مهندسی مکانیک مدرس
سال:1392 | دوره:13 | شماره:14 (فوق العاده) |تعداد مقالات:22

در این مقاله معادلات حاکم بر ارتعاش تیر با خیز نسبتا زیاد به کمک تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول استخراج شده است. این معادلات یک دستگاه معادله دیفرانسیل جزئی غیر خطی با ضرایب ثابت است که به یکدیگر کوپل هستند. پس از بی بعد سازی معادلات، از تئوری اغتشاشات برای تعیین فرکانس های طبیعی تیر و بار کمانش آن استفاده شده است. با انجام مطالعه پارامتری، اثر خواص مکانیکی و هندسی و همچنین تاثیر کرنش نرمال عرضی و بار محوری بر فرکانس طبیعی بررسی شده است. برخی از نتایج به دست آمده بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، هماهنگ با تئوری متداول تیرها بوده و برخی دیگر نیز نتایج متفاوتی را پیش بینی می کنند. فرمول بندی ارائه شده علاوه بر تعیین فرکانس های حرکت عرضی، می تواند فرکانس های حرکت محوری را نیز تعیین کند. فرکانس های طبیعی و بار کمانش با روش اجزای محدود و با به کارگیری المان های یک بعدی و سه بعدی تعیین و با نتایج تحلیلی مقایسه گردیده است.

روش المان محدود توسعه یافته (XFEM) یکی از قوی ترین روش های عددی است که بر پایه المان محدود بوده ولی فارغ از موقعیت نسبی مش نسبت به ناپیوستگی با قدرت همگرایی خوبی به حل مسائل می پردازد. در این روش با غنی سازی گره ها و افزایش درجات آزادی آنها (از 2 به 4 و حتی در شرایط خاص به 10) به طور مجازی و بدون نیاز به تطبیق مش با هندسه ناپیوستگی، امکان مدل سازی و استخراج روابط حاکم بر محیط فراهم می آید. در این مقاله تاثیر رشد ترک خستگی در ورق ترک دار آلومینیومی توسط این روش بررسی شده است. ورق ترک دار توسط وصله های چندلایه مرکب با لایه های فلزی (FML) یک طرفه در مود ترکیبی تعمیر شده است. آنگاه از روش فوق برای بررسی تاثیر لایه چینی وصله های کامپوزیتی بر روی جابه جایی نقاط دهانه ترک و ضریب شدت تنش و همچنین برای مطالعه تاثیر زاویه ترک بر روی ضریب شدت تنش در ورق تعمیر شده استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که وصله های کامپوزیتی با ترکیب ورق/الیاف/الیاف/آلومینیوم بیشترین تاثیر را در خواص ترمیمی دارد و می تواند ضریب شدت تنش را تا 70 درصد کاهش دهد.

در این پژوهش یک الگوریتم محاسباتی عددی برای حل معادلات دوبعدی تقارن محوری حاکم بر جریان پلاسمای درون رانشگر، جهت تعیین رفتار جریان سیال و توزیع مشخصه های الکترومغناطیسی، توسعه داده شده است. بدین منظور برای محاسبه بردار شار جابه جایی از روش رو، برای تعیین مشخصه های جریان از روش موج هشتم پاول و برای افزایش دقت حل عددی از روش OMUSCL2 استفاده شده است. با توجه به وجود انبساط های قوی سرعت بالا در مجاورت نوک الکترودها، رابطه اصلاح شده HHT برای جلوگیری از وقوع شوک انبساطی به کار گرفته شده است. به منظور همخوانی بهتر نتایج عددی و تجربی، زیر مدل های شیمیایی و فیزیکی از قبیل مدل یونش چند مرحله ای، اثر هال، اثر ریزناپایداری های میکروسکوپیک، مدل چند-دمایی، معادله حالت واقعی و اثر خواص انتقالی در نظر گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی عددی برای یک رانشگر آزمایشگاهی ارائه شده و توزیع جریان و پتانسیل الکتریکی به دست آمده، در مقایسه با نتایج تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند.

