته می شود. به منظور حل معادله استاتیکی غیرخطی، از روش تجزیه آدومیان اصلاح شده و روش عددی استفاده شده است. در نهایت میزان تاثیر پارامترهای اندازه طول ماده، اثر تنش سطحی بر ولتاژ توکشی نانو زیست حسگر مورد مطالعه قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از روش حل تحلیلی آدومیان با روش عددی و مراجع نشان می دهد که این روش از دقت بسیار بالایی برخوردار بوده و می تواند به عنوان روشی موثر و کارآمد برای تحلیل پایداری نانو زیست حسگرها مورد استفاده قرار گیرد. نتایج حاکی از آن است که با در نظر گرفتن اثر لایه سطحی و افزایش پارامتر اثر اندازه، ولتاژ توکشی در هر دو حالت عددی و تحلیلی بیشتر از حالتی است که از اثر سطح صرفنظر می شود. علاوه بر این با حضور لایه سطحی و افزایش نیروی کازیمیر، ولتاژ توکشی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: زیست حسگر، نظریه تنش کوپل اصلاح شده، ناپایداری توکشی، روش تجزیه آدومیان اصلاح شده، اثر سطحی
  • احد عباسیان پیرنیا، ایرج میرزایی، مجید عباسعلیزاده* صفحات 137-144
    در مطالعه حاضر مدل خاصی از گردآورهای خورشیدی سهموی با نام SEGS LS2  مورد مطالعه عددی قرار گرفته است.  به طور کلی گردآورهای گرمای خورشیدی به دو دسته کلی متمرکز کننده (Concentrator) و غیر متمرکز کننده (None Concentrator) تقسیم بندی می شوند که مدل SEGS LS2 از نوع متمرکز کننده بوده به طوری که نور خورشید را بر نقطه کانونی خود منعکس کرده و با کنار هم قرار دادن سهموی ها و حرکت دادن یک سیال از روی نقطه کانونی، گرمای تابشی خورشید را جذب می کند. گرما جذب شده به سیال عامل (روغن  Syltherm 800) منتقل شده و وارد سیستم گرمای می گردد. مطالعه انجام شده به مقایسه سرعت ورودی لوله انتقال گرما که از  روغن Syltherm 800 تشکیل شده می پردازد. به طوری که سرعت متوسط ورودی لوله ثابت، اما همراه با افت و خیز های ثانویه وارد گردآور سهموی می گردد. برای ایجاد این افت و خیز های متناوب از ورودی پله ای - سینوسی استفاده شده به طوری که با اعمال این شرط مرزی سرعت به طور لحظه ای (غیر پایا) تغییر کرده و سبب تلاطم بیشتر روغن ناقل گرما می گردد. نتایج مطالعه نشانگر افزایش بازده گرمای تحت شرایط مرزی ورودی پله ای - سینوسی می باشد. به طوری این متغیر در مقایسه با ورودی سرعت ثابت 22% افزایش را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: گردآور سهموی، ورودی پله ای- سینوسی، ضریب انتقال گرما، جریان غیر دائم
  • پویا عبدالله زاده، صابر عزیزی، سید حامد حسنی* صفحات 145-151

    در این مقاله تحلیل دینامیکی رفتار یک فعال ساز برپایه پدیده مغناطوکشسانی معرفی شده است. این مدل شامل یک تیر یک سر گیردار است که از فولاد تشکیل شده است و یک لایه متگلس 2650SC به عنوان ماده مغناطوکشسان روی آن قرار داده شده است. این تیر زمانی که در یک میدان آهنربایی قرار گیرد به علت تغییر ساختار داخلی لایه مغناطوکشسان بر اثر اعمال میدان آهنربایی، دچار تغییر شکل و خمش می شود که از این تغییر شکل برای عملیات فعال سازی استفاده می شود. در این مقاله معادلات حرکت سیستم با استفاده از نظریه غیرخطی تیر اویلر-برنولی و روش نیوتن استخراج شده است. بر این اساس رفتار دینامیکی مدل فعال ساز پیشنهادی و رابطه بین موقعیت سر تیر تحت تاثیر میدان آهنربایی و نیز تاثیر ضریب میرایی تیر بر پاسخ گذرا و جای گیری مکان انتهای تیر بررسی گردیده است. مدل ارایه شده در این مقاله نیازی به هیچ گونه ادوات راه انداز ندارد و می توان از آن به صورت از راه دور استفاده کرد، معادلات دینامیکی به دست آمده در این تحقیق نیز، می تواند به عنوان ابزاری برای طراحی فعال سازها استفاده شود.

    کلیدواژگان: فعال ساز، ماده مغناطوکشسان، تیر یک سر گیر دار، تیر مرکب، رفتاردینامیکی، متگلس
  • محمدرضا عصاری*، امیر ابن عباس صفحات 153-162

    مبادله کن گرمایی یکی از بخش های مهم در سامانه شبیه سار ارتفاع است. در این مطالعه شناسایی مبادله کن گرمایی هوا خنک شو با هدف استفاده بهینه از دمای هوای محیط حایز اهمیت است، بنابراین پس از طراحی، شبیه سازی رفتار گرمایی مبادله کن گرمایی با استفاده از نرم افزار Anysys CFX انجام گرفته است. هدف نهایی شناسایی عملکرد این مبادله کن گرمایی برای شرایط خاص شامل دمای بالا و فشار پایین این سیستم است که بوسیله نرم افزارهای طراحی Aspen و HTRI و تحلیل های نرم افزاری Ansys CFX بدست آمد. سنجش صحت طراحی صورت گرفته با دو روش انجام گرفت. ابتدا مدل محاسباتی مورد استفاده با استناد به نتایج آزمایشگاهی از هندسه ای مشابه تایید گردید. سپس نتایج حاصل از دو نرم افزار طراحی، با روش دینامیک سیالات محاسباتی که در گام قبل اعتبار سنجی شده بود، مقایسه گردید. نتایج نشان داد طراحی صورت گرفته برای فشار حداقل 50 میلی بار به خوبی تامین کننده اختلاف دمای مورد نیاز برای گازهای داغ 650 درجه است و بر اساس شرایط واقعی می تواند تبادل گرما لازم را تامین کند. نتایج تحلیل های انجام شده، دمای خروجی سیال گرم از مبادله کن را 50 درجه سلسیوس نشان داد. علاوه بر این میزان افت فشار سمت لوله پس از عبور از 3 گذر در بحرانی ترین حالت کاری سیستم نزدیک به 5% فشار ورودی مبادله کن به دست آمد.

    کلیدواژگان: شبیه ساز ارتفاع، مبادله کن گرمایی، دینامیک سیالات محاسباتی، HTRI، Aspen، ANSYS
  • محمدرضا عیسوند زیبائی*، احسان یوسفی صفحات 163-172

    در این پژوهش شکست محور جعبه دنده هدایت شمش کارخانه فولاد سازی در شرکت گروه ملی صنعتی فولاد ایران مورد مطالعه قرار گرفت. این محور توان را از الکترو موتور دریافت کرده و خود درون یک محور توخالی دیگری قرار دارد. محور توان را جهت به چرخش درآوردن غلتک انتقال شمش به وسیله چرخدنده مارپیج به محور دیگری که به غتلک متصل میباشد، منتقل می کند. غلتک باعث می گردد که این سیستم از قسمتهای مهم خط تولید شمش به شمار آید. این محور به دفعات زیاد دچار خرابی و شکست می گردد و هر بار زمان تلف شده جهت تعویض این محور ضرر هنگفتی به کارخانه وارد می گرداند. به دلیل نبود اطلاعات اولیه از جنس و نقشه محور پس از شکست، اقدام به اندازه گیری وکوانتو متری جهت تشخیص نوع آلیاژ محور و ساخت قطعه می گردد که این قطعات دارای عمر کاری کوتاهی بوده و پس از تحت بار قرار گرفتن، دچار شکستگی می شوند. برای یافتن علل شکست، محور در نرم افزار سالید ورکز مدل سازی گردید و جهت تحلیل تنش، به نرم افزار انسیس انتقال گردید. پس از اعمال شرایط مرزی و بارگذاری، نقاطی که مستعد شکست بودند شناسایی شدند. همچنین شرایط و عیوبی که ممکن بود منجر به شکست شوند مورد تحلیل قرار گرفتند. در انتها جهت تخمین عمر خستگی این محور از مدل های خستگی استفاده شد و جهت بهبود عمر قطعه پیشنهادات و راه کارهایی نیز ارایه گردید.

