مهندسی مکانیک مدرس
سال:1398 | دوره:19 | شماره:11 |تعداد مقالات:27

در این مقاله مدلی ساده، انجام پذیر و پرکاربرد برای شناگر آکوستیکی خود تحریک کروی شکل که قسمتی از سطح آن می تواند در حالت دوقطبی (مد اول ارتعاشی) نوسان کند، توسعه داده شده است. با توجه به اثرات آکوستیک غیرخطی، برآیند نیروی ارتعاشی آکوستیکی که روی جسم اعمال می شود به صورت تحلیلی به دست آمده و غیرصفربودن آن نیز تایید شده است. با درنظرگرفتن اثرات هیدرودینامیکی در شرایط کاری رینولدز پایین، تاثیر زاویه قسمت فعال و فرکانس کاری روی نیرو، سرعت و توان مورد نیاز شناگر مورد بحث قرار گرفته است. نشان داده شده است که سرعت حرکت شناگر توسعه یافته در مقایسه با انواع شناگرهای مصنوعی یا طبیعی راضی کننده است. چالش هایی نظیر پدیده حرکت تصادفی به دلیل وجود نویزهای اتفاقی در محیط میزبان مورد بحث قرار گرفته شده است و نشان داده شده که مدل پیشنهادی می تواند به پدیده شایع حرکت براونی غلبه کند. به دلیل ساده بودن مدل پیشنهادی که منجر به محاسبه تحلیلی ویژگی های شناگر (نظیر نیرو، سرعت و غیره) شده است، این پژوهش می تواند برای توسعه جابه جایی های دقیق بدون تماس اجسام، سیستم های توزیع و حمل دارو، تکنولوژی به دام انداختن حامل های اکتیو و دستگاه های قابل کنترل خود تحریک که در بسیاری از زمینه های مهندسی و پزشکی، حائز اهمیت هستند مورد توجه قرار گیرد.

در این مقاله رفتار دینامیکی عملگر خمشی الاستومر دی الکتریک یا همان سازه مینیمم انرژی دی الکتریک مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر خاصیت ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک بر پاسخ سیستم بررسی می شود. ابتدا با استفاده از روش اویلر-لاگرانژ و با درنظرگرفتن خواص هایپرالاستیسیته و ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک، معادله حرکت عملگر استخراج می شود، سپس با خطی سازی این معادله حول نقطه تعادل، فرکانس طبیعی سیستم استخراج شده و اثر پیش کشش فیلم دی الکتریک و ولتاژ تحریک بر این فرکانس مطالعه می شود. با استفاده از حل عددی معادله حرکت غیرخطی، نشان داده می شود که عملگر علاوه بر رزونانس هارمونیک دارای رزونانس سوپرهارمونیک و ساب هارمونیک نیز هست. با افزایش ضریب میرایی فیلم دی الکتریک، فرکانس های رزونانس افزایش یافته و دامنه ارتعاشات کاهش می یابد. نتایج تحلیلی همچنین نشان دهنده این واقعیت است که با افزایش ضریب میرایی، ارتعاشات رزونانس هارمونیک از مود آشوبناک به شبه متناوب و سپس متناوب تغییر می کند.

در این پژوهش، با استفاده از شبیه سازی عددی، به بررسی تاثیر هم پوشانی داخلی بر عملکرد توربین بادی محور عمودی دوپره ساونیوس پرداخته می شود. روتور درنظرگرفته شده دردو نوع متعارف و باخ است. به این منظور مشخصه های توان توربین بادی در محدوده نسبت سرعت نوک پره از 0/2 تا 1/2 و سرعت باد 3، 5 و 7متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی مشخصه های آشفتگی، مدل SST k-ω مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج به دست آمده با داده های موجود در ادبیات فن اعتبارسنجی شده اند. رفتار لحظه ای جریان و داده های متوسط زمانی برای دو روتور مورد نظر یعنی نوع متعارف و نوع باخ ارائه شده اند. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان می دهد که به ازای کلیه مقادیر سرعت نوک پره و سرعت باد، مقدار بهینه هم پوشانی به ترتیب برای روتورهای نوع متعارف و نوع باخ برابر 0/2 و 0/1 است. از طرفی، حداکثر ضریب توان روتور متعارف و باخ، بدون توجه به مقدار سرعت باد و نسبت هم پوشانی، به ترتیب در نسبت سرعت نوک پره 0/8 و 0/7 حاصل می شود. نهایتا، مشخص شد که به ازای هر مقدار نسبت سرعت نوک پره و نسبت هم پوشانی در هر دونوع روتور، مقدار ضریب توان با افزایش سرعت باد افزایش می یابد.

