مهندسی مکانیک مدرس
سال:1392 | دوره:13 | شماره:3 |تعداد مقالات:18

در این تحقیق تاثیر فرآیند ترموسایکلینگ بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت دندانی فیلتک زی 350 توسط آزمایش دندانه گذاری نانو بررسی شده است. بدین منظور تعدادی نمونه دیسکی شکل به قطر 10 میلیمتر و ضخامت 4 میلیمتر از این نانوکامپوزیت ساخته شد. سپس نمونه های ساخته شده به دو گروه تقسیم شدند، نیمی از نمونه ها در دمای محیط نگهداری شده و نیمی دیگر تحت 1000 سیکل عملیات ترموسایکلینگ در آب مقطر بین 5 و 55 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. پس از آماده سازی نمونه ها آزمایش دندانه گذاری نانو توسط دستگاه تریبوسکوپ روی نمونه های هر دو گروه انجام شد و مدول الاستیسیته و سختی نمونه ها با استفاده از داده های بدست آمده از آزمایش دندانه گذاری نانو و نیز روش الیور-فار بدست آمد. با استفاده از آزمون تی خواص مکانیکی بدست آمده برای نمونه های ترموسایکلینگ نشده و نمونه هایی که تحت عملیات ترموسایکلینگ قرار گرفتند مقایسه شد. نتایج نشان می دهند که فرآیند ترموسایکلینگ موجب افزایش مدول الاستیسیته و نیز افزایش سختی نانوکامپوزیت دندانی می شود.

در این مقاله انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه مثلثی شکل به روش عددی بررسی شده است. نانوسیال استفاده شده آب و مس بوده و محفظه تحت تاثیر میدان مغناطیسی ثابت می باشد. دیوار مورب محفظه در دمای سرد و سایر دیواره ها عایق می باشند. یک منبع حرارتی با دمای ثابت در کف محفظه تعبیه شده است. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل می گردد. اثر اعداد ریلی، هارتمن، درصد حجمی نانوذرات، طول و موقعیت منبع حرارتی بر میدان جریان و دما و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که افزایش عدد هارتمن باعث کاهش سرعت جریان داخل محفظه شده و انتقال حرارت را کاهش می دهد و افزایش درصد حجمی نانوذرات عموما باعث افزایش انتقال حرارت می شود ولی تغییرات آن در اعداد ریلی و هارتمن متفاوت یکسان نمی باشد. علاوه بر اینکه موقعیت منبع حرارتی در کف محفظه بر نرخ انتقال حرارت از محفظه تاثیر بسزایی دارد.

ساختار فوم آلومینیومی به دلیل خاصیت جذب انرژی و سبک بودن، به عنوان هسته در سازه های سبک با قابلیت های بالستیکی اهمیت ویژه ای در صنایع مختلف هوافضا، دریایی، خودروسازی و ... پیدا کرده است. در این تحقیق با ساخت فوم های آلومینیومی با چگالی و ضخامت های مختلف، یک سری آزمایش های بالستیکی به کمک سیستم پرتابگر گازی تعریف شده و اثر چگالی و ضخامت فوم و سرعت پرتابه در میزان جذب انرژی ساختار فوم آلومینیومی برای اولین بار در کشور مطالعه شده است. نتایج حاصل از آزمایش های تجربی انجام شده، نشان می دهد که میزان جذب انرژی ساختار فوم آلومینیومی با افزایش چگالی و ضخامت فوم و افزایش سرعت برخورد بالا می رود.

