مهندسی مکانیک مدرس
سال:1392 | دوره:13 | شماره:8 |تعداد مقالات:14

در این مقاله روشی تحلیلی موسوم به روش انتقال دیفرانسیل برای تعیین فرکانس های طبیعی تیر دورانی ترک دار اویلر برنولی با سطح مقطع متغیر ارائه شده است. ابتدا فرکانس های طبیعی تیر ترک دار با تغییر موقعیت ترک و عمق آن به دست می آید. نتایج حاصل جهت اعتبار سنجی با مقادیر تجربی به دست آمده از آزمایش مودال، نرم افزار آباکوس و روش های دیگر مورد استفاده در سایر مقالات مقایسه می شود که تطابق خوبی بین آنها مشاهده می گردد. در ادامه مساله معکوس مورد بررسی قرار می گیرد؛ بدین منظور با به کارگیری الگوریتم ژنتیک و با استفاده از فرکانس های طبیعی تیر ترک دار که از آزمایش مودال حاصل شده اند موقعیت و عمق ترک در تیر دورانی با سطح مقطع متغیر تعیین می شود. مشاهده می گردد که نتایج عددی به دست آمده تطابق قابل قبولی با موقعیت و عمق واقعی ترک دارد که نشان دهنده کارآیی این روش در تعیین پارامترهای ترک در تیرهای دورانی است.

روش تفاضل محدود ضمنی استیگر- وارمینگ، برای شبیه سازی عددی جریان گذرای غیرهم دمای گاز مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به غیرخطی بودن معادلات، در ابتدا خطی سازی حول هر گام زمانی انجام شده است که این امر ضمن کاهش تلاش محاسباتی جریان مورد نظر را نیز با سهولت بیشتری تحلیل می کند. برای اعتبارسنجی و ارزیابی دقت روش حل عددی، ابتدا جریان فانو و جریان درون یک لوله شوک بررسی شده و سپس جریان گذرا درون یک خط لوله گاز که فشار در ورودی آن به صورت تابعی از زمان تغییر می کند، شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی عددی حاضر نشان می دهد که روش عددی تفاضل محدود خطی شده مورد استفاده در این مطالعه، تغییرات ناگهانی در شرایط جریان را به خوبی روش حل غیرخطی نمایان می سازد. همچنین روش عددی حاضر قادر است جریان های گذرای گاز را با دقت مناسب در مقایسه روش حل غیرخطی با تلاش محاسباتی کمتر تحلیل نماید.

از آنجایی که الگوریتم لتیس بولتزمن در یک شبکه دکارتی تعریف می شود، مدل سازی مرزهای منحنی محدود به یک سری خطوط شکسته است که جدا از کاهش دقت شبیه سازی می تواند نتایج غیر فیزیکی نیز به دنبال داشته باشد. رایج ترین ایده برای بهبود دقت شبیه سازی، برونی یابی اطلاعات لازم در گروه های مرزی است. در اغلب تحقیقات گذشته، متناسب با فاصله گره تا مرز منحنی از دو رابطه برای انجام برون یابی استفاده شده است که می تواند تغییرات شدید توابع توزیع ذرات را به هنگام تعویض رابطه به دنبال داشته باشد. در این مقاله طرحی جدید برای اعمال شرط مرزی پیشنهاد شده است که برونیابی صورت گرفته در آن فقط نیازمند به یک رابطه است و محدود به جریان سیال نبوده بلکه در تمامی مسائل فیزیکی قابل اعمال می باشد. به طور خاص برای شبیه سازی جریان سیال نیز شرط مرزی جدیدی معرفی شده است که در عین استقلال از شکل هندسی مرز، از برقراری شرط عدم لغزش در گره های مرزی اطمینان حاصل می نماید. طرح شرط مرزی جدید به کمک تعدادی از مسایل کلاسیک اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان دهنده دقت و پایداری قابل قبول مدل شرط مرزی حاضر در شبیه سازی و حفظ تمامیت فیزیکی مرزهای منحنی می باشد.