یکی از کاربردهای مهم و گسترده انرژی خورشیدی استفاده در خشک کن های خورشیدی برای محصولات کشاورزی برای نگه داری طولانی مدت آنها است. این خشک کن ها با عبور جریان طبیعی یا اجباری همرفت هوای گرم بین محصولات عمل می کنند و وابستگی مستقیمی به شدت تابش دریافتی خورشید توسط کلکتور دارند که این مساله باعث ایجاد اختلال در فرآیند خشک کردن در صورت عدم وجود منبع انرژی حرارتی در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست می شود. به منظور حل این مشکل از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی استفاده می شود. موادی که ظرفیت جذب انرژی گرمایی (مرحله شارژ) را داشته باشند و در صورت نیاز زمان هایی که شدت تابش خورشید کم بوده یا در طول شب انرژی جذب شده را آزاد کنند (مرحله دشارژ) و موجب تامین انرژی گرمایی لازم در ساعاتی که خورشید در دسترس نیست شده و افزایش مدت زمان استفاده از خشک کن بشوند. در این پژوهش با طراحی و ساخت خشک کن سینی دار خورشیدی غیرمستقیم مجهز به کلکتور لوله خلا (هیت پایپ) و با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PMC) برای ذخیره انرژی حرارتی، بررسی های آزمایشگاهی صورت گرفته است. اثر پارامترهای دماهای ورودی و خروجی کلکتور، محفظه خشک کن و محیط، رطوبت داخل محفظه خشک کن و رطوبت محیط، شدت تابش خورشیدی بر فرآیند خشک کردن برای دوحالت، با استفاده از مواد PMC و بدون استفاده از PMC و در سرعت های مختلف جریان جابجایی اجباری بررسی و مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که اثر جریان جابجایی بر سرعت بخشیدن به فرآیند خشک کردن بیش از اثر استفاده از مواد ذخیره کننده بوده است.

علیرغم آن که ربات های کابلی در دهه های اخیر توسعه زیادی پیدا کرده اند اما به لحاظ ساده نبودن فرآیند نصب و راه اندازی آنها کاربرد چندانی پیدا نکرده اند. موضوع اصلی این پژوهش ارائه روش کنترلی مناسبی است که امکان استفاده از ربات کابلی معلق را بدون نیاز به دقت زیاد در فرآیند نصب پدید آورد. توجه به حضور نامعینی های سینماتیکی و دینامیکی در این ربات و ارائه کنترل کننده ای مقاوم با توجه به کران نامعینی ها، از جمله اهداف پژوهشی این مقاله به شمار می آید. نوآوری اصلی این مقاله ارائه روش کنترلی جدیدی است که با اعمال آن، بدون استفاده از تجهیزات دقیق و گران اندازه گیری نظیر دوربین، بتوان موقعیت مجری نهایی را به گونه ای مطلوب کنترل کرد. چنین رویکردی، هدف اصلی ساخت ربات آسان یعنی کاهش هزینه ها در ساخت ربات و افزایش سرعت در نصب و کالیبراسیون را محقق می سازد. علیرغم مزایای فراوان استفاده از ساختارهای کنترلی در فضای مفصلی به منظور کنترل ربات های صلب، اغلب در ربات های کابلی به دلیل پدیده شل کابل ها از این ساختارهای کنترلی استفاده نمی شود. در این مقاله سعی شده است با تصحیح الگوریتم های کنترلی در فضای مفصلی و بهره گیری همزمان از حسگرهای نیرو، این الگوریتم ها به منظور استفاده در ربات های کابلی توسعه داده شود. در نهایت، در این مقاله الگوریتم های پیشنهادی روی ربات کابلی معلق ارس مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و نشان داده خواهد شد که پاسخ های در دسترس برای پایداری ربات وجود خواهد داشت.

روش نقطه مادی، روش عددی توانمند برای مدل کردن تغییر شکل های بزرگ و اثر متقابل بین فازهای مختلف ماده است. این روش ترکیبی از مزایای روش های اویلری و لاگرانژی است در حالی که از معایب آنها اجتناب می کند. در این روش جسم با ذراتی که همه خواص فیزیکی از جمله جرم، مومنتوم، تنش و کرنش را داراست، مدل می شود. شبکه مش پس زمینه برای حل معادلات مومنتوم به کار گرفته می شود. در مرحله اول اطلاعات از ذرات به گره ها نگاشته می شود. در مرحله دوم معادلات مومنتوم برای گره ها حل می شود سپس گره های به روزشده به ذرات برای به روزکردن موقعیت و سرعت آنها نگاشته می شود. در مرحله سوم، شبکه دور ریخته شده و شبکه جدید ایجاد می شود. در شبیه سازی عددی جریان های دانه ای، تغییر شکل های بزرگ و اندر کنش های بین مرزهای جریان دانه ای و بناها منجر به پیچیدگی در رفتارهای ساختاری ماده و در نتیجه پیچیده شدن شبیه سازی ها می شود. از بین تکنیک های عددی مختلف، روش نقطه مادی روشی مناسب برای شبیه سازی اینگونه مسائل است. در این تحقیق فروریزش ستون استوانه ای از مواد دانه ای روی دیواره صلب در دو بعد با روش نقطه مادی شبیه سازی شده و پروفیل سطح و جابجایی جبهه پیشروی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتیجه ها دیده می شود. نتایج نشان می دهد که نسبت ستون اولیه نقش مهمی در گسترش توده دانه ای ایفا می کند.