در این مقاله انتقال حرارت جابجایی در یک کانال سینوسی شکل حاوی نانوسیال تحت میدان مغناطیسی بررسی شده است. میدان مغناطیسی عمود بر کانال اعمال شده است. آب به عنوان سیال پایه در نظر گرفته شده است و نانو ذره مس به آن افزوده می شود. از مدل ماکسول-گرانت برای ضریب رسانش حرارتی و مدل برینکمن برای ویسکوزیته دینامیکی استفاده می شود. تغییر پارامترهایی نظیر اثر شکل هندسی 0£a£0.3، درصد حجمی نانوسیال 0£f£0.05،عدد بی بعد هارتمن 0£Ha£20 و عدد بی بعد رینولدز 100£Re£500 در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهند با افزایش تمام پارامترهای ذکر شده، عدد ناسلت افزایش می یابد. درصد حجمی نانوسیال، بیشتر بر مقادیر ماکزیمم ناسلت محلی در هر طول موج کانال و مقادیر هارتمن، هم بر مینیمم و هم بر ماکزیمم مقدار ناسلت محلی ،تاثیر گذار هستند.

نانولوله های کربنی، فرم رول شده ورق گرافن هستند که به علت پیوندهای کووالانت موجود در بین اتم های کربن، خواص منحصر به فردی نشان می دهند. در این پژوهش ساختارهای مختلف نانولوله های کربنی با محدوده قطری و طولی گسترده ای مطالعه می شوند تا تاثیر زاویه کایرال بر مدول برشی و خمشی نانولوله ها مشخص گردد. براساس روش مکانیک مولکولی و روش اجزای محدود، پیوندهای کووالانت بین اتم های کربن در نانولوله با المان تیر خطی شبیه سازی می شود. با انجام تحلیل اجزای محدود، تاثیر قطر، طول و زاویه کایرال نانولوله بر روی خواص مکانیکی تحت بارگذاری های پیچشی و خمشی بررسی می شود. نتایج نشان می دهند که نانولوله زیگزاگ کمترین مدول برشی و خمشی را در مقایسه با نانولوله های آرمچیر و کایرال دارا می باشد. نانولوله های کایرال در زوایای کمتر از 17 درجه مدول برشی کمتری نسبت به ساختار آرمچیر دارند، اما در زوایای بزرگتر از 17 درجه، نانولوله های کایرال بیشترین مدول برشی را در مقایسه با دیگر ساختارها دارند. همچنین ساختارهای کایرال مدول خمشی بیشتری نسبت به ساختار آرمچیر و زیگزاگ دارند.

در این مقاله طراحی مسیر بهینه برای منیپولاتور با مفاصل انعطاف پذیر ارائه می گردد، به گونه ای که ماکزیمم ظرفیت حمل بار بین دو نقطه داده شده در فضای کاری توسط ربات حمل گردد و همزمان ارتعاشات ناشی از انعطاف پذیری مفاصل در طول مسیر نیز کاهش یابد. روش حل بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه می باشد. به این منظور با تعریف مناسب تابع هدف و استخراج معادلات دینامیکی سیستم در فرم فضای حالت، تابع همیلتونین سیستم محاسبه می شود و با استفاده از اصل ماکزیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی استخراج می گردد. به منظور کاهش ارتعاشات در طول مسیر، متغیر های حالت مناسب تعریف می شود و اصلاحی در قانون کنترل بهینه انجام می گیرد به گونه ای که تغییرات ناگهانی در کنترل اعمالی حذف گردد. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش، شبیه سازی برای یک ربات دو درجه آزادی انجام می گیرد. به این منظور بعد از استخراج معادلات، در مرحله اول مساله ماکزیمم ظرفیت حمل بار بدون در نظر گرفتن ارتعاشات حل می شود، و در مرحله دوم با اصلاح تابع هدف، مسیر بهینه با ظرفیت حمل بار بیشینه و دامنه ارتعاشات کمینه بدست می آید و در آخر بحث و بررسی روی نتایج ارائه می شود.

