فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و دوم شماره 9 (شهریور 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدهادی حسین زاده*، مجید قریشی، کیوان نارویی صفحات 567-577

    چاپ چهاربعدی پدیده ای نوظهور و توسعه یافته از ساخت افزایشی است که با چاپ سه بعدی قطعات حافظه دارشکلی به دست می آید. با کنترل پذیر نمودن فرآیند چاپ چهاربعدی، قطعات چاپ شده می توانند بعد از اعمال محرک خارجی تغییر شکل مشخصی داشته باشند. در این پژوهش به کمک شبیه سازی عددی، رابطه بین پیش تنش اعمالی در فرآیند چاپ بر میزان بازیابی شکلی خمشی به دست آمد. سپس اثر پارامترهای ضخامت لایه، سرعت چاپ و قطر نازل در فرآیند لایه نشانی ذوبی بر میزان پیش تنش اعمالی در قطعات چاپ شده از جنس پلی لاکتیک اسید، بررسی شد. برای کاهش هزینه و زمان و همچنین بالا بردن اعتبار و دقت مدل تجربی، از طرح مرکب مرکزی که یکی از روش های سطح پاسخ در طراحی آزمایش است، استفاده شد. به کمک انجام 17 آزمایش تجربی، مدلی بین پارامترهای بیان شده و میزان پیش تنش اعمالی در فرآیند چاپ سه بعدی به دست آمد. در ادامه کفایت مدل تجربی بررسی شده و همچنین R2 و Adj R2 مدل به ترتیب بالاتر از 99/0 و 98/0 به دست آمد که نشان دهنده دقت بالای آن است. مدل تجربی ارایه شده نشان داد که پارامترهای اندازه لایه، قطر نازل و سرعت چاپ، به ترتیب بیشترین اثر بر پیش تنش اعمالی را دارند. همچنین پیش تنش اعمالی در فرآیند چاپ چهاربعدی رابطه معکوس با ضخامت لایه ها و قطر نازل و رابطه مستقیم با سرعت چاپ دارد. به منظور صحت سنجی مدل تجربی، در شرایط بیشترین میزان بازیابی شکلی خمشی، شبیه سازی عددی و آزمایش تجربی انجام شد. نتایج نشان داد خطای رابطه بین پیش تنش اعمالی و میزان بازیابی شکلی، 5/1 درصد و مدل تجربی اثر پارامترهای چاپ بر روی میزان بازیابی شکلی کاملا منطبق شده است.

    کلیدواژگان: چاپ چهار بعدی، پلیمرهای حافظه شکلی، لایه نشانی ذوبی، روش سطح پاسخ، شبیه سازی عددی
  • سامان جعفری، علی علوی نیا* صفحات 579-590

    هدف این پژوهش، بررسی عوامل موثر بر افزایش سرعت خروجی پرتابه در دستگاه تفنگ گازی می باشد. در بخش اول، اثر عوامل مختلف مانند شکل سابوت، ابعاد سابوت، عمق شیار دیسک و هندسه قطعه نگهدارنده دیسک فداشونده، مسیر حرکت پرتابه از لحظه شروع حرکت تا خروج از دهانه لوله و نوع گاز مورد استفاده برای شلیک، بر سرعت خروجی پرتابه مورد بررسی قرار گرفته است. در هر مرحله از آزمایش ها یک عامل مورد توجه بوده و تاثیر آن در بهبود عملکرد دستگاه تفنگ گازی بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل از بررسی عوامل موثر بر سرعت خروجی پرتابه، هندسه جدید سابوت و صاف و بدون انحنا بودن لوله دستگاه (مسیر حرکت پرتابه) به ترتیب، با 12/24 و 81/20 درصد افزایش در سرعت پرتابه بیشترین و نوع گاز مورد استفاده برای شلیک با 99/2 درصد افزایش در سرعت پرتابه کمترین اثر را در عملکرد دستگاه تفنگ گازی داشتند. در بخش دوم پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار LS-Dyna فشار مورد نیاز و نحوه پارگی دیسک فداشونده در عمق شیارهای مختلف بررسی و با نتایج تجربی مقایسه شدند. شکل پارگی و فشار لازم برای پارگی دیسک فداشونده حاصل از روش عددی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت خوبی دارد.

