مهندسی مکانیک مدرس
سال:1397 | دوره:18 | شماره:6 |تعداد مقالات:31

در این مقاله یک روش جدید بر مبنای روش مشخصه های چند بعدی برای حل معادلات ناویر-استوکس و انرژی در جریان های تراکم ناپذیر پایا ارائه شده است. روش های قبلی بر پایه مشخصه ها در جریان های تراکم ناپذیر، فرض یک بعدی بودن موضعی جریان را به کار برده اند و در مراجع به خطای ناشی از این ساده سازی اشاره شده است. در تحقیق حاضر، از روش مشخصه های چند بعدی مصنوعی برای یافتن مسیر انتشار اطلاعات استفاده شده است. معادلات سازگاری و متغیرهای ریمن تعمیم یافته برای معادلات ناویر-استوکس و انرژی استخراج شده و از این معادلات برای یافتن شار جابجایی در مرز سلول ها استفاده شده است. برای آزمون دقت و سرعت طرح ارائه شده، جریان سیال تراکم ناپذیر پایا در داخل حفره مربعی و جریان اطراف استوانه دایره ای همراه با انتقال گرما برای دامنه وسیعی از اعداد رینولدز و گراشهف حل شده است. همچنین جهت مقایسه، روش مشخصه ها به همراه میانگین گیری برای معادله انرژی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر همگرایی سریعتر روش جدید نسبت به روش مشخصه های معمولی و میانگین گیری می باشد. در اعداد ریچاردسون بالا، روش میانگین گیری همگرا نمی شود ولی روش ارائه شده در این مقاله، دارای سرعت همگرایی بالایی می باشد.

ربات اسکلت خارجی پایین تنه یکی از فناوری های کمک حرکتی می باشد که پیشرفت های زیادی در سال های اخیر داشته است. یکی از اساسی ترین مباحث در طراحی این ربات ها، تعیین الگوی گام برداری می باشد. در ربات های اسکلت خارجی موجود معمولا از الگوی گام از پیش ثبت شده توسط انسان سالم برای ربات استفاده می شود. این روش دارای محدودیت هایی از جمله اشغال حجم ذخیره سازی داده و عدم تنظیم مناسب الگوی گام در پارامترهای گام برداری مختلف می باشد. بنابراین استفاده از مدل های ریاضی برای راه رفتن با ربات های اسکلت خارجی ضروری است. تاکنون مدل های ریاضی ساده ای برای گام برداری انسان سالم و همچنین ربات های انسان نما ارائه شده است. ولی به دلیل محدودیت های جسمانی بیماران استفاده کننده از ربات اسکلت خارجی، استفاده از این مدل ها خطر اعمال گشتاور غیرطبیعی و به دنبال آن آسیب به مفاصل بیمار و همچنین موتورهای ربات را در پی دارد. در این مقاله محدودیت های موجود در قالب قیدهای ریاضی در نظر گرفته شده و مدل های ریاضی مناسبی برای موقعیت مفاصل بر اساس این قیدها ارائه شده است. سپس با داشتن معادلات سینماتیک معکوس، الگوی گام مطلوب در قالب زوایای مفاصل بدست آمده است. پارامترهای موجود در مدل ارائه شده شامل طول، ارتفاع و سرعت گام برداری و همچنین طول ساق و ران کاربر می باشد. مدل ارائه شده بر روی ربات اکسوپد پیاده شده است که رضایت کاربران عملکرد خوب مدل ارائه شده را تایید می کند.

امروزه با افزایش مصرف سرانه منابع انرژی های تجدید ناپذیر، دانشمندان به دنبال جایگزین مناسب برای منابع تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند. موتور استرلینگ از جمله ایده هایی است که اخیرا مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. هدف از مطالعه حاضر، بهینه سازی توان خروجی و پایداری یک نمونه موتور استرلینگ پیستون آزاد نوع بتا است. به همین منظور ابتدا با استخراج روابط ترمودینامیکی و دینامیکی سیستم و ترکیب این معادلات، معادلات حاکم شامل تابع غیرخطی از افت فشار درون مبدل های حرارتی به دست می آیند. معادلات غیرخطی حاکم حل شده و برای اعتبار سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی مطالعه حاضر با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی ارائه شده در مراجع معتبر علمی مقایسه می گردند. در موتورهای استرلینگ پیستون آزاد، افزایش توان خروجی با حفظ پایداری آن ها، حائز اهمیت است. بنابراین، با انجام مطالعه پارامتری، پارامترهایی که دارای بیشترین تاثیر بر توان خروجی و پایداری موتور هستند، شناسایی شده و به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته می شوند. به منظور بهینه سازی چند هدفه توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد، تابع هدف مناسب انتخاب شده و از یکی از روش های الگوریتم ژنتیک با استفاده از نرم افزار بهینه سازی مود فرانتیر استفاده می شود. در نهایت، مقادیر متغیرها، قبل و بعد از بهینه سازی و همچنین میزان بهبود حاصل در توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد ارائه می گردند.

در این مقاله، راندمان اختلاط در جریان الکترواسموتیک درون یک ریزمخلوط گر با زتاپتانسیل غیریکنواخت دیواره برای حالت های مختلف به صورت عددی شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، پایدار و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات میدان های پتانسیل الکتریکی داخلی و خارجی، معادلات توزیع غلظت یون های مثبت و منفی (ارنست-پلانک)، معادله ی غلظت گونه ها و معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویر-استوکس) برای میدان جریان سیال به روش عددی حجم محدود حل شده است. به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، نتایج تحلیلی یک جریان ایده آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره ها باردار می باشد، با نتایج حل عددی به دست آمده مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می دهد که با تغییرات زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی به صورت خطی-صعودی، خطی-نزولی و سهموی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت زتا ثابت افزایش می یابد. برای دو حالت تغییر خطی زتاپتانسیل، راندمان اختلاط به 86 درصد و برای تغییر سهموی زتاپتانسیل به 75 درصد افزایش می یابد. این در حالی است که با ثابت بودن زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی، حداکثر راندمان اختلاط 64 درصد می باشد. در حالتی که تنها دیواره بالایی در ناحیه میانی دارای زتاپتانسیل می باشد، نتایج نشان داد که یک ناحیه گردابه ای در جریان ایجاد می گردد. این ناحیه گردابه ای باعث می شود تا راندمان اختلاط به حداکثر (100 درصد) برسد.