در این مقاله، طراحی یک الگوریتم کنترلری دینامیک مبنا برای تولید فرآیند گام برداری پایدار در یک ربات 4پای 6لینکی ارائه شده است. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه کنترل و حرکت ربات های 4پا انجام گرفته است ولی اکثر کارهای انجام شده بر مبنای مدل سازی دقیق ربات و محیط آن صورت گرفته است. چنین روش هایی به علت تطبیقی نبودنشان توانایی خود را با تغییر محیط از دست می دهند. این در حالی است که ویژگی اصلی حرکت مهره داران، تطبیقی بودن حرکات آنها است. لذا استخراج یک الگوریتم کنترلی که صرفا بر مبنای دینامیک ربات باشد حائز اهمیت است. الگوریتم های کنترلی که بتوانند تضمین پایداری کنند به 2 نوع کلی دینامیک مبنا و تراژکتوری مبنا تقسیم می شوند. در این بین الگوریتم های تراژکتوری مبنا نیاز به داشتن اطلاعات دقیقی از گیت دارند که لزوما در دسترس نیست. اما الگوریتم های دینامیک مبنا از یک سری قیود حرکتی برای رسیدن به یک کنترلر پایدارساز استفاده می کنند که این قیود خود گیت حرکتی مناسب را ایجاد می نمایند. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم کنترلی دینامیک مبنا، یک کنترلر برای پایدارسازی و تولید گیت ترات و پیس در یک مسیر مستقیم و مسطح برای حرکت یک ربات 4پا ارائه شده است. با توجه به اینکه ربات 4پای مورد نظر دارای 4 درجه آزادی است لذا از 3 قید هندسی برای تامین حرکت ریتمیک استفاده شده است. در این مقاله پایداری فرآیند گام برداری ربات 4پا، با استفاده از نگاشت بازگشتی پوانکاره اثبات شده است.

پدیده سایش در خطوط لوله و تجهیزات انتقال سیال به همراه ناخالصی ها در بخش های نفت و گاز و دیگر فرآیندهای صنعتی از مهم ترین مشکلاتی است که صنایع نفت، گاز و پتروشیمی با آنها روبه رو هستند. تعمیر و اصلاح این تجهیزات هزینه زیادی را به خود اختصاص داده و به عنوان یکی از آسیب ها و چالش های مهم در صنایع مطرح اس سایش در اثر ضربه ذرات جامد همراه با گاز و مایع یا در اثر برخورد قطرات مایع به دیواره داخلی مجرای عبوری سیال ایجاد می شود. در این پژوهش عوامل تاثیرگذار بر نرخ سرعت سایش پره همانند سرعت دوران پروانه کمپرسور، اندازه ذرات داخل گاز متان، غلظت ذرات در ترکیب ها مورد بررسی قرار گرفته است. برای به دست آوردن و تحلیل میزان و نرخ سایش پره ها، قطعاتی از جنس پروانه کمپرسور تخریب شده تهیه و به عنوان نمونه مطابق با شرایط عملیاتی و بهره برداری و انتقال گاز استفاده شده است. طی مراحل مختلف آزمایش، میزان نرخ سایش با شرایط متفاوت در محلول و ترکیبات ذرات جامد اندازه گیری شده استبر طبق نتایج حاصله سرعت بالای گردش کمپرسورهای گریز از مرکز پارامتری مهم در افزایش راندمان است که برایی حصول این پارامتر باید خواص مکانیکی و متالورژیکی کمپرسورها دارای کیفیت مناسبی باشند. همچنین با اقزایش غلظت ذرات، سایش با توجه به رابطه سهمی شکل افزایش می یابد. نتایج به دست آمده با استانداردهای موجود و تئوری های ارائه شده مورد تحلیل و بررسی قرار داده شده و راهکارهایی برای کاهش تخریب در اثر سایش پره کمپرسورهای گریز از مرکز ارائه شده است.

هدف از این تحقیق، بررسی تجربی اثر نشست نانوذرات روی سطح جوشش در حضور میکروکانال های تغذیه کننده، بر مشخصه های انتقال حرارت جوشش استخری می باشد. در این مطالعه تجربی، از سطوح جوشش مسی شامل سطح دایروی صیقلی و میکروکانال های مستطیلی و ذوزنقه ای استفاده شده است. میکروکانال ها شامل کانال های فرعی تغذیه کننده عمود بر کانال اصلی می باشند که باعث افزایش سطح جوشش و تفکیک مسیر سیال سرد پایین رونده و حباب های داغ بالارونده می شوند. آزمایشات جوشش هسته ای روی سطوح میکروکانال شده، در حضور نانو سیال هیبریدی شامل 70درصد اکسید تیتانیوم و 30درصد نانولوله کربنی چند جداره اصلاح شده با پایه OH و در غلظت های حجمی 0/1 و 0/5درصد، با سیال پایه آب یون زدایی شده انجام گرفته اند. نتایج آزمایشات جوشش نانو سیالات روی هر دو سطح میکروکانال شده نشان می دهند با افزایش غلظت، شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت بهبود یافته و بیشترین افزایش در شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت، مربوط به نانوسیال هیبریدی با غلظت حجمی 0/5درصد روی سطح با میکروکانال های ذوزنقه ای به ترتیب به میزان 64/64 و 344/76درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می باشد. همچنین در جوشش آب خالص بر سطوح نشست یافته توسط نانوذرات، بیشترین افزایش شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت به ترتیب مربوط به سطح با میکرو کانال های ذوزنقه ای نشست یافته 0/1 و 0/5درصد حجمی، به مقدار 120/16 و 149/4درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می باشد.

