مهندسی مکانیک مدرس
سال:1397 | دوره:18 | شماره:9 |تعداد مقالات:28

در این مقاله رفتار ارتعاشی تیر خمیده لایه ای عمیق تیموشنکو تحت بار متحرک تکی و چندتایی با شرایط مرزی تکیه گاه ساده در حضور پدیده های لغو، تشدید و حداکثر دامنه ارتعاشات آزاد مطالعه شده است. با ثابت درنظر گرفتن دامنه و سرعت بارهای متحرک، معادلات حرکت حاکم بر سیستم با استفاده از روش های تحلیلی و عددی حل شده اند. فرکانس پایه ای تیر، سرعت بحرانی بار متحرک و پاسخ دینامیکی تیر خمیده لایه ای به دست آمده اند. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر سرعت های مختلف لغو، حداکثر، فاصله بارهای متحرک از یکدیگر، ترتیب لایه چینی و تعداد لایه ها در ضخامت ثابت تیر بر پاسخ زمانی سیستم ارائه شده است. نتایج، نشان دادند جابجایی دینامیکی تیر خمیده لایه ای برای لایه چینی عمود برهم حتی در شرایطی که پدیده لغو، تشدید و حداکثر دامنه ارتعاشات آزاد رخداده اند کمتر از لایه چینی غیر عمود می باشد. همچنین مشاهده شد که نوع لایه چینی و تعداد لایه ها در سرعت های لغو و حداکثر تیر تحت بار متحرک تکی اثری ندارند ولی سرعتهای لغو و تشدید را در تیرهای تحت بارهای متحرک چندتایی تغییر میدهند. در ضمن نشان داده شد که سرعت های لغو و تشدید در لایهچینی های عمود بر هم متقارن و نامتقارن یکسان هستند و بیشتر از انواع دیگر لایه چینی میباشند.

در این پژوهش با استفاده از مواد پیزوالکتریک یک میکرو ژنراتور به منظور تامین انرژی مدارهای الکتریکی یک میکروپهپاد طراحی شده است. برای این منظور، یک بال کامپوزیتی کامل هواپیما شامل تمامی اجزای سازه ای آن مانند ریب ها، اسپارها و پوسته ها به کمک نرم افزار COMSOL multiphysics طراحی شد. بر روی اسپار این بال یک قطعه از جنس پیزوالکتریک مدل سازی شده است. این بال به صورت تیر یکسر گیردار مدل شده که انتهای آن با فرکانس ها و دامنه های مشخص به صورت نوسانی تحریک می شود. در طی نوسان، میزان تنش و کرنش اجزای بال با استفاده از روش المان محدود کسب شده و اختلاف پتانسیل با کوپل معادلات حاکم پیزوالکتریک با کرنش ها محاسبه شده است. پس ازآن، یک مدل آزمایشگاهی با مشخصات کاملا مشابه با مدل عددی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. به منظور صحت سنجی، نتایج به دست آمده از حل عددی با نتایج حاصل از آزمایش تجربی مقایسه شده اند. سپس اثر متغیرهایی همچون نسبت منظری بال، ابعاد مواد پیزوالکتریک و ضخامت اسپار بر میزان اختلاف پتانسیل ایجادشده مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت، نتایج به دست آمده موردبحث و بررسی قرارگرفته اند.

هدف از این مقاله، ارائه مدل طراحی بهینه حامل فضایی سرنشین دار با رویکرد ترکیبی طراحی ماژولار (با استفاده از خوشه بندی موتورهای موجود برای تولید نیروی تراست) و آنالیز حساسیت (در صورت عدم توانمندی موتورهای موجود، اکتساب توانمندی لازم با تغییر پارامتر یا پارامترهایی)، می باشد. این روش طراحی با توجه به نیاز موجود در کشور برای طرح ملی اعزام انسان به فضا (مدار پایین زمین) طبق سند بالادستی (سند جامع توسعه هوافضای کشور) صورت پذیرفته است. برای این منظور در این روش، ضمن بهره گیری توامان از روش های آماری و پارامتریک (بهینه سازی پارامترهای اصلی حامل)، مشخصات سطح تراست بهینه با توجه به سه الزام اساسی (الزام تعداد مراحل، الزام تعداد موتور در خوشه بندی و الزام حداکثر شتاب محوری) حاکم بر ریسک و شتاب محوری حامل های فضایی سرنشین دار تعیین می شود. در این مقاله، آنالیز حساسیت با هدف بررسی میزان تاثیر پارامترهای اصلی طراحی بر قابلیت های انرژتیک حامل فضایی صورت پذیرفته است. برای بهینه سازی و جستجوی فضای طراحی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. در نهایت برای ارزیابی روش طراحی پیشنهادی و قابلیت های جرمی – انرژتیک حامل فضایی، نتایج دو روش آماری و بهینه برای انجام ماموریت مشخص، مقایسه و صحه گذاری شده است.

