فهرست مطالب

مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند - سال دوم شماره 4 (پیاپی 6، زمستان 1401)

نشریه مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
سال دوم شماره 4 (پیاپی 6، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سعیده سوری*، مازیار مرندی صفحات 385-392
    در این پژوهش با تلفیق کارهای تجربی انجام شده با استفاده از از یک برنامه شبیه سازی یک بعدی برای شبیه ساز ظرفیت سلول خورشیدی استفاده کردیم. شبیه سازی را می توان برای نشان دادن اثرات واقعی یک پدیده روی موضوع هدف، تحت شرایط کنترل شده و قانونمند به کار برددر اینجا، سلول خورشیدی لایه نازک مبتنی بر CdTe تحت طیفghobal AM 1.5 با استفاده از نرم افزار Solar Cell Capacitance Simulator-1D (SCAPS-1D) مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، سلول های خورشیدی با نانوساختار FTO/TiO2/n-CdSe/p-CdTe به عنوان سلول های ابتدایی و FTO/TiO2/n-CdSe/p-CdSe1_xTex/p-CdTe به عنوان سلول های ارتقا یافته در نظر گرفته شدند. هدف از این مطالعه بررسی نقش کلیدی لایه CdSexTe1-x بود. نتایج آنالیزها نشان داد که حضور لایه نانوساختار CdSexTe1-x بین لایه جاذب CdTe نوع p و لایه CdSe نوع n، PCE را از% 05/14 به% 98/21 ، JSC از mA/cm 2 42 /20 تا mA/cm2 06/26 ، FF از 73%/54 تا% 69/57 و VOC را از V25 /1 تا V46/1 نسبت به سلول ابتدایی افزایش داد.
    کلیدواژگان: فیلم نازک، مدل ساری عددی، اسکیس یک بعدی، CdSexTe1- x
  • فرهاد حیدری*، راحله خلج صفحات 393-400
    سختی آب به غلظت کل کلسیم و منیزیم، اشاره دارد که برحسب معادل کربنات کلسیم بیان می شود. مقادیر بیش ازحد Ca2+ و Mg2+ درآب منجر به عواقب جدی برای مصارف خانگی و صنایع می شود. در این کار تحقیقاتی از سلولز استات که پلیمری سازگار با محیط زیست، غیر سمی و آبدوست است برای تهیه غشاهای پلیمری مورد استفاده در حذف یون های کلسیم و منیزیم بهره گرفته شد و پلی وینیل پیرولیدین به عنوان عامل حفره ساز در محلول پلیمری ساخت غشا استفاده شد. همچنین گرافن اکساید (GO) و نانوذرات FeOOH در جهت بهبود عملکرد غشاها برای حذف سختی کل آب، به محلول پلیمری افزوده شدند. از آنالیز های FTIR و SEM و XRD نیز برای مشخصه یابی نانوساختارهای تهیه شده استفاده گردید. از مزیت های این پژوهش می توان به استفاده از پلیمر زیست سازگار سلولز استات و همچنین عملکرد مناسب غشا در فشارهای پایین (حدود 3 بار) اشاره کرد که این موضوع باعث صرفه جویی در مصرف انرژی در مقایسه با فرآیندهای غشایی فشار بالا مانند اسمز معکوس می گردد. نتایج نشان دادندکه افزودن نانوذرات FeOOH و نانو صفحات گرافن اکساید باعث بهبود عملکرد غشاهای تهیه شده در سختی زدایی از آب می شوند به طوری که میزان حذف یون های منیزیم و کلسیم از 60 درصد در غشای اولیه تا 80 درصد در غشای نانوکامپوزیتی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فرآیندهای غشایی، سلولز استات، گرافن اکساید، FeOOH
  • رسول درخشان فرد، علی نورعلی، معین طاهری*، حامد صفی خانی صفحات 401-412
    سیکلون ها دستگاه هایی هستند که برای جدا سازی دو یا چند فاز از یکدیگر بکار می روند. سیکلون ها سیستم های جمع آوری ذرات مبتنی بر نیروی گریزازمرکز هستند که از اثر گردبادی برای جداکردن ذرات جامد از جریان گاز استفاده می کنند. در این مقاله به بررسی تاثیر 5 پارامتر ورودی سیکلون که شامل ارتفاع ورودی، عرض ورودی، قطر خروجی، ارتفاع کل سیکلون و ارتفاع بدنه سیکلون بر دو پارامتر خروجی شامل افت فشار و قطر برشی است، از طریق معادله رگرسیون آنها و آنالیز حساسیت آماری سوبل پرداخته شده است. تاکنون تاثیر این 5 پارامتر بر روی این خروجی ها از طریق آنالیز حساسیت آماری سوبل بررسی نشده است. نتایج نشان می دهد که به ترتیب عرض ورودی با 40%، ارتفاع ورودی با 36% و قطر خروجی با 24% بیشترین تاثیر را روی افت فشار داشته اند و ارتفاع سیکلون و ارتفاع بدنه تاثیری بر افت فشار نداشته اند. از طرفی عرض ورودی با 40%، ارتفاع ورودی 38%، ارتفاع کل سیکلون 12% و ارتفاع بدنه سیکلون با 10%، به ترتیب بیشترین تاثیر را روی قطر برشی داشته و قطر خروجی سیکلون تاثیری روی قطر برشی نداشته است.
