مهندسی مکانیک مدرس
سال:1391 | دوره:12 | شماره:3 |تعداد مقالات:14

در این مقاله یک روش سیستماتیک جدید برای استخراج معادلات حرکت ربات با n لینک صلب که دارای مفاصل دورانی-کشویی می باشند، ارائه می شود. معادلات حرکت برای این سیستم رباتیکی بر اساس فرمولاسیون گیبس-اپل استخراج شده است. در تمامی محاسبات صورت گرفته تنها از ماتریس های 3×3 و یا بردارهای 1×3 استفاده شده است. همچنین تمام عبارات دینامیکی یک بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. بر اساس فرمولاسیون استخراجی الگوریتمی ارائه شده است که به طور بازگشتی و سیستماتیک به استخراج معادلات حرکت ربات مذکور می پردازد. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این الگوریتم در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای سه مفصل دورانی-کشویی می باشد، مورد تحلیل دینامیکی قرار می گیرد.

در این مقاله کمانش الاستوپلاستیک صفحات نازک مستطیلی به وسیله تئوری های تغییر شکل(DT)  و نموی (IT) در پلاستیسیته تحلیل شده و نتایج تحت بارها و شرایط مرزی متنوع مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرند. بار به صورت صفحه ای و به صورت کششی و فشاری یکنواخت وارد می شود. ماده مورد استفاده AL7075T6 و هندسه مورد نظر صفحه 0.01£h/a£0.05 می باشد. روش عددی بکار گرفته شده روش یک چهارم تفاضلی تعمیم یافته است. اثرات ضریب بار، ضخامت و شرایط مرزی مختلف بر ضریب کمانش، در تحلیل دو تئوری نموی و تغییرشکل مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در صفحات نازکتر همخوانی خوبی بین جواب های بدست آمده از هر دو تئوری پلاستیسیته وجود دارد که با افزایش ضخامت صفحه، اختلاف قابل ملاحظه ای میان بارهای کمانشی بدست آمده از دو تئوری بوجود می آید. نتایج بدست آمده با سایر نتایج گزارش شده مقایسه گردیده و علاوه بر آن برای برخی حالات نیز نتایج جدیدی ارائه شده است. در مورد محدوده اعتبار تئوری های مذکور و همچنین اختلاف آنها با یکدیگر نتایج جدیدی به دست آمده است.

یکی از عوامل تعیین کننده میزان مصرف انرژی در ساختمان، علاوه بر مشخصات حرارتی عناصر تشکیل دهنده پوسته خارجی، نحوه اتصال عناصر مختلف به یکدیگر در جزئیات اجرایی آن است. در صورت عدم رعایت ملاحظات لازم در این خصوص، پل های حرارتی قابل ملاحظه ای ایجاد می شود که می تواند اثربخشی عناصر مختلف پوسته را کاهش و میزان انتقال حرارت از پوسته خارجی را تا 40 درصد افزایش دهد. در این مقاله، به ارزیابی عملکرد حرارتی وضعیت های گوناگون نصب پنجره، شامل حالت های استفاده یا عدم استفاده از پیش قاب چوبی یا فولادی، برای نصب پنجره های دارای شیشه های دوجداره پرداخته شد. این محاسبات به کمک شبیه سازی مدل هایی در نرم افزار ترم صورت گرفت. تحلیل و مقایسه پل های حرارتی ناشی از روش های گوناگون نصب پنجره، با محل استقرار متفاوت در یک دیوار نمونه با عایق کاری حرارتی از خارج، انجام شد. برای هر یک از حالت های نصب قاب پنجره در داخل جدار، ضریب انتقال حرارت خطی در وضعیت های گوناگون قرارگیری پنجره و پیش آمدگی عایق حرارتی روی پیش قاب محاسبه گردید، و تاثیر عوامل فوق بر روی انتقال حرارت برآورد شد. نتایج به دست آمده نشان می دهند جزئیات اجرایی نصب پنجره، محل قرارگیری پروفیل و همچنین نحوه و میزان عایق کاری حرارتی اطراف پروفیل پنجره نقشی تعیین کننده بر عملکرد حرارتی جدار دارد.

در این مطالعه، ناپایداری استاتیکی پولین (PI) یک نانو تیر یک سر درگیر و اثر اندازه تحت اثر نیروی الکترواستاتیک و نیروهای بین مولکولی (نیروی کازمیر و واندروالس) با استفاده از تئوری گرادیان کرنش (SGT) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم از روش کارآمد تبدیل دیفرانسیل (DTM) و روش عددی استفاده شده است. پارامترهای پایه برای طراحی مهندسی در مقیاس نانو همانند خیز بحرانی انتهای تیر و ولتاژ پولین در این مطالعه محاسبه شده است. با توجه به یافته های این تحقیق می توان نتیجه گرفت که نیروهای بین ملکولی ولتاژ پولین را کاهش می دهد و اثر اندازه در مقیاس نانو باعث افزایش پارامترهای کشش می شود و می توان روش DTM را به عنوان روش کارآمد برای تحلیل سازه های نانویی تیر شکل در مقیاس کمتر از میکرون بکار برد.

