مهندسی مکانیک مدرس
سال:1391 | دوره:12 | شماره:5 |تعداد مقالات:16

مطالعه اتصال بین نانولوله و رزین دربرگیرنده آن، یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار مواد نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی است. در این مقاله، نانولوله کربنی و رزین اطراف آن به صورت یک المان حجمی در نظر گرفته شده و رفتار مکانیکی آن با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل می شود. برای مدل سازی اتصالات، از المان فنر غیرخطی استفاده شده و نیروی موثر بین نانولوله و رزین، بر اساس معادله لنارد-جونز تعیین می شود. ضخامت فاز واسط بین 1.7 تا 3.8 آنگستروم متر تغییر داده می شود تا تاثیر آن بر رفتار المان حجمی مطالعه شود. بارگذاری کششی المان حجمی به دو صورت انجام می شود تا اتصال کامل بین نانولوله و رزین بررسی شود. در ادامه، میزان مدول الاستیسیته طولی المان حجمی با نسبت منظریهای مختلف و ضخامت های مختلف فاز واسط محاسبه شده و با نتایج تئوری قانون اختلاط در حوزه میکرومکانیک مقایسه و ارزیابی می شوند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در نسبت منظری های بسیار کم، میزان مدول الاستیسیته نزدیک به مقدار آن برای رزین یا نانولوله منفرد است ولی با افزایش نسبت منظری عملکرد اتصالات بهتر شده و این مقدار به قانون اختلاط همگرا می شود.

هدف اصلی این مقاله استخراج سیستماتیک معادلات دینامیک معکوس یک منیپولاتور n لینکی صلب که بر روی یک پایه متحرک غیرهولونومیک قرار گرفته است، می باشد. به منظور اجتناب از محاسبه ضرایب لاگرانژ مرتبط با قیود غیرهولونومیک از روش گیبس-اپل به فرم بازگشتی آن استفاده شده است. به منظور مدل سازی دقیق این سیستم رباتیکی تاثیر کوپلینگ دینامیکی میان پایه و منیپولاتور، همچنین دو قید غیرهولونومیک مربوط به شرط عدم لغزش چرخ ها و شرط عدم حرکت در امتداد محور دوران چرخ ها در این مقاله لحاظ گردیده است. در تمامی عملیات ریاضی صورت گرفته به منظور کاهش حجم محاسبات، 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. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این فرمولاسیون در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای پنج مفصل دورانی بوده و بر روی یک پایه متحرک نصب گردیده است، مورد تحلیل دینامیکی قرار می گیرد.

این مطالعه، کاربرد الگوریتم زنبور عسل جهت طراحی بهینه مبدل گرمایی صفحه ای پره دار از دیدگاه اقتصادی را نشان می دهد. از این رو بهینه سازی دو تابع هدف به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا کمینه سازی مساحت انتقال حرارت که به طور اساسی با هزینه های سرمایه گذاری مبدل حرارتی مرتبط است و سپس کمینه کردن افت فشار کلی که با هزینه های عملکرد مبدل حرارتی مرتبط می باشد، تحت محدودیت های فضایی، وظیفه حرارتی و افت فشار مجاز مورد بررسی می شود. بر اساس کاربردها طول مبدل حرارتی، فرکانس پره، تعداد لایه های پره، طول نیزه پره، ارتفاع پره و ضخامت پره جهت بهینه سازی مطرح می شوند. همچنین قیود توسط تابع جریمه به کار برده می شوند. کارایی و دقت الگوریتم پیشنهادی با یک نمونه مورد مطالعه از منابع موجود بررسی شده است. مقایسه نتایج موجود با نتایج متناظر به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و اجتماع ذرات نشان می دهد که الگوریتم زنبور عسل در حالت کمینه سازی مساحت انتقال حرارت به ترتیب 18% و 11% و در حالت کمینه سازی افت فشار به ترتیب 13% و 3.5% بهتر از نتایج به دست آمده از الگوریتم ژنتیک و اجتماع ذرات می باشد. از این رو برای مطالعه چنین تحقیقاتی، این روش توصیه می شود.

