مکانیک سازه ها و شاره ها
سال:1402 | دوره:13 | شماره:4 |تعداد مقالات:12

در این مقاله تحلیل ترموالاستیسیته غیرخطی یک استوانه جدارضخیم تحت فشار داخلی انجام شده است. خواص ماده به صورت مدرج تابعی در راستای شعاعی و تابع دما در نظر گرفته می شود که سبب غیر خطی شدن معادلات انتقال حرارت هدایتی در استوانه می شود. در این تحقیق از تئوری اغتشاش برای حل معادلات غیرخطی انتقال حرارت استوانه استفاده می شود. شرایط مرزی دمایی استوانه به طور کاملاً دلخواه و به صورت ترکیبی از تحریک دما و شار حرارتی در نظر گرفته شده است. با استخراج میدان دمایی در ضخامت استوانه و اعمال تاثیر آن در معادلات تعادل الاستیسیته، میدان تنش و جابجایی در استوانه بدست می آید. برای گسسته سازی معادلات تعادل الاستیسیته حاکم بر مسئله و شرایط مرزی از روش عددی مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته (GDQ) استفاده می شود. جهت اعتبارسنجی روش، نتایج حاصل از حل معادلات در حالت خطی با نتایج مستخرج از منابع علمی دیگر مقایسه شده است که دارای انطباق قابل قبول و همگرایی مناسب می باشد. پس از آن تقریب های مرتبه صفر، مرتبه اول و مرتبه دوم دمایی استخراج و تاثیر آن بر تغییرات خواص مکانیکی ماده وابسته به دما و نیز توزیع تنش در راستای شعاعی مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش اختلاف دما مابین سطوح داخلی و خارجی استوانه و برای رسیدن به دقت مناسب برای استخراج توزیع دما، باید از ترم های بیشتر از سری اغتشاشی استفاده نمود.

در این مطالعه ارتعاشات پوسته استوانه با دیسک صلب در لبه های انتهایی مورد بررسی قرار گرفته و میزان تغییرات نتایج در مقایسه با فرض متداول ثابت بودن لبه به جای درنظرگرفتن دیسک مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی پوسته از مدل سندرز-کویتر با احتساب برش عرضی مرتبه اول استفاده شده و اثر دیسک در انتها برای اولین بار با استفاده از روابط سینماتیکی حاکم به شکل مستدل و نظام مندی استخراج شده است. برای حل مساله نیز از روش اجزامحدود نیمه تحلیلی استفاده شده و نحوه اصلاح ماتریس های سفتی و جرم برای افزودن اثر دیسک نیز برای اولین بار شرح داده شده است. علت اثرگذاری دیسک بر روی ماتریس سفتی، قیدهای حرکتی ایجاد شده بین مولفه های جابجایی پوسته در محل اتصال به دیسک صلب است. مطالعات عددی متعددی برای بررسی اثر خواص جرمی دیسک بر فرکانس مودهای مختلف پوسته انجام شده که نشان دهنده اثرگذاری قابل توجه دیسک در فرکانس های طبیعی مودهای با تعداد موج های محیطی صفر و یک است. طبق نتایج حاصل، افزایش جرم دیسک می تواند مود با فرکانس کمینه را از مود با ارتعاشات موضعی متمرکز روی پوسته به شکل ارتعاشات خمشی شبه تیر تبدیل کند.

در این مقاله به طراحی الگوریتم کنترل تحمل پذیر عیب مبتنی بر مشاهده گر و کنترل فعال ارتعاشات به صورت همزمان جهت پایداری وضعیت فضاپیمای انعطاف پذیر ناقص عملگر در قالب یک سیستم صلب-انعطاف پذیر که در معرض اغتشاشات خارجی قرار گرفته، پرداخته شده است. جهت تخمین خطای گشتاور ناشی از عیب عملگر، یک مشاهده گر یادگیری تکرار شونده توسعه یافته است. یکی از ویژگی های اصلی این مشاهده گر خطا، لحاظ اغتشاشات خارجی در ساختار آن است. سپس، یک قانون کنترل تحمل پذیر خطای مود لغزشی توسعه یافته مبتنی بر ساختار تناسبی-انتگرالی-مشتقی با بهره سوئیچینگ متغیر با زمان برای تولید سیگنال های کنترلی با عملکرد مطلوب طراحی شده است. در نهایت، جهت کاهش ارتعاشات باقی مانده حین و پس از مانور، الگوریتم کنترلی فیدبک نرخ کرنش به طور همزمان با الگوریتم کنترل تحمل پذیر عیب فعال سازی می شود. تضمین پایداری کلی سیستم حلقه بسته با استفاده از تئوری لیاپانوف صورت پذیرفته است. شبیه سازی های عددی در قالب یک مطالعه مقایسه ای حاکی از آن است که سیستم توسعه یافته عملکرد مطلوبی نسبت به الگوریتم های رایجی مانند مود لغزشی انتگرالی در برابر خطای عملگر، اغتشاشات خارجی و تحریک مودهای انعطاف پذیر سیستم های با دینامیک صلب-انعطاف پذیر دارد.

