مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1383 | دوره:20 | شماره:26 (ویژه مهندسی مکانیک) |تعداد مقالات:13

بازوی مکانیکی نصب شده بر روی یک وسیله نقلیه را «بازوی مکانیکی ماهر متحرک» می نامند. یک بازوی مکانیکی ماهر متحرک با داشتن یک سیستم تعلیق مناسب می تواند بر روی سطوح ناهموار حرکت کرده و دارای فضای کاری نامحدودی باشد. هنگامی که وسیله نقلیه حرکت می کند. اگر بازوی مکانیکی ماهر وظایف محوله را انجام دهد، بازده زمان و انرژی مورد نیاز برای توقف و شروع به حرکت افزایش خواهد یافت. در این نوشتار یک بازوی مکانیکی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک وسیله نقلیه با سیستم تعلیق مورد بررسی قرار گرفته و معادلات سینماتیکی و دینامیکی آنها ارایه می شود. بازوی مکانیکی ماهر دارای سه اتصال مفصلی است که محور دوران اتصال اول عمود بر صفحه افق و محور دوران اتصال های دوم و سوم موازی با آن هستند، و وسیله نقلیه دارای یک درجه آزادی خطی و دو درجه آزادی دورانی است. در اینجا حالتی را در نظر گرفته ایم که مجری نهایی یک مسیر مطلوب را با سرعت ثابت طی می کند و همزمان وسیله نقلیه نیز با سرعت ثابت بر روی سطح ناهمواری حرکت می کند، نتایج شبیه سازی شده برای مسیر مطلوب خط راست ارایه شده است.

در این پژوهش با استفاده از یک نظریه لایه ای که قادر به در نظر گرفتن تنش های عرضی و عمودی است، میدان تنش سه بعدی در نزدیکی لبه آزاد لایه های چند سازه ای متوازن تحت کرنش محوری یکنواخت بررسی شد. با این فرض که صفحات با طول بلند و لایه گذاری متقارن هستند، معادلات حاکمه تعادل با استفاده از اصل حداقل مجموع انرژی پتانسیل به دست آمد و به صورت تحلیلی حل شد و در نهایت، نتایج به دست آمده با نتایج موجود در سایر مقالات مقایسه شد. نتایج به دست آمده، بیانگر دقت خوب تئوری لایه ای استفاده شده در تحلیل میدان تنش سه بعدی است.

شبیه سازی روشی مناسب و کم هزینه برای تعیین عوامل موثر در مصرف انرژی و روش های بهبود بازده فر در اجاق های گاز است. اما این وسیله ساده به علت ماهیت فیزیکی آن (عدم وجود جریان غالب) با مشکلاتی مواجه است. سرعت سوخت سوخته شده بسیار کم است. و نیز شرایط مرزی پیچیده ای بر مساله حاکم است. چنانچه بخواهیم همه معادلات حاکم بر جریان و انرژی را به طور کامل (سه بعدی و گذرا) حل کنیم مساله بسیار پیچیده می شود. حتی بعد از حل مساله سازوکاری برای تایید صحت عملکرد وجود ندارد.در نوشتار حاضر با رعایت یک سری فرضیات، معادلات دیفرانسیل ساده تری مورد استفاده قرار گرفته است. این معادلات مدلی ترمودینامیکی از رفتار محفظه فر، ظرف داخل فر، عایق بندی، محفظه ای احتراق و شیر کنترل گاز ارایه می دهند. و با استفاده از الگوریتم های عددی حل می شوند. به این ترتیب می توان اطلاعات متعددی از حالت های مختلف فر به دست آورد. اما نکته مهم تایید روش حل است. با انجام یک سری آزمون ها در آزمایشگاه اعتبار مدل، مورد بررسی و تایید قرار گرفته است.

