مهندسی مکانیک امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1402 | دوره:55 | شماره:6 |تعداد مقالات:6

باتری های لیتیومی باید پیوسته توسط سیستم مدیریت باتری نظارت شوند تا از مشکلات ایمنی همچون گریز حرارتی جلوگیری شود. اکثر روش های مدیریت حرارتی بر اساس طراحی سیستم خنک کاری مطلوب هستند. از سوی دیگر، به دلیل اینکه دمای سطح باتری با سنسور قابل اندازه گیری است، معیار مدیریت حرارتی دمای سطح سلول است.  این در حالی است که دمای داخل باتری می تواند در شارژ و دشارژ سریع، بالاتر بوده و سیستم خنک کاری به تنهایی قادر به کنترل دما نباشد. در این مقاله تلاش شده است که مدیریت حرارتی باتری را با سیستم مدیریت الکتریکی باتری ادغام کرد و معیار مدیریت حرارتی، دمای داخل سلول قرار گیرد. برای دستیابی به این هدف، از کنترل پیش بین برای کنترل جریان اعمالی یا کشیده شده از باتری  و از فیلتر کالمن غیرخطی برای تخمین متغیرهای مدل الکتریکی-حرارتی تجربی استفاده شده است. نتایج تجربی و شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از کنترل پیش بین و تخمین گرها ی غیر خطی کالمن می تواند روشی هوشمند و نوین برای مدیریت همزمان متغیرهای الکتریکی و حرارتی سلول های لیتیومی در فرآیندهای شارژ-دشارژ سریع باشد. همچنین انتظار می رود که در روش معرفی شده، با مدیریت متغیر های سلول در فرآیندهای شارژ و دشارژ سریع، ایمنی و طول عمر سلول افزایش یابد.

از مهمترین تحلیل ها در طراحی سازه های مختلف مخصوصا مخازن تحت فشار و بررسی ایمنی آن ها، تحلیل مکانیک شکست می باشد. یکی از پارامترهای مهم در علم مکانیک شکست، بررسی ضریب شدت تنش ترک های موجود در دیواره مخزن است. در مطالعه حاضر، رفتار یک ترک نیم بیضوی در مخزن تحت فشار کروی ساخته شده از جنس مواد مدرج تابعی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر پارامترهایی از قبیل هندسه ترک، دو ترک داخلی و خارجی همزمان، توزیع فشار، توزیع بار حرارتی، تغییر ات خواص ماده مدرج تابعی و شرایط تکیه گاهی بر مقدار ضریب شدت تنش بررسی شده است. برای مدل سازی و تحلیل ضریب شدت تنش در این نوع مخزن از توابع مختلف توانی، نمایی و خطی در قالب کد متلب و همینطور یک کد سابروتین استفاده شده است. هندسه ترک نیز از عوامل مهمی است که بر ضریب شدت تنش اثر بسزایی می گذارد. بطوریکه با افزایش مقدار a/c ضریب شدت تنش نیز افزایش می یابد. همچنین بررسی شرایط تکیه گاهی نشان می دهد که با افزایش تعداد پایه ها، ضریب شدت تنش نیز افزایش می یابد.

در این پژوهش، به بررسی عددی رفتار خمشی صفحات ساندویچی کامپوزیتی با هسته مشبک جهت دستیابی به ساختار کامپوزیت با صلبیت خمشی بالا جهت استفاده در صفحات انتهایی پیل سوختی پلیمری پرداخته شده است. بدین منظور، استحکام خمشی صفحات ساندویچی کامپوزیتی با هسته مشبک بر اساس نوع مواد و استانداردهای مربوطه از طریق شبیه سازی عددی مورد ارزیابی قرار گرفت. شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس و با استفاده از روش اجزای محدود انجام شده و صحت شبیه سازی با مقایسه میان نتایج عددی و نتایج تجربی پژوهش های پیشین مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا، تأثیر زوایای مختلف الیاف در رویه ها برای سه زاویه الیاف (90-45-0)، (45-90-0) و (45-90-0)  و نیز سه هندسه مختلف مربعی، مثلثی و لوزی هسته مشبک برای مواد کربن- سیلیکون و الیاف شیشه بر رفتار خمشی صفحات ساندویچی کامپوزیتی تحلیل گردید. نتایج عددی حاکی از آن است که در شرایط یکسان مواد کربن- سیلیکون در آزمون تنش سه نقطه ای عملکرد بهتری را دارا می باشد. همچنین، تنش بیشینه در لحظه شکست برای مقاطع مستطیلی و لوزی و زاویه الیاف (0-45-90) تقریبا 25 درصد از زاویه الیاف (0-90-45) و (45-90-0) بیشتر می باشد، در حالی که تاثیر زاویه الیاف برای هندسه مثلثی بسیار ناچیز بوده است. علاوه بر این، هسته مثلثی شکل در تمامی نمونه ها دارای ظرفیت بار بحرانی، مقاومت خمشی و جذب انرژی بالاتری (حداقل 1/4 تا 6 برابر) نسبت به دو نمونه دیگر می باشد.