    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود، تفنگ گازی، دیسک فداشونده، سابوت، فشار پارگی
  • علیرضا ربیعی*، الیاس لکزیان، امیرحسین حسین، فرهاد قدک، محسن نهاله گاه صفحات 591-601

    در مقاله حاضر به بررسی آزمایشگاهی میدان جریان در پایین دست یک ملخ جلوبرنده در اعداد رینولدز کم و در شرایط عملکرد استاتیکی (سرعت پروازی صفر) پرداخته می شود. این ملخ، قابلیت استفاده در پرنده های بدون سرنشین را دارد. قطر ملخ 56 سانتیمتر است و در دورهای 2550 تا 5670 دور بر دقیقه مورد آزمایش قرار می گیرد. نتایج آزمایش نشان می دهد که افزایش دور ملخ باعث افزایش سرعت القایی جریان می شود. ضریب چرخش جریان و ضریب جریان محوری در دورهای مختلف، با افزایش شعاع ملخ کاهش می یابد. نتایج تجربی سرعت مطلق جریان چرخشی در پایین دست لبه فرار ایرفویل پره ملخ نشان می دهد که در شرایط استاتیکی، توزیع شعاعی سرعت با دقت مناسبی شبیه به تیوری گردابه آزاد جریان است. برای تغییرات نسبت چرخش جریان و ضریب جریان محوری در پایین دست پره ملخ در شرایط استاتیکی به ازای r/R<0.8 روابط نیمه تجربی پیشنهاد شده است. همچنین ملخ به صورت عددی شبیه سازی شده است. درصد انحراف معیار نسبی نتایج عددی و تجربی در نیروی جلوبرنده ملخ 4/0 درصد و درصد انحراف معیار نسبی در توان مصرفی 1/4 درصد است. مقدار ضریب نمایی n برای پیش بینی عددی سرعت محوری پشت پره ملخ در شرایط استاتیکی تا محدوده 80 درصدی شعاع پره ملخ، با نتایج تجربی دارای 7/7 درصد انحراف معیار نسبی است.

    کلیدواژگان: ملخ های جلوبرنده، جریان چرخشی، توزیع گردابه آزاد، عملکرد استاتیکی ملخ جلوبرنده
  • غزاله صدری پور، روزبه شفقت*، بهراد علی زاده خارکشی، سینا صادقی چمازکتی صفحات 603-613

    مبدل های انرژی موج صفحه ای  در مناطق نزدیک ساحل برای تولید برق و پمپاژ آب استفاده می شوند. عمق آبخور و فرکانس موج برخوردی، پارامترهایی تاثیرگذار بر عملکرد این دسته از مبدل ها می باشند. در این مقاله، اثر عمق آبخور و فرکانس موج برخوردی بر عملکرد یک مبدل در مقیاس 1:8 به صورت تجربی بررسی شده است. سامانه ی انتقال توان مبدل (PTO) هیدرولیکی می باشد. همچنین دریای مازندران به عنوان دریای هدف انتخاب شد. پس از کالیبراسیون تجهیزات و آنالیز عدم قطعیت، آزمون های تجربی در استخر موج دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل و تحت اثر امواج منظم انجام شدند. با توجه به پریود غالب امواج دریای مازندران ([8-4] ثانیه)، پس از مقیاس بندی فرود، آزمون ها در بازه ی پریود [5/2-6/1] ثانیه انجام شدند که معادل بازه ی فرکانسی [63/0-4/0] هرتز می باشد. همچنین با توجه به اهمیت عمق آبخور مبدل، عملکرد مبدل از عمق آبخور 1/0- (فلپ مغروق) تا 6/0 متر بررسی شد. با توجه به نتایج، در همه ی عمق آبخورها، بهترین عملکرد مبدل در پایین ترین فرکانس بوده، با افزایش فرکانس عملکرد مبدل کاهش یافته است. بهترین عملکرد مبدل در عمق آبخور بی بعد 43/0 (معادل با عمق آبخور 4/0 متر) به دست آمد و در عمق آبخورهای بزرگ تر و کوچک تر توان مبدل کاهش یافت. شایان ذکر است که در عمق آبخور منفی (فلپ مغروق)، مبدل پایین ترین عملکرد را دارد. مقادیر بیشینه ی دبی، توان و فشار در مقیاس آزمایشگاهی به ترتیب 14/0 لیتر بر ثانیه، 3/21 وات و 8/156 کیلوپاسکال به دست آمد که با استفاده از مقیاس بندی فرود در مقیاس واقعی، به ترتیب 6/24 لیتر بر ثانیه، 9/30 کیلووات و 5/1254 کیلوپاسکال خواهد شد.