    کلیدواژگان: محور، جعبه دنده، شکست، عمر خستگی، چرخ دنده، انسیس
  • میلاد فیلی، هادی غائبی*، توحید پریخانی صفحات 173-182
    در این مطالعه به منظور بازیافت حرارت اتلافی موتور دیزل دریایی، یک واحد آب شیرین کن رطوبت زن - رطوبت زدا از نوع چرخه آب باز - هوا بسته با گرمایش آب و با هدف تامین آب شیرین مورد نیاز خدمه کشتی ها پیشنهاد داده شده است. انرژی مورد نیاز برای تولید آب شیرین از طریق بازیافت حرارت اتلافی گازهای خروجی موتور دیزل تامین می شود. برای این سیستم پیشنهادی ابتدا شبیه سازی ترمودینامیکی و تجزیه و تحلیل دقیق انرژی و اگزرژی، به منظور تعیین منابع اصلی بازگشت ناپذیری ها و ویژگی های عملکردی سیستم انجام شده است. علاوه براین تحلیل دقیق پارامتری برای پی بردن به رفتار پارامتر های کلیدی سیستم با پارامتر های عملکردی سیستم نیز بررسی شده است. در این مطالعه مشخص شده که، سیستم توانایی تولید 2746/0 کیلوگرم بر ثانیه آب شیرین با استفاده از 432 کیلووات انرژی اولیه را دارد و همچنین بازده آب شیرین کن و بازده اگزرژی به ترتیب 516/1 و 9/23% محاسبه شده است. از تحلیل اگزرژی می توان دریافت که در میان تمام اجزای سیستم، واحد گرمکن دارای بیشترین آهنگ تخریب اگزرژی بوده است.
    کلیدواژگان: موتور دیزل دریایی، بازیافت حرارت اتلافی، اگزرژی، فرآیند رطوبت زنی-رطوبت زدایی
  • ادیب قنواتی، محمدجواد محمودآبادی*، مجتبی بیگ زاده عباسی صفحات 183-192

    در این پژوهش، سینماتیک و دینامیک یک ربات کابلی صفحه ای سه درجه آزادی، به همراه کنترل مسیر آن مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. ابتدا، کششی بودن نیروی کابل ها با توجه به این نکته بررسی شده که ربات مورد نظر یک مکانیسم زنجیره ای سینماتیک بسته بوده و عملگر از طریق چند کابل محرک به پایه متصل می شود. سپس، کنترل کننده های تناسبی- انتگرالی - مشتقی و فازی تناسبی- انتگرالی - مشتقی برای کنترل ربات کابلی به ازای شرایط نهایی مطلوب متعدد و متفاوت بکار گرفته شده اند. توجه به این نکته ضروری است که یک قانون کنترلی مناسب برای ربات های کابلی نه تنها سبب تعقیب مسیر تعریف شده می شود، بلکه مثبت بودن نیروی کششی کابل ها را در تمامی حالت ها نیز باید تضمین نماید. برای تعیین ضرایب کنترل کننده ها، از الگوریتم دسته میگو، که یک الگوریتم بهینه سازی بر پایه جمعیت است، استفاده شده است. نتایج بدست آمده حاکی از موفقیت استراتژی پیشنهادی در هدایت ربات کابلی به اهداف مطلوب می باشد.

    کلیدواژگان: کابل کششی، ربات کابلی، کنترل کننده فازی تناسبی- انتگرالی - مشتقی، الگوریتم بهینه سازی دسته میگو
  • سمیه کیقبادی*، ابراهیم صفری، حبیبه پورحسن صفحات 193-197
    در این مقاله به بررسی آثار حرارتی ناشی از گرادیان دما و تنش ایجاد شده بر روی دیسک نازک Yb:YAG  تحت دمش عرضی سه سویه برای توان های مختلف پرداخته می شود. سطح جانبی دیسک توسط سه لیزر دیودی پیوسته کار تحت دمش قرار می گیرد و سطح پایینی دیسک توسط آب خنک سازی می شود. مقدار توزیع دما و تنش ایجاد شده در دیسک توسط روش اجزاء محدود به کمک نرم افزار Ansys  مورد مطالعه قرار می گیرد. بیشینه توان جذب شده توسط بلور Yb:YAG 240 وات می باشد که در این توان دمای ماده فعال به 408 کلوین و تنش آن به 132 مگاپاسکال می رسد.  تغییرات ضرایب شکست و فاصله کانونی ایجاد شده در دیسک نازک با استفاده از داده های بدست آمده و از نرم افزار Ansysمحاسبه شده است و بیانگر این است که دیسک Yb:YAG همسانگرد باقی ماند و ماده فعال لیزری مناسبی است.
    کلیدواژگان: تنش، دمش عرضی، روش اجزاء محدود، نرم افزار ANSYS
  • حمیدرضا گشایشی*، سید سینا ادیبی طوسی، مهران رستمی، احسان جعفری صفحات 199-207
    در این مقاله نتایج آزمایشگاهی حاصل از بررسی اثر زاویه شیب پوشش شیشه ای بر عملکرد دو حالت هندسه آب شیرین کن خورشیدی در حالت تخت و محدب و میزان تولید آب مقطر ارایه شده است. شیب زوایای مورد مطالعه 25 درجه، 27.5 درجه، 30 درجه، 32.5 درجه و 35 درجه انتخاب شده است، درحالی که سایر پارامترهای طراحی ثابت مانده است. تحقیقات نشان داده که جمع کننده خورشیدی با صفحه جاذب محدب میزان تولید آب روزانه متوسط بالاتری در مقایسه با خروجی از جمع کننده خورشیدی با صفحه جاذب تخت را دارا می باشد. آزمایشات همچنین نشان داد که زاویه شیب اثر قابل توجهی بر عملکرد دستگاه آب شیرین کن خورشیدی دارد. مقدار زاویه شیب 32.5 درجه است و زاویه شیب بیشتر باعث کاهش ضریب انتقال گرما می گردد. این نتایج را می توان برای اهداف طراحی مورد استفاده قرار داد و فرض رایج برای استفاده از زاویه های پایین تر برای بهینه سازی بهره وری را از بین می برد. در نهایت، از اطلاعات به دست آمده روابط تجربی جدیدی برای عدد ناسلت با توجه به سطوح صاف و محدب با زاویه شیب مختلف پوشش شیشه ای به دست آمد
    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، صفحات جذاب، زاویه شیب صفحات، بازدهی
  • احمد مامندی*، یوسف جعفری صفحات 208-218
    در این مقاله، طراحی و مدل سازی عددی برداشت انرژی توسط تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک با استفاده از روش اجزای محدود به کمک نرم افزار Multiphysics Comsol انجام شده ا ست. با مدل سازی تیر برداشت کننده انرژی و اعمال شرایط مرزی تکیه گاه، خواص ماده، مش بندی تیر و اعمال تحریک هارمونیک به پایه گیردار، جابجایی تیر به جریان و ولتاژ وابسته به آن تبدیل می شود. در مدل سازی و شبیه سازی های انجام گرفته برای بلوک تیر از ماده آلومینیوم و برای بلوک پیزوالکتریک از ماده سلولوزی EAPap استفاده شده است. شکل مد ارتعاشات و فرکانس های طبیعی برای تیر پیزوالکتریک به دست آمده و تاثیر چیدمان لایه ها در مدار معادل در بهره گیری از برداشت انرژی الکتریکی بررسی شده است. همچنین، صحت سنجی و مقایسه نتایج به دست آمده از روش المان محدود با نتایج روش تجربی انجام شده است. نشان داده شده است که در فرکانس تحریک معادل با فرکانس طبیعی تیر با تقسیم کردن عرض تیر به دو و سه نوار با چیدمان به صورت موازی و یا سری در مدار الکتریکی معادل، ظرفیت برداشت بیشینه انرژی الکتریکی نسبت به مدل تیر تک نواره افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک، برداشت انرژی، نرم افزار Comsol، مدار الکتریکی مدل سازی شده
  • سینا محمدرضایی نوده، محمدحسن قاسمی*، حمیدرضا محمدی دانیالی صفحات 219-228