جریان آشفته باد بر روی ساختمان بدلیل دارا بودن پیچیدگی های فیزیکی از جمله وجود گوشه های تیز، اثر زمین، وجود گردابه های مختلف و .... یکی از بهترین گزینه ها برای ارزیابی روش های توربولانسی می باشد. روش DES و DDES از روش های نسبتا جدید ترکیبی RANS-LES برای شبیه سازی جریان آشفته می باشند که بدلیل ذات ترکیبی آن در نزدیکی مرز از روش RANS و در نواحی دورتر از آن از روش LES استفاده می کنند و متعاقبا زمان اجرای شبیه سازی در آنها نسبت به روش های رایج LES کمتر می باشد. در این مقاله برای ارزیابی روش های DES وDDES ، جریان باد بر روی ساختمان در رینولدز 22000 بصورت 3 بعدی و با استفاده از پردازش موازی شبیه سازی شده است و برای صحت سنجی از نتایج تجربی سایر محققین استفاده شده است. همچنین روش مذکور با روش های متداول توربولانسی k-e و اسماگورینسکی نیز مقایسه شده است تا کارآیی آن نسبت به سایر روش های توربولانسی آشکار گردد. نتایج حاکی از آن است که روش DES با شبکه ریز در عین کاهش 26% زمان محاسبات نسبت به مدل اسماگورینسکی، از دقت خوبی بمنظور شبیه سازی جریان آشفته غیرقابل تراکم باد بر روی ساختمان برخوردار است.

جریان سیال نیوتنی و غیرنیوتنی تراکم ناپذیر داخل لوله همراه با افزودن ملحقه دیسک بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از روش حجم محدود و روش مختصات منطبق بر مرز استفاده شده است. سیال غیرنیوتنی مورد بررسی لزج خالص بوده و با قانون توانی مدل شده است. تاثیر ضخامت، نسبت منظر، فاصله بین ملحقه ها، شاخص سیال و عدد پرانتل بر انتقال حرارت، افت فشار و نسبت کارایی مطالعه شده و در نهایت نتایج برای سه رینولدز 500، 1000 و 1500 ارائه گردیده است. با توجه به نتایج حاصله مشاهده می شود تاثیر شاخص سیال بر افت فشار و نسبت کارایی (نسبت افزایش کلی) نسبت به سایر پارامترها بیشتر می باشد.

در این مقاله یک طرح جدید پکیج تولید چندگانه که بر اساس تکنولوژی پیل سوختی پلیمری و چرخه میسوتسنکو است، از دیدگاه ترمودینامیکی مدل سازی شده و مورد تحلیل قرار گرفت. پکیج تولید چندگانه شامل اجزای اصلی پیل سوختی پلیمری، چرخه میسوتسنکو، کویل گرمایشی، مخزن ذخیره حرارت و دیگ کمکی می باشد. از قابلیت های این پکیج تولید برق، گرمایش، سرمایش تبخیری غیرمستقیم تا نقطه شبنم و آب گرم مصرفی است. عملکرد سیستم با قانون های ترمودینامیکی و مدل های ریاضی حالت پایدار ارزیابی میشود. با استفاده از نرم افزارهای مطلب و EES کدنویسی انجام شده و نتایج با رسم نمودارها و جداول ارایه می شود. همچنین با استفاده ازتحلیل انرژی و اگزرژی راندمان های پشته پیل سوختی، راندمان های تولید همزمان گرمایش و سرمایش و راندمان های تولید چندگانه پکیج را بدست می آید. نتایج نشان می دهد که قدرت خروجی و ولتاژ واقعی خروجی از پشته پیل سوختی پلیمری به ترتیب برابر 3307 وات و 0.6787 ولت است.

