علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال:1391 | دوره:24 | شماره:1 (پیاپی 7) |تعداد مقالات:9

در مقاله حاضر، الگوریتمی برای تحلیل تیر تحت خمش با ویژگی های مواد اتفاقی تحت بارگذاری استاتیکی اتفاقی وابسته به مکان ارائه شده است. اتفاقی بودن خواص مواد که ناشی از سطوح مختلف فرآیند ساخت و تولید است سبب می شود که خواص مواد ساختارهای مختلف اتفاقی داشته باشند. به دلیل اتفاقی بودن خواص مواد، ماتریس سفتی سازه ای نیز اتفاقی می باشد و متعاقبا پاسخ را تحت تاثیر قرار می دهد. از سوی دیگر بارهای وارد بر بسیاری از سازه های مختلف مانند اجزای خودرو، بال هواپیما و ... ماهیتی اتفاقی دارند که در تحلیل های معمول سازه ای به صورت معین فرض می گردند؛ لذا طراحی سازه ای بر پایه روش های متعارف با قابلیت اطمینان بالا، همراه نمی باشد. طبق روش ارائه شده در این مقاله، پاسخ تغییر پذیری بر اساس معیار جا به جایی برای تیر با فرض خواص مواد و بارگذاری اتفاقی محاسبه شده و توسط مثال های عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین الگوریتم مذکور با انجام تغییرات لازم به روشی برای محاسبه پاسخ تغییرپذیری تیر بر اساس معیار تنش، گسترش داده شده و پس از به کارگیری در مثال های مربوط، قابلیت اطمینان تیر در شرایط عدم قطعیت خواص مواد و بارگذاری، بر اساس معیار جابه جایی مجاز محاسبه شده است.

تعیین طول تغییر شکل از نخستین مراحل طراحی فرآیند شکل دهی غلتکی به شمار می رود. دست رسی به روابطی ساده و صریح که بدون نیاز به سعی و خطای کارگاهی یا شبیه سازی های زمان بر اجزای محدود طول تغییر شکل را پیش بینی کنند بسیار مورد توجه صنایع می باشد. در این مقاله سعی شد تا با در نظر گرفتن خواص ارتجاعی و رفتار کارسختی ورق در کنار مشخصات هندسی یک مقطع کانالی، تغییر شکل ورق مورد مطالعه قرار گیرد. در این راستا، با استفاده از مدل ماده ارتجاعی-خمیری با کارسختی خطی، رابطه هایی برای کار مصرفی در تغییر شکل های کشیدگی طولی بال و خمش عرضی در خط خم ارائه شد و در نهایت، رابطه ای برای طول تغییر شکل توسعه یافت. نتایج نشان داد که زاویه شکل دهی، طول بال و مدول یانگ طول تغییر شکل را افزایش می دهند و ضخامت ورق، استحکام تسلیم اولیه و مدول مماسی ارتجاعی-خمیری طول تغییر شکل را کاهش می دهند. نسبت پواسون اثری روی طول تغییر شکل ندارد و افزایش نسبت شعاع خم به ضخامت ورق، طول تغییر شکل را افزایش می دهد. در نظر گرفتن خواص ارتجاعی و رفتار کارسختی باعث می شود تا طول تغییر شکل از طول تغییر شکل صلب-خمیری پیشنهادی توسط باتاچاریا، کوچک تر باشد.

هدف این مقاله توسعه یک روش اصولی برای مطالعه و تحلیل تاثیر پارامترهای شکل دهی روی کیفیت شکل پذیری قطعات و تخمین ترکیب بهینه این پارامترها در فرآیند هیدروفرمینگ ورق می باشد. در این مقاله، تاثیر پارامترهای کلیدی شکل دهی هم چون فشار سیال محفظه شکل دهی، ضریب اصطکاک سطح تماس سنبه و ورق، فاصله بین سطح لبه محیطی قالب با سطح ورق گیر و شعاع ورودی قالب در فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی مورد بحث قرار گرفته است. ابتدا مدل اجزای محدود برای شبیه سازی فرآیند ایجاد گردید و نشان داده شد که مدل توسعه داده شده مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد. سپس، با استفاده از ترکیب روش اجزای محدود و تکنیک تاگوچی به همراه تحلیل واریانس تاثیر پارامترهای نام برده شده بر قطعات شکل داده شده از دو جنس مس خالص و فولاد St14 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که برای هر دو حالت بیش ترین نازک شدگی در یک عمق کشش ثابت و بیش ترین عمق کشش قابل دست یابی، فشار سیال بیش ترین تاثیر را بر شکل پذیری قطعه کار در فرآیند هیدروفرمینگ ورق دارد. هم چنین با استفاده از سنبه خشن تر، فاصله بین سطح لبه محیطی قالب با سطح ورق گیر کم تر و شعاع ورودی بزرگ تر شرایط شکل دهی به تر خواهد شد.

