روش های عددی در مهندسی (استقلال)
سال:1398 | دوره:38 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

رفتار بسیاری از سیالات را می تو راه های زیادی برای حل معادلات دیفرانسیل وجود دارد که شامل روش های تحلیلی و عددی می شود. با این وجود حل بسیاری از معادلات دیفرانسیل مرتبه بالای بد وضع هنوز یک چالش اساسی به شمار می آید. معادلات دیفرانسیل حاکم بر نانوسیالات ویسکوالاستیک در مرزهای سیستم به طور عمومی بد وضع بوده و حل عددی آنها با چالش های جدی مواجه است. از طرفی وجود نانوذرات در ابعاد بسیار ریز (زیر 100 نانومتر) باعث ایجاد پدیده های انتقال حرارت و جرم جدید شده که بر پیچیدگی رفتار نانوسیالات ویسکوالاستیک می افزاید. بنابراین، ایجاد و یا گسترش روش های تحلیلی یا نیمه ایجاد و یا گسترش روش های تحلیلی یا نیمه تحلیلی برای حل معادلات حاکم بر این نوع نانوسیالات امری ضروری است. در پژوهش حاضر، در یک ایده جدید و با استفاده از روش های بهینه سازی هوشمند، روش جدیدی برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر نانوسیالات ویسکوالاستیک ارائه شده است. با استفاده از بهینه سازی هوشمند سعی بر آن است تا با تغییر یک ایده ابتدایی به سوی جواب بهینه حرکت کرد که هم معادلات حاکم و هم شرایط مرزی را به خوبی ارضا کند. نتایج به دست آمده حاکی از توانایی و دقت بسیار خوب روش ارائه شده در حل معادلات دیفرانسیل مرتبه بالای حاکم بر نانوسیالات ویسکوالاستیک است.

در این پژوهش، تعاملات مودال غیرخطی ناشی از تشدید داخلی یک به سه در سیستم تیر-جرم-فنر-میراگر بر اساس روش شناسایی سیستم غیرخطی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور معادلات حاکم بر ارتعاش عرضی تیر و جرم متمرکز بر اساس روش مقیاس های چندگانه مورد تحلیل قرار گرفته و پاسخ ارتعاشات سیستم تحت تشدید اصلی استخراج شده است. سپس رفتار فرکانسی پاسخ ارتعاشی با استفاده از تبدیل های فوریه و موجک مورلت بررسی شده است. به منظور شناسایی غیرپارامتریک پاسخ زمانی، توابع مود ذاتی تک فرکانسی با استفاده از روش تجزیه مود تجربی پیشرفته به دست آمده است. در این روش برای جلوگیری از اختلاط مود ناشی از تعامل مودال از سیگنال های پوششی استفاده شده است. پس از تحلیل رفتار فرکانسی هر یک از توابع مود، دینامیک جریان آهسته سیستم تشکیل شده و نوسانگرهای مودال اصلی برای بازسازی مود ذاتی متناظر استخراج شده است. درنهایت با تحلیل پدیده ضربان در یک سیستم یک درجه آزادی ساده نشان داده شده است که تشدید داخلی تنها در شرایطی باعث به وجود آمدن پدیده ضربان در پاسخ زمانی می شود که شیب دامنه لگاریتمی نیروی نوسان گر غیرصفر باشد. نتایج نشان می دهد که بر اساس متناوب، شبه متناوب و آشفته بودن پاسخ، تعاملات مودال می تواند پایا یا ناپایا باشد. همچنین رفتار آشوبناک بیشتر در مود ارتعاشی رخ می دهد که توسط مکانیزم تشدید داخلی تحریک شده است.

در این پژوهش، یک مدل المان محدود برای تحلیل ضربه سرعت پایین بر ورق کامپوزیتی ارائه شده است و با استفاده از آن آسیب ایجاد شده ناشی از برخورد یک ضربه زننده، با ورق کامپوزیتی لایه ای با سرعت پایین، مورد بررسی قرار گرفته است. برای پیش بینی آسیب از تئوری پیشنهاد شده توسط چویی- چانگ و همچنین معیار سای- هیل استفاده شده است. برای مدل سازی و تحلیل رفتار ورق از تئوری مرتبه اول برشی و تئوری المان محدود ریتز و برای مدل سازی تماس از قانون تماس اصلاح شده هرتز استفاده شده است. برای حل زمانی معادلات حرکت ورق و ضربه زننده از روش انتگرال گیری نیومارک استفاده شده است. در قسمت نتایج عددی شرایط مرزی مختلف، ابعاد مختلف و لایه گذاری متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است و به بررسی آسیب ناشی از ضربه سرعت پایین در ورق کامپوزیتی لایه ای پرداخته شده است. پارامتر آسیب و ناحیه آسیب ناشی از ضربه، مورد بررسی قرار گرفته است و اثر پارامترهای مختلف بررسی شده است.