    کلیدواژگان: سیکلون مربعی، طراحی آزمایش، آنالیز حساسیت، سوبل
  • محمدجواد خوش گفتار*، علی برخورداری صفحات 413-431

    فراماده ها موادی هستند که خواص غیرمعمول از خود نشان میدهند. مواد آکزتیک به عنوان یک دسته از مواد فراماده، ساختارهایی دارای نسبت پوآسون منفی اند. این مواد در هنگام اعمال تنش کششی بر خلاف مواد معمول در راستای عمود بر نیروی وارده ضخیم تر و هنگام اعمال تنش فشاری نازک تر می شوند. رفتار آگزتیک یک خاصیت مستقل است که می تواند از سطح های میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک و حتی سطح های ملکولی و سلولی به دست آید. ساختارها و مواد بسیاری با این ویژگی شناخته شده اند. این ویژگی منحصر به فرد کاربردهای بالقوه ای در زمینه های نظامی، هوافضا، پزشکی و سنسورهای هوشمند و بسیاری از صنایع دیگر ایجاد کرده است. با این حال هنوز مشکلات بسیاری برای استفاده گسترده از این مواد وجود دارد. در این مقاله به بررسی جامعی از ساختارها، خصوصیات منحصر به فرد و کاربرد مواد آگزتیک پرداخته شده است. علاوه بر این، برخی از آخرین پیشرفت هایی که در مورد این مواد انجام شده است بیان می شود. مواد با نسبت پوآسون منفی پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده در سازه های مختلف مانند سازه های سبک و یا کاربردهای بایومتریال دارند.

    کلیدواژگان: فراماده، مواد آگزتیک، نسبت پوآسون، ساختار درون رو
  • نیما رحمانی، مهدی مدبری فر*، معین طاهری، رسول ابراهیمی صفحات 432-448
    امروزه پدیده خوردگی خطوط تغذیه و توزیع نفت و گاز چالشی اساسی در این صنایع است. برای جلوگیری از خوردگی لوله های مدفون زیر خاک از انواع پوشش ها بخصوص پوششهای پایه قیری برای محافطت از خطوط لوله نفت و گاز استفاده می شود. یکی از تست های پر کاربرد برای تشخیص عیوب لوله های فلزی خطوط انتقال گاز روش تست نشت شار مغناطیسی می باشد . این تست فقط روی خود لوله فلزی انجام می شود و عیوب لوله را مشخص می کند . در این مقاله ، امکان استفاده از این تست برای تشخیص عیوب پوشش خطوط لوله بررسی شده است. در صورت تشخیص عیوب پوشش میتوان از گسترش و رسیدن آنها به بدنه فلزی لوله جلوگیری کرد. بدین منظور تست نشت شار مغناطیسی قسمتی از لوله گاز به همراه پوشش قیر پایه ذغال سنگی به همراه یک عیب و با ضخامت های مختلف در لوله و پوشش، در نرم افزار کامسول شبیه سازی شد . خواص مغناطیسی پوشش نیز با دستگاه مغناطیس سنج استخراج شد. نتایج شبیه سازی ها نشان دادند که نشت شار مغناطیسی در عیوب پوشش ناچیز بوده و برای آشکار سازی عیوب قابل اندازه گیری نیست.