در این مقاله، مجرائی خاص معرفی شده که در آن، جت آب ورودی، پس از زمان کوتاهی شروع به نوسان کرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار می شود. با توجه به وجود رابطه خطی بین سرعت جت ورودی و فرکانس نوسانات آن، با اندازه گیری فرکانس فشار می توان دبی جریان را محاسبه کرد. به منظور بررسی میدان جریان سیال در هندسه موجود دبی سنج نوسانی و یافتن موقعیت بهینه قرارگیری حسگرهای اندازه گیری نوسان، حل معادلات ناویر-استوکس آشفته و غیر دائم توسط نرم افزار انسیس سی اف ایکس به طریق عددی انجام شده است. پس از بررسی استقلال حل از شبکه، قابلیت دو مدل آشفتگی کا-اپسیلون و اس اس تی در شبیه سازی غیردائم جریان، بررسی شده است. سپس، بر اساس کیفیت سیگنال دریافتی از چند نقطه، موقعیت مناسب قرارگیری حسگر مشخص شده است. با ساخت اولین نمونه دبی سنج نوسانی در ایران و قرار دادن حسگر فشار و حسگر پیزوالکتریک در نقطه مناسب، بستر آزمونی فراهم شده و نتایج شبیه سازی عددی صحت سنجی شده اند. مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی نشان داده است که مدل اس اس تی برای این جریان نتایج بهتری دارد. درنهایت، با انجام آزمایش در دبی های مختلف و دریافت و پردازش سیگنال های فشار، نمودار مشخصه سیستم (فرکانس نوسانات جت ورودی- سرعت جت ورودی) استخراج شده است.

در این مطالعه با قرار دادن یک یا چند مانع مسدود کننده در کانال کاتد پیل سوختی غشا پلیمری، تاثیر شکل صفحه مسدود کننده (مستطیلی، مثلثی، ذوزنقه ای و خمیده)، ضخامت و ارتفاع صفحه، تعداد صفحات و ضریب تخلخل لایه پخش گاز بر انتقال اکسیژن به داخل لایه پخش گاز و لایه کاتالیست و افت فشار سمت کاتد بررسی شده است. بدین منظور، معادلات پیوستگی، ممنتم و بقای اجزای شیمیایی در سمت کاتد پیل به صورت مدل تک ناحیه ای تدوین و به روش عددی حل شده اند. نتایج نشان می دهد که با قرار دادن یک مانع مستطیلی بزرگ، بیشترین افزایش سرعت در لایه پخش گاز (در زیر مانع حدود 13 برابر سرعت در مقایسه با حالت بدون مانع) و در نتیجه بیشترین غلظت اکسیژن در فصل مشترک لایه پخش گاز/لایه کاتالیست با وجود بیشترین افت فشار (حدود 1.3 برابر افت فشار کانال بدون مانع)، اتفاق می افتد. با افزایش تخلخل لایه پخش گاز، افزایش تعداد صفحات تیغه ای و ضخامت صفحه و کاهش فاصله بین مانع و لایه پخش گاز، غلظت اکسیژن در این لایه افزایش می یابد؛ هر چند که حساسیت تغییرات غلظت به این پارامترها متفاوت است. بیشترین حساسیت به تخلخل لایه پخش گاز، تعداد صفحات و کاهش فاصله بین مانع و لایه پخش گاز است و کمترین حساسیت به افزایش ضخامت صفحه مسدود کننده می باشد.

در این مقاله، رفتار کمانش حرارتی صفحات دایره ای ضخامت متغیر از جنس مواد تابعی دو طرفه تحت بارگذاری حرارتی یکنواخت با در نظر گرفتن تئوری برشی مرتبه اول مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص مواد نسبت به سطح میانی صفحه متقارن و طبق قانون توانی در راستای ضخامت تغییر می کند، به طوری که سطح میانی فلز خالص و طرفین صفحه، سرامیک خالص در نظر گرفته شده است. به منظور تعیین توزیع نیروی پیش کمانش، معادله غشایی با استفاده از روش پرتاب حل شده است. سپس معادلات پایداری به کمک روش طیفی مجازی با انتخاب توابع چبیشف به عنوان توابع پایه به صورت عددی حل شده است. نتایج عددی برای شرایط تکیه گاهی ساده و گیردار و تغییرات ضخامت خطی و سهموی ارائه شده است. تاثیر پارامترهای مختلف چون شاخص کسر حجمی، تغییر پروفیل ضخامت و نسبت جانبی بر رفتار کمانش این صفحات مورد ارزیابی قرار گرفته است.

ترکیب بین فلزی g-TiAl دارای خواص برجسته ای مانند مقاومت بالا و مناسب در برابر خستگی، اکسیداسیون، خوردگی، خزش، ارتعاشات دینامیکی و دمای کاری بالا می باشد. این ترکیبات بین فلزی در صنعت هوافضا، خودروسازی، موتورهای توربوجت و ساخت و تولید پره کاربرد دارند. در این تحقیق فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک پودر با استفاده از پودرهای مختلف آلومینیوم، گرافیت، سیلیکون کارباید، کروم و آهن بر روی این ترکیب بین فلزی مطالعه می شود تا مشخصات خروجی فرآیند مانند زبری سطح، نرخ سایش ابزار، نرخ براده برداری و توپوگرافی سطح با یکدیگر مقایسه شود. تحقیق موجود به روش تجربی و به کمک دستگاه اسپارک و مخزنی ویژه انجام شده است. نتایج نشان می دهد که پودر آلومینیوم به عنوان مناسب ترین نوع پودر در غلظت بهینه 2 گرم بر لیتر، مقدار صافی سطح را نسبت به حالت ماشینکاری بدون پودر 32% افزایش، نرخ سایش ابزار را 19% کاهش و البته نرخ براده برداری را 7.5% کاهش می دهد و همچنین منجر به بهبود توپوگرافی سطح ماشینکاری شده و کاهش عیوب و ترکهای سطحی می گردد.