طراحی موقعیت مناسب ساپورت های سازه همواره یکی از مسائل مهم و کاربردی در مهندسی بوده و در بهبود کارایی سازه نقش مهمی ایفا می کند. در این مقاله برای طراحی موقعیت بهینه ساپورت های سازه، با بهره گیری از ترکیب روش المان محدود اصلاح یافته و روش بهینه سازی رقابت استعماری مقدار حداکثر ممان خمشی در سازه مینیمم می شود. در اینجا ساپورت های در نظر گرفته شده به صورت صلب و الاستیک می باشد. روش بهینه سازی رقابت استعماری در مقایسه با روش های گذشته نسبت به طراحی موقعیت بهینه ساپورت ها، روشی قدرتمند و کارا بوده و در تعداد تکرار کمتری به نتایج بهتری می رسد. استفاده از روش المان محدود اصلاح یافته علاوه بر کاهش حجم محاسبات و بالا بردن سرعت همگرایی الگوریتم بهینه سازی، امکان رسیدن به موقعیت بهینه سراسری ساپورت ها را فراهم می کند. برای نشان دادن کارایی و قدرت روش حاضر در یافتن نقطه بهینه سراسری مساله، موقعیت بهینه ساپورت ها برای سه سازه متداول طراحی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تعیین موقعیت بهینه ساپورت ها با استفاده از ترکیب روش های ارائه شده، مقدار حداکثر ممان خمشی سازه را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.

هدف اصلی از این تحقیق، بررسی ارتعاشات غیرخطی نانولوله کربنی تک جداره می باشد. برای مدلسازی، ساختار مشبک نانولوله کربنی با یک سازه پیوسته معادل با استفاده از مکانیک محیط پیوسته نانومقیاس جایگزین شده است. سپس معادلات ناظم بر ارتعاشات توسعه یافته، کشش صفحه میانی تحت خمش به عنوان عامل غیرخطی هندسی در معادلات لحاظ شده است. برای حل معادله غیرخطی حاصل، از تئوری اغتشاشات استفاده شده است. پاسخ فرکانسی سیستم در حالات مختلف ارتعاشات آزاد و ارتعاشات اجباری در دو حالت تشدید اولیه و ثانویه بررسی شده است. نتایج حاصل از حل مبتنی بر روش اغتشاشات تطابق خوبی با انتگرال گیری عددی نشان می دهد. نتایج حاکی از این واقعیت هستند که نانولوله کربن رفتار سخت شونده را از خود نشان می دهد. همچنین، پدیده پرش و تقسیم شدن به دو شاخه غیرخطی در پاسخ ها مشاهده می شود.

در این مقاله اثر دمای سیال ورودی روی طرح جریان الکترواسمتیک درون یک ریزمجرای تخت با دیواره های دما ثابت توسط حل معادلات حاکم به روش لتیس بولتزمن تحلیل شده است. هدف اصلی این مطالعه جستجوی اثرات تغییر دما بر توزیع یون ها و به تبع آن، پتانسیل الکتریکی داخلی و میدان سرعت سیال می باشد. برای آنکه بتوان از معادله توزیع یون بولتزمن استفاده کرد از دمای میانگین کاسه ای برای هر مقطع از ریزمجرا استفاده شده است. در روش لتیس بولتزمن بکار رفته، از مدل ال.بی.جی.کی برای مدلسازی تابع برخورد معادله بولترمن و از شرایط مرزی زو-هی برای میدان سرعت استفاده شده است. از مدل وانگ برای حل معادله پواسون-بولتزمن و از مدل هی-چن برای حل معادله انرژی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش اختلاف دمای سیال ورودی و دمای دیواره ها میزان دبی جریان الکترواسمتیک افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که با کاهش پتانسیل الکتریکی خارجی، افزایش اختلاف دما و کاهش ضخامت لایه دو گانه الکتریکی، در ناحیه وروردی ریزمجرا، منطقه ای با جریان بازگشتی تشکیل می شود که می تواند به منظور کنترل طرح جریان داخلی موثر واقع شود.