    بازوهای صنعتی باید قادر به کار در محیط هایی با اختلال های پیش بینی نشده باشند. در این مقاله یک کنترل کننده ترکیبی منطق فازی نوع دوم-شبکه عصبی و مود لغزشی مرتبه بالا برای یک بازوی رباتیکی که تحت اختلال خارجی قابل توجه و نامعینی پارامتری است، پیشنهاد شده است. منطق فازی نوع دوم به دلیل استفاده از توابع عضویت فازی و وجود اثر نامعینی در الگوریتم، انتخابی مناسب در مواجهه با نامعینی محیطی محسوب می شود. همچنین شبکه عصبی می تواند به افزایش مقاومت کنترل کننده در برابر نامعینی منجر شود. با وجود آنکه ذاتا شبکه عصبی نیاز به ساخت قوانین فازی مرتبه دوم خود ندارد، قوانین اولیه ای که بر مبنای سطح لغزش روش مود لغزشی تعیین شود، می تواند به بهبود رفتار سیستم کمک کند. از جمله ویژگی های کنترل کننده جدید، افزایش مقاومت آن نسبت به روش های کلاسیک در حضور نامعینی پارامتری و اختلال خارجی است. به علاوه، ویژگی خود تنظیمی کنترل کننده که بر مبنای وجود شبکه عصبی در بلوک مرکزی کنترل کننده فازی نوع دوم است، به افزایش مقاوم بودن روش کمک کرده است. عملکرد مثبت کنترل کننده پیشنهادی تحت اختلال های قابل توجه شبیه سازی ها نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: منطق فازی نوع دوم، مود لغزشی مرتبه بالا، نامعینی پارامتری، اختلال خارجی
  • مهدی مرادخانی، بهمن وحیدی* صفحات 229-238
    فرایند‎های تولید بافت‎های بیولوژیکی نیازمند یک بستر مصنوعی می باشد تا پاسخ سلولی به سیگنال‎های مکانیکی و شیمیایی را کنترل نماید. این حامی مصنوعی به نام داربست موسوم است. بررسی تاثیر هندسه‎ی داربست بر رژیم جریان سیال و همچنین تاثیر محل قرار گیری سلول‎ها در نقاط مختلف داربست بر روی تحریکات مکانیکی موثر بر سلول بنیادی از طرف جریان سیال از اهداف اصلی این پژوهش می باشد. برای این منظور، از داربست‎های دارای معماری حفرات با استفاده از سطوح ضمنی استفاده شد. با به کارگیری روش های اجزای محدود و برهمکنش سیال و سازه و حل به شیوه‎ی جفت شوندگی دو طرفه‎ی معادلات سیال و سازه، نتایج به دست آمده نشان داد که ریزساختار داربست و معماری حفرات آن تاثیر اساسی در بهبود دسترسی جریان سیال به نقاط مختلف داربست دارد. این اثر در کنار بهینه سازی شرایط تنش برشی و فشار هیدرودینامیکی در سطوح مختلف داربست، باعث افزایش رسانش اکسیژن و عوامل تغذیه‎ای به سلول ها می شود. همچنین، ارجحیت استفاده از داربست‎های HP و در اولویت بعدی داربست‎های Gyroid گزارش می شود.
    کلیدواژگان: مهندسی بافت، مدولاسیون مکانیکی، داربست، سلول بنیادی، اجزای محدود، سلول های غضروفی استخوانی
  • علی میر محمدی*، سعید الهیاری صفحات 239-246
    در این مقاله یک نمونه باتری لیتیوم-یون مدل سازی الکتریکی و حرارتی شده است. افزایش دما و کاهش ولتاژ باتری در هنگام دشارژ آن با حل معادلات حاکم مشخص شد. معادله انرژی و معادلات الکتریکی با استفاده از روش حجم محدود با کمک دینامیک سیالات محاسباتی حل عددی شد. نتایج نشان داد در نرخ جریان دشارژ باتری برابر با c1، دمای باتری به 54 درجه سلسیوس و در نرخ جریان دشارژ c2 دمای باتری به 83 درجه سلسیوس می رسد که این دماها می تواند موجب آسیب رسیدن به باتری شود. برای جلوگیری از این مشکل یک سیستم خنک کاری طراحی شد که با عبور جریان آب با سرعت 2/0 متر بر ثانیه و با دمای 25 درجه سلسیوس، دمای باتری در نرخ دشارژ c1 به 31 درجه سلسیوس و در نرخ دشارژ c2 به 40 درجه سلسیوس کاهش یافت. همچنین برای خنک کاری بیشتر، جریان آب با سرعت 2/0 متر بر ثانیه و دمای 15 درجه سلسیوس آزمایش شد و در نتیجه آن دمای باتری در نرخ دشارژ c2 به 37 درجه سلسیوس کاهش یافت که این دما در محدوده مجاز قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: باتری لیتیوم-یون، دشارژ، طراحی، سیستم خنک کاری، مدل سازی، الکتریکی-حرارتی
  • مصطفی ناظمی زاده*، هادی صفاری صفحات 247-255
    در مقیاس نانو، استفاده از نانوتیرهای مرتعش در کاربرد حسگر جرم های ناچیز بسیار متداول بوده و مورد بررسی بسیاری از محققان فناوری نانو می باشد. این مقاله به تحلیل دینامیکی و ارتعاشی نانوتیرهای حسگر جرم در مودهای مختلف ارتعاشی با در نظر گرفتن اثر ابعاد در مقیاس نانو می پردازد. بدین منظور، معادلات حاکم بر ارتعاش عرضی یک نانوتیر با در نظر گرفتن اثر ابعاد و جرم حسگر در فاصله دلخواه از تیر و با استفاده از نظریه الاستیسیته غیرمحلی استخراج می شود. با استفاده از اصل همیلتون، معادلات نهایی و شرایط مرزی نانوتیر حسگر جرم بدست آمده و از روش تحلیلی، مشخصات فرکانسی نانوتیر حسگر جرم به دست می آید. سپس اثر ابعاد و جرم حس شده بر رفتار فرکانسی نانوتیر به ویژه در مودهای بالاتر ارتعاشی شبیه سازی می شود. نتایج نشان می دهد که ویژگی حسگر جرم نانوتیر در مودهای بالاتر افزایش یافته و لذا کاربرد نانوتیر حسگر جرم در مودهای بالاتر ارتعاشی حایز اهمیت است. همچنین مشاهده می شود که اثر ابعاد در مودهای بالاتر ارتعاشی غیرقابل چشم پوشی بوده و این اثرات بر فرکانس طبیعی بیشتر از تابع شکل مود نانوتیر است.
    کلیدواژگان: نانوتیر، حسگر جرم، ارتعاش، غیر محلی، اثر ابعاد، مود بالا