ماشین های دوار، به خصوص توربین های گازی و کمپرسور های محوری، نقش بسیار حیاتی و مهمی را در صنایع تولید و انتقال انرژی ایفا می کنند؛ لذا، باید به موقع نسبت به تشخیص و تعیین اندازه عیوب احتمالی در آن ها اقدام شود، تا از بروز هزینه های بسیار سنگین تعمیرات جلوگیری به عمل آید. در مقاله حاضر، یک نمونه محل اتصال پره به دیسک توربین گاز، که از مهم ترین و حساس ترین بخش های یک توربین گاز می باشد، به کمک روش آزمون غیر مخرب فراصوتی آرایه فازی مورد بازرسی قرار گرفته است. در نمونه ساخته شده، طی دو مرحله، ترک هایی با طول های 4 و 8 میلی متر ایجاد شده و تاثیر طول آن بر نتایج بازرسی، مورد ارزیابی واقع شده است. مقایسه سیگنال های دریافتی در زوایای مختلف برای هر طول ترک، با سیگنال دریافتی از نمونه سالم در همان زوایا، به عنوان مقیاس و شاخصی برای تعیین طول ترک مورد استفاده قرار گرفته است. از افزایش دامنه سیگنال ناشی از ترک و کاهش دامنه سینگال مربوط به دیواره پشت ترک، به ازای افزایش زاویه در آزمون فراصوتی آرایه فازی برای استخراج شاخصی جدید جهت تعیین طول ترک استفاده شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که با استفاده از شاخص استخراج شده، می توان طول ترک موجود در محل اتصال پره به ریشه روی دیسک روتور توربین را، که دارای هندسه پیچیده کاجی شکل می باشد، با خطای کمتر از 10% تخمین زد.

در این تحقیق، اثر زاویه الیاف فصل مشترک بر روی چقرمگی شکست شروع و پایا در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بافته شده ی ساده با لایه چینی [012//012]، [011/30//0/011] و [011/45//0/011] تحت مود I تورق مورد بررسی قرار می گیرد. این نوع لایه چینی به منظور حذف اثرات لایه های دور دست فصل مشترک تورق، بر روی چقرمگی شکست نمونه تیر دولبه یکسرگیردار انتخاب گردیده است. نمونه ها با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته شده اند و آزمایش شکست نمونه های ساخته شده با استفاده از دستگاه SANTAM STM-150 و مطابق با استاندارد ASTM انجام گرفته است. نتایج آزمایش نشان می دهد که تغییر در زاویه ی بین وجهی صفحه ی ترک، تاثیر ناچیزی بر روی چقرمگی شکست شروع و پایای کامپوزیت های بافته شده با بافت ساده دارد. بررسی های آزمایشگاهی از سطوح شکست، نشان از تاثیر مکانیزم های مختلف بر روند رشد تورق در این نمونه ها داشته است که در این بین رشد ترک در صفحه ی بین رزین و الیاف یکی از مکانیزم های اصلی افزایش چقرمگی شکست در این نمونه ها می باشد. همچنین مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که برخلاف کامپوزیت های تک جهته، در نمونه های DCB بافته شده، پل زنی الیاف مکانیزم غالب در افزایش چقرمگی شکست در طول فرآیند رشد تورق نمی باشد.

امواج ارتعاشی با فرکانس بیشتر از 20کیلوهرتز که تحت عنوان ارتعاشات اولتراسونیک شناخته می شود، در بسیاری از روش های تولیدی و فرآیندهای مهندسی به کارگرفته می شود. دراین مقاله به بررسی وقوع پدیده نرم شدگی آکوستیکی درنمونه های فولادی با سه نوع میکروساختار متفاوت پرداخته شده است. برای این منظور توسط عملیات حرارتی آستمپرینگ و کوئنچ نمونه هایی با ریزساختارهای بینیتی و مارتنزیتی ایجادگردید. ابعاد نهایی این نمونه ها جهت انجام تست توسط روش المان محدود آنالیزمودال در نرم افزار انسیس طوری بدست آورده شد که فرکانس رزونانس نمونه با فرکانس رزونانس ترانسدیوسر برابر باشد. با توجه به این که دراثراعمال ارتعاشات اولتراسونیک، تنشی موسوم به تنش ارتعاشی به شبکه کریستالی وارد می شود و این تنش باعث حرکت نابجایی ها گشته و باعث کاهش استحکام تسلیم ونهایی نمونه می گردد. در این مقاله با اعمال ارتعاشات اولتراسونیک با شدت w/cm255 به مقدار 18%، 12% و 8% از استحکام تسلیم نمونه ها با ریزساختار فریتی و پرلیتی، بینیتی و همچنین مارتنزیتی کاسته می شود. به علت جذب انرژی ارتعاشات توسط نابجایی ها، شکل دهی و فرم دهی این مواد با صرف نیروی کمتر انجام می گیرد. همچنین در این مقاله یک مدل عددی برای نرم شدگی آکوستیکی بررسی گردید و مشخص شد که همبستگی مناسبی بین روش مدل سازی عددی و نتایج آزمایش های تجربی وجود دارد.

هدف اصلی این مقاله آشکار سازی تاثیر حجمی ارتعاشات اولتراسونیک بر رفتار پلاستیکی نمونه های فولاد S355J2 با اندازه دانه های متفاوت بوده و مقدار کاهش استحکام تسلیم و نهایی این نمونه های فولادی بررسی می گردد. جهت این بررسی، نمونه هایی با اندازه دانه های 10، 35 و 60 میکرون توسط انجام سیکل های مختلف عملیات حرارتی نرمالیزاسیون و آنلینگ ایجاد گردید و یک سیستم آزمایشگاهی مناسب جهت انجام تست کشش همراه با اعمال ارتعاشات اولتراسونیک با توان های 390 و 195 وات طراحی و ساخته شد. تست کشش با سرعت 1 میلی متر بردقیقه در دمای اتاق انجام گردید و مشخص شد که با اعمال ارتعاشات با توان 390 وات، استحکام تسلیم نمونه های فولادی با اندازه دانه 10، 35 و 60 میکرون به ترتیب به اندازه 8%، 18% و 27% کاهش می یابد. با توجه به این که طول مرزدانه ها در نمونه های ریزدانه بیشتر از نمونه های درشت دانه تر می باشد لذا انرژی صوتی در طول مرزدانه بیشتر پخش می شود بنابراین تاثیر اعمال ارتعاشات اولتراسونیک در نمونه های ریزدانه کمتر از نمونه های درشت دانه بوده و استحکام تسلیم و نهایی نمونه های ریزدانه کاهش کمتری از خود نشان دادند.

