مهندسی مکانیک مدرس
سال:1391 | دوره:12 | شماره:6 |تعداد مقالات:15

جریان های نیرو محرک داخلی که در آنها نیروی محرک در مقاطع عرضی کانال دارای توزیع کاملا یکنواخت هستند، حتی اگر توزیع محوری این نیروها غیر یکنواخت باشد، یک میدان سرعت کاملا توسعه یافته ایجاد می کنند. در این صورت می توان نیروی محرک با توزیع غیر یکنواخت محوری را ابتدا به طور موقتی حذف کرده و به جای آن از یک نیروی حجمی معادل اما کاملا یکنواخت در سراسر کانال استفاده نمود. در این حالت اگرچه توزیع و مقدار نیروی محرک تغییر می کند اما پروفیل سرعت حاصله تغییری نخواهد کرد. مزیت چنین کاری این است که حل معادلات در هندسه های سه بعدی را می توان به حل دوبعدی (با معادله پواسون) برای مقطع عرضی کانال تبدیل نمود. پس از معلوم شدن توزیع سرعت در سطح مقطع، می توان بطور معکوس، با ابقای نیروی محوری واقعی، توزیع فشار واقعی را نیز به راحتی محاسبه نمود. یکی از کاربردهای این ساده سازی، شبیه سازی جریان های داخلی MHD است. مطابقت بسیار خوب نتایج این روش حل جدید، با نتایج حاصل از حل سه بعدی، نشان می دهد که روش حاضر می تواند با دقت کافی در حل میدان های سرعت و فشار در شبکه های میکروسیالی بکار رود و هزینه های سنگین تحلیل های سه بعدی را کم نماید.

کاربیدبور (B4C) با داشتن خواصی عالی چون سختی بالا، دانسیته کم و سطح مقطع بالا برای جذب نوترون، کاربردهای زیادی در تاسیسات هسته ای و صفحات زرهی سبک وزن دارد. با توجه به عدم زینترپذیری مناسب کاربیدبور، از رزین فنولیک (کربن) به عنوان کمک زینتر برای این سرامیک استفاده شده است. نمونه های B4C بدون افزودنی و حاوی 5 درصد وزنی رزین فنولیک تهیه شده و در دمای 2200oC به مدت یک ساعت زینتر شدند و خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه های مذکور بررسی شد. دانسیته نسبی نمونه های شامل 5 درصد وزنی رزین فنولیک برابر 95 درصد و برای نمونه های فاقد افزودنی برابر 82 درصد دانسیته تئوری بدست آمد. همچنین افزایش قابل توجهی در بهبود خواص مکانیکی آنها نسبت به نمونه های فاقد افزودنی مشاهده شد، به طوری که استحکام خمشی از 264 به 318 MPa، مدول الاستیسیته از 445 به 465 GPa، سختی ویکرز از 3020 به 3150 GPa و مقادیر چقرمگی شکست از 2.6 به 4.2 MPa.m1/2 بهبود یافت.

به منظور بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد چیلر باید بستر ماده متخلخل جاذب را با استفاده از معادلات حاکم و فرضیات مناسب مدلسازی کرد. یکی از فرض هایی که تاثیر زیادی در حجم محاسبات دارد و معادلات حاکم بر بستر را ساده تر می کند فرض فشار یکنواخت برای بستر است. برای برخی شرایط مدلسازی بایستی مقدار فشار در بستر محاسبه شود و در واقع نمی توان از مقاومت انتقال جرم برون ذره ای صرف نظر کرد، اما در برخی شرایط می توان فرض فشار یکنواخت در بستر را در نظر گرفت و حجم معادلات را تا حد زیادی کاهش داد. در این مطالعه با مقایسه معادلات حاکم در دو حالت فشار یکنواخت و فشار غیر یکنواخت، یک عدد بدون بعد معرفی شده و با مقایسه نتایج، یک مقدار حدی برای آن بدست آمده است. با استفاده از این پارامتر قبل از شروع مدلسازی می توان پیش بینی کرد که آیا نیاز به محاسبه توزیع فشار در بستر وجود دارد یا می توان از مقاومت انتقال برون ذره ای صرف نظر کرد.