در این مقاله خمش غیرخطی نانو صفحات مستطیلی گرافن ارتوتروپیک تحت بار عرضی یکنواخت، با بکارگیری اثر غیرموضعی ارینگن و بر اساس تئوری برشی مرتبه اول صفحات و کرنش های غیرخطی ون کارمن، توسط روش دیفرانسیل مربعات بررسی شده است. به منظور تائید دقت حل، نتایج در حالت های ساده تر با نتایج دیگر روش های عددی و همچنین نتایج در دسترس مقایسه شده اند که مطابقت خوبی یبن آنها مشاهده گردیده است. در پایان اثر پارامتر مقیاس کوچک، نسبت طول به عرض، ضخامت صفحه، مقدار بار، شرایط مرزی و تاثیر تغییر شکل های بزرگ، برای تئوری غیرموضعی صفحات نازک و تئوری برشی مرتبه اول غیرموضعی بر روی خیز بیشینه و نسبت خیزهای مختلف بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که از میان پارامترهای در نظر گرفته شده، ابعاد صفحه تنها عامل اختلاف بین نتایج دو تئوری غیرموضعی بکاررفته است و پارامتر مقیاس کوچک تاثیری در آن ندارد. همچنین مشخص شد که پارامتر مقیاس کوچک اثر کاهنده قابل توجهی بر خیز ناشی از حل غیرخطی داشته است؛ بطوری که این اثر در طول های زیاد صفحات مربعی کمتر و در بارهای زیاد بیشتر است.

در این پژوهش، توربین جریان شعاعی یک توربین سرمایشی بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در شرایط عملکردی مختلف با نتایج تجربی موجود مقایسه می شود. مشخصات عملکردی توربین بصورت تجربی عبارتند از: سرعت دورانی و پارامترهای جریان. هدف از این پژوهش بدست آوردن منحنی عملکرد توربین و تحلیل جریان سه بعدی داخل توربین می باشد. مدل کردن روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار تولید پره و کتیا، ایجاد شبکه مناسب روی دامنه روتور و پوسته توربین به ترتیب با استفاده از نرم افزار توربوگرید و انسیس مش، و در نهایت حل عددی جریان سه بعدی داخل توربین با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس انجام می شود. در این نرم افزار، معادلات جریان تراکم پذیر بر اساس روش فشار مبنا، با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی حل می شود. برای اطمینان از نتایج عددی، استقلال شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی مقایسه می شود. مقایسه نشان می دهد که نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی دارند.

در تحقیق حاضر رفتار تغییر شکل گرم فولاد API X70 به وسیله آزمون فشار گرم مطالعه شده است. جهت آزمایش، محدوده دمایی بین 950 تا 1150 درجه سانتی گراد با اعمال نرخ کرنش های متفاوت 0.01، 0.1 و 1 بر ثانیه انتخاب گردید. از منحنی های تنش - نرخ کارسختی برای نشان دادن وقوع تبلور مجدد دینامیکی استفاده و کاربرد روابط مشخصه برای تعیین ثوابت کار گرم این فولاد تشریح شد. با استفاده از تحلیل رگرسیون، ضریب تنش (a) و توان تنش (n) به ترتیب 0.016 و 4.420 محاسبه و انرژی فعال سازی تغییر شکل این فولاد نیز برابر KJ/mol 382 تعیین شد. همچنین اثر پارامتر زنر - هولمن (Z) روی نقاط ویژه منحنی های سیلان با استفاده از روابط تجربی بررسی و نهایتا سینتیک تبلور مجدد دینامیکی این فولاد مطالعه و رابطه حاکم بر این رفتار استخراج گردید.

