شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک (مهندسی مکانیک جامدات)
سال:1395 | دوره:9 | شماره:2 |تعداد مقالات:14

در کاربردهای مهندسی انتقال حرارت سیالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است، بنابراین مهندسان و پژوهشگران، روش های متعددی را به منظور افزایش انتقال حرارت پیشنهاد کردند. در سال های اخیر روش های نوینی به کار گرفته شده است. یکی از این روش ها استفاده ازنانو سیالات است. نانو سیالات دارای خواص گرمایی مطلوبی نسبت به سیال پایه می باشند. در این تحقیق تاثیر تعلیق نانوذرات اکسید مس داخل سیال عامل آب با کسر حجمی 0.005 (0.5%)، تحت رژیم جریان مغشوش در داخل مبدل حرارتی دو لوله ای جریان مخالف مورد بررسی قرار می گیرد و مشاهده می شود که تعلیق این میزان از نانو ذرات اکسید مس در داخل سیال پایه آب، منجر به بهبود قابلیت انتقال انرژی گرمایی این سیال عامل از سیستم می گردد. همچنین از سوی دیگر، تعلیق نانو ذرات منجر به افزایش افت فشار و ضریب اصطکاک سیال پایه نیز می گردند، اما محاسبات انجام شده نشان می دهند که تاثیرات مثبت استفاده از این میزان نانو ذرات معلق در آب بر بهبود انتقال گرما از سیستم، نسبت به تاثیرات منفی آنها بر افزایش افت فشار و ضریب اصطکاک غلبه می کند که این نتایج، محققان را به سوی استفاده از این نانو سیال به عنوان سیال عامل در کاربردهای عملی رهنمون می سازد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله به ارائه یک مدل تحلیلی فرآیند نفوذ پرتابه های فرسایشی در بتن تقویت شده به الیاف فولادی پرداخته شده است. نوآوری مدل تحلیلی ارائه شده در آن است که تاثیر طول به قطر الیاف فولادی و نسبت طول به قطر پرتابه و همچنین درصد حجمی الیاف استفاده شده در ماتریس بتن بر روی مقاومت ضربه ای بتن الیافی در سرعت های بالا مورد توجه قرار گرفته است. در شبیه سازی عددی از کد صریح و غیر خطی ال اس داینا با روش حل لاگرانژی و به صورت تقارن محوری استفاده شده است. پرتابه ها با سرعت 2500 متر بر ثانیه با جرم تقریبی 45 گرم و با سر نفوذگر نیم کروی، تخت و اجایو در بتن مسلح به الیاف فولادی با درصدهای حجمی 1، 1.5 و 2 درصد نفوذ میکنند. در این مقاله برای پیش گویی دقیق رفتار پرتابه فلزی و بتن الیافی در سرعت های بارگذاری خیلی بالا از مدل ماده الاستیک پلاستیک هیدرودینامیک – 1 و برای ارتباط بین کرنش حجمی، تنش هیدرواستاتیکی و مدول بالک در سرعت های بالا از معادله حالت مای گرونایزن استفاده شده است. پس از صحت سنجی مدل تحلیلی نفوذ با فرآیند شبیه سازی و کار آزمایشگاهی، نتایج نشان می دهد که پرتابه های با سر نفوذگر اجایو که فاکتور تیزی سر پرتابه پایینی دارد با سرعت باقیمانده بیشتری از اهداف خارج می شود و کارآیی آنها در نفوذ بهتر می باشد. به عبارت دیگر با افزایش نسبت طول به قطر پرتابه از 0.5 به 0.9، برای پرتابه هایی به ترتیب به شکل تخت، نیم کروی و اجایو، سرعت باقی مانده افزایش می یابد. همچنین با افزایش درصد حجمی الیاف فولادی در ماتریس بتن میزان تخریب سطح ناحیه رویی و زیرین بتن الیافی کاهش مییابد. مدل تحلیلی ارائه شده در فرآیند تغییرات سرعت پرتابه در حین نفوذ داخل بتن تقویت شده به الیاف فولادی از دستاوردهای مهم این تحقیق محسوب می شود.