این تحقیق به بررسی تقریب مناسب برای تعیین واگرایی شار حرارتی تشعشعی و تاثیر خطای محاسبات بر عملکرد مشعل متخلخل پرداخته است. بدین منظور از دو نمونه مشعل متخلخل تک لایه ای و دولایه ای در شبیه سازی عددی مشعلی با شعله مدفون استفاده شده است. به دلیل اختلاف چشمگیر دمای ماتریس جامد و سیال عبوری خصوصا در ناحیه شعله درون مشعل های متخلخل، معادلات انرژی در حالت عدم تعادل حرارتی در نظر گرفته شده اند و جهت مدلسازی احتراق از سینتیک کامل احتراقی گاز متان استفاده شده است. از آنجا که از اثر مرزهای جانبی چشم پوشی شده، هندسه مشعل متخلخل در حالت یک بعدی در نظر گرفته شده است تا بتوان حل تحلیلی انتقال حرارت تشعشعی را ارائه نمود. نتایج نشان داده روش های جهت های تفکیک شده کاملا مشابه روش احجام محدود رفتار می نمایند و بهترین شرایط در تقریب 8 جهت متصور است و جهت های کمتر فاقد دقت مناسب می باشند و جهت های بیشتر هزینه محاسبات را افزایش می دهند بدون آنکه تاثیری قابل توجهی بر افزایش دقت داشته باشند. همچنین تقریب دو شار و روسلند نیز فاقد اعتبار در مدلسازی مشعل متخلخل می باشند.

طرح تونل باد عمودی که برای عملیات سقوط آزاد طراحی شده است دارای دیفیوزر به شکل ورودی 8 ضلعی و خروجی 4 ضلعی می باشد. لذا زاویه صفحه های دیفیوزر فوق متقارن نبوده و دارای زاویه های 3.43 و 10.66 درجه می باشد. پیش بینی افت فشار و همچنین بررسی جدایش جریان هوا در این دیفیوزر برای طراحی تونل باد از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. در این تحقیق مدل 7.8 درصد دیفیوزر اصلی ساخته شده و جریان هوا در دیفیوزر فوق در حالت های دمنده و مکنده با استفاده از فشارسنج های الکترونیکی، مورد بررسی قرار گرفته است. افت فشار دیفیوزر فوق اندازه گیری شده و با نتایج افت فشار دیفیوزر دایره به مربع که نزدیک به دیفیوزر مورد آزمایش است، مقایسه شده است. برای پیش بینی افت فشار دیفیوزر فوق، باید زاویه صفحه بزرگتر را در معادلات نیمه تجربی استفاده نمود و استفاده از زاویه معادل دیفیوزر مناسب نیست. همچنین با بررسی ضریب بازیافت فشار مشخص شد که جدایش قابل توجهی در دیفیوزر فوق اتفاق نیافتاده است.

راه رونده های غیرفعال، ربات هایی هستند که بر روی شیب های کوچک، می توانند حرکت سیکلی پایداری شبیه راه رفتن را بدون کنترل خارجی، داشته باشند. این مفهوم در دهه 90 میلادی توسط مک گیر معرفی شد. در سال های اخیر تحقیقات مختلفی در این زمینه صورت گرفته است. با توجه به تازگی موضوع، تاثیر پارامترهای ساختاری بر حرکت راه رونده و بهینه سازی آن ها و شبیه سازی نرم افزاری با هدف تعریف روند طراحی و ساخت مدل و انجام آزمایش های عملی، می تواند بیشتر مورد توجه قرار گیرد. در کار حاضر، با گسترش ساده ترین مدل راه رونده، مدلی نزدیک تر به مدل قابل ساخت در نظر گرفته شده، سپس با تغییر پارامترهای ساختاری، میزان اثر بر بازده، پایداری و توانایی عبور از پستی و بلندی راه رونده و محدوده بهینه آن ها بررسی شده است. نشان داده می شود شعاع کف و مکان مرکز جرم پاها بیشترین تاثیر را بر پارامترهای حرکتی مدل دارد. پس از مقایسه نتایج با بررسی های مشابه پیشین و شبیه سازی در نرم افزار آدامز، روند ساخت مدلی بهینه به روش الگوریتم ژنتیک پیشنهاد شده است. در انتها با تعریف پنج مرحله آزمایش، نشان داده شد که در کنار بهینه یابی پارامترهای ساختاری، بررسی دقیق تر برخوردها برای دست یابی به حرکت بهینه بسیار مهم است.