در این مقاله، استفاده از جاذب های ویسکوالاستیک به منظور بهبود پایداری سیستم ترمز یک خودرو مورد بررسی قرار گرفته است. لذا به بررسی پایداری سیستم با استفاده از تئوری جدا شدن مودهای جفت شده پرداخته شده است. بنابراین نوآوری اصلی مقاله بکارگیری مدل مواد ویسکوالاستیک و استفاده از آنالیز مقادیر و یزه مختلط در پدیده جیغ ترمز می باشد. بدین منظور سیستم ترمز در یک نرم افزار اجزای محدود مدلسازی شده و برخی از پلیمرهای ویسکوالاستیک مورد استفاده در صنایع خودرو با استفاده از مدل نگامی- هاورلیاک، در نرم افزار شبیه سازی گردیده است. مقایسه مقادیر ویژه در حالت به کارگیری و عدم به کارگیری مواد ویسکوالاستیک حاکی از بهبود مود ناپایدار سیستم در فرکانس 12 کیلوهرتز می باشد. ضمنا بکارگیری این جاذب ها تاثیر خاصی در بازه فرکانسی پایین نخواهد داشت. در ادامه، مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی دیگر محققین نشان از صحت عملکرد مدل ارائه شده دارد. در نهایت با روش آنالیز انرژی کرنشی موقعیت قرارگیری لایه جاذب و ضخامت بهینه بدست امده است.

در تحقیق حاضر اندرکنش جریان مغشوش و موج ضربه ای مورد توجه قرار گرفته است. بدین منظور جریان های آشفته ای با شدت اغتشاشی و طول مشخصه اغتشاشی متفاوت تولید و اثر آنها بر روی موج ضربه ای مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق معادلات ناویر استوکس در حالت دو بعدی و با استفاده از گسسته سازی زمانی- مکانی با دقت بالا به صورت عددی حل شده است. در گسسته سازی مکانی از دو روش استفاده شده است.در جهت عمود بر موج ضربه ای از یک حلگر بسیار دقیق با روش ذاتی بدون نوسان با دقت مرتبه شش و در جهت موازی با موج ضربه ای از روش پده مرتبه شش استفاده شده است. همچنین، انتگرال گیری زمانی به روش رونگ کوتای مرتبه سوم انجام شده است. نتایج نشان می دهد که به طور کلی سطح انرژی آشفتگی در عرض موج ضربه ای افزایش پیدا میکند. در عبور از موج ضربه ای، اغتشاشات با طول مشخصه بزرگتر و شدت اولیه بیشتر افزایش بیشتری در سطح انرژی آشفتگی نشان می دهند. همچنین مشاهده شد که محل استقرار موج ضربه ای بسیار وابسته به شدت اغتشاشات جریان بالا دست می باشد ولی حساسیتی نسبت به طول مشخصه آنها ندارد.

در یک سیستم آلتراسونیک، متمرکزکننده، انرژی ارتعاشی ترانسدیوسر آلتراسونیک را به محل مورد کاربرد انتقال داده و دامنه نوسانات را تقویت می کند. بسته به کاربرد و شرایط کارکرد صنعتی، لازم است متمرکزکننده ها با هندسه مناسب و بزرگنمایی مطلوب طراحی و ساخته شوند. در این مقاله متمرکزکننده های با هندسه نمایی و با سطح مقطع مستطیلی شکل، طراحی و آنالیز شده و یک نمونه کاربرد آنها در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک مطرح می گردد. سپس جهت ارزیابی حل تحلیلی، چند نمونه متمرکزکننده مختلف به روش تحلیلی طراحی و سپس مدلسازی شده و در نرم افزار المان محدود انسیس آنالیز مودال می شوند و پارامترهای ارتعاشی آنها شامل فرکانس تشدید و ضریب بزرگنمایی با مقادیر حاصل از شبیه سازی المان محدود مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده، تطابق خوب بین مقادیر حل تحلیلی و شبیه سازی المان محدود را نشان می دهد. علاوه بر آن اصلاح هندسی متمرکزکننده، به عنوان راه حلی برای تطابق دقیق پارامترهای ارتعاشی آن با مقادیر مطلوب طراحی مطرح گشت. همچنین یک مجموعه متمرکزکننده قطعه کار جهت بکارگیری در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک شبیه سازی شد.