میکرو/نانوتشدیدگرها دستگاه هایی بسیار ظریف با ابعاد بسیار کوچک هستند. لذا هرگونه عیب و ایراد ناشی از فرآیند ساخت و اجرای آزمایشگاهی می تواند منجر به تغییرات اساسی در رفتارهای ارتعاشی آنها شود. در این مطالعه، معادلات کلی حاکم برای یک میکرو تیر (نانو لوله) دوسر گیردار با سطح مقطع نامتقارن که به صورت یک سطح مقطع بیضوی مدل شده است و تحت تحریک خارجی قرار گرفته است، استخراج می شود. سپس، با حذف نامتقارنی و فرض دایروی بودن سطح مقطع، معادلات فرکانسی لازم جهت تحلیل رفتارهای خطی و غیرخطی به روش مقیاس های زمانی چندگانه استخراج می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها تطابق خوبی با مراجع آزمایشگاهی موجود در ادبیات دارد. نهایتاً با اعمال نامتقارنی در سطح مقطع تشدیدگر، سیستم از یک مدل ایده آل به یک مدل واقعی تر سوق داده شده و اثر سطح مقطع نامتقارن در ایجاد، تعدیل و حذف تشدید داخلی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد. در پایان مزایا و معایب ناشی از نامتقارنی ها تشریح می گردد و راه کارهایی جهت رسیدن به مدل های بدیع تر، کامل تر و با بازدهی بالاتر تبیین می گردد.

در پژوهش حاضر به بررسی امکان سنجی تأثیر پارامترهای سیم های مختلف فلزی به عنوان تقویت کننده در هسته های فومی ساندویچ پانل ها، جهت بهبود خواص خمشی پرداخته شده است. در این راستا سه پارامتر تعداد سیم ها (در مقیاس 1، 2و 3 عدد سیم)، جنس سیم (آلومینیومی، آهنی و فولادی) و قطر آن ها (75/0، 1 و 5/1 میلی متر) به عنوان پارامتر تأثیرگذار ورودی و استحکام خمشی، مدول و استحکام به وزن سازه به عنوان پارامترهای خروجی طراحی آزمایش انتخاب شده اند. به منظور ارزیابی پارامترها پس از صحه گذاری بر مدل عددی با استفاده از نمونه اولیه ی ساخته شده، اقدام به طراحی آزمایش توسط نرم افزار مینی تب (روش تاگوچی) و انجام شبیه سازی آزمون های پیشنهادی توسط نرم افزار آباکوس شده است. درنهایت پس از واردکردن اطلاعات به دست آمده از شبیه سازی در نرم افزار مینی تب، نمونه بهینه یابی شده انتخاب، ساخته و با نمونه تولیدشده ی بدون تقویت کننده سیمی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که نمونه بهینه با اولویت استحکام به وزن شامل سه عدد سیم در هر طرف، جنس سیم فولادی و قطر یک میلی متر می باشد. همچنین با افزایش تعداد و قطر سیم ها استحکام بالاتر رفته اما در بررسی استحکام به وزن نمونه این رابطه همیشه صحیح نیست. افزایش خواص سیم مورد استفاده باعث افزایش استحکام کلی پانل ساندویچی می شود. در نهایت نتایج نشان داد استحکام خمشی ساندویچ پانل تقویت شده با سه عدد سیم فولادی حدود 43 درصد، مدول خمشی حدود 80 درصد، استحکام خمشی ویژه به مقدار 21 درصد و مدول خمشی ویژه 54 درصد افزایش می یابد.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بافت های زنده با تغییر شرایط فیزیولوژیکی آن ها در هنگام بیماری تغییر می کند. میکروسکوپ نیروی اتمی می تواند تصویربرداری از سطح و مشاهده ی فراساختاری بافت های زنده را با تفکیک نانومتر در شرایط تقریباً فیزیولوژیکی انجام دهد و اطلاعات طیف سنجی نیرو، که امکان مطالعه ی خواص مکانیکی بافت را فراهم می کند، جمع آوری کند. در این پژوهش به کاربرد میکروسکوپ نیروی اتمی جهت اندازه گیری مدول الاستیسیته ی بافت سرطانی معده پرداخته شده است. بدین منظور، جهت نزدیک تر شدن نتایج تئوری به واقعیت تجربی، به مدل سازی سه بعدی تئوری های تماس توسعه یافته پرداخته شده است. از آن جا که در اکثر پژوهش های گذشته، شکل ذرات هدف کروی فرض شده است، به عنوان یک نوآوری مهم، در این پژوهش مدل های تماسی استوانه ای شامل هرتز، داوسون، نیک پور، هواپریچ و لاندبرگ مدل سازی شده اند و شبیه سازی هر یک از این مدل ها به وسیله ی نرم افزار متلب انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی مدل های تماسی با نتایج کار تجربی، مقایسه شده است. از نتایج به دست آمده از این مقایسه، مدول الاستیسیته برحسب کیلوپاسکال در مناسب ترین عمق نفوذ سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی برای یک بافت بیولوژیکی استخراج شده است. نتایج نشان داده است که مدل هواپریچ مدل مناسبی برای شبیه سازی تئوری بوده و بیشترین نزدیکی را به نتایج تجربی داشته است. با مقایسه ی نتایج به دست آمده و نتایج گذشته، درصد اختلاف نتایج برای بافت سرطانی معده بین 3 تا 20 درصد به دست آمده است و در پایان صحت سنجی نتایج صورت گرفته است.