در این پژوهش، پایداری دینامیکی یک سیستم شامل سه شافت الاستیک پیچشی غیر هم محور به وسیله مدل سه درجه آزادی که حالت فضایی (سه بعدی) دارد، بررسی شده است. شافت ها با دو اتصال هوک متصل گشته اند و در انتهای هر کدام، یک دیسک صلب قرار دارد. ابتدا معادلات حرکت برای سیستم استخراج شده است و پس از خطی کردن معادلات دیفرانسیل، به صورت دستگاه معادلات متیو-هیل بیان گردیده و پایداری مجموعه به روش مندرمی ماتریس تحلیل شده است. در انتها محدوده پایداری دینامیکی بر حسب پارامترهای سیستم از قبیل سرعت دورانی، زاویه محور شافت ها با یکدیگر، سختی و استحکام شافت ها بیان گردیده است. نمودارهای پایداری بر اساس پارامترهای مختلف ارائه شده است و مشاهده می شود که با افزایش نسبت اینرسی دیسک ها و همچنین با کاهش زاویه اتصال هوک، پایداری افزایش می یابد.

در مقاله حاضر، ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای کامپوزیتی دوار با تقویت کننده های متعامد تحت بار محوری یکنواخت و فشار، با تئوری سه بعدی لایه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. تقویت کننده ها با فواصل مساوی از یکدیگر قرار گرفته و دارای هندسه و جنس یکسانی می باشند. اتصال تقویت کننده ها بر سطح خارجی پوسته بوده و به قصد مدلسازی ریاضی تقویت کننده ها از روش المان جداگانه استفاده شده است. معادلات حرکت با نگرش انرژی و بر اساس اصل همیلتون حاصل می گردند. در استخراج معادلات حرکت از تئوری سه بعدی الاستیسیته استفاده شده و اثرات نیروی کریولیس، شتاب جانب به مرکز و کشش حلقوی اولیه در نظر گرفته شده است. با استفاده از تئوری سه بعدی لایه ای، بر روی معادلات حرکت و شرایط مرزی در راستای ضخامت جداسازی صورت گرفته است. شرایط مرزی پوسته در دو سر تکیه گاه ساده در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از روش حاضر با نتایج سایر محققین و نتایج تحلیل عددی مقایسه و تطابق مناسبی مشاهده شده است. در نهایت تاثیر هندسه و نوع تقویت کننده ها، سرعت دورانی و مقدار نیروی محوری و فشار داخلی بر فرکانس طبیعی پوسته استوانه ای تقویت شده مورد مطالعه قرار گرفته است.

