مکانیک سازه ها و شاره ها
سال:1401 | دوره:12 | شماره:4 |تعداد مقالات:14

در مقاله حاضر، ارتعاشات و پایداری وابسته به اندازه میکروتیرهای چرخان با حرکت محوری محاط شده در بستر ویسکوز با شرایط مرزی مختلف دوسربسته در محیط های رطوبتی-حرارتی-مغناطیسی تحت نیروهای گرانشی و محوری براساس تئوری تنش کوپل و مدل تیر رایلی مطالعه شده است. معادلات دینامیکی سیستم با به کارگیری اصل همیلتون استخراج شده اند. با به کارگیری روش گالرکین و حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس های ارتعاشاتی پس رو و پیش رو سیستم و آستانه های ناپایداری سیستم به دست آمده اند. برای اعتبارسنجی نتایج پژوهش حاضر، مطالعات مقایسه ای انجام شده اند. اثر پارامترهای کلیدی مختلف مانند پارامتر اینرسی چرخشی، میرایی بستر، نسبت سفتی خمشی بر دینامیک سیستم آزموده شده اند. نتایج نشان دادند که برعکس محیط های رطوبتی، میدان های مغناطیسی موجب بهبود عملکرد سیستم می شوند. همچنین، هنگامی که حرکت محوری سیستم در خلاف جهت شتاب گرانشی باشد، نیروهای گرانشی موجب کاهش آستانه ناپایداری سیستم می شوند و می توانند سیر تکاملی پایداری سیستم را تغییر دهند. ضمناً نشان داده شد که افزایش پارامتر اینرسی چرخشی اثر کاهنده بر فرکانس های ارتعاشاتی و پایداری سیستم دارد. مدل سازی و نتایج پژوهش حاضر می توانند در طراحی بهینه میکروسوییچ ها مفید باشند.

در این مقاله، توابع گرین حاصل از انتشار امواج در تک لایه فوم متخلخل ایزوتروپیک با شرایط مرزی انتهای فوم به صورت اتصال صلب مورد بررسی واقع شده است. هدف از این مقاله به دست آوردن تنش ها و جابجایی های حاصل از نشر موج نیرو های هارمونیک واقع بر روی سطح فوم می باشد. فوم ها به دلیل داشتن منفذ های توخالی که درون آنها سیال جابجا می شود از نوع مواد متخلخل اشباع می باشند. معادلات حاکم بر انتشار امواج برای مواد متخلخل اشباع از نوع دستگاه معادلات دیفرانسیل پیچیده با مشتقات جزئی می باشد که با استفاده از دو تابع پتانسیل مجهول به دو معادله مجزا تبدیل می گردند. معادلات به دست آمده با استفاده از تبدیلات انتگرال هنکل و سری فوریه به معادلات ساده تری تبدیل می شوند. به کمک شرایط مرزی حاکم بر مساله، دو تابع پتانسیل مجهول در فضای تبدیل یافته به دست می آیند و با استفاده از عکس انتگرال هنکل، جواب های حاصل در فضای فرکانسی به دست می آیند. از مهم ترین نتایج حاصل از این تحقیق این است که در بخش حقیقی توابع گرین، بارگذاری نقطه ای باعث ایجاد بیشینه تنش و تغییر مکان در راستای عمودی می گردد و هم چنین بارگذاری حلقوی و تخلخل کم، بیشترین زاویه فرکانس حاصل از نشر موج را در توابع گرین دارند.

سازه های ساندویچی با هسته ساخته شده از مواد متخلخل ازجمله انواع فوم های فلزی و پلیمری در جذب انرژی بارهای انفجاری مؤثر بوده و به دلیل سبکی می تواند کاربرد خوبی در صنایع مختلف داشته باشد. در این مقاله تغییر فرم و جذب انرژی سازه های ساندویچی با رویه آلومینیمی و فولادی و هسته ساخته شده از فوم پلی اورتان که از دو نوع پوکه معدنی با سایز مختلف (اصطلاحاً نخودی و بادامی) پرشده است، تحت بارگذاری انفجار آزاد بروش تجربی و شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار اجزاء محدود Abaqus موردمطالعه قرارگرفته است. در این بررسی ابتدا رفتار مکانیکی هسته با ساخت نمونه های ترکیبی از فوم پلی اورتان و پوکه های معدنی، تحت آزمایش فشار مطالعه شده و نتایج آن در مدل های رفتاری نرم افزار مورداستفاده قرارگرفته است. پس از مقایسه نتایج عددی به دست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج آزمایش های تجربی و صحت سنجی نتایج روش عددی، مطالعات پارامتریک عددی انجام گرفته و اثر نوع پوکه، ضخامت هسته، جنس رویه ها و ضخامت رویه ها در میزان تغییر فرم یا خیز رویه ها و همچنین میزان جذب انرژی اجزاء سازه موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد پانل با رویه ی پشتی ضخیم تر عملکرد بهتری در جذب انرژی انفجار دارد. همچنین با افزایش استحکام یا ضخامت رویه ها نقش هسته در جذب انرژی کمتر می شود.

