مکانیک سازه ها و شاره ها
سال:1400 | دوره:11 | شماره:4 |تعداد مقالات:13

در این مقاله، رفتار مکانیکی سازه های فلزی چندلایه تحت بارگذاری ضربه سرعت پائین به کمک نرم افزار المان محدود ال اس داینا مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیر جنس و تعداد لایه های فلزی بر خروجی های ضربه شامل نیروی تماسی، مدت زمان تماس، میزان جابجایی نقطه زیرین سازه و میزان انرژی اتلافی مطالعه شده است. ابتدا تعداد لایه های فلزی ثابت و برابر دولایه فرض شده و تأثیر استفاده از جنس فلزهای مختلف شامل آلومینیوم 6061-T6، فولاد، سرب و آلومینیوم 6061 در این دو لایه بررسی شده است. سپس جنس مورد استفاده برای ساخت سازه فلزی چندلایه ثابت فرض شده و با تغییر تعداد لایه ها از یک تا شش در ضخامت کل ثابت، تأثیر تعداد لایه های فلزی مطالعه شده است. تنش تسلیم و مدول الاستیسیته لایه های فلزی دو ویژگی مادی تأثیرگذار بر خروجی های ضربه هستند. افزایش تعداد لایه های فلزی در ضخامت ثابت، موجب کاهش نیروی تماسی و همچنین افزایش میزان جابجایی و مدت زمان تماس شده است. نتایج مدل المان محدود حاضر، در مقایسه با نتایج سایر محققین و نتایج آزمایشگاهی صحه گذاری شد است.

به منظور کاهش تلفات انسانی، استانداردهای مختلفی برای خودروها ازجمله استاندارد سفتی کابین تهیه شده است. خودروسازان به دنبال افزایش نسبت توان به وزن خودروها برای افزایش سرعت و چابکی بیشتر وسایل نقلیه هستند. به همین دلیل بهینه سازی سازه ی اتاق کامیون ها با توجه به استانداردهای ایمنی تأثیر زیادی بر عملکرد آن ها می گذارد. در این مقاله، اقدام به شبیه سازی کامیون بنز اکتروس در نرم افزار CATIA می شود. سپس مدل شبیه سازی شده در نرم افزار Hyper-mesh المان بندی می شود. المان ها به صورت مربعی و مثلثی و دارای ابعاد 10، 15 و 25 میلی متر مربع هستند. پس از اطمینان از صحت المان بندی، مدل المان بندی شده وارد نرم افزار LS-DYNA می شود. در این نرم افزار آزمون ECE-R29 شبیه سازی شده است. این آزمون در سه بخش بر روی خودرو انجام می شود که عبارت اند از آزمون B و آزمون C. آزمون C خود شامل دو بخش برخورد عمودی و برخورد با زاویه 20 درجه نسبت به افق است. پس ازآنکه خودرو مورد نظر این آزمون ها را با موفقیت به اتمام رساند، قطعات با بیشترین تأثیر در این آزمون ها که عبارت اند از: 1. دیواره جانبی 2. پنل سقف 3. قسمت خارجی ستون A 4. قسمت داخلی ستون A 5. تقویتی بالای شیشه انتخاب می شوند. سپس اقدام به بهینه سازی ضخامت این قطعات می شود. از میان 16 حالت (ارائه شده توسط روش تاگوچی)، تنها پنج حالت قادر به برآورده کردن شرایط آزمون B سفتی کابین بودند که حالت بهینه دارای وزن 890.83 کیلوگرم است که نسبت به حالت اولیه 60.69 کیلوگرم کاهش وزن داشته است.