در نوشتار حاضر، روش تقابل دوگانه اجزا مرزی (DRBEM) همراه با روش تخمین توابع متوالی (SFEM) برای حل مسایل معکوس هدایت حرارتی به کار گرفته شده است. مساله ای که مورد توجه قرار گرفته است، تخمین شار حرارتی مجهول به صورت تابعی از زمان و مکان است. همچنین در این نوشتار فرمول بندی جدیدی از روش تخمین توابع متوالی بر اساس استفاده از چند جمله ای ها ارایه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از این است که استفاده از چند جمله ای ها باعث کاهش حساسیت روش به محل قرارگیری دماسنج می شود. بررسی حساسیت به روش خطاهای اندازه گیری بیانگر این نکته است که روش قادر به تخمین شار حرارتی در حالتی است که خطاهای اندازه گیری حداکثر %2 دمای بیشینه اندازه گرفته شده باشد. این بررسی همچنین نشان می دهد که مقدار مناسب برای تعداد گام های آینده بستگی به خطاهای اندازه گیری دارد.

در این نوشتار جریان اطراف فویل در نزدیکی سطح آب و سطح صلب با یکدیگر مقایسه شده اند. لذا ابتدا برای سطح صلب، با استفاده از نظریه فویل نازک و نیز معادله برنولی روابطی تحلیلی برای پدیده ی اثر سطح ارایه شده است و در نهایت این دو روش با روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مقایسه شده اند و محدوده اعتبار هر یک از روش ها بر حسب فاصله فویل ها، نوع مقاطع آنها و زوایای حمله مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که در روش CFD می توان عوامل دیگری همچون لزجت، انعطاف پذیری سطح آب و آشفتگی را نیز مدل کرد، تاثیر این عوامل نیز در قسمت دوم نوشتار مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده در تخمین و طراحی مقطع بال شناورهای اثر سطحی (WIG) بسیار مفید و قابل استفاده اند.

در این نوشتار، به منظور انجام محاسبات مربوط به چرخه تبرید خودرو، و با توجه به شرایط عملکرد گذرای این چرخه، یک مدل عددی ارایه شده است. این مدل شامل زیر مدل های اوپراتور، کندانسور (خنک کننده)، متراکم کننده (کمپرسور)، لوله مویین و سیستم انتقال هواست. در این مدل سازی، افت فشار و ظرفیت حرارتی اوپراتور، خنک کننده، کانال ها و اتصالات نیز لحاظ شده است، به طوری که با استفاده از این مدل می توان طراحی بهینه چرخه تبرید را انجام داد. خروجی این مدل، دما و دبی هوای خروجی از دریچه هاست که به عنوان ورودی برای مدل سازی حرارتی اتاقک سرنشینان خودرو استفاده می شود.

در این نوشتار یک الگوریتم خطی و یک الگوریتم غیر خطی برای شناسایی سیستم ها در فضای H∞ ارایه شده است. کران های خطا که برای هر کدام از الگوریتم ها به دست آمده نشان می دهند که الگوریتم خطی همگرایی مقاوم ندارد ولی رشد واگرایی آن متناسب با log(n) است n) درجه مدل است(. الگوریتم غیر خطی همگرایی مقاوم دارد و کران بدترین حالت خطای شناسایی )در نرم (H∞ برای آن به دست آورده شده است. الگوریتم خطی ساده تر از الگوریتم های غیر خطی است ولی به علت نداشتن خاصیت همگرایی مقاوم، در طراحی کنترل مقاوم که به همگرایی مقاوم نیاز دارد، کاربردی ندارد. اما چون این الگوریتم در درجه مدل های پایین تر عملکرد خوبی دارد، باید قبل از به کارگیری آن، با استفاده از اطلاعات قبلی در مورد سیستم مورد شناسایی، مرز واگرایی را مشخص ساخت. الگوریتم غیر خطی با وجود داشتن محاسبات طولانی و پیچیده دارای خاصیت همگرایی مقاوم بوده و متناسب با خواسته های طراحی کنترل مقاوم است. همچنین این الگوریتم در مقایسه با الگوریتم خطی (وقتی که هنوز به مرز واگرایی نرسیده است) از خطای شناسایی کمتری برخوردار است.