هدف مطالعه حاضر بررسی آستانه ناپایداری جریان از حالت متقارن به نامتقارن در کانال دارای انبساط تدریجی می باشد. نسبت انبساط 1:3 و زوایای انبساط 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. گسسسته سازی معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود بر مبنای الگوریتم پیزو روی یک شبکه جابجا شده انجام شده است. بررسی دقت و صحت نتایج حل عددی بر اساس نتایج انبساط ناگهانی صورت گرفته است. در اینجا اثر زاویه انبساط و عدد رینولدز بر ناپایداری جریان در تبدیل گردابه ها از حالت متقارن به حالت دو گردابه نامتقارن و سپس سه گردابه، مطالعه و اعداد رینولدز بحرانی اول و دوم استخراج شده است. در هر مورد نمودارهای دو شاخه ای مربوط به گردابه ها و سرعت روی خط مرکزی کانال ترسیم و اثر ناپایداری بر روی میدان جریان بحث شده است. بر خلاف تحقیقات مشابه پیشین که همگی به مطالعه جریان در کانال های دارای انبساط ناگهانی (زاویه 90 درجه) پرداخته اند، در پژوهش حاضر ناپایداری جریان در کانال دارای انبساط تدریجی در زوایای مختلف بررسی شده که این امر مهمترین نوآوری آن به شمار می آید.

در این تحقیق یک روش تحلیلی جدید برای بررسی ضربه کم سرعت یک نانوذره بر روی یک نانوتیر اویلر برنولی و بر اساس تئوری غیر محلی ارائه شده است. با در نظر گرفتن معادلات ارتعاش آزاد تیر، ایمپالس وارد شده به نانوتیر با شرایط مرزی مناسب بیان شده است. با توجه به تاثیر پارامترهای غیر محلی، تغییر شکل دینامیکی پیش بینی شده توسط تئوری غیر محلی، همیشه از مقدار تغییر شکل دینامیکی، تئوری کلاسیک بیشتر است. در ادامه تاثیر شرایط مرزی و جرم پرتابه بر روی تغییر شکل بررسی شده است. نتایج حاصل از این روش، با استفاده از تحلیل های موجود و بر اساس تئوری الاستیسته و تئوری تیر کلاسیک، برای دو ماده مختلف (فولاد و آلومینیوم) مقایسه شده و همگرایی مناسبی مشاهده شده است. بطور کلی با افزایش پارامتر غیر محلی، تغییر شکل ماکزیمم وسط نانوتیر، افزایش یافته و مقدار همه فرکانس های نانوتیر در همه نسبت های جرم، کاهش یافته است.

در بیشتر سیستم های کیسه هوا در وسایل نقلیه، مخلوط گازی که کیسه هوا را پر می کند، از احتراق سریع یک سوخت جامد در درون یک محفظه یاحتراق بنام تولید کننده گاز تولید می شود. در این مقاله فرآیند احتراق در درون تولید کننده یگاز پیروتکنیک بر اساس یک مدل فیزیکی «صفر بعدی چند منطقه ای» بررسی شده است. سپس، با مطالعه یپارامتریک نشان داده شده است که عملکرد تولید کننده یگاز بیشتر تحت تاثیر مشخصات سوخت جامد نظیر جرم، اندیس احتراق و ضریب دمای سوخت جامد است و به اجزای سخت افزاری تولید کننده گاز در محدوده یتغییرات مجاز اعمال شده وابستگی چندانی ندارد. همچنین برای شبیه سازی تولید کننده گاز پیروتکنیک هیبرید فشار اولیه محفظه گاز به میزان 25 و 50 برابر افزایش داده شد. در نتیجه این فشار اولیه، دمای عملکرد هم در محفظه احتراق و هم در تانک تخلیه کاهش یافت. بنابراین با پایین آمدن دمای عملکرد، بازده گزمایی در تولیدکننده گاز افزایش می یابد. پایین بودن دمای عملکرد در تولیدکننده گاز پیروتکنیک هیبرید مزیت این نوع تولیدکننده گاز را نسبت به نوع معمولی آن نشان می دهد، چرا که دمای عملکرد پایین در تولیدکننده گاز کیسه هوا احتمال صدمات ناشی از سوختگی در هنگام باز شدن کیسه هوا را کاهش می دهد.