با توسعه سیستم های تعلیق و استفاده از دمپرهای الکترومغناطیسی، مطالعه رفتار غیرخطی و آشوبناک سیستم تعلیق تحت تحریک جاده اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. در عمده تحقیقات انجام شده در زمینه مطالعه رفتار آشوبناک خودرو، از مدل یک چهارم خودرو با یک یا دو درجه آزادی استفاده شده است که در این مدل ها صرفا حرکت عمودی جرم های فنربندی شده و فنربندی نشده لحاظ می شود و از مد ارتعاشی حرکت کله زنی خودرو صرف نظر می شود. در تحقیق حاضر برای دست یابی به مدل واقع بینانه تر با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی برای سیستم تعلیق خودرو، رفتار دینامیکی خودرو با استفاده از مدل نصف خودرو با چهار درجه آزادی مورد مطالعه قرار گرفته است و از نمودارهای پاسخ فرکانسی، چندگانگی و پوآنکاره برای شناسایی نواحی آشوبناک در پاسخ استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که در اثر نزدیکی دو رزونانس اصلی حرکت عمودی و کله زنی خودرو، پاسخ اجباری سیستم دچار تغییرات عمده ای می شود. نواحی ناپایدار جدیدی در مقایسه با مدل یک چهارم در پاسخ فرکانسی سیستم مشاهده می شود. هم چنین نتایج نشان می دهد که تشدید حاصل از رزونانس اصلی حرکت کله زنی، سبب تغییر محل گذار سیستم از پاسخ آرام به پاسخ آشوبناک می شود.

ربات های مارمانند نوعی از ربات ها با تعداد درجات آزادی بالا می باشند که از به هم پیوستن لینک های مشابه توسط مفاصل یک یا دو درجه آزادی تشکیل شده اند. این ربات ها نسبت به ربات های دارای پا و یا چرخ ویژگی های زیادی دارند. در این مقاله سینماتیک و دینامیک ربات مارمانند برای حرکت کرم مانند، روی سطح شیب دار، برای اولین بار بررسی شده است. حرکت کرم مانند از انواع حرکتی است که ربات مارمانند در صفحه عمودی انجام می دهد. در ابتدا موقعیت، سرعت، شتاب و زوایای نسبی لینک ها با استفاده از منحنی سرپنوید محاسبه و معادلات دینامیکی با توجه به سینماتیک ربات به کمک معادلات نیوتن به دست می آیند. نیروی اصطکاک به عنوان تنها نیروی پیشروی با مدل کولمب، مدل می شود. سپس به تاثیر عواملی چون ضریب اصطکاک و زاویه سطح شیب دار پرداخته شده و نشان داده شده است که با افزایش این دو ضریب، گشتاور مورد نیاز افزایش می یابد. برای تایید معادلات سینماتیک و دینامیک ارائه شده، از روش لاگرانژ و نرم افزار تجاری وباتس استفاده شده است. هم چنین، از معادلات سینماتیک و دینامیک ارائه شده، می توان برای تولید حرکت های دیگر ربات مارمانند که در صفحه عمودی اتفاق می افتند نیز استفاده کرد. از طرف دیگر اهمیت هندسه لینک هاروی گشتاور موتورها نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها، به جزئیات ربات مارمانند FUM-Snake 3 پرداخته شده است. آزمایش های عملی صورت گرفته با استفاده از این ربات، نتایج نرم افزار وباتس و مدل دینامیکی را تصدیق می نماید.

از مشکلات سنگ زنی حرارت اعمال شده به قطعات و باقی ماندن تنش پسماند روی سطح آنها است. از این رو، هدف این تحقیق بهینه سازی فرآیند است تا با در نظرگرفتن ترکیب بهینه ای از پارامترهای فرآیند، حرارت و تنش های پسماند کاهش یابد و از طرف دیگر بر استحکام و سختی سطح فولاد بیفزاید. با استفاده از روش تاگوچی، آزمایش های لازم برای گرفتن نتیجه قابل اطمینان طراحی شد و شرایط بهینه فرآیند به دست آمد. علاوه بر بهینه سازی فوق، پارامترهای فرآیند توسط روش SA بهینه سازی گردید. نتایج نشان می دهد که اختلاف پارامترهای به دست آمده از هر دو روش بسیار کم است و با اعمال پارامترهای حاصل از بهینه سازی، دمای وارد به سطح قطعه کار کاهش می یابد و سختی سطح بالا می رود. صحت این موضوع، با اندازه گیری و تحلیل ریزسختی مورد بررسی قرار گرفته است.