ماهواره ها برروی زمین، در طی مراحل ساخت و حمل ونقل، در محیط پرتاب و در حال عملکرد در فضا تحت انواع بارهای دینامیکی از جمله بارهای ارتعاشی فرکانس بالا و پایین، آکوستیک، شوک و ضربه قرار می گیرند که هرکدام می تواند منبع مهمی در به وجود آمدن تنش بر اجزاء ماهواره باشد. اجزای سازنده ماهواره باید به گونه ای طراحی شود که در مواجهه با این محیط ها بتوانند به کار خود ادامه دهند. بهبود طراحی ماهواره در مقابل ضعف هایی که در برابر بارگذاری های مختلف نشان می دهد، امری ضروری است و با توجه به اینکه انجام تست های آزمایشگاهی بسیار زمانبر و هزینه بر است، استفاده از روش های تحلیلی برای بررسی دوام و طول عمر سازه می تواند بسیار کاربردی باشد. اکثر بارهای اعمالی وارد بر ماهواره در طول عمر کاری آن بصورت بارهای تصادفی است که معمولا به صورت شبه استاتیکی درنظر گرفته می شوند. بردهای الکترونیکی بخصوص اتصالات لحیمی آن ها از اجزای بسیار حساس و حیاتی ماهواره ها هستند که بیشترین آسیب پذیری را از ارتعاشات تصادفی دارند. لذا بررسی آسیب وارده به آن ها تحت این نوع بارگذاری برای طراحی مناسب بردها اهمیت بسیار زیادی در مدت زمان کارکرد آن ها دارد. در این تحقیق، بارهای ارتعاشات تصادفی اعمالی بر بردهای الکترونیکی با بارهای شبه استاتیکی معادل می شود و با مدلسازی برد با استفاده از تئوری ورق های چند لایه، مقدار تنش و شکست اتصالات لحیمی تحت این بارگذاری بررسی می گردد. همچنین اثر پارامترهایی چون مقدار عرض برد و شرایط مرزی برد الکترونیکی بر مقدار تنش اتصالات لحیمی در حل تحلیلی در نظر گرفته خواهد شد.

استفاده از هندسه های مختلف غشاء برای جداسازی ذرات در فرایندهای تصفیه یا تغلیظ، مورد توجه گروهی از محققین قرار گرفته است. هر تغییری در هندسه غشاء که باعث تغییر در شانس ذرات برای برخورد و چسبیدن به سطوح سوراخ ها شود، می تواند نتیجه فرایند جداسازی را به شکل قابل توجهی دستخوش تغییر نماید. در این تحقیق با استفاده از روش شبکه بولتزمن در ترکیب با یک مدل جامع برخورد، مشخصه های رسوب بر هندسه توسعه یافته غشاء بررسی شده است. توسعه غشاء به صورت دو سطح عمودی سوراخدار گسترش یافته در طرف جریان در نظر گرفته شده است. در این حالت غشاء در دو بازه زمانی متفاوت "رسوب پیش رونده" و "توسعه کیک جرمی" عمل می کند. در بازه اول، پیکره بندی غشاء در بعد طول به سه محدوده بسته، فعال، و غیر فعال تقسیم شده و رسوب ذرات در محدوده فعال سبب جابجایی مرز رسوب شده و در نتیجه محدوده های فعال به بسته و غیر فعال به فعال تبدیل می گردد؛ همچنین در بازه زمانی دوم و پس از بسته شدن عمده مسیرهای جریان، انسداد غشاء با رشد کیک جرمی در سراسر طول المان جداساز تقویت می شود. نمایه های به دست آمده برای منحنی شار جرمی نشان دهنده یک آهنگ اولیه کاهش شار جرمی با تقعر منفیست که بیش از نیمی از دوره عملکرد غشاء را در بر می گیرد و در مقایسه با هندسه های توسعه نیافته، می تواند به شکل قابل توجهی، عبور حجم بیشتری از جریان را مقدور سازد.

در این پژوهش ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری یک نانوتیر دوار ویسکوالاستیک با درنظرگرفتن اثرات سطحی مطالعه و بررسی شده است. به کمک اصل هامیلتون و تئوری گورتین مورداک معادلات حرکت استخراج شده و با روش گلرکین گسسته شده اند. سپس با روش مقیاس های زمانی چندگانه، معادلات حرکت حل شده اند. در تحلیل ارتعاشات آزاد، عباراتی تحلیلی برای دامنه، فاز و فرکانس طبیعی استخراج شده است. در تحلیل ارتعاشات اجباری، عباراتی تحلیلی برای پاسخ حالت ماندگار سیستم به دست آورده شده است. تاثیر عواملی مانند اثرات سطح، ضرایب میرایی، ابعاد سطح مقطع، دامنه ی تحریک خارجی و. . . بر پاسخ فرکانسی سیستم مطالعه شده است. مشاهده می شود که در ارتعاشات آزاد در یک زمان خاص با افزایش تنش سطح، دامنه کاهش می یابد و با افزایش چگالی سطح و الاستیسیته ی سطح، دامنه افزایش خواهد یافت. همچنین افزایش ضرایب میرایی داخلی و خارجی، باعث کاهش دامنه ی آزاد سیستم می شوند. در ارتعاشات اجباری مشاهده می شود با درنظرگرفتن اثرات سطح، دامنه ی اجباری سیستم کاهش می یابد و محل نقطه ی انشعاب اول نیز تغییر خواهد کرد. افزایش ضرایب میرایی داخلی و خارجی باعث کاهش دامنه شده و انشعاب اول در فرکانس هایی نزدیک تر به فرکانس طبیعی اتفاق خواهد افتاد. همچنین مشاهده می شود که برای دو ابعاد مختلف از سطح ولی با مساحت سطح یکسان، محل نقاط انشعاب و دامنه تغییر خواهند کرد. افزایش دامنه ی تحریک خارجی باعث افزایش دامنه می شود و نقاط انشعابی اول و دوم در فرکانس هایی دورتر از فرکانس طبیعی اتفاق خواهند افتاد. بنابراین در نظر گرفتن اثرات سطح در تحلیل ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری نانوتیرهای دوار اهمیت دارد.