  • ابوالفضل نعمت پور کشتلی، محسن شیخ الاسلامی* صفحات 257-266
    در این مقاله به بررسی عددی رفتار انجماد مواد تغییر فاز دهنده در یک مبادله کن گرمایی سه لوله ای افقی دو بعدی پرداخته شده است. فضای بین پوسته و لوله ها با RT82 به عنوان مواد تغییر فاز دهنده پر شده است و آب به عنوان سیال گرم در لوله داخلی وخارجی جریان دارد. هدف از این مطالعه، ثاثیر افزایش اندازه لوله داخلی در راستا عمودی و افقی با ثابت ماندن حجم مواد تغییر فاز دهنده به عنوان یک پارامتر هندسی و همچنین تاثیر دما به عنوان پارامتر جریانی می باشد. همچنین در این مطالعه به بررسی تاثیر نانو ذره روی فرآیند انجماد ماده تغییر فاز دهنده پرداخته شده است. نتایج نشان دهنده این واقعیت است با افزودن نانو ذره زمان انجماد کاهش یافته می یابد. نتایج نشان می دهد که با افزایش لوله داخلی کاهش قابل توجهی در زمان انجماد قابل مشاهده است. برای چیدمان هندسی عمودی با دو و سه لوله داخلی نسبت به حالت چیدمان جریان با یک لوله داخلی زمان انجماد به ترتیب %15 و %30 کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، مبادله کن گرمایی، انتقال گرما، انجماد، جابجایی طبیعی
  • مصطفی وفایی زاده، عباس تقی پور* صفحات 267-275
    دستیابی به ماده ی افزودنی با قابلیت بالا به منظور بهبود سطح کیفیت روان کار، افزایش طول عمر و کارایی آن، سازگاری با محیط زیست، قابلیت بازیافت و کاهش هزینه ی تولید آن از چالش های اساسی صنعت روان کاری کشور می باشد. در این پژوهش با استفاده از روش آزمون پین روی دیسک، تاثیر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به عنوان ماده افزودنی با غلظت های وزنی1/0، 2/0 و 5/0 درصد بر خواص تریبولوژیکی روان کار زیستی بررسی شد. بعد از انجام آزمون های سایش، ضریب اصطکاک و رسانایی گرمایی، بهترین نمونه انتخاب و به منظور پایش وضعیت روغن و آنالیز عناصر فرسایشی در موتورسیکلت تک سیلندر هوندا CDI-125 به صورت میدانی مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس آزمون های انجام شده مشخص شد نانو روان کار با غلظت 5/0 درصد وزنی دارای بهترین نتایج است. به عبارتی افزایش غلظت وزنی نانو ذرات به عنوان افزودنی در روغن زیستی اپوکسی نتیجه مثبتی در بهبود خواص ضد سایشی و اصطکاک آن داشت. همچنین نتایج آنالیز عنصری نشان داد کاربرد مخلوط نانو روان کار تاثیر مثبتی در کاهش عناصر فرسایشی آهن، کروم، آلومینیم، قلع و نیکل نداشت ولی عناصر فرسایشی مس، سرب و مولیبدن کاهش یافت.
    کلیدواژگان: نانو ذرات، روغن زیستی، ضریب اصطکاک، خواص ضد سایشی
  • علیرضا رحیمی، مصطفی لیوانی*، علی نگهبان برون صفحات 277-281
    در این پژوهش، برای اولین بار ارتعاشات آزاد تیر مدرج تابعی دارای ترک عرضی بر اساس نظریه مرتبه بالای ردی با شرایط مرزی دوسرگیردار مورد مطالعه قرار گرفت. فرض می شود خواص مکانیکی تیر مدرج تابعی به صورت نمایی در جهت ضخامت تیر تغییر کند. برای استخراج پاسخ فرم بسته برای فرکانس های طبیعی تیر مدرج تابعی دارای ترک عرضی از روش ریتز استفاده شده است. اثرات پارامترهای مختلف از جمله نسبت لاغری، مکان ترک، عمق ترک و گرادیان مواد بر روی پاسخ فرکانس های طبیعی تیر مورد بررسی قرار گرفت. در انتها، نتایج حاصل از روش های تحلیلی با نتایج حاصل از مدلسازی در نرم افزار ABAQUS و سایر پژوهش ها مورد مقایسه قرار گرفت. تحقیق حاضر نشان داد که با توجه به معادلات پیچیده تر نظریه ردی، برای تیر ضخیم استفاده از نظریه تیر ردی و برای تیر نازک نظریه تیر تیموشنکو مناسب تر است. به علاوه، وجود رابطه ای بین عمق ترک و ضرورت استفاده از تیر مدرج تابعی اثبات گردید.
    کلیدواژگان: تیر مدرج تابعی، ترک، نظریه مرتبه بالای تیر، روش ریتز، ارتعاش آزاد، فرکانس های طبیعی
  • فریدون مولانی، بهروز میرزایی ضیاپور* صفحات 283-287
    در کار حاضر، ابتدا به صورت عددی عملکرد یک گردآور خورشیدی غیرفعال جدید شبیه سازی شده، سپس تحلیل ترمودینامیکی سیستم های سرمایش گرمایی در سه حالت جذبی، اجکتوری و رانکین به مدل افزوده می شود. عملکرد این سیستم ها با دو شاخص کسر خورشیدی و ضریب عملکرد خورشیدی در شرایط آب و هوایی مختلف ایران ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که بخش زیادی از انرژی مورد نیاز سیستم های سرمایشی از خورشید قابل تامین است و حتی در بعضی از ساعت های روز کل انرژی مورد نیاز را می توان از خورشید تامین نمود. در هر سه سیستم بیشترین درصد تامین انرژی مورد نیاز از خورشید و بالاترین ضریب عملکرد خورشیدی مربوط به آبادان و کمترین مقدار آنها مربوط به رامسر است. در سیستم جذبی با افزایش دمای ژنراتور کسر خورشیدی کاهش و ضریب عملکرد خورشیدی افزایش می یابد، اما در سیستم های اجکتوری و رانکین با افزایش دمای ژنراتور کسر خورشیدی و ضریب عملکرد خورشیدی افزایش می یابد. در هر سه سیستم با افزایش دمای تبخیرکن کسر خورشیدی و ضریب عملکرد خورشیدی افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سرمایش خورشیدی، گردآور خورشیدی غیرفعال جدید، شرایط آب و هوایی مختلف
|
  • Ghasem Arian, Sajjad Taghvaei *, Ramin Vatankhah Pages 1-8

