فهرست مطالب

نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
سال دوم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پیام برزگر، امین احمدپور، حمید کاظمی اسفه، محمد شارعی، سید محسن پیغمبرزاده* صفحات 1-11
    در این بررسی، با استفاده از فناوری پینچ و اصلاح چیدمان مبدل های حرارتی در یکی از واحد های تولید متانول بهینه سازی مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که امکان صرفه جویی انرژی با توجه به کل یوتیلیتی مصرفی در شبکه مبدل های فرآیندی به میزان 30.23 درصد وجود دارد. در ادامه، به هدفگذاری روی شبکه مورد بررسی و اصلاح شبکه و آنالیز پینچ با استفاده از نرم افزارهای مختلف پرداخته شد. همچنین سناریوهای مختلفی بر اساس آنالیز پینچ تدوین و به جهت امکان پذیری و قابلیت اجرا مورد تجزیه و تحلیل محاسباتی، فرآیندی و عملیاتی قرار گرفت. در این تحقیق، هفت سناریو جهت چیدمان مبدلها مشخص گردید که امکان حذف یک مبدل پیش گرم کن و تبدیل آن به مبدلی که با استفاده از حرارت سیستم کار کند در سناریوی 1 وجود دارد. سناریو های 2 تا 5 امکان ایجاد صرفه جویی 32 مگاواتی در یوتیلیتی مصرفی را دارند. از طرف دیگر سناریو های 6 و 7 به ترتیب باعث صرفه جویی انرژی 43 و 57 مگاواتی در یوتیلیتی مصرفی می شوند. سناریوی هفتم که بیشترین صرفه جویی انرژی را دارد، می تواند باعث کاهش هزینه های یوتیلیتی تا حدود 11 میلیارد تومان در سال شود. در نهایت سناریو شماره 1 به عنوان بهترین سناریو انتخاب و معرفی گردید. بر اساس سناریوی منتخب، علاوه بر کاهش مصرف بخار، با کاهش توان مصرفی فن های هوایی، مصرف برق واحد نیز کاهش یافت. صرفه حاصل از انجام این سناریو حدودا معادل 5/1 میلیارد تومان در سال محاسبه گردید.
    کلیدواژگان: آنالیز پینچ، واحد متانول، نرم افزار ASPEN، بهینه سازی انرژی
  • امیرحشمت خدمتی بازکیائی*، علی سوزنگر صفحات 12-22
    صنعت نورد، متداولترین و پر رونق‏ترین روش تولید فرآورده‏های فلزی است. نخستین هدف فرآیند نورد، کاهش سطح مقطع و یا ضخامت قطعه کار است، این عمل به دو صورت نورد گرم و سرد انجام می پذیرد، فلز از بین دو غلتک عبور نموده تا شکل شیار (کالیبر) غلتک را بگیرد، بدین جهت غلتک های نورد اجزاء مهمی در کارخانجات نوردی می باشند. هدف از انجام این پژوهش تحلیل انتقال حرارت در شرایط کارکرد نورد گرم و یافتن توزیع حرارت در غلتک های نورد با استفاده از شبیه سازی اجزاء محدود می باشد، شبیه سازی به صورت غیر خطی بوده و فرض گردیده که غلتک همگن، همسانگرد، بدون ترک و کرنش حرارتی و دمای محیط برابر دمای اتاق در نظر گرفته شده است. توزیع حرارت در غلتک در این پژوهش به دو صورت با استفاده از سیستم خنک کاری پاششی و بدون استفاده از این سیستم بدست آمده و پس از آن نتایج بدست آمده از شبیه سازی اجزاء محدود را با داده های آزمایشگاهی استخراج شده، مورد صحت سنجی قرار گرفته شده است که بالاترین میزان درصد خطای نسبی در پیشبینی 08/334 درصد بوده که بیانگر تطبیق نتاایج حاصله از حل عددی با داده استخراجی بوده است.