جوشکاری نفوذی یک فرآیند جوشکاری حالت جامد می باشد که در آن سطوح تماس تحت فشار در دماهای بالا با حداقل تغییر شکل ماکروسکوپی به هم متصل شوند. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای جوشکاری نفوذی بر ریز ساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد 17-4PH و آلیاژ Ti6Al4V با استفاده از لایه واسط نیکل خالص با ضخامت 150 میکرومتر می باشد. آزمایشها در کوره خلاء در سه دمای 900 ،950 و 1050 درجه سانتیگراد برای مدت زمان 45 و 60 دقیقه و تحت فشار 5 مگاپاسکال انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد که در دماهای 900 و 950 درجه سانتیگراد، ترکیبات بین فلزی Ni3Ti، NiTi و NiTi2 در مرز مشترک نیکل-تیتانیوم تشکیل می شوند در حالیکه با افزایش دما به 1050 درجه سانتیگراد، فازهایNiTi2+Fe2Ti، β-Ti و β-Ti+α-Ti در مرز اتصال تشکیل می شوند. کمترین میزان سختی (562 ویکرز) در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 45 دقیقه و بیشترین میزان سختی (700 ویکرز) در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 60 دقیقه به دست می آید. با افزایش زمان جوشکاری نفوذی از 45 به 60 دقیقه در دو دمای ثابت 900 و 950 درجه سانتیگراد، استحکام برشی به ترتیب 8/4 درصد و 6/23 درصد افزایش می یابد. همچنین با افزایش دمای جوشکاری نفوذی از 900 به 950 درجه سانتیگراد در زمانهای ثابت 45 و 60 دقیقه، استحکام برشی به ترتیب 3/55 درصد و 7/31 درصد کاهش می یابد. بهترین استحکام برشی اتصال در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 60 دقیقه به میزان 303 مگا پاسکال به دست آمد.

اعمال ارتعاشات فراصوتی توان بالا در فرآیندهای شکل دهی منجر به تغییر رفتار مکانیکی ماده و کاهش تنش سیلان در حین اعمال ارتعاشات می شود. این امر سبب بهبود شکل پذیری ماده و کاهش نیروهای شکل دهی می گردد. برای بررسی تاثیر ارتعاشات فراصوتی روی مواد مختلف، می توان از آزمون کشش و فشار استاندارد استفاده کرد. در این پژوهش، برای بررسی رفتار فشاری آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V تحت اعمال ارتعاشات فراصوتی، یک مجموعه طراحی، تحلیل، ساخته و آزمایش شد. ارتعاشات فراصوتی توسط مبدل تولید و از طریق تقویت کننده (بوستر) و ابزار یا سنبه فشارنده (هورن) به نمونه آزمون منتقل می شود. هندسه ابزار (هورن) و شکل مود ارتعاشی (گره یا شکم) و نیز توان اعمال ارتعاشات فراصوتی از جمله پارامترهای موثر در این فرآیند است. از اینرو، شکل های مختلف سنبه ساخته شد تا نمونه در موقعیت گره (حداقل دامنه ارتعاشی) و شکم ارتعاشی (حداکثر دامنه ارتعاشی) قرار گیرد و اثر آن بر روی میزان انتقال امواج و بازدهی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اعمال ارتعاشات فراصوتی موجب کاهش تنش سیلان ماده (تا حدود 17.36 درصد) گردید. کاهش تنش سیلان به توان ارتعاشات فراصوتی وابسته است و با افزایش توان، تنش سیلان کاهش بیشتری می یابد. همچنین پدیده سخت شوندگی پسماند در این آلیاژ مشاهده نشد و بطور کلی، اعمال ارتعاشات فراصوتی منجر به کاهش کرنش شکست نمونه ها شد. در نهایت تفاوت میزان انتقال ارتعاشات فراصوتی به نمونه ها با سنبه های مختلف مشهود بود و حالت شکل مود ارتعاشی با موقعیت گره ارتعاشی بر روی نمونه اثرپذیری بیشتری را بر روی کاهش تنش سیلان داشته است.