    Vibrations due to backlash and other nonlinear effects is a common problem in industries with power transmission systems with gear. Various dynamic models show chaotic behavior in power transmission systems that use spur gears. The aim of this study is to control the chaotic behavior in spur gear transmission system by transferring the system onto an existing unstable periodic orbit and tracking the trajectory using sliding mode control. The proposed model in this study considers a pair of spur gears with time dependent stiffness, backlash and static translation error. Firstly, the dynamic equations are extracted and the effect of model parameters on system response are indicated by simulation results. Then using Poincare’ map and an efficient algorithm, the unstable periodic orbit is detected. Finally, the sliding mode controller is designed to track the desired trajectory obtained from the unstable periodic orbit. The simulation results show the performance of the proposed controller.

    Keywords: chaos, Chaos control, Spur gear system, Unstable periodic orbit, sliding mode control
  • Mohammad Azadi *, Mohammad Zomorodipour, Abdoulhossein Fereidoon Pages 9-18
    In the present article, the impact of the loading rate on tensile features of the piston aluminum-silicon alloy, with and without silica nano-particles has been studied. Tensile tests were performed on casted specimens at different loading rates. Then, obtained experimental data were analyzed by the Minitab software, for the sensitivity analysis to find the effect of the loading rate on tensile properties. Results showed that in samples without silica nano-particles, the yield stress and the elongation of the material increased and decreased, respectively; when the loading rate increased. Microstructure images indicated that silica nano-particles were embedded to the silicon element. As a result, higher values of the silicon element were found in the aluminum matrix. However, the size of silicon particles was smaller in the nano-composite. The fracture surface illustrated that by increasing the loading rate in tensile testing and by the addition of silica nano-particles, the brittleness of the material increased.
    Keywords: Aluminum-silicon alloy, Aluminum matrix nano-composite, Tensile properties, Loading rate, Sensitivity analysis
  • Meysam Azhdari, Tahereh Binazadeh * Pages 19-28
    In this paper, the adaptive robust tracking problem is solved for the sandwich systems with non-smooth nonlinear saturation function in the presence of uncertainties and external disturbances. Sandwich systems are a class of nonlinear systems, such that the non-smooth nonlinear functions are sandwiched between their distinct subsystems. This article studies on sandwich systems include two nonlinear subsystems with the nonlinear saturation function located between the subsystems. Due to features like the lack of invertibility and non-smoothness of the saturation function, as well as the existence of unknown gains and external disturbances, analysis and design process for the mentioned systems face with complexities. In this paper, an adaptive robust controller is proposed by using the backstepping control approach and its combination with the Nussbaum function, based on the Lyapunov theory to achieve the control objectives. In order to verify the theoretical achievements as well as, the efficiency of the proposed method, it’s applied to a mechanical system consists of a one-link manipulator that is handled with a DC motor. Simulation results show the effective performance of the proposed approach in the tracking of the time-varying reference signal in the presence of unknown terms, external disturbances and sandwiched saturation function between subsystems.
    Keywords: One-link manipulator, Sandwich systems, DC motor, Saturation nonlinearity, Backstepping approach, Adaptive robust tracking
  • Mehrdad. Ashrafi, Hamid. Mohammadiun *, Mohammad H. Dibaei Bonab, Mohammad. Mohammadiun Pages 29-38

    Solar collectors are among the most widely used equipment for solar energy storage, in which solar radiation energy is transferred to the internal energy of a transferring material, but this equipment can rarely fulfill thermal needs due to the solar time and energy requirement. Therefore, this paper proposes the use of phase change materials (PCM) in the collector to improve thermal storage and prevent energy loss. The main objective of this study is to investigate phase change materials (PCM) slurry fluid flow inside a solar plate and to evaluate its performance. In order to evaluate the performance of the solar collector with this fluid, a solar sheet containing phase change material is simulated in Comcast software. A numerical analysis conducted with Comsol Multiphysics Software is presented to obtain a preliminary evaluation of the performance of the proposed concept. The numerical results show that these materials can effectively improve solar collector performance.

    Keywords: Solar collector, Phase change material, Heat transfer, Efficiency
  • Alireza Akbari, Masoud Dahmardeh *, Sayad Nasiri Pages 39-47
    Employment of optimized fuel injected motorcycle rather than carbureted ones is a key to reduce pollution. This article studies a 150-cc fuel injected motorcycle, where its engine management unit (ECU) data are optimized, using genetic algorithm and the least squares method, in order to operate at the optimal engine operating points. The ECE40 driving cycle is employed, and the output torque and CO emissions are studied as the objective functions during the optimization procedure. The motorcycle model and the controller models are presented. Simulation results as well as the experimental ones show a reduction of CO by about 20%, CO2 by 5%, HC by 19%, and NOx by about 1%. Moreover, the output torque is increased by about 12%. According to the emission test results, the motorcycle is able to pass the Euro-3 standard. The proposed optimization technique provides a solution to have an optimal ECU for a specific application.
    Keywords: Motorcycle, optimization, Lookup Table, Pollution, Euro-3
  • Meysam Elyasi, AliReza Roudbari * Pages 49-58

    The design and construction of aircraft wings with optimal geometry and physical properties that are highly stable is of high importance to engineers. In this study, with the assumption of uncertainty in system design variables, a robust optimization of the Flutter velocity aeroelastic wing with high-aspect-ratio under the bending-torsion effect is examined with the standard deviation minimization. Therefore, the aeroelastic wing are firstly modeled based on the Euler-Bernoulli cantilever beam model in quasi-steady aerodynamic conditions. After validating the results, in the simulation section, by using the 4th Runge-Kutta numerical solution and the theory of Eigenvalues, the system response time and Flutter velocity are obtained. In the high-aspect-ratio wings, increase the Flutter velocity in the presence of uncertainty in the parameters is important. Therefore, by choosing parameters such as bending and torsional rigidity and mass per unit wing as optimization variables the effect of uncertainty on the design variables and optimized by genetic algorithm. In addition, the values of variables before and after optimization, as well as the rate of improvement of the Flutter velocity are presented in a robust and deterministic optimization. Finally, based on the optimization results, design variables for achieving an appropriate stability structure in terms of the phenomenon Flutter is confirmed.

    Keywords: Flutter, uncertainty, robust optimization, Quasi-steady aerodynamic, High aspect ratio, genetic algorithm
  • Hossein Bisheh, Akbar Alibeigloo * Pages 59-67
    This paper is carried out the free vibrational behavior of functionally graded polymer composite annular and circular plates reinforced with graphene nanoplatelets (GPLs) using three-dimensional elasticity theory. The weight fraction differs gradually across the thickness direction. Effective elasticity modulus of the nanocomposite has been estimated by the modified Halpin-Tsai model. Five different GPLs distribution patterns within the polymer matrix are considered.  State space first order differential equation by employing the equation of motion and constitutive relation within the framework of three-dimensional elasticity theory across the thickness direction is derived. Present approach is validated by comparing the numerical results with those reported in the literature. Influence of outer radius to thickness ratio, different GPL distribution patterns, GPLs loading and edge boundary conditions on the vibrational behavior of GPLs reinforced composite (GPLRC) circular/annular plates are studied. The results implied that GPLs with a low content can have an excellent influence on the natural frequencies of the circular and annular plate.
    Keywords: Circular, annular plate, graphene, three-dimensional elasticity theory, Vibrational behavior
  • Sadegh Hajiabadi, Siavash Fathollahi Dehkordi *, Moharam Habibnejad Korayem Pages 69-76
    In this paper, dynamic model of r cooperative manipulators with n_m links derived by using recursive Gibbs-Appell formulation. Object grasped fully constrained by the manipulator’s end effector and manipulators transport the object simultaneously. For computing the system equations, first the object and manipulators dynamic equations developed independently. Therefore, by preparing the constraint equations, the end effectors and object inter connection forces and torques omitted for the constrained equations. By arranging these equations, the final form of motion equations in joint space evaluated. Next, the forward dynamic equations simulated by MATLAB software and compared with ADAMS software. For inverse dynamic solution, with considering the joints redundancy, two proper solution selected among appropriated one. In the first case, the solution chosen by considering the force extracted on the object by the manipulators. While, the force only cause the object manipulation and omitted the object internal force and stress. For the second one, optimum torques computed using Lagrange multiplier method and defining a cost function with assuming the arbitrary energy distribution between manipulator’s joints. At the end, the dynamic load carrying capacity calculated in all methods.
    Keywords: recursive Gibbs-Appell, cooperative manipulator, closed kinematic chain, reduce object stress, optimal energy distribution
  • Reza Kheiri, Rahim Khoshbakhti Saray * Pages 77-86
    Nowadays, CCHP cycles receive more attention due to high efficiency and low pollution. In this regard, a novel CCHP cycle has been proposed. This cycle combines gas turbine, ORC, HRSG, single effect, and double effect absorption refrigeration cycles. The prime mover of the ORC is the geothermal energy and the waste energy of this is used to run the single effect absorption cycle. The gas turbine cycle is fueled by natural gas and the exhaust gases of this provide energy to operate HRSG and the double effect absorption cycle. The purpose of this CCHP is to reduce dependence on natural gas while increasing (or constant) power production. For thermodynamic modeling and validation, a code has been developed in the EES software. This cycle has 32.8 MW power production, 37.1MW heat generation, and 4.6 MW cooling capacity and the EUF of the cycle is 60.5%. In addition, the fuel consumed by the gas turbine cycle is reduced by 1.20% while keeping constant power production. Also, parametric studies show that the inlet temperature of the gas turbine has the most influence on the EUF.
    Keywords: CCHP cycle, geothermal energy, Thermodynamic analysis
  • Mohammad Davoodi *, Behzad Ghasemi, Afrasyab Raisi Pages 87-96