    کلیدواژگان: انرژی امواج، مبدل صفحه ای، سامانه ی انتقال توان مبدل، مطالعه تجربی، توان
  • سینا اخباری*، مرتضی فرهید، مسعود دهناد، رضا گلزاریان صفحات 615-623

    در سال های اخیر محرک های الکترومغناطیسی خطی کاربرد ویژه ای در ایجاد حرکت ربات های کوچک و اعمال نیروهای میلی نیوتنی جهت کالیبراسیون استندهای سنجش تراست رانشگرها یافته است. در این مقاله به طراحی و ساخت یک محرک الکترومغناطیسی خطی با بازه نیرویی میلی نیوتنی پرداخته شده است. دراین راستا، ابتدا روابط تحلیلی برای بدست آوردن پارامترهای میدان مغناطیسی و نیروی لورنتس استخراج شده و سپس، بر اساس معیارهای طراحی حساسیت نیرویی بالا، اتلاف حرارتی پایین و حداقل ابعاد و وزن، مناسب ترین طراحی محرک الکترومغناطیسی مدنظر تعیین شد. بر اساس مدل طراحی شده، حساسسیت نیرویی تقریبا 1 میلی نیوتن بر آمپر حاصل شده در حالی که اتلاف توان حداکثر 1 میلی وات بود. همچنین کورس حرکتی قابل دسترسی 10 میلی متر بود. در نهایت، یک نمونه واقعی از محرک الکترومغناطیسی خطی ساخته شده و آزمایش های عملی به منظور صحه گذاری محرک الکترومغناطیسی طراحی شده انجام یافتند. بدین منظور از یک ترازوی دقیق با دقت 0.01 گرم و منبع تغذیه با رزولوشن 1 میلی آمپر بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که حداکثر اختلاف بین نیروی محاسبه شده و اندازه گیری شده 2.5 درصد بود. در نتیجه، مطابقت خوبی بین داده های تجربی و مقادیر تحلیلی متناظر وجود دارد.

    کلیدواژگان: محرک الکترومغناطیسی، مدل سازی تحلیلی، میدان مغناطیسی، ساخت، صحه گذاری، حساسیت میلی نیوتنی
  • احسان تحویلیان، میلاد ایرانپور، علی لقمانی* صفحات 625-635

    کاهش نویز با صرف کمترین هزینه و با بالاترین بازده اخیرا به یکی از چالش های اساسی برای تولیدکنندگان صنعتی تبدیل شده است. در این مقاله به طراحی و ساخت سیستمی مقرون به صرفه برای کاهش نویز تک فرکانس و مزاحم که از محصولات و ماشین آلات صنعتی تولید می شود، پرداخته شده است. برای دستیابی به این هدف، از کنترل فعال نویز باندباریک به روش FxLMS با کمک فیلتر تطبیقی دیجیتال با دو ضریب، به نام فیلتر شکافی تطبیقی، استفاده شده است. برای تست عملکرد الگوریتم پیشنهادی، سازه ای به صورت کانال طراحی شده و پیاده سازی های مورد نظر بر روی آن انجام شده است. همچنین به منظور کاهش هزینه های پیاده سازی، بورد آردوینو یونو (Arduino Uno) که دارای یک ریزکنترل کننده ی AVR (ATmega328P) است، به عنوان هسته ی پیاده سازی الگوریتم ها مورد استفاده قرار گرفته است. پس از پیاده سازی الگوریتم مذکور بر روی این مجموعه، تا حدود 15 دسی بل در فرکانس های 400 هرتز و 750 هرتز و تا حدود 30 دسی بل در فرکانس های 650 هرتز و 950 هرتز، کاهش نویز مشاهده شده است. همچنین پیاده سازی این الگوریتم برای کاهش نویز در دو فرکانس به صورت همزمان نیز انجام شده که نتایج تقریبا اثربخشی داشته و در یکی از این فرکانس ها تا حدود 18 هرتز کاهش نویز مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: کنترل فعال نویز، FxLMS، فیلتر شکافی تطبیقی، AVR، آردوینو یونو
|
  • Mohammadhadi Hosseinzadeh*, M. Ghoreishi, Keivan Narooei Pages 567-577