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یکی از روش های جوشکاری حالت جامد است که امروزه برای اتصال انواع مواد، به ویژه فلزات غیر همجنس کاربرد فراوانی یافته است. این روش نه تنها محدودیت های روش های جوشکاری ذوبی را ندارد، بلکه مزایای زیادی از جمله امکان اتصال فلزات با نقاط ذوب متفاوت را دارا می باشد. در این پژوهش اتصال موفقیت آمیز دو فلز غیرهمجنس آلیاژ آلومینیم 5050 به فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 مورد مطالعه گرفت. از فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اتصال این دو فلز استفاده شد. در اتصال فلزات غیرهمجنس به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، پارامترهای زیادی همچون سرعت دورانی، سرعت خطی، افست و شکل ابزار بر خواص ریزساختاری و مکانیکی محل اتصال تاثیر گذار می باشد. در این تحقیق، به بررسی تاثیر سرعت دورانی، سرعت خطی و افست ابزار بر استحکام و سختی محل اتصال پرداخته شده است. همچنین، در ادامه تاثیر عملیات آنیل بر مقدار استحکام نهایی، درصد ازدیاد طول و خواص ناحیه جوش مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با آنیل کردن نمونه جوشکاری شده، استحکام نهایی 9 درصد و درصد ازدیاد طول به دو برابر افزایش یافته است.

یکی از روش های نوین در زمینه کنترل فعال جریان، استفاده از عملگر پلاسمایی است که بوسیله تزریق ممنتوم به لایه مرزی، سبب جلوگیری از وقوع پدیده جدایش می شود. هدف از این تحقیق، شبیه سازی عددی و تجربی ایرفویل NLF0414 تحت تاثیر نیروهای حجمی حاصل از عملگر پلاسمایی می باشد. برای این منظور، ایرفویل مذکور تحت جریان هوای عبوری با سرعت 25 m/s و زوایای حمله مختلف، در دو حالت حضور و عدم حضور عملگر پلاسمایی به هر دو صورت عددی و تجربی شبیه سازی می شود تا میزان و چگونگی تاثیر حضور عملگر پلاسمایی بر روی جریان به خوبی بررسی شود. این بررسی نشان داد که حضور عملگر پلاسمایی بر روی سطح ایرفویل و در نزدیکی شروع جدایش سبب جابجا شدن نقطه جدایش از x=16 mm به x=41 mm در زاویه حمله 18 درجه می شود. این میزان تاخیر در شروع جدایش بر روی سطح ایرفویل سبب افزایش 35 درصدی نسبت ضریب نیروی برا به ضریب نیروی پسا و یا در حقیقت بازده ایرفویل در این زاویه حمله می شود.

در این مقاله، ماشینکاری ارتعاشی یک جهته و بیضوی بر روی قطعه کار سوپر آلیاژ اینکونل 738 تحت فرکانس اولتراسونیک بررسی شد. ابتدا توسط نرم افزار اجزاء محدود ام اس سی- مارک، فرایندها مدل سازی شدند و ارتعاش اولتراسونیک بر ابزار صلب در جهت سرعت برشی برای فرایند ماشینکاری ارتعاشی یک جهته و در جهت سرعت برشی و عمق برش برای فرایند ماشینکاری ارتعاشی بیضوی اعمال گردید. تحلیل نیرو انجام و تاثیر هر کدام از فرایند ها بر نیروی ماشینکاری بررسی گردید. سپس آزمایش های لازم بر روی هر کدام از فرایندها توسط دستگاه تراش سی ان سی بسیار دقیق و ابزار الماس تک کریستال انجام شد و نتایج آزمایش با اجزاء محدود مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که روند تغییرات روش تحلیل اجزای محدود با آزمایش های انجام شده مشابه می باشد. همچنین مزیت های فرایند ماشینکاری ارتعاشی بیضوی بر روی قطعه کار سوپر آلیاژ اینکونل 738 مانند دیگر مواد شامل مس، آلومینیوم و تنگستن به تایید رسید.

