مهندسی مکانیک مجلسی
سال:1390 | دوره:4 | شماره:3 (پیاپی 15) |تعداد مقالات:8

ویژگی عمده سرامیک ها، تردی زیاد یا چقرمگی شکست کم آنها در مقایسه با سایر مواد است که در عمل تعیین عدد مذکور یکی از ملاک های مهم جهت طراحی و کاربرد آنها به حساب می آید.در این مقاله شیوه ای نو در جهت تعیین چقرمگی شکست سرامیک ها ارائه شده است که در جهت کاهش هزینه های ناشی از تعیین چقرمگی شکست، نسبت به روش های پیشین نقشی موثر دارد. به عبارتی این تحقیق، منجر به پی بردن به شرایط بهینه طراحی با کاهش هزینه های ناشی از تعیین خواص مورد استفاده مواد سرامیکی در انواع صنایع می شود. از اینرو و با توجه به قیمت پایین و سهولت دسترسی به آلومینا (Al2O3) که به طور وسیعی در انواع صنایع سرامیکی کاربرد دارد، از این ماده به عنوان ماده پایه در جهت رسیدن به هدف مورد نظر استفاده فراوانی شده است. آلومینای خالص با داشتن خواص عالی مانند دیرگدازی و سختی بالا، دارای معایبی مانند چقرمگی شکست کم می باشد که با محدوده گسترده ای از انواع افزودنی ها، برای بهبود خواص مکانیکی، به زمینه آلومینا اضافه می شود. یکی از این افزودنی ها می تواند نانوذرات کاربید سیلیسیم (SiC) باشد. در مقاله حاضر پودر میکرونی آلومینا حاوی 0.05% وزنی نانواکسید منیزیم به طور جداگانه و نیز همراه با مقادیر مختلف نانوذرات کاربید سیلیسیم شامل 2.5، 5، 7.5، 10 و 15% مخلوط گردید. تا با ساخت انواعی از سرامیک هایی که خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوتی را دارا می باشند، معادله نیمه تجربی برای تعیین مقدار چقرمگی شکست آنها ارائه کرد و استفاده از این معادله را برای دیگر مواد ترد بسط داد. این معادله باعث کاهش هزینه های ناشی از انجام آزمایشات در تعیین چقرمگی شکست مواد ترد مختلف خواهد شد.

در این مقاله روشی برای بهینه سازی همزمان وزن و تغییرمکان پره کامپوزیتی ارائه شده است. شکل ایرفویل در طی فرآیند بهینه سازی ثابت بوده تا مباحثی مانند آیرودینامیک و آکوستیک بدون تغییر بمانند. برای رسیدن به هدف نهایی تنها لایه چینی پره تغییر کرده است. برای رسیدن به حداقل وزن برای هر قسمت سازه کمترین لایه مطابق با نیاز مقاومتی آن قسمت پیش بینی شده است. لذا پره به قسمت های مختلف تقسیم شده است. فرآیند بهینه سازی ضمن تمرکز بر کاهش وزن و تغییر مکان باید بتواند از عدم گسیختگی لایه های هر قسمت اطمینان یابد. برای داشتن عملکرد مطلوب، فرآیند بهینه سازی باید مکان مرکز جرم را جلوتر از مرکز آیرودینامیکی پره نگه دارد. کاهش وزن و تغییر مکان با هم مغایرند و کاهش هر کدام منجر به افزایش دیگری می شود. در فرآیند بهینه سازی تغییر لایه چینی هر قسمت بر عملکرد قسمت های دیگر تاثیرگذار است. لذا در این مقاله با اعمال تغییراتی در الگوریتم ژنتیک و تعریف مناسبی از تابع هدف، متغیرهای طراحی و قیود تمامی الزامات فوق، به خوبی برآورده شده است. ضمن اینکه فرکانس های طبیعی سازه بهینه شده نیز در محدوده مناسبی قرار گرفتند. نتایج و عملکرد پره بهینه شده در مقایسه با پره ابتدایی بسیار مناسب است.

