فهرست مطالب
مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و ششم شماره 6 (شهریور 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/06/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 765-790پروانه ی نیمه مغروق نوعی از پروانه های دریایی است که در شناورهای تندرو از آن استفاده می شود. این پروانه مورد توجه طراحان قرار گرفته است؛ زیرا در برابر پدیده ی مخرب کاویتاسیون مقاومت می کند. همچنین پروانه های نیمه مغروق در سرعت های بالا از پایداری رانشی و گشتاوری مناسبی برخوردار هستند و مانورپذیری بالایی هم دارند. از این رو بررسی بیشتر پیرامون آن، حائز اهمیت است. پژوهش پیش رو با هدف بررسی اثر ایجاد یک شیار عمودی بر سطح پره های یک پروانه ی نیمه مغروق انجام شده و ایده ی آن بر گرفته از سطح شیاردار یا کنگره دار در کف برخی شناورهای تندرو است. پروانه ی مورد بررسی در این پژوهش، پروانه ی نیمه مغروق B-841 موسوم به الفسون می باشد. شبکه بندی دامنه ی حل سه بعدی و شبیه سازی عددی در نرم افزار Star CCM انجام شده است. حالت مورد نظر در این شبیه سازی عددی، نسبت عمق غوطه وری 33%، ضریب پیشروی 0.8، عدد کاویتاسیون 2.3، عدد فرود 6 و زاویه ی صفر شفت (حالت افقی) است. نتایج حاکی از آن است که بازدهی پروانه ی شیاردار 44.5% می باشد که این مقدار از بازدهی پروانه ی بدون شیار کمتر است. در انتها می توان گفت که شیار ایجاد شده، اثر نامطلوب بر بازدهی و عملکرد پروانه داشته و در عمل استفاده از آن در شرایط کاری پروانه ی مورد بررسی، توصیه نمی شود.کلیدواژگان: پروانه ی نیمه مغروق شیاردار، 841-B، شبیه سازی عددی، Star CCM
-
صفحات 791-810
در این مقاله، تاثیر سه محوره تنش و زاویه لود بر شکل پذیری آلیاژ تیتانیوم درجه دو مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا، چهار نمونه با هندسه های مختلف شامل نمونه های دمبلی شکل، شیاردار و دو نمونه برشی ساخته شد. آزمایش کشش تک محوره در دمای محیط بر روی تمامی این نمونه ها انجام شد. با استفاده از نمونه دمبلی شکل، خواص مکانیکی آلیاژ تیتانیوم استخراج گردید. شبیه سازی نمونه ها در نرم افزار آباکوس انجام شده و رفتار شکست نمونه ها تا انتهای ناحیه پلاستیک تحلیل گردید. برای تطابق نمودارهای نیرو-جابجایی نمونه ها، از معادله ترکیبی سویفت و چند جمله ای مرتبه چهار برای سخت شوندگی ماده استفاده شده است. نتایج آزمایشات تجربی و شبیه سازی با آباکوس، مورد مقایسه قرار گرفت و تطابق خوبی بین نمودارهای نیرو-جابجایی تا انتهای ناحیه پلاستیک مشاهده گردید. برای چهار نمونه اشاره شده، سه محوره تنش بین صفر تا 5/0 به صورت عددی به دست آمد. برای یکی از نمونه های برشی، سه محوره تنش عدد صفر و برای دیگر نمونه برشی 2/0 به دست آمد. سه محوره تنش برای نمونه دمبلی شکل و شیاردار به ترتیب 33/0 و 5/0 ثبت شد. نتایج نشان می دهد که هرچه سه محوره تنش به صفر نزدیک تر باشد، شکست نمونه ها در آزمایشات تجربی به صورت برشی اتفاق افتاده است. علاوه بر این، با بررسی نتایج مشاهده می شود که افزایش سه محوره تنش با روند تغییرات زاویه لود یکنواخت نبوده و به صورت افزایشی و کاهشی تغییر کرده است. در نتیجه، این تغییرات بر کرنش شکست نمونه ها نیز تاثیر می گذارد.