در این مطالعه، اثر تعداد طبقات بر روی عملکرد میکروشیر تسلا بررسی شده است. بدین منظور، چیدمان های مختلف شامل میکروشیرهای یک تا چهار طبقه به صورت عددی بررسی شدند. از یکسوکنندگی به عنوان معیار اصلی جهت ارزیابی عملکرد شیرها استفاده شد. از محاسبات دوبعدی و حالت پایای جریان سیال استفاده شد که وابستگی شدید یکسوکنندگی به عدد رینولدز و افت فشار را آشکار ساخت. نتایج نشان داد که در شرایط جریان یکسان میانگین یکسوکنندگی میکروشیر دو طبقه تقریبا 1.32 برابر حالت تک طبقه است. طبقات بیشتر پیچیدگی را افزایش می دهند و یکسوکنندگی را به میزان قابل ملاحظه ای تغییر نمی دهند. این گونه نتیجه گرفته شد که حالت دو طبقه از شیر تسلا در بین چیدمان های مورد بررسی بهترین گزینه است. چیدمان دو طبقه از این شیر در میکروپمپ بدون دریچه ضمن فشردگی، قابلیت سازگاری در کاربردهای مختلف را دارد. همچنین، عملکرد میکروشیر دوطبقه در سه اندازه متفاوت با یک نمونه میکروشیر نازل-دیفیوزری مقایسه شد. مقایسه ها که بر اساس محاسبه مقدار یکسوکنندگی در گستره قابل کاربردی ای از عدد رینولدز انجام شد، نشان داد که یکسوکنندگی بر حسب عدد رینولدز مستقل از اندازه شیر است. هم چنین برتری شیر تسلا در اعداد رینولدز بالاتر و ضعف این نوع شیر در اعداد رینولدز پایین تر نشان داده شد.

بررسی جریان در ریزمجراها اخیرا شتاب قابل توجهی گرفته است. در مقاله حاضر، حل عددی اثرات گرمای ژول در جریان الکترواسمتیک درون یک ریزمجرا با سطح مقطع ذوزنقه ای شکل و دیواره دما ثابت ارائه شده است. معادله انرژی برای توزیع دما، معادله ناویر استوکس برای توزیع سرعت و یک معادله پواسون برای توزیع پتانسیل الکتریکی به روش حجم محدود در مختصات عمومی حل شده است. در عین حال خواص ترموفیزیکی سیال نظیر لزجت دینامیکی و رسانندگی الکتریکی تابع تغییرات دما در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد ژول موجب افزایش دما، سرعت و دبی در هر مقطع کانال می شود. در صورت در نظر نگرفتن اثرات گرمای ژول، افزایش عدد ای دی ال موجب افزایش دبی می شود اما با نظر گرفتن اثرات گرمای ژول، تا عدد ای دی ال 15 این افزایش ادامه دارد اما پس از آن دبی کاهش می یابد. افزایش نسبت منظری موجب کاهش سطح مقطع ریزمجرا می شود و با توجه به ثابت بودن عدد ژول، دمای میانگین سیال کاهش می یابد.

در این مقاله ارتعاش آزاد ورق های لایه لایه مرکب با استفاده از تئوری جدید چهار متغیره پالوده شده ورق، RPT، با توزیع سینوس هذلولوی جهت محاسبه کرنش های برشی برون صفحه، پیشنهاد شده است. از ویژگی های این تئوری، برآورده سازی شرط مرزی تنش برشی صفر روی لایه های بالایی و پایینی، بدون استفاده از ضریب شکل تیموشنکوست. معادله های حرکت برای متغیرهای استفاده شده در تئوری ریال RPT، بر خلاف سایر تئوری های مرتبه بالاتر، از نظر دینامیکی تنها در جمله های اینرسی درهم گیرند ولی در جمله های وابسته به انرژی کرنشی درهم گیر نیستند. از این دیدگاه، تئوری RPT شبیه تئوری CLPT است. بررسی عوامل موثر بر فرکانس مبنا با استفاده از پارامترهای تاثیرگذار بر آن مانند نسبت مدول ها در دو راستا، نسبت طول به ضخامت، و زاویه جهت گیری رشته ها، از اهداف اصلی این مقاله است. نتایج تئوری پیشنهادی با نتایج تئوری های تغییرشکل برشی مرتبه یکم و بالاتر (FSDT، HSDT و RPT) مقایسه و درست سنجی شده است.