استفاده از زیست توده ها به روش گازی سازی به منظور تولید زیست سوخت و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی سوخت های فسیلی در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در مطالعه حاضر از روش دینامیک سیالات محاسباتی به منظور پیش بینی فرآیند گازی سازی، درون یک گازی ساز رو به پایین استفاده شده است. بررسی مطالعات گذشته نشان می دهد که علی رغم انجام پژوهش های بسیار توسط محققان مختلف به منظور بیشینه سازی راندمان فرآیند گازی سازی، تاکنون مطالعه ای به منظور کمینه سازی میزان نشر آلاینده های حاصل از این فرآیند به عنوان یکی دیگر از اهداف مهم طراحی، انجام نگرفته است. بنابراین در این مطالعه، تاثیر تغییر نسبت هم ارزی به عنوان متغیر طراحی روی راندمان گازی ساز و همچنین میزان آلاینده تولید شده به صورت هم زمان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مطالعه نسبت های مولی CO/CO2 و H2/H2O به عنوان یکی دیگر از عوامل موثر در انتخاب نقطه بهینه فرآیند در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی صحت نتایج، داده های حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی و مطالعه عددی پیشین، مقایسه شده و تطابق خوبی از مقایسه آن ها مشاهده شده است. نتایج به دست آمده از مطالعه حاضر نشان می دهد در نسبت هم ارزی0. 64 نرخ تولید اکسیدهای نیتروژن به نسبت راندمان گاز سرد با در نظر داشتن بیشینه تولید نسبت های مولی CO/CO2 و H2/H2O دارای مقدار بهینه بوده و این نقطه بهینه ترین نقطه تحت شرایط کاری فرآیند گازی سازی می باشد.

در این پژوهش، تشخیص گونه های احتراقی در شعله ی متان-هوا بر مبنای طیف سنجی تابشی شعله مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه ی تجربی روی یک دستگاه آزمون که مجهز به وسایل اندازه گیری جهت دریافت تابش شعله از مشعل سوراخ دار که یکی از متداول ترین مشعل ها در دیگ های چگالشی است، انجام شده است. گونه های احتراقی OH*، CH*، C2*، H2O* از روی نورتابی شیمیایی شناسایی شده اند. تغییرات شدت تابش گونه ی OH* که نقش مهمی در تعیین نرخ حرارت آزاد شده از شعله دارد، برای نسبت های هم ارزی مختلف Φ و به ازای توان های مختلف مشعل، به کمک طیف سنج اندازه گیری شد که بیشترین شدت را در محدوده 0. 77<Φ <0. 85 در تمامی مقادیر توان مشعل ارائه می دهد. به همین ترتیب شدت فرآورده اصلی احتراق H2O* بررسی شد که بیش ترین مقدار آن که معرف کامل ترین حالت واکنش احتراق است در Φ =0. 86حاصل شد. نتایج همان آزمون نشان داد که نسبت شدتOH*/CH* به صورت مستقل از توان مشعل به دست آمد که توسط سایر محققین نیز تایید شده است. به این ترتیب می توان با سنجش تابش شعله، نسبت هم ارزی آن را به دست آورد. از یک دماسنج مادون قرمز جهت اندازه گیری دمای سطح مشعل استفاده شد. دمای بیشینه سطح مشعل به کمک دماسنج لیزری و در محدوده ی 415oC تا 420oCبه ازای نسبت هم ارزی Φ =0. 82 در تمامی مقادیر توان مشعل به دست آمد که معرف بازدهی بهتر مشعل است. به دست آوردن نسبت هم ارزی مشعل، از روی تابش آن و امکان بهبود بازده مشعل از طریق ارزیابی شاخص های مرتبط با نرخ حرارت آزاد شده و دمای سرمشعل، اساس کار حاضر است.

امروزه موتورهای توربینی کاربرد بسیاری در صنعت حمل ونقل و تولید انرژی دارند. با توجه به استفاده از سوخت های فسیلی در این نوع موتورها که منجر به تولید اکسیدهای نیتروژن و کربن مونوکسید می شود، نگرانی های زیست محیطی در این حوزه افزایش یافته است. روش های مختلفی جهت کاهش انتشار آلاینده ها پیشنهاد شده است. یکی از این روش ها افزودن بخارآب یا آب به محفظه احتراق جهت کاهش دمای شعله است. افزودن بخار به روش های گوناگونی انجام می گیرد. در این پژوهش فرض شده است که بخار در دیفیوزر به جریان اضافه می شود و به صورت پیش آمیخته با هوا وارد محفظه احتراق می شود. افزودن بخار فرآیند احتراق در داخل محفظه احتراق را تحت تاثیر قرار می دهد. لذا، بایستی بخار افزوده شده در فرآیند طراحی محفظه احتراق در نظر گرفته شود. از همین رو مدلی برای طراحی مفهومی هندسه محفظه و مطالعه تاثیر افزودن بخار روی آن ارائه خواهد شد. به همین منظور از داده های یک محفظه احتراق موتور واقعی برای مقایسه نتایج حاصل از طراحی هندسه به کمک مدل و بررسی تاثیر افزون بخار روی هندسه محفظه استفاده خواهد شد. برای بررسی عملکرد محفظه احتراق از روش شبکه راکتورهای شیمیایی جهت مدل سازی احتراق استفاده خواهد شد. ابتدا به کمک این روش مدل سازی احتراق بدون افزون بخار برای یک محفظه احتراق متداول حلقوی صورت می گیرد و نتایج حاصل از این روش با داده های این محفظه حلقوی مقایسه، سپس تاثیر افزودن بخار بر عملکرد مورد بررسی قرار می گیرد. در این پژوهش نشان داده شد که افزودن بخار راه موثری برای کاهش دما شعله و انتشار آلاینده است.