    کلیدواژگان: روش المان محدود، نشت شار مغناطیسی، پوشش لوله انتقال گاز
  • مرتضی خادمی کوهی*، احمد قاسمی قلعه بهمن، امین فرخ آبادی، محمدرضا محمد علیها، محمود جدی صفحات 449-462
    این پژوهش به بررسی ارتعاشات پوسته های استوانه ای چند لایه الیاف-فلزی آلومینیوم با لایه های تعبیه شده پیزوالکتریک که دارای اندرکنش سیال-سازه است بر اساس تیوری الاستیسیته سه بعدی می پردازد. با استفاده از رویکرد فضای حالت معادلات حرکت برای شرایط مرزی تکیه گاهی ساده بدست آمدند. فرکانس های طبیعی پوسته استوانه چند لایه فیبر فلز شامل سیال محرک با حل معادله فرکانس ویژه حاصل شدند. اثر پارامترهای مختلف مثل طول به شعاع، سرعت سیال، عدد موج محیطی و شعاع به ضخامت برای آلومینیوم تقویت شده با الیاف کربن مورد بررسی قرار گرفت. نسبت حجمی کامپوزیت/فلز ثابت در نظر گرفته شد. تاکنون پژوهشی بروی پوسته های استوانه ای چند لایه الیاف-فلزی آلومینیوم با لایه های تعبیه شده پیزوالکتریک که دارای اندرکنش سیال-سازه انجام نشده است . موضوع بسیار جدیدی است. مطابقت و همگرایی نتایج پژوهش حاضر با مقایسه نتایج فرکانس های طبیعی گزارش شده در ادبیات تایید گردید و بیانگردقت بالای نتایج حاصل از این پژوهش می باشد.
    کلیدواژگان: _ ارتعاشات آزاد، پوسته استوانه ای، فیبر فلز لمینیت، تئوری الاستیسیته، _ روش اجزاء محدود
  • کامیار حسینی هاشمی*، روح الله طالبی توتی، شهریار حسینی هاشمی صفحات 463-487
    در این مقاله، ارتعا شات آزاد تیرهای غیر یکنواخت وغیر همگن با شرایط مرزی غیر کلا سیک کلی شامل اجرام انتهایی با ممان اینرسی جرمی، خروج از مرکز و قیود انعطاف پذیر چرخشی و انتقالی مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی مروری بر منابع حاوی این پیام است که بر خلاف مطالعاث متعدد و روش های گوناگونی که جهت بررسییی ارتعاشییات تیر های غیر یکنواخت و غیر همگن به کار گرفته شییده غالبا روش ارایه شییده قابلیت بر ر سی ارتعا شات تیرهای حامل اجرام انتهایی با ممان اینر سی جرمی ، خروج از مرکز و قیود انعطاف پذیر چرخشیی و انتقالی را یک جا ندارد. لذا هدف از این بررسیی ارایه یک روند جدید بر مبنای به کار گیری فرمول کوشیی. برای انتگرال گیری های مکرر اسیت. با اسیتفاده از این روند و معاد ت مربوب به آن می توان ارتعاشیییات انوات متنوت و گوناگونی از تیرهای غیر یکنواخت مدرج تابعی ، غیریکنواخت همگن ، یکنواخت مدرج تابعی و یکنواحت همگن را مورد تحلیل قرار داد. اعتبار سنجی نتایج بد ست آمده برای بع ضی از پیکر بندی های مورد بررسی از طریق مقایسه با داده های موجود و گزارش شده در مطالعات مرتبط مورد رسیدگی قرار گرفته اسییت. همینین مطالعات پارامتری در راسییتای بررسییی اتر نسییبت منوری بر روی پارامتر های فرکانسی و شکل مودها بزای تیرهای گوه ایی و مخروطی انجام و ارایه شده است. جهت انجام آزمون همگرایی و سایر محاسبات دراین مقاله از کد نویسی درنرم افزار Mathematica استفاده شده است.