کلیدواژگان: تیتانیوم درجه دو، زاویه لود، سه محوره تنش، کرنش شکست -
صفحات 811-832در این پژوهش اختلاف دمای بین سطح و هوای مرطوب به عنوان عامل محیطی موثر بر انتقال حرارت و توزیع قطرات مورد بحث و بررسی قرار گرفته-است. به این منظور دستگاه تستی ساخته شده تا شرایط محیطی را کنترل کرده و با قرار گرفتن دو نوع سطح آبدوست و آبگریز در معرض هوای مرطوب پدیده چگالش رخ داده است. درصد رطوبت نسبی و سرعت جریان هوای مرطوب در تمامی آزمایش ها به ترتیب در مقادیر 88 درصد و 5 متر بر ثانیه ثابت نگاه داشته شده و اختلاف دمای لحاظ شده 4، 7 و 10 درجه سانتی گراد بوده است. میزان انتقال حرارت متغیر با زمان در طول 60 دقیقه انجام آزمایش نشان داده-است که برای شروع فرآیند چگالش زمانی لازم است که هرچه اختلاف دما و میزان انرژی سطح بیشتر باشد، این زمان کوتاه تر و میانگین انتقال حرارت نیز بیشتر می شود. عکس برداری از آزمایش ها نیز نشان داده که با افزایش اختلاف دما و انرژی سطح، زمان لازم برای افتادن اولین قطره کوتاه تر و قطر هیدرولیکی قطره خارج شده نیز بزرگتر است. نحوه توزیع قطرات در دقیقه 20 ام پس از شروع هر آزمایش که در آن هنوز هیچ قطره ای سطوح آزمایش را ترک نکرده، نشان می دهد، با افزایش اختلاف دما تعداد قطرات بزرگ تر به دلیل افزایش نرخ چگالش بیشتر بوده و نیز تعداد کوچکترین قطرات روی سطح آبگریز بیشتر از آبدوست است.کلیدواژگان: چگالش، انرژی سطح، اختلاف دما، انتقال حرارت، توزیع قطرات
-
صفحات 833-856یکی از مهم ترین پارامترها در مطالعه میکرومکانیکی رفتار مواد، امکان بررسی میکروترک ها و الگوهای شروع و انتشار آن می باشد. در کار حاضر سعی شده است تا خرابی در فولادهای دو فازی تحت بارگذاری استاتیکی کششی تک محوره با استفاده از روش عددی پریداینامیک و تطبیق با نتایج تجربی مورد بررسی قرار گیرد.با توجه به تحلیل عددی انجام گرفته، مکانیزم شروع و انتشار مرزدانه ای و درون دانه ای میکروترک ها در میکروساختار فولاد دوفازی با استفاده از روش غیرموضعی پریداینامیک مورد مطالعه قرار گرفته است. تحلیل این مسئله با استفاده از روش پریداینامیک با توجه به هندسه ی نامنظم، غیر موضعی بودن روش تحلیل، بازفرمول نویسی مکانیک محیط های پیوسته به شکل معادلات انتگرودیفرانسیلی و مطالعه خرابی پیش رونده یکی از اهداف این کار است که مبتنی بر المان های حجمی نماینده به دست آمده از میکروساختار واقعی فولاد دوفازی انجام شده است. همچنین با توجه به امکان پیش بینی مکان های شروع خرابی به صورت هم زمان و نحوه انتشار آن ها در بخش های مختلف ماده بدون نیاز به در نظر گرفتن مسیرهای پیش فرض، شکست مرزدانه ای و درون دانه ای در مدل پریداینامیکی ارائه گردیده است.کلیدواژگان: پریداینامیک، میکروساختار، فولادهای دوفازی، جدایش مرزدانه ای، شکست درون دانه ای
-
صفحات 857-884کاریرد اصلی پلتفرم استوارت برای تولید حرکتهای دلخواه با درجات آزادی بالای فضایی است. با اینحال میتوان از این بستر برای سنجش وضعیت سهبعدی یک جسم در فضا نسبت به جسم و یا سطح پایه دیگر نیز بهره برد که در این صورت کل این مجموعه همانند یک سنجه عمل کرده و خروجی آن، حالت قرارگیری یک جسم که به پلتفرم بالایی مکانیزم استوارت متصل است را بیان خواهد کرد. با اینحال مشکل اصلی این پیکربندی بار محاسباتی بالا برای تعیین وضعیت پلتفرم متحرک نسبت به ثابت مبتنی بر خروجی شش سنسور طولی است که بهجای عوامل تحریککننده به کار گرفته میشوند. در این پژوهش، قابلیت سنجهای پلتفرم استوارت بررسی شده و دیدگاه سینماتیک مستقیم با بازدهی و سرعت عمل بالا مبتنی بر توسعه معادله های جبری غیرخطی مرتبه دوم گسترشیافته که آن را برای کاربردهای زمان واقعی مناسب میسازد، ارائه شده است. شیوه ارائه شده برای استخراج مختصات دکارتی سه نقطه از پلتفرم متحرک نسبت به پلتفرم ثابت بوده و نتایج حاکی از آن است که الگوریتم پیشنهادی تطابق خوبی با نتایج حاصل از تحلیل حاصل از نرمافزار CAD دارد. قابلیت دیدگاه پیشنهادی با تحلیل تاریخچه زمانی متناوب شش سنجه طولی که به صورت منظم و نامنظم بر روی پلتفرم ثابت توزیع شدهاند مورد ارزیابی قرار گرفت و بازدهی بالای محاسباتی آن به ویژه با در نظر گرفتن بهروزرسانی شرایط اولیه مشخص گردید.کلیدواژگان: مکانیزم استوارت، پیکربندی سنجه ای، سینماتیک مستقیم، مکانیزم موازی
-