هدف این مقاله، مطالعه عددی مشخصه های انتقال حرارتی و جریان نانوسیالات درون میکروکانال استوانه ای با سطح مقطع های مستطیلی، مثلثی و دایره ای و همچنین مقایسه سیال پایه آب و دی اتیلن گلایکول است. اندازه و شکل این مقطع ها تأثیر قابل توجهی روی عملکرد گرمایی و هیدرولیکی مبدل حرارتی میکروکانال دارد. نانوسیالات استفاده شده در این تحقیق شامل آب و دی اتیلن گلایکول به عنوان سیال پایه و نانوذرات شامل SiO2، Cu، Al2O3 و CuO است. برای حل مسئله و استخراج داده های مورد نیاز یک شبیه سازی سه بعدی برای میکروکانال با استفاده از نرم افزار ANSYS FLUENT 15. 0 انجام شد و تأثیر شکل سطح مقطع جریان سیال و نوع نانو سیالات استفاده شده، روی پارامترهای انتقال حرارت و جریان سیال بررسی شد. از نتایج به دست آمده در این تحقیق، مشاهده می شود که با افزودن نانوذرات به سیال پایه میزان انتقال حرارت و افت فشار افزایش پیدا می کند. همچنین نتایج نشان می دهد که کانال های مستطیلی بهترین عملکرد را در بین سه هندسه بررسی شده دارا است و بدترین عملکرد مربوط به کانال های مثلثی است زیرا میزان ضریب انتقال حرارت جابه جایی در کانال های مستطیلی و دایره ای به ترتیب 19/26 و 10/88 درصد بیشتر از کانال های مثلثی گزارش شده است و در پایان، سیال پایه دی اتیلن گلایکول به جای آب در یک دبی یکسان استفاده شد و مشخص شد که عملکرد سیال پایه آب به مراتب بهتر از دی اتیلن گلایکول است به این ترتیب که ضریب انتقال حرارت جابه جایی برای سیال پایه آب در غلظت سه درصد نانوسیال Al2O3 به میزان 80 درصد بیشتر از سیال پایه دی اتیلن گلایکول به دست آمد.

در این مقاله، به منظور تحلیل اجزای محدود ورق های نازک ویسکوالاستیک المان های جدیدی با استفاده از توابع شکل مختلط فوریه تحت عنوان المان ورق کیرشهف فوریه (DKFT)پیشنهاد شده است. به منظور ساختن المان های ورق DKFT میدان توابع چند جمله ای در یک المان مثلثی مرتبه دوم شش گرهی با میدان توابع پایه شعاعی مختلط فوریه غنی سازی شده است. برای بررسی صحت و دقت روش پیشنهادی و کارامدی المان های پیشنهادی، تحلیل اجزای محدود ورق های چهارضلعی و بیضوی نازک ویسکوالاستیک با استفاده از این المان ها صورت گرفته است و نتایج آن با حل تحلیلی و نتایج حاصل از المان های کیرشهف (DKT) و حل با کمک نرم افزار تجاری آباکوس مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که المان های DKFT در مقایسه با المان های کلاسیک ورق و المان های DKT بسیار کارامدتر و توانمندتر هستند، چرا که نسبت به آنها از دقت بالایی برخوردارند و هزینه محاسباتی را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می دهند.

معادلات بیوت که اندرکنش سیال و خاک را به طور همزمان درنظر می گیرند از کاربردی ترین روابط موجود در تحلیل روان گرایی محیط های متخلخل هستند. اما به دلیل افزایش ناگهانی اضافه فشار در اثر تحریک لرزه ای و وقوع گرادیان های هیدرولیکی بالا، فرض جریان دارسی به کار رفته در این معادلات مورد تردید قرار می گیرد. در بررسی حاضر در معادلات u-p جریان از نوع غیردارسی (دارسی معادل) درنظر گرفته شده، رفتار غیرخطی خاک نیز با مدل پاستور-زینکویچ-چان مدل می شود. برای صحت سنجی آزمایش شماره یک VELACS مدل سازی شده و اثر فرض غیرخطی جریان سیال روی نتایج بررسی شده است. در ضرایب نفوذپذیری کم نتایج حاصل از جریان غیر دارسی و دارسی بر هم منطبق هستند ولی در ضرایب نفوذپذیری بالا، به خصوص در زمان-های ثانویه واعماق بیشتر، از هم فاصله می گیرند.

امروزه پیش بینی تقاضای الکتریسیته به عنوان یکی از مهم ترین حوزه های پیش بینی، نقشی اساسی در فرایند تصمیم گیری های اقتصادی دارد. آنچه که الکتریسیته را از سایر کالاها متمایز می سازد عدم امکان ذخیره سازی آن در مقیاس وسیع، هزینه بر و زمان بر بودن ساخت نیروگاه های جدید تولید و توزیع برق است. همچنین وجود روند نوسانی و غیرخطی و همچنین ابهام و پیچیدگی در داده های الکتریسیته موجب شده که استفاده از مدل های معمول پیش بینی تقاضای الکتریسیته کارامد نباشند. لذا ارائه مدل های جدید با استفاده از ابزارهای هوش محاسباتی و محاسبات نرم و ترکیب مدل ها از جمله دقیق ترین و پرکاربردترین روش های حال حاضر به منظور مدل سازی پیچیدگی و عدم قطعیت موجود در داده ها هستند. لذا در این مقاله یک مدل ترکیبی بهینه موازی با استفاده از ابزارهای هوش محاسباتی و محاسبات نرم، به منظور پیش بینی بار الکتریکی ارائه می شود. روش ترکیبی ارائه شده در این مقاله بر اساس روش های خودگرسیون میانگین متحرک انباشته فصلی و سیستم های استنتاج فازی-عصبی است. ایده اصلی ارائه روش های ترکیبی، استفاده همزمان از مزایای مدل های تکی در مدل سازی سیستم های پیچیده در یک ساختار و همچنین غلبه بر محدودیت های مدل های تکی است. نتایج حاصل نشان می دهد که روش ترکیبی پیشنهادی عملکرد ضعیف تری نسبت به سایر روش های ترکیبی تکراری شبه بهینه نداشته و همچنین هزینه محاسباتی آن کمتر از این گونه از روش ها دارد. علاوه بر این، روش پیشنهادی توانسته است نتایج دقیق تری در مقایسه با مدل های تشکیل دهنده خود و همچنین برخی از روش های ترکیبی فصلی به دست آورد.