    کلیدواژگان: تیر اویلر-برنولی، فرمول کوشی، ارتعاشات آزاد
|
  • Saeedeh Souri *, Maziar Marandi Pages 385-392
    In this study, we combined the experimental work performed using a one-dimensional simulation program to simulate the capacity of a solar cell. Simulation can be used to show the real effects of a phenomenon on the target subject, under controlled and regulated conditions.In this here, CdTe based thin film solar cell has been investigated under AM 1.5 ghobal spectrum with using Solar Cell Capacitance Simulator-1D (SCAPS-1D) software. Initially, solar cells with nanostructured FTO/TiO2/n-CdSe/p-CdTe were considered as the elementary cells and FTO/ TiO2/n-CdSe/p- CdSe1_xTex/p-CdTe as the upgraded cells. The purpose of this study was to investigate the key role of layer CdSe xTe 1-x. The results of the analyzes showed that the presence of CdSe xTe1- x nanostructured layer, between p- type CdTe absorber layer and n- type CdSe layer increased PCE from 14.05% to 21.98%, JSC from 20.42. mA/ cm2 to 26.06 mA/cm2, FF from 54.73% to 57.69% and VOC from 1.25 V to 1.46 V compared to the elementary cell.
    Keywords: Thin film, Numerical Modeling, SCAPS-1D, CdSexTe1- x
  • Farhad Heidary *, Rahele Khalaj Pages 393-400
    Water hardness refers to the total concentration of calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+), which is expressed in terms of the equivalent of calcium carbonate. Excessive amounts of Ca2+ and Mg2+ in water lead to serious consequences for home and industrial use. In this research, cellulose acetate (CA) was used to prepare polymer membranes used to remove calcium and magnesium ions. Graphene oxide (GO) and FeOOH nanoparticles were also added to the polymer solution to improve membrane performance to remove total water hardness. FTIR, SEM and XRD were also used for characterization of prepared nanostructures. The advantages of this research include the use of biocompatible polymer as well as proper membrane performance at low pressures (about 3 times) which saves energy compared to high pressure membrane processes such as reverse osmosis. The results showed that the addition of FeOOH nanoparticles and graphene oxide nano plates improved the performance of the prepared membranes.
    Keywords: cellulose acetate, Membrane processes, Graphene oxide, FeOOH
  • Rasoul Derakhshanfard, Ali Nourali, Moein Taheri *, Hamed Safikhani Pages 401-412
    Cyclones are devices used to separate two or more phases from each other. Cyclones are centrifugal particle collection systems that use the effect of a tornado to separate solid particles from the gas stream. The purpose of this article is to investigate the effect of 5 inlet parameters including inlet height, inlet width, outlet diameter, total cyclone height and body cyclone height on both pressure outlet and cut-off diameter. These parameters have not yet been investigated by Sobel analysis. In this article, the effect of 5 cyclone inlet parameters including inlet height, inlet width, outlet diameter, total cyclone height and cyclone body height on two outlet parameters including pressure drop and shear diameter was investigated through their regression equation and Sobel statistical sensitivity analysis. So far, the effect of these 5 parameters on these outputs has not been investigated through Sobel statistical sensitivity analysis. The results show that inlet width with 40%, inlet height with 36% and outlet diameter with 24% had the greatest effect on pressure drop, respectively, and the height of the cyclone and the square height of the body had no effect on pressure. On the other hand, the inlet height with 40%, the inlet height with 38%, the height of the cyclone with 12% and the body height of the cyclone with 10% have the greatest effect on the shear diameter, respectively, and the cyclone outlet diameter has no effect on the cut-off diameter.
    Keywords: Square cyclone, Experiment design, Sensitivity analysis, Sobol
  • Mohammad Javad Khoshgoftar *, Ali Barkhordari Pages 413-431

    Metamaterials are materials that exhibit unusual properties. Auxetic materials, as a class of metamaterials, are structures with a negative Poisson ratio. These materials become thicker when applied under tensile stress, unlike conventional materials, in the perpendicular direction to the applied force, and become thinner when applied under compressive stress. Auxetic behavior is an independent property that can be obtained from microscopic or macroscopic levels and even molecular or cellular levels. Many structures and materials are known of this feature. This unique feature has created potential applications in the military, aerospace, medical and intelligent sensors, and many other industries. However, there are still many problems with the widespread use of these structures. This paper provides a comprehensive review of these structures that have unique properties and applications of auxetic materials. In addition, some of the latest developments in these materials are described. Materials with a negative Poisson ratio have great potential in various applications such as lightweight structures or biomaterial applications.