سوخت گاز طبیعی به عنوان یک سوخت جایگزین از خواص احتراقی مناسب و آلودگی کمتری برخوردار است و می تواند انتخاب مناسبی برای نسل آینده باشد. مدل های شبیه سازی از نظر کاهش در زمان و هزینه ها برای طراحی و توسعه موتورهای جدید و همچنین ارزش فنی در شناخت نقاطی که نیاز به توجه خاص در طراحی ها دارد، دارای اهمیت بسزایی هستند. در این پژوهش به ارائه مدلی ترمودینامیکی برای بررسی پارامترهای ترمودینامیکی یک موتور اشتعال جرقه ای با سوخت ترکیبی مخلوط متان (C2H6O) و اتانول (CH4) پرداخته می شود. پارامترهای ترمودینامیکی شامل فشار و دمای درون سیلندر موتور، کار خورجی، انتقال حرارت به دیواره سیلندر و حرارت اتلافی بواسطه نشتی هستند. برای شبیه سازی موتور، از روابط حاکم برای مدل سازی دو ناحیه ای احتراق استفاده شده است. این روابط در نرم افزار متلب به کد تبدیل شده و در نهایت با ترسیم نمودارها، مورد تحلیل قرار می گیرند. نتایج بیانگر این موضوع است که اضافه شدن درصدهای بالاتر اتانول به سوخت متان، افزایش مقادیر فشار درون سیلندر، کار خروجی و انتقال حرارت (در مرحله قدرت) را به همراه دارد. این در حالی است که متان خالص از کمترین انرژی اتلافی بواسطه نشتی و بیش ترین دما در ناحیه نسوخته برخوردار است.

جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال آب-مس در یک میکرو لوله در رژیم لغزشی تحت شار حرارتی ثابت در مقادیر رینولدز پایین به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. شرط مرزی لغزش و پرش دمایی در دیواره برای اولین بار مورداستفاده قرار گرفت و نتایج به صورت پروفیل های سرعت و دما و محاسبه مقادیر ناسلت و افت فشار موضعی در ناحیه ورودی و توسعه یافته کانال ارائه شده است. اثر لغزش و استفاده از نانو سیالات بر انتقال حرارت در میکرو لوله بررسی گردیده است.نتایج نشان می دهد که عدد ناسلت در ناحیه توسعه یافته با افزایش لغزش در دیواره، افزایش و میزان افت فشار در این ناحیه کاهش می یابد و نتایج در این ناحیه مستقل از عدد رینولدز جریان هست. در ناحیه ورودی افزایش عدد رینولدز جریان نیز باعث افزایش این مقادیر در این ناحیه می-گردد. همچنین در این پژوهش مشاهده گردید افزودن نانو ذرات به سیال باعث افزایش انتقال حرارت جریان گردیده اما این مقدار ناچیز است.

فلزات روکشی، مواد فلزی دو یا چند لایه ای می باشند. امروزه فلزات روکشی به طور گسترده در صنعت کاربرد دارند. این ورق ها راه حل های موثری در عملکرد یا صرفه جویی هزینه و یا هر دو ایجاد می کنند. عملکرد فلزات روکشی بنا به کاربردهایشان به کاربردهای ساختمانی، تنظیمات انبساط حرارتی، کنترل های ترمومکانیکی (ترموستات)، الکتریکی، مغناطیسی، مقاوم به خوردگی، اتصال دهی و تزیینی تقسیم می شود. در هر گروه عملکردی، ممکن است چندین سیستم فلز روکشی حضور داشته باشد.در پژوهش حاضر با استفاده از فرآیند اتصال نوردی، ورق سه لایه آلومینیوم منیزیم- آلومینیوم خالص- فولاد زنگ نزن تولید شد. استحکام پیوند در حالت های مختلف با استفاده از آزمون کشش بررسی شد و با تحلیل تصاویر میکروسکوپ نوری استریو و میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، کیفیت پیوند مورد ارزیابی قرار گرفت. از سطح مقطع پیوند در شرایط مختلف نمونه های نورد شده و آنیل شده عکس برداری گردید. به منظور تعیین بهترین شرایط تولید ورق چند لایه، اثر پارامتر های فرآیند اتصال نوردی مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات خواص مکانیکی در حالت های مختلف توسط آزمون کشش طبق استاندارد مجازASTM E8M انجام گردید. بررسی ها نشان داد که با آنیل نمونه ها در دماهای بالای 375 درجه سانتیگراد برای آلومینیوم، استحکام پیوند افزایش قابل توجهی نسبت به نمونه های نورد شده داشته است.