اتساع ورق های فلزی به علت اعمال تنش کششی بالا در حین شکل دهی و حذف برگشت فنری منجر به تولید قطعات پر استحکام با دقت ابعادی بالا می شود. در این پژوهش به بررسی تحلیلی-تجربی فرایند اتساع ورق فولادی DC04 به عنوان یکی از ورق های پرکاربرد در صنعت خودروسازی پرداخته شده است. در بخش تجربی با اجرای آزمون کشش تک محوری در زاویه های °0، °45 و °90 نسبت به راستای نورد ورق، ضرایب ناهمسانگردی پلاستیک، ثوابت سخت شوندگی مدل توانی و دیگر مولفه های مکانیکی جنس ماده به دست آمد. در ادامه مولفه های کرنش در نواحی مختلف قطعه با تحلیل روابط معیار تسلیم ناهمسانگرد هیل-48 مبتنی بر قانون جریان مرتبط محاسبه گردید. با نوشتن معادلات تعادل در سطوح تماسی ورق با اجزای قالب، اثر نیروهای اصطکاکی بر توزیع تنش-کرنش تعیین گردید. پس از طراحی و ساخت قالب و اجرای آزمون های تجربی اتساع، با سه جابجایی سنبه 5/10، 75/15 و 21 میلی متر بر روی نمونه های مش بندی شده، مقادیر کرنش، تنش و ضخامت اندازه گیری شد. در انتها خطای روش تحلیلی در مقایسه با نتایج آزمون تجربی برای این سه جابجایی به ترتیب برابر %8/15، %7/4 و %07/0 به دست آمد.

در طی فرآیند ساخت لوله های فولادی دما و عناصر آلیاژی به طور غیریکنواخت در دیواره لوله توزیع می شود. در این مطالعه اثر این توزیع غیریکنواخت بر خواص مکانیکی در مقیاس ماکرو بررسی شد. برای این منظور نمونه های تخت کششی از دیواره لوله بریده شد؛ به طوری که هر نمونه مربوط به موقعیت خاصی از ضخامت دیواره بود. نتایج آزمایش کشش تغییرات معنادار خواص مکانیکی را در راستای ضخامت نشان می دهد. در ادامه اثر این تغییرات بر رفتار مکانیکی فولاد بررسی گردید. برای این منظور یک نمونه کششی ضخیم با استفاده از خواص اندازه گیری شده به صورت ساختار چندلایه (ناهمگن) مدل شد. در فرآیند مدل سازی، ابتدا به کمک شبیه سازی اجزاء محدود و با توجه به نمودار تنش-کرنش بدست آمده از آزمایش کشش، پارامترهای مدل آسیب گرسون-تیورگارد-نیدلمن برای هر یک از لایه ها به طور جداگانه کالیبره شدند. سپس این پارامترها در مدل سازی نمونه ناهمگن استفاده شد. بر طبق نتایج، نمودارهای نیرو-تغییر مکان نمونه ضخیم بدست آمده از مدل سازی و آزمایش دقیقاً بر یکدیگر منطبق نیستند؛ این اختلاف به دلیل شرایط تنشی مختلف در نمونه های نازک و ضخیم و همچنین اثر تنش های پسماند است.

مدل زنجیره مارکوف یکی از مدل های آماری- احتمالاتی است که با استفاده از نتایج تجربی در سیکل های اولیه می تواند وضعیت خرابی نمونه ها را در سیکل های بالاتر پیش بینی کند. بنابراین می تواند به صورت لحظه ای برای کنترل خرابی خستگی قطعات در حال کار استفاده شود. در این پژوهش، اتصالات چسبی دو لبه تحت بارگذاری سیکلی در سه سطح بارگذاری مختلف به صورت کشش-کشش قرار گرفته اند و هدف از انجام این کار، بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی می باشد. در این مقاله، تغییرات کرنش سیکلی به عنوان شاخص خرابی معرفی شده است که روند رشد خرابی خستگی را نشان می دهد. براساس نتایج تجربی مشاهده می گردد، شکست خستگی بعد از 18% رشد در اندازه کرنش سیکلی اولیه اتفاق افتاده است. این نتایج تجربی با داده های به دست آمده از مدل زنجیره مارکوف همخوانی و توافق دارند. بنابراین، این روش پیش بینی می تواند عمر باقیمانده ی اتصالات چسبی دو لبه را بر اساس اندازه گیری های کرنش و بدون توجه به تاریخچه بارگذاری آن ها پیش بینی کند.