الاستومرها دسته ای از مواد پلیمری با ویژگی های منحصر به فرد رفتاری هستند. الاستومرها دارای دونوع رفتار وابسته به زمان و مستقل از زمان هستند، رفتار مکانیکی این دسته از مواد پلیمری تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد. در این تحقیق اثر افزایش نانوذرات سیلیکا و نرخ بارگذاری در دو حالت شبه استاتیکی و دینامیکی بر روی رفتار کششی ماده الاستومری HDPE/POE مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا ماده الاستومری پایه با نسبت اختلاط 40% HDPE و 60% POE تولید شده و سپس با افزایش ذرات نانو سیلیکا، 4 نوع نمونه شامل 3 نوع نمونه تقویت شده 0. 7%، 1%و1. 4% و یک نوع نمونه HDPE/POE ساخته شد. نمونه ها در حالت کشش شبه استاتیکی تحت نرخ کرنش های1⁄ s 0. 04، 1⁄ s 0. 07، 1⁄ s0. 14 و1⁄ s 0. 17 قرار گرفتند و در حالت دینامیکی نیز با استفاده از فیکسچر کاملا جدید طراحی شده بر روی دستگاه ضربه سرعت پایین (ضربه افتان) به نمونه ها بار کششی با نرخ کرنش1⁄ s 160و 1⁄ s100 اعمال شده است. نتایج پژوهش نشان داده است در بارگذاری دینامیکی رفتار ماده الاستومری به شدت تابع نرخ کرنش است، افزایش نرخ کرنش سبب افزایش سطح تنش و نیروها در هر دو نوع بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی می شود. مقدار افزایش سطح نیروها در بارگذاری دینامیکی بسیار بیشتر از حالت استاتیکی است. همچنین مکانیزم جدید طراحی شده قابلیت دسترسی به داده های کششی دینامیکی مختلف را در دستگاه ضربه سرعت پایین فراهم می کند، از طرفی با افزایش درصد نانوسیلیکا استحکام کششی نمونه ها به طور محسوسی افزایش می یابد.

در این پژوهش، روش دیسک عملگر دوبعدی به صورت تقارن محوری با دقت قابل قبول و هزینه محاسباتی کم برای مطالعه جریان حول روتور توربین باد محور افقی و دنباله ی آن توسعه داده شده است. با استفاده از قابلیت UDF نرم افزار Fluent، کدی به زبان C برای اعمال ممنتوم مجازی به سیال نوشته شده و معادلات ناویر-استوکس با اضافه شدن عبارت نیروی حجمی به عنوان جمله چاه حل می شوند. اعتبارسنجی روش با داده های توربین باد مبنای 5MW NREL انجام شده و اثر متقابل دو توربین پشت سرهم در مزرعه بادی، روی عملکرد آیرودینامیکی یکدیگر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، حضور توربین بالادست موجب کاهش توان و تراست روتور پایین دست تا فاصله سه برابر قطر روتور، به ترتیب تا حدود %88 و %57 می شود. با افزایش فاصله ی توربین پایین دست از توربین بالادست تا حدود 170 برابر قطر روتور، توان و تراست شروع به بازیابی به سمت مقادیر توربین بالادست می کنند. نتایج توزیع توان در راستای شعاع پره نیز نشان می دهد برای روتور پایین دست در فواصل نزدیک به روتور بالادست، بخش میانی پره سهم بیشتری در تولید توان دارد. علاوه براین، اثر روتور پایین دست روی عملکرد توربین بالادست به ترتیب تا حدود 1. 5 و 0. 7 درصد کاهش توان و تراست است و با افزایش فاصله، این اثر ازبین می رود.

در سالهای اخیر استفاده از توربین گازی با راکتور مدولار هلیم (GT-MHR) که بر اساس چرخه برایتون بسته با سیال عامل هلیم کار می کند، به علت داشتن بازده زیاد، ایمنی بالای رآکتور، صرفه اقتصادی و هزینه تعمیر و نگهداری پایین، توجه محققان را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر سیستم ترکیبی شامل سیکل توربین گازی با راکتور مدولار هلیوم، سیکل کالینا و سیکل جذبی آب-آمونیاک از منظر انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از سیکل کالینا و سیکل جذبی به عنوان سیکل پایینی به منظور جلوگیری از هدر رفت انرژی اتلافی سیکل توربین گازی و افزایش بازده تبدیل انرژی می باشد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که در حالت ورودی پایه کار کلی kW 304462، بازگشت ناپذیری کلی 289766 kW و بازده اگزرژی کلی سیکل تولید همزمان 0. 689 می باشد. همچنین راکتور اتمی، توربین و کمپرسور سیکل هلیوم به عنوان اجزایی معرفی می شوند که باید بیشتر از سایر اجزا از منظر اگزرژی-اقتصادی مورد توجه قرار بگیرند چون بیشترین مقدار نرخ هزینه متعلق به این اجزا می باشد. در انتها نیز تحلیل پارامتری به منظور تاثیر تغییر نسبت فشار کمپرسور هلیومی، دمای ورودی توربین هلیومی، فشار و دمای ورودی توربین و کسر جرمی حالت پایه سیکل کالینا بر روی پارامترهای خروجی انجام می شود.