نانوسیال ها از طریق معلق ساختن ذرات بسیار ریز در مقیاس نانو در سیال پایه تهیه می شوند و فناوری نانو یکی از تلاش های جدید برای بررسی علوم حرارتی است. در نتیجه سرمایه گذاری عظیم کشورهای پیشرفته روی فناوری نانو، تحقیقات روی خواص حرارتی نانو سیال ها مورد توجه خاصی قرار گرفته است. با توجه به استفاده از فناوری نانو در کاهش اتلاف انرژی، در این پروژه اکسید سریم با اتیلن-گلیکول برای تهیه نانوسیال مورد استفاده قرار گرفته شد. به منظور پایدار سازی نانوسیال از فرآیند موج دهی آلتراسونیک و برای اندازه گیری لزجت از لزجت سنج دیجیتال استفاده شد. در این مقاله به بررسی اثر دما و کسر حجمی روی لزجت نانو سیال پرداخته و نتایج این بررسی ها نشان می دهد که در تمامی غلظت ها با افزایش دما، لزجت کاهش می یابد. همچنین با افزایش کسر حجمی نانو ذرات، لزجت افزایش می یابد. همانطور که نتایج نشان می دهد تغییرات لزجت با دما در غلظت های بالاتر شدت بیشتری دارد. پس از بررسی خواص رئولوژیک و بدست آوردن دقیق داده های آزمایشگاهی، رابطه ای برای تخمین لزجت نانوسیال با توجه به دما و کسر حجمی بدست می آید که از دقت بالایی برخوردار است.

وجود جریان جابجایی آزاد درون محفظه ای که از یک مذاب در حال انجماد پر شده است باعث پدیدار شدن یک ساختار غیر همگن و درشت دانه در محصول نهایی می گردد. با اعمال میدان مغناطیسی مناسب بر مذاب درون محفظه، جریان جابجایی آزاد کاهش یافته و یک ساختار ریز دانه و همگن در محصول نهایی بوجود می آید. در این تحقیق، با استفاده از روش حجم محدود، به بررسی عددی تاثیر اعمال یک میدان مغناطیسی بر جریان جابجایی آزاد و میدان دما در حالت دائم و آرام درون یک حلقه طویل، که گالیم مذاب در فضای بین دو استوانه افقی هم محور قرار دارد پرداخته شده است. دیواره های خارجی و داخلی حلقه به ترتیب دارای دمای سرد و گرم هستند. اثر قدرت میدان مغناطیسی بر میدان جریان و میدان دما، تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف دیگری نظیر عدد رایلی، زاویه اعمال میدان مغناطیسی و نسبت شعاع های داخلی و خارجی حلقه بر میدان جریان و میدان دما مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با مایل کردن میدان معناطیسی نسبت به افق مقدار عدد ناسلت افزایش یافت که این افزایش در بازه ای خاص از اعداد هارتمن محسوس تر است. همچنین با افزایش عدد رایلی روند تغییر عدد ناسلت برحسب قدرت میدان مغناطیسی تغییری نمی کند.