پیلهای سوختی پلیمری به دلیل دمایکار پایین، چگالی انرژی بالا در آیندهای نزدیک به طور چشمگیر مورد استفاده قرار میگیرند. مدیریت آب یکی از چالش های اصلی جهت توسعه و تجاری سازی پیلهای سوختی پلیمری است، که تاثیر قابل ملاحظهای بر عملکرد آنها دارد. از این رو درک چگونگی رفتار آب در پیل سوختی بسیار با اهمیت است. در این مقاله رفتار آب مایع در داخل لایه نفوذی گاز کاتد پیل سوختی پلیمری در مقیاس حفره مورد بررسی قرار گرفته است. محیط متخلخل مورد نظر )لایه نفوذی گاز کاتد( توسط دوایری با قطرهای مختلف و بصورت تصادفی ساخته شده است. از روش لتیس بولتزمن، مدل شبه پتانسیل شان و چن جهت شبیه سازی جریان دوفازی استفاده شده است. کد نوشته شده در سه حالت اعتبار سنجی شده و پس از آن تاثیر سه پارامتر اندازه منفذها، ضریب تخلخل و آبگریزی لایه نفوذی گاز بر انتقال آب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این شبیه سازی نشان میدهند که اولا با گذشت زمان مقدار اشباع در لایه نفوذی گاز افزایش یافته و نهایتا به مقدار ثابتی میرسد. ثانیا با کاهش قطر منفذها، مقدار اشباع و تعداد میانگذرهای انتقال آب کاهش یافته شده و این باعث افزایش نفوذ اکسیژن میشود. از طرفی مقدار اشباع محلی در فصل مشترک کاتالیست و لایه نفوذی گاز بسمت یک میل میکند این نشان دهنده این است که در این نواحی مولکولهای اکسیژن بایستی در آب حل شده و سپس به کاتالیست برسند. همچنین مقدار آب مایع در داخل لایه متخلخل با افزایش آبگریزی کاهش مییابد.

بازوهای رباتیک صفحه ای برای کاربردهای روی میز کار دو بعدی استفاده گسترده ای دارند. در این مقاله یک مکانیزم جدید برای بازوی رباتیک صفحه ای ارائه شده است. مکانیزم معرفی شده علاوه بر دارا بودن مزایای هر دو دسته ربات های سری و موازی، معایب هر دو دسته را نیز رفع نموده است. بازوی ساخته شده از یک طرف همانند بازوهای موازی دارای صلبیت، استحکام و دقت بالا و سایر ویژگی های مثبت بازوهای موازی بوده و از طرف دیگر همانند بازوهای سری به دلیل نداشتن نقاط تکین در داخل فضای کاری، دارای فضای کاری بزرگ و متقارن و با قابلیت حرکت پیوسته در کل فضای کاری می باشد. روابط سینماتیکی برای بازو به دست آمده و یک کنترلر مبتنی بر میکروکنترلر AVR و رایانه برای بازو معرفی شده است. نتایج حاکی از بهبود عملکرد بازو و حذف نقاط تکین از داخل فضای کاری می باشد.

مطالعه رفتار ارتعاشی و پایداری لوله های حامل سیال به دلیل کاربرد فراوان آنها در صنعت، حائز اهمیت می باشد. برای حل معادله حاکم بر رفتار ارتعاشی این لوله ها که به صورت معادله دیفرانسیل پاره ای شامل مشتقات ترکیبی نسبت به مکان و زمان است، از روش های تقریبی و عددی متعددی استفاده شده است. از جمله این روش ها می توان به روش المان محدود کلاسیک و المان محدود طیفی اشاره کرد. در این مقاله بررسی رفتار ارتعاشی لوله حامل سیال ویسکوز واقع بر روی بستر ویسکو الاستیک با استفاده از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک داوبچیز انجام گرفته است. به این منظور پس از استخراج معادله حاکم بر ارتعاشات لوله حامل سیال، پاسخ ارتعاشی با استفاده از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک به دست آمده و تاثیر پارامترهای سیستم از جمله ثابت بستر الاستیک، چگالی سیال، نیروی محوری، و تاثیر تابع مقیاس انتخابی بر پاسخ، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از افزایش سرعت بحرانی به دلیل افزایش سفتی بستر الاستیک، کاهش نیروی محوری فشاری و کاهش چگالی سیال است. از بررسی روش حل، مشاهده می شود که در هر درجه از موجک داوبچیز، افزایش مقیاس باعث افزایش دقت حل می شود. همچنین در این مقاله برای نشان دادن مزایای روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک، برای حالتی که حل تحلیلی مساله وجود دارد پاسخ با استفاده از روش تحلیلی و روش المان محدود کلاسیک نیز استخراج و با نتایج حاصل از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک مقایسه شده اند.

