مهندسی مکانیک مدرس
سال:1401 | دوره:23 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

بهره ­گیری از تکنیک­های ساخت افزایشی در علم پزشکی موجب تحولی عظیم در این زمینه و به ­خصوص در حیطه مهندسی بافت استخوان شده است. یکی از این تکنیک­ها، فرآیند ساخت افزایشی ریزش مذاب می ­باشد که برای ساخت داربست­های استخوانی استفاده می­گردد. از دیدگاه مهندسی بافت استخوان، داربست­های استخوانی باید علاوه بر ویژگی­های مورد نیاز بیولوژیکی، دارای خواص مکانیکی قابل قبولی نیز باشند. در این پژوهش ابتدا پارامترهای چاپ شامل ارتفاع لایه، سرعت چاپ و تعداد فیلامنت در هر ردیف تعیین شد. داربست­های استخوانی با 2 ماده مختلف پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلی کاپرولاکتون (PCL) ساخته شد و تحت آزمونهای فشاری قرار گرفتند. نتایج تحلیل شده شامل مدول الاستیک و تنش تسلیم با نرم ­افزار Design Expert نشان دهنده ­ی آن بود که افزایش ارتفاع لایه موجب کاهش خواص مکانیکی و افزایش تعداد فیلامنت در هر ردیف باعث افزایش خواص مکانیکی داربست ساخته شده می­گردد. به عنوان مثال برای داربست­های ساخته شده از جنس PLA، حداکثر مدول الاستیک متعلق به داربست 12 فیلامنتی با ارتفاع لایه 1/0 می­باشد که مقدار آن برابر با 319 مگاپاسکال بوده و حداقل مدول الاستیک متعلق به داربست 8 فیلامنتی با ارتفاع لایه 3/0 می­باشد که مقدار آن برابر با 143 مگاپاسکال است. سرعت چاپ برای داربست­های ساخته شده از جنس PLA، تاثیرقابل توجهی بر مدول الاستیک و تنش تسلیم نداشته ولی برای داربست­های ساخته شده از جنس PCL، افزایش سرعت چاپ موجب کاهش مدول الاستیک می­شود ولی اثر قابل توجهی بر تنش تسلیم ندارد.

در پژوهش حاضر تاثیر مکان پله های عرضی بر مولفه های هیدرودینامیکی و پایداری طولی شناور بررسی شده است. شناور مورد بررسی در این تحقیق یک شناور دو بدنه پروازی است که هر نیم بدنه آن دارای دو پله ی عرضی می باشد. در ابتدا با استفاده از روش آزمایشگاهی مقاومت شناور با وزن 3/5 کیلوگرم در محدود ه ی عدد فرود طولی 49/0 تا 9/2 در آب آرام محاسبه شده است. سپس با استفاده از روش عددی رفتار شناور در وزن های 3/5، 6/4 و 4 کیلوگرم ارزیابی گردیده است. نتایج شبیه سازی عددی با نتایج مشابه آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده است. شناور در وزن های 4 و 3/5 کیلوگرم به ترتیب در اعداد فرود بزرگتر از 43/2 و 9/2 دچار ناپایداری پورپویزینگ گردیده است. به منظور بهبود پایداری طولی شناور از طرح آزمایش تاگوچی برای تعیین مکان بهینه ی پله های عرضی استفاده شده است. نتایج نشان داد که با قرار گیری پله های عرضی در مکان بهینه، ناپایداری پورپویزینگ در شناور رفع شده است. در حالت پروازی مقاومت شناور در حالت بهینه ی پله های عرضی نسبت به حالت اولیه برای وزن های ذکر شده به ترتیب 12، 5/9 و 6/6 درصد کاهش یافته است. در شرایط مشابه نیروی برا وارد بر شناور نیز برای وزن های مذکور به ترتیب 15، 10 و 7 درصد افزایش یافته است.

خواص الکتریکی مواد پیزوالکتریک نانوساختاری توجه بسیاری از محققین را در دهه گذشته به خود جلب کرده است. این ویژگی­ها در میکرو حسگرهای پیزو الکتریک استفاده می­شود. نیروی محرکه مکانیکی معمولاً نتیجه تماس بین سطح پیزوالکتریک و یک جسم خارجی است. در این مقاله، تاثیر نیروی محرکه مکانیکی با استفاده از یک موج هوایی (آکوستیک) و یا خلاء بر روی دیافراگم سیلیکانی، مورد بررسی قرار گرفته شده است. تنش های موضعی ایجاد شده روی دیافراگم در اثر برخورد یک موج هوایی، تاثیر قابل توجهی روی ولتاژ پیک تا پیک حسگر پیزوالکتریک دارد که با اندازه گیری تغییرات این پارامتر می توان شدت موج هوایی را بدست آورد. برای بررسی این موضوع، دیافراگم بدون طرح و طرحدار که شامل میکروساختارهای سیلیکانی است مورد بررسی قرار گرفته شد و مشخص شد که ساخت یک حسگر پیزوالکتریک روی یک دیافراگم نازک و طرح دار می­تواند باعث افزایش ولتاژ پیک تا پیک تا حدود 3/1 برابر گردد. آشکارسازی این تنش­ها با استفاده از ماده پیزوالکتریک لایه نشانی شده روی دیافراگم نازک و منعطف، می­تواند به عنوان یک میکروفن پیزوالکتریک و یا یک فشار سنج عمل کند که وجود میکروساختارها روی دیافراگم باعث افزایش حساسیت آنها خواهد شد.

