علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال:1395 | دوره:27 | شماره:2 (پیاپی 14) |تعداد مقالات:12

در این تحقیق، تاثیر دامنه بال زنی یک بال زن، هم زمان با اثر انعطاف پذیری بال، بر عملکرد آیرودینامیکی آن، بررسی شده است. برای این هدف، یک مکانیزم بال زن با بال پوسته ای انعطاف پذیر و یک سامانه اندازه گیری نیروی پیشران طراحی و ساخته شد. در این آزمایش ها، در گستره ای از فرکانس ها و دامنه های بال زنی برای دو نمونه بال با انعطاف پذیری متفاوت از نظر خمشی و پیچشی، نیروی پیشران تولیدی و توان مصرفی اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش دامنه بال زنی، میزان نیروی پیشران تولیدی، افزایش می یابد، که البته برای دو پوسته بال با ضخامت مختلف متفاوت است.

استفاده از لایه های پیزوالکتریک تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار ارتعاشی و ظرفیت باربری سازه ها دارد. به منظور استفاده بهینه از مواد پیزوالکتریک می توان به جای لایه سرتاسری از وصله های پیزوالکتریک استفاده کرد. هدف تحقیق حاضر بررسی تاثیر وصله های پیزوالکتریک و شرایط مرزی بر رفتار کمانش و ارتعاشی تیر اویلر-برنولی تحت بار محوری می باشد. تاثیر تنش های اعمالی از طرف وصله های پیزوالکتریک با استفاده از تابع هوی ساید در معادلات حرکت اعمال شده و با استفاده از روش گالرکین، معادله مشخصه حاکم بر رفتار ارتعاشی سیستم استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که فرکانس های طبیعی و بار بحرانی تیر به ولتاژ، طول و موقعیت وصله های پیزوالکتریک و هم چنین نیروی محوری بستگی دارد که این تاثیرات با استفاده از نمودارهای مناسبی ارائه و مورد بحث قرار داده شده است. نتایج نشان می دهد که وصله های پیزوالکتریک واقع در وسط تیر بیشترین تاثیر را بر روی فرکانس های طبیعی و ظرفیت کمانش تیر دارند.

میکرومحرک های پیچشی دارای طیف وسیعی از کاربردها در سوئیچ های نوری، نمایشگرها، اینترفرومتری، طیف بینی، تصحیح خطا و تصویربرداری های پزشکی می باشند. به منظور بهبود عملکرد این سیستم ها، مطلوب است دامنه زاویه کاری آینه ها و فرکانس نوسانات آنها افزایش یابد. برای نیل به این هدف مهم، باید مقدار فراجهش و زمان نشست در هنگام دنبال کردن فرمان داده شده به سیستم کمینه شود. هدف این مقاله ارائه یک کنترلر فازی بهینه به منظور کنترل زاویه ای یک میکرومحرک پیچشی در محدوده فراتر از ناپایداری کششی آن است. بدین منظور، یک مدل دو درجه آزادی با در نظر گرفتن هر دو حرکت دورانی و خطی میکرومحرک در نظر گرفته شده است. با استفاده از رویکرد انرژی مبتنی بر معادلات لاگرانژ، معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار دینامیکی سیستم استخراج گردیدند. در قدم بعدی پاسخ استاتیکی سیستم به صورت مختصر مطالعه شد. هم چنین، تاثیر ولتاژ و میرایی مربوط به هر کدام از درجات آزادی بر آستانه ناپایداری مطالعه گردید. براساس حس و شناخت به دست آمده از مطالعات فوق، قوانین کلامی و قوانین اگر-آن گاه مرتبط با آنها جمع آوری شد. با استفاده از ترکیب معروف فازیساز نقطه ای، موتور استنتاج حاصل ضرب و نافازیساز مرکز سطح در کنار قوانین اگر-آن گاه به عنوان قلب سیستم فازی، کنترلر فازی طراحی گردید. کنترلر فازی پیشنهادی برای یک میکرومحرک خاص مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که میکرومحرک به کمک کنترلر فازی طراحی شده به خوبی قابلیت دنبال کردن فرمان پله مورد نظر را در هر دو حالت قبل و بعد از محدوده ناپایداری کششی داراست. این قابلیت در کنار فراجهش و زمان نشست قابل قبول نشان دهنده کارایی بالای کنترلر فازی طراحی شده است و انتظار می رود بتواند به خوبی برای تحلیل و بهینه سازی میکرومحرک های پیچشی به منظور بهبود عملکرد دینامیکی آنها مورد استفاده قرار گیرد.