دال زدن به عنوان یکی از روش های درمانی پرکاربرد در بازتوانی شناخته شده است. که، تحت تاثیر عامل های مختلفی قرار می گیرد. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر موقعیت و ارتفاع صندلی (به ترتیب، فاصله ی افقی و عمودی صندلی تا پدال) در محدوده ی محل های ممکنه ی پدال زدن (محدوده ی ارتفاع صندلی: 49-80% طول پا) بر دامنه ی حرکتی مفصل ها و سرعت انقباض عضله های اندام تحتانی است. بدین منظور، از مدل اسکلتی-عضلانی ارایه شده در نرم افزار انی بادی استفاده شد. شرایط پدال زدن در دوچرخه ی ثابت در مدل فراهم شد (طول بازوی پدال و نرخ پدال زدن به ترتیب، cm 17. 5 و rpm 80). نتایج نشان داد که محدوده ی حرکتی مفصل های مچ پا، زانو و ران به ترتیب 11. 08-37. 54 (انحراف معیار: 0. 03-1. 86)، 69. 61-80. 58 (انحراف معیار: 4. 02-9. 76) و 42. 89-46. 13 (انحراف معیار: 0. 07-2. 89) است. اثر تغییر ارتفاع صندلی بر محدوده ی حرکتی مفصل مچ پا> زانو>ران و اثر تغییر موقعیت صندلی بر محدوده ی حرکتی مفصل زانو>ران>مچ پا است. با افزایش ارتفاع صندلی، محدوده ی حرکتی مفصل های مچ پا و زانو به طور قابل توجهی افزایش یافتند. همبستگی مثبت بین تغییر زاویه ی مفصل های مچ پا-زانو، مچ پا-ران و زانو-ران هماهنگی و همکاری مفصل ها در طول سیکل پدال زدن را نشان داد. سرعت انقباض عضله های اندام تحتانی تحت تاثیر تغییر محل صندلی قرار می گیرند. به ویژه عضله های گروه مچ پا، زانو و دومفصلی با تغییر محل صندلی در محل های ممکنه، در بازه ی بزرگی تغییر می کنند.

در این تحقیق، کنترل ارتعاشات پانل استوانه ای مرکب چند لایه تحت بار دینامیکی بوسیله وصله عملکر پیزوالکتریک بهینه برای اولین بار بررسی شده است. بمنظور حل معادلات دینامیک سازه با وصله پیزو، از روش المان محدود استفاده شده، که بر اساس فرضیات تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT) و مدل لایه معادل با تغییر شکل های زاویه ای متفاوت برای پوسته و وصله پیزو توسعه یافته است. معادلات حاکم بر پانل با وصله پیزو از طریق اصل همیلتون به دست می آیند و با استفاده از المان هشت گرهی روی لایه میانی پوسته تجزیه می شوند تا دستگاه معادلات ماتریسی حاصل شود. برای یافتن محل و اندازه بهینه برای عملگر پیزوالکتریک از معیار حداکثر کنترل پذیری استفاده شده است. طبق قانون کنترلی مورد استفاده، ولتاژ اعمال شده به وصله پیزوالکتریک متناسب با برآیند مولفه های سرعت در نقطه محل نصب حسگر می باشد. جهت صحه گذاری عملکرد فرمولبندی و مدل المان محدود، نتایج بدست آمده برای فرکانس طبیعی پانل استوانه ای چند لایه بدون وصله با مراجع موجود مقایسه شده اند. سپس با داشتن دینامیک سیستم بهینه شده، پاسخ فرکانسی برای حالت حلقه باز و بسته بدست آمده است و در انتها تاثیر مقادیر بهره کنترلی و ابعاد هندسی پانل و وصله روی پاسخ زمانی و سرعت میرا شدن ارتعاشات به نمایش گذاشته شده است.

در این مقاله یک حلگر لزج در دامنه کلی جریانات کم سرعت و پرسرعت بر پایه الگوریتم رو به باد "رو" در ساختار شبکه بی سازمان توسعه داده شده است. در روش ارایه شده، سختی معادلات حاکم در شکل تراکم پذیر در سرعتهای پایین با استفاده از فرم پیش شرط کاهش می یابد. درمحاسبه لزجت مصنوعی روش رو به باد "رو" نیاز به عملیات ضربهای ماتریسی می باشد که این کار هزینه محاسبات را بالا می برد. فرینک این عملیات پر هزینه را در حالت بدون پیش شرط به محاسبه مولفه های شارهای مرتبط با مقادیر ویژه تقلیل داد. در این تحقیق در حالت پیش شرط، عملیات مشابهی بر روی عبارات لزجت مصنوعی بجای شکل ضربهای ماتریسی انجام و معادلات جدید ارایه شد. در ضمن معادلات در یک شکل عمومی ارایه شده که قابلیت سوئیچ به هر کدام از حالات با پیش شرط یا بدون پیش شرط را دارد. اینگونه ارایه عمومی معادلات علاوه بر کاربردهایی که در روش بهینه سازی الحاقی دارد، امکان سریع تبدیل کدهای تراکم پذیر بدون پیش شرط را به حالت با پیش شرط فراهم می نماید. در بخش نتایج، حلگر برای ایرفویلهای آزمونه تک المانی و چند المانی در حالت کم سرعت و سرعت بالا با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد همگرایی باقیمانده ها که در حلگر تراکم پذیر در سرعتهای پایین بسیار طولانی بوده است در حالت پیش شرط به شدت بهبود می یابد.

در این پژوهش، طراحی و بهبود آیرودینامیکی پره یک توربین بادی محور افقی کوچک جهت استخراج حداکثر توان خروجی در ضمن داشتن استحکام مکانیکی لازم برای تحمل نیروها و گشتاورهای وارده، انجام شده است. طراحی آیرودینامیکی پره با استفاده از روابط تئوری اندازه حرکت اجزای پره و با استفاده از ضرایب تصحیح مناسب جهت درنظرگرفتن اثرات سه بعدی جریان بر روی عملکرد توربین، انجام می شود. فرایند طراحی، به منظور یافتن توزیع شعاعی اندازه وتر به گونه ای که حداکثر توان ممکن از توربین باد بدست آید، تنظیم شده است. با استفاده از نتایج طراحی آیرودینامیکی، نیروهای وارد بر پره ی توربین استخراج و پره از نظر استحکام مکانیکی مورد بررسی قرارمی گیرد و تحلیل نیروهای واردشده و تحلیل تنش به منظور اصلاح ضخامت پوسته پره جهت تحمل بارهای مکانیکی وارد آن صورت گرفته است. کد عددی توسعه یافته، علاوه برآنکه ابزاری مناسب جهت طراحی آیرودینامیکی و تحلیل مکانیکی پره توربین به دست می دهد، نتایج آن برای توربین 500 واتی مورد مطالعه، منجر به افزایش حدود 5 درصدی توان شده است. از طرفی تحلیل مکانیکی پره جهت تحمل بارهای دینامیکی و استاتیکی بر اساس ضخامت پره و جنس آن نیز نشان می دهد تصحیح اندازه وتر چه تاثیر بر قابلیت اطمینان مکانیکی خواهدداشت. همچنین در این پژوهش مقدار بهینه ی سرعت نسبی نوک پره استخراج شده و تاثیر سرعت نسبی نوک پره بر ضخامت پره مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی سه ایرفویل متداول انجام شده است و تاثیر توزیع طول وتر و ضریب اطمینان آن ها مورد قیاس قرار گرفته است.