    کلیدواژگان: فرآیند نورد، اجزاء محدود، توزیع حرارت
  • محمد صادقی، علی سعدالله* صفحات 23-31

    چرخدنده ها یکی از پرکاربردترین اجزای انتقال و یا تغییر قدرت محسوب میشوند که به وفور در صنعت به چشم میخورند. در طراحی چرخدنده ها، متغیرهای وزن، اندازه و راندمان از عوامل مهم و تاثیرگذار در یک طراحی بهینه محسوب میشوند، هرچند این عوامل گاهی در تضاد با یکدیگر هستند. از اینرو اهمیت بهینه سازی در چرخدنده ها امری ضروری قلمداد میشود. امروزه با توسعه رایانه ها و گسترش نرم افزارهای مهندسی در علم مکانیک می توان در هزینه و در ساخت این چرخدنده ها پیشرفت قابل توجه ای کرد. چرخدنده مورد نظر در این تحقیق از نوع چرخدنده ساده است که البته این تحقیق قابلیت بسط به انواع دیگر چرخدنده ها را داراست. در این مقاله از نرم افزار انسیس و زبان برنامه نویسی متلب جهت مدلسازی و بهینه سازی چرخدنده ساده استفاده شده است. در این مطالعه، هدف افزایش بیشترین توان با کمترین وزن ممکن است. متغیرهای طراحی در این مقاله، توان، تعداد دندانه، مدول، و ضخامت چرخدنده هستند که به بهینه ترین شکل ممکن با نرم افزار متلب بهینه سازی شده اند و سپس با نرم افزار انسیس مدل سازی و تحلیل مهندسی میشوند. در این میان، قیودی مانند قیود مربوط به تنش های موجود، مدول، فاصله دو محور چرخدنده، راندمان، و ضرایب اطمینان نیز در نظر گرفته می شوند. نتایج حاصله از برنامه نویسی با خطای بسیار کمی نتایج حاصله از نرم افزار مهندسی را تایید میکند که این مهم مبین قابل قبول بودن مدل ریاضی ارایه شده در این مقاله است.

    کلیدواژگان: چرخدنده ساده، بهینه سازی، الگوریتم های فراابتکاری، الگوریتم چرخه آب، الگوریتم شبکه عصبی
  • پژمان تقی پور بیرگانی* صفحات 32-42
    در این مقاله ضریب بازتاب امواج فراصوت هدایت شده از سطح یک عیب خوردگی محیطی جهت یافتن رابطه ای بین این ضریب و اندازه ی عیب بررسی شده است. در ابتدا با حل معادلات حاکم بر انتشار موج به روش ماتریس کلی و با توجه به شرایط مرزی موجود در لوله، نمودارهای تجزیه سرعت فاز و سرعت گروه استخراج شده، سپس شبیه سازی انتشار موج با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس انجام شده است. به منظور تولید موج در لوله از مود طولی (2,0)L که از خصوصیات فرکانسی مناسبی برخوردار است استفاده شده است. پس از بررسی هم گرایی، انتشار موج در لوله ی دارای عیب با ابعاد مختلف بررسی شده است. در شبیه سازی انتشار موج، بخشی از موج تولید شده پس از برخورد به عیب، انعکاس پیدا کرده و مودهای مختلفی حاصل شده که با محاسبه ی سرعت مودهای بازگشتی و مقایسه ی این سرعت ها با نمودار تجزیه سرعت گروه در فرکانس 170 کیلوهرتز، اولین مود بازتابی مود (2,0)L و دومین مود بازتابی، مود (2,1)F می باشد. با توجه به ابعاد مختلف عیب، ضرایب بازتاب مختلفی حاصل شده و مشاهده شده که با افزایش عمق عیب، ضریب انعکاس موج بازتابی طولی نیز افزایش پیدا می کند. در این مقاله همچنین تاثیر پهنای خوردگی محیطی بر روی ضریب انعکاس موج طولی نیز بررسی شده و مشاهده شده که ضریب انعکاس امواج فقط به عمق عیب بستگی داشته و با تغییر پهنای خوردگی محیطی تغییر چندانی ندارد.
