فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال یازدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1400)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال یازدهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/01
  • تعداد عناوین: 25
|
  • سید سعید مظفریان، جلیل رضایی پژند* صفحات 1-12
    در مقاله حاضر، مدلی تحلیلی جهت بررسی پاسخ غیرخطی آیروالاستیک صفحه ترک دار در جریان فراصوت ارایه شده است. به این منظور معادله خمش خالص دوبعدی صفحه همسانگرد ترک دار با شرایط تکیه گاهی ساده پیشنهاد شده است. برای تشکیل این معادله، مدل سازی صفحه بر اساس تیوری صفحه کلاسیک و روابط غیرخطی ون-کارمن، مدل خط-فنر برای ناحیه ترک و تیوری خطی پیستون برای محاسبه فشار آیرودینامیکی در نظر گرفته شده است. با اعمال روش گلرکین و مودهای فرضی صفحه، معادلات دیفرانسیل با مشتق های جزیی به معادلات دیفرانسیل با مشتق های معمولی تبدیل می شود. سپس با بهره گیری از روش حل عددی رانج -کوتا این معادلات، حل و نتایج بررسی شده است. بعد از مقایسه نتایج با منابع تحلیلی و اطمینان از صحت روش، اثرهای ابعاد و جهت ترک بر پایداری آیروالاستیک صفحه، مرز فلاتر و نوسان ها چرخه محدود مطالعه گردید. نتایج نشان می دهد وجود ترک باعث وقوع زود هنگام فلاتر، افزایش بیشینه دامنه نوسان ها چرخه محدود و در نهایت کاهش سرعت ناپایداری آیروالاستیک صفحه می شود.
    کلیدواژگان: صفحه ترک دار، پایداری آیروالاستیک، نوسان های چرخه محدود، فلاتر: روش گلرکین
  • محمد جعفری نیاسر*، علی اصغر جعفری، محسن ایرانی رهقی، محمدجواد بابایی صفحات 13-29

    در مقاله حاضر کنترل دامنه ارتعاشات اجباری یک پوسته مخروطی از جنس مواد مدرج تابعی در حالت چرخان با استفاده از وصله های پیزوالکتریک از جنس مواد مدرج تابعی تحلیل گردیده است. تعداد 4 تکه پیزوالکتریک داخل پوسته و مشابه همین روی پوسته قرار گرفته اند. برای بدست آوردن دینامیک سیستم از روش انرژی و نظریه کلاسیک استفاده شده است. پاسخ ارتعاشات با شرایط مرزی دو سر ساده به صورت عبارتی با جدا سازی توابع مکان و زمان و همچنین ضرایب متغیر با زمان برای هر متغیر سیستم در نظر گرفته شده است. پس از آن با قرار دادن پاسخ های در نظر گرفته شده در توابع انرژی و در نهایت استفاده از معادله لاگرانژ، دینامیک حاکم بر سیستم حاصل می گردد. فرکانس های طبیعی پوسته غیرچرخان و چرخان با نتایج پژوهش های قبلی مقایسه شده است. همچنین برای کنترل ارتعاشات از پسخورد سرعت استفاده شده به گونه ای که ولتاژ سنسور که وابسته به سطح، ضخامت و محل قرار گیری هر سنسور است محاسبه شده و در ولتاژ عملگر از آن استفاده می شود. در ادامه، کنترل سیستم ابتدا در مود اول و سپس برای سیستم همگرا شده انجام می گیرد که در هر دو حالت حلقه کنترلی به خوبی دامنه ارتعاشاتی اجباری را مستهلک می کند.

    کلیدواژگان: پوسته مخروطی چرخان، پوسته مدرج تابعی، وصله های پیزوالکتریک، کنترل فعال ارتعاشات
  • محمد ظهورمسگر، حامد صفی خانی*، محمدرضا شیخ الاسلامی، سیامک مزدک صفحات 31-42

    انتقال ارتعاشات ترانسدیوسر فراصوت به بار، توسط قطعه ای به نام هورن صورت می گیرد. بسته به کاربرد هورن، می توان ارتعاشات را متمرکز و یا پخش نمود. این قطعه در کاربردهای گوناگون همانند جوشکاری فراصوت مورد استفاده قرار می گیرد. محدودیت این قطعه، افزایش دمای آن در حین کارکرد به دلیل میرایی ساختاری است. به سبب این که این قطعه در فرکانس تشدید در مود محوری در حال ارتعاش است، افزایش دما داده و در اثر آن خواص مکانیکی آن تغییر کرده و موجب تغییر فرکانس تشدید و افت شدید راندمان ارتعاشات می شود. در این مقاله با هدف کاهش دمای هورن، هندسه بهینه جدید ارایه شده است. هندسه جدید از لحاظ انتقال حرارت بهینه است و به صورت هم زمان سعی شده تا کمترین مود جانبی ممکن به دست آید. به منظور بهبود این مشکل و مقابله با آن، مدل عددی رشد دمایی قطعه مورد نظر در حالت پایدار به به دست آمده است به علاوه با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه سازی حرارتی هورن با ایده پره، در دو مرحله متوالی انجام شده است. در قسمت نتایج جزییات هندسه جدید ارایه و به صورت مبسوط در مورد جوانب مختلف آن بحث شده است.

    کلیدواژگان: هورن، ترانسدیوسر فراصوت، فرکانس تشدید، مود جانبی، بهینه سازی
  • محمدحسین طالبی*، هادی کارگر شریف آباد، ولی کلانتر، محمدرضا نظری صفحات 43-58

    در این تحقیق تجربی، انتقال حرارت جابجایی اجباری در حال توسعه حرارتی نانوسیال Fe2O3/ آب در داخل لوله مسی تحت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط تعدادی آهنربای دایمی تخت بررسی شده است. آزمایشات در شرایط رژیم جریان آرام و شرط مرزی شار حرارتی یکنواخت انجام شده و تاثیر موقعیت و شدت میدان مغناطیسی بررسی شده است. اهداف این تحقیق بررسی تاثیر استفاده از نانوسیال Fe2O3/ آب ، عدد رینولدز جریان، شدت و موقعیت میدان مغناطیسی ثابت در رفتار حرارتی جریان بوده است. اعتبار سنجی دستگاه آزمایش با استفاده از آب مقطر و مقایسه با نتایج تیوری انجام شده است که در نهایت تطابق خوبی حاصل شده است. نتایج نشان می دهد به علت تاثیر میدان مغناطیسی بر نانوسیال Fe2O3/ آب، بوجود آمدن جریان های ثانویه و تغییر شکل لایه مرزی، انتقال حرارت تغییر می کند و تغییرات آن به مشخصات جریان و شدت و موقعیت میدان مغناطیسی وابسته است. افزایش شدت میدان مغناطیسی عمود بر جریان در یک نقطه در رینولدز ثابت باعث افزایش ناگهانی ضریب انتقال حرارت جابجایی موضعی می شود در صورتی که همین میدان در نقاط مختلف تقسیم شود افزایش کمتری نسبت به یک نقطه مشاهده می شود ولی ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط در حالت دوم بیشتر از حالت اول است.