    The purpose of present paper is numerical study of the effect of pure fluid (water, air and ethilen glicon) on flow field and heat transfer rate of a cavity contatining nano fluid and pure fluid which separated with an obstacle. we used water-copper oxide as nano fluid. governing equations are derived based on volume controll method and solved base on SIMPLE method together. results show that, increasing Grashof number will cause rise of flow speed and heat transfer rate in cavity. in ( , ) Grashof numbers, conduction is the dominated heat transfer and with increasement of Grashof number ( , ), mechanism changes from conduction to convection. in cavity containing air-nano fluid, the strength of vorticities in cavity containg air () is greater than the nano fluid one (). while in the cavity containing nano fluid-ethilen glicon (), vorticity strength is greater in cavity containing nano fluid (). in low Grashof numbers, heat transfer rate on hot wall, while the pure fluid is air (95.77%), is greater than ethilen glicon (70.34%) and ethilen glicon is greater than water (50.14%). in high Grashof numbers heat trasnfer rate on hot wall, while the pure fluid is ethilen glicon (67.33%), is greater than air (56.41%) and air is greater than water (50.93%). while in all Grashof numbers heat transfer rate on cold wall,

    Keywords: nature convection, conductivity, square enclosure, nonofluid, pure fluid, Obstacle
  • Alireza Ahmadi* Pages 97-106

    In this study, by using signal processing methods, the propagation behavior of the waves in a GF/EP composite plate is practically investigated, and the propagated wave signals variations is analyzed as well. First, multiple paths of signal propagation was designed, based on a network of piezoelectric transducers, which have a dual role of excitor and sensor, which demarcates the plate into four areas, comprsing healthy, with delamination, hole and notch areas. Then by defining two types of damage indexes, under the concept of wavelet transform, the extraction features of the signals associated with each of the four areas in 40 directions and 9 conditions are compared. In the final step, the effect of each damage on the signal waves, by applying the numerical values of the damage indexes, at the joint time and frequency domain, was studied. The results show that by the proposed method, it is possible to detect and distinguish the wave behavior analysis affected by different damages in the structure; furthermore, it is a reasonable and convenient alternative technique for the conventional nondestructive testing.

    Keywords: Structural health monitoring, Ultrasonic guided waves, Composite plates, wavelet transform, Damage index
  • Milad Sakkaki, Mohammad Vajdi *, Meysam Najafi Ershadi, Farhad Sadegh Moghanlou Pages 107-116
    In this research, convective heat transfer in a flow over rotating elliptic cylinders with various axis ratios and rotation rates is investigated numerically. The governing equations including continuity, momentum and energy equations are solved by numerical finite element method. The rotating cylinder was assumed at a constant temperature and heat dissipation to the flow was defined. Numerical analysis was performed by means of COMSOL Multiphysics software. Two domains were defined in the geometry, the rotating one with constant velocity and the second one was assumed to be stationary and the domains are paired to each other. The heat transfer rate and streamlines are obtained for all cases. The unsteady flow is studied when the cylinder starts to rotate suddenly. The results indicate an increase in heat transfer by increasing the rotational ratio. In the higher rotational ratios, the vortices in rotational path of the solid wall are removed and immediately transferred to the edge of the cylinder. In terms of the ratio of heat transfer to drag force, rotating cylinder with axis ratio of unity is the best one.
    Keywords: Convective heat transfer, Rotating elliptic cylinder, Nusselt number, Numerical study, Heat transfer rate, finite element method
  • MohammadHossein Shafiei Mayam *, Ali Akbarzadeh Pages 117-126

    In the present work, the effects of the blade installation angle of a two-stage axial turbine on its performance are investigated  numerically. The geometrical specifications of the General Electric MS5001 gas turbine are selected for the study. First, the turbine geometry is created and gridded, and the final model is generated by the combination of the gridded blades. In order to calculate the effect of the wall on the turbulent flow, the Shear Stress Transport (SST) turbulence model is used. First, the acquired results from the studied turbine are compared with the available data from the power plant which showed a good agreement. Then, to investigate the effects of the blade angle on the performance of the turbine, the angle of each row from the four rows of turbine blades is changed in each step, and the obtained results are compared with the results of the turbine original model. Increasing the installation angle of stator blades in the second row and decreasing the installation angle of rotor blades in the second row lead to increasing the produces power and efficiency of the turbine. The acquired results show that the produced power is increased by 4% and the turbine efficiency is increased by 0.87% in the best-optimized arrangement of blades.

    Keywords: Axial Turbine, blade installation angle, Power generation, Turbine efficiency, Rotor, Stator
  • Fateme Sheikhmamoo, Hamid Mohammad Sedighi *, Mohammad Shishesaz Pages 127-136

    In this study, the behaviour of biosensors is investigated by using the modified coupled stress theory. The biosensor is electrostatically stimulated and also immersed in the fluid. Unlike previous studies, in the present study, the size effect parameters, surface layer, and intermolecular Casimir force are considered simultaneously. In order to solve the nonlinear static equation, the Modified Adomian Decomposition (MAD) method and the numerical method are used. Finally, the effect of the length of the material and also the effect of stress on the pull-in voltage is studied as well. Comparing the results of the Adomian analytical solution with numerical methods and reported results in the literature, show that the method has high accuracy and can be used as an effective and efficient method for analyzing the stability of Nano-bio sensors. The results indicate that by considering the surface effect and also increasing the size effect parameter, the pull-in voltage in both numerical and analytical modes is more than the situation which surface effect is neglected. In addition, with the presence of the surface layer and the increase of the Casimir force, the pull-in voltage is reduced.

    Keywords: Bio-Sensor, Modified Couple Stress Theory, Pull In Instability, Modified Adomian Decomposition, Surface Effect
  • Ahad Abbasian Pirnia, Iraj Mirzaei, Majid Abbasalizadeh * Pages 137-144
    In the present study, a particular model of parabolic solar collectors, SEGS LS2, has been numerically studied. Generally, solar thermal collectors are divided into two general concentrators and none concentrators, the SEGS LS2 model being concentrated so that it reflects sunlight on its focal point and Together parabolas and moving a fluid from the focal point absorbs the radiant heat of the sun. The heat absorbed into the operating fluid (Syltherm oil 800) is transferred to the thermal system. The study compares the input speed of the heat transfer pipe, which is composed of Syltherm 800 oil. So that the average speed of the pipe inlet constant, but with the secondary slopes enter the particle collector. To create these intermittent bursts, a step-sine input is used such that, by applying this boundary condition, the velocity changes instantaneously (non-stable) and causes more turbulence of the carrier of the heat. The results of the study indicate an increase in the Thermal efficiency under the stepwise-sinus input boundary conditions. Thus, this variable has a 22% increase compared to the constant speed input.
    Keywords: Parabolic Collector, Step-Sine Input, Heat Transfer Coefficient, un-Steady Flow
  • Pouya Abdollahzadeh, Saber Azizi, Seyed Hamed Hoseini * Pages 145-151

    A novel type of actuator based on the magnetostriction phenomena is proposed. This model consists of a cantilever beam made of steel which is laminated with Metglas 2605sc as the magnetostrictive material. The beam deflects while it is located in a magnetic field, because of the shape changes in the magnetostrictive layer. This beneficial deformation can be used to design an actuator. The nonlinear Euler-Bernoulli beam theory is implemented by means of newton’s second law. The dynamic response of the proposed model of the actuator beam and specially the relation between the position of the beam tip under the influence of magnetic field and also the effect of the damping coefficient on the transient response and stabilization of the tip of the beam, which is assumed to be end effector, are obtained. The proposed model in this paper needs no connections and driving instruments and can be used remotely, moreover achieved nonlinear dynamical equations in this study can be used as a design tool for these kinds of actuators.