هدف این پژوهش، بررسی تاثیر انرژی سطح بر ارتعاشات آزاد محوری نانومیله های تابعی مدرج ترکداری است که بر اساس تئوری رایلی میله ها مدل شده اند. در تئوری رایلی، اثر اینرسی جابجایی های جانبی علاوه بر اینرسی محوری در نظر گرفته می شود. فرض شده است جنس نانومیله در راستای طول خود تابعی مدرج باشد و بر اساس رابطه توانی تغییر نماید. ترک نیز، با یک فنر خطی که سفتی آن متناسب با شدت ترک می باشد مدل شده است. انرژی سطح نیز شامل تاثیر پارامترهای چگالی سطح، تنش سطح و ثابت لامه سطح می باشند. بدلیل در نظر گرفتن اثر پارامترهای انرژی سطح، معادلات حرکت و شرایط مرزی بصورت ناهمگن ظاهر شده اند که به منظور حل آنها، ابتدا با استفاده از یک تغییر متغیر مناسب، تبدیل به معادلات همگن شده اند. سپس با استفاده از روش مربعات دیفرانسیل هارمونیک، فرکانس های طبیعی به ازای دو شرط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد استخراج شده اند. علاوه بر نوع شرط مرزی، تاثیر عواملی مانند طول و شعاع نانومیله، شدت و محل ترک، و شماره مود فرکانسی بر فرکانس های طبیعی نانومیله تابعی مدرج ترکدار در حضور انرژی سطح بررسی و گزارش شده است.

در این پژوهش با استفاده از نرم افزار شبیه ساز دینامیکی آتش، اثرات وجود نازل، انشعابات و فن تهویه هوا بر آتش سوزی در یک راهروی تونل معدن زغال سنگ در حال پیشروی به طول 40 متر بررسی شده است. این مطالعه نشان داده است وجود نازل علی رغم کاهش میدان دید به سبب تبخیر آب، سبب کاهش دمای سرتاسر راهرو و کاهش غلظت کربن دی اکسید به اندازه 15000 پی پی ام در دورترین نقطه راهرو خواهد شد. وجود انشعاب در یک راهروی تونل معدنی، علاوه بر تأمین مسیر تخلیه از محل آسیب دیده، سبب افزایش مدت زمان ایمن ماندن نقاط مختلف معدن از نظر دما و غلظت گازهای مضر حاصل از آتش سوزی خواهد شد؛ از طرفی اگر انشعاب نزدیک به آتش باشد، به دلیل تأمین اکسیژن مورد نیاز، منجر به گسترش آتش خواهد شد. وجود فن دمشی به منظور تهویه هوا در راهروی تونل علی رغم اطفای سریع تر آتش و کاهش 46 درصدی میانگین دمای روی منبع آتش، سبب افزایش غلظت کربن مونو اکسید به مقدار 5/7 پی پی ام در دورترین نقطه راهرو خواهد شد. همچنین استفاده از نازل های متصل به ترموکوپل به سبب نداشتن تأخیر زمانی نسبت به اسپرینکلرها، در مهار آتش مؤثرتر عمل می کنند و سبب کاهش 69 درصدی دما بر روی منبع آتش خواهند شد.

مرسوم ترین روش شبیه سازی اسپری مایع در بستر گاز، رویکرد اویلر لاگرانژ است که در آن فاز گاز با روش اویلری و فاز مایع با روش لاگرانژی ره گیری می شود. در رژیم جریان متراکم، تأثیر فاز مایع روی فاز گاز و همچنین تأثیر قطرات بر روی یکدیگر دارای اهمیت است و منجر به وابستگی شدید معادلات فاز گاز و مایع می شود. ازنظر عددی حل وابستگی این معادلات از چالش های اصلی این روش است. در پژوهش حاضر دو رویکرد مختلف در ساختار الگوریتم سیمپل برای حل معادلات ارائه شده است. بنابراین یک برنامه کامپیوتری با زبان فرترن برای حل معادلات با رویکرد اویلر لاگرانژ توسعه داده شد. برای اعتبارسنجی و ارزیابی رویکردهای ارائه شده، مسئله اسپری سوخت دیزل حل گردید و با مقایسه نتایج تجربی و در نظر گرفتن زمان همگرایی، الگوریتم مناسب انتخاب شد. نتایج نشان داد استفاده از یک مرحله حل تقریبی معادلات فاز لاگرانژ در آغاز حلقه تکرار الگوریتم سیمپل و سپس دو مرحله تصحیح در موقعیت مناسب در داخل الگوریتم سیمپل، الگوی مناسبی برای حل پیوند چهار راهه معادلات در رویکرد اویلر لاگرانژ است.