روش نیمه تحلیلی روشی است که از نظر محاسباتی کارایی بالایی دارد و به سادگی می توان آن را پیاده کرد به این دلیل اغلب ازین روش برای تحلیل حساسیت در مدل های المان محدود استفاده می شود. اما روش نیمه تحلیلی بدون عیب نیست خصوصا در مسائلی که حرکت صلب گونه جسم به صورت نسبی بزرگ است خطای شدیدی را به دنبال دارد. چنین خطاهایی ناشی از بردار نیروی کاذب ایجاد شده به وسیله ی مشتق گیری با روش تفاضل محدود است. در این مقاله روش نیمه تحلیلی نوینی بر پایه متغیرهای مختلط برای محاسبه حساسیت در مدل المان محدود غیرخطی پیشنهاد می شود. این روش، روش متغیرهای مختلط را با روش تحلیل حساسیت گسسته ترکیب کرده تا حساسیت و مشتقات مورد نیاز در طراحی را با دقت و کارایی بالا محاسبه کند. روش مذکور کارایی محاسباتی روش نیمه تحلیلی را با دقت بالاتر حفظ می کند. به علاوه این روش نسبت به انتخاب اندازه گام حساس نیست، خصوصیتی که استفاده از آن را در مسائل کاربردی راحت می کند. از این روش می توان در مدل های المان محدود غیرخطی تنها با اصلاح جزئی در کدهای المان محدود موجود استفاده کرد. در این مقاله نویسندگان اثبات می کنند که تحلیل حساسیت گسسته و روش متغیرهای مختلط معادل هم بوده و یک معادله حساسیت را حل می کنند. سرانجام با چندین مثال عددی دقت روش مذکور با مقایسه با دیگر روش ها بررسی می شود و نشان داده می شود که این روش قابل اعتماد و مستقل از اندازه گام می باشد.

با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به دسترسی به منابع انرژی وجود خطوط لوله مانند خطوط لوله گاز، نفت و آب بسیار حیاتی است. این لوله ها با گذر زمان دچار فرسایش و آسیب می شوند. با کنترل و پایش مسیر های خطوط لوله، احتمال ورود خسارات ناگهانی تا حد بسیار زیادی کاهش می یابد. فرآیند پیگ رانی یکی از موثرترین روش ها در پایش و کنترل ابعادی و هندسی مسیرهای خطوط لوله انتقال انرژی است. در این مقاله، الگوریتم جدیدی جهت اندازه گیری هندسه داخلی لوله های صنعتی در فرآیند پیگ رانی بر مبنای استفاده از سنسورهای لیزری ارایه می گردد. مطابق با الگوریتم پیشنهادی، اندازه گیری ابعادی و هندسی لوله ها با دقت بالایی انجام و سپس با تحلیل داده های حاصل از نمونه برداری لیرزی-تصویری از هندسه سطح داخلی لوله مدل دقیقی از آن ایجاد و عیوب موجود در سطح داخل لوله شناسایی می گردد. به منظور نمایش توانایی الگوریتم پیشنهادی، یک لوله دارای عیب هندسی مشخص بر اساس الگوریتم ارائه شده مورد بررسی و بازرسی قرار می گیرد و نتایج حاصل مورد مقایسه و بحث قرار می گیرد.

امروزه سکوهای موقعیت دهنده با دقت نانو از جایگاه خاصی برخوردار بوده و در کاربردهای مختلفی مانند عکس برداری و برداشت از سطح، استفاده می شوند. در این مقاله، مشاهده گرهایی برای یک سکوی موقعیت دهنده با دقت نانو، بر پایه ی سه نوع شبکه عصبی مختلف، طراحی شده اند. سکوی مدل سازی شده در دانشگاه صنعتی شریف طراحی شده و با توجه به نیاز نهایی سیستم به سیگنال پس خورد برای استفاده در قانون کنترلی، در این مرحله مشاهده گرهایی بر پایه ی شبکه عصبی طراحی شده اند. در پژوهش های قبلی، مدل کامسول سیستم موقعیت دهنده به دست آمده است. در این مرحله، برای آموزش شبکه عصبی از مدل کامسول استفاده کرده و به ازای جمع تعدادی از توابع سینوسی، سیستم آموزش داده شده و در ادامه به ازای ورودی شیب، قابلیت تعمیم پذیری آن بررسی شده است. شبکه های عصبی مورد استفاده، به ترتیب شامل شبکه پرسپترون چند لایه، شبکه مبتنی بر توابع شعاعی و شبکه مبتنی بر رگرسیون بردارهای پشتیبان می باشد. با انجام شبیه سازی، دیده شده که شبکه پرسپترون چند لایه و شبکه مبتنی بر توابع شعاعی به پاسخ مناسبی با خطای کم منجر شده اما شبکه مبتنی بر رگرسیون توابع پشتیبان خطای نسبتا زیادی دارد.

به منظور تعیین پارامترهای شکست بتن خودتراکم سبک دو روش مختلف اثر اندازه و کار شکست مورد استفاده قرار گرفت. برای لحاظ نمودن رفتار بتن در مقاومت های متفاوت، دو طرح اختلاط با نسبت های آب به سیمان 0. 42 و0. 47 در نظر گرفته شد. در ابتدا خصوصیات روانی بتن مورد بررسی قرار گرفت و بعد از اطمینان از خودتراکم بودن آن ها خصوصیات مکانیکی بتن سخت شده تعیین گردید. سپس با بهر گیری از دو روش فوق و با انجام آزمایش خمش سه محوری بر روی 30 تیر با ابعاد مختلف، پارامترهای شکست بتن و بازشدگی نوک ترک محاسبه شدند. نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت آب به سیمان از 0. 42 به 0. 47، انرژی های شکست اولیه، کل و چغرمگی شکست بتن خودتراکم سبک به ترتیب 39. 4%، 33. 4% و 25. 3% کاهش می یابند. به این ترتیب ضمن مشخص شدن تاثیر مثبت کاهش نسبت آب به سیمان بر پارامترهای شکست این نوع بتن، دلایل تغییر رفتار بتن هم بررسی شد. همچنین چند رابطه تجربی ارائه گردید که با استفاده از آن ها می توان تنها با محاسبه مقاومت فشاری بتن انرژی شکست اولیه، انرژی کل، نسبت انرژی ها به یکدیگر و چغرمگی شکست بتن را تعیین نمود. سپس با بهره گیری از پارامترهای شکست، خصوصیات مکانیکی بتن و به کمک روش المان محدود توسعه یافته به مدل سازی معکوس پرداخته شد. نتایج بیانگر دقت بالای روش المان محدود توسعه یافته در حل عددی مسائل شکست و نیز کارآئی پارامترهای محاسبه شده برای تعیین رفتار بتن های خودتراکم سبک در هنگام گسترش ترک می باشد.