    Keywords: Metamaterial, auxetic material, Poisson ratio, reentrant structure
  • Nima Rahmani, Mehdi Modabberifar *, Moein Taheri, Rasoul Ebrahimi Pages 432-448
    Today, the corrosion of oil and gas supply and distribution lines is a major challenge in these industries. In order to prevent the corrosion of underground pipes, various types of coatings, especially bituminous base coatings, are used to protect oil and gas pipelines. One of the widely used tests for detecting defects in metal pipes of gas transmission lines is the magnetic flux leakage test method. This test is performed only on the metal pipe itself and determines the defects of the pipe. In this paper, the possibility of using this test to detect pipeline coating defects has been investigated. If the coating defects are detected, they can be prevented from spreading and reaching the metal body of the pipe. For this purpose, the magnetic flux leakage test of a part of a gas pipe with a coal-based bitumen coating along with a defect and with different thicknesses in the pipe and coating was simulated in Comsol software. The magnetic properties of the coatings were also extracted with a magnetometer. The results of the simulations showed that the leakage of magnetic flux in the coating defects is insignificant and cannot be measured to reveal the defects.
    Keywords: finite element method, Magnetic flux leakage, Gas transmission pipe cover
  • Morteza Khademi-Kouhi *, Ahmad Ghasemi Ghale-Bahman, Amin Farrokh Abadi, Mohammad Reza Mohammad Aliha, Mahmoud Jedi Pages 449-462
    This research examines the vibrations of multi-layer aluminum-metal fiber cylindrical shells with embedded piezoelectric layers that have fluid-structure interaction based on the three-dimensional elasticity theory. Using the state space approach, the equations of motion for simple support boundary conditions were obtained. The natural frequencies of the multi-layer metal fiber cylindrical shell containing the driving fluid were obtained by solving the special frequency equation. The effect of different parameters such as length to radius, fluid velocity, ambient wave number and radius to thickness was investigated for aluminum reinforced with carbon fibers. The volume ratio of composite/metal was considered constant. So far, no research has been done on multi-layered aluminum fiber-metal cylindrical shells with embedded piezoelectric layers that have fluid-structure interaction. It is a very new topic. The consistency and convergence of the results of this research was confirmed by comparing the results of natural frequencies reported in the literature, and the high accuracy of the results of this research is expressed.
    Keywords: Vibration, _ Cylindrical Shell, _ Fiber- Metal Laminate, _ Elasticity Theory, _ FEM
  • Kamiar Hosseini-Hashemi *, Roohollah Talebitooti, Shahriar Hosseini-Hashemi Pages 463-487
    In this article, the free vibrations of non-uniform and non-homogeneous beams with the general non-classical boundary conditions including end objects with mass moment of inertia, eccentricity, and rotational and translational flexible constraints are investigated. A review of related beam sources shows that unlike many studies and various methods used to investigate the vibrations of non-uniform and non-homogeneous beams, the presented method often does not lead to a unique solution for the beam with the general boundary conditions. Hence presented solution cannot be used for the other special cases. Therefore, the purpose of this thesis is to present a new method based on the application of the Cauchy’s formula for iterated integrals which according to the best of author’s knowledge has not been considered so far. By using this method and its related equations, it is possible to analyze the vibrations of different types of homogeneous uniform, homogeneous non-uniform, functionally graded uniform, and functionally graded none-uniform beams. The validation of the obtained results for some of the studied configurations have been compared with the available data reported in related studies and good agreement observed. Also parametric study has been presented in order to investigate the effect of aspect ratio for wedge and tapered beams. To carry out convergence test and other calculations throughout this article a code in Mathematica software has been written.
    Keywords: Euler-Bernoulli Beam, Cauchy’s formula, Free vibration analysis