سیستم آبشیرین کن جذب سطحی از گرمای درحال هدر رفتن با سطح دمای پایین که در منابع انرژی تجدیدپذیر وجود دارد استفاده می کند. یک مدل عددی سه بعدی وابسته به زمان برای مدلسازی انتقال حرارت و جرم در بستر ماده جاذب جفت سیلیکاژل-آب توسعه داده شده و با نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. یکی از اجزای اصلی آبشیرین کن جذب سطحی اواپراتور است و در این مطالعه تاثیر ابعاد لوله اواپراتور که یک مبدل پوسته-لوله است بر نرخ کارآیی و آب تولیدی روزانه مخصوص (SDWP) به صورت عددی بررسی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده از مدلسازی مشاهده شد نرخ کارآیی با افزایش زمان سیکل افزایش می یابد و به مقدار 66/0 میل می کند و نرخ این افزایش در طول لوله بزرگتر، کمتر است. مقدار SDWPبرای هر ابعاد اواپراتور دارای یک مقدار بهینه نسبت به زمان سیکل است که این مقدار ماکزیمم، با افزایش ابعاد اواپراتور افزایش می یابد. تاثیر افزایش طول لوله اواپراتور با افزایش طول لوله کاهش می یابد و مقدار بهینه با توجه به هزینه و فضای دردسترس انتخاب می شود. در نمونه مورد بررسی، مقدار SDWP با افزایش طول لوله اواپراتور از 2متر به 4متر 11% افزایش می یابد در حالی که افزایش از 4متر به 8متر تنها 6% در مقدار آب تولیدی تاثیر دارد.

روش رطوبت زنی-رطوبت زدایی هوا گزینه ی مناسبی برای تولید غیر متمرکز آب شیرین می باشد. نقطه ضعف اصلی این سیستم ها وابستگی آن به نور مستقیم خورشید می باشد. برای حل این مشکل، استفاده از روش ذخیره انرژی گرمایی خورشید در روز و استفاده از این انرژی در طول شب می تواند گزینه بسیار مناسبی باشد که با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده قابل تحقق است. در کار حاضر با مجهز کردن کلکتور خورشیدی مجهز شده با ماده تغییر فاز دهنده از دو نوع مختلف پارافین واکس امکان ادامه کار آب شیرین کن در ساعات بعد از غروب خورشید نیز فراهم گردیده است. برای حل معادلات حاکم بر اجزای سیستم آب شیرین کن از نرم افزار متلب استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده دمای آب خروجی از کلکتور خورشیدی نقش قابل توجهی در میزان آب شیرین تولید شده دارد و همچنین نتایج مؤید آن است که استفاده از ماده تغییر فاز دهنده بیش از 9% افزایش تولید آب شیرین را در پی دارد. نتیجه دیگر نشان می دهد که سرعت فرایند ذوب به مقدار قابل ملاحظه ای بیشتر از سرعت فرآیند انجماد است.

در این مقاله، با به کارگیری مطالعات تجربی حاصل از روش طراحی آزمایش ها، به بررسی تأثیر پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور و کندانسور بر عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، با استفاده از روش سطح پاسخ پرداخته شده است. روش سطح پاسخ به مجموعه ای از فن های آماری و ریاضیات کاربردی برای ساخت مدل های تجربی باهدف کاهش آزمایش ها هست. پژوهش حاضر در راستای بهبود عملکرد لوله ی حرارتی نوسانی، مقاومت حرارتی کمینه تحت تأثیر دو پارامتر را موردمطالعه قرار می دهد. لوله ی حرارتی نوسانی موردبررسی به ابعاد کلی 3×210×200 میلی متر متشکل از چهار دور لوله-ی مسی با قطرهای داخلی و خارجی به ترتیب 4/2 و 3 میلی متر است. نتایج تجربی حاکی از آن است که تغییرات مقاومت حرارتی برحسب پارامترهای نسبت پرشدگی حجمی و نسبت طول اواپراتور به کندانسور، دارای نقطه عطفی است که تا قبل از آن ارتباط مقاومت حرارتی و هریک از پارامترها به صورت معکوس و پس از آن مستقیم خواهد بود.