    کلیدواژگان: امواج فراصوت هدایت شده، نمودارهای تجزیه، ضریب بازتاب، عیب خوردگی محیطی
  • ایمان نجیمی*، سعید جعفری مهرآبادی، پیمان یوسفی صفحات 43-53
    کاربردهای روز افزون مواد مرکب در صنایع مختلف ازجمله هوافضا، کشتی سازی و سازه هایی در ابعاد میکرو و ماکرو باعث شده که محققان این حیطه توجه خاصی بر طراحی این سازه ها را داشته باشند. در پژوهش حاضر به تحلیل استاتیکی یک ورق مستطیلی به کمک حالتی خاص از تیوری مرتبه بالای تغیر شکل برشی با در نظر گرفتن تابع سکانت در میدان تغییر مکان، پرداخته شده است. معادله های ورق کامپوزیت لایه ای مورداستفاده در این پژوهش به کمک رابطه ی حساب تغییرات و اصل همیلتون با تشکیل ترم های مختلف انرژی سیستم به دست آمده . برای حل معادلات حاکم از روش ناویر با جواب هایی متشکل از توابع سینوسی و کسینوسی و با در نظر گرفتن شرایط مرزی سیستم استفاده شده است. با حل معادلات مذکور مقادیر خیز ورق با توجه به تغییر در پارامترهای سیستم محاسبه شده است و جواب های به دست آمده با نتایج مندرج در مقالات معتبر چاپ شده مقایسه و از صحت آن ها اطمینان کافی حاصل شده است. در خاتمه نتیجه شده که تحلیل خیز به کمک توابع سکانت بسیار نزدیک به جواب های حاصل شده از پژوهش های مشابه است و در موارد خاص می توان از این توابع استفاده نمود.
    کلیدواژگان: مواد مرکب لایه ای، تئوری مرتبه بالای تغییر شکل برشی، تابع سکانت، اصل همیلتون
  • منصور توحیدی، نوید خیاط*، عبدالرسول تلوری صفحات 54-68
    از آن جایی که هزینه روسازی راه ها بخش بزرگی ازمنابع مالی هزینه اجرا را به خود اختصاص می دهد، لذا یافتن مناسب ترین طرح ضخامت روسازی با حداقل هزینه یکی از دغدغه های مهندسین طراح می باشد. استفاده از الگوریتم های جستجوی هوشمند بعنوان یکی از راهکارهای موثر در یافتن طرح بهینه می تواند مطرح باشد . تحقیق حاضر با هدف بررسی کارایی تکنیک الگوریتم هوشمند اجتماع ذرات PSO در طرح ضخامت روسازی به روش اشتو و تعیین هزینه بهینه اقتصادی و عملکرد این الگوریتم را نسبت به روش شل مورد مقایسه قرار می دهد. به این منظور نرم افزارلازم برای پیاده سازی این الگوریتم جهت حل مسیله طراحی روسازی انجام و مدل شبیه سازی-بهینه سازی لازم توسعه داده شد. ، در ادامه با ذکر یک مثال با استفاده از 3 ترکیب از مصالح با مدول الاستیسیته متفاوت و قیود مختلف هزینه بهینه طرح ضخامت روسازی با استفاده از الگوریتم PSO و روش شل محاسبه و با یکدیگر مقایسه گردید . .نتایج نشان داد روش الگوریتم PSO توسعه یافته هزینه ها را در حالت با قید محدودیت ضخامت اساس و زیر اساس در روش شل برای ترکیبات سه گانه بین 0.5% تا 14% و در حالت بدون قید محدودیت ضخامت بین 2.9% تا 20.6% و در حالت بدون قید محدودیت ضخامت و استفاده از اساس سیمانی در طرح ضخامت روسازی بین 17.4% تا30.6% نسبت به روش شل کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: روسازی آسفالتی، طراحی روسازی بهینه، روش طراحی روسازی آشتو، روش طراحی روسازی شل
|
  • Payam Barzegar, Amin Ahmadpour, Hamid Kazemi Esfeh, Mohammad Sharei, S.M. Peyghambarzadeh * Pages 1-11
    The main goal of this paper is the use of pinch technology and revision in heat exchanger network layout to optimize energy consumption in a methanol unit of a petrochemical company. First of all, the process flow diagrams (PFD) and the current state of the heat exchangers network were studied. Then, the necessary data were analyzed, process heat exchangers and their characteristics were compiled and the physical properties of the streamlines at different temperatures were calculated. Then, the target network was distinguished and the network was modified and pinch analysis was performed using ASPEN HYSYS software and ASPEN ENERGY ANALAYZER software. Finally, different scenarios based on pinch analysis were compiled and feasibility, computational, process and operational analysis was performed. Finally, by calculating energy efficiency in each scenario, only one scenario was selected and introduced as the best scenario. According to the selected scenario, the E-1001exchanger, which uses low pressure steam to heat the incoming feed gas, is transferred to another location in order to not only reduce the steam consumption, but also reduce the unit's power consumption by reducing the air fan load. The profit from this scenario was approximately equal to 1.5 billion tomans per year.