در این مقاله، مدل خطی یک میکرو صفحه حلقوی با میرایی ترموالاستیک تحت بار الکترواستاتیکی جهت بدست آوردن ضریب کیفیت این میرایی ارائه شده است. تئوری صفحه کیرشهف-لاو که با معادله هدایت حرارتی یک بعدی کوپل شده، برای مدل کردن این میکروصفحه بکار رفته است. برای محاسبه ضریب کیفیت در هر مود ارتعاشی دو روش بر اساس خطی سازی معادله فرکانس ارائه شده است. همچنین وابستگی این میرایی به بار الکترواستاتیکی و هندسه میکروصفحه حلقوی در دو حالت شرایط مرزی، گیردار-گیردار و گیردار-آزاد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که شعاع و ضخامت بحرانی وجود دارد که در آن میرایی ترموالاستیک به حداکثر می رسد. این میرایی به نوع شرایط مرزی نیز بستگی دارد، به طوری که در حضور بار الکترواستاتیکی، میرایی ترموالاستیک در شرایط مرزی گیردار-آزاد بیشتر از گیردار-گیردار می باشد.

در این مقاله به مدل سازی رشد ترک در یک استوانه جدار نازک تحت بارگذاری دتونیشن گازی پرداخته شده است. با توجه به مشکلات ناشی از اعمال بار متحرک و غیر خطی بودن مساله، از روش المان محدود در این تحقیق استفاده شده است. ارتعاشات ناشی از اعمال بار متحرک با حل تحلیلی و نتایج آزمایشگاهی مقایسه و ارزیابی شده و از المان چسبنده با معیار خرابی کشش-جدایش جهت مدل سازی رشد ترک استفاده شده است. نتایج بدست آمده با نتایج قبلی که بر پایه معیار رشد زاویه بحرانی نوک ترک انجام گرفته مقایسه شده و مورد تحلیل قرار گرفته است.

فرآیند خشک شدن متاثر از عوامل متعددی است. یکی از عوامل هندسه قطعه می باشد. برای بررسی تاثیر هندسه جسم لازم است تا فرآیند خشک شدن تحلیل و شبیه سازی شود. مقاله حاضر به مطالعه و تحلیل فرآیند پرداخته است. بر اساس فرضیات در نظر گرفته شده برای مواد متخلخل معادلات انتقال و تعادل استاتیکی بیان شده است. به کمک شبیه سازی فرایند خشک شدن بر اساس یک مدل الاستیک تنش های مکانیکی ناشی از کرنش های خشک شدن محاسبه شده اند. تغییر پارامترهای فیزیکی و مکانیکی مثل ضریب نفوذ و مدول یانگ با تغییرات رطوبت برای یک ماده سرامیکی در شبیه سازی لحاظ شده اند. فرض شده است تبخیر رطوبت از سطح بر اساس مکانیزم تبخیر از لایه نازک گسترش یافته انجام می شود. از معیار تسلیم فون میزز برای پیش بینی وقوع ترک در حالت خشک شدن دو بعدی و سه بعدی استفاده شده است. تنش تسلیم در رطوبت هایگراسکوپی به صورت تجربی در آزمایشگاه تعیین شد. امکان وقوع ترک در حالت سه بعدی بسیار بیشتر از حالت دو بعدی است. بر اساس مدل تدوین شده، زمان و مکان وقوع ترک قابل پیش بینی است. با هدف بررسی تاثیر ابعاد هندسی مدل بر مقادیر تنش های خشک شدن مدل های مختلف استفاده شده اند و نتایج بررسی گزارش شده است. به دلیل پایین بودن تنش تسلیم در رطوبت های بالا خطر ترک برداشتن مدل در شروع فرایند خشک شدن بیشتر است.

هدف از ارائه این مقاله مقایسه عملکرد دو سیستم هیبریدی مستقیم و غیرمستقیم توربین گاز و پیل سوختی اکسیدجامد از دیدگاه ترمودینامیکی و اگزرژی می باشد. با توجه به اهمیت نقش پیل سوختی در سیکل های هیبریدی و تامین بخش بیشتری از توان تولیدی در آنها، برای پیل به کار رفته علاوه بر تحلیل ترمودینامیکی تحلیل های الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا و کامل نیز انجام شده است. محاسبه دمای کاری پیل با توجه به تاثیر چشمگیر آن بر عملکرد سیستم هیبریدی، از موارد مهم انجام شده در این تحقیق می باشد. در ادامه با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی اشاره شده، تاثیر نرخ جریان هوای ورودی به سیستم و نسبت فشار کمپرسور بر روی راندمان، توان تولیدی، نرخ اگزرژی تخریب شده و ... در سیستمهای هیبریدی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت یک حالت کارکرد بهینه برای آنها ارائه شده است. نتایج نشانگر بالا بودن کارایی سیستم هیبریدی مستقیم در مقایسه با نوع غیرمستقیم می باشد. راندمان بالا، بازگشت ناپذیری کمتر، توان تولیدی بیشتر، آلایندگی پایین و ... از مزایایی سیستم هیبریدی مستقیم می باشد.