استحکام مواد مرکب لایه ای و به خصوص بار بحرانی کمانش آنها بر اثر تورق کاهش قابل ملاحظه ای پیدا می کند. در این نوشتار، تاثیر تورق بر روی بار بحرانی، تحت بار برشی داخل صفحه، بررسی می شود. برای این منظور صفحه مستطیل شکلی از جنس مواد مرکب لایه ای چند سازه ای حاوی یک یا چند تورق در نظر گرفته شده است. تحلیل کمانش با استفاده از تئوری تغییر شکل مرتبه اول میندلین، و به وسیله روش اجزا محدود (حل مساله مقدار ویژه) انجام گرفته است. حل این مساله بدون در نظر گرفتن قیود لازم برای جلوگیری از درهم فرورفتگی لایه های جدا شده، منجر به جواب های غیر قابل قبول از لحاظ فیزیکی می شود، در این نوشتار، راه حل مناسبی برای اعمال قیود مورد نیاز توسط روش تابع جریمه معرفی شده است. نتایج عددی، اثر تعداد، اندازه و عمق تورق، و شرایط مرزی صفحه بر روی بار بحرانی را نشان می دهد.

احتراق ضربانی سبب افزایش میزان انتقال حرارت به محیط احتراق می شود و افزایش کارایی، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگی از مزایای این احتراق است. با ساخت یک نمونه ابتکاری محفظه احتراق ضربانی، به بررسی تجربی عوامل موثر بر فرکانس نوسان و دمای شعله پرداخته ایم. دستگاه آزمایش در دو پیکربندی «پیش مخلوط» و «انتشاری با جت متقابل سوخت» آزموده شد که به علت دامنه کاری وسیع تر و پایداری شعله بیشتر، آزمون ها بر اساس نمونه دوم تعریف و انجام شد. دستگاه آزمایش از قسمت های لوله ورودی جریان هوا، شیر آیرودینامیکی، لوله ورودی جت سوخت، محفظه احتراق، لوله اگزوز و مسیرهای تامین کننده جریان تشکیل شده است. متغیرهای کلیدی آزمایش عبارت اند از: دبی جریان، نسبت تعادل و طول لوله ای اگزوز. از هوا به عنوان اکساینده و از پروپان به عنوان سوخت استفاده شده است. به کمک یک میکروفن و برد اخذ اطلاعات، فرکانس نوسان جریان و به کمک یک دبی سنج دبی سوخت و با یک نازل صوتی میزان هوا اندازه گیری شده است. نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش دبی جریان و نسبت تعادل، فرکانس نوسان افزایش می یابد. تغییر لوله اگزوز نیز تاثیر به سزایی بر فرکانس نوسان ها دارد، به طوری که افزایش 80 درصدی طول لوله اگزوز منجر به کاهش 18 درصدی فرکانس نوسان می شود. این نتیجه نشان می دهد که سازوکار نوسانی جریان صرفا آکوستیکی نیست. علاوه بر آکوستیک، آشفتگی، دینامیک جریان ورودی و انرژی آزاد شده نقش مهمی در تعیین فرکانس دارند.

در این نوشتار حل معادلات سه بعدی اویلر با دو روش صریح و ضمنی و با شیوه رو مورد بررسی قرار می گیرد. برای جداسازی از روش حجم محدود استفاده می شود. اگر چه روش صریح، روشی ساده است اما زمان بیشتری برای رسیدن به جواب نهایی نیاز دارد. در مقابل، روش ضمنی پیچیده تر، اما سریع تر است. برای بررسی دقت برنامه، جریان بر روی یک مخروط با زاویه راس 20º و در عدد ماخ 7.95 در زوایای حمله 20º و 24º، و نیز یک دماغه اگیو شکسته در زوایای حمله 6º و 10º و در ماخ جریان 3 مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه با نتایج تجربی نشان می دهد که در مقاطعی که جدایی جریان نداریم، شرایط جریان با دقت قابل قبولی پیش بینی می شود. اما در شرایطی که ناحیه جدایی بزرگ است، مانند مقاطع انتهایی دماغه اگیو شکسته در زاویه حمله 10º، معادلات اویلر قادر به پیش بینی دقیق حوزه جریان نیستند و در نظر گرفتن ترم های لزج برای پیش بینی دقیق تر میدان جریان اجتناب ناپذیر است. باید توجه داشت که برنامه رایانه ای حاضر به عنوان مرحله اولیه تولید یک برنامه حل معادلات ناویر - استوکس، چنان تدوین شده است که به راحتی بتوان آن را به چنین برنامه ای تبدیل کرد. به علاوه حل مسایل زمانمند نیز از قابلیت های دیگر این معادله است.