    4D printing is an emerging phenomenon of additive manufacturing which is achieved by the 3D printing of shape memory materials. The printed parts can change their shapes when exposed to an external stimulus by controlling the 4D printing process. In this study, a relationship between applied pre-stress in the printing process and the amount of bending shape recovery was obtained using numerical simulations. Then, the effect of printing parameters of fused deposition modeling including layer thickness, printing speed, and nozzle diameter on the applied pre-stress in the printed polylactic acid parts was investigated. To reduce the cost and time as well as to increase the validity and accuracy, the central composite design method was used. Seventeen experimental tests were performed and a model was obtained between the mentioned parameters and applied pre-stress. In the following, R2 and Adj R2 of the model were obtained above 0.99 and 0.98, respectively, which indicates the high accuracy of the model. The model showed that the layer height, nozzle diameter, and printing speed have a significant effect on the applied pre-stress. Also, the applied pre-stress is inversely related to the layer height, nozzle diameter and is directly related to the printing speed. Simulations were performed under the conditions of maximum bending shape recovery and compared with the experimental model. The results showed that the error of the relationship between applied pre-stress and amount of shape recovery is 1.5% and the experimental model of printing parameters effect on the shape recovery is completely matched.

    Keywords: 4D Printing, Shape Memory Polymer, FDM, Response Surface Method, Numerical Simulation
  • Saman Jafari, Ali Alavi Nia* Pages 579-590

    In this study, the purpose is to evaluate the effective factors in the increase of projectile velocity in the gas-gun device. At first, the effect of various factors such as the shape and dimensions of the sabot, groove depth and the shape of the Rupture Disk holder, the path of the projectile from the moment of movement to the exit from the tube, and the type of gas used for launching are investigated. In each step of the experiments, a factor is evaluated and its effect on improving the performance of the gas-gun device is investigated. Based on the results of the study of effective factors the velocity of the projectile the shape of the sabot, and the projectile movement path with a 24.12 and 20.81% increase in projectile velocity respectively, the maximum and the type of gas used with 2.99% increase in projectile velocity had the minimum effect on the performance of the gas-gun device. In the second part of the present study, using the finite element method by LS-Dyna, the required pressure and rupture shape of the Rupture Disk in different grooves were investigated and compared with the experimental results. The shape of the rupture and the pressure required to rupture the Rupture Disk from the numerical method are in good agreement with the experimental results.

    Keywords: Finite Element Method, Gas Gun, Rupture Disk, Sabot, Rupture Pressure
  • Alireza Rabiee*, Elyas Lekzian, Amirhossein Hossein, Farhad Ghadak, Mohsen Nahlegah Pages 591-601

    In the current paper, downstream flow field of a propeller at low Reynolds numbers and at static conditions (zero flight speed) is investigated experimentally. This propeller can be utilized in UAVs. Propeller diameter is 56 centimeter and it is investigated at 2550 to 5670 rpm experimentally. Experiment results show that propeller rpm increasing, increases induction velocity. Flow swirl ratio and axial flow coefficient decrease along propeller radius at different propeller rpm. Experimental results of absolute velocity of swirl flow at the propeller airfoil trailing edge downstream is fairly similar to the free vortex flow theory at static condition along the blade radius.  At static condition for r/R<0.8, semi-empirical equations are suggested for variation of flow swirl ratio and axial flow coefficient at downstream of propeller. The propeller is also simulated with numerical simulations. Relative standard deviation of numerical and experimental results for propeller thrust and power are 0.4 and 4.1, respectively. The exponential coefficient (n) which predicts numerical axial flow downstream of propeller for r/R<0.8 has a 7.7 relative standard deviation with experimental results at static condition.