چدلایه های کامپوزیتی فنولیک-شیشه از مقاومت به تورق پایینی برخوردار هستند و یکی از روش های بهبود این خاصیت، چقرمه سازی زمینه با استفاده از میان لایه های پلیمری در آن ها است. در تحقیق حاضر، از پلی وینیل بوتیرال (PVB) با فرآیند الکتروریسی نانو وب هایی با ابعاد لیف 300 تا 600 نانومتر تهیه شد و بصورت یک نمد در ابعاد نانو در لایه میانی یک کامپوزیت 14 لایه از رزین فنولیک تقویت شده با الیاف شیشه قرار داده شد. همچنین، نانو وب هایی از همین ماده ولی تقویت شده با کربن پیرولیکتیکی (Pyc) و نانو لوله کربنی (MWCNT) چند لایه تهیه شد و آزمون های چقرمگی شکست مود اول و دوم مطابق آزمون های استاندارد مربوطه انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از میان لایه های الکتروریسی شده PVB چقرمگی شکست در مود های اول و دوم را به ترتیب حدود % 13. 6 و %13. 8افزایش می دهد. همچنین ترکیب ساختار های کربنی اثر بهتری روی چقرمگی شکست نمونه ها دارد. در نمونه های ترکیبی حاوی ساختارهای کربنی، نانولوله ها تاثیر بیشتری روی چقرمگی شکست در مود اول داشتند و در حالت بهینه مقدار GI حدود % 49افزایش یافت. همچنین در مود دوم کربن پیرولیتیکی ها اثر بهتری روی GII داشته و در حالت بهینه این مقدار حدود % 38 افزایش یافت. مطالعات مورفولوژیکی انجام شده با میکروسکوپ SEM نشان داد که انحراف ترک، مکانیسم غالب درچقرمه شده ماتریس است که منجر به تاخیر در شروع شکست و افزایش طول ترک می شود و در نتیجه چقرمگی شکست چند لایه ها افزایش می یابد.

سوراخکاری با استفاده از لیزر از جمله روش های نوین سوراخکاری است که مزایای بسیار آن، کاربرد این فرآیند را گسترش داده است. تحقیق حاضر به بررسی تجربی فرآیند سوراخکاری ضربه ای با استفاده از لیزر یاقوت بر روی آلیاژ Ti6Al4V با ضخامت های مختلف که پرکاربردترین آلیاژ تیتانیوم است می پردازد. در این مقاله اثر پارامترهای ورودی توان بیشینه، عرض پالس، فرکانس، نوع گاز کمکی، فشار گاز و ضخامت نمونه بر روی مهم ترین خروجی های هندسی سوراخ شامل قطر ورودی، قطر خروجی، زاویه مخروطی، میزان دایروی بودن ورودی و میزان دایروی بودن خروجی سوراخ مورد مطالعه قرار گرفته است. بر روی داده های حاصل از آزمایش، تحلیل های آماری انجام شده و پارامترهای موثر در هر خروجی ارائه گردیده است. برای انجام آزمایشات از روش "طراحی آزمایش ها" و برای مدل سازی از روش "رویه پاسخ" استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان می دهند که ضخامت ورق در تمام خروجی ها موثر است. پس از ضخامت، به ترتیب فرکانس و عرض پالس، توان بیشینه و نوع گاز کمکی مهم ترین پارامترهای موثر در خروجی های فرآیند می باشند. فشار گاز کمکی فقط در میزان دایروی بودن ورودی سوراخ موثر می باشد. در این آلیاژ برای دستیابی به سوراخی با ظرافت بالا توصیه می شود توان بیشینه، فرکانس و عرض پالس در سطح پایین و فشار گاز کمکی در سطح بالا قرار گیرد همچنین از گاز نیتروژن به عنوان گاز کمکی استفاده گردد.

آنچه که در این تحقیق بیشتر مورد توجه قرار گرفته نحوه مدلسازی محل اتصال در ورقه ای دو لایه به منظور تعیین نمودار حد شکل دهی است. در این تحقیق از ورق دولایه ای استفاده شده که متشکل از یک لایه فولاد به ضخامت 1. 35 میلیمتر و یک لایه مس به ضخامت 0. 45 میلیمتر است. ورق دولایه به کار رفته در تحقیق حاضر به روش جوش انفجاری ساخته شده است. به منظور تعیین نمودار حد شکل دهی از روش عددی با به کارگیری نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. در این رابطه تست های ناکازیما شبیه سازی شدند. معیار استفاده شده برای تعیین پارگی در لایه های فولادی و مسی مدل GTN بود، همچنین قانون کشش جدایش برای تعیین خرابی در محل اتصال ورقها به کار برده شد. برای مدلسازی لایه میانی از المان های چسبنده استفاده شد. به منظور صحه گذاری بر نتایج به دست آمده به انجام آزمایش تجربی ناکازیما پرداخته گردید. تمامی شبیه سازی ها و کارهای تجربی برای هر دو حالت قرارگیری ورقها به صورت پشت و رو انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که نمودارهای حد شکل دهی به دست آمده با استفاده از روش مدلسازی یادشده مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارند.