در این تحقیق روش سوراخکاری عمیق برای تعیین تنش های پسماند در چند لایه های ضخیم به روش های تحلیلی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای توسعه روش سوراخکاری عمیق در کامپوزیت های ضخیم، دو روش تحلیلی و یک روش عددی انتخاب شده است. روش های تحلیلی مورد مطالعه بر پایه معادلات ارائه شده توسط لیخینسکی و ساوین می باشند. برای حل عددی نیز از نرم افزار المان محدود ANSYS 11 استفاده شده است. در روش سوراخکاری عمیق، نخست یک سوراخ کوچک به صورت عمود بر سطح ایجاد شده و قطر آن با دقت زیاد اندازه گیری می شود. آنگاه پس از اعمال تنش های پسماند و تغییر قطر سوراخ، تغییرات قطر با دقت زیاد اندازه گیری و ثبت خواهند شد. مقادیر تنش های پسماند با توجه به تغییرات قطر تعیین می شوند. به منظور شبیه سازی روش سوراخکاری عمیق (SDHD)، یک مدل سه بعدی تحت تاثیر سه نوع بارگذاری مختلف در جهت الیاف، عمود بر الیاف و بارگذاری برشی قرار خواهد گرفت. در روش تحلیلی لیخینسکی، جابجایی در زوایای 0، 90 و 180 درجه تحت تاثیر بارگذاری عمودی مطالعه شده است. در روش تحلیلی ساوین، تغییر شکل سوراخ در حضور تنش های پسماند عمودی و برشی به صورت پیوسته مطالعه شده است. نتایج دو روش تحلیلی با نتایج تحلیل عددی تطابق مناسبی را نشان می دهند.

برج های خنک کن به طور گسترده در بسیاری از واحد های صنعتی جهت انتقال گرما به اتمسفر به کار می روند در این مقاله به صورت آزمایشگاهی پدیده انتقال حرارت و جرم بین آب و هوا در برج های خنک کن تماس مستقیم بررسی می شود. این برج خنک کن بوسیله 6 پرکن پر شده است و افت فشار، دما و مشخصه عملکرد برج جهت تخمین عملکرد گرمایی برج بررسی می شود. افت دما با افزایش دبی آب کاهش، افت فشار با افزایش نسبت دبی ها افزایش و مشخصه عملکرد برج با افزایش دبی آب افزایش می یابد. معادله مشخصه برج از داده های تجربی نیز بدست آمده است.

بدنه خودرو نقش عمده ای در پیشگیری از انتقال انرژی برخورد در تصادفات شدید به سرنشین خودرو ایفا می کند. در صورتیکه بتوان انرژی برخورد را در سپر و بدنه خودرو ذخیره نموده یا در محیط آزاد نمود، میزان خسارات وارده به سرنشینان آن به حداقل می رسد.استفاده از پنل های جدید چند لایه فلزی- رشته ای (FML) در بدنه خودرو با توجه به خصوصیاتی همچون میزان جذب انرژی بسیار بالا، استحکام و مقاومت به فرورفتگی بالا و وزن بسیار سبک موجب کاهش محسوس صدمات تصادف به سرنشین خودرو می شود. یکی از برنامه های اصلی و کلیدی صنایع خودروسازی جهت کاهش آلایندگی و میزان مصرف سوخت خودروها استفاده از مواد سبک وزن در بدنه خودروها می باشد که جدیدا با جایگزین کردن پنل های چند لایه سبک وزن با پنل های تک لایه فلزی در بدنه خودرو این امر صورت می پذیرد. این پنل ها معمولا از دو لایه فلزی نازک در دو طرف پنل و هسته کامپوزیتی در مرکز پنل تشکیل شده اند. اولین نکته ای که در پنل ها مورد توجه قرار می گیرد، توانایی مقاومت در برابر فرورفتگی است که به Dent Resistance مشهور است. کاهش وزن در پنل ها نباید باعث تخریب مقاومت در برابر فرورفتگی پنل گردد. هدف از این مقاله بررسی پنل های چند لایه فلزی- رشته ای، تحلیل مقاومت به فرورفتگی و میزان جذب انرژی آنها به منظور بکارگیری در بدنه خودرو می باشد که با داشتن استحکام و مقاومت به فرورفتگی بالا و وزن بسیار سبک موجب کاهش محسوس صدمات تصادف به سرنشین خودرو شوند.

