مکانیک سازه ها و شاره ها
سال:1390 | دوره:1 | شماره:1 |تعداد مقالات:9

تحلیل ایزوژئومتریک یک روش عددی جدید در آنالیز مسائل مهندسی است. این روش بالقوه دارای ویژگی های منحصر به فرد و مناسبی است که شاید در آینده ای نه چندان دور بتواند جایگزین روشهای عددی متداول نظیر اجزای محدود و روش های بدون المان گردد. در این مقاله ضمن معرفی فرمول بندی روش ایزوژئومتریک در مسائل متقارن محوری به تحلیل و نیز کاربرد این روش در بهینه سازی شکل این نوع از سازه ها پرداخته شده است. در این راستا علاوه بر بررسی دقت حل با یک مثال نمونه، دو مثال بهینه سازی و حل آن به کمک الگوریتم برنامه ریزی درجه دوم پیاپی ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که روش ایزوژئومتریک در مقایسه با روش های بهینه سازی مبتنی بر اجزای محدود با استفاده از تعداد بسیار کمی متغیر طراحی به جواب بهینه مساله نایل شده است. همچنین به دلیل حذف فرآیند تولید شبکه در این روش، هزینه های محاسباتی به طور چشمگیری کاهش یافته است.

تقسیم بندی سطوح و حجم ها به قسمت های کوچک تر با شکل، اندازه و تعداد کاملا تصادفی در اکثر علوم بویژه مهندسی کاربرد دارد. در این تحقیق ابتدا الگوریتم های ساخت نمودار ورونوی معرفی و بر پایه این الگوریتم ها برنامه ای در نرم افزار متلب نوشته خواهد شد. توانایی در تولید تصادفی ریزساختار با استناد به داده های استخراج شده از پردازش تصویر ریزساختارهای واقعی، همچنین گنجاندن پارامترهای تصادفی در برنامه برای تولید سیستم های چند فازی با درصد فازهای متفاوت و نیز توانایی تولید داده های مفید جهت انتقال ریزساختار مورد نظر به نرم افزارهای المان محدود از جمله نقاط قوت برنامه نوشته شده است. در ادامه به یکی از کاربردهای موزاییک بندی جهت یافتن خواص مکانیکی معادل از روی خواص غیرایزوتروپ کریستال ها اشاره شده است. در این بررسی با افزایش تعداد دانه ها، به عبارت دیگر کاهش اندازه دانه ها، مقادیر خواص تغییر کرده و به مقدار تجربی ماده که با در نظر گرفتن نتایج تست با دیدگاه ماکرو بدست آمده نزدیک شده و همچنین مقدار انحراف معیار کاهش یافته و خواص به حالت ماده ایزوتروپیک نزدیک تر می شود.

در این مطالعه به بررسی چگونگی رشد خودکار ترک به عنوان یکی از مسایل پیچیده عددی در مکانیک شکست پرداخته می شود. در این مطالعه برای فایق آمدن بر نواقص روش اجزای محدود استاندارد در مدلسازی ترک و رشد آن از روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) استفاده شده است. در مطالعه حاضر از روش مجموعه تراز (LSM) مسیر رشد ترک در حالت مود مرکب مشخص می شود. همچنین برای مسائل دو بعدی صفحه ای با تعریف یک فضای کمکی، فاکتورهای شدت تنش با استفاده از انتگرال متقابل M که کاملا بر پایه انتگرال مستقل از مسیر J استوار است، محاسبه می شوند. همچنین اختلاف نحوه رشد ترک برای شرایط مرزی متفاوت نشان داده می شود. در این مطالعه رشد پایدار ترک خستگی با اعمال تعداد سیکلهای بارگذاری متعدد و با استفاده از قانون پاریس به دست آمده است. در انتها برای حصول اطمینان از نتایج آنالیز عددی، نتایج به دست آمده برای فاکتورهای شدت تنش و نیز مسیرهای رشد ترک با نتایج تحلیلی فاکتورهای شدت تنش و نیز نتایج آزمایشگاهی در رشد ترک مقایسه می شود.