    Keywords: Pinch Technology, Methanol unit, ASPEN software, Energy optimization
  • Amirheshmat Khedmati Bazkiaei *, Ali Sozangar Pages 12-22
    The rolling industry is the most common and prosperous method of producing metal products. The first goal of the rolling process is to reduce the cross-sectional area or the thickness of the workpiece, this process is done in two ways, hot and cold rolling, the metal passes between two rollers to take the shape of the groove (calibre) of the roller, so the rolling rollers of the components They are essential in climbing factories. This research aims to analyze heat transfer in hot rolling conditions and find the heat distribution in rolling rollers using the finite element method. The simulation is non-linear and assumes that the roller is homogeneous, isotropic, and without cracks and thermal strain. And the ambient temperature is considered negligible. The heat distribution in the roller in this research has been obtained in two ways using the spray cooling system and without using this system, and then the results obtained from the finite element simulation have been verified with the extracted experiment data, The highest percentage of relative error in prediction was 08.334%, which indicated the matching of the results obtained from the numerical solution with the extracted data.
    Keywords: The rolling process, Finite elements method, Heat Distribution
  • Mohammad Sadeghi, Ali Sadollah * Pages 23-31

    Gearing is one of the most efficient methods of transmitting power from a source to its application with or without change of speed or direction. In this paper, a spur gear model is optimized aiming to maximize its transmission power and minimize its weight. Several design variables named as transmitted power, number of pinion teeth, modules, and thickness of gears have been considered during optimization process. For the sake of optimization, two developed metaheuristics named as water cycle and neural net-work algorithms have been examined using MATLAB programming language platform. Besides, obtained optimization results have been validated and analyzed using well-known commercial computer aided engineering software ANSYS. Based on the ob-tained optimization results, optimum design has been found using optimizers and in terms of engineering analysis good agreement has been observed between the applied finite element approach.

    Keywords: Spur gear, Optimization, Metaheuristic Algorithms, Water Cycle Algorithm, Neural network algorithm
  • Pezhman Taghipour Birgani * Pages 32-42
    In this article, reflection coefficient of ultrasonic guided waves from surface of a circumferential corrosion is evaluated to find the relation between this coefficient and the size of defect. In the present work, firstly, by solving the governing equations of the wave propagation with general matrix method and according to the boundary conditions in the pipe, dispersion curves of the phase velocity and group velocity were obtained, then simulation of wave propagation was performed using Abaqus finite element software. In this method, a longitudinal L(0,2) mode, which has good frequency characteristics, was used to generate the wave in the pipe. After determining the convergence, the wave propagation was carried out in the pipe with different dimension of defect. It was observed that part of the generated wave after collision to defect was reflected and various modes were generated that the first reflected mode was L(0,2) and the second reflected mode according to the group velocity dispersion curves of different modes was F(1,2). Different reflection coefficients were obtained due to different dimension of defects, and it was observed that with increasing defect depth, the reflection coefficient of the reflected wave also increased. In this article, the effect of circumferential corrosion width on the reflection coefficient of longitudinal wave has been investigated and it has been observed that the reflection coefficient of waves depends only on the depth of the defect and does not change much with the change of circumferential corrosion width.
    Keywords: Ultrasonic guided waves, Dispersion curves, Reflection coefficient, Circumferential Corrosion
  • Iman Najimi *, Saeed Jafari Mehrabadi, Peyman Yousefi Pages 43-53
    The increasing applications of compound materials in various industries, including aerospace, shipbuilding, micro and macro dimensions have, So researcher special attention to the design of these structures. In this study, static analysis of a rectangular plate with the special case of high order correction of shear deformation was investigated by considering the, secant function in spatial change field. In this study, the relation between the changes and the Hamilton's principle has been achieved by forming the different energy term of the system. To solving the governing equations, the Navier - stokes equations are implemented using sinusoidal and sinusoidal functions and considering the boundary conditions of the system. By solving the equations, the deflection values of the plates are calculated according to the changes in the system parameters and the obtained results are compared with the results contained in the validated literature and the accuracy of them is sufficient. In conclusion, the bounded analysis with the help of secant functions is very close to the responses obtained from similar researches and in certain cases we can use these functions.
    Keywords: Layered composite materials, higher order theory of shear deformation, secant function, Hamilton's principle
  • Mansour Tohidi, Navid Khayat *, Abdoulrasoul Telvari Pages 54-68