در این مقاله ارتعاشات آزاد تیرهای میکرو/نانو همگن پوشیده شده با مواد مدرج تابعی متخلخل بر اساس تئوری الاستیسیته ناموضعی ارینگن بررسی شده است. به منظور استخراج معادلات حرکت از تئوری برشی مرتبه اول تیرها یا همان تئوری تیر تیموشنکو استفاده شده است. معادلات حرکت به دست آمده با استفاده از دو روش تحلیلی دقیق و روش عددی برای شرایط مرزی مختلف حل شده اند. در روش تحلیلی ابتدا معادلات حرکت حل می شوند و پاسخ کلی مولفه های جابه جایی که خود شامل تعدادی پارامتر و ثابت مجهول هستند به دست می آیند. سپس با برقراری شرایط مرزی در دو انتهای تیر به یک دستگاه معادله می رسیم که از حل آن فرکانس های طبیعی استخراج می شوند. در حل عددی از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای حل معادلات حرکت استفاده شده است. در بخش نتایج ابتدا با استفاده از مقایسه نتایج به دست آمده از این مقاله با نتایج مشابه ارائه شده در سایر مقالات، صحت و دقت روش حاضر تایید می شود. سپس نتایج حاصل از دو روش حل تحلیلی و عددی ارائه شده مقایسه می شوند که تطابق نتایج حاصل از دو روش صحت هر دو روش را تایید می کند. در ادامه تاثیر میزان ضخامت لایه متخلخل و همچنین میزان درصد تخلخل آن لایه بر مقدار فرکانس های طبیعی مورد مطالعه قرار می گیرد.

در این مقاله پاسخ ترمومغناطیس دیسک دوار با مواد مدرج تابعی براساس مدل هدایت حرارتی غیرفوریه تحت میدان های مغناطیسی و الکتریکی بررسی شده است. در این بررسی مدل هدایت حرارتی غیرفوریه براساس مدل تأخیر زمانی دوگانه در نظر گرفته شده است. خصوصیات مکانیکی دیسک به صورت تابع توانی در راستای شعاع در نظر گرفته شده، همچنین معادلات حاکم دیسک دوار استخراج شده و با روش نیمه تحلیلی به تحلیل آن پرداخته می شود. نتایج این بررسی برای شرایط مرزی مختلف، گیردار - آزاد، آزاد – آزاد و دیسک توپر به دست آمده است. در این مطالعه تأثیر تغییرات پارامترهای مختلف از جمله ضریب ناهمگنی ماده، شدت میدان مغناطیسی و اثرات میدان حرارتی بر رفتار دیسک دوار با مواد مدرج تابعی مورد مطالعه قرار می گیرد. نهایتاً صحت نتایج حاصله با مقایسه آن ها با نتایج حاصل در پژوهش های قبلی مورد بررسی قرار گرفته و مطابقت خوبی بین کار حاضر و مطالعات پیشین دیده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضریب ناهمگنی مواد، تغییرات دمایی افزایش می یابد. همچنین مشاهده گردید که وجود میدان مغناطیسی در دیسک، موجب کاهش تغییر مکان و همچنین کاهش تنش و افزایش سختی سیستم می شود.

ورق های ساندویچی سازه های رایجی برای جذب انرژی انفجار و استفاده به عنوان سپر انفجار می باشند. در این مقاله عملکرد و پاسخ دینامیکی نوع جدیدی از سازه های ورق ساندویچی فلزی و مدور به عنوان جاذب انرژی انفجار با هسته لوله ای شعاعی غیر همرس تحت بار انفجار موردبررسی قرارگرفته است. از روش های تحلیلی، تجربی و عددی برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه ورق ساندویچی استفاده شده است. در روش تحلیلی پاسخ سازه به سه مرحله زمانی مجزا و متوالی تقسیم شده است. مرحله اول شامل تداخل سازه و سیال، مرحله دوم تراکم و له شدگی هسته و مرحله سوم پاسخ دینامیکی و خمش کل سازه ورق ساندویچی است. با استفاده از قوانین بنیادین علم مکانیک مانند قوانین بقاء جرم و بقاء ممنتوم، پاسخ تحلیلی تغییر شکل و معادلات حاکم بر آن فرمول بندی شده است و معادله ای به شکل بسته برای خیز سازه و مقدار بیشینه آن به دست آمده است. آزمایش تجربی با ساخت یک ورق ساندویچی تحت بار انفجار و به روش انفجار آزاد، به منظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی و عددی انجام شده است. حل عددی در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS و با تولید تابع فشار به روش CONWEP انجام شده است. نتایج باهم مقایسه شده اند و انطباق خوبی بین نتایج به روش های مختلف وجود دارد.