این مقاله به بررسی تبادل حرارت در برخورد جت نانوسیالات می پردازد. هدف، مقایسه مدل های تکفازی و دوفازی در تحلیل جریان نانوسیالات و هم چنین مطالعه رفتار سیال پایه و نانوذرات به طور مجزا در مدل دوفازی اولری-اولری می باشد. برای این منظور، برخورد جت نانوسیال آب/Al2O3 در حالت های مختلف با مدل های تک فازی، مخلوط دوفازی و دوفازی اولری-اولری شبیه سازی شده و نتایج به دستآمده مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. برای حل معادلات حاکم در هر سه مدل از روش حجم محدود استفاده می شود. صحت شبیه سازی های انجام شده با مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج موجود به اثبات می رسد. نتایج نشان می دهند که در کلیه رویکردها، افزایش عدد رینولدز و بالارفتن کسر حجمی نانوذرات، بهبود تبادل حرارت را در پی دارد. در محاسبات انجام شده، مدل های دوفازی انتقال حرارت بیشتری را نسبت به مدل تکفازی پیش بینی می کنند. مقایسه دقیق رویکردهای دوفازی نیز بیانگر انتقال حرارت بیشتر مدل اولری-اولری نسبت به مدل مخلوط می باشد. با این وجود، مشخص می شود که با افزایش عدد رینولدز و کاهش کسر حجمی نانوذرات، نتایج این دو روش به هم نزدیک تر می شوند. در نهایت، مدل اولری-اولری نشان می دهد که توزیع دما در سیال پایه و نانوذرات یکسان است اما توزیع سرعت ها با یکدیگر متفاوت می باشند.

تئوری مکانیک آسیب پیوسته ابزاری است قدرتمند برای حل مسائلی هم چون تغییر شکل های پلاستیک بزرگ که مکانیک شکست سازه از تحلیل تاثیرات آن عاجز است. این مدل در چارچوب متغیرهای داخلی تئوری ترمودینامیک استخراج می شود و براساس نتایج آزمایشگاهی که بر روی خواص ماده انجام شده است، توسعه داده می شود. رشد میکروحفره ها، حاصل شکست غیر خطی کوپل شده با تغییر شکل های پلاستیک است. با توجه به این که چگالی و استحکام آلومینیوم برای استفاده در سازه های هوافضایی مناسب است از آن در ساخت بدنه و سازه وسایل فضایی استفاده می شود. آلومینیوم 5083 نیز به خاطر رفتار مکانیکی مناسب و سهولت جوشکاری و ماشینکاری یکی از پرکاربردترین مواد در سازه موشک، حامل و کاوشگرهای فضایی است. در این مقاله، آسیب پیوسته در آلومینیوم 5083 براساس مدل غیر خطی بنورا بررسی شده است. شبیه سازی عددی رفتار ماده در حین شکست در نرم افزار آباکوس به وسیله سابروتین (USDFLD) انجام می شود و نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحه گذاری می شود. این مقایسه نشان می دهد که نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی هم خوانی مناسبی با هم دارند و مدل بنورا برای مدل سازی آسیب در آلومینیوم مناسب است.

در این پژوهش، اثر بارگذاری خستگی بر توزیع مجدد تنش های پسماند مکانیکی در نمونه های کششی فشرده بررسی شده است. آزمون های تجربی رشد ترک خستگی طبق استاندارد E647 برای نمونه های بدون تنش پسماند اولیه و هم چنین نمونه های دارای تنش پسماند مکانیکی انجام گرفت. برای بررسی ناحیه پلاستیک نوک ترک و هم چنین به دست آوردن پارامترهای مکانیک شکست از تحلیل المان محدود به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان داد که تنش پسماند اولیه پس از چند سیکل بارگذاری خستگی، توزیع مجدد می یابد که نحوه توزیع مجدد آن وابسته به سطح تنش پسماند اولیه و دامنه بارگذاری سیکلی می باشد. مساحت منطقه پلاستیک نوک ترک نیز با شروع بارگذاری خستگی کاهش می یابد و پس از تعداد محدودی سیکل، اندازه آن پایدار می گردد. در آزمون های تجربی، عمر خستگی نمونه های دارای تنش پسماند مکانیکی کمتر از عمر خستگی نمونه های بدون تنش پسماند به دست آمد.