تعمیم و گسترش مفهوم آنالیز مودال برای سیستم های خطی متغیر با زمان پریودیک و استفاده از آن به منظور استخراج فرکانس های طبیعی یک تیر تحت اثر جرم متحرک مورد نظر است. در همین راستا ابتدا مفهوم کلی آنالیز مودال برای سیستم های خطی متغیر با زمان در حوزه زمان بیان و چگونگی استخراج مشخصه های دینامیکی، شبه پارامترهای مودال، این سیستم ها با استفاده از محاسبه مقادیر ویژه ماتریس انتقال حالت سیستم ارائه می شود. پس از معرفی شبه پارامترهای مودال، روند تعیین ماتریس انتقال حالت یک سیستم خطی متغیر با زمان بیان و در ادامه شبه پارامترهای مودال تشریح می شود. برای دنبال کردن هدف اصلی مقاله، پس از مدل سازی مساله در نرم افزار مت لب و ثبت دادهای ورودی و خروجی، شبه فرکانس های طبیعی یک تیر با جرم متحرک، به عنوان سیستمی متغیر با زمان، با استفاده از روش تشریح شده محاسبه و در انتها نیز نشان داده می شود که شبه پارامترهای مودال یک سیستم خطی متغیر با زمان پریودیک، با همان دوره تناوب تکرار می شوند.

در این پژوهش، از آزمون دیلاتومتری و مشاهدات ریزساختاری برای مطالعه رفتار استحاله در فولاد خط لوله API X65 و از ریزسختی سنجی برای تایید ریزساختارهای مشاهده شده استفاده شده است. فولاد مورد مطالعه تماما وارداتی است و به طور گسترده در خطوط لوله انتقال گاز ایران بکار می رود. با استفاده از نتایج حاصل، نمودار CCT این فولاد ترسیم شد. مشاهدات نشان داد که با افزایش سرعت سرد کردن از 0.5 تا 40oC/s، ریزساختار فولاد مورد مطالعه از فریت شبه چندوجهی-پرلیتی به فریت سوزنی تغییر می کند. در سرعت های سرد کردن بالاتر از 5oC/s ریزساختار حاصل بطور عمده از فریت سوزنی تشکیل شده است. از نتایج پژوهش حاضر می توان برای طراحی عملیات ترمومکانیکی بهینه در داخل کشور (با انتخاب سرعت سرد کردن مناسب در فرآیند تولید فولاد) استفاده کرد.

در این تحقیق، صحت فرض خواص ترموفیزیکی مستقل از دما برای نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در انتقال حرارت جابجایی آزاد درون حفره بررسی شده است. محاسبات به روش عددی و بر اساس حجم محدود و الگوریتم سیمپل انجام شده است. نتیجه های حاصل با برخی رابطه های موجود برای حفره مقایسه شده است. به منظور ارزیابی عملکرد حرارتی حفره، مقدار متوسط عدد ناسلت روی دیواره گرم در دو حالت، یکی خواص ترموفیزیکی مستقل از دما و در دمای میانگین حفره و دیگری خواص متغیر با دما، بررسی شده است. کسر حجمی ذرات جامد بین 0 تا 0.06 و محدوده عدد رایلی بین 105 و 5´106 بوده و نرخ اننتقال گرما در دو حالت ذکر شده در اختلاف دماهای 1 تا 50 درجه سانتیگراد بررسی شده است. بر اساس نتیجه ها در تمام کسر حجمی های در نظر گرفته شده و در اختلاف دمای کمتر از 5 درجه سانتیگراد، میزان اختلاف در عدد ناسلت در حالتی که خواص مستقل از دما در نظر گرفته شده اند در مقایسه با حالتی که خواص تابعی از دما هستند، کمتر از 10 درصد است. با افزایش اختلاف دما، اختلاف بین عدد ناسلت در دو حالت افزایش یافته و با افزایش کسر حجمی، این اختلاف بیشتر می شود. نتایج همچنین نشان می دهد که درصد خطای محاسباتی ناشی از ثابت فرض کردن خواص ترموفیزیکی و محاسبه آنها در دمای میانگین حفره تنها به اختلاف دمای دیوارهای سرد و گرم وابسته است. بدون توجه به این که دیوار سرد و گرم در چه دماهایی قرار دارند. دستاوردهای این تحقیق می تواند برای بهبود دقت نتیجه های مساله های شبیه سازی عددی جریان نانوسیال در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