چرخ ها از مهمترین قسمت های تجهیزات وسایل نقلیه ریلی می باشند. وجود خرابی بر روی سطوح غلتشی چرخ ها عامل افزایش ارتعاشات در آن ها و متعاقبا باعث خرابی دیگر متعلقات می شود. به طور سنتی سیستم های ریلی از فرآیند بازرسی پیشگیرانه پیروی می کنند. این بازرسی ها هزینه بر، با بازدهی پایین، زمان بر و در معرض خطای انسانی هستند. نگهداری و تعمیرات بر اساس پایش وضعیت مزایای بیشتری نسبت به روش های قدیمی دارد. در این روش ها، ارتعاشات، نویز و یا سایر پارامترهای کارکردی اجزای وسیله نقلیه، از جمله چرخ، اندازه گیری و تحلیل می شود. در این تحقیق، روشی جهت عیب یابی چرخ به کمک اندازه گیری ارتعاشات ریل ارائه شده است. با اندازه گیری ارتعاشات ریل از طریق نصب تجهیزات اندازگیری، ارتعاشات حاصل از عبور هر چرخ ثبت می گردد. سپس با استفاده از پارامتر میانگین مربعات متحرک در حوزه زمان به پایش وضعیت سلامت چرخ های ریلی پرداخته شده است. تنظیم صحیح پارامترهای مرتبط مانند طول پنجره و میزان همپوشانی در محاسبه میانگین مربعات متحرک تاثیر مستقیمی بر نتایج دارد. روش پیشنهادی بر روی داده های اندازه گیری شده پیاده سازی شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که به کمک این روش می توان وجود و موقعیت آسیب در چرخ را تعیین نمود.

فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر با قابلیت تولید قطعاتی با عرض و عمق متغیر، با هدف به کارگیری در صنایعی همچون خودروسازی، ساختمان سازی و صنایع مشابه ایجاد شد. یکی از عیوب این فرایند، عیب برگشت فنری است. این عیب باعث عدم دستیابی به پروفیل مطلوب می گردد. در این مقاله به تحلیل تجربی و عددی پدیده برگشت فنری با استفاده از معیارهای تسلیم هیل و بارلات و فون میسز پرداخته شده است. همچنین تأثیر پارامترهای زاویه خم، جنس و ضخامت ورق بر روی این عیب بررسی شده است. به وسیله زیرروال VUMAT نرم افزار آباکوس، فرایند برای سه جنس آلومینیوم 1050، فولاد کم کربن، فولاد زنگ نزن 430 شبیه سازی شد. در این شبیه سازی ها برای هر ماده، سه ضخامت 4/0، 7/0 و 1 میلی متر با زوایای خم 25 و 45 درجه در نظر گرفته شد. آزمایش های تجربی با استفاده از دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، انجام گرفت. صحت سنجی نتایج شبیه سازی عددی با مقایسه نتایج تجربی انجام گرفت. نتایج نشان داد معیار بارلات نسبت به دو معیار دیگر، پیش بینی دقیق تری از برگشت فنری دارد. همچنین نتایج نشان دادند که نسبت برگشت فنری ورق های دارای ضخامت 4/0 میلیمتر نسبت به ضخامت 1 میلیمتر برای جنس های فولاد کم کربن، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ، به ترتیب 5/1 ، 5/2 و 2/3 برابر می باشد.

توربین داریوس مبتنی بر نیروی برآ است که به دلیل طراحی ساده و عدم وابستگی به جهت باد مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش اثر میله نصب شده جلو لبه حمله پره بر عملکرد آیرودینامیکی توربین مورد بررسی قرار گرفته شده است و پارامترهای مختلفی از جمله ضریب گشتاور و ضریب توان مورد مطالعه عددی قرار می گیرد. از نرم افزار انسیس فلوئنت به منظور شبیه سازی توربین استفاده شده است. علاوه بر این، از روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت دو بعدی و همچنین از مدل آشفتگی k-ω SST بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج، وجود میله با ایجاد تاخیر در جدایش جریان، موجب افزایش گشتاور و توان توربین شده است. این پدیده در پره متقارن، باعث افزایش گشتاور در نسبت سرعت های نوک بالا در محدوده 5/2تا 5/3 می شود که افزایش ضریب توان را در پی دارد. همچنین وجود میله سبب افزایش 23 درصدی ضریب توان تولیدی در نسبت سرعت نوک پره 2/3 در مقایسه با حالت بدون میله شده است و نسبت سرعت بهینه از 7/2 به 2/3 منتقل می شود که به افزایش بازده توربین می انجامد. استفاده از میله در جلوی پره های نامتقارن علاوه بر رفع مشکل بازدهی کم توربین عمود محور نوع داریوس، مشکل راه اندازی اولیه توربین را تا حدی رفع می نماید.