در این مقاله، رفتار شکل پذیری لوله های جدار نازک آلومینیومی با استفاده از فرآیند خمکاری کششی دورانی هیدرولیکی به صورت تجربی بررسی شده است. در ابتدا، لوله های آلومینیومی آلیاژ 6063 با نسبت قطر به ضخامت 88/13، قطر خارجی 25 و ضخامت 8/1 میلیمتر تحت عملیات حرارتی آنیل و پیرسازی مصنوعی قرار گرفتند. در ادامه، آزمایش های تجربی خمکاری بر روی نمونه های اولیه و عملیات حرارتی شده در فشارهای سیال صفر، 1، 8/1، 2/3 و 6/3 مگاپاسکال انجام شد. پس از انجام آزمایش های تجربی، میزان نازک شدگی و ضخیم شدگی لوله های خم شده اندازه گیری شدند. با بررسی نتایج مشخص شد که برای همه نمونه ها بیشینه نازک شدگی و ضخیم شدگی در زاویه 40 درجه نسبت به قالب فشار رخ می دهد. همچنین بررسی نتایج شکل پذیری لوله ها نشان داد که عملیات حرارتی و فشار سیال روی هم اثر متقابل دارند به طوریکه در فشار سیال کمینه یعنی صفر مگاپاسکال، تاثیر عملیات حرارتی خیلی محسوس نیست ولی در فشار سیال بیشینه یعنی 36 مگاپاسکال، تاثیر عملیات حرارتی قابل توجه می باشد. در فشار سیال بیشینه، عملیات حرارتی پیرسازی منجر به کاهش نازک شدگی به میزان 7% و عملیات حرارتی آنیل منجر به افزایش نازک شدگی به میزان 13% نسبت به نمونه اولیه می شوند. به علاوه، میزان ضخیم شدگی لوله های پیرسازی و آنیل شده نسبت به نمونه اولیه به ترتیب به میزان 5% افزایش و 16% کاهش می یابند.

در پژوهش حاضر طراحی بهینه شکل قالب در فرایند شکل دهی فلزات با استفاده از اکستروژن مورد بررسی قرارگرفته‫ است. باتوجه به وجود تغییر شکل های بزرگ در حین شکل دهی و درنتیجه ورود به ناحیه مومسان ماده، برای تحلیل مسئله در این ناحیه روش المان محدود به کار گرفته شده و مدل سازی در دستگاه اویلری انجام پذیرفته است. در این مطالعه تابع هدف رسیدن به کمترین انرژی کل مورد نیاز برای تغییر شکل در فرایند اکستروژن است. متغیر طراحی مورد نظر شکل قالب بوده و برای تولید شکل قالب از منحنی های اسپیلاین با در نظر گرفتن چند نقطه کنترلی استفاده شده است. با توجه به ماهیت غیر خطی بودن مسئله شکل دهی فلزات، پیچیدگی و حجم زیاد محاسبات در حین تحلیل مسئله، برای طراحی شکل بهینه قالب از یک روش بهینه سازی فراابتکاری ترکیبی قدرتمند الهام گرفته شده از دو روش رقابت امپریالیستی و الگوریتم مورچه (ICACO) کمک گرفته شده است. برای اعتبارسنجی نتایج به دست آمده برای شکل هندسی قالب در پژوهش حاضر، از مقایسه آن ها با نتایج ارائه شده در تحقیقات گذشته استفاده شد و میزان خطا کمتر از 2 درصد به دست آمد و هم خوانی خوبی مشاهده گردید. نتایج به دست آمده باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی کل در حین تغییر شکل به میزان حدودی 12 درصد نسبت به حالت مرسوم خطی شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