صفحات 885-908وجود ارتعاشات و اغتشاشات آسیب های جدی به سیستم وارد می کند. در این پژوهش مکانیزم چشم چابک بر روی خودروی در حال حرکت نصب شده و همراه با خودرو حرکت می کند. ارتعاشات ناشی از ناهمواری های مسیر توسط خودرو به صفحه پایه چشم چابک وارد می شود. بخش بسیار زیادی از اغتشاشات جاده توسط سیستم تعلیق خودرو میرا می شود. هدف پژوهش ثابت نگه داشتن کارگیر ربات چشم چابک در جهت گیری مطلوب می باشد. حرکت مکانیزم تحت تاثیر دو نوع جاده تپه ماهوری و کوهستانی بررسی می شود. کنترلر PID به روش سعی و خطا و به روش زیگلر نیکولز تنظیم شده و نتایج حاصل از این حالات در حضور جاذب ارتعاشی و حالت عادی مقایسه می گردد. برای تنظیم ضرایب فنرو میراگر از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. زیرا علاوه بر بهبود پاسخ سیستم موجب صرفه جویی در زمان و هزینه می گردد. ضرایب فنر و میراگر بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی، نقش به سزایی در کم کردن ارتعاشات وارده از خودرو به پایه مکانیزم ایفا می کنند. در واقع جاذب کنترل سیستم را بهبود بخشیده، از وارد شدن اغتشاشات به مکانیزم جلوگیری و مانع آسیب دیدن مکانیزم در اثر ارتعاشات می شود. مقدار موثر خطا در حالت استفاده از جاذب ارتعاشی در جاده های مورد بررسی به بازه 0.02 تا 0.04 کاهش یافت.کلیدواژگان: چشم چابک، پایدارساز، ردیابی هدف، مکانیزم موازی، بهینه سازی
-
Pages 765-790The semi-submerged propeller is a type of marine propeller that is used in high-speed vessels. This propeller has attracted designers attention; because it resists the destructive phenomenon of cavitation. also Semi-submerged propellers have suitable thrust and torque stability at high speeds and offer high maneuverability. Therefore, further investigation around it is important. The current research aims to examine the effect of creating a vertical groove on the surface of the blades of a semi-submerged propeller, an idea inspired by the grooved or corrugated surface on the bottom of some high-speed vessels. The propeller examined in this study is the semi-submerged propeller 841-B known as Olofsson. The 3D domain meshing and numerical simulation have been done in the Star CCM software. The specific condition considered in this numerical simulation is a submergence depth ratio of 33%, an advance coefficient of 0.8, a cavitation number of 2.3, a Froude number of 6, and a shaft angle of zero degrees (horizontal position). The results showed that the efficiency of the grooved propeller is 44.5%, which is less than the efficiency of the ungrooved propeller. In the end, it can be said that the created groove has an adverse effect on the efficiency and performance of the propeller and it is not recommended to use it in the working conditions of the investigated propeller.Keywords: Grooved Semi-Submerged Propeller, 841-B, Numerical Simulation, Star CCM
-
Pages 791-810
In this article, the effect of stress triaxiality and Lode angle for titanium alloy has been investigated. Four samples with different geometries including dog-bone, notched and two shear samples were made. Uniaxial tensile test at ambient temperature was performed on all samples. Using a dog-bone sample, the mechanical properties of grade two titanium alloy were extracted under tensile loading. The samples were simulated in ABAQUS software and the failure behavior of the samples was analyzed until the end of the plastic zone. To match the force-displacement diagrams of the samples, Swift's combined equation and the fourth-order polynomial for the hardening of the material have been used. The results of experimental tests and simulation with ABAQUS were compared and a good agreement between the force-displacement diagrams up to the end of the plastic zone was observed. For the mentioned four samples, the stress triaxiality between 0 and 0.5 has been obtained numerically. The results show that the closer the stress triaxiality is to zero, the failure of the samples in the experimental tests has occurred in shear. In addition, by examining the results, it can be seen that the in-crease of the stress triaxiality with the change of the Lode angle is not uniform and has changed in an increasing and decreasing manner. As a result, these changes also affect the failure strain of the samples.