مطالعه حاضر به بررسی و تحلیل عددی جریان الکترواسموتیک همراه با فشار محرک در سیالات نیوتنی می پردازد. معادلات دو بعدی لاپلاس، پواسون-بولتزمن و مومنتوم با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار در یک میکروکانال مستطیلی به صورت عددی حل می شوند. به منظور بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار از یک الگوریتم بهبود یافته و خوش رفتار برای تحلیل مسائل در میکروکانالها استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی الگوریتم اثر پارامترهای پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی مورد بررسی قرار گرفته است و با نتایج تحلیلی و عددی مقایسه شده است. در وصله میانی میکروکانال که پتانسیل الکتریکی حضور دارد نیروی حجمی ناشی از جریان الکترواسموتیک روی توزیع سهموی سرعت اثر گذاشته و این اثر در مقاله مورد بحث قرار گرفته و تاثیر تغییر پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی بر روی جریان نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش گرادیان فشار اعمالی باعث می شود سهم توزیع سهموی سرعت در پروفیل سرعت در ناحیه ترکیبی بیشتر شود و توزیع سرعت به سهموی تخت نزدیک شود درحالیکه افزایش پتانسیل زتا باعث می شود سرعت در لایه دوگانه الکتریکی بیشتر شده و توزیع سرعت به شکل زین اسبی در آید.

هدف از این پژوهش، کنترل جریان فراصوت عبوری از یک سطح شیب دار تراکمی در عدد ماخ 5/1 با استفاده از عملگر پلاسمای سد تخلیه دی الکتریک (DBD) می باشد. به منظور شبیه سازی عددی، از معادلات ناویر استوکس دو و سه بعدی به همراه مدل آشفتگی kωSST و روش جیمسون استفاده شده است. عملگر پلاسمایی به صورت پایا و با بهره گیری از رویکرد پدیده شناسی شایی شبیه سازی و به صورت جمله چشمه به معادلات ممنتم اعمال شده است. نتایج عددی نشان دادند که حضور دو ردیف عملگر پلاسمایی با ولتاژ kV 75 و فرکانس kHz 2 در محل شروع جدایش جریان، موجب کاهش ناحیه جدایش به اندازه mm 10، جابجایی موقعیت موج ضربه ای و افزایش زاویه آن به مقدار 2 درجه شده است. بررسی های پارامتریک نشان دادند که حالت بهینه تاثیرگذاری عملگر بر کنترل جدایش زمانی است که دقیقاً در محل شروع جدایش قرار گیرد. همچنین، افزایش فرکانس و ولتاژ میدان الکتریکی موجب کاهش ناحیه جدایش و جابجایی موج ضربه ای می گردد. در نهایت، افزایش تعداد عملگرها به سه ردیف، افزایش فرکانس تا 10 کیلوهرتز و ولتاژ تا 75 کیلوولت، به طور کامل موجب حذف ناحیه جریان گردابی ناشی از جدایش جریان گردید.