در این مقاله اختلاط الکتروکینتیکی سه بعدی به روش عددی درون ریزمخلوط گرهای ساخته شده با ریزمجرای ناهمگن به صورت کیفی و کمی بررسی شده است. برای کاهش هزینه های محاسباتی در جریان های سه بعدی، شبیه سازی جریان الکترواسموتیک با استفاده از روش هلمهولتز - اسمولوکوفسکی (Helmholtz-Smoluchowski) انجام شده است. مطالعات قبلی برای پدیده اختلاط الکتروکینتیکی درون ریزمجراهای ناهمگن نشان داده است که وجود گردابه ها و نواحی دارای جریان چرخشی بسته همواره باعث بهبود راندمان اختلاط در جریان های دو بعدی می گردد. اما بررسی های انجام شده در این مقاله برای ریزمخلوط گرهای سه بعدی نشان داد که همواره این اتفاق رخ نمی دهد و در برخی موارد وجود گردابه اثر افزایشی بر راندمان اختلاط ندارد. یافته های این مقاله نشان می دهد که میزان نامتقارنی در میدان جریان سیال عامل تعیین کننده در ایجاد اختلاط است. از آن جا که در جریان های سه بعدی امکان ایجاد نامتقارنی بیش تر وجود دارد لذا میزان راندمان اختلاط در جریان های سه بعدی در مقایسه با جریان های دوبعدی بیش تر است. مطالعه آرایش های متنوع سه بعدی برای ریزمخلوط گر الکترواسموتیکی نشان داد که بسته به آرایش ناهمگنی ها، راندمان اختلاط درون ریزمجرای ناهمگن در مقایسه با ریزمجرای همگن می تواند بهبود یابد و یا این که کاهش یابد. این نتایج تاکید می کند که بررسی دوبعدی اختلاط نمی تواند تمامی مزایای اختلاط درون ریزمجراهای ناهمگن را شرح دهد. یافته های این پژوهش می تواند در مدل سازی صحیح ریزمخلوط گرهای مورد استفاده در کاربردهای عملی به ویژه ریزتراشه های آزمایشگاهی (Lab-on-a-chip) مورد استفاده قرار گیرد.

در این پژوهش تاثیر پارامترهای ورودی فرآیند EDM (زمان روشنی پالس، سیکل وظیفه و قطبیت ابزار)، بر روی نرخ براده برداری (MRR)، درصد فرسایش نسبی ابزار (TWR) و ماکزیمم زبری سطح (Rmax) در ماشین کاری فولاد ابزار AISI H13 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش سیکل وظیفه در هر دو حالت قطبیت ابزار، نرخ براده برداری و زبری سطح افزایش و فرسایش نسبی ابزار کاهش می یابد. در قطبیت مثبت، با افزایش زمان روشنی پالس، نرخ براده برداری و زبری سطح افزایش و فرسایش نسبی ابزار روندی نزولی دارد، ولی در قطبیت منفی با افزایش زمان روشنی پالس، نرخ براده برداری و زبری سطح ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. هم چنین بر اساس نتایج به دست آمده در حالت قطبیت منفی در زمان های روشنی پالس کم تر، مقدار نرخ براده برداری بیش تر و مقدار فرسایش نسبی ابزار کم تر از قطبیت مثبت است.

تحلیل جریان اطراف اجسام استوانه ای یکی از مسائل اساسی در مکانیک سیالات می باشد و از اهمیت بالایی برخوردار است. بررسی میدان های سرعت در جریان های پتانسیل و لزج، به عنوان اساس و پایه ای برای یافتن میدان فشار و بررسی نیروهای وارد از سیال به جسم مانند نیروی لیفت و درگ، در رژیم های مختلف جریان، اکثر تحقیقات در شاخه سیالات را به خود اختصاص داده است. چون تشکیل گردابه ها در پشت جسم ماهیتی کاملا وابسته به زمان دارد، با مدل های معمولی توربولانس که بر اساس متوسط زمانی عمل می کند، قابل توجیه نیست و باید از حل مستقیم معادلات ناویر استوکس استفاده نمود. یکی از مدل های موجود که می تواند معادلات وابسته به زمان ناویراستوکس را در گستره وسیعی از اعداد رینولدز حل نماید روش ورتکس های تصادفی است. در این روش چون میدان سرعت به صورت لحظه ای محاسبه می شود و می توان از آن برای جریان درهم که ماهیتی وابسته به زمان دارد استفاده نمود. در این روش معادلات ورتیسیته به دست آمده از معادلات ناویر استوکس در دو مرحله جا به جایی و پخش حل می شود. در این تحقیق جریان روی یک، دو و سه استوانه در رینولدز 140000 مورد بررسی قرار گرفته و میدان سرعت لحظه ای و متوسط همراه خطوط جریان نمایش داده شده است. همچنین با رسم لحظه ای توزیع میدان گردابه ها و خطوط جریان نمایش زیبای گردابه ها در منطقه پشت استوانه ها قابل مشاهده است.