ضخامت پره های توربین توربوشارژر به دلیل بلاکیج و افت های انتهایی پره محدود می شود و از طرفی به دلیل بارهای آیرودینامیکی در معرض آسیب است. طراحی مناسب پره نیازمند شناخت تمامی بارهای وارده بر پره است. بنابراین نیروی وارده از طرف سیال به پره باید محاسبه شود. اگرچه که ضخیم کردن پره منجر به مقاومت بیشتر در مقابل شکست و ترک می شود ولیکن این امر تاثیر زیادی بر راندمان و اغتشاشات جریان و بارگذاری آن می شود. بنابراین بهترین راه انتخاب ضخامت بهینه مطالعه ایرواستاتیکی و آیرودینامیکی پره در ضخامت های گوناگون برای نقاط مختلف آن است. این مقاله نتایج چگونگی و علت تغییرات راندمان به دلیل تغییر ضخامت لبه ورودی و خروجی، نوک و پایه پره، ضخامت ماکزیمم و محل آن و شکل لبه انتهایی را در یک توربین جریان مخلوط توربوشارژر با ورودی دو گانه شرح می دهد. وجود حلزونی دوگانه منجر به هم پوشانی کمتر پالس های شارژ ورودی به توربوشارژر و نهایتا استفاده بهینه از انرژی جنبشی گازهای خروجی از موتور می شود. در این نوع توربوشارژر علاوه بر اینکه جریان ورودی به هر 180درجه روتور متفاوت است، توزیع جریان هر گذرگاه نیز با دیگری متفاوت است بنابراین برای مطالعه جریان نیاز به مدل سازی کل توربین است. آنالیز بر همکنش سیال و جامد روی پره توربین توسط مدل سازی جریان با CFD و مدل سازی پره توسط FEA و سپس کوپلینگ نتایج در نرم افزار CFX ANSYS انجام شده است. صحه گذاری توربین مبنا براساس نتایج آزمایشگاهی توربوشارژر امتحان شده در دانشگاه امپریال کالج انجام گرفته است.

سیستم مترو به عنوان سیستم حمل و نقل عمومی امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع سیستم یکی از پرمصرف رین سهم مصرف انرژی در آن به جز مصارف جابجایی مسافران، مربوط به سیستم تهویه تونل و ایستگاه است. در این پژوهش، حرکت قطار درون چهار ایستگاه و تونل های بینابین از سیستم قطار شهری زیرزمینی مدل سازی شده است. مدل تونل و ایستگاه ها با درنظرگرفتن مواردی مثل سالن بلیت، راه پله ها، سکوی تردد مسافران و سیستم تهویه شبیه سازی شده است. ابتدا صحت حل عددی با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی منتشرشده در پژوهش های قبلی بررسی شده، سپس میدان جریان ناشی از حرکت قطار در تونل و ایستگاه ها در حالت های فن روشن و فن خاموش محاسبه و مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که حرکت قطار بر میدان جریان در اطراف بازشدگی فن ها و نیز دریچه های تهویه سقف سکو تاثیر گذار بوده وعملکرد سیستم تعویض هوای طراحی شده را به شدت تغییر می دهد. علاوه بر این میدان جریان در کل تونل و ایستگاه ها به طور کامل متاثر از حرکت قطار و اثر پیستونی ناشی از آن است. حرکت قطار سبب می شود که مقدار دبی تبادل شده از درب های ورودی ایستگاه و نیز دبی تبادل شده بین هر ایستگاه و تونل اصلی تقریبا به ده برابر حالت پایا برسد. همچنین جریان هوایی که از حرکت قطار نشات می-گیرد چندین برابر جریان هوایی است که از عملکرد سیستم تعویض هوا به وجود می آید. بنابراین استفاده بهینه از اثر پیستونی می تواند تاثیر بسزایی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد.

تیرها از هندسه های اساسی در مهندسی هستند و بسیاری از مسائل مهندسی به صورت تیر ساده سازی می شود. در این مقاله تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی تیر تیموشینکو ساخته شده از لایه های گرافیت اپوکسی به همراه دو لایه پیزوالکتریک در دو طرف آن پرداخته شده است. استخراج معادلات حرکت بر پایه تئوری مرتبه اول برشی تیرها و استفاده از اصل همیلتون انجام شده است. معادلات حرکت که به صورت مشتق های جزئی به دست می آیند، ابتدا به معادلات معمولی کوپل مرتبه اول تبدیل و سپس به روش رانگ کوتای مرتبه چهارم حل شده اند. در نهایت تاثیر پارامترهای پیزوالکتریک در پاسخ ارتعاشاتی و دینامیکی تیر بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش طول تیر فرکانس طبیعی آن کاهش پیدا می کند. در میان پارامترهای پیزو الکتریک پارامتر C11 تاثیر کمتری نسبت به ضریب موثر عرضی e31 در پاسخ فرکانسی دارد. هرچه نسبت طول به ضخامت تیر کمتر باشد تاثیر C11 روی فرکانس طبیعی بیشتر خواهد بود. تاثیر سایر پارامترهای پیزو الکتریک نیز نسبت به این دو پارامتر در پاسخ فرکانسی ناچیز ارزیابی شده است.

در این مقاله با استفاده از روش مد لغزشی انتگرالی نهایی (ITSMC) یک کنترل کننده پیش بین برای بهبود عملکرد حلقه بسته سیستم های غیرخطی گسسته-زمان مستوی (affine) ارائه می شود. در روش مد لغزشی انتگرالی نهایی با وجود مزیت های آن نوسانات نامطلوب موجب کاهش کارآیی و افزایش تلفات سیگنال کنترلی می شود. در این مقاله با استفاده از روش کنترل کننده پیش بین نوسانات در سیستم حلقه بسته به طور چشمگیری کاهش می یابد. در حقیقت در روش پیشنهادی برای طراحی مد لغزشی از دو ویژگی انتگرالی و نهایی بودن برای کاهش خطا نسبت به سطح لغزش (در فاز دستیابی) و تسریع در روند میل کردن به مبدا (در فاز لغزش) استفاده می شود. از دیگر مزیت های روش پیشنهادی امکان مواجهه با اثرات زیان بار اغتشاش خارجی و عدم قطعیت هاست. دراین مقاله نشان داده می شود که این اثرات زیان بار با استفاده از روش پیش بین در مقایسه با استفاده از تابع اشباع در قانون کنترلی روش مد لغزشی، کاهش بیشتری خواهد داشت. در بخش شبیه سازی عملکرد روش پیشنهادی در بهبود کیفیت پاسخ سیستم در مقابله با عوامل خارجی و نامعینی ها با استفاده از مثال های ریاضی و کاربردی نشان داده می شود.