در این مقاله، یک مکانیزم جدید پایدارسازی برای ربات دوچرخ دارای بازو ارائه شده است. ربات های دوچرخ، به دلیل آنکه دارای یک مفصل غیرفعال در محل تماس چرخ های پایه متحرک خود همانند یک پاندول معکوس می باشند، برای حفظ تعادل نیاز به کنترل و پایدارسازی به صورت دینامیکی دارند. روش کنترل تعادل این گونه ربات ها، با استفاده از به حرکت در آوردن ربات و کمک گرفتن از گشتاور اینرسی حاصل از این حرکت می باشد. این روش محدودیت هایی چون وابستگی شدید تعادل به سطح زمین و همچنین عدم توانایی انجام مانورهای بازو در حالت سکون پایه را دارد که به نوبه خود توانایی ربات در جابجایی جسم و میزان دقت عملکرد آن را تحت تاثیر قرار می دهد. در مکانیزم ارائه شده، جهت برطرف نمودن چنین نقایصی، از یک چرخ عکس العملی استفاده شده است. به این صورت که جهت حفظ تعادل از عکس العمل ناشی از اعمال گشتاور موتور به این چرخ استفاده می شود. با بکارگیری این روش، به دلیل استقلال عملکرد این زیرمجموعه از حرکت یا سکون پایه حین پایدارسازی، در عملکرد مجموعه ربات و بازوان رباتیک اخلالی ایجاد نکرده و نیز وابستگی تعادل را به سطح حرکت به طور کامل حذف کرده است. مدل دینامیکی این مجموعه جهت شبیه سازی عملکرد، به صورت یک مدل تحلیلی استخراج و صحه گذاری شده است. سیستم کنترلی مورد استفاده بر روی این مجموعه نیز در حالات کاری مختلف شبیه سازی شده و نتایج آن مورد بحث قرار می گیرد.

در این مقاله جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محفظه دارای لایه متخلخل میانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن پرداخته می شود. روش شبکه بولتزمن به کار رفته براساس معادلات تعمیم یافته ناویر-استوکس با در نظر گرفتن تمام نیروهای وارد بر سیال و نیز نیروی درگ حاصل از ماتریس جامد می باشد. نتایج این تحقیق، شامل بررسی اثرات پارامترهای بی بعد حاکم بر مساله از جمله عدد رایلی، عدد دارسی، ضریب تخلخل ماده متخلخل و نیز بررسی اثر موقعیت لایه متخلخل میانی در دو حالت عمودی و افقی بر جریان سیال و میزان انتقال حرارت در محفظه می باشد. اثرات تغییر عدد بی بعد دارسی و رایلی نیز به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته و عدد بدون بعد رایلی اصلاح شده در حالت وجود لایه متخلخل محلی معرفی می شود. با تغییر این عدد بی بعد، رژیم غالب انتقال حرارت در لایه متخلخل می تواند به صورت مکانیزم هدایتی تا جابجایی تغییر کند. همچنین با توجه به تغییرات عدد ناسلت متوسط مشاهده شد که میزان انتقال حرارت در محفظه در حالتی که لایه متخلخل میانی بصورت عمودی در محفظه قرار می گیرد، بالاتر است.

فرآیند فورج پره بدلیل هندسه پیچیده و دقت ابعادی بالا، نحوه جریان ماده پیچیده و ضخامت های متغیر و در بعضی موارد بسیار کم، فرآیندی پیچیده است. امروزه شبیه سازی المان محدود به عنوان یک روش قدرتمند، بطور گسترده در فرآیندهای شکل دهی فلزات استفاده می شود. از مهمترین پارامترهای ورودی شبیه سازی عددی، رفتار ماده و شرایط اصطکاکی می باشند. آزمایش های عملی فشار استوانه و حلقه [رینگ] برای بدست آوردن این پارامترها برای آلیاژ آلومینیوم 2024 که برای تولید پره فن ژنراتور 202 مگا ولت آمپر زیمنس استفاده می شود، اجرا گردید. برای ارزیابی نتایج آزمایش ها و صحت شبیه سازی هایی که انجام می شود آزمایش های عملی اجرا شده است. به این ترتیب با توجه به هزینه های بسیار بالای ساخت نمونه اصلی پره، از آزمایش پرس جانبی استوانه استفاده شد. نتایج آزمایش عملی و شبیه سازی عددی تطابق بسیار خوبی با هم دارند. حفره قالب نهایی و سپس پیش فرم های مورد نیاز برای دست یابی به پره فن ژنراتور زیمنس، طراحی شده است. این مراحل شامل اکستروژن، خم، آپستینگ و مرحله نهایی برای بدست آوردن یک قطعه سالم و شرایط نیرویی مناسب می باشد. فرآیند نهایی در دماهای قالب و قطعه کار و نرخ کرنش های مختلف شبیه سازی شد و با بررسی نتایج، شرایط بهینه فورج ارائه گردید.