در مقاله حاضر، اثر بار ضربه ای عرضی با سرعت پایین یک جرم کوچک یا بزرگ بر روی رفتار دینامیکی یک ورق کامپوزیتی یکسرگیردار چندلایه با لایه فلزی (FML) به روش حل تحلیلی - عددی مطالعه شده است. رفتار متقابل بین ضربه زننده با ورق کامپوزیتی به کمک یک سیستم دو درجه آزادی جرم - فنر و با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQUS مدلسازی شده است. تابع نیروی برخورد به صورت تحلیلی محاسبه و سپس پاسخ آن توسط نرم افزار المان محدود محاسبه شده است. صحت نتایج بدست آمده با تحقیقات پیشین مقایسه و تایید گردیده است. نتایج نشان داده است که اگر یک جرم کوچک به یک ورق FML با شرایط مرزی یکسرگیردار یا تکیه گاه ساده برخورد کند، پارامترهایی مانند جرم و سرعت ضربه زننده، جرم ورق (هدف)، زاویه چیدمان الیاف و فرکانس طبیعی ورق تاثیر چندانی در نیروی تماسی یا خیز سازه ندارند. در حالی که برای ضربه زننده با جرم بزرگ این چنین نیست پارامترهای فوق بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر زیادی خواهند داشت.

متغیرهای متعددی بر فرآیند شکل دهی فلزات تاثیرگذار می باشند که یکی از مهمترین آنها اصطکاک است. اصطکاک بر نحوه سیلان ماده و همچنین نیروی مورد نیاز برای شکل دهی اثرگذار می باشد. برای تعیین میزان و نحوه تاثیر آن داشتن مقدار دقیق ضریب اصطکاک ضروری است. در این مقاله از آزمایش فشار حلقه برای تعیین ضریب اصطکاک برشی در فرآیند کار گرم آلیاژ آلومینیوم 6082 استفاده شده است. تغییرات اندازه قطر داخلی حلقه در حین تغییر شکل به میزان ضریب اصطکاک برشی وابسته است بنابراین می تواند معیاری برای مشخص کردن ضریب اصطکاک برشی باشد. گرافیت، تفلون و ورقه های میکا به عنوان روانکار انتخاب شدند. منحنی های کالیبراسیون اصطکاکی به کمک شبیه سازی المان محدود برای مقایسه با نتایج بدست آمده از آزمایش های تجربی رسم شده و ضریب اصطکاک برشی برای هر یک از حالات روانکاری بدست آمد. نتایج نشان داد که بهترین حالت روانکاری برای کار گرم آلیاژ آلومینیوم 6082 با استفاده از تفلون با ضریب اصطکاک برشی 0.32 حاصل می شود. ضریب اصطکاک برشی برای حالت بدون روانکار 0.69 بدست آمد.

در این تحقیق طراحی آیرودینامیکی ایمپلر توربین جریان شعاعی با استفاده از روش مستقیم در دو مرحله طراحی یک بعدی و سه بعدی انجام گردیده و با روشی جدید، هندسه سه بعدی پره بدون بکارگیری نرم افزارهای تولید هندسه و تنها با استفاده از کد نوشته شده به دست آمده است. علاوه براین با استفاده از این کد میتوان کلیه خواص جریان را در نقاط مختلف پره بررسی کرد. روشهای جدیدی که در این طراحی استفاده شده باعث صرف زمان و هزینه کمتر و دقت بالاتر نسبت به روشهای مستقیم گذشته شده است. در بخش اول، طراحی یک بعدی انجام شده است. ورودی های این طراحی شامل دما و فشار سکون ورودی، دبی جرمی و نسبت فشار توربین می باشد. در این طراحی هدف به دست آوردن هندسه پرهای با نسبت ابعاد ورودی و خروجی مطابق با مقادیر ایده آل پیشنهادی از آزمایشهای تجربی است. روش انجام این طراحی، همگرایی در بازده ایمپلر می باشد. در بخش دوم این تحقیق طراحی سه بعدی به روشی جدید که شامل طراحی مقدماتی و جزئیات می باشد، انجام شده است. در جهت صحه گذاری نتایج طراحی یک بعدی از نتایج آزمایشگاهی و برای طراحی سه بعدی از تحلیل عددی استفاده شده است. در تمام این مراحل، تطابق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده می شود.