رشته حفاری به دلیل طول زیاد آن و نیروی های دینامیکی ناشی از اندرکنش مته و سنگ در معرض ارتعاشات شدید قرار دارد. ابزار ضد چسبندگی- لغزش که در انتهای رشته حفاری و درون تجهیزات ته چاهی قرار دارد، مانع از وقوع چسبندگی-لغزش و ارتعاشات پیچشی ناشی از آن می شود. در این پژوهش یک مدل جدید برای تحلیل ابزار ضد چسبندگی- لغزش ارائه شده است که محدودیت های مدل های قبلی برای مدل سازی رشته حفاری به همراه ابزار ضد چسبندگی- لغزش را ندارد. زمانی که ابزار در حالت غیرفعال قرار دارد، سیستم با دو درجه آزادی مدل سازی شده و ابزار مانند یک جسم صلب رفتار می کند. با فعال شدن ابزار یک درجه آزادی با توجه به قید سینماتیکی ابزار به مدل اضافه شده و سیستم به صورت یک مدل سه درجه آزادی خواهد بود. بر اساس مدل ارائه شده و شرط های تعیین شده، ابزار بین حالت غیرفعال با دو درجه آزادی و حالت فعال با سه درجه آزادی تغییر وضعیت می دهد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی، حاکی از رفتار منطقی ابزار در حضور نیرو و گشتاورهای خارجی وارد بر دو بخش ابزار می باشد. مدل ارائه شده به خوبی اثر وزن روی مته و وزن روی قلاب نگهدارنده در فعال سازی ابزار را نشان می دهد. با استفاده از مدل ارائه شده و در یک حالت مشخص، رفتار غیر خطی ابزار که ناشی از تغییر وضعیت بین دو دستگاه معادلات دیفرانسیل خطی می باشد، نشان داده شده است.

پوسته کروی به دلیل مقاومت به کمانش بالا، یک هندسه ایده آل برای استفاده در مخازن تحت فشار یکنواخت خارجی است. فشار فرو ریزش این گونه سازه ها به دلیل حساسیت زیاد به نواقص ساخت و تنش تسلیم ماده بسیار کمتر از مقدار تئوری آن می باشد. از آنجایی که شکل نقص وابسته به روش ساخت پوسته دارد، بنابراین لازم است تاثیر روش ساخت بر فشار فروریزش بررسی شود. این مقاله بر مطالعه تجربی و عددی کمانش پوسته نیم کروی ساخته شده به روش شکل دهی چرخشی متمرکز شده است. مهمترین مشکل این روش شکل دهی عدم کنترل بر ضخامت است. در مقابل، در این روش نواقص آن به صورت متقارن محوری است که از مزایای این روش شکل دهی به شمار می آید. در این مقاله تحلیل کمانش ناشی از تغییرات قطر و تحلیل کمانش ناشی از تغییرات ضخامت به صورت مجزا و همزمان، انجام شده است. نشان داده شده است که تغییرات ضخامت در شکل دهی چرخشی در تحلیل فرو ریزش پوسته ها باید در نظر گرفته شود. همچنین به کمک مقایسه نتایج عددی و تجربی نشان داده شده به کمک المان های حجمی مرتبه 2، تغییرات ضخامت و شرایط مرزی با قابلیت اعتماد بالاتری نسبت به المان پوسته قابل اعمال است.

هدف این پژوهش، انجام یک مطالعه دقیق در مورد مکانیزم سایش آلیاژهای استلایت6 و فولادهای زنگ نزن آستنیتیER312-ER309 با روکش جوشی توسط فرایند جوشکاری قوسی تنگستن گاز جهت کشف و مقایسه خواص سایشی و مکانیکی آلیاژهای مد نظر بر روی فولاد کم آلیاژ استحکام بالای AISI4340 می باشد. در این پژوهش ریزساختار و رفتار سایشی فولاد کم آلیاژ فوق مستحکم 4340 AISI روکش کاری شده با استفاده از فولادهای زنگ نزن آستنیتی ER309،ER312 و فولاد پایه کبالت استلایت 6 به روش جوشکاری قوس تنگستن-گاز مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریز ساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس انجام گرفت. سختی سنجی به روش ویکرز با بار 30kgf بر روی سطوح و ریزسختی ویکرز در مقاطع عرضی جوش ها به صورت زیگزاگ انجام گرفت. هم چنین جهت ارزیابی رفتار سایشی از آزمایش سایش پین روی دیسک جهت تشخیص مکانیزم سایش استفاده شد. با کاهش شدت جریان در لایه دوم و همچنین با زیاد شدن تعداد لایه های جوشکاری میزان رقت و امتزاج زیر لایه کمتر شده و سختی افزایش یافته، که بیشترین سختی مربوط به استلایت 6 به میزان 565 ویکرز بوده نتایج آزمون سایش نشان داد که بیشترین ضریب اصطکاک مربوط به فلز جوش 309ER به میزان متوسط 0/68و کمترین ضریب اصطکاک مربوط به فلز جوش استلایت 6 به میزان متوسط 0/53 می باشد.