در این مقاله، رفتار ارتعاشات آزاد محوری نانومیله های تابعی مدرج با استفاده از تئوری الاستیسیته سطحی مطالعه می شود. به منظور مدلسازی ارتعاشات آزاد محوری نانومیله ها، از تئوری ساده میله ها استفاده شده است. در کنار استفاده از تئوری ساده میله ها، از تئوری الاستیسیته سطحی به منظور در نظر گرفتن مولفه های انرژی سطح در معادلات حرکت و شرایط مرزی استفاده شده است. مولفه های انرژی سطح را مدول الاستیسیته سطحی، چگالی سطحی، و تنش پسماند سطحی تشکیل می دهند. خواص مکانیکی حجمی و سطحی نانومیله نیز در راستای طولی بصورت توانی در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از اصل همیلتون، معادله حرکت و شرایط مرزی نانومیله استخراج شده است. بدلیل در نظر گرفتن مولفه های انرژی سطح، معادله حرکت ناهمگن بدست آمده است. اما در هیچ یک از پژوهش های قبلی مانند بررسی رفتار ارتعاشات عرضی نانوتیرها و ارتعاشات پیچشی نانومیله ها در حضور انرژی سطح، مولفه های انرژی سطح سبب ناهمگن شدن معادله حرکت یا شرط مرزی نشده بودند. جهت استخراج فرکانس های طبیعی نانومیله، ابتدا با استفاده از تغییر متغیر مناسب، معادله حرکت ناهمگن تبدیل به معادله حرکت همگن شده است و سپس با استفاده از روش گلرکین، معادله حرکت به ازای دو شرط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد حل شده است. به منظور جامع بودن پژوهش، تاثیر پارامترهای مختلف مانند طول و شعاع نانومیله بر فرکانس های محوری نانومیله تابعی مدرج مورد بررسی قرار گرفته است.

عکسبرداری ترموآکوستیک با استفاده از امواج مایکروویو یک روش عکسبرداری با پتانسیل بالا در تشخیص سرطان پستان در مراحل اولیه است. این روش مزایای تصویربرداری مایکروویو و سونوگرافی را با هم ترکیب میکند. در این روش ساخت تصویر براساس امواج صوتی است که در بافت به علت تابش پالس های مایکروویو بر آن تولید میشود. با توجه به ماهیت چندفیزیکی این پدیده قابلیت و امکان سنجی یک روش شبیه سازی عددی دوبعدی که توانایی حل این پدیده را به صورت یکپارچه و پیوسته دارد، مورد بررسی قرار گرفته است. در این شبیه سازی، یک بافت بیولوژیکی به همراه تومور داخل آن درون یک داکت مربعی )هدایتگر موج( تحت تابش امواج مایکروویو با فرکانس GHz 2. 45 به صورت پالسی قرار داده شده است. تغییرات دمای ایجاد شده در بافت بیولوژیکی به علت تابش امواج الکترومغناطیسی و گرادیان فشار ایجاد شده متناظر این تغییرات دما ارزیابی شده است. سپس شبیهسازیها برای قدرتهای متفاوت امواج مایکروویو انجام شده تا میزان مطلوب قدرت امواج برای تولید سیگنالهای ترموآکوستیک مورد نیاز عکسبرداری تعیین شود. شبیهسازیها نشان دادند که در اثر جذب امواج توسط بافت سینه و تومور، افزایش دمای جزیی در بافت ایجاد خواهد شد. برای نمونه در نتیجه تاباندن پالس تحریک با قدرت W 1000 بهمدت μ s 200، افزایش دمایی برابر با ° C 0. 004743 در مرکز تومور ایجاد شده است. این تغییرات دمایی بسیار کوچک در تومور سبب ایجاد اختلاف فشار به میزان kPa 0. 02759 در مرز تومور و بافت سینه خواهد شد. این اختلاف فشار موجب تولید امواج صوتی خواهد شد که با استفاده از ردیفی از مبدل ها قابل شناسایی بوده و برای ساخت تصویر استفاده میشود.