در پژوهش حاضر، جریان آشفته شتاب دار خطی در یک لوله برای حوزه متغیر از اعداد رینولدز، به وسیله پنج مدل مرسوم جریان آشفته شبیه سازی می شود. مدل های آشفتگی موردنظر، مدل جبری بالدوین-لومکس (BL)، مدل یک معادله ای اسپالارت-آلماراس (SA)، مدل k-w، مدل k-e با تصحیح دیواره لام- برمهورست و مدل k-e-v2 می باشند. هدف، مطالعه دقیق تر جریان و بررسی کارایی و قابلیت مدل های مذکور در پیش بینی تنش برشی دیواره، تنش رینولدز، لزجت آشفتگی، تاخیر زمانی در پاسخ و سرعت متوسط می باشد. هم چنین تغییر عواملی نظیر قطر لوله، نوع سیال، رینولدز اولیه شتاب و نرخ شتاب دهی و تاثیر آن بر پارامترهای فوق به دقت مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور راستی آزمایی، نتایج حاصل از مدل های آشفتگی با نتایج تجربی و عددی (مدل سازی آشفتگی و شبیه سازی گردابه های بزرگ) دیگر محققان مقایسه گردیده است. نتایج نشان از دقت مطلوب نتایج حاصل از مدل سازی یک بعدی جریان آشفته شتاب دار در مقایسه با نتایج شبیه سازی گردابه های بزرگ (سه بعدی) دارد. هم چنین تاخیر در پاسخ آشفته پیش بینی شده به وسیله مدل ها (به جز مدل BL)، تطابق نسبتا خوبی با مقادیر آزمایشگاهی نشان می دهد. مقایسه توزیع سرعت متوسط، انرژی جنبشی آشفته و لزجت آشفتگی نشان از دقت بهتر مدل k-e-v2 نسبت به سایر مدل ها دارد.

این مقاله در مورد تاثیر جابه جایی افقی جت ها بر انتقال حرارت جابه جایی از سطح مقعر استوانه ای بحث می کند. در این راستا معادلات متوسط گیری شده برای جریان تراکم ناپذیر آشفته در حالت دایم به همراه دو مدل آشفتگی رایج و یک مدل رینولدز پایین به همراه تصحیح کننده یاپ، در یک فضای محاسباتی سه بعدی حل شده اند. نتایج نشان می دهد که اعمال تصحیح یاپ به طور قابل ملاحظه ای منجر به اصلاح تخمین بیشینه عدد ناسلت در نقطه برخورد می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با کاهش فاصله مرکز جت ها تا لبه خروجی صفحه مقعر بیشینه مقدار عدد ناسلت به سمت جریان بالادستی منتقل می شود و با نزدیک شدن جریان اصلی جت به ناحیه چرخشی ایجاد شده در بالا دست جریان، انرژی جنبشی آشفتگی در این ناحیه افزایش می یابد و همین امر سبب افزایش عدد ناسلت در ناحیه برخورد شده است.

در این پژوهش از تئوری تیر جدارنازک، تغییر شکل نقطه دلخواهی از سازه توربین باد محور افقی استخراج و با روش اجزای محدود، روابط انرژی جنبشی و پتانسیل اجزای آن به دست آمده است. پاسخ میرای سازه در حالت ارتعاش اجباری یکبار تحت اثر نیروهای آیرودینامیکی، گریز از مرکز و اثر وزن و بار دیگر تحت تحریکات تکیه گاهی هارمونیک و اتفاقی به دست آمده است. از تئوری فوق، برنامه ای در نرم افزار متلب تهیه شده است که می تواند انواع سازه های توربین باد محور افقی را تحلیل نماید. تحلیل مدل های مختلفی از سازه اثر تغییرات طول، جنس، سرعت دورانی پره ها و سرعت وزش باد بر سازه مشخص کرده اند. مدل سازی و تحلیل برج سازه در نرم افزار انسیس نتایج پژوهش را تصدیق نموده است.

در تحقیق حاضر باتوجه به اهمیت نیروگاه بخار بندرعباس از لحاظ موقعیت و حجم برق تولیدی، به بررسی انجام بازتوانی کامل بر روی آن پرداخته شده است. روند کار به این صورت است که بعد از انجام مدل سازی و انطباق داده های مدل سازی با سیکل واقعی و راستی آزمایی مدل به ارائه نتایج حاصل از مدل سازی حالت های مورد نظر در انجام بازتوانی پرداخته شده است. بهینه سازی با استفاده از توابع راندمان اگزرژی و هزینه برق تولیدی و به وسیله روش الگوریتم ژنتیک انجام پذیرفته است. در نهایت نمودار به دست آمده (منحنی پارتو) نمایشی از روند تغییرات هزینه بر اساس تغییرات راندمان (اگزرژی) را ارائه خواهد داد که در تصمیم سازی و انتخاب حالت مد نظر و مطلوب سرمایه گذاری موثر خواهد بود. نتایج حاصل از بهینه سازی دوهدفه بازتوانی نیروگاه بخار با دو بویلر بازیاب حرارت تک فشاره و دوفشاره، نشان دهنده ارتقای راندمان اگزرژی نیروگاه تا مقداری بالاتر از 46 درصد می باشد.