در این مقاله روش تحلیلی هموتوپی برای آنالیز ارتعاشات آزاد غیرخطی تیرهای ساخته شده از مواد هدفمند بر روی بستر الاستیک غیرخطی، تحت بارهای مکانیکی و حرارتی ارائه شده است. ابتدا با فرض تئوری اویلر- برنولی و با استفاده از رابطه کرنش - جابجایی ون کارمن، معادله دیفرانسیل پاره ای حاکم بر حرکت غیرخطی استخراج شده و سپس با به کار بردن روش تجزیه گالرکین، معادله حاکمه غیرخطی به یک معادله دیفرانسیل عادی غیرخطی کاهش داده شده است. به منظور بدست آوردن یک حل بسته برای این معادله دیفرانسیل، روش تحلیلی هموتوپی که دارای دقت بسیار بالایی است، پیشنهاد شده است. در پایان، اثر پارامترهای مختلفی همچون بزرگی دامنه، بستر الاستیک غیرخطی، بارهای مکانیکی و حرارتی و شرایط مرزی مختلف بر روی ارتعاشات تیر بررسی شده است.

میل لنگ یکی از قطعات مهم موتور می باشد که با حرکت دورانی خود در معرض گشتاورهای پیچشی ناشی از حرکت پریودیک سیلندر قرار دارد. نیروهای داخلی که سبب گشتاورهای تناوبی در میل لنگ می شود، ایجاد ارتعاشات و نویز در موتور می کند که می تواند مضر باشد. بنابراین بررسی رفتار دینامیکی میل لنگ ضروری است. همچنین، اگرچه اکثر سازه های فیزیکی مانند میل لنگ خودرو به صورت پیوسته هستند، اما می توان آنها را به صورت مجزا مدل کرده و مورد تحلیل قرار داد. در این مقاله به ارتعاشات پیچشی میل لنگ دو نوع خودروی رنو و پژو با سه روش تئوری، عددی و تجربی پرداخته شده است. در تحلیل تئوری از فرمول B.I.C.E.R.A استفاده شده و فرکانس های طبیعی بدست آمده از این روش و فرکانسهای طبیعی تحلیل عددی که با نرم افزار انسیس صورت گرفته، با تست تجربی مقایسه شده و با انتخاب بهترین مدل، اثر دور موتور در ارتعاشات پیچشی میل لنگ بررسی شده است.

انفجار گازی درون لوله ها باعث ایجاد همزمان موج های شاک فشاری- حرارتی می شود. انفجار گازی شامل یک موج شاک در جلو و یک منطقه واکنش در پشت آن می باشد که به شدت با هم کوپل شده اند. سرعت، فشار و دمای گاز بعد از انفجار بستگی به مقدار و نوع مخلوط سوخت مورد استفاده دارد. بیشینه فشار موج مکانیکی ناشی از انفجار می تواند 20 تا 30 برابر فشار محیط باشد و دمای گاز در انفجار به بیش از 2000 درجه سانتیگراد می رسد. موج شاک مکانیکی ناشی از انفجار گازی، در هر نقطه از لوله سبب ایجاد کرنش های نوسانی شده که گاهی اوقات چندین برابر کرنش های استاتیک معادل هستند. از طرفی حرارت زیاد ناشی از موج انفجار متوالی گازی داخلی، سبب ایجاد تنش های حرارتی در لوله می شود. در این مقاله، تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از انفجار گازی از طریق شبیه سازی عددی، بررسی شده است. در این خصوص، ابتدا تغییر مکان های مکانیکی و سپس تغییر مکان های حرارتی شبیه سازی شده است. در نهایت تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از انفجار، به صورت همزمان درون لوله محاسبه شده اند.

فرایند هیدروفرمینگ گرم آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم به دلیل وجود استانداردهای سختگیرانه آلایندگی و لزوم صرفه جویی در مصرف سوخت بسیار مورد توجه صنعت خودروسازی مدرن قرار گرفته است. عیب اصلی این آلیاژها شکل پذیری پایین آنها در دمای اتاق می باشد که با بالا بردن دمای فرایند تا زیر دمای دمای تبلور مجدد فلز می توان آن را تا حد قابل توجهی افزایش داد. به دلیل پیچیدگی فرایند در دمای بالا، کنترل عوامل مختلف موثر در شکل دهی از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مقاله، اثر ابعاد لوله، شعاع گوشه و نرخ کرنش بر میزان فشار داخلی بهینه و جابجایی محوری مورد نیاز برای شکل دهی موفقیت آمیز محصول در هیدروفرمینگ گرم لوله های آلومینیومی 6061 در دمای 300 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفته است. روش جدیدی بر اساس الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده برای بهینه سازی منحنی های بارگذاری فشار و نیروی محوری تدوین شده است. نتایج عددی با آزمایش های تجربی مورد بحث، تائید و صحت سنجی قرار گرفته است.