در این پژوهش به بررسی رفتار نانوذرات با استفاده از یک مدل عددی پرداخته شده است. برای این مطالعه از مدل فازهای مجزا برای بررسی انتقال حرارت جابجایی آزاد و ترکیبی در یک محفظه مستطیلی شکل با ابعاد 1×4 سانتیمتر مربع با استفاده از نانوآئروسل هنگامی که نانوذرات مس در هوا در جریان است، استفاده شده است و با تغییر در اختلاف دما در دیواره گرم و سرد، تاثیر آن را بر میزان انتقال حرارت بررسی شده است. شبیه سازی فوق شامل شبیه سازی جریان دو بعدی و آرام است و حالت شار ثابت بر روی 2 وجه جانبی در جابجایی آزاد و دمای ثابت بر روی وجه بالایی (صفحه سرد) با دمای 300 کلوین در نظر گرفته شد و دما در وجه پایینی (صفحه گرم) در سه حالت 350، 400 و 450 کلوین مقایسه شد. توزیع دما، بردار سرعت، شار حرارت سطح و عدد ناسلت در طول مسیر بررسی شده است.

در این مقاله، کمانش نامتقارن ورق دایروی ساخته شده از مواد هدفمند، با خواص وابسته به دما که تحت تاثیر فشار شعاعی و دمای یکنواخت قرار دارد، مورد بررسی قرار گرفته است. این ورق بر روی محیط الاستیک تعبیه شده است که این محیط توسط دو مدل وینکلر و پاسترناک شبیه سازی شده اند. کلیه خواص مکانیکی ماده، بصورت غیرخطی با دما تغییر می نمایند. معادله تعادل سیستم با استفاده از نظریه کلاسیک، فرضیه غیرخطی فون-کارمن و اصل تغییر مکان مجازی دست آمده است. وجود شاخه های کمانش تخمین زده شده است و معادلات پایداری توسط معیار تعادل در مجاورت به دست آمده است. در ادامه معادلات پایداری توسط پارامترهای بدون بعد بی بعدسازی شده و توسط یک روش تحلیلی حل گردیده اند. تاثیر پارامترهایی از جمله ضرایب بستر الاستیک بر بار بحرانی کمانش ورق دایروی هدفمند، نسبت ضخامت ورق به شعاع خارجی و شاخص تابع توانی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از پژوهش حاضر با نتایج سایر مراجع مورد راستی آزمایی قرار گرفته و مطابقت بین آنها رضایت بخش است. نتایج این پژوهش نشان می دهند که افزایش دما باعث کاهش مدول یانگ و سفتی ماده هدفمند و در نتیجه کاهش بار بحرانی کمانش می شود. همچنین مشاهده می شود که افزایش ضرایب بستر الاستیک وینکلر و پسترناک باعث افزایش بار بحرانی کمانش می شود.

هدف اصلی این مقاله، بررسی سازه ای پره کامپوزیتی یک بالگرد انتخاب شده می باشد. در این تحقیق به بررسی تنش های وارد شده بر پره های روتور (ملخ)، در اثر نیروهای گریز از مرکز، لیفت، درگ و گشتاور پیچشی پرداخته می شود. معادلات حاکم بر رفتار سازه و حل معادلات را در برنامه متلب بدست آورده و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام داده شده و با یکدیگر مقایسه می شوند. برنامه نوشته شده در متلب، بر اساس تئوری المان تیر بوده و محاسبه تنش ها و جابجایی های المان های درنظر گرفته شده پره از ویژگی های کد تدوین شده است. در نرم افزار آباکوس، پره بالگرد در حالت های مختلف اعم از پره آلومینیومی و کامپوزیتی با و بدون وب و پره کامپوزیتی با لایه چینی های دارای زوایای مختلف شبیه سازی شده است. نتایج این حالات گوناگون با یکدیگر و با کد مقایسه گردیده اند. در نهایت، نتایج با مقاله مرجع مقایسه شده است. مقایسه بین نتایج المان تیر و شبیه سازی آباکوس از تطابق خوبی برخوردار است. به منظور بهینه سازی ملخ کامپوزیت باید عواملی همچون کاهش مقدار جابجایی، کاهش میزان تنش و جلوگیری از افزایش بیش از حد وزن در نظر گرفته شود، به طوریکه با افزایش ضخامت لایه های 90 و 45 درجه به 6.5 میلیمتر، ماکزیمم جابجایی 12.9 سانتیمتر و وزن کل سازه 8 کیلوگرم خواهد شد.