در این مقاله به ارائه یک حل تحلیلی برای بررسی رفتار خزشی وابسته به زمان استوانه جدار ضخیم چرخان از مواد مگنتوالکتروالاستیک پرداخته شده است. ابتدا معادله دیفرانسیلی شامل کرنش های خزشی با استفاده از روابط تنش-کرنش، کرنش-جابجایی، معادله تعادل و حل معادله حرارت در حالت کرنش صفحه ای به دست می آید. در گام نخست با حذف کرنش های خزشی، یک حل تحلیلی برای معادله دیفرانسیل مذکور به صورت تحلیلی به دست می آید که در واقع پاسخ زمان صفر (ابتدایی) است. سپس با اضافه کردن کرنش های خزشی و با فرض ثابت بودن شرایط حرارتی، نرخ تنش های خزشی و میدان های الکتریکی و مغناطیسی با حل یک معادله دیفرانسیل به دست می آیند. در نهایت می توان تنش های شعاعی و محیطی، جابجایی شعاعی و میدان های الکتریکی و مغناطیسی را با استفاده از یک روش تکرارشونده برای هر زمان دلخواه محاسبه کرد. در پایان تاثیر گذشت زمان بر رفتار سازه و پارامترهای موثر همچون شرایط مرزی حرارتی، سرعت چرخش و شرایط مرزی الکترومغناطیسی در مثال های عددی به تفصیل بررسی شده اند.

مواد بیولوژیک متخلخل دسته جدیدی از مواد هستند که با توجه به خواص مکانیکی ویژه نظیر سختی و چگالی قابل تعریف و نیز فراهم نمودن امکان رشد استخوان، برای کاربردهای مختلف پروتزهای بیولوژیک از جمله جایگزینی استخوان در نظر گرفته می شوند. از طرفی پیشرفت های اخیر در زمینه ساخت با استفاده از پرینتر 3بعدی، امکان ساخت این مواد را با ریزساختارهای تعریف شده و کارآمد فراهم آورده است. در پژوهش پیش رو یک ماده متخلخل تابعی با تخلخل متغیر در لایه های مختلف مبتنی بر یک سلول واحد ارتوتروپیک جدید توسعه یافته و معرفی شده است. خواص مکانیکی این سازه ارتوتروپیک شامل مدول الاستیسیته و تنش تسلیم در جهات مختلف با توسعه روابط تحلیلی حاکم به شیوه تئوری محاسبه شده است. همچنین برای صحه گذاری نتایج تحلیل تئوری، مدل سازی عددی سازه در نرم افزار اجزاء محدود صورت گرفته است. نتایج تطابق مناسبی را بین روش تئوری و مدل سازی عددی نشان داده است. در ادامه با درنظرگرفتن سه سازه با میزان تخلخل های مختلف، خواص مکانیکی در هریک از لایه ها و نیز خواص کل سازه محاسبه شده است. خواص سازه های معرفی شده با خواص مکانیکی بافت استخوان تطابق خوبی را نشان داده است. در پایان تاثیر تغییرات مشخصه های مختلف سلول واحد ماده بر خواص مکانیکی کل سازه بررسی شده است و مشاهده شد که این تغییرات تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی کل سازه داشته و با تعیین مناسب مشخصه های هندسی می توان به کارآیی مناسب و توزیع مناسب خواص ماده برای کاربردهای مورد نظر دست یافت.

اوریگامی که هنر تاکردن کاغذ و همچنین فرهنگ ژاپن می باشد، به صورت گسترده در زمینه های مهندسی مورد بهره برداری قرار گرفته است. ویژگی منحصر به فرد اوریگامی از جمله ضریب پواسون منفی، وزن سبک، قابلیت گسترش یافتن و غیره، به منظور طراحی سازه های قابل گسترش، جان پناه ها، انتقال دارو و ربات ها نظر محققین را به خود جلب نموده است. در این پژوهش، رباتی پیوسته با شش ماژول از مکانیزم موازی اوریگامی، که به عنوان اسکلت و یک فنر در هر ماژول، به عنوان ستون فقرات مورد مطالعه قرار گرفت و سینماتیک انحنا ثابت به منظور ساده سازی و تقریب مدل سینماتیکی ربات پیاده سازی شد. بدین ترتیب ابتدا معادلات سینماتیک برای یک ماژول بدست آمدند و سپس مدل سینماتیکی کل ربات به صورت سری از ماژول های ذکر شده استخراج خواهد شد. به علاوه، ربات پیوسته ی مورد نظر به وسیله یک مکانیزم معادل مدل سازی شده است و مقایسه ای میان دو روش مذکور، برای بدست آوردن فضای کاری صورت پذیرفت. با توجه به نتایج بدست آمده، مدل سازی مکانیزم معادل از نظر حجم محاسبات نسبت به روش انحنا ثابت ارجحیت داشت و فضای کاری بدست آمده از هر دو روش یکسان بود. ماتریس ژاکوبین، از روش های تقریب انحنا ثابت برای تحلیل تکینگی در شرایط خاص بدست آمده است و تحلیل آن بیانگر بروز تکینگی در مکان هندسی نقاطی از فضا بود که شعاع انحنا با طول قوس یکسان شده و تقارن ایجاد می کرد، و حالت دیگر، ربات بدون انحنا باشد.