موتورهای الکترواستاتیکی نسبت به موتورهای الکترومغناطیسی ساده تر و سبک تر هستند و پیچیدگی کمتری دارند، به همین علت برای ساخت در ابعاد کوچک و کاربرد در میکروماشین ها بسیار مناسب ترند. اما بعضی از ویژگی های منفی به خصوص گشتاور پایین، مانع گسترش آنها شده است. به همین علت برای کاربردی شدن آنها در صنایع، پژوهش های زیادی در حال انجام است. در این مقاله یک طرح جدید برای افزایش گشتاور این موتورها ارائه و از نظر تئوری و آزمایشگاهی بررسی شده است. در این طرح، الکترودهای روتور از طریق القایی باردار شده و گشتاور موتور افزایش می یابد. برای شناخت پارامترهای موثر بر عملکرد موتور، ابتدا مدل سازی انجام شده و سپس با استفاده از نتایج مدل سازی و با کمک روش های عددی، مشخصات موتور برای دستیابی به قابلیت های بالاتر بهینه سازی شده است. پارامترهای مورد نظر «نسبت پهنا به فاصله بین الکترودهای محرک» و «نسبت سطح الکترودهای القایی به سطح کل» هستند که بهینه سازی آنها باعث افزایش گشتاور خروجی و کاهش ریپل می شود. در نهایت با ساخت یک نمونه آزمایشگاهی و انجام تست بر روی آن، کاربردی بودن، افزایش گشتاور و نتایج بهینه سازی مورد تایید قرار گرفته است.

در این تحقیق تاثیر پارامترهای مختلف بر روی مدل سازی مدول یانگ صفحه گرافن بررسی شده است. از جمله می توان به ضخامت تک لایه گرافن، نوع بارگذاری و شرایط مرزی صفحه گرافن، در نظر گرفتن تاثیر اتم های غیرمجاور بر یکدیگر، نوع المان برای پیوند کربن-کربن، خواص مکانیکی پیوند کربن-کربن و ابعاد صفحه گرافن اشاره کرد. در این تحقیق مشاهده شد که ضخامت تک لایه گرافن و نوع المان در نظر گرفته شده در نرم افزار اجزای محدود برای پیوند کربن-کربن در مدلسازی مدول یانگ صفحه گرافن موثر می باشند. ضمنا تفاوت در نوع بارگذاری و شرایط مرزی صفحه گرافن تاثیر چندانی روی مدول یانگ صفحه گرافن نمی گذارد و می توان رفتار صفحه گرافن را ایزوتروپیک در نظر گرفت. همچنین در نظر گرفتن تاثیر اتم های غیر مجاور روی یکدیگر باعث افزایش زمان محاسبه و دقت بیشتر در محاسبات می شود. در نظر گرفتن خواص مکانیکی تیرهای نسبت داده شده به پیوندهای کربن-کربن نیز پارامتر مهمی در مدل کردن مدول یانگ صفحه گرافن می باشد. در خصوص ابعاد صفحه گرافن، مشاهده شد که وقتی طول و عرض صفحه گرافن از یک نانومتر کوچکتر شود، تاثیر ابعاد صفحه گرافن بر روی مدول یانگ صفحه گرافن زیاد می شود.

از شایع ترین مواردی که باعث اتلاف انرژی و کاهش طول عمر ماشین آلات دوار می شوند، عیوب ناهمراستایی و نابالانسی هستند. تاکنون روش های مختلفی برای مدل سازی و تشخیص این عیوب ارائه شده اند ولی موارد بسیار نادری به بررسی میزان اتلاف انرژی ناشی از این عیوب، پرداخته اند، به ویژه هیچ تحقیق نظری در این خصوص انجام نشده است. در مقاله حاضر با استفاده از معادلات حاکم استخراج شده به روش لاگرانژ برای سیستمی همراه با عیوب ناهمراستایی و نابالانسی، ایده جدیدی برای محاسبه اتلاف انرژی در سیستم ارائه و با حل عددی معادلات حاکم میزان انرژی تلف شده محاسبه می شود. میزان اتلاف انرژی با در نظر گرفتن وضعیت ماشین در حالت های بدون عیب و با وجود عیب و به ازای مقادیر مختلف سرعت و ناهمراستایی و نابالانسی محاسبه و به صورت نمودارهایی ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند که میزان اتلاف انرژی تابعی از میزان ناهمراستایی محورها، نابالانسی روتور و سرعت دورانی سیستم است.