Keywords: Ti-6AL-4V, Lode Angle, Stress Triaxiality, Fracture Strain -
Pages 811-832This research investigates the temperature difference between the surface and moist air as an environmental factor affecting heat transfer and droplet distribution. For this purpose, a test device was built to control environmental conditions. The condensation phenomenon occurred when two types of hydrophilic and hydrophobic surfaces were exposed to moist air. The relative humidity and speed of humid airflow were kept constant at 88% and 5 m/s, respectively, and the temperature difference considered was 4, 7, and 10 degrees Celsius. The varying heat transfer with time during the 60 minutes has shown that it takes time to start the condensation process; the more the temperature difference and the amount of surface energy, the shorter this time and the higher the average heat transfer. The photography of the experiments has also shown that with the increase in temperature difference and surface energy, the time required for the first drop to fall is shorter, and the hydraulic diameter of the dropped drop is bigger. The distribution of the droplets in the 20th minute after the start of each experiment, in which no droplets have left the test surfaces yet, shows that with the increase in the temperature difference, the number of larger droplets is more due to the increase in the condensation rate. The number of the smallest droplets is higher on hydrophobic surfaces than hydrophilic ones.Keywords: Condensation, Surface Energy, Temperature Difference, Heat Transfer, Droplet Distribution
-
Pages 833-856One of the most important parameters in the micromechanical study of material behavior is the possibility of investigating microcracks and their initiation and propagation patterns in different parts of the materials. In the present work, an attempt has been made to examine the failure of dual-phase (DP) steels under uniaxial tensile static loading using the peridynamics numerical method. The SEM images prepared from the samples show that the grain boundary voids and their growth on a micro scale can be considered the place of damage accumulation.According to the numerical analysis, the initiation and propagation mechanism of inter-grain and intra-grain microcracks in the microstructure of DP steel has been studied using the non-local peridynamic method. Analyzing this problem using the peridynamic method, considering the irregular geometry, the non-locality, reformulating the continuum mechanics in the form of integrodifferential equations, and studying progressive failure is one of the goals of this work, which have been carried out based on representative volume elements (RVE) obtained from the real microstructure. Also, due to the possibility of predicting the damage initiation and the propagation path in different parts of the material simultaneously without considering the default paths, inter-grain and intra-grain microcracks have been simulated using the peridynamics model.Keywords: Peridynamics, Microstructure, DP Steels, Grain Boundary, Intragranular Fracture
-
Pages 857-884The Stewart platform is primarily used for generating arbitrary motions in three-dimensional space. However, it can also be utilized for measuring the three-dimensional position of an object attached to the moving platform. In this configuration, the Stewart platform functions as a sensory system. One challenge of this application is the high computational cost associated with determining the position of the moving platform relative to the fixed reference platform using data from six length sensors. In this study, the sensory capabilities of the Stewart platform are investigated by introducing a high-performance and numerically agile approach. This approach involves developing an extended set of nonlinear algebraic equations that are well-suited for real-time applications. By applying this procedure to derive the Cartesian coordinates of three points on the moving platform and comparing the results with those obtained from computer-aided design (CAD) software, a strong correlation is observed. To further evaluate the effectiveness of the approach, its performance is analyzed when subjected to harmonic time histories from six length sensors and when the legs' base positions are arranged regular or non-regular on the fixed platform. The results demonstrate that the present method, particularly by updating initial conditions at every time increment, exhibits high computational efficiency.Keywords: Stewart Mechanism, Sensory Configuration, Forward Kinematics, Parallel Mechanism
-
Pages 885-908The presence of vibrations and disturbances causes serious damage to the system. In this research, the agile eye mechanism is installed on a moving car and moves along with the car. Vibrations enter the base plate of the agile eye. A large part of the road disturbances is dampened by the car suspension system. The purpose of the research is to keep the operator of the agile eye robot in the desired direction. The movement of the mechanism is investigated under the influence of two types of hilly and mountainous roads. The PID controller is adjusted by trial and error method and Ziegler-Nichols method, and the results of these conditions are compared in the presence of vibration absorber and normal condition. A genetic algorithm has been used to adjust the spring damper coefficients. which improves system response, saves time and money. The coefficients obtained from the optimization algorithm play a significant role in reducing the vibrations from the vehicle to the base of the mechanism. In fact, the absorber improves the control of the system, prevents disturbances from entering the mechanism and prevents the mechanism from being damaged due to vibrations. The effective value of the error in the case of using the vibration absorber on the examined roads was reduced to the range of 0.02 to 0.04.Keywords: Agile Eye, Stabilizer, Target Tracking, Parallel Mechanism, Optimization