در مقاله حاضر، برداشت انرژی الکتریکی از ارتعاشات اتفاقی تیر نانو اویلر- برنولی با دولایه پیزوالکتریک بررسی می گردد. تیر مذکور از یک لایه آلومینیم و دو لایه پیزوالکتریک سرامیکی با نام اختصاری PZT 5A به عنوان لایه حسگر برداشت انرژی تشکیل شده است. در روش پیش رو معادلات حاکم بر نانو تیر بایمورف به صورت تحلیلی با استفاده از تئوری کلاسیک تیرها به همراه اعمال ضریب اصلاحی ساختار نانو به دست خواهد آمد. سپس با استفاده از روش کانتروویچ معادلات سیستم به دست آمده حل خواهند شد. شرایط مرزی در نظر گرفته شده برای تیر نانو به صورت یکسر گیردار و جرم متمرکز انتهای آزاد تیرمی باشد و تابع تحریک ورودی سیستم جهت برداشت انرژی به صورت اتفاقی در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه در این پژوهش هدف بررسی میزان برداشت انرژی است بنابراین در قسمت نتایج نمودارهای ولتاژ و حداکثر قدرت خروجی تیر بایمورف نانو تحت تحریک اتفاقی و ورودی نویز سفیدو همچنین تاثیر خواص و ضریب مقیاس ذرات نانو بر میزان برداشت انرژی ارائه شده است.

در این تحقیق تعیین ضرایب شدت تنش مود ترکیبی در یک صفحه دارای سوراخ مرکزی مورد بررسی قرار گرفته است. فرض شده که سه صفحه با جنس های متفاوت به هم متصل شده است و صفحه میانی دارای یک سوراخ مرکزی است. ضرایب شدت تنش برای یک جفت ترک که از روی محیط سوراخ دایره ای به سمت بیرون سوراخ امتداد پیدا کرده، محاسبه شده است. برای تعیین ضرایب شدت تنش از نرم افزار فرانک استفاده شده است. ابتدا مساله در محیط نرم افزار کاسکا مدل سازی شده و با انتقال مدل به نرم افزار فرانک ضرایب شدت تنش بدست آمده است. اثر عوامل مختلف نظیر قطر سوراخ، طول ترک، زاویه ترک و جنس صفحات بر ضرایب شدت تنش بررسی شده است. با افزایش طول ترک و همچنین افزایش قطر سوراخ مقدار ضریب شدت تنش افزایش می یابد. برای ترک های با طول کوچک ضریب شدت تنش وابستگی بیشتری به طول ترک دارد تا قطر سوراخ، اما با افزایش طول ترک اثر قطر سوراخ بر ضریب شدت تنش بیشتر می گردد.

جهت شکل دهی قطعات بدون اثر گذاری سنبه بر روی آنها از نیروی الکترومغناطیس که یکی روش های شکل دهی سریع می باشد، استفاده می شود. استفاده از این نیرو باعث می شود که قطعات شکل دهی داده شده دارای کمترین برگشت فنری و پارگی را داشته باشند و به علت عدم اثر گذاری هزینه های ساخت تجهیزات مانند ساخت سنبه کاهش می یابد. در این مقاله از نیروی الکترومغناطیس جهت شکل دهی ورق های آلومینیوم به شکل وی شکل استفاده شده است. در شکل دهی الکترومغناطیس سیم پیچ ها رابط بین دستگاه و قطعه کار می باشند. به همین جهت در این مقاله به بررسی تعداد دور و ولتاژ دستگاه در 10 سطح پرداخته شده است. با توجه به نتایج بدست آمده و تحلیل آنها با استفاده از روش اماری فاکتوریل کامل، نشان داده شد که بهترین حالت شکل دهی در ولتاژ 1500 ولت و سیم پیچ 35 دور می باشد که دلیل آن ولتاژ بالای دستگاه جهت ایجاد یک شدت جریان آنی و تعداد دور مناسب جهت انتقال کامل نیرو به قطعه کار می باشد. بطوریکه با افزایش تعداد دور به 40 دور میزان شکل دهی به مقدار 3.34 درصد کاهش یافته است.