    Keywords: Actuator, Magnetostrictive Material, Cantilever Beam, Compound beam, Dynamic Response, Metglas
  • MohammadReza Assari * Pages 153-162

    The heat exchanger is one of the most important parts of the Altitude Engine Test Facility. In this regard, it is necessary to identify the Air-Cooled heat exchanger to optimally use the ambient temperature conditions. In this study, after designing, thermal heat exchanger simulation was performed. The ultimate goal is to identify the performance of this heat exchanger for the specific conditions of high temperature and low pressure of this system based on the sizes provided by the design software Aspen and HTRI and simulation results of ANSYS CFX. The design accuracy of this study was carried out in two ways. At first, the validity of the computational model was confirmed by reference to experimental results from a similar geometry. Then, the results of two designing software were compared with the computational fluid dynamics method which validated in the previous step. The results showed that the design was suitable and can provide the required heat transfer for the most critical current flow of high temperature gases in 650 °C and 50 mbar pressure which was based on actual conditions. The results of the study confirmed the temperature of 50 °C at the output of the designed heat exchanger. In addition, the pressure drop for hot gases on the pipe side after passing through 3 passes in critical operating condition was found to be close to 5% of inlet pressure.

    Keywords: AETF, HTRI, Aspen, ANSYS, CFD, Air-Cooled Heat Exchanger
  • MohammadReza Isvandzibaei *, Ehsan Yousefi Pages 163-172

    In this article, the failure of gearbox transfer of steel mill ingot in the company of Iran National Steel Group is studied. This shaft receives power from the electromotor and it’s inside another hollow axis. The shaft, power to rotate the ingot transfer roller by a spiral gear transmits to another axis. The roller make this system an important part of the ingot production line. This shaft many times will failure and replace it is a huge loss to the factory. Due to lack of the fundamental information about the map and kind of shafts after failure, measurement quantum were performed to determine the type of alloy-axis and to make the piece which these pieces have a short working life span and after undergoing loading, they were fractured. To find the causes of failure, the shaft was modeled in the Solid works software and it was inserted into the Ansys Workbench software for stress analysis. After using boundary conditions and loading, the Points that were susceptible to failure were identified. Also the conditions and defects that could lead to failure were analyzed. Finally to estimate shaft fatigue life, fatigue models were used and to improve the life of the piece suggestions and solutionswere presented.

    Keywords: Shaft, Gearbox, Fracture, Fatigue life, Gear, ANSYS
  • Milad Feili, Hadi Ghaebi *, Towhid Parikhani Pages 173-182
    In this study, in order to waste heat recovery from a marine diesel engine, a humidification – dehumidification desalination unit type of open – water and closed – air cycles with water heated is proposed for producing the consumed fresh water the crew of the ships. The energy required to produce freshwater is provided by recovered heat from exhaust gases from marine diesel engine. For this proposed system, first simulated thermodynamically and detailed energy and exergy analysis, in order to determine the main sources of irreversibility and performance characteristics of the system is conducted. Moreover, a comprehensive parametric study to find key parameters trend with system performance parameters is carried out. The study found that the system has the ability to produce 0.2746 kg.s-1 fresh water, using 432 kW of primary energy. As well as desalination efficiency and exergy efficiency were calculated to be 1.516 and 23.9%, respectively. And from an exergy analysis it can be seen that among all the components of the system, the heater has the highest exergy destruction rate, which accounts for about 73.2% of the total exergy destruction rate.
    Keywords: Marine diesel engine, Waste heat recovery, Exergy, Humidification, Dehumidification Process
  • Adib Ghanavati, MohammadJavad Mahmoodabadi *, Mojtaba Beigzadeh Abbasi Pages 183-192

    In this study, the kinematics and dynamics of a plane direct-guided cable robot with three degree-of-freedom and the control of its direction have been studied and investigated. First, the tensile of the cables has been investigated regarding that the robot is a closed kinematic chain mechanism and the end-effector is adjoined to the base through several actuating cables. Afterwards, the Proportional-Integral-Derivative (PID) controller and the fuzzy PID controller have been applied on the cable robot for different and various final desired conditions. It is noticeable that a proper control rule for the cable robot not only causes the tracking of the desired trajectory, but also guarantees the positivity of the cable tension forces for all states. In order to determine the parameters of the controllers, the krill herd algorithm as a population-based optimization procedure is implemented. The obtained results indicate the successfulness of the proposed strategy to guide the cable robot to the desired objectives.

    Keywords: Cable robot, Fuzzy proportional-integral-derivative controller, Krill herd optimization algorithm
  • Somayeh Keighobadi *, Ebrahim Safari, Habibeh Purhasan Pages 193-197
    In this paper, the thermal effects because of temperature gradient and the stress distribution on a Yb:YAG thin disk under the three-side pumping with different powers are investigated. The side surface of the disk is being pumped by three continuous working diode lasers and its underside plane is being cooled by water. The amount of distribution of temperature and stress in the disk is studied by the Finite Element Method (FEM) with the help of ANSYS software. The largest power absorbed by Yb:YAG crystal is 240 W which in this power, the temperature of active material reaches 408 K and its stress is 132 MPa. The variations of refractive index and focal length created in the thin disk are calculated by obtained data from ANSYS software and indicates that Yb:YAG disk remained isotropic and it is a suitable laser active substance.
    Keywords: stress, Side pump, Finite Element Method (FEM), Ansys software
  • Hamidreza Goshayeshi *, Seyed Sina Adibi Toosi, Mehran Rostami, Ehsan Jafari Pages 199-207
    In this paper, the experimental results from the study of the effect of the angle of the slope of glass cover on the performance of the two geometry of solar desalination with flat and convex plates under different amounts of distilled water are presented. The slope of the studied angles is selected to be 25°, 27.5°, 30°, 32.5° and 35° while the other design parameters remain constant. The results showed that a solar collector with a convex absorber plate has a higher average daily water production compared to the solar collector with a flat absorber plate. Experiments also showed that the angle of the slope has a significant effect on the performance of the solar desalination system. The best slope is 32.5° and the larger angles cause to decrease in the heat transfer coefficient. These results can be used for design purposes and eliminate the common assumption of using lower angles to optimize productivity. Finally, from the obtained information, new experimental relations are obtained for the Nusselt number for the flat and convex surfaces with different slope angles of the glass cover.
    Keywords: Solar desalination, absorber plates, angle of slope of the plates, Efficiency
  • Ahmad Mamandi *, Yousef Jafari Pages 208-218
    In this paper, design and numerical simulation of an energy harvester piezoelectric cantilever beam has been investigated using Comsol multiphysics finite element software. Modelling the piezoelectric cantilever beam and applying end support boundary condition, material property, meshing the beam and harmonic excitation of the clamped support, deflection of the beam yeilds to the electrical current and voltage, respectively. In the modelling and simulations for the beam and piezoelectric blocks, the aluminum and EAPap materials have been considered, respectively. The mode shapes and natural frequencies of vibration for the piezoelectric beam have been extracted and the effect of different type of piezoelectric block arrangement to obtain electrical energy harvesting has been investigated. Also, the outcome FE results have been validated and compared with experimental data reported in the literature. It is shown that in excitation frequency condition equals to the natural frequency of the beam when the beam width divided in either two or three strips with serie/parallel type of arrangement in an equivalent electrical circuit, the energy harvesting capacity of the beam increases in comparison to the beam with the one strip.
    Keywords: Piezoelectric cantilever beam, energy harvesting, Comsol multiphysics software, Modeled electrical circuit
  • Sina Mohammadrezaei Nodeh, MohammadHasan Ghasemi *, HamidReza Mohammadi Daniali Pages 219-228

    Industrial arms must be able to perform their tasks in environments with serious unplanned conditions and perturbations. In this paper, the aim is to control a robotic manipulator which is under parametric uncertainty and significant external perturbations. Fuzzy type 2 logic is considered as an appropriate choice in the face of uncertain conditions due to various reasons such as the use of fuzzy membership functions and footprint of uncertainty existence in the algorithm. The use of neural network can increase the robustness of controller in the face of uncertainties. Although the neural network does not necessarily need to build its fuzzy type 2 rules, the initial rules based on sliding surface of sliding mode scheme can improve system’s performance. More robustness of the novel algorithm in comparison with classic sliding mode controller is the main feature made in the presence of parametric uncertainty and external perturbations. In addition, the controller self-regulation feature, based on the existence of neural network in the central block of fuzzy type 2 controller, helps to increase the robustness of the method. Positive performance of novel scheme has been shown in simulation of two-link robotic arm with different significant perturbations.