    Keywords: Propeller, Swirl Flow, Free Vortex Distribution, Propeller Static Operation
  • Ghazale Sadripour, Rouzbeh Shafaghat*, Behrad Alizadeh Kharkeshi, Sina Sadeqi Pages 603-613

    Flap-type WECs are used On-Shore to generate electricity and pump. The draft depth and incident wave frequency are parameters affecting the performance of this type of converters. In this paper, the effect of water draft depth and incident wave frequency on the performance of a converter at a scale of 1: 8 investigated experimentally. The power take-off system is hydraulic. The Caspian Sea was also selected as the target sea. After calibration and uncertainty analysis, experimental tests performed in the wave-flume of BNUT by regular waves. Considering the period of the Caspian Sea ([4-8] s), Froud scaling, the tests were performed in the period interval of [1.6-2.5] s, which is equivalent to the frequency interval [0.4-0.63 ] Hz. Also, due to the importance of the converter's draft, the converter's performance was evaluated from the draft of -0.1 (submerged flap) to 0.6 m. According to the results, the best converter performance was at the lowest frequency; the converter performance decreased with increasing frequency. The best converter performance was obtained at the dimensionless draft of 0.43 (equivalent to 0.4 m draft), and the converter power was reduced at larger and smaller draft. It is worth noting that at a negative draft (submerged flap), the converter has the lowest performance. The maximum values ​​of flow, power and pressure on a laboratory scale were 0.14 liters per second, 21.3 watts and 156.8 kPa, respectively, which were measured at 18 liters per second, 22.66 kW, respectively, using Froud scaling method. And will be 1249/61 kPa

    Keywords: Wave Energy, Flap Type Converter, PTO, Experimental Study, Power
  • Sina Akhbari*, Morteza Farhid, Masoud Dehnad, Reza Golzarian Pages 615-623

    In recent years, linear electromagnetic actuators have gained special attention in small robot actuation and calibration of milli newton thruster stands. In this paper, a linear electromagnetic actuator with a force range of milli newtons is designed and manufactured. In this regard, first the analytical relationships of the magnetic field and Lorentz force were derived and then, based on the desired design criteria meaning high force sensitivity, low heat loss and minimum geometric dimensions and weight, the appropriate design parameters of the electromagnetic actuator is obtained. According to the results, the  obtained force constant is approximately 1 mN/A while the maximum power loss is 1 mW at available stroke of 10 mm. Finally, a prototype of the linear electromagnetic actuator is manufactured and experiments are performed to validate the electromagnetic actuator. For this purpose, a precision scale with an accuracy of 0.01 gr and a power supply with a resolution of 1 mA is utilized. The results showed that the maximum difference between the calculated and measured force was 2.5%. Therefore, there is a good correlation between the experimental data and the corresponding analytical values.

    Keywords: electromagnetic actuator, analytical modeling, magnetic field, milli newton sensitivity, manufacturing, validation
  • Ehsan Tahvilian, Milad Iranpour, Ali Loghmani* Pages 625-635

    Low-cost and highly effective noise reduction has recently become one of the substantial challenges for industrial manufacturers. This paper presents the design and construction of a cost-effective system for attenuating single-frequency annoying noise generated from industrial products and machines. To achieve this goal, narrowband active noise control using Filtered-x Least Mean Square (FxLMS) method has been used with the help of a two-factor digital adaptive filter, called the adaptive notch filter. Therefore, a duct structure has been designed and experimental tests have been performed on it. To reduce implementation costs, the Arduino Uno board, which has an AVR microcontroller (ATmega328P), has been used as the controller. About 15dB noise attenuation at 400Hz and 750Hz frequencies and about 30dB noise attenuation at 650Hz and 950Hz frequencies have been achieved. Then, active noise control for two separate and simultaneous frequencies has been performed, which had somewhat effective results, and in one of these frequencies, noise attenuation of about 18dB has been observed.

    Keywords: Active noise control, FxLMS, Adaptive notch filter, AVR, Arduino Uno