در پژوهش حاضر، انتقال حرارت در یک پرهی متخلخل با در نظر گرفتن مکانیزم انتقال حرارت جابجایی طبیعی و تشعشعی مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد. برای مدل سازی مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی از مدل تشعشعی جهتهای مجزا ) DO ( استفاده شده است. همچنین برای مدل سازی محیط متخلخل، مدل دارسی برینکمن فورچهایمر در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات حاکم بر مسئله، از روش حداقل مربعات و روش دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. صحت و دقت نتایج حاصل از روش حداقل مربعات با نتایج حاصل از روش شبیهسازی عددی، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر توزیع همگن و ناهمگن تخلخل در طول محیط متخلخل، عدد رایلی، عدد دارسی، تخلخل و ضریب صدور سطح بر روی توزیع درجه حرارت در طول فین متخلخل و عدد ناسلت فین متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده، نتایج حاصل از حل حداقل مربعات، با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، انطباق خوبی دارند. متوسط خطا در این حالت 3. 39% است. همچنین صرف نظر کردن از اثر مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی در آنالیز انتقال حرارت فین متخلخل به طور متوسط 10− 20% خطا در محاسبه عدد ناسلت ایجاد مینماید. به علاوه با در نظر گرفتن توزیع ناهمگن غیر خطی تخلخل، در راستای طولی محیط متخلخل، افزایش 23% در عدد ناسلت فین محیط متخلخل مشاهده میگردد. پس با انتخاب مناسب پروفیل توزیع تخلخل میتوان نرخ انتقال حرارت را به طرز قابل توجهی افزایش داد.

روش سرعت سنجی به کمک تصویر ذرات یکی از روش های متداول اندازه گیری است که قابلیت اندازه گیری سرعت لحظه ای جریان سیال را دارد. در این روش با استفاده از ذرات کوچک شناور در جریان که قابلیت حرکت همراه جریان سیال و بازتابش نور را دارند، الگوی حرکت سیال توسط دستگاه تصویر برداری ثبت شده و پس از تحلیل، سرعت جریان سیال به دست می آید. یکی از روش هایی که به منظور تحلیل تصاویر جابجایی ذرات به کار می رود، تحلیل همبستگی است که در آن با تقسیم تصاویر به پنجره های کوچک واکاوی، جهت حرکت ذرات ثبت شده در هر پنجره محاسبه شده و در نتیجه بردارهای جابجایی کل ذرات موجود در تصویر تعیین می شود. یکی از خصوصیاتی که دقت این روش به آن وابسته است، تخمین محل نقطه بیشینه همبستگی است. هدف این پژوهش، بررسی روش های برازش و به کار گیری آن ها در الگوریتم تحلیل جابجایی ذرات به منظور دستیابی به دقت زیر پیکسل در تعیین بیشینه همبستگی و تعیین جابجایی ذرات با دقت زیر پیکسل است. به این منظور، به بررسی تئوری و تجربی روش های برازش با سهمی و رویه درجه دو پرداخته می شود. جهت دستیابی به شرایط تعریف شده، به جای استفاده از سیال، از تغییر شکل جسم جامد تحت بارگذاری یکنواخت استفاده می شود و به جای ذرات شناور در سیال، از توزیع ذرات بر روی سطح جسم استفاده می شود. نتایج نشان می دهد، هر دو الگوریتم برازش مورد بررسی در این تحقیق دارای قابلیت اندازه گیری میزان جابجایی در ابعاد زیر پیکسل و میکرومتر و با میزان خطای 0. 035 پیکسل یا یک میکرومتر می باشند.

در این مقاله، باتوجه به نیاز روز افزون به لوله های استحکام بالا و نازک در صنایع نفت و گاز، اثر استحکام، ضخامت اولیه لوله و اصطکاک بین لوله و غلتک، روی توزیع ضخامت و دوپهنی سطح مقطع لوله در فرآیند اندازه کردن به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار تجاری مارک منتات انجام گرفته است. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش استحکام تسلیم و کاهش ضخامت، دوپهنی سطح مقطع لوله کاهش مییابد. نشان داده شده است که با 2. 77 برابر شدن استحکام تسلیم لولهای به ضخامت 2. 8 میلیمتر، دوپهنی 27 درصد کاهش یافته است. با کاهش ضخامت از 2. 8 به 1. 8 میلی متر لوله ای با جنس فولاد St37 دوپهنی 2 درصد کاهش مییابد. این تغییرات با افزایش استحکام تسلیم بیشتر میشود به طوری که در لوله ای با جنس آلفورم 700 با کاهش ضخامت از 2. 8 به 1. 8 میلیمتر، دوپهنی 45 درصد کاهش می یابد. همچنین اصطکاک تاثیر ناچیزی بر دوپهنی و توزیع ضخامت لوله دارد. اعتبار شبیه سازی اجزای محدود با مقایسه نتایج تجربی تایید شده است.

خواص منحصربه فرد فوم های فلزی از جمله وزن سبک، جذب انرژی، هدایت حرارتی کم و بازیافت پذیری موجب شده است، محققان در پی یافتن روش های جدیدی با هدف دستیابی به این مواد با رابطه خوب بین خواص و هزینه های تولید باشند. روش های مختلف تولید بر اساس حالت اولیه فلز به دو گروه حالت مایع و روش پودری تقسیم بندی می شوند. هدف از این مطالعه ارائه روش جدیدی برای تولید فوم آلومینیوم سلول باز با فضاساز سدیم کلرید است. برای تولید فوم با این روش از دو نوع آلیاژ آلومینیوم با گرانروی متفاوت استفاده شد. برای نشان دادن رفتار فشاری فوم های آلومینیوم آزمون های فشار انجام شد. نتایج نشان داد رفتار فوم های تولید شده با این روش با نتایج مقالات دیگر یکسان است. در چگالی های مختلف برای فوم نرم رفتار یکسان بود ولی مقدار تنش در جابجایی یکسان برای چگالی های بالاتر، بیشتر بود. در چگالی یکسان برای دو آلیاژ مختلف استحکام محوری فوم تولید شده از آلیاژ A332بیشتر بود ولی در مقابل فوم تولید شده از آلیاژ 1067 جاذب انرژی خوبی است. مدول یانگ برای دو نوع آلیاژ با چگالی های یکسان، برای آلیاژ A332 مقدار 1. 45GPA و برای آلیاژ 1067 مقدار 1. 11GPa به دست آمد. با چگال تر شدن فوم، مقدار راندمان انرژی کاهش یافت.