در این مقاله، فرایند و برپایی سامانه جوشکاری میکروپلاسما بر روی ورق نازک از آلیاژ تیتانیوم Ti-3Al-2.5V گزارش شده است. نمونه های تجربی با جریان، ولتاژ، سرعت جوشکاری و گذر نرخ حجمی گاز محافظ تحت جوشکاری قرار گرفتند. خواص مکانیکی و ریزساختار نمونه های جوشکاری شده مورد بررسی قرار گرفت تا پارامترهای مناسب جوشکاری مشخص شود. آزمایش های مکانیکی شامل آزمون کشش، خمش و میکروسختی سنجی نشان داد که در صورت تنظیم صحیح پارامترهای جوشکاری، استحکام کشش نمونه های جوشکاری شده به فلز اصلی بسیار نزدیک است در حالی که سختی فلز جوش از فلز اصلی و منطقه تحت تاثیر گرما (HAZ) بیشتر می باشد. آزمایش های شکست نگاری، طیف سنجی پراش اشعه X و متالوگرافی برای مطالعه سطح شکست و تغییرات ریز ساختار مورد استفاده قرار گرفتند. این آزمایش ها نشان دادند که به طور کلی شکست نمونه ها از نوع شکست نرم بوده و تغییر فاز مارتنزیتی از فاز b در درجه حرارت بالا به فاز a سوزنی شکل در منطقه جوش و HAZ اتفاق می افتد.

در این مقاله به طراحی کنترل کننده LQG/LTR برای کنترل وضعیت ماهواره زمین آهنگ در فاز نامی پرداخته می شود. عملگر مورد استفاده در این مقاله چرخ عکس العملی است و گشتاور کنترلی آن به وسیله رگولاتور LQR تعیین می شود. حسگرهای مورد استفاده در این مقاله، حسگر خورشید و زمین هستند و از فیلتر کالمن توسعه یافته برای تخمین حالت های آغشته به نویز استفاده می شود. سیگنال کنترلی حاصل از LQR به شرطی که همه حالات سیستم در فیدبک خروجی دیده شوند، دارای عملکرد مناسبی است. اما این روش ایده آل بوده و نویز موجود در مدل و حسگرها را لحاظ نمی کند. از اینرو، بر اساس حالت های تخمینی کنترل کننده های LQG و LQG/LTR طراحی شده و با کنترل کننده LQR مقایسه می شوند. ضرایب بهره کنترل کننده ها بر اساس خطی سازی حول نقطه کاری بدست می آید که موجب مقاومت و تشابه پاسخ های LQG و LQG/LTR می شود. نتایج نشان می دهد که فراجهش کنترلی LQR نیز از سایر کنترل کننده ها بیشتر است.

در این مقاله تاثیر نسبت فشار بر مشخصه های عملکرد یک توربین شعاعی دوقلو با استفاده از طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بررسی شده است. ابتدا مدل هندسی مجراهای عبور سیال در توربین با به کارگیری همزمان ابزارهای اندازه گیری و نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر ایجاد شده است. به دلیل پیچیده بودن هندسه مجراها، از سلول های چهاروجهی بی سازمان برای تولید شبکه در ناحیه محاسباتی استفاده شد. جریان سه بعدی با شرایط پایا، لزج، و تراکم پذیر با استفاده از روش چارچوب مرجع چندگانه (MRF) حل شد. نمودارهای مشخصه توربین از پس پردازش نتایج شبیه سازی جریان به دست آمد. تغییرات پارامتر دبی جرمی، پارامتر گشتاور تحویلی روتور و بازده کل به استاتیک توربین بر حسب نسبت فشار های مختلف رسم شده است. نتایج نشان می دهند که در سرعت دورانی ثابت، افزایش نسبت فشار منجر به افزایش پارامتر نرخ دبی جرمی تا حد خفگی توربین می شود، در حالیکه بازده کل به استاتیک توربین کاهش و گشتاور خروجی توربین افزایش می یابد.