    کلیدواژگان: نانوسیال Fe2O3، آب، انتقال حرارت جابجایی، میدان مغناطیسی، مطالعه تجربی
  • احمد اکبری* صفحات 59-71
    در این مقاله نشان داده می شود که می توان با استفاده از روش همگن سازی عددی نمودار ماکروسکوپی سطح شکست یک ماده پلی کریستالی را در حضور آسیب های اولیه میکروسکوپی به دست آورد. به این منظور نمونه هایی از ساختار میکروسکوپی ماده به صورت دوبعدی در قالب حجم نمونه هایی در نظر گرفته می شوند که شامل تعدادی دانه با خواص الاستیک خطی با مرز دانه هایی از نوع ترک چسبناک غیرخطی هستند. در این مدل سازی محل جوانه زنی و رشد میکرو ترک ها مرز دانه ها می باشند. به منظور مطالعه ی اثر آسیب اولیه بر خواص ماکروسکوپی ماده، در مرکز هندسی حجم نمونه ها سه شکل متفاوت از آسیب های اولیه ایجاد می گردد به گونه ای که مرز دانه های آن ناحیه هیچ گونه توانایی ذخیره انرژی کششی یا برشی را ندارند. شرایط مرزی به صورت جابجایی دومحوره و برگرفته از تانسور کرنش ماکروسکوپی به صورت گام به گام بر مرز بیرونی حجم نمونه ها اعمال می گردد و تا لحظه شکست حجم نمونه ادامه می یابد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که وجود آسیب های اولیه استحکام ماده را به مقدار چشمگیری کاهش می دهد و می تواند سبب نامتقارن شدن نمودار سطح تسلیم ماده گردد. این در حالی است که وجود این آسیب ها تاثیری بر مدول الاستیسیته ی ماده ندارد.
    کلیدواژگان: تحلیل چندمقیاسه، همگن سازی عددی، آسیب میکروسکوپی، ساختار پلی کریستالی، مرز دانه چسبناک
  • مهرداد خاندائی*، سعید محمدی فیروزجائی، حمید عربی صفحات 73-88
    در این مقاله یک روش ترکیبی جدید، شامل آزمون های فشار حلقه و اکستروژن معکوس قالب باز، به منظور ارزیابی ضریب اصطکاک در فرآیند اکستروژن ارایه می گردد. در این روش، رفتار اصطکاکی در ناحیه ی سطح آزاد قالب و حفره قالب اکستروژن با هم متفاوت در نظر گرفته شده اند. از این رو، ضریب اصطکاک در سطح آزاد قالب با استفاده از آزمون فشار حلقه به دست می آید و در شبیه سازی های آزمون اکستروژن معکوس قالب باز در ناحیه سطح آزاد قالب اعمال می گردد. سپس شبیه سازی های المان محدود آزمون اکستروژن معکوس قالب باز، با فرض معلوم بودن ضریب اصطکاک در سطح آزاد قالب، برای ضرایب اصطکاک مختلف در حفره قالب اکستروژن انجام می شوند تا منحنی های کالیبراسیون اصطکاک در این ناحیه به دست آیند. در نهایت با مقایسه ی نتایج آزمایش های تجربی با منحنی های کالیبراسیون، ضریب اصطکاک در حفره قالب به دست می آید. مقایسه ی ضرایب اصطکاک حاصل از سه آزمون نشان می دهد که ضریب اصطکاک در کانال اکستروژن قالب بیشتر از سطح آزاد آن است.
    کلیدواژگان: آزمون فشار حلقه، آزمون اکستروژن معکوس قالب باز، فرآیند اکستروژن، ضریب اصطکاک
  • حامد خسروی خور، سید حجت هاشمی*، مهدی راغبی صفحات 89-96
    آزمایش ضربه سقوطی بیش از هفت دهه در صنعت نفت و گاز بعنوان یکی از مهم ترین آزمایش ها بمنظور تعیین انرژی شکست و بررسی ویژگی های شکست نرم و ترد لوله های انتقال انرژی استفاده شده است. در این پژوهش انرژی شکست فولاد API X65 با تحلیل منحنی شتاب حاصل از آزمایش ضربه سقوطی مجهز به شتاب سنج به دست آمد. نمونه آزمایشگاهی از لوله انتقال گاز طبیعی به قطر خارجی 1219 میلی متر و ضخامت 3/14 میلی متر جدا شد. آزمایش طبق استاندارد API 5L با استفاده از دستگاه ضربه سقوطی با چکشی به وزن 700 کیلوگرم (مجهز به شتاب سنج) با ارتفاع سقوط 3 متری انجام شد. با استفاده از فرکانس طبیعی به دست آمده نمونه و فیلتر پایین گذر باترورث، نوسان های ناخواسته از داده های آزمایش حذف گردید. مقدار انرژی شکست (سطح زیر منحنی نیرو-تغییر مکان) برابر6791 ژول به دست آمد که در مقایسه با مقادیر انرژی حاصل از آزمایش ضربه سقوطی مجهز به کرنش سنج در پژوهش های گذشته حدودا 4 درصد تفاوت دارد. با توجه به این اختلاف جزیی، صحت آزمایش ضربه سقوطی مجهز به شتاب سنج تایید می شود.
    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، فرکانس طبیعی، فولاد API X65، فیلتر باترورث، انرژی شکست
  • مسعود رخش خورشید*، صادق رنجبر، سید احسان افتخاری شهری صفحات 97-110
    امروزه از مدل های آسیب جهت شبیه سازی و پیش بینی مناطق وقوع شکست در فرایندهای تولید استفاده می شود. یکی از مدل های مشهور که به طور گسترده در نرم افزارهای تجاری اجزاء محدود استفاده می شود، مدل آسیب جانسون-کوک است. هدف از تحقیق حاضر تعیین ثابت های مدل آسیب جانسون-کوک برای ورق مس خالص تجاری است. بدین منظور ابتدا سه نمونه کشش (یک نمونه بدون شیار و دو نمونه شیاردار با شیارهای متفاوت به شعاع های 10 و 2 میلی متر) در راستای نورد از ورق جدا و آزمایش کشش بر روی آن ها انجام شد. نسبت تنش سه محوره برای هر یک از نمونه ها از رابطه بریجمن بدست آمد. سپس، با توجه به قانون حجم ثابت وابستگی کرنش شکست نسبت به تنش سه محوره در مدل آسیب جانسون-کوک، ثابت های این مدل آسیب تعیین گردید. از شبیه سازی عددی آزمایش های کشش انجام شده برای ارزیابی موفقیت روش استفاده شده برای تعیین ثابت های مدل جانسون-کوک استفاده شد. برای این کار، از معیار خطای جابجایی استفاده شد و مقدار آن برای هر یک از نمونه ها تعیین گردید. مقدار میانگین خطای جابجایی برای سه نمونه مورد آزمایش برابر 07/9 درصد محاسبه شد که نشان دهنده موفقیت روش مورد استفاده جهت تعیین ثابت های مدل آسیب جانسون-کوک در تحقیق حاضر است. از نتایج این تحقیق می توان جهت شبیه سازی فرآیندهای تولید ورق مسی مورد مطالعه استفاده کرد.
    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود، آسیب نرم، مدل آسیب نرم جانسون-کوک، ورق مس خالص تجاری
  • احسان طبیبی، مجید قریشی*، سجاد بیگمرادی صفحات 111-122
    شستشوی دهانه ماشین کاری یکی از عوامل مهم در میکروماشین کاری تخلیه الکتریکی است که نه تنها دهانه ماشین کاری را از براده ها پاک سازی می کند، بلکه سبب افزایش بازده ماشین کاری نیز می گردد. درک صحیح از جریان دی الکتریک کمک شایانی به بهبود عملکرد شستشوی دهانه ماشین کاری می کند. در این پژوهش، اثر پارامترهای عمق سوراخ و سیال دی الکتریک بر جریان شستشوی دهانه در میکروماشین کاری تخلیه الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پارامتر طراحی عمق در سه سطح 5، 10 و 15 میلی متر در کنار سه دی الکتریک آب دیونیزه، نفت سفید و روغن EDM-30 مورد مطالعه قرار گرفته است. جریان دی الکتریک درون دهانه ماشین کاری به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تجزیه و تحلیل شده و معادلات حاکم نیز با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شده است. برای اعتبارسنجی، مقایسه ای بین نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی و عددی تحقیقات پیشین صورت گرفته است. حداکثر اختلاف بین نتایج این شبیه سازی با نتایج تجربی 81/10 درصد است که از تطابق خوب این نتایج با نتایج تحقیقات پیشین حکایت دارد. با بررسی نتایج عددی مشاهده می شود که با کاهش عمق سوراخ و استفاده از آب دیونیزه به عنوان سیال دی الکتریک، سرعت جریان درون دهانه ماشین کاری افزایش یافته و ناحیه رکود تشکیل شده درون سوراخ کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: میکروماشین کاری تخلیه الکتریکی، دی الکتریک، شستشوی دهانه ماشین کاری، دینامیک سیالات محاسباتی
  • مجتبی ضیاءشمامی، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی، حسین خدارحمی صفحات 123-137
    در این تحقیق، تعدادی آزمایش روی ورق های آلومینیومی به منظور مطالعه تغییر شکل ورق های تک لایه، دولایه و سه لایه تحت بارگذاری دفعی یکنواخت مکرر تا 5 دفعه انجام شد. برای انجام آزمایش ها، نمونه ها روی سامانه آونگ بالستیک بسته شدند. در حالت کلی، نمونه های آزمایشی تغییر شکل بزرگ پلاستیکی به صورت گنبدی شکل همراه با نازک شدگی یا پارگی در لبه های مرزی به علت یکنواخت بودن بارگذاری از خود نشان دادند. نتایج تجربی نشان داد که خیز مرکزی ورق های تک لایه و چندلایه با افزایش تعداد انفجار و جرم خرج افزایش می یابد. علاوه بر آن، خیز جلو رونده نمونه؛ یعنی، اختلاف خیز در دو مرحله متوالی انفجار، به علت آنکه نمونه بعد از هر دفعه انفجار کار سختی تحمل می کند، به صورت نمایی کاهش می یابد. نتایج همچنین نشان داد که ممکن است ساختارهای سه لایه هم جنس در انفجار اول در ایمپالس پایین عملکرد انفجاری مناسبی در مقایسه با ساختارهای دولایه داشته باشد اما با بالا رفتن تعداد انفجار، مقاومت انفجاری آن ها کاهش می یابد. اگرچه این رفتار برای انفجار در ایمپالس های بالا دیده نشد و ساختارهای چندلایه رفتاری متفاوتی دارند.
    کلیدواژگان: بارگذاری یکنواخت مکرر، ساختار چندلایه، مقاومت انفجاری، ورق دایره ای
  • مهدی قاسمی، محمد مراد شیخی، وحید طهماسبی*، مجتبی ذوالفقاری صفحات 139-152

    از جمله درمان های رایج در جراحی اورتوپدی، ماشینکاری مفصل های زانو برای جاسازی مفصل مصنوعی است. در این جراحی آماده سازی سطوح تیبیا و فمور برای کسب سینماتیک صحیح مفصل و تعادل رباط ها لازم است. بدین منظور فرزکاری برای ماشینکاری دقیق سطوح استخوان و ایجاد شیارهای دقیق مورد نیاز است. در این مطالعه، عملیات فرزکاری روی پلی متیل متاکریلات بعنوان قطعه کار و جانشین مناسب برای استخوان انجام شد و برای اولین بار به طور مشخص روی مدل سازی و بهینه سازی پارامترهای موثر در فرزکاری یعنی سرعت برش، پیشروی، عمق برش و قطر ابزار با روش پاسخ سطح جهت بررسی زبری سطح متمرکز شده است. معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج گردیده است و تاثیر پارامترهای ورودی و بر همکنش آنها بر روی پارامتر خروجی زبری سطح به دقت بررسی شده است. همچنین با بهره گیری از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل مقدار کمی اثر پارامترهای ورودی مشخص شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای رسیدن به کیفیت سطح مطلوب باید حداقل پیشروی، حداقل سرعت دورانی، قطر ابزار کوچکتر و عمق برش کم لحاظ شود. نتایج نشان می دهد از بین پارامترهای ورودی با در نظر گرفتن تغییرات همزمان تمامی پارامترها در بازه آزمایش ها، به ترتیب سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار و عمق برش بیشترین اثر را در رفتار زبری سطح داشته اند.