در این پژوهش، برای اولین بار، تاثیر غیریکنواختی مقطع میکروتیر و شرایط مرزی مختلف بر ارتعاشات غیرخطی میکروتیر با در نظر گرفتن رفتار وابسته به ابعاد براساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده، بررسی می شود. با استفاده از اصل همیلتون، معادله حاکم بر میکروتیر اویلر-برنولی، با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی فون کارمن و بر اساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده استخراج می گردد. سپس معادله ارتعاشات غیرخطی حاصل، با استفاده از روش مشتقات تربیعی بهبود یافته و روش تکرار مستقیم حل می شود تا فرکانس طبیعی غیرخطی بدست آید. در این مرحله، با استفاده از روش گلرکین، معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی حاکم بر ارتعاشات به معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی از نوع دافینگ با متغیر زمان کاهش می یابد. معادله حاصل، با استفاده از ماتریس دیفرانسیل گیر اسپکترال که بر اساس مشتقات توابع پریودیک پایه تعریف شده است، تفکیک می گردد. سپس با استفاده از روش طول کمان، معادله غیرخطی پارامتری حاصل، حل می شود و پاسخ فرکانسی ارتعاشات اجباری غیرخطی میکروتیر بدست می آید. نهایتا فرکانس طبیعی غیرخطی و پاسخ فرکانسی میکروتیر برای مقاطع غیریکنواخت و شرایط مرزی مختلف محاسبه و تحلیل می شود. نتایج پژوهش جاری نشان میدهد که ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری میکروتیر وابسته به ابعاد است. همچنین برای تیرغیریکنواخت، این وابستگی ابعادی، چشمگیرتر و برای شرایط مرزی مختلف، متفاوت است. راستی آزمایی روش با مقایسه نتایج با نتایج حل دقیق در حالت ساده شامل مقطع یکنواخت و تکیه گاه ساده صورت گرفته که بیانگر دقت خوب روش حاضر می باشد.

در این مقاله با یک رویکرد سیستمی-سیالاتی به طراحی بهینه نازل ماوراء صوت برای استفاده در یک تونل شوک پرداخته شده است. پس از تعیین الزامات و مراحل طراحی مفهومی و طراحی اولیه با استفاده از یک روش مدرن از الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی جهت بهینه سازی کانتور نازل ماوراء صوت بهره گرفته شده است. در روش بهینه سازی که در این مقاله در پیش گرفته شده است کل منحنی نازل به صورت یکپارچه با تعدادی نقطه کنترلی به صورت پارامتریک بیان می شود و تحت استراتژی بهینه سازی ژنتیک تا رسیدن به منحنی بهینه نهایی با حلگر لزج ناویر استوکس و یک مدل آشفتگی دو معادله ای مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این رویکرد از آنجایی که ارزیابی توابع هدف با شبیه سازی عددی انجام می شود برای کاهش زمان فرایند بهینه سازی، هم در روش عددی و هم در الگوریتم ژنتیک، از پردازش موازی استفاده شده است. همچنین در این فرایند، از اسکالرسازی سه تابع هدف یعنی کمترین افت فشار کل، یکنواختی عدد ماخ و کمترین انحراف جریان محوری در خروجی نازل بهره گرفته شده است. در نهایت کانتور نازل بهینه، بهبود عملکرد قابل توجهی نسبت به نازل اولیه حاصل می کند و کارامدی این روش را به خوبی نشان می دهد.

بررسی فرایند جوشش به دلیل کاربردهای فراوان در صنعت از جمله مبدل های حرارتی و سیستمهای تهویه مطبوع یکی از زمینه های جذاب برای محققان است. یکی از عوامل مهم و موثر در انتقال حرارت جوشش استخری، هندسهی سطح گرمکن است. در مقاله ی حاضر، جوشش استخری آب دیونیزه و نانوسیال اکسیدآهن/آب در فشار اتمسفر بر روی سطوح مسی صاف و شیاردار به طور تجربی بررسی شده است. تاثیر شیارهای مستطیلی، دایرهای و مثلثی با گام یکسان بر روی انتقال حرارت جوشش، هدف اصلی مقالهی حاضر است. نتایج نشان داده که ضریب انتقال حرارت جوشش آب دیونیزه در سطح شیاردار دایرهای و مستطیلی به ترتیب 92 و 48. 9 درصد افزایش و در سطح شیاردار مثلثی 33. 1 درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. همچنین ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال اکسید آهن/آب در سطح شیاردار دایرهای 40. 7 درصد افزایش و در سطح شیاردار مستطیلی و مثلثی به ترتیب 21. 8 و 88. 7 درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. وجود گوشه ها در هندسه ی مستطیلی و مثلثی باعث افزایش مقاومت حرارتی و کاهش ضریب انتقال حرارت نسبت به هندسه ی دایرهای میشود. همچنین مساحت شیار، مکانیزم ایجاد حباب ها و میزان تجمع نانوذرات بر روی سطوح مختلف بر انتقال حرارت جوشش موثر است. برای بررسی اثر عمق، عمق شیارها در هندسه های مختلف افزوده شد. با افزایش عمق، به دلیل بیشتر شدن سطح انتقال حرارت و چگالی مکانهای هسته زا، ضریب انتقال حرارت جوشش آب و نانوسیال به ترتیب حداکثر تا 43. 5 و 40. 6 افزایش یافته است.