در این مقاله از الگوریتم تازه گسترش یافته کرم شب تاب برای بهینه سازی فرآیند برش شیشه با جت آب همراه با ذرات ساینده که فرآیندی چند متغیره غیر خطی است، استفاده شد. در روش پیشنهادی به منظور مدل سازی و پیش بینی زبری سطح فرآیند برش شیشه؛ با توجه به پارامترهای فرآیند شامل فشار جت آب، سرعت پیشروی، نرخ ریزش ذرات ساینده و فاصله نازل تا سطح قطعه کار از شبکه عصبی مصنوعی پیشخور با باز انتشار خطا استفاده شد. در ادامه، الگوریتم کرم شب تاب با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی پیشنهادی، اقدام به بهینه کردن زبری سطح برش خورده به عنوان تابع هدف کرد و در نهایت پارامترهای متناسب با زبری سطح کمینه ارائه شد. نتایج حاصل نشان داد که مدل پیشنهادی برای پیش بینی پارامترهای خروجی مناسب بوده و همچنین نتایج بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی استفاده شده، حاکی از کاربردی بودن این الگوریتم در فرآیندهای با طبیعت پیچیده، دارد.

در این مقاله، سیستم تغذیه سوخت آند پیل سوختی غشا پلیمری به وسیله اجکتور نازل همگرا، مطالعه شده است. این سیستم برای کاهش توان پارازیتی پیل، بازگشت دوباره سوخت و استفاده از انرژی پتانسیل فشاری مخزن سوخت بسیار موثر است. با انتخاب یک مدل تقارن محوری اجکتور، معادلات حاکم شامل: بقا جرم، مومنتم، انرژی و معادله حالت به روش عددی حل شده اند و تاثیر افت فشار گاز در کانال سوخت سمت آند، فشار عملکرد پیل سوختی و دمای عملکرد پیل بر عملکرد اجکتور بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش افت فشار پیل، عملکرد اجکتور بهبود یافته و حتی در فشار جریان اولیه پایین تر، افزایش عملکرد بهتر خواهد بود که این مزیت خوبی می باشد که در فشار پایین تر ماکزیمم نسبت دبی جرمی جریان ثانویه به جریان اولیه بدست می آید. با افزایش فشار و دمای کارکرد پیل نیز عملکرد اجکتور بهتر خواهد شد؛ هر چند که حساسیت عملکرد اجکتور به افزایش فشار کارکرد، بسیار بیشتر است. تاثیر نسبت قطر ناحیه اختلاط به قطر نازل نیز به عنوان یک پارامتر هندسی مهم بررسی شده است و نتایج نشان می دهد که با افزایش این نسبت دبی جرمی جریان ثانویه به اولیه در فشار جریان اولیه بالاتر بیشتر شده است.

در این مقاله ضربه کم سرعت قائم بر روی نانوتیر تیموشنکو بر اساس تئوری غیر محلی، بصورت تحلیلی و برای بررسی رفتار دینامیکی نانوتیر ارائه شده است. با در نظر گرفتن معادلات ارتعاش آزاد تیر، ضربه وارد شده به نانوتیر با استفاده از شرایط مرزی و مقدار اندازه حرکت پرتابه و نانوتیر بلافاصله بعد از برخورد، بیان شده است. شرایط مرزی دو سر ساده و دو سر گیردار، همچنین تاثیر نسبت جرم نانوتیر به پرتابه (نسبت جرم) بر روی تغییر شکل دینامیکی نانوتیر تیموشنکو، بررسی شده است. برای اعتبار سنجی، نتایج حاصل از این روش، با تحلیل های موجود و بر اساس تئوری الاستیسته و تئوری تیر کلاسیک، برای دو ماده مختلف (فولاد و آلومینیوم) مقایسه و تطابق مناسبی مشاهده شده است. با افزایش پارامتر غیر محلی، تغییر شکل دینامیکی حداکثر وسط نانوتیر، افزایش یافته و فرکانس نانوتیر در همه نسبت های جرم، کاهش یافته است.