    کلیدواژگان: فرزکاری پلی متیل متاکریلات، زبری سطح، روش پاسخ سطح، آنالیز حساسیت آماری
  • زهرا طالب پور، امیدرضا محمدی پور، حسین عجم، حمید نیازمند* صفحات 153-168

    در مقاله حاضر، هندسه بهینه یک کانال چندراهی دوبعدی با یک ورودی و سه خروجی در عدد رینولدز 10 Re=مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این ارزیابی، بهینه سازی توپولوژی بر اساس روش تخلخل و به کمک شبیه سازی شبکه بولتزمن صورت گرفته و درنهایت طرح بهینه با استفاده از آنالیز حساسیت یک تابع هدف ارایه شده است. برخلاف تحقیقات پیشین به جای ثابت نگاه داشتن عرض مجرا در خروجی ها، سرعت متوسط در این مقاطع یکسان در نظر گرفته شده است درحالیکه مقایسه نتایج نشان می دهد مقدار اتلافات انرژی در طرح بهینه چندراهی به میزان 04/26 درصد کاهش خواهد یافت که این خود موید مزیت تغییر در عرض مجرا در مقایسه با تغییر در سرعت متوسط جریان است. در این حالت، شرایط هندسه مجرای ورودی شامل عرض و موقعیت مجرا نقش به سزایی در طرح نهایی خواهد داشت که پرداختن به آن هدف اصلی این تحقیق به شمار می رود. نتایج عددی حاکی از آن است که با فرض تغییرات خطی عرض مجرا در خروجی ها، کمترین افت توان جریان زمانی حاصل خواهد شد که عرض ورودی برابر با بزرگترین خروجی باشد. قراردادن ورودی در مقابل عریض ترین خروجی، هندسی نهایی را هموارتر از سایر حالات خواهد کرد اما این حالت از نظر اتلافات کاملا بهینه نیست. برای رسیدن به کمترین اتلافات انرژی، ورودی جریان می بایست هم راستا با فضای میانی دو خروجی با عرض های متوسط و بزرگ قرار گیرد. در این حالت اتلافات به میزان 18/23% کمتر از حالتی است که ورودی در مقابل باریک ترین مجرا قرار گرفته باشد.

    کلیدواژگان: کانال چندراهی، جریان آرام، بهینه سازی، بهینه سازی توپولوژی، روش لتیس-بولتزمن
  • علی چراغی، رضا ابراهیمی، حسن کریمی، رضا آقایی طوق*، محمدجواد منتظری صفحات 169-184

    در توربین هایی با دبی جرمی ورودی اندک، از پذیرش جزیی در ورود روتور استفاده می شود. برای به دست آوردن کار ویژه بالا، لازم است توربین با جریان فراصوت یا افت فشار بالا کار کند. در این مقاله، ابتدا توربین فراصوت با پذیرش جزیی و دلایل استفاده از آن به طور مبسوط تشریح می شود. پذیرش جزیی در این توربین ها با استفاده از شیپوره ها یا نازل های هم گرا- واگرا تامین می شود. هدف اصلی مقاله بررسی اثر پروفیل قسمت هم گرای نازل روی عملکرد توربین فراصوت با پذیرش جزیی است. برای این کار، با استفاده از یکی از روش های پروفیل کردن نازل، چند مدل مختلف ساخته شده است. جریان در توربین با دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‏سازی شده و عملکرد توربین با بررسی بازده قانون اول و بازده قانون دوم و هم چنین تحلیل اگزرژی و تخریب اگزرژی بررسی شده است. در مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج مدل اصلی، مشاهده شد که پروفیل نازل نقش موثری در افزایش راندمان توربین و پیش گیری از هدر رفتن انرژی دارد.

    کلیدواژگان: توربین فراصوت، پذیرش جزئی، پروفیل نازل، تخریب اگزرژی
  • محسن سروشان، جاماسب پیرکندی*، حمید پرهیزکار صفحات 185-198

    طراحی مناسب پره استاتور توربین کمک شایانی به افزایش عملکرد آن و بازده کلی موتور می کند. در این پژوهش به کمک نرم افزار فلوینت تولید آنتروپی محلی و نرخ اگزرژی تخریبی پره استاتور توربین آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در تحلیل انجام شده آنتروپی تولیدی محلی به دو بخش آنتروپی تولیدی چسبندگی و آنتروپی تولیدی حرارتی تقسیم بندی شده و معادلات حاکم به کمک udf داخل نرم-افزار فلوینت تعریف شده است. بعد از محاسبه آنتروپی تولیدی محلی و مشخص شدن مقدار بازگشت ناپذیری ها، طبق معادله ی گویا-استودلا مقدار اگزرژی تخریبی نیز به کمک روش عددی محاسبه شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که دو مدل اسپالارت آلماراس و k-ω (SST) بهترین پیش بینی ویک پره را انجام داده اند. مقدار آنتروپی تولیدی چسبندگی و آنتروپی تولیدی حرارتی به ترتیب 69 و 31 درصد است. مقادیر تولید آنتروپی محلی محاسبه شده با نتایج یک پره ی استاتور توربین مقاله معتبر اعتبارسنجی شده که تطابق قابل قبولی در آن مشاهده می شود. اگزرژی تخریبی محاسبه شده 281 کیلووات بوده که در محدوده توربین گازهای هوایی مدرن برای یک طبقه توربین پرفشار قرار دارد.

    کلیدواژگان: پره استاتور، توربین، تحلیل عددی، قانون دوم ترمودینامیک، تولید آنتروپی
  • مراد هواسی، فتح الله امی*، فاطمه چیتگرها، زهیر صبوحی صفحات 199-212
    شبیه سازی عددی دوبعدی شعله اسپری در پیکربندی جریان متقابل آرام انجام شده و ناحیه تشکیل احتراق گروهی قطرات به وسیله پارامتر شاخص شعله برای نرخ کرنش، نسبت هم ارزی و قطر قطرات مختلف در نسبت هم ارزی های بالا تعیین شده است. از n-decane (C10H22) به عنوان یک سوخت اسپری مایع استفاده شده و یک واکنش کلی یک مرحله ای برای مدل واکنش احتراق به کار گرفته شده است. قطرات سوخت به صورت تصادفی با استفاده از یک کد UDF در ورودی هوا تزریق می شوند و حرکت قطره با روش لاگرانژ محاسبه شده است. با توجه به نتایج در نسبت هم ارزی های بالا، نرخ کرنش های بالا و قطرهای بزرگ قطرات، دمای مرکز شعله به دلیل سرکوب شدن واکنش شیمیایی ناشی از کاهش کسرجرمی اکسیدکننده، افت پیدا می کند و رژیم غالب شعله در این حالت ها به صورت غیرپیش-آمیخته می باشد. احتراق گروه خارجی قطره در لایه بالا و پایین شعله رخ داده، و احتراق گروه داخلی در مرکز شعله اتفاق می افتد.کلمات کلیدی: پیکربندی جریان متقابل، احتراق اسپری، احتراق گروه قطره، شاخص شعله.
    کلیدواژگان: پیکربندی جریان متقابل، احتراق اسپری، احتراق گروه قطره، شاخص شعله
  • نفیسه مهدیار، سید وحید حسینی* صفحات 213-226
    از آنجایی که نیکل خواص ضد سایش و خوردگی مناسب به همراه استحکام و شکل پذیری قابل قبول دارد، در سالیان اخیر کاربرد وسیعی به ویژه در زمینه سطوح خارجی و پوشش ها داشته است. در این مقاله فرایند نانو دندانه گذاری نیکل با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شد. قطعه کار بصورت تک کریستال و ابزار بصورت نیمه کروی در نظر گرفته شد. در مدل ارایه شده، از تابع پتانسیل بین اتمی هیبرید استفاده شد که شامل توابع پتانسیل دو و چند اتمی می باشد. صحت نتایج سختی بر حسب جابجایی ابزار با نتایج موجود در دیگر پژوهش ها تعیین اعتبار شد. در مقیاس اتمی ساختارکریستالی دارای خواص جهتی می باشد. زمانی که نانو دندانه گذاری یک لایه اتمی به اتمام می رسد و نوبت به لایه ی بعدی می شود، مکانیزم تغییرشکل، نیروی ابزار و سختی قطعه می تواند تغییر کند که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج، بیشترین سختی مربوط به صفحه کریستالی (111) در عمق 1/5 نانومتر شد. از طرف دیگر، فرآیند شبیه سازی در دو حالت ابزار صلب و ابزار غیرصلب انجام گرفت تا اثر تغییرشکل ابزار بر فرآیند سختی مورد مطالعه قرار گیرد. بر اساس نتایج، بدلیل عدم تغییرشکل ابزار صلب نیروهای وارد بر ابزار به میزان % 4/6 در تک کریستال نیکل افزایش داشت. از طرف دیگر بدلیل کاهش سطح تماس و افزایش نیرو، سختی تا % 6/3 در ابزار صلب نسبت به ابزار غیرصلب افزایش یافت.
    کلیدواژگان: نانو دندانه گذاری، شبیه سازی دینامیک مولکولی، تک کریستال، جهت کریستالی، ابزار غیرصلب
  • محمدصادق شاهسوند*، حسین گل پرور صفحات 227-238