اخیرا به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی سیستم های سازه ای، رویکرد جدیدی تحت عنوان تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال پذیری (TOMA) ارائه شده است که پارامترهای مودال سازه ها را با استفاده از مفهوم انتقال پذیری تعیین می کند. در رویکرد TOMA، بر خلاف روش های OMA که از فرض ورودی نویز سفید بهره می برند، هیچ فرض محدودکننده ای برای تحریکات ورودی در نظر گرفته نمی شود و پارامترهای مودال سیستم های سازه ای مبتنی بر ویژگی های ماتریس انتقال پذیری استخراج می گردند. روش های انتقال پذیری نیز همانند سایر روش های حوزه فرکانس، در شناسایی مقادیر میرایی سیستم نتایج چندان قابل قبولی ارائه نمی دهند. از این رو در مقاله حاضر یک روش ترکیبی جدید تحت عنوان انتقال پذیری طیف فوریه-تبدیل موجک (FST-WT) پیشنهاد شده است که علاوه بر تعیین فرکانس های طبیعی و اشکال مودی سیستم، به شناسایی دقیق مقادیر میرایی مبتنی بر ویژگی های تبدیل موجک نیز می پردازد. در این تحقیق، قابلیت روش FST-WT در شناسایی و استخراج پارامترهای مودال یک سیستم 5 درجه آزادی تحت ارتعاش آزاد، با استفاده از پاسخ های بدست آمده از مدل سیمولینک متلب مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور فرکانس ها و اشکال مودی به ترتیب از عکس مقدار تکین دوم و اولین بردار تکین چپ ماتریس انتقال پذیری استخراج شده و مقادیر میرایی نیز با استفاده از سیگنال های تک فرکانسی (ضرایب موجک) بدست آمده از تبدیل موجک، مبتنی بر معیار آنتروپی حداقل شانون تعیین گردیده اند. مقایسه نتایج شناسایی تطابق خوبی را با مقادیر دقیق نشان می دهد.

تاکنون نمونه های مختلفی از رباتهای پوشیدنی با کاربرد بازتوانی طراحی و ساخته شده اند. یکی از چالش برانگیزترین بخش های طراحی رباتهای اسکلت خارجی، طراحی سیستم کنترل حرکت آن است. در رباتهای پوشیدنی بشه دلیشغ ریرخطشی بشودن مشدل دینامیکی، عدم قطعیت پارامترها، ساختارهای مدل نشده یا ساده شده و ارتشاش خارجی (ناشی از نیروی اعمال شده توسط کاربر) استفاده از روش های کنترلی مقاوم ضروری است. بنابراین در این پژوهش جهت تخمین کلیه عوامل ناخواسته به صورت یک اغتشاش کلی از رویتگر غیر خطی اغتشاش استفاده شد و کنترل کننده مقاوم مورد استفاده LQR-FOBSC از ترکیب دو کنترل کننده LQR و پسگام مرتبه کسری طراحی شد. مزیت کنترل کننده LQR، انتخاب ورودی کنترلی برای رسیدن سریع و بهینه به نقطه تعادل است و FOBSC مقاوم بودن کنترل کننده در برابر عدم قطعیت و اغتشاش و کاهش چترینگ را تضمین می کند. همچنین جهت انتخاب مناسب ضرایب تابع هدف کنترل کننده LQR از الگوریتم ازدحام ذرات استفاده شد. به منظور ارزیابی روش کنترلی ارایه شده، بین نرم افزارهای بیومکانیکی اپن سیم برای شبیه سازی بدن انسان و ربات و محاسباتی متلب به صورت بر خط ارتباط برقرار شد. با استفاده از متلب در هر لحظه ورودی کنترلی محاسبه و به ربات اعمال و اثر آن روی ماهیچه ها و استخوان های بدن کاربر با استفاده از نرم افزار اپن سیم مشاهده و موقعیت مفصل زانو محاسبه گردید. روش حاضر با روش های پسگام مود لغزشی، مرتبه کسری و LQR مقایسه و برتری آن نشان داده شد.

در این مقاله کنترل موقعیت یک عملگر نیوماتیک با شیر سولنوئیدی قطع/وصل با تحریک PWM با استفاده از دو مدار نیوماتیکی متفاوت، انجام می شود. پس از استخراج معادلات دینامیکی حاکم، به منظور بررسی تاثیر مدار بر عملکرد سیستم، به معرفی این دو مدار نیوماتیکی پرداخته می شود. سپس به منظور کنترل موقعیت عملگر نیوماتیکی، برای هر دو مدار، کنترل کننده مود لغزشی و کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتق گیر طراحی می شوند. درادامه ضرایب بهینه کنترل کننده ها توسط الگوریتم ژنتیک با هدف کمینه کردن انرژی کنترلی و خطای موقعیت، تعیین می گردند. درنهایت با انجام شبیه سازی ها در سیمولینک متلب، عملکرد کنترل کننده های طراحی شده با ضرایب بهینه در حضور اغتشاش مورد ارزیابی و مقایسه قرار می گیرند. بر اساس نتایج به دست آمده، در مقایسه عملکرد دو مدار، برای مدار نیوماتیکی اول با دو شیر سولنوئیدی، می توان به توانایی سیستم در تعقیب بهتر و دقیق تر ورودی مرجع سینوسی با فرکانس بالا، در حضور کنترل کننده غیرخطی مودلغزشی، درمقایسه با مدار نیوماتیکی دوم با تک شیر، اشاره کرد. خطای ردیابی موقعیت، در ورودی مرجع سینوسی با فرکانس پایین و در حضور کنترل-کننده کلاسیک تناسبی-انتگرالی-مشتق گیر، برای مدار نیوماتیکی با تک شیر، به مراتب کمتر از مدار نیوماتیکی دو شیر می-باشد، که نشان دهنده رفتار شبه خطی ورودی-خروجی عملگر، با این مدار نیوماتیکی است.