حرکت و تغییر شکل یک دنباله از قطرات در حال بالاروی در آب بصورت آزمایشگاهی و با استفاده از یک کد پردازش تصاویر مطالعه شده است. بمنظور بررسی جامع بین رفتار قطره ای که در ناحیه برخاستگی (Wake) قطره دیگر حرکت می کند و یک قطره منفرد که آزادانه در سیالی ساکن در حال حرکت است، تغییر شکل و ضرائب پسای مربوط به یک قطره منفرد و یک قطره مشخص در دنباله قطرات مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین تاثیر خواص غیرنیوتنی مایعات بر رفتارهای مذکور بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد که افزودن ویژگی های ویسکوالاستیک به مایعات موجب افزایش پایداری در شکل قطرات خواهد شد. در چنین شرایطی تغییر شکل های قطره در حال حرکت در ناحیه برخاستگی قطرات دیگر به نتایج مربوط به یک قطره منفرد نزدیک خواهد بود. به منظور دستیابی به رابطه ای منطقی برای ضریب پسا بصورت تابعی از عدد رینولدز برای قطره ای که در دنباله حرکت می کند، از یک مدل دوبعدی بر مبنای مسیر حرکت قطره استفاده شده است. همچنین رابطه ای تئوری برای ضریب پسای قطره بر حسب عدد رینولدز بصورت CD = a.Reb که در آن از اثرات مربوط به تغییر شکل های قطره منفرد صرفنظر گردیده ارائه شده است. مقایسه مقادیر واقعی ضرائب پسا با مقادیر تئوری بیانگر خطایی کمتر از 25% می باشد. همچنین مقایسه بین ضرایب پسای مربوط به یک قطره منفرد و قطره در حال حرکت در یک دنباله، حاکی از آنست که قطرات به هنگام حرکت در دنباله ضرائب پسای بالاتری را تجربه می کنند.

بهینه سازی فنی، اقتصادی و زیست محیطی سیستم هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گاز در بار کامل به منظور تولید توزیع شده انرژی الکتریکی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از یک روش بهینه سازی چند هدفه بر مبنای الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. سیستم هیبرید توسط یک کد کامپیوتری مدلسازی حرارتی شده و نتایج مدلسازی عملکرد سیستم با استفاده از داده های موجود در مراجع مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. در فرآیند بهینه سازی مقادیر پارامترهای تصمیم گیری با توجه به قیود سیستم محاسبه شده اند تا یک معیار بهینه برای توابع هدف هزینه و بازده اگزرژی را برآورده سازند. در همین حال هزینه های جریمه تخریب محیط زیست به هزینه های کل سیستم افزوده شده است. اثر تغییرات قیمت سوخت، هزینه های سرمایه گذاری و اندازه توان خروجی سیستم بر نتایج بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده به روشنی ملاحظه می گردد که حساس ترین و مهم ترین پارامتر طراحی سیستم، چگالی جریان پیل سوختی می باشد که انتخاب دقیق مقدار آن سهم مهمی در توازن میان کارایی و هزینه سیستم دارد.

یکی از روش های طراحی آیرودینامیکی مجاری داخلی - S شکل، روش طراحی معکوس می باشد. در اینگونه مسائل، هندسه دیواره ها، مجهول و توزیع فشار در راستای آنها، معلوم است. برای این منظور از یک روش جدید طراحی معکوس بنام ریسمان انعطاف پذیر برای طراحی معکوس مجرای - S شکل استفاده می شود. در این روش، دیواره های مجهول مجرا تحت الگوریتمی بر مبنای حرکت ریسمان انعطاف پذیر، از یک حدس اولیه تا رسیدن به هندسه نهائی و متناظر با توزیع فشار هدف، تغییر شکل می دهند. جهت طراحی دو بعدی ورودی هوای - S شکل یک موتور توربوجت، ابتدا با توجه به عدد ماخ پروازی پرنده و شرایط مورد نیاز در ورودی به موتور، با ترکیب کد طراحی معکوس و حل کننده جریان اویلری (جریان ایده آل) طراحی دو بعدی اولیه بدون در نظر گرفتن اثرات دماغه موتور صورت می گیرد. سپس، لبه ورودی مجرا بگونه ای طراحی می شود که جریان روی پوسته بیرونی مجرا مافوق صوت نگردد. در مرحله بعد، با تقسیم بندی محدوده شبکه بندی به دو قسمت، کد اویلری حل جریان برای در نظر گرفتن اثرات دماغه موتور توسعه داده شده و پس از ترکیب آن با کد طراحی معکوس، طراحی مجرای ورودی هوا همراه با دماغه موتور صورت می گیرد. در نهایت با تحلیل عددی مجرای طراحی شده، صحت عملکرد روش طراحی تایید می گردد.

در مقاله حاضر ساختار جدایش و بازگشت جریان محوری حول استوانه ای با لبه تیز در حالت آشفته به صورت عددی بررسی شده است. با توجه به پیچیدگی هایی که در مدل سازی مسائل شامل جدایش وجود دارد، به منظور دستیابی به یک روش عددی مناسب برای حل، برخی تکنیک های عددی مانند روش گسسته سازی و الگوریتم حل میدان فشار - سرعت مورد مقایسه قرار گرفته است. به علاوه عملکرد دو مدل k-ε استاندارد و Shear Stress Transport (SST) برای اعمال اثرات آشفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. از نظر زمانی، عملکرد عددی استفاده از معادلات به صورت پایدار و شبه - گذرا بحث شده است. همچنین از یک روش چند - شبکه ای برای سرعت بخشیدن به همگرایی استفاده شده است. تکنیک های عددی مورد استفاده برای نیل به جواب مساله در یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن 90 نوشته و اجرا شده است. برای تایید روش عددی و کد نوشته شده نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه شده و انطباق خوبی بین آن ها مشاهده شد.با استفاده از روش عددی به دست آمده ساختار جدایش و بازگشت جریان مورد نظر، بررسی شده است. ویژگی های این جریان مانند طول بازگشت، پروفیل های سرعت، انرژی جنبشی آشفتگی و میدان فشار مورد بحث قرار گرفته است.