    در این مقاله شبیه سازی تیوری و تجربی استحکام سازه کف پهپاد آب نشین در فاز فرود بر روی سطح آب مورد مطالعه قرارگرفته است. در طراحی پرنده آب نشین محاسبه مقاومت سازه ای در مقابل ضربه حاصل از سطح آب به آن دارای اهمیت ویژه می باشد. در ابتدا برخورد کف پهپاد با سطح آب با استفاده از روش المان محدود، شبیه سازی عددی تداخل سازه با سیال (تحلیل دوفازی) شده است. سپس با انجام یک مطالعه تجربی با سرعت متغیر نتایج حاصل از حل عددی و آزمایش تجربی مورد مقایسه و ارزیابی قرارگرفته است. از مقایسه نتایج و نمودارهای به دست آمده از روش عددی با آزمایش تجربی مشاهده گردید که پرتاب سقوط آزاد پرنده بر سطح آب می-تواند شبیه سازی بحرانی ترین حالت برای فرود باشد. نتایج نشان می دهد که افزایش ارتفاع نزول و سرعت وسیله هنگام برخورد با سطح آب، بیشترین گرادیان کرنش را در راستای محور عمود بر کف پرنده آب نشین و کمترین تغییرات را در راستای محور مماس با سطح آب به وجود می آورد. مطابق داده های حاصل از معیارهای گسیختگی تسای هیل و تسای وو برای حل عددی و آزمایش تجربی، مقادیر تنش و استحکام سازه کف پرنده در محدوده مجاز طراحی قرار دارند.

    کلیدواژگان: پهپاد آب نشین، روش المان محدود، تداخل دوفازی، استحکام سازه ای، آزمایش تجربی
  • بابک هوشمند*، حسین امیرآبادی، خلیل خلیلی صفحات 239-255
    در استفاده از ماشین های کنترل عددی، تنظیمات و راه اندازی غیر برخط با بهره گیری از نرم افزارهای متنوعی درحیطه مدل سازی و ماشین کاری بدون نیاز به اجرای یک فرآیند توسط ماشین ممکن شده است. لذا بسیاری از تصمیمات را قبل از اجرای فرآیند ماشین کاری توسط ماشین ابزار می توان اتخاذ کرد. در این حیطه، ماشین بینایی از جمله فناوری هایی است که می توان از آن به منظور تعیین موقعیت قطعه به صورت غیر برخط و پیش از اجرای عملیات ماشین کاری، در ماشین های ابزار مجهز به سیستم کنترل عددی استفاده نمود. در این تحقیق، از این روش به منظور موقعیت یابی دو نمونه قطعه کار ریخته گری شده بر روی میز ماشین ابزار فرز مجهز به سیستم کنترل عددی استفاده شد. میانگین خطای به دست آمده در پیدا کردن مرکز دایره ای نوعی در پوش ریخته گری شده شامل 361/0 میلیمتر در امتداد محور x و 372/0 میلیمتر در امتداد محور y و میانگین خطای یافتن نقطه صفر پره پمپ ریخته گری شده 2/0 میلیمتر پس از 10 بار تکرار آزمایش گزارش شد. همچنین در پیدا کردن محل لبه در پوش ریخته گری شده، به منظور کاهش زمان تعیین مسیر حرکت ابزار نسبت به قطعه کار بسته شده روی میز ماشین ابزار مربوطه برای عملیات ماشین کاری، 25/0 میلیمتر در هر دو راستای x و y و 4/0 میلیمتر در امتداد z، و خطای مدل بازیابی شده از نقاط استخراج شده از طریق پردازش تصاویر مربوط به پره پمپ ریخته گری شده با هدف تعیین موقعیت آن، 363/0 میلیمتر در هر سه راستای x، y و z به دست آمد.
    کلیدواژگان: تنظیم غیر برخط، ماشین کاری، قطعه ریخته گری شده، ماشین بینایی، انطباق استریو
  • احمد مامندی*، علیرضا مهرابی محب صفحات 257-273
    در این مقاله، دینامیک خطی میکروتیر حاوی جریان داخلی سیال تراکم ناپذیر بر روی بستر ویسکوالاستیک-پسترناک غیرخطی و تحت تاثیر بار محوری بر اساس نظریه تنش کوپل اصلاح شده، مورد بررسی قرار گرفته است. معادله حاکم بر حرکت میکروتیر با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده و سپس با استفاده از روش گالرکین حل شده است. شرایط تکیه گاهی گیردار-آزاد و گیردار-گیردار و سطح مقطع تیر به صورت مستطیلی و دایره ای توخالی در نظر گرفته شده است. اثر تغییر پارامترهای مختلف مانند سرعت جریان سیال، پارامتر مقیاس طول (اثر اندازه)، سفتی خطی و غیرخطی ، میرایی، سفتی لایه برشی لزج بستر و نیروی محوری بر روی فرکانس طبیعی خطی و غیرخطی میکروتیر بررسی شده است. افزایش نیروی محوری فشاری به کاهش فرکانس های طبیعی میکروتیر می انجامد. همچنین، محدوده پایداری میکروتیر با تکیه گاه گیردار-آزاد نسبت به میکروتیر با تکیه گاه گیردار-گیردار کمتر است. با در نظر گرفتن نظریه تنش کوپل اصلاح شده، فرکانس و سرعت بحرانی و در نتیجه محدوده پایداری بزرگتری نسبت به مدل کلاسیک تیر پیش بینی می گردد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات میکروتیر، جریان سیال داخلی، بستر غیرخطی ویسکوالاستیک-پسترناک، بار محوری، نظریه تنش کوپل اصلاح شده
  • کرامت ملک زاده فرد، علیرضا پورموید*، علیرضا رحیمی صفحات 275-289
    در این پژوهش، تحلیل دینامیکی تیر ضخیم هدفمند مرکب با وجود ترک عرضی به کمک تیوری تیموشنکو و تیوری مرتبه بالای تغییر شکل برشی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات بنیادی و شرایط مرزی تیر هدفمند مرکب و ضخیم با استفاده از تیوری های تیموشنکو، ردی و همچنین اصل کمینه سازی انرژی سیستم به دست آمده است. فرض شده است خواص مکانیکی غیر همگن تیر به صورت تابعی از ضخامت به صورت تابع توانی که در آن ضخامت تیر متغیر است، باشد. همچنین شرایط مرزی دوسرگیردار در نظر گرفته شده است. با توجه به این شرایط، جواب فرم بسته برای فرکانس های طبیعی تیر هدفمند مرکب با وجود ترک به دست آمده است. در ادامه نتایج مورد تحلیل قرار گرفته و با نتایج سایر پژوهش ها و نرم افزار آباکوس مورد صحت سنجی قرار گرفت. در نهایت نتایج نشان داد که درصد بهبود جواب حاصل از تیوری مرتبه سوم برشی ردی نسبت به تیوری تیموشنکو برای تیر ضخیم حدود 24 درصد می باشد و برای تیر نازک جواب ها به هم نزدیک می شوند.
    کلیدواژگان: تیر هدفمند مرکب، ترک، تئوری مرتبه بالای تیر، روش ریتز
  • علیرضا پاکرویان، پیمان یوسفی*، کوروش خورشیدی، سید محمد مهدی نجفی زاده، علی رضا نظام آبادی صفحات 291-310