در این تحقیق یک سیستم هیبریدی پیل سوختی-توربین گاز با هدف کوپل شدن با یک سیستم های آب شیرین کن انتخاب، طراحی و شبیه سازی شده است. این سیستم از منظر قانون اول و دوم ترمودینامیک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. همچنین یک تحلیل پارامتری به منظور تعیین عملکرد بهینه سیستم صورت گرفته است. پارامترهای مورد بررسی شامل ضریب مصرف سوخت، نسبت فشار کمپرسور، درصد پیش اصلاح و نسبت بخار به کربن هستند. نتایج نشان می دهند که برای پارامترهای طراحی در نظر گرفته شده توان خالص تولیدی 1215kW، راندمان کلی 81/65% و راندمان اگزرژی 60/7% هستند. همچنین با تحلیل نرخ تخریب اگزرژی مشخص شد که توده پیل سوختی، محفظه احتراق و اصلاح کننده مقدماتی سوخت بیشترین سهم را در تخریب اگزرژی بر عهده دارند. نتایج تحلیل پارامتری نشان می دهند که افزایش فشار، درصد پیش اصلاح و ضریب مصرف سوخت تا حد معینی بر عملکرد سیستم اثر مثبت دارند و محدوده مناسب ضریب مصرف سوخت بین 0/8تا 0/85 است. از سوی دیگر با بررسی اثر فشار و دما روی سیستم مشخص می شود که دمای پیل سوختی نمی تواند ثابت باشد. همچنین نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت بخار به کربن راندمان سیستم کاهش می یابد.

در این تحقیق برای دستیابی به چدن گرافیت کروی دوفازی فریتی-مارتنزیتی با قابلیت ماشین کاری بهینه، اثر زمان آستنیته کردن جزئی بر این ویژگی بررسی شده است. ابتدا چدن نشکن فریتی غیرآلیاژی با ریخته گری تهیه شد. سپس ساختار زمینه با حرارت دهی در دمای oC900 به مدت 5 تا 25دقیقه و کوئنچ در آب، به ساختار دوفازی فریتی-مارتنزیتی تبدیل شد. سختی نمونه ها با روش سختی سنجی برینل تعیین شد. قابلیت ماشین کاری نمونه های ریختگی با زمینه فریتی و نمونه های با ساختار دوگانه با اندازه گیری زبری سطح و نیروی برش مماسی بررسی شد. مطابق نتایج به دست آمده وابستگی درصد حجمی مارتنزیت به زمان آستنیته کردن مطابق مدل جانسون-مل-اورامی بود. با افزایش زمان آستنیته جزئی تا 12دقیقه و به تبع آن سختی تا BHN 168، زبری سطح افزایش و نیروی برش مماسی کاهش یافت. زبری سطح نمونه دوفازی به دست آمده با آستنیته به مدت 12دقیقه (حاوی حدود 30% فاز مارتنزیت)، مشابه نمونه فریتی بود اما نیروی برش مماسی آن 16% تا 20% و توان برش ویژه نیز 15% تا 23% کمتر بود. وابستگی نیروی برش مماسی به نرخ پیشروی به صورت یک رابطه توانی با توان 0/77 و 0/73به ترتیب برای نمونه دوفازی فریتی-مارتنزیتی و نمونه ریختگی فریتی تعیین شد.

در این پژوهش، روشی نوآورانه برای محاسبه متغیرهای حساسیت مرتبه بالا و طراحی فرامین هدایت بر مبنای آن، به منظور فرود بهینه یک پرنده بدون سرنشین ارائه شده است. این روش که اصطلاحا بسط مرتبه بالای برداری نامیده می شود، بر اساس توسعه روش بسط مرتبه بالا و پیاده سازی آن بر اساس محاسبات ماتریس-مبنا شکل گرفته است. با ترکیب بسط مرتبه بالای برداری با تئوری کنترل بهینه، در این تحقیق روشی برای طراحی و استخراج فرامین شتاب به منظور مانور فرود ارائه شده است. با بهره مندی از روش پیشنهادی، متغیرهای حساسیت برای مسئله مورد نظر تا مرتبه 6ام استخراج شده و سپس با اندازه گیری میزان انحراف متغیرهای حالت از مقدار اولیه، فرمان شتاب و مسیر مرجع در شبیه سازی ها به روز می گردند. به منظور ارزیابی عملکرد، 3 سناریوی متفاوت با اغتشاشات اولیه متنوع در نظر گرفته شده و نتایج شبیه سازی قانون هدایت پیشنهادی به طور کامل ارائه شده است.