در بیشتر تحقیقاتی که تاکنون در حوزه کنترل موقعیت بازوی ربات انجام شده است، فرض بر این است که یا سینماتیک بازوی ربات و یا ماتریس ژاکوبین ربات از فضای مفصلی به فضای کار کاملا معلوم است. در حالیکه هیچکدام از پارامترهای فیزیکی موجود در معادلات بازوی ربات را نمی توان با دقتی بالا محاسبه نمود. به علاوه وقتی که بازوی ربات جسمی را بر می دارد، عدم قطعیت ها در طول، جهت و نقطه تماس مجری نهایی با آن بروز می نماید. بنابراین نتیجه می شود که سینماتیک بازوی ربات نیز دارای عدم قطعیت می گردد و به خاطر عملیات های مختلفی که برعهده بازوی ربات گذاشته می شود، حتما سینماتیک آن نیز دچار تغییر می شود. پس تضمین پایداری سیستم حلقه بسته در حضور عدم قطعیت های موجود در دینامیک و سینماتیک بازوی ربات امری چالش بر انگیز است. به خاطر غلبه بر این عدم قطعیت ها، در این مقاله، ما کنترل مقاوم ساده ای را برای ردگیری موقعیت بازوی ربات، در حضور عدم قطعیت های موجود در دینامیک، سینماتیک و ماتریس ژاکوبین بازوی ربات ارایه نموده ایم. اثبات پایداری نشان می دهد که سیستم حلقه بسته دارای پایداری مجانبی سراسری است. در ادامه، برای غلبه بر مشکلات عملی کنترل پیشنهادی، اصلاحاتی ارایه می گردد. سیستم حلقه بسته با کنترل اصلاح شده دارای پایداری محدود یکنواخت است. از آنجا که در بسیاری از عملیاتی که توسط بازوی ربات انجام می شود، خطای گذرا نقش بسیار مهمی را ایفا می نماید. به همین دلیل، ساختار کنترل اصلاح شده به گونه ای تغییر داده می شود که بتواند خطای گذرا را بهبود بخشد. سرانجام برای نمایش عملکرد کنترل کننده نهایی، مطالعه موردی بر روی یک بازوی دو - رابط لولایی پیاده سازی شده است. اثبات ریاضی و نتایج شبیه سازی کارایی خوب کنترل پیشنهادی را تایید می نمایند.

در این مقاله، سطح آزاد مایع متلاطم تحت تاثیر تحریک عرضی در یک مخزن مستطیلی شکل، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل با استفاده از مطالعه تجربی ارزیابی شده است. شبیه سازی عددی بر اساس روش کسر حجمی سیال (VOF) انجام شده که امکان استخراج سطح آزاد را در چنین مساله ای فراهم می سازد. در مطالعه آزمایشگاهی از یک مخزن با دیواره های شفاف برای بررسی سطح آزاد مایع استفاده شده است که دامنه و فرکانس حرکت متناوب آن به وسیله یک سیستم مکانیکی رفت و برگشتی کنترل می گردد. این وسیله مکانیکی یک حرکت متناوب عرضی برای تحریک مخزن مایع ایجاد می کند. سطح آزاد مایع متلاطم در مخزن مستطیلی با تصویر برداری و استفاده از پردازش تصویر استخراج شده است. همچنین به منظور مطالعه تاثیرات وجود تیغه صلب در داخل مخزن بر شکل تلاطم و به خصوص روی بیشترین و کمترین جابه جایی سطح آزاد مایع با شرایط تحریک فوق، آزمایشی با یک صفحه عمودی در وسط مخزن انجام شده است. مقایسه نتایج عددی با آزمایش های مشابه برای تحریک هایی با دامنه و فرکانس کم در بیشترین و کمترین جابه جایی سطح آزاد مطابقت خوبی نشان می دهد، به نحوی که متوسط خطای نسبی برآورد شده کمتر از 10% می باشد. هر چند که با افزایش دامنه و فرکانس تحریک، مقدار اختلاف ها به علت ایجاد رفتار غیرخطی و پیچیده سطح آزاد افزایش می یابد.