    در این مقاله‏ ، به منظور بررسی ارتعاشات آزاد عرضی پانل های ساندویچی مستطیلی با شرایط مرزی نوع لوی، معادلات حرکت بر اساس تیوری بهبود یافته تغییر شکل برشی مرتبه سوم همراه با ضرایب تصحیح برشی، استخراج شده اند. تیوری مرتبه سوم ردی برای محاسبه تنش برشی عرضی در راستای ضخامت ورق، یک توزیع سهموی را اختصاص داده و برای ورق های تک لایه نازک تا نسبتا ضخیم مناسب است. لیکن برای ورق های ساندویچی، در تیوری ردی شرط پیوستگی تنش های برشی بین لایه ها ارضاء نمی گردد. این نقیصه با افزودن ضرایب تصحیح برشی و فقط از لحاظ انرژی اصلاح می گردد. پانل ساندویچی شامل رویه های ایزوتروپ و هسته لانه زنبوری آگزتیک از جنس همان رویه ها است. خواص موثر هسته لانه زنبوری مطابق جدیدترین مدل اصلاح شده گیبسون و بر اساس تیوری تیر تیموشنکو محاسبه شده اند. برای اعتبار سنجی روش حل، به مقایسه نتایج حاضر با برخی گزارش های موجود در مقالات و همچنین نرم افزار اجزاء محدود انسیس پرداخته شده است. نتایج اعتبار سنجی نشان دهنده تاثیر بسزای ضرایب تصحیح برشی مناسب در کاهش خطا می باشند. سر انجام اثرات شرایط مرزی، نسبت ضخامت به طول پانل، نسبت ضخامت هسته به ضخامت کل پانل و پارامتر های هندسی سلول شش ضلعی درون رو بر روی فرکانس های طبیعی بی بعد، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج در قالب چند نمودار ارایه شده اند.

    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، شرایط مرزی لوی، پانل ساندویچی آگزتیک، تئوری بهبود یافته مرتبه سوم ردی، ضرایب تصحیح برشی
  • احسان اعتمادی*، علی رضا ملا محمد زمانی، محسن صفی خانی نسیم صفحات 311-324

    در این مقاله، به بررسی تجربی و عددی پارامترهای هندسی موثر بر میزان جذب انرژی توسط سازه هایی با نسبت پواسون منفی (سازه های آگزتیکی) پرداخته می شود. در قسمت تجربی سازه ای با ساختار آگزتیکی درون سو از جنس آلومینیوم 1100 ساخته شده و تحت فشار شبه استاتیکی قرار گرفته و نمودار تنش- کرنش و از آنجا میزان جذب انرژی و میزان جذب انرژی مخصوص محاسبه می شود. همچنین مقدار نسبت پواسون منفی در هر حالت بارگذاری بدست می آید. سپس نتایج تجربی با نتایج به روش المان محدود مقایسه می شوند. توافق خوبی بین نتایج تجربی و روش المان محدود وجود دارد. در ادامه به بررسی پارامترهای هندسی سلول واحد بر میزان جذب انرژی پرداخته می شود. این پارامترها شامل عضو افقی، مایل، زاویه اولیه و ضخامت ساختار می باشد. به طور خلاصه، نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت ساختار و کاهش زاویه اولیه، طول عضو افقی و مایل میزان جذب انرژی و انرژی جذب شده مخصوص افزایش پیدا می کند. در انتها نتایج نشان می دهد که ساختار آگزتیکی قابلیت جذب انرژی بالاتری نسبت به ساختارهای لانه زنبوری دارد.

    کلیدواژگان: ساختار آگزتیکی درون سو، جاذب انرژی، روش اجزاء محدود، بارگذاری شبه استاتیک
  • احمدرضا رحمتی*، امیر عربی، علی غیبی صفحات 325-350
    در کار حاضر برای اولین بار با استفاده از روش شبکه بولتزمن مبتنی بر اختلاف - محدود انتقال حرارت جا به جایی مغشوش نانوسیال درون محفظه مربعی شکل و کانال شبیه سازی شده و تاثیر عوامل مختلف از جمله عدد رایلی، کسر حجمی نانوسیال و عدد رینولدز بررسی شده است. برای مدل سازی جریان مغشوش، از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. جریان انتقال حرارت جابجایی طبیعی داخل حفره برای محدوده عدد رایلی 103 تا 1010 و محدوده کسر حجمی 0 تا 1 درصد بررسی شده است. جریان انتقال حرارت جابجایی اجباری داخل کانال برای محدوده عدد رینولدز 50 تا 3000 و محدوده کسر حجمی 0 تا 1 درصد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که روش شبکه بولتزمن مبتنی بر اختلاف - محدود توانایی شبیه سازی جریان های مغشوش را در هندسه های مختلف دارد. همچنین نتایج نشان می دهد در انتقال حرارت جابجایی آزاد داخل حفره با افزایش عدد رایلی و افزایش کسر حجمی نانوذرات، نرخ انتقال حرارت افزایش می یابد. در انتقال حرارت جابجایی اجباری داخل کانال، با افزایش عدد رینولدز و افزایش کسر حجمی نانوذرات نرخ انتقال حرارت افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کلید واژگان: روش شبکه بولتزمن مبتنی بر اختلاف-محدود، جریان مغشوش، انتقال حرارت، نانوسیال
  • سمیه داودآبادی فراهانی*، علی خزاعی نژاد صفحات 351-364
    در این مطالعه اثرات شرایط محیطی بر اگزرژی و هزینه دودکش خورشیدی بررسی و راهکاری برای انتخاب شهر مناسب برای بهره مندی از دودکش خورشیدی ارایه شده است. در بررسی اثر شرایط محیطی پارامترهایی مانند شدت تابش، دمای محیط و مقدار رطوبت محیط در نظر گرفته شده است. در این تحلیل پنج شهر با اقلیم آب و هوایی مختلف در ایران (اراک، اهواز، تبریز، رشت وکرمان) در نظر گرفته شده است. راندمان اگزرژی دودکش خورشیدی و تابع هزینه در طی یکسال برای همه شهرها محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد در تحلیل اگزرژی بیشترین اثر را به ترتیب پارامتر شدت تابش، دمای محیط و مقدار رطوبت محیط دارند. همچنین شهر اهواز نسبت به سایر شهر ها دارای بیشترین راندمان اگزرژی درطول سال است. بیشترین تابع هزینه مرتبط به شهر تبریز است. با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی و بر اساس دو معیار راندمان اگزرژی و تابع هرینه، شهرهای مورد بررسی در ایران برای نصب دودکش خورشیدی اولویت بندی شده اند. با استفاده از استراتژی پیشنهادی شهر اهواز با امتیاز 3/0 در جایگاه اول و شهر تبریز با امتیاز0.16 در جایگاه آخر برای نصب دودکش خورشیدی قرار دارد.
    کلیدواژگان: دودکش خورشیدی، تحلیل اگزرژی، تابع هزینه، روش تحلیل سلسله مراتبی، شرایط محیطی
  • حسن حاج عبداللهی، وحید قمری*، امین صالح صفحات 365-379
    در این پژوهش ابتدا به مدلسازی یک سیستم تولید همزمان سرمایش، حرارت و توان CCHP و سپس یک آب شیرین کن تبخیری چند اثره با تراکم بخار حرارتی MEE-TVC پرداخته می شود. محرک های اصلی در نظر گرفته شده برای سیستم CCHP سه نوع شامل توربین گازی، موتور گاز سوز و موتور دیزل به صورت جداگانه، به منظور تامین بخشی از توان و گرمای مورد نیاز می باشد. هدف اصلی در این پژوهش مقایسه فنی و اقتصادی آب شیرین کن MEE-TVC کوپل شده با سیستم CCHP توسط محرک های مذکور است. برنامه تمامی معادلات حاکم بر سیستم در نرم افزار MATLAB توسعه داده شده و به منظور کمینه سازی هزینه سالیانه با الگوریتم ژنتیک، بهینه می شوند. نتایج نشان می دهد که گرانترین هزینه سالیانه $/year 106×931765/1 مربوط به سیستم با محرک موتور گازسوز، می باشد. همچنین ارزانترین هزینه سالیانه برای سیستم با محرک موتور دیزل و برابر با $/year 106×552271/1 حاصل شده است. در نهایت با انتخاب توربین گازی به عنوان محرک سیستم این هزینه $/year 106×899054/1 به دست آمده است. به بیان دیگر هزینه سالیانه سیستم با محرک موتور دیزل در مقایسه با موتور گاز سوز و توربین گازی % 64/19 و %26/ 18 به ترتیب کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان، آب شیرین کن، ارزیابی اقتصادی، بهینه سازی
|
  • Seyed Saeed Mozafareiyan, J. Rezaeepazhand * Pages 1-12
    In the present study, an analytical model was presented for investigating the nonlinear aero-elastic response of cracked plate in supersonic flow. In this context, two-dimensional equations of cracked induced isotropic plate were proposed considering pure bending loading and simply support boundary condition. To form this equation, plate modeling based on the classical plate theory (CPT) and the von-Karman nonlinear relations. Also, the Line-Spring Model (LSM) and linear piston theory were considered for crack location and aerodynamic effect, respectively. Applying the Galerkin's method and plate assume modes, the partial differential equations (PDEs) are transformed into ordinary differential equations (ODEs). Then, by using Runge-Kutta numerical solution method, these equations (PDEs) were solved and the results were investigated. Eventually, some of effective aero-elastic parameters like flow condition and crack size were prescribed within the limit cycle oscillation (LCO) in flutter status. Results demonstrate that the presence of crack was leading early flutter, increasing the maximum amplitude of the limit cycle oscillations and aero-elastic instability that can ultimately reduce the structural performance.
    Keywords: Cracked plate, Aero-elasticity stability, Limit cycle oscillation (LCO), Flutter, Galerkin's Method
  • M. Jafariniasar *, A. A. Jafari, M. Irani Rahagi, M. J. Babaei Pages 13-29

    In this paper, control of forced vibration amplitude of a rotating FGM conical shell is studied using FGPM patches. Four piezoelectric patches are placed inner and outer of the shell. In order to obtain the system dynamic equations, the energy method and the classical plate theory are used and simply supported boundary conditions are considered. Each system variable is considered as an expression by separation of variables with variable-time coefficients. Subsequently by substitution the considered responses in the energy functions and finally using the Lagrange equation, the governing equations of the system are obtained. Natural frequencies are compared with the result of previous researches in the case of non-rotating and rotating shell. Also to control vibration, velocity feedback is used so that sensor voltage, which is dependent on the surface, thickness, and location of each sensor, is calculated and used in the actuator voltage. In the following section, control of the system is done for first mode and then convergent system, which in both cases, Closed-loop system well dampens amplitude of forced vibrations.