در این مقاله از یک مدل پخش موج تغییریافته گودونو برای مدل سازی سقوط جریان آزاد آب بروی سطح خشک استفاده می گردد. مدل موردنظر یک مدل خوش توازن بوده و قادر به رفتار کردن مولفه های منبع جریان ورودی/خروجی به بستر و هم چنین مولفه های اصطکاک در داخل تفاوت شارهای مجاور روش حجم محدود می باشد. علاوه بر این، روش موردنظر از نوعی سرعت تقریبی جدید ریمان برای پخشیدگی بر روی سطح خشک استفاده می نماید. در ابتدا جریان ورودی از کف به مخزن به صورت جت آزاد مورد بررسی قرار می گیرد. سپس ورود جریان آب به حالت سقوط آزاد و از وسط و دو کناره مخزن بر روی سطح خشک شبیه سازی می گردد. جهت مشخص نمودن اعتبار مدل عددی ارائه شده برای فشارهای غیرهیدرواستاتیک، از یک عدد بدون بعد بر اساس سرعت ورودی، طول دهانه و ارتفاع سقوط استفاده گردیده است. نتایج حاصله از روش عددی معرفی شده با نتایج حاصله از نرم افزار استار سی دی که یک نرم افزار تجاری حل معادلات ناویر-استوکس است، مقایسه گردیده است. نتایج عددی نشان می دهد که الگوی عددی شار موج معرفی شده با مولفه های تقریبی جدید سرعت، قادر به شبیه سازی سقوط برای سطح خشک برای محدوده معرفی شده عدد بی بعد می باشد.

در این مقاله یک مدل خطی مناسب برای بررسی رفتار ارتعاشی خطوط لوله با تکیه گاه های ساده که تحت عملیات پیگ رانی قرار دارد، ارائه و تحلیل شده است. در این فرایند پیگ (به عنوان جرم ثابت فنربندی شده ی متحرک) که توسط سیال محرک مایع (به منزله جرم متغیر متحرک داخلی) حرکت می کند، در نظر گرفته شده است. با استفاده از اصل همیلتون و لحاظ نمودن معادلات ممنتم و پیوستگی سیال و نیز استفاده از یک مدل ارتعاشی برای پیگ، معادلات حاکم استخراج شده، و سپس با استفاده روش گالرکین در المان محدود، معادلات ارتعاشی سیستم (لوله، سیال و پیگ) گسسته سازی و حل شده اند. با استخراج پارامتر های مودال سیستم خط لوله، تغییرات آن ها حین عبور پیگ در حالت گذرا و در طی بازه های زمانی متوالی، با دبی های مختلف سیال محرک، مورد بررسی قرار گرفته است. جهت صحه گذاری، از یک مدل تجربی شامل لوله ای به قطر 3 اینچ و با طول 2. 5 متر و یک عدد پیگ ساده با دیسک های لاستیکی به همراه پمپ و شیر توپی، استفاده شده است. با جمع آوری سیگنال های ارتعاشی از بدنه لوله حین فرایند پیگ رانی و استفاده از آنالیز مودال، ارتباط مناسبی بین داده های تجربی و داده های تحلیلی حاصل از مدل تئوری بدست آمده و تغییرات فرکانس های طبیعی سیستم، برحسب سرعت و موقعیت پیگ با هر دو روش تحلیلی و تجربی بدست آمده است. همچنین جابجایی نقطه میانی لوله در اثر فرایند پیگ رانی به صورت تحلیلی و با استفاده از مدل تئوری پیشنهاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است.

حجم پایگاه داده و کمینه ستاره های قابل مشاهده در میدان دید حس گر ستاره دو پارامتر مهم، تاثیرگذار و در عین حال متناقض می باشند که می بایست در طراحی مورد توجه قرار گیرند. در این راستا هدف از این مقاله یکنواخت سازی پایگاه داده با استفاده از توزیع یکنواخت نقاط بر روی کره سماوی و به روش مثلث بندی است. برای این منظور انتخاب کاتالوگ ستاره مناسب، قدر کمینه مطلوب و حذف ستاره های دوبل ازجمله سایر مراحل فرآیند یکنواخت سازی می باشد که در این تحقیق انجام شده است. بدین ترتیب نتایج بررسی های انجام گرفته نشان داد که مثلث بندی دلونی به روش استریپک سریع تر و دقیق تر از روش شبکه ژئودزیک است. همچنین با انجام شبیه سازی و اجرای تست های مونت کارلو جهت شمارش تعداد ستاره های مشاهده شده در میدان دید های مختلف یک حس گر ستاره نوعی، مشخص گردید یکنواخت سازی به روش مثلث بندی دلونی منجر به کاهش چشمگیر احتمال مشاهده تراکم زیاد ستاره های کاتالوگ در میدان دید حس گر می گردد به گونه ای که احتمال مشاهده بیش از 25 ستاره در تمامی میدان های دید ممکن به صفر رسیده است. از سویی دیگر برای مشاهده 4 و یا بیشتر از 4 ستاره در سطح اطمینان بیشتر از 95%، در کاتالوگ غیریکنواخت نیاز به میدان دید حداقل 12. 5 درجه می باشد. این در حالی است که در پایگاه داده یکنواخت شده این میدان دید به اندکی بیش از 13 درجه افزایش یافته است؛ به عبارت دیگر یکنواخت سازی تا حدودی کمینه میدان دید لازم جهت مشاهده حداقل تعداد ستاره مورد نیاز را افزایش داده است.