شکست خستگی رایج ترین نوع شکست در سازه های تحت بارگذاری نوسانی است. آسیب خستگی در لوله های فولادی انتقال گاز به دلیل نوسانی بودن فشار داخلی آن از اهمیت بالایی برخوردار است. بخش وسیعی از خط لوله های به کار رفته در صنعت نفت و گاز ایران از جنس فولاد ترمومکانیکال با گرید API X65 بوده و اتصال لبه های آن به وسیله جوشکاری زیر پودری انجام می شود. در این تحقیق منحنی تنش-عمر و حد دوام درز جوش مارپیچ این فولاد با انجام آزمایش اندازه گیری شده است. به این منظور، تعداد 20 نمونه آزمایشگاهی (12 نمونه جهت به دست آوردن منحنی در ناحیه عمر خستگی محدود و 8 نمونه جهت برآورد استحکام خستگی) طبق استاندارد ISO 1143 از درز جوش مارپیچ لوله در مقیاس صنعتی با قطر خارجی 1219 میلی متر و ضخامت 3/14 میلی متر تهیه شد و تحت آزمایش خستگی خمشی-چرخشی کاملا معکوس شونده قرار گرفت. تحلیل آماری نتایج با در نظر گرفتن توزیع نرمال لگاریتمی، انجام شد. منحنی میانگین، بازه اطمینان و منحنی مشخصه نتایج آزمایشگاهی در ناحیه های عمر خستگی محدود با استفاده از مدل خستگی باسکوئین و براساس استانداردهای ISO 12107 و ASTM E-739 و در ناحیه استحکام خستگی براساس استاندارد ISO 12107 به دست آمد. مقدار حد دوام میانگین درز جوش فولاد آزمایش شده برابر 5/258 مگاپاسکال به دست آمد که در محدوده مرسوم 4/0 تا 6/0 استحکام نهایی این فولاد قرار دارد.

جاذب­ های انرژی، برای جذب انرژی جنبشی اجسام و تبدیل آن به صورتی دیگر به کار می­روند که از مهم ترین آنها لوله­های جدار نازک دایره­ای هستند. در جاذب استوانه­ای جدار نازک سه پارامتر قطر، ضخامت و طول بر میزان جذب انرژی تأثیرگذارند. در این پژوهش به منظور دست­یابی به اطلاعات لازم برای طراحی یک جاذب انرژی ارزان قیمت با قابلیت جذب بالا، استوانه­های جدار نازک دارای فشار هوا در داخل که هوای داخل آن هنگام فروریزش متراکم می­شود، مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیق حاضر بارگذاری­ها دینامیکی و محوری انتخاب شده تا تطابق بالاتری با واقعیت داشته باشند. شبیه­سازی و تحلیل مسئله توسط نرم­افزار اجزای محدود آباکوس و با اعمال ضرایب جانسون-کوک برای مدل کردن رفتار ماده صورت پذیرفته است. در ادامه، نمودار کل کار انجام شده نسبت به زمان به عنوان خروجی مسئله استخراج گردیده و صحت آن با آزمون های تجربی اثبات شده است. سپس نمونه­های مختلف مدل سازی شده و بر اساس آنها طراحی آزمایش انجام شده است. با استفاده از نتایج به­دست آمده از تحلیل واریانس، بهینه­سازی پارامترهای ضربه­گیر با استفاده از الگوریتم تکامل زمانی انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان دهنده آن است که می­توان با ایجاد تراکم داخلی بدون کم شدن قابلیت جذب از وزن جاذب کم کرد. عملکرد طرح بهینه ی به دست آمده با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تکامل زمانی، بیش از 33% نسبت به نمونه ی بدون تراکم بهبود پیدا کرد.

در این مقاله به جبران خطای ناشی از خیز ابزار در جهت عمود بر پیشروی حین برادهبرداری در فرزکاری پرداخته شده است. هنگام فرزکاری، به دلیل وجود نیروی مزاحم عمود بر پیشروی در ابزار، انحرافی رخ میدهد که دقت ماشینکاری را کاهش می دهد. با نیروی جبران کننده در میانه ابزار این خیز کاهش می یابد و برای ایجاد این نیرو می توان عملگر هیدرولیکی تعبیه کرد. بنابراین همزمان با ماشینکاری، نیرویی متناسب اما بر خلاف نیروی مزاحم اعمال خواهد شد تا این خطا کاهش یابد. بدین منظور نیروهای مزاحم در طول ماشینکاری و خیز ناشی از آن باید بدست آید و سپس نیروی متناسب به ابزار اعمال شود. قدم اول در سالیدورک فرز انگشتی مدلسازی و بعد به روش عددی، عملیات ماشینکاری برای محاسبه نیروی ایجاد کننده خطا ) پارامتر خروجی( شبیه سازی می شود که در آن تیغه فرز و قطعه کار هر دو بصورت انعطاف پذیر سه بعدی می-باشد. با یافتن نتایج نیرویی ابزار تحت حالات مختلف ماشینکاری (با سرعت پیشروی، دور و عمق و تعداد لبه متفاوت بعنوان پارامتر های کنترلی) از آباکوس، مدل نیمه تحلیلی ماشینکاری در ماژول Multibody Simscape متلب، ایجاد می شود. با مقایسه نتایج با آباکوس پارامتر های مدل توده ای متلب تنظیم می گردد. با استخراج نیرو بصورت جدولی از آباکوس و اعمال آن در متلب خیز سریع تر از مدل عددی بدست می آید. جهت یافتن نیروی جبران کننده (پارامتر خروجی)، از تئوری تیرها ضریب 2. 3 برابر نیروی ماشینکاری برای اعمال به وسط ابزار حاصل می شود. این نیرو بصورت حلقه باز در مدل متلب وارد و نتیجه آن کاهش خطا درحدود 70 درصد در میزان خیز جانبی نوک ابزار می شود.