در این مقاله، روش المان محدود غیرخطی برای حل معادلات میدان فاز یا گینزبرگ-لاندا برای استحاله های مارتنزیتی در ابعاد نانو به کار گرفته شده است. در تئوری میدان فاز برای تعریف نوع فاز ماده از یک پارامتر مشخصه استفاده می شود و معادلات گینزبرگ-لاندا در واقع رابطه خطی بین نرخ تغییرات پارامتر مشخصه و مشتق وردشی انرژی آزاد سیستم نسبت به پارامتر مشخصه یا همان نیروهای ترمودینامیکی مربوطه هستند. با توجه به اینکه انرژی آزاد شامل ترم هایی غیرخطی از پارامتر مشخصه است، نیروهای ترمودینامیکی توابعی غیرخطی از پارامتر مشخصه هستند. در نتیجه، معادلات گینزبرگ-لاندا با استفاده از روش المان محدود غیرخطی و کد تولید شده حل می شوند. استحاله مورد بررسی، تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت در آلیاژ NiAl است که در اینجا بدون لحاظ کردن اثرات مکانیک و تنها تحت اعمال تغییر دما صورت می گیرد. لذا استحاله از نوع دما القایی بوده و با استفاده از تنها یک پارامتر مشخصه تعریف می شود. به منظور صحت سنجی کارعددی، منحنی پارامتر مشخصه برای صفحه فازی مشترک آستنیت-مارتنزیت، ضخامت، انرژی و سرعت انتشار آن محاسبه و با کارهای پیشین مقایسه شده اند که نتایج نشان از تطابق بسیار خوب کارحاضر با کارهای پیشین دارد. هم چنین مسائل فیزیکی متنوعی نظیر انتشار صفحه مشترک فازی، جوانه زنی مارتنزیت و رشد ساختارهای مارتنزیتی تحت برودت و استحاله معکوس تحت حرارت ارائه شده اند. نتایج این تحقیق، گام مهمی در حل مسائل میدان فازی با در نظر گرفتن اثرات مکانیک و شرایط پیچیده اولیه و مرزی موجود در ابعاد نانو است.

در این تحقیق فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود به عنوان یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید برای ایجاد ساختار فوق ریزدانه در ورق فولاد عاری از عناصر بین نشین مورد مطالعه قرار گرفت. فرآیند مذکور به طور موفقیت آمیز به تعداد حداکثر چهار پاس روی نمونه ها اعمال شد و تاثیر تعداد پاس ها روی خواص مکانیکی و ریزساختار ورق ها مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نمونه های تغییر شکل یافته بیانگر این واقعیت هستند که پرسکاری شیاری نیمه محدود به طور موثری می تواند اندازه دانه ها/کریستالیت ها را کاهش دهد به نحوی که از حدود 41میکرومتر در حالت آنیل به 232نانومتر بعد از چهار پاس پرسکاری می رسد. همچنین نتایج به دست آمده نشان دادند که با اعمال فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود، استحکام و سختی نمونه ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بیشترین مقادیر استحکام تسلیم و کششی در نمونه دو پاس پرسکاری شیاری نیمه محدود مشاهده شد که به ترتیب در حدود 90% و 75% افزایش در مقایسه با نمونه اولیه را نشان می دهند. حداکثر مقدار سختی 165ویکرز برای نمونه سه پاس پرسکاری شیاری نیمه محدود شده به دست آمد که در حدود 68% افزایش نسبت به نمونه آنیل شده را نشان می دهد. با توجه به نتایج سختی سنجی، با افزایش تعداد پاس های فرآیند میزان یکنواختی تغییر شکل افزایش پیدا کرد. روش المان محدود به منظور شبیه سازی فرآیند پرسکاری شیاری نیمه محدود استفاده شد و توزیع کرنش برای نمونه های تغییر شکل به دست آمد. نتایج شبیه سازی المان محدود مطابقت نسبتا خوبی با نتایج محاسبات تحلیلی نشان داد.

پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی، عملکرد حرارتی گرماگیر دیود لیزر در حالت های مختلف پیکربندی ساختمان آن، مورد بررسی قرار گرفت. از حل عددی سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت با در نظر گرفتن جابجایی آزاد استفاده شده است. ابتدا به منظور صحت سنجی، نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شد که مطابقت خوبی داشت. سپس با توجه به الگوی جریان دودکشی، 8 هندسه در دو ارتفاع پره طراحی شده و هر کدام در سه شار حرارتی 200، 400 و 600وات بر متر مربع مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، یافتن حالتی است که متوسط دمای گرماگیر کمینه شود. نتایج نشان دادند که با ایجاد برش در پره تا 40% ضریب انتقال حرارت متوسط در گرماگیر افزایش می یابد. همچنین، در پره هایی با ارتفاع 21/3میلی متر، پره با دو برش متقارن یکسان و در پره هایی با ارتفاع 32/6میلی متر که حجم پره ثابت است و قسمت های برش خورده پره به دندانه های آن افزوده شده است، برای شارهای حرارتی کمتر از 400وات بر متر مربع، پره متقارن با دو برش مشابه در قسمت میانی و حجمی معادل حجم پره اولیه، بهترین عملکرد را داشت و برای شارهای حرارتی بیشتر از 400وات بر متر مربع، دمای متوسط پره متقارن با یک برش در وسط و حجمی معادل حجم پره اولیه، کمینه شد. ضریب انتقال حرارت متوسط پره، عدد ناسلت متوسط، مقاومت حرارتی پره، دمای متوسط پره، خطوط جریان و خطوط همدما در صفحه پره برای هر حالت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.