    Keywords: Rotating conical shell, FGM Shell, Piezoelectric patches, Active Vibration Control
  • M. Zohourmesgar, H. Safikhani *, M.R. Sheykholeslami, S. Mazdak Pages 31-42

    The ultrasonic transducer transmits vibrations to the load carried by the piece called Horn. Depending on the application of the horn, vibrations can be concentrated or propagated. It is used in various applications such as ultrasonic welding. A limitation of this piece, the temperature rise during operation due to structural damping. Because this piece is vibrating at resonant frequency in the axial mode, the temperature increases and its mechanical properties change, the frequency of resonance and vibration efficiency decreases sharply. In this paper, a new optimized geometry is presented to reduce the horn temperature. The new geometry is optimal in terms of heat transfer and at the same time try to minimize lateral mode may be achieved. In order to improve this problem, a numerical model of the temperature rise for desired piece in steady-state is achieved. In addition, using the genetic algorithm, Horn thermal optimization is performed in two consecutive steps with the idea of fins. In the results section, the details of the new geometry are presented and discussed in detail in its various aspects.

    Keywords: Horn, Ultrasonic transducer, Resonance frequency, Lateral mode, Optimization
  • M.H. Talebi *, H. Kargarsharifabad, V. Kalantar, M.R. Nazari Pages 43-58

    In this experimental study, the forced convection heat transfer of thermally developing Fe2O3/water nanoparticles inside a copper tube under magnetic field created by a number of permanent flat magnets is investigated. Experiments have been carried out under laminar flow regime and uniform heat flux boundary condition and the influence of magnetic field position and intensity. The objectives of this study were to investigate the effect of using Fe2O3/water nanofluid, flow Reynolds number, intensity and magnetic field position on the thermal behavior of the flow. Validation of the test apparatus was performed using distilled water and compared with the theoretical results, which eventually achieved good agreement. The results show that due to the influence of the magnetic field on the Fe2O3/water nanofluid, secondary flow and boundary layer deformation occur, the heat transfer changes and its variation is dependent on the flow profile and intensity and position of the magnetic field. Increasing the intensity of the magnetic field perpendicular to the flow at a single point in the constant Reynolds causes a sudden increase in the local convection heat transfer coefficient but the mean convection heat transfer coefficient in the latter case is higher than in the former case.

    Keywords: Fe2O3, water nanofluid, Convection heat transfer, Magnetic Field, Experimental Study
  • A. Akbari * Pages 59-71
    In this paper, the capability of computational homogenization technique in the prediction of the macroscopic yield surface of polycrystalline materials at the presence of microscopic damage is investigated. In order to perform the computational homogenization, the irregular shape representative volume elements (RVE) composed of two dimensional grains is used. The grains are considered as an undamageable linear elastic material while the grain boundaries are modeled by a nonlinear cohesive interface law. To study the effect of initial microscopic damages, three different shapes of fully damaged cracks are inserted at the center of RVEs. The Drichlet’s boundary conditions extracted from a macroscopic strain tensor is imposed on the boundary of RVEs and gradually increased until the full failure of samples. The results show that initial damages can dramatically reduce the material strength and give rise to an asymmetric yield surface whereas they have no effect on the macroscopic modulus of elasticity.
    Keywords: multiscale, computational homogenization, microscopic damage, polycrystalline structure, cohesive interface
  • M. Khandaei *, S. Mohammadi Firuzjaei, H. Arabi Pages 73-88
    In this article, a new combined approach including, the ring compression test and open die backward extrusion (ODBE) test, is presented to assess the friction coefficient in the extrusion process. It is assumed that the frictional behavior at the free surface of the die and the extrusion cavity is different. Firstly, the friction coefficient at the contact interface between the free surface of the die and the workpiece is obtained using the ring compression test. Then, to obtain the friction calibration curves at the contact interface between the workpiece and the extrusion channel, the finite element simulations of the ODBE test are performed for different friction coefficients in this area, and the friction coefficient is obtained comparing the experimental results and calibration curves. The comparison of the friction coefficients obtained from the three tests shows that the friction coefficient in the extrusion cavity is higher than that of the free surface.
    Keywords: Open Die Backward Extrusion test, Ring compression test, Extrusion process, Friction Coefficient
  • H. Khosravi Khor, Sayyed H. Hashemi *, M. Raghebi Pages 89-96
    The drop weight tear test has been used for nore than seven decades in oil and gas industries to measure fracture energy and to study the features of ductile and brittle fracture of energy trsnportaton pipelines. In this study, the fracture energy of API X65 steel was measured using the acceleration signal of the drop weight tear test equipped with accelerometer. The test sample was cut from the natural gas transmission pipe with outside diameter of 1219 mm and wall thickness of 14.3 mm. The test was carried out in accordance with API 5L standard on drop weight tear test apparatus with a 700 kg hammer equipped with accelerometer having 3 m drop. Using the obtained natural frequency and the low-pass Batterworth filter, the unwanted oscillations were removed from the high-velocity test data. The fracture energy (area under load-displacement record) obtained as 6791 J, which was around 4 percent less than the energy value of the drop weight tear test equipped with strain gauge in previous studies. Due to this small difference, the accuracy of the drop weight tear test equipped with accelerometer was confirmed.
    Keywords: Drop Weight Tear Test, Natural frequency, API X65 steel, Butterworth filter, Fracture Energy
  • M. Rakhshkhorshid *, Sadegh Ranjbar, Seyyed E. Eftekhari Pages 97-110
    Nowadays, damage models are used to simulate and predict the failure occurrence regions in manufacturing processes. One of the most famous models that is widely used in finite element commercial codes is Johnson-Cook damage model. The aim of the present research is to determine the constants of Johnson-Cook damage model for pure commercial copper sheet. For this, three different tensile testing specimens (a smooth (standard) specimen and two notched specimen with different notch radii of 10 and 2 mm) were separated along with the rolling direction and tensile tests were conducted on them. The stress triaxiality was determined for each of the specimens, by using the Bridgeman equation. Next, regards to the dependency of the fracture strain to the stress triaxiality, the constants of Johnson-Cook damage model was determined. Numerical simulation was used to evaluate the satisfaction of the method used to determine the constants of Johnson-cook damage model. For this, the error in fracture strain was used as the criterion and the value of it was calculated for each of the tensile testing specimens. The average value of error in fracture strain for three tested specimens was obtained as of 9.68 percent that showed the satisfaction of the method used in this research to determine the constants of Johnson-Cook damage model. The results of this study can be used to simulate the manufacturing processes of the studied copper sheet.
    Keywords: Finite Element Method, Ductile damage, Johnson-Cook ductile damage model, Commercial pure copper sheet
  • E. Tabibi, M. Ghoreishi *, S. Beigmoradi Pages 111-122
    flushing of machining gap is one of the most crucial issues in the micro-EDM that not only removes debris from the machining gap, but it also increases the machining efficiency. Identification of dielectric flow pattern provides a good perspective for its user to enhance the flushing performance. In this paper, the effects of the hole depth and dielectric fluid parameters on the flushing in micro-EDM are studied on the flushing in micro-EDM. Three different levels of 5, 10 and 15 mm for depth are considered, while deionized water, kerosene, and EDM-30 oil are chosen as dielectrics. To find out the effect of these parameters on flushing, computational fluid dynamics (CFD) based on boundary volume method is applied to solve the fluid flow in the flushing gap. To verify the numerical simulation model, a comparison was conducted between the results obtained in this work and the experimental and numerical results of the available literatures. The maximum difference between the results of this work and the experimental results is about 10.81%, which indicates that these results are in good agreement with the results of the previous research. The simulation was in a close agreement with them. By investigating the numerical results, it is observed that decreasing the depth of the hole and using deionized water as dielectric fluid increase the velocity of the flow in the flushing gap and reduce the size of the stagnation region in the hole.
    Keywords: Micro-EDM, Dielectric, Flushing, Computational Fluid dynamics
  • M. Ziya-Shamami, H. Babaei *, T. Mirzababaie Mostofi, H. Khodarahmi Pages 123-137
    In this paper, a series of experiments were conducted aluminum plates to investigate the large plastic deformation of single, double, and triple-layered plates under repeated uniform loading up to five times. In order to perform experiments, plates were mounted onto a ballistic pendulum. Generally, the tested plates represented large plastic deformation of dome-like shape along with thinning or tearing occurring at the boundary due to the uniform impulsive loading. The experimental results showed that the maximum permanent delfection of single- and multi-layered plates increases by the increase of mass charge and number of blasts. Furthermore, the progressive deflection was decreased exponentially because the test plate material undergoes work hardening after each blast load. The results also indicated that triple-layered plates made of similar materials may have a better blast performance compared to double-layered at the first low-impulse blast but their resistance decreases as the number of blast increases. However, this trend was not observed for high-impulse blasts and multi-layered plates have a different behavior.
    Keywords: Repeated uniform loading, Multi-layered structures, Blast performance, circular plate
  • M. Qasemi, M.M. Sheikhi, V. Tahmasbi *, M. Zolfaghari Pages 139-152