در دهه های اخیر، روش های زیست شناختی به عنوان گزینه جدیدی برای تصفیه  جریان گازهای آلوده حاوی ترکیبات آلی فرار (VOC) مطرح شده اند. در این مطالعه آزمایشگاهی، اثر نرخ بارگذاری آلی بر کارایی سیستم بیوفیلتراسیون (زیست پالایش) به صورت جداگانه در پالایش تولوئن و زایلین مورد بررسی قرار گرفت. بستر مورد استفاده مخلوطی از کمپوست مواد زاید جامد شهری و تراشه چوب به نسبت حجمی 80 به 20 و با تخلخل %54 بود که به مدت یک هفته با افزودن مواد مغذی، و مرطوب نگه داشتن آن آماده سازی و سپس در داخل واکنشگر (راکتور) قرار داده شد. در دوره راه اندازی و سازگارسازی، با حفظ دمای واکنشگر در محدوده 30 ±2ºC، گاز آلوده حاوی تولوئن یا زایلین به ترتیب در غلظت های 70 و 20 ppm به سیستم وارد شد. در این مرحله، با افزایش غلظت ورودی آلاینده ها، رشد ریزاندامگان باعث گرفتگی بستر و ایجاد افت فشار بیش از حد شد، که این مشکل با زیر و رو کردن محتویات بستر بر طرف شد. پس از مرحله سازگاری اولیه، با ثابت نگه داشتن زمان ماند در 60 ثانیه و دامنه رطوبت در %70-60، بارگذاری افزایش داده شد. بر اساس نتایج حاصله، با توجه به عدم اشباع ظرفیت حذف، بار گذاری های 110 و 150 gm-3h-1 برای تولوئن و زایلین قابل اعمال است. در عین حال با توجه به ملاحظات حفظ محدوده  افت فشار در زیر 1000 Pa/m برای راهبری بهینه، نرخ بارگذاری 78±8 و 80±14 gm-3h-1 برای تولوئن و زایلین به دست آمد. ظرفیت حذف پایدار بیوفیلتر در این شرایط برای تولوئن و زایلین به ترتیب 73±4 و 73±14 gm-3h-1 و کارایی حذف %94± 6 و %91±8 است.

از آنجا که گازگیرها مهم ترین قسمت یک واکنشگر جریان رو به بالا از بستر لجن بی هوازی (UASB) هستند. بیشترین مخارج و خدمات و زمان ساخت را به خود اختصاص می دهند. در این نوشتار با توجه به تجربیات گذشته، مسایل و مشکلات گازگیرهای فلزی و مواد مصنوعی مورد بررسی قرار گرفته و برای رهایی از این مشکلات یک گازگیر پیش ساخته بتنی از سیمان نوع 5 پیشنهاد و پس از انتخاب شکل هندسی، ضخامت بتن از نظر خنثی کردن نیروی شناوری طراحی و محاسبه شده است. با توجه به موارد مذکور، محاسبات سازه ای صورت گرفته و پس از طراحی قالب فلزی یک نمونه از آن به طول 5.30 و عرض 0.82 و ارتفاع 0.48 متر در مرکز تحقیقات آب و انرژی دانشگاه صنعتی شریف بتن ریزی شد و نتیجه مطلوب از دیدگاه مقاومت سازه ای و آب بندی عبور گاز CH4 و CO2 به دست آمد.