شناسائی پارامتر میرائی در سازه ها در مقایسه با تخمین پارامترهای سختی و جرم بسیار مشکل تر است. دلیل آن اینست که مکانیزم های مختلفی باعث اتلاف انرژی در سازه های مکانیکی می شوند. این مکانیزم ها شامل اصطکاک بین مولکولی، اصطکاک خشک بین دو قسمت از سازه و میرائی لزج می باشد. تشریح جزئیات مکانیزم های اتلاف انرژی در سازه های مکانیکی با استفاده از ابزارهای ریاضی مشکل و در برخی موارد غیر ممکن است. از این رو به منظور فائق آمدن بر مشکلاتی که از نظر تحلیلی استفاده از مدل های میرائی مختلف به همراه دارند، معمولا میرائی لزج معادل در تحلیل های خطی مورد استفاده قرار می گیرد. ضریب میرائی لزج معادل را می توان با اندازه گیری پاسخ سازه به صورت تجربی بدست آورد. روش های مختلفی برای تعیین میرائی لزج با استفاده از داده های حوزه زمان (مانند روش کاهش لگاریتمی)، داده های حوزه فرکانس (مانند استفاده از نمودارهای پاسخ فرکانسی) و یا روش های زمان- فرکانس (مانند تبدیل ویولت) ارائه شده است. در این مقاله با استفاده از روش تبدیل ویولت به تعیین ضرائب میرائی و فرکانس های طبیعی مودهای مختلف یک سازه پرداخته شده است. مقادیر بدست آمده توسط روش تبدیل ویولت دارای خطای قابل قبولی در فرکانس های پائین در مقایسه با پارامترهای مودال حاصل از روش بهنگام سازی می باشند.

در این مقاله، جوشکاری قوس پلاسما مورد بررسی حرارتی قرار گرفته و میدان دمایی فولاد زنگ نزن فریتی در این فرآیند بدست آمده است. تاثیر حرارتی قوس پلاسما و میدان دمایی ناشی از آن در قطعه کار، کلید اصلی تحلیل و بهینه سازی این فرآیند جوشکاری است، که هدف اصلی این مقاله نیز در همین راستا تعریف شده است. شبیه سازی اجزا محدود فرآیند جوشکاری به روش SIMPLEC و به وسیله نرم افزار ANSYS با استفاده از حل گر FSI در جهت بدست آوردن میدان دمایی فولاد زنگ نزن، تاثیر تغییر پارامترها بر میدان دمایی و بهینه نمودن فرآیند برای حالت های مختلف گازهای پلاسما و محافظ (آرگون و هلیم یا مخلوطی از هر دو گاز)، صورت پذیرفته است. در نهایت از نتایج مقالات، برای مقایسه صحت پاسخ های پایانی مقاله استفاده شده است. جواب های بدست آمده از میدان دمایی، اثر هر یک از پارامترهای جوشکاری را مشخص نموده و با استفاده از این موضوع به بهینه سازی فرآیند جوشکاری پلاسما در جهت افزایش کیفیت اتصالات جوش پرداخته شده است. نتایج حاصل از این شبیه سازی برای گازهای مختلف، نشان دهنده این است که به دلیل حرارت مخصوص گاز هلیم، توانایی بیشتری نسبت به گاز آرگون در تنگ نمودن قوس پلاسما و متمرکز شدن حرارت ورودی روی فولاد زنگ نزن دارد.

در این تحقیق ربات موازی استوارت-گوف با شش درجه آزادی و کاربرد ماشین ابزاری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. ماتریس ژاکوبین با مشتق گیری از روابط سینماتیک به دست آمده و با استفاده از روش ضرایب وزن دار عملیات بی بعد سازی ماتریس ژاکوبین انجام گرفته است.فضای کاری کارتزینی ربات با درنظر گرفتن حداقل قابلیت دوران حول سه محور برای مکانیزم به دست آمده و با بکارگیری الگوریتم ژنتیک در محیط نرم افزار MATLAB Ò پارامترهای هندسی ربات بهینه سازی شدند. شاخص های همسانگردی و کوچکترین و بزرگترین مقادیر تکین ماتریس ژاکوبین بی بعد شده در فضای کاری کارتزینی ربات مورد بررسی قرار گرفته و با محدودسازی این شاخص ها فضای کاری کارتزینی با تفکیک پذیری بالا نتیجه شده و با استفاده از عملیات بهینه سازی ساختاری از ربات که دارای حداکثر حجم با تفکیک پذیری بالا به دست آمده است.