    One of the common treatments in orthopedic surgery is machining of knee joints to attach the artificial joint. In this surgery preparation of tibia and femur surfaces is necessary to obtain proper joint kinematics and ligament balancing. For this purpose milling is involved in surgery requiring accurate machining of bone surfaces and creation of accurate slots. In this paper, milling process was carried out on polymethylmethacrylate as workpiece and suitable substitute for bone and for the first time, it is focused on modeling and optimizing the effective parameters in milling namely cutting speed, feed rate, tool diameter and cutting depth for analyzing the surface roughness using the surface response methodology. The second-order regression equation governing the model is drived and the influence of the input parameters and their interaction on the surface roughness as the output parameter is carefully investigated. Also, sobol statistical sensitivity analysis is used to ascertain the effect of process input parameters quantitatively. The results show that in order to achieve the desirable surface quality, minimum of feed, minimum rotational speed, smaller tool diameter and low cutting depth should be considered. Results show that among all effective input parameters tool rotational speed, feed rate, tool diameter and ctting depth have the highest influence on process roughness respectively. The behavior of each output parameters with variation in each input parameter is further investigated.

    Keywords: Polymethylmethacrylate milling, Roughness surface, response surface method, Sensitivity Analysis
  • Z. Talebpour, O. R. Mohammadipour, H. Ajam, H. Niazmand * Pages 153-168

    In the present paper, the optimal geometry of a two-dimensional multi-channel with one inlet and three outlets is investigated at Re=10. In this study, the topology optimization based on a porosity method using lattice Boltzmann simulation is adopted to find the optimal layout by computing the sensitivity analysis of an objective function. In contrary to previous studies of the channel with constant width of the outlets, the average velocity of the outlets is maintained as the same while the energy dissipation is reduced by 26.04% in comparison of the results, showing the adavntages of changing in width of ducts rather than the change in their average velocities. In this case, the geometry conditions for the inlet duct including width and position of the duct, play an important role in the final design as the main goal of this research. Assuming that the duct width in the outlets changes linearly, the numerical results showed that the equality of inlet width with the largest outlet caused the lowest power loss for the flow. The final geometry was getting much smooth when the inlet was located in front of the outlet with the largest width however it cannot be definitely optimum. In order to obtain the lowest energy loss, the inlet should be parallel to the space between the two outlets with medium and large widths. A reduction of 23.18% of loss was found in this case rather than the inlet was set in front of the duct having the smallest size.

    Keywords: Multi-channel, laminar flow, Optimization, Topology Optimization, Lattice-Boltzmann Method
  • A. Cheraqi, R. Ebrahimi, H. Karimi, R. Aghaei Togh *, M.J. Montazeri Pages 169-184

    In the turbines with a low mass-flow inlet, the partial-admission teqnique is used. Inorder to obtain a high specif work, it is necessary to use the turbine in supersonic flow regime. Firstly in this paper, the partially-admitted supersonic turbines and their applications are described. The main objective of the paper is to investigate the effects of the stator's nozzle divergent part profile on the turbine's performance. To this end, several different models are made using a nozzle profiling techniques. The flow field in the complete turbine pack is numerically simulated with the aim of computational fluid dynamics. The turbine's performance is investigated by examining the efficiency of the first law and the second law of thermodynamics, as well as the analysis of exergy and exergy degradation. The results show that the selection of suitable nozzle profile has an effective role in increasing the turbine efficiency and prevention of wasting energy.

    Keywords: Supersonic Turbine, Partial Admission, Nozzle Profile, exergy destruction
  • M. Soroushan, J. Pirkandi *, H. Parhizkar Pages 185-198

    The proper design of the stator turbine supercharger is of great help in increasing its performance and overall engine efficiency. In this research, with the help of FLUENT software, the local entropy generation and rate of exergy destruction of the turbine stator vane has been investigated. In the analysis, local entropy generation is divided into two sections: viscous entropy generation and thermal entropy generation, and the governing equations are defined with the help of UDF within the FLUENT software. After calculating the local entropy generation and determining the value of irreversibility quantities, According to the Gouy-Stodola equation, the amount of exergy destruction is calculated by numerical method. The results show that the two models of the Spalart Allmaras and k-ω(SST) have performed the best prediction wake of the vane. The amount of viscous entropy generation and thermal entropy generation is 69% and 31%, respectively. The values of the local entropy production calculated with the results of a stator turbine vane of authentic paper are validated with acceptable adaptation in it. The calculated exergy destruction is 281 kW, located in the range of modern gas turbines for a high-pressure turbine stage.

    Keywords: Stator vane, Turbine, Numerical Analysis, Second Law of Thermodynamics, Entropy generation
  • M. Havasi, F. Ommi *, F. Chitgarha, Z. Saboohi Pages 199-212
    A two-dimensional numerical simulation of the spray flame has been carried out in a smooth counterflow configuration, and the region of formation of droplets group combustion by the flame index parameter for strain rate, equivalence ratio and the diameter of different droplets. n-decane (C10H22) is used as a liquid spray fuel, and a one-step global reaction is employed for the combustion reaction model. Fuel droplets are randomly injected using an UDF code in the air inlet and the droplet motion is calculated by Lagrange method. According to the results, in the ratio of high ratios, high strain rates and large droplet diameters, The temperature of the flame center decreases due to the suppression of the chemical reactions resulting from the reduction of oxidizing fractionation, and the dominant flame regime in these states is diffusion. The external group combustion of droplets occurs in the upper and lower layers of flame, and combustion of the internal group occurs at the center of the flame.
    Keywords: Configuration of Counterflow, Combustion Spray, Combustion droplet Group, Flame Index
  • N. Mahdiyar, Seyed V. Hosseini * Pages 213-226
    Nickel has great potential for engineering applications in the field of coating and exterior surface due to have good anti-wear and anti-corrosion properties with acceptable strength and ductility. In this study, molecular dynamics simulations of nano-indentation were performed using a single crystal of Nickel with the hemispherical shape of diamond tip. The substrate of workpiece and indenter was modelled using hybrid interatomic potentials including two-body and many-body potentials. Result of derived hardness in various indenter depths was validated with another research paper. At the atomic scale, the crystal structure has directional properties. When nanoindentation of one atomic layer is completed and it is the turn of the next layer, the mechanism of deformation, tip force and hardness can be changed. So in this paper, the effect of crystallography orientation was studied. According to the results, nickel at the crystalline surface (111) had the maximum hardness at depth of 1.5 nm. Also, simulations were conducted with rigid and non-rigid indenters to study the effect of tool deformation on derived hardness. The results show that due to the lack of change in the rigid shape of the tool, the tip force increased by 6.4% in nickel single crystal. Furthermore, due to the decrease of contact level and increase tip force, the hardness increased up to 3.6% in rigid tool compared with non-rigid indenter.
    Keywords: Nano-indentation, Molecular Dynamics Simulation, Single Crystal, Crystallographic Orientation, Non-Rigid Probe
  • M.S. Shahsavand *, H. Golparvar Pages 227-238

    In this paper, theoretical and experimental simulations of the UAV hull’s structural strength in the landing phase on the water surface have been studied. In the seaplane design, calculating the strength of the hull structure against impact from the water surface is of special importance. Initially, the hull was numerically simulated using the finite element method, the interaction of the structure with the fluid (two-phase). Then, by performing an experimental study with variable speed, the results of numerical solution and experimental experiment are compared and evaluated. Comparing the results and graphs obtained from the numerical method with experimental experiments, it has been observed that throwing the seaplane free fall on the water surface can be a simulation of the most critical state for landing. The results show that increasing the descent height and velocity of the device when colliding with the water surface, causes the highest strain gradient along the axis perpendicular to the floor of the waterfowl and the least changes along the axis tangential to the water surface. According to the data obtained from the Tsai Hill and Tsai Wu rupture criteria for numerical solution and experimental testing, the values of stress and strength of the seaplane hull structure are within the allowable design range.