در این مقاله ارتعاشات آزاد پوسته استوانه ای متشکل از مواد هدفمند یا موادی با خواص تابعی (FGM) بررسی شده است. در تحلیل به کار رفته، معادلات میدان جابجایی بر مبنای تئوری دانل و فرضیه تغییر شکل برشی مرتبه اول استخراج گردیده و پوسته مورد نظر از ترکیب پیوسته سرامیک و فلز فرض شده است. لذا مشخصات مکانیکی ماده تشکیل دهنده پوسته استوانه ای با فرض مدرج بودن، مطابق با توزیع کسر حجمی توانی در راستای ضخامت تغییر می کند. معادلات حاکم بر پوسته به صورت عددی و با استفاده از روش بدون المان محلی پتروف گلرکین یا به اختصار MLPG حل شده اند. بدین منظور، فرم جدیدی از تابع تغییر در نظر گرفته شده که منجر به دستیابی ماتریس های جرم و سفتی گردیده و در نتیجه فرکانس طبیعی پوسته تحت شرایط تکیه گاهی مختلف محاسبه شده است. اثر تغییرات کسرهای حجمی، مشخصات هندسی پوسته و شرایط تکیه گاهی مختلف، مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج به خوبی گواه بر همگرایی و دقت بالا در روش بکار رفته است.

سازه های متقارن نظیر، صفحات دایره ای شکل معمولا دارای مودهایی با فرکانس های طبیعی یکسان یا نزدیک به هم می باشند. از دید تئوری این مودها دو مود نزدیک به هم کاملا مجزا هستند ولی در اغلب در روش های مودال کلاسیک به عنوان یک مود شناخته می شوند. در این مقاله، برخی از روش های مودال کلاسیک معرفی و مهم ترین مشکلات آن ها در شناسایی مودهای نزدیک بیان شده است. سپس به منظور برطرف نمودن این مشکلات، یکی از روش های آنالیز مودال محیطی به نام زیر فضای اتفاقی-کواریانس استفاده شده است. برای بررسی دقت این روش در تخمین پارامترهای مودال، یک ورق فولادی تحت شبیه سازی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی توانمندی روش را در شناسایی مودهای نزدیک به هم با وجود نویز، دمپینگ بالا و نزدیکی زیاد مودها اثبات می کند. همچنین به منظور بررسی تجربی روش در تشخیص مودهای نزدیک به هم، آزمایش های مودال محیطی و مودال کلاسیک بر روی رینگ خودروی پژوی 405 انجام شده است و نتایج این آزمایش ها با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی و تجربی قابلیت آنالیز مودال محیطی را در تشخیص و جداسازی مودهای نزدیک به هم نشان می دهد.

در مقاله حاضر، نتایج شبیه سازی مستقیم عددی پدیده کاهش درگ به کمک میکروفیبرها در جریان کانال آشفته در عدد رینولدز برشی Rer=950 گزارش شده است. برای این منظور، از حل عددی معادلات ناویر - استوکس سه بعدی و وابسته به زمان برای جریان تراکم ناپذیر یک سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. تانسور تنش غیرنیوتنی تابع توزیع جهت گیری فضایی فیبرها می باشد که برای محاسبه آن از یک مدل بستگی جبری که اخیرا پیشنهاد شده استفاده شده است. نشان داده شده که استفاده از این مدل جبری، به دلیل کاهش چشمگیر حجم محاسبات، امکان شبیه سازی مستقیم در اعداد رینولدز بالا را می دهد. در نهایت، کمیت های آماری جریان آشفته (بطور خاص نمایه سرعت متوسط، تنش های رینولدز) نشان داده و بحث شده اند. تغییرات در ایزوتروپی تانسور تنش رینولدز به کمک مثلث ایزوتروپی لاملی نشان داده ایم.