هدف این مقاله، بهینه سازی پروفیل المان CU ژانگسترم نیروگاهی به منظور افزایش کارایی و کاهش افت فشار و کمینه قیمت می باشد. در روش پیشنهادی ابتدا مساله مستقیم به صورت سه بعدی مدل و سپس مدل مورد نظر شبیه سازی شده است. جهت بهینه سازی مساله با استفاده از توابع متعامد پارامترهای هندسه مساله تبدیل به بردار ضرایب مجهول و در نهایت با استفاده از روش الحاقی مقادیر بهینه ضرایب هندسی، زاویه قرارگیری صفحات و سرعت به دست آمده است. تابع هدف بر اساس بیشینه عدد ناسلت، کمینه ضریب افت فشار و کمینه قیمت تعریف شده و براساس آنها، پارامترهای طراحی تعیین شده اند. براین اساس با زاویه بین صفحات 20 و 70 درجه برای اعداد رینولدز مختلف ضرایب بهینه پروفیل تعیین و همچنین چگونگی تغییر ضرایب با نسبت اهمیت انتقال حرارت به افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که برای حالتی که کمتر بودن افت فشار از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، عددهای رینولدز پایین تر و زاویه های کوچکتر و در حالتی که انتقال حرارت از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، اعداد رینولدز و زاویه های بزرگتر کارایی بهتری دارند. همچنین برای حالتی که انتقال حرارت اهمیت بیشتری نسبت به افت فشار داشته باشد، با افزایش عدد رینولدز و بیشتر شدن زاویه بین صفحات تابع هدف بزرگتر می شود. به ازای زوایای حدود 70 درجه و عدد رینولدز حدود 8000 ماکسیمم تابع هدف بدست می آید. در زوایای بیشتر از 70 و عدد رینولدز های بزرگتر از 8000 با اینکه ضریب انتقال حرارت نیز بزرگ تر می شود ولی جریان دستخوش افت فشار سنگینی می شود، که همین عامل باعث کمتر شدن تابع هدف می گردد.

در این پژوهش، انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانو سیالات ویسکوپلاستیک- مدل کسون همراه با یک تنش تسلیم، محصور درون محفظه مربعی با مرزهای متفاوت گرمایی بررسی شده است. معادلات دیفرانسیل غیر خطی کوپل شده برای جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم (با استفاده از روش المان محدود) حل شده است. اثرات عدد تسلیم0≤Y≤Y_max) )، عدد رایلی (〖10〗^3≤Ra≤〖10〗^6 )، عدد لوییس (2.5≤Le≤7.5)، پارامتر شناوری (0.1≤N_r≤1) بر جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم، تحلیل و نواحی تسلیم شده و نشده ی شکل گرفته در قسمتهای مختلف مشخص شده اند .نتایج بدست آمده نشان می دهد که توزیع جرم در محفظه بشدت تحت اثر عدد لوئیس قرار دارد اما این پارامتر اثر محسوسی بر توزیع دما و جریان ندارد. اثر مرکب عدد لوئیس و تنش تسلیم بر عملکرد جریان نیز اندک بوده و درنتیجه این پارامتر اثر محسوسی بر نواحی شبه جامد ندارد. از طرف دیگر افزایش پارامتر شناوری باعث کاهش توزیع جریان ناشی از جابجایی و درنتیجه کاهش انتقال حرارت در محفظه می شود. مشاهده شد که افزایش پارامتر شناوری باعث افزایش اثر نیروهای ویسکوز شده و درنتیجه نواحی شبه جامد گسترگی بیشتری در محفظه می یابند و مقدار تنش تسلیم حدی کاهش می یابد.

مبدل های پیش گرمکن دوار ژانگستروم یکی از مهمترین تجهیزات بازیابی انرژی در نیروگاه ها میباشند. در تحقیق حاضر به کمک رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی در محیط متخلخل و در مختصات مرجع متحرک حل و میزان نشتی این مبدل ها ارزیابی شده است. اعتبارسنجی روش عددی ارائه شده توسط انطباق نتایج حل عددی با داده های واقعی نیروگاه تایید شده است. در این تحقیق تأثیر شرایط عملیاتی مختلفی همچون سرعت چرخش ماتریس، جنس صفحات ماتریس و پیشگرم کردن ورودی مبدل بر روی بازده مبدل ژانگستروم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مقدار نشتی محوری و شعاعی مبدل تخمین و تاثیر استفاده از انواع آب بندها بر روی میزان آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی، حاکی از آن است که افزایش سرعت چرخشی ماتریس تا یک حد معین، استفاده از ماده ای با کمترین نفوذ حرارتی و پیشگرم کردن هوا ورودی به مبدل با در نظر گرفتن ملاحضات اقتصادی منجر به ارتقا عملکرد ژانگستروم میشود. نتایج حاصل از برآورد نشتی نشان میدهد که نشتی غالب در مبدل ژانگستروم نشتی شعاعی میباشد و با استفاده از نشت بندهای دوگانه و سه گانه میزان آن را میتوان بطور قابل ملاحضه ای کاهش داد.