این مقاله به اندازه گیری تجربی سرعت لحظه ای باد یونی تولید شده توسط عملگر پلاسمایی تخلیه سد دی الکتریکی(DBD)  در محیط هوای ساکن با فشار اتمسفریک می پردازد. یک مطالعه پارامتریک برای افزایش سرعت باد یونی القایی توسط عملگر DBD انجام شده است. مشخصات الکتریکی و مکانیکی این عملگر در شرایط مختلف مطالعه شده است. هدف اصلی این کار کمک به بهینه سازی پارامترهای هندسی و الکتریکی برای فراهم کردن باد یونی موثرتر در کنترل جریان می باشد. پروفیل های سرعت متوسط باد یونی القایی نشان می دهد که با افزایش فرکانس تحریک موقعیت سرعت ماکزیمم به سطح نزدیکتر می شود. همچنین نتایج این تحقیق بیان می کنند که عملگرهای پلاسمایی DBD گردابه هایی در همان فرکانس تحریک ولتاژ اعمال شده تولید می کنند. با افزایش درصد سیکل کاری، قدرت گردابه های شسته شده از عملگرها نیز افزایش می یابد. بر خلاف کارهای مشابه در این زمینه، این مطالعه رفتار غیردائمی موج ورودی به عملگر پلاسمایی را بررسی می کند.

کاویتاسیون تغییر فاز سیال مایع به بخار به علت کاهش فشار محلی در اثر سرعت موضعی بالا می باشد. در اثر کاویتاسیون حباب هایی در نقاط کم فشار ایجاد می شوند. انتقال این حباب ها توسط جریان سیال به نقاط پر فشار باعث فروپاشی حباب ها می گردد که این امر در نهایت باعث ایجاد نویز می شود. دستیابی به مدل مناسب در شبیه سازی امواج صوتی ناشی از کاویتاسیون به منظور شناسایی و کنترل این پدیده اهمیت بسیاری دارد. از آنجا که صوت آکوستیکی بخشی از دینامیک جریان می باشد، معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی به عنوان معادلات پایه در تحلیل رفتار آکوستیکی پدیده کاویتاسیون و سوپرکاویتاسیون شناخته می شوند. در این تحقیق به منظور مدل سازی جریان کاویتاسیون بهمراه نویز آکوستیکی، ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی، معادلات حاکم به فرم بی بعد تبدیل می شوند. ترم آکوستیکی به عنوان ترمی در مرتبه پایین تر نسبت به دینامیک جریان سیال لحاظ می گردد، سپس با استفاده از روش اغتشاشات، دسته های متعددی از معادلات با مرتبه های مختلف بدست می آیند. نتایج نشان می دهند که به منظور دستیابی به نوسانات فشار ناشی از نویز آکوستیکی کاویتاسیون، باید معادلات جریان سیال را برای سیال تراکم پذیر حل کرد. همچنین معادلات آکوستیکی در مرتبه دوم معادلات حاصله قرار داشته که با معادلات دینامیک جریان کوپل می باشند.

در پژوهش حاضر سلامتی سازه ای یک تیر ضخیم فولادی (ST-52)، به کمک روش پخش امواج هدایت شده فراصوت با استفاده از حسگرهای ویفری فعال پیزوالکتریک، که یکی از مهم ترین تکنیک های پایش بلادرنگ سلامتی سازه هاست، بررسی شده است. پارامترهای کلیدی سیگنال برانگیزش مانند بسامد و مدت پنجره با توجه به ابعاد تیر و چیدمان ضربه-پژواک حسگرهای فعال پیزوالکتریک نصب شده روی آن تعیین می شود. تحلیل اجزای محدود با هدف مشخصه یابی پخش موج در تیر انجام شده است در حالیکه سیگنال های پخش موج به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری می شوند. برای پردازش سیگنال و استخراج ویژگی، از تبدیل موجک پیوسته و روش توان میانگین مقیاس شده موجک استفاده می شود. با استفاده از ویژگی های استخراج شده، وجود، موقعیت و شدت آسیب احتمالی موجود در سازه تعیین می شود. نتایج بدست آمده نمایانگر دقت بالای روش ارایه شده در شناسایی و مشخصه یابی آسیب نسبت به پژوهش گذشته دارد.