در این مقاله یک ترانسدیوسر پیچشی مگنتواستریکتیو جدید معرفی می شود. این ترانسدیوسر از یک کله گی مگنتواستریکتیو، یک قطعه پشت بند فولادی و یک محفظه تشکیل شده است. در اثر اعمال یک میدان مغناطیسی مارپیچ که از دو مولفه محوری و محیطی تشکیل شده، کله گی بر اساس «اثر ویدمن» در مواد مگنتواستریکتیو دچار تغییر شکل پیچشی می شود. کله گی از ماده پرمندور تشکیل شده است که یک ماده همسانگرد مغناطیسی می باشد. در این مقاله معادلات دیفرانسیل ارتعاشات پیچشی ترانسدیوسر نوشته شده و یک ترانسدیوسر پیچشی مگنتواستریکتیو با فرکانس رزونانس 12075 هرتز طراحی شده است. فرکانس رزونانس و شکل مود طبیعی ارتعاشی ترانسدیوسر از لحاظ تئوری، عددی و تجربی بررسی شده و با هم مقایسه می شود. اثر پارامترهای مهم بر عملکرد ترانسدیوسر مانند میدان محوری و محیطی و همچنین اثر پیش بار پیچشی مورد بررسی قرار گرفته است. و نقطه کار بهینه ترانسدیوسر مشخص شده است. با توجه به اینکه اکثر ترانسدیوسرهای مورد استفاده در صنعت از نوع طولی بوده و ترانسدیوسرهای پیچشی پیزوالکتریکی به علت برخی از نقاط ضعف و محدودیت ها کاربرد چندانی در صنعت پیدا نکرده اند، لذا این نوع جدید از ترانسدیوسرهای پیچشی می تواند نامزد مناسبی برای کاربردهای صنعتی باشد.

در این مطالعه به بررسی ارتعاشات اتفاقی تیر مقطع متغیر تحت تحریک اتفاقی گسترده ایستا با تابع چگالی احتمال گوسین پرداخته می شود. به این منظور با تحلیل ارتعاشات آزاد ابتدا شکل مودهای سیستم بر حسب توابع بسل بدست می آید، سپس پاسخ و تحریک سیستم بر حسب شکل مودهای سیستم بیان می شود. در مرحله بعد با گرفتن انتگرال فوریه از خودهمبستگی پاسخ، تابع چگالی طیفی پاسخ بدست می آید و از روی آن واریانس جابجایی نقاط مختلف تیر محاسبه می شود. در نهایت با استفاده از روابط الاستیسیته و محاسبه واریانس تنش و کرنش اتفاقی و مقایسه آن با تنش تسلیم تیر، احتمال تسلیم سیستم تحت تحریک اتفاقی در نظر گرفته شده، بدست می آید.

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یک فرآیند اتصال در حالت جامد به طور گسترده در جوشکاری آلیاژهای مختلف فلزی به ویژه آلومینیم به کار می رود. اگرچه حرارت کم تولید شده در طول این فرآیند باعث ذوب فلز پایه نمی شود ولی سیکل حرارتی اعمالی روی نمونه، سبب کاهش خواص مکانیکی ناحیه اتصال می شود. اخیرا در این روش از جوشکاری، از روشهای خنک کاری در حین فرآیند استفاده می شود. در تحقیق حاضر ریزساختار و خواص مکانیکی ناحیه جوش آلیاژ الومینیم 5050 در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی زیرآب مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج آن با نمونه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در هوا مقایسه شد. نتایج حاصل نشان داد که ساختار جوشکاری شده در زیرآب به مقدار 36% نسبت به ساختار جوشکاری شده در هوا ریزدانه تر بوده و استحکام کششی آن حدود 6% ارتقا یافت. همچنین ناحیه SZ در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی زیرآب دارای سختی بیشتری نسبت به جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در هوا است.