یک مدل شبکه بولتزمن دوفازی قدرتمند با قابلیت مدلسازی نسبت چگالی بالا برای شبیه سازی برخورد حباب به مانع متخلخل به کار گرفته شده است که می تواند جریان دوفازی مخلوط نشدنی با نسبت چگالی 1000 را با بقای جرم بسیار مطلوب شبیه سازی کند. در این مقاله با مدلسازی مانع در دامنه حل جریان دوفازی، نحوه تغییرات توابع توزیع در دیواره ها و گوشه های مانع بیان شده، نحوه اعمال شرط مرزی ترشوندگی سطح بر روی مانع تشریح گردیده و نشان داده شده است که با وجود اعمال شرط مرزی مربوط به مانع نیز بقای جرم مدل به شکل مطلوبی حفظ می شود. پس از ارزیابی دقت و قابلیت مدل و صحت پیاده سازی آن ابتدا با چند مساله پایه، برخورد یک حباب بالارونده با نسبت چگالی 1000 به یک مانع متخلخل مسطح شبیه سازی شده و تاثیر زاویه تماس، عدد اتوس و نسبت تخلخل و در تغییر شکل و نحوه عبور یا عدم عبور حباب از مانع به صورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفته است. در برخورد حباب به مانع متخلخل با نسبت تخلخل پایین، در صورتی که زاویه تماس کم باشد حباب در زیر مانع باقی مانده و به سکون می رسد. در زوایای تماس بالا، خاصیت آب گریزی سطح مانع، حباب را به داخل تخلخل ها می کشد و حباب به سطح بالای مانع منتقل می شود و بر روی سطح مانع به سکون می رسد. در سایر موارد حباب به طور کامل از مانع عبور می کند و از آن جدا می شود. خطای بقای جرم در عبور حباب از مانع متخلخل از مرتبه 11-10 است که بسیار مطلوب ارزیابی می شود.

امروزه استفاده از واقعیت مجازی در آموزش جراحی به دلیل کم خطر بودن، تکرارپذیری، هزینه ی کم و قابلیت های دیگر مورد توجه قرار گرفته است. روش های مختلف ارائه شده برای جراحی مجازی سعی در واقعی و در عین حال بلادرنگ بودن آن دارند. در این مقاله روشی جدید برای مدل سازی بافت نرم با استفاده از تلفیق شبکه عصبی سلولی و معادلات الاستیک و ویسکوالاستیک بافت نرم معرفی می گردد. به علاوه یک سیستم شبیه ساز هپتیکی برای مدل سازی ویسکوالاستیک تغییر شکل بافت نرم ارائه می شود. مدل ویسکوالاستیک بافت نرم با استفاده از معادلات ناویر کوشی و مدل کلوین – ویت ساخته شده است. با استفاده از شبکه ی عصبی سلولی، جابه جایی ایجاد شده در یک نقطه توسط نیروی خارجی، در کل بافت منتشر می شود. از آن جایی که این روش نیاز به مش بندی مکعبی دارد، الگوریتم مش بندی جدیدی طراحی شده و به صورت برون خط اجرا می شود. همچنین الگوریتم تشخیص برخورد برای تعیین برخورد ابزار با سلول و شناسایی سلول هدف، همراه با الگوریتم اصلی اجرا می شود. علاوه بر موارد ذکر شده، بازخورد نیرو با استفاده از مدل نیروی فراهم شده توسط شبکه عصبی سلولی و واسط هپتیکی، به کاربر منتقل می شود. الگوریتم پیشنهادی بر روی کبد به صورت سه بعدی و به صورت برخط پیاده سازی می شود.

هدف از کار حاضر، ارائه یک مدل در روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی سه بعدی جریان غیرهم دما با سیال عامل رقیق گازی است. مدل مطالعاتی یک میکروکانال با مقطع مربع است که در دو انتهای کانال، اختلاف ولتاژ DC و روی دو دیواره جانبی میکروکانال (روبروی هم)، میدان مغناطیسی توسط آهنربا اعمال شده است. الکترودها روی دو دیواره دیگر تعبیه شده و فرض جریان پایدار و سیال تراکم پذیر برقرار است و رفتار سیال در محدوده لغزشی (Kn=0. 1) و گذرا (Kn=0. 15) با هم مقایسه شده است. سیال نیوتنی و رسانای الکتریکی و مغناطیسی است. در دیواره، سرعت لغزشی و پرش دما لحاظ شده و اثر ضخامت لایه دوگانه الکتریکی و عدد هارتمن مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل غیرهم دما بودن فرآیند، معادله انرژی با میدان سرعت و مغناطیس همزمان حل شده و اثرات نیروهای برهم کنش لورنتس، الکتریکی و گرمایش الکتریکی به صورت عبارت مجزا در معادله شبکه بولتزمن وارد شده است. نتایج نشان داد که اثر متقابل میدان الکتریکی محوری و میدان مغناطیسی عرضی، منجر به ماهیت سه بعدی جریان و اختلاط در حین پمپاژ می شود. سرعت لغزشی و پرش دما روی دیواره، نقش مهمی را در شکل گیری گردابه درون جریان سیال ایفا می کند و توزیع دما در عرض کانال از حالت متقارن خارج می شود. افت دبی ناشی از افزایش رقت سیال و انحراف فشار از حالت خطی در عرض و طول کانال به دلیل تراکم پذیری مشاهده شده است.

در این مقاله یک روش کنترل مدل پیشبین فازی جدید به منظور کنترل سیستم بویلر توربین به عنوان یک سیستم غیرخطی نامعین ارائه میگردد. در روش پیشنهادی جهت غلبه بر عواملی که به علت عدم دقت مدل سیستم میتوانند منجر به بروز خطای ماندگار یا بایاس در روش کنترل پیشبین گردند از سیستم فازی استفاده شده است. در این راستا با توجه به مدل تکه ای خطی سیستم و در نظر گرفتن محدودیتهای موجود در حالتهای سیستم و سیگنال کنترلی، یک کنترل کننده پیشبین با هدف بهینه سازی تابع هزینه مقید طراحی میشود. در طرح کنترلی ارائه شده از یک ناظر فازی نوع 2 برای تعیین سیگنال ورودی مرجع با توجه به شرایط سیستم استفاده میشود. در این مطالعه نشان داده می شود که به کارگیری سیستمهای فازی نوع 2 در روش کنترل پیشبین به جای سیستمهای فازی نوع 1 منجر به نتایج رضایت بخشی میگردد. روش پیشنهادی به مدل غیرخطی سیستم بویلر توربین اعمال شود و نتایج حاصل از شبیه سازی، موثر بودن این روش در مقایسه با روش های کنترل پیشبین فازی موجود را به ویژه در شرایطی نشان میدهد که وجود نامعینی در مدل وجود دارد.