    Keywords: Fuzzy Type 2 Logic, Higher Order Sliding Mode, parametric uncertainty, Perturbation
  • Mahdi Moradkhani, Bahman Vahidi * Pages 229-238
    The creation process of biological tissues needs an artificial substrate in order to control cellular responses to mechanical and chemical signals. This artificial support is named a scaffold. Investigating the effects of scaffold geometry on fluid flow regime as well as influence of different locations of the cells on the scaffold on effective mechanical stimulations of the stem cells are the main goals of this study. So, scaffolds were utilized which include architecture of the pores achieved from implicit surfaces. Using finite elements and fluid-structure interaction methods and solving the problem through two way coupling of the equations, the results show that microstructure of the scaffolds and architecture of their pores have major effects on improvement of fluid flow reaching various locations of the scaffold. This issue besides of optimization conditions of shear stress and hydrodynamic pressure in different surfaces of the scaffold leads to increase of oxygen delivery and perfusion to the cells. Moreover, preference of using HP scaffolds and as a next priority utilizing of Gyroid scaffols is reported.
    Keywords: Tissue Engineering, Mechanical modulation, Scaffold, Stem Cell, Finite Elements, Osteochondral Cells
  • Ali Mirmohammadi *, Saeed Allahyari Pages 239-246
    Using renewable energies instead of fossil fuels can reduce environmental problems. In this way, batteries can play an important role as energy storage. Lithium-ion batteries have been very much considered in recent years due to their high energy density and long life time. The use of electric vehicles is increasing to prevent air pollution in various countries. In these cars, electric motors that work with batteries are used instead of internal combustion engines. In this paper, a lithium-ion battery was modeled electrically and thermally. It was indicated the temperature increase and the battery voltage decrease in discharging process. The numerical solution of the energy and electrical equation was made using a finite volume method in computational fluid dynamics. The results showed that when the battery is discharged at a discharge rate of 1c, the battery temperature reaches 54°C and at a discharge rate of 2c, the battery temperature reaches 83°C, which can damage the battery. To avoid this problem, a cooling system was designed which, with a flow rate of 0.2 m / s and 25°C at a discharge rate of 1c cooled battery to 31°C and at a discharge rate of 2c to 40°C. To increase cooling, with a flow rate of 0.2 m / s used a temperature of 15, in this condition the temperature of the battery at discharge rate of 2c reached a discharge temperature of 37°C, which falls within the permissible range.
    Keywords: Lithium-ion battery, discharging, Design, cooling system, Modeling, thermal-electric
  • Mostafa Nazemizadeh *, Hadi Saffari Pages 247-255
    In Nano-scales, the application of nanobeams as sensors of infinitesimal masses is widespread and they been studied by many researchers in nanotechnology. This paper analyzes dynamics and vibration of mass sensing nanobeams in various vibrational modes, taking into account the size effects in nano-scales. To do this, the governing equations for the transverse vibration of a nanotube are derived by considering size effects and an added mass at the arbitrary distance from the beam using the nonlocal elasticity theory. Employing the Hamilton principle, final equations and boundary conditions of the mass sensing nanobeam are obtained. Using the exact method, the frequency characteristics of the mass sensing nanobeam are obtained. Then, The size effects and mass sensing on the frequency behavior of the nonlocal nanobeam are simulated especially at higher modes of vibration. The obtained results show that the mass sensor feature of the nanobeam has increased at higher modes and therefore higher vibrational modes should be carefully studied. It is also observed that size effects at the higher vibrational modes are inventible, and these effects on the frequency are greater than the mode shapes of the nanobeam.
    Keywords: Nanobeam, Mass Sensor, Vibration, Size effect, Higher modes
  • Abolfazl Nematpour Keshteli, Mohsen Sheikholeslami * Pages 257-266
    In this paper a two dimensional numerical study of solidification of phase change material (PCM) in a triplex tube heat exchanger is studied. Water is used as heat transfer fluid (HTF) which flows through the inner and outer tubes while the shell side is filled with RT82 as the PCM. The purpose of this numerical study is to increase the internal tube size vertically and horizontally with the constant volume of phase change material as a geometric parameter and also the effect of temperature as a flow parameter. Also, in this study, the effect of nanoparticles on the solidification process of phase change material has been investigated. The results show that the solidification time has decreased with the addition of nanoparticles. Also, the results indicate that with an increase in the internal tube, a significant decrease in solidification time is observed. Vertical geometric arrangement with two and three internal tubes compared to the flow arrangement with an internal tube of solidification time has decreased by 15% and 30%, respectively.
    Keywords: Phase change material, Heat Exchanger, Heat transfer, Solidification, natural convection
  • Abbas Taghipoor, Mostafa Vafaeizadeh * Pages 267-275
    To achieve a high-performance additive to improve lubricant quality, increasing its lifespan and efficiency, as well as environmental compatibility, recycling capability and reducing production costs and processing are among the key challenges facing the lubrication industry in the country. In this study, the effect of titanium dioxide nanoparticles as an additive with concentrations of 0.1, 0.2 and 0.5 wt% were investigated on tribological properties of lubricants using pin-disk test method. According to importance of condition monitoring on oil analysis and analysis element of erosion, after the wear tests, coefficient of friction and  thermal conductivity coefficient,the best sample was chosen and used in the single-cylinder Honda CDI-125 motorcycle. According to the results of the tests, it was found that the nano-lubricant with a concentration of 0.5% by weight has the best performance. In other words, increasing the weight concentration of nanoparticles as an additive in epoxy biofuel has a positive effect on improving anti-wear properties and friction. Also the elemental analysis results showed that the application of a nano-lubricant did not have a positive effect on reducing the erosion elements of iron, chromium, aluminum, tin and nickel, but the erosion elements of   copper, lead and molybdenum decreased.
    Keywords: Nanoparticles, Bio Oile, Friction coefficient, Anti-wear properties
  • Alireza Rahimi, Mostafa Livani *, Ali Negahban Boron Pages 277-281
    In this research, for the first time, the free vibration of the functionally graded beam containing transverse crack under clamped-clamped boundary condition studied based on Reddy high order theory. It was assumed that mechanical properties of beam vary exponentially in the thickness direction. To drive the closed form solution for natural frequencies of functionally graded beams containing a transverse crack, Ritz method was used. The effects of slender ratio, the location of crack, depth of crack and material gradients on natural frequency were also examined. Finally, the results of the analytical method were analyzed and compared with results of modeling by ABAQUS software and other studies. This research shows that due to more complex equations of Reddy beam theory, using Reddy beam theory for a thick beam and Timoshenko beam theory for a thin beam are more suitable. In addition, a relation between the depth of crack and the necessity of using functionally graded beam is confirmed.
    Keywords: FGM beam, Crack, Higher order beam theory, Ritz method, Free Vibration, Natural frequency
  • Fereydon Molani, Behroz M.Ziapour * Pages 283-287
    A numerical model of the new passive solar collector is performed, then the thermodynamic analysis of the thermal cooling systems is applied to the model in three systems: absorption, ejector, and Rankin for different climate condition of Iran, in this work. The results show that a large percentage of the energy required of the systems is available by the solar, even at some hours of the day; the total energy can be supplied by the solar. In all systems, the highest percentage of energy supplied by the solar and the highest solar coefficient of performance is related to Abadan and the lowest amount of it is related to Ramsar. In the absorption system, with the increase of generator temperature, the solar fraction decreases, and the solar coefficient of performance increases, but in the ejector and Rankin systems, the solar fraction and the solar coefficient of performance increases with the increase of generator temperature. In all systems, with the increase of evaporator temperature, the solar fraction and the solar coefficient of performance increase.
    Keywords: Solar cooling, New passive solar collector, Different climate condition