هدف از پژوهش حاضر، طراحی و ساخت عملگری است که با استفاده از نیروهای عکس العمل میان سیم پیچ های حامل جریان در استاتور و چیدمانی از آهن ربای دائمی (چیدمان هالباخ) متصل به متحرک، جابه جایی یک پایه متحرک و موقعیت دهی اجسام انجام گیرد. به این ترتیب با توجه به موقعیت اولیه و موقعیت مطلوب توزیع جریان در سیم پیچ های استاتور به گونه ای تغییر می کند تا نیروی لازم برای انتقال متحرک به موقعیت مطلوب فراهم شود. در این پژوهش از ترکیب موتورهای سنکرون خطی با آهن رباهای دائمی برای ایجاد حرکت در دو بعد استفاده می شود. استاتور شامل دو دسته سیم پیچ مستطیلی است که به صورت عمود برهم نصب شده اند. متحرک شامل چهار چیدمان آهن ربا هالباخ تخت است. دو چیدمان برای ایجاد حرکت در راستای x و دو چیدمان دیگر به منظور ایجاد حرکت در راستای y مورد استفاده قرار می گیرد. ابتدا رابطه بین نیرو و کاموتاسیون جریان به شکل تحلیلی ارائه شد، سپس پارامتر های طراحی از قبیل ابعاد متحرک و فضای کاری انتخاب شده و متناسب با آنها، ابعاد آهن رباهای مورد نیاز برای ساخت چیدمان تعیین شد و با توجه به ابعاد چیدمان، ابعاد و تعداد دور سیم پیچ ها نیز مشخص شد. با استفاده از پارامتر های طراحی به روابط کاموتاسیون، شبیه سازی حرکت صفحه ای عملگر انجام گرفت. نتایج به دست آمده مطابقت زیادی با روابط تحلیلی داشت. آزمایش های تجربی برای بررسی قابلیت موقعیت دهی و حرکت دو بعدی متحرک انجام گرفت. دقت عملگر ساخته شده 5میلی متر و حداقل زمان پاسخ برای عملگر 5/0ثانیه است. کمترین مقدار خطا در موقعیت 25میلی متری اتفاق می افتد. علت آن می تواند در نزدیک بودن این موقعیت به دوره ی تناوب مغناطیسی موتور باشد.

در این مقاله تئوری جدیدی برای بررسی رفتار شکست مواد کامپوزیتی ترک دار ارائه شده است. طبق تئوری حاکم ترک داخل ماتریس ایزوتروپ ایجاد شده و رشد می کند. بنابراین بر خلاف تئوری های حاکم بر شکست این مواد که بستر رشد ترک را در ماده ی همگن غیرایزوتروپ فرض می کرد در این تئوری بستر رشد ترک ماده ایزوتروپ در نظر گرفته شده که در اثر قرار گرفتن در ساختار ماده کامپوزیتی تحت تاثیر الیاف رفتار آن تغییر کرده است. در این دیدگاه، الیاف در ساختار یک ماده ارتوتروپ به عنوان تقویت کننده های بستر ایزوتروپ ماتریس در نظر گرفته می شوند که اثرات آنها به صورت ضرایبی در میدان تنش ایزوتروپ تعریف می شوند. این ضرایب که ضرایب استحکام بخش نامیده شده اند به سه روش مختلف برای ترکی که در هر راستای دلخواهی نسبت به الیاف در یک صفحه قرار گرفته اند مطالعه و بررسی شده اند. کمی سازی اثرات استحکام بخشی الیاف با تعریف ضرایب استحکام بخش در مودهای کششی در راستای الیاف و عمود بر آن و مود برشی صورت می پذیرد. ضرایب استحکام بخش حاصل از سه روش مطالعه شده به خواص الاستیک ماده، مسیر رشد ترک و نیز زاویه ای که ترک دلخواه با الیاف می سازد بستگی دارند. با این وجود در یکی از روش های ارائه شده از طریق رویکرد میکرو مکانیکی وابستگی این ضرایب به کسر حجمی الیاف نیز نشان داده شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از این ضرایب و تئوری های موجود شکست مواد ارتوتروپ بیانگر کارآیی و توانایی ضرایب استحکام بخش در بررسی و توجیه رفتار شکست این مواد است.

این مقاله به بررسی ارتعاشات در یک ورق ساندویچی متشکل از دو رویه از جنس مواد مگنتوستریکتیو و هسته کامپوزیتی می پردازد. هسته کامپوزیتی با نانوالیاف از جنس نانولوله های کربنی تقویت شده است و خواص آن به کمک روش اختلاط و روابط میکرومکانیکی محاسبه می شود. رویه ها تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی خارجی مگنتیزه شده و کوپل مگنتومکانیکی در آن اتفاق می افتد در این شرایط به کمک یک سیستم کنترلی متاثر از پارامتر تنظیم کننده فرکانس می توان فرکانس ارتعاشات سازه را تغییر داد و از آن برای کنترل ارتعاشات استفاده نمود. معادلات حرکت در سه لایه، به کمک تئوری برشی مرتبه سوم با عنوان تئوری ردی، روش انرژی و اصل هامیلتون استخراج می شود. برای محاسبه فرکانس ارتعاشات ورق ساندویچی از روش تفاضل مربعات دیفرانسیلی استفاده می شود. این روش عددی به کمک ضرایب وزنی نتایج مطلوب و نزدیک به حل دقیق را ارائه می دهد. یافته های این تحقیق اثر پارامتر تنظیم کننده ارتعاشات و خواص هندسی ورق کامپوزتی را بر فرکانس ارتعاشات سازه نشان می دهد. نتایج این پژوهش می تواند در صنایع دریایی، هوافضا و عمران مورد استفاده قرار گیرد.