    Keywords: Seaplane UAV, Finite Element Method, Two-phase interference, Structural strength, the experimental test
  • B. Houshmand *, H. Amirabadi, Kh. Khalili Pages 239-255
    In the use of numerical control machines, offline setup has been possible by using a variety of software applications in the field of modeling and machining without the need to execute a process by the machine. Therefore, many decisions can be made before the machining process. The machine vision is considered as one of the technologies that can be used for offline setup of the workpiece which located on cnc machine tools before machining operations. In this research, this method has been used to determine the position of two casted part samples on a cnc milling machine. The mean error after 10 times testing in order to finding a circular center of Some kind of casted cap as workpiece origin includes 0.361 mm along the x axis and 0.372 mm along the y axis and the mean error of finding the workpiece origin of the casted pump impeller was 0.2 mm. Also, mean error for finding edge location of the molded cap in order to reduce the time for determining the movement direction of the tool relative to the workpiece which is clamped on the machine tool table, includes 0.25 mm in both x and y directions, and 0.4 mm along the z axis. The model error recovered from the extracted points were obtained by processing the images of the casted pump impeller to determine its position includes 0.363 mm in all three directions x, y and z.
    Keywords: offline setup, machining, cast part, machine vision, stereo matching
  • Ahmad Mamandi *, Alireza Mehrabi Moheb Pages 257-273
    In this paper, dynamic analysis of a microbeam conveying incompressible fluid flow and resting on a nonlinear viscoelastic-Pasternak foundation under the action of an axial load is investigated using the modified couple stress theory. Two boundary conditions including cantilever and clamped-clamped are considered for the microbeam with rectangular and circular hollow cross sections. The effect of changes of different parameters such as fluid flow velocity, the length scale parameter (size effect), linear and nonlinear stiffneses of foundation, foundation’s damping coefficient, shear layer stiffness of foundation and the value of axial force on the linear and nonlinear natural frequency of microbeam have been investigated. Increasing the axial force leading to tangible decreases of the natural frequencies for the microbeam. Moreover, the stability range of a cantilever microbeam is lesser than the one for microbeam with clamped-clamped boundary condition. Also, using the modified couple stress theory, the frequency and critical fluid velocity stability range for the microtube is greater than the one obtained using classical beam’s theory.
    Keywords: Microbeam Vibration, Internal Fluid Flow, Nonlinear Viscoealstic-Pasternak Foundation, Axial Load, modified couple stress theory
  • K. Malekzade Fard, A.R. Pourmoayed *, A.R. Rahimi Pages 275-289
    In this research, the dynamic analysis of composite functionally graded thick beam despite transverse cracking with the help of Tymoshenko theory and higher - order shear deformation theory has been studied. The governing equations and boundary conditions for composite functionally graded beam and thick using Timoshenko and Reddy theories and also, the principle of system energy minimization has been obtained. It is assumed that the inhomogeneous mechanical properties of the beam as a function of thickness as a function of power in which the thickness of the beam is variable. The boundary condition as clamp-clamp are also considered. According to these conditions, the closed form solution for natural frequencies of composite functionally graded beam despite the crack is obtained. Then, the results were analyzed and by those published in the literature and with the finite element results obtained by ABAQUS are validated. Finally, the results showed that the percentage of improvement of the answer obtained from Reddy's third order shear theory compared to Tymoshenko's theory for thick beam is about 24% and for thin beam the answers are close.
    Keywords: composite functionally graded beam, Crack, Higher order beam theory, Vibration
  • Alireza Pakrooyan, P. Yousefi *, K. Khorshidi, Mohammadmahdi Najafizadeh, Alireza Nezamabadi Pages 291-310

    In this paper, the equations of motion are derived based on the improved third-order shear deformation theory with shear correction factors to investigate the free transverse vibration of rectangular sandwich panels having Levy boundary conditions. Reddy’s third-order theory devote a parabolic distribution for transverse shear stress along the thickness of plate and is suitable for thin to relatively thick single-layer plates. However, for the case of sandwich panels, in Reddy’s theory, the continuity condition of inter-laminar surfaces is not satisfied. This defect is improved by adding shear correction factors only in the energy viewpoint. Sandwich panel consist of isotropic facesheets and an auxetic honeycomb core making from the same facesheet’s material. The effective properties of honeycomb core were derived from the newest revised Gibson model based on Timoshenko beam theory. For validation, some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in literature and also finite element ANSYS software.The results of validation indicates the important effect of suitable shear correction factors to decrease error percentage. Finally, the effect of boundary conditions, panel thickness to length ratio, core thickness to panel thickness ratio and geometrical parameters of the reentrant hexagon cell on the non-dimensional natural frequencies were investigated and the results were presented in some graphs.

    Keywords: Free vibration, Levy Boundary Conditions, Auxetic Sandwich Panel, Improved Reddy’s Third-Order Theory, Shear Correction Factors
  • E. Etemadi *, A.R. Molla Mohammad Zamani, M. Safikhani Nasim Pages 311-324

    Through experimental work and finite element simulations this paper investigates the effective geometrical parameters which absorb energy for structures with negative Poisson's ratio (auxetix structures). In the experimental section, the re-entrant auxetic structure is made from aluminum 1100 and subjected to quasi-static loading as well as stress-strain diagram. Then, the energy absorbing and specific energy absorbing values are calculated. Also, the amount of negative Poisson's ratio (NPR) is evaluated for every step of loading, and the results are compared with the finite element method. Good agreements are found between the experimental and FE results. Next, the effective parameters for energy absorbing including horizontal and oblique strut, initial angle, and structural thickness are investigated. The results show with the increase of the structural thickness and decrease of the initial angle, both horizontal and oblique strut length absorbing energy and specific absorbing energy increase. Finally, the results show, comparing to the honeycomb, the auxetic structure has higher ability to absorb energy.

    Keywords: Re-entrant auxetic structure, Energy Absorber, Finite Element Method, Quasi-static loading
  • A.R. Rahmati *, A. Arabi, A. Gheibi Pages 325-350
    In the present work, for the first time, using the finite - difference based lattice Boltzmann method, the convection heat transfer of the nanofluid in a cavity and channel is simulated. And also the effects of various factors such as Rayleigh number, nanofluid volume fraction and Reynolds number have been investigated. The Large Eddy Simulation (LES) method applied for modeling the turbulent flow. The natural convection heat transfer in the cavity for the Rayleigh range of 103 to 1010 and the volume fraction range of 0 to 1% has been evaluated. The forced convection heat transfer convection in the channel for the Reynolds number range of 50 to 3000 and the volume fraction range of 0 to 1% has been evaluated. The results show that the finite - difference based lattice Boltzmann method is able to simulate turbulent flows in different geometries. The results also show that natural convection heat transfer in the cavity, by enhancing Rayleigh number and the nanofluid volume fraction, the heat transfer rate increases. The forced convection heat transfer in the channel, enhancing the Reynolds number and enhancing the volume fraction of nanoparticles increases the heat transfer rate.
    Keywords: Finite - difference based lattice Boltzmann method, Turbulent Flow, Heat Transfer, Nanofluid
  • Somayeh Davoodabadi Farahani *, A. Khazaeeneghad Pages 351-364
    In this study, the effects of environmental conditions on solar chimney exergy have been investigated and a strategy has been proposed to select a suitable city for solar chimney utilization. The effect of parameters such as radiation intensity, ambient temperature and ambient humidity on the efficiency of the second law of solar chimney is investigated. Five different cities in Iran (Arak, Ahvaz, Tabriz, Rasht and Kerman) are considered. Then the exergy efficiency over a year is evaluated for all cities. Using the Analytical Hierarchy process and based on exergy efficiency and economic function, the studied cities in Iran have been ranked for installation of solar chimney. The results show that in the exergy analysis, the most effective parameters are radiation intensity, ambient temperature and ambient humidity, respectively. Also, the city of Ahvaz has the highest exergy efficiency during the year compared to other cities. Most of the cost function is related to Tabriz. Ahvaz city is ranked first with 0.3 and Tabriz with 0.16 is the last place to install solar chimney.
    Keywords: Solar Chimney, exergy, Cost Function, Analytical hierarchy process, environmental conditions
  • H. Hajabdollahi, V. Ghamari *, A. Saleh Pages 365-379
    In this study, thermal modeling and optimization of combined production of cooling, heating, power (CCHP) and desalinated water system are carried out. Desalination system is coupled with CCHP plant which is supplied its required energy by prime mover and an auxiliary boiler. Three types of prime mover including gas turbine, gas engine and diesel engine are studied separately, to provide some of the power and heat required. Optimization is performed for each prime mover considering total annual cost as objective function. Developed code for modeling and optimization is written in MATLAB and optimized by genetic algorithm to reduce annual costs. The optimum results show that the diesel engine with total annual cost of 1.552271×106 $/year is the optimum prime mover compared with other studied prime mover. On the other hand gas turbine and gas engine are in the next ranking respectively with the 1.89904×106 $/year and 1.931765×106 $/year as annual cost. In other words, the annual cost of the system with diesel engine prime mover compared to gas engine and gas turbine engine have decreased by 19.64% and 18.26%, respectively.
    Keywords: Hybrid cogeneration plant, Desalination system, Economic evaluation, Optimization