کامپوزیت های زمینه فلزی، توجه روزافزونی برای کاربرد در صنایع هوافضا، دفاعی و خودروسازی را به خود جلب کرده اند. ماشین کاری این مواد با روش های سنتی ماشین کاری به دلیل وجود ذرات ساینده، بسیار مشکل است. ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) یکی از پرکاربردترین روش های ماشین کاری پیشرفته است و به نظر می رسد یک تکنیک امیدوارکننده برای ماشین کاری کامپوزیت های زمینه فلزی باشد. سایش ابزار در حین فرآیند، امری اجتناب ناپذیر است و نمی توان آن را به حد صفر رساند، ولی می توان آن را تا جایی که امکان دارد، کم کرد. در این تحقیق اثر پارامترهای جریان پیک تخلیه، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس، بر روی قطعه کار از جنس کامپوزیت زمینه فلزی آلیاژ AZ91 منیزیم، تقویت شده با 5 درصد ذرات کاربید سیلیسیم پودری و اثر آن بر روی نرخ سایش الکترود ابزار مسی، بررسی خواهد شد. آزمایش های این فرآیند با استفاده از روش سطح پاسخ مدل سازی شده و 17 آزمایش برای رسیدن به نتایج انجام گردیده است. جریان پیک تخلیه، زمان روشنی پالس، اثر تعاملی جریان پیک تخلیه و زمان روشنی پالس و اثر تعاملی زمان خاموشی پالس و جریان تخلیه از فاکتورهای مؤثر بر روی نرخ سایش ابزار هستند. کمترین نرخ سایش ابزار در زمان روشنی پالس 300 میکروثانیه، شدت جریان تخلیه 11.69 آمپر و زمان خاموشی پالس 20 میکروثانیه به دست آمد.

انرژی الکتریکی و آب شیرین دو نیاز اساسی بشر است که این نیاز با استفاده صحیح از انرژی خورشیدی مرتفع می گردد. هدف از این پژوهش، تعبیه دستگاه آب شیرین کن کوپل شده با ماژول خورشیدی نیمه شفاف برای تولید الکتریسیته و آب شیرین بطور همزمان می باشد. سیستم خورشیدی کوپل شده در محیط نرم افزار ANSYS Workbench 2022 شبیه سازی شد. سپس برای بررسی میزان بهره وری، سیستم در دماهای مختلف آب شور 60، 70 و 80 و سرعت های متفاوت باد 1، 2، 3، 4 و 5 متر بر ثانیه شبیه سازی شد. همچنین ده سناریو بر حسب شدت تشعشع و دمای آب شور تعریف و شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که افزایش دمای آب شور و هم چنین سرعت باد موجب افزایش میزان تولید آب شیرین شد که اثر دمای آب شور در مقایسه با سرعت باد از این نظر بیشتر بود. برای سرعت باد m/s 3، با افزایش دمای آب شور از 60 به 70 و از 70 به 80 بطور متوسط میزان بهره وری ، بترتیب %64 و 120% افزایش یافت. همچنین افزایش توان الکتریکی خروجی سیستم برای دمای آب شور 70 با افزایش سرعت باد از m/s 1 تا m/s 5، 53/10% بوده است. نتایج شبیه سازی در ده سناریو مختلف نشان داد که سیستم خورشیدی کوپل شده نسبت به سیستم خورشیدی مستقل در هشت مورد بهره وری بیشتری داشته است. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش پیشنهاد می شود که مناطق جنوبی کشور با شدت تشعشع و سرعت باد بالا برای نصب سیستم خورشیدی کوپل شده مورد توجه قرار گیرد.

یکی از روش های بهبود عملکرد انتقال حرارت جابه جایی، افزایش ضریب انتقال حرارت سیال عامل است. یکی از راهکارهای افزایش ضریب انتقال حرارت سیال، اضافه کردن نانوذرات فلزی یا غیرفلزی به سیال پایه است که به آن نانوسیال می گویند. پژوهش در زمینه ی نانوسیال ها در دو دهه اخیر رشد فراوانی کرده است. در مطالعه حاضر، اثر ترکیب همگن نانوذرات Al2O3 و TiO2 با آب دیونیزه شده، بررسی می شود. عملکرد ترموهیدرولیکی نانوسیال داخل کانال عمودی به روش های تجربی و عددی برای حالت آشفته و جریان آرام تحلیل می شود. مدل اغتشاشی استفاده شده در شبیه سازی عددی، مدل k-ε است. میله گرم کن داخل محفظه آزمایش، شار حرارتی کسینوسی یک کیلوواتی تولید می کند. نتایج نشان می دهد که افزایش غلظت نانوذرات، حداکثر دمای میله را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. استفاده از نانوسیال همگن 1٪ میزان دمای بیشینه را نسبت به آب خالص به میزان 20٪ در رینولدز 950 و 9.5٪ در رینولدز 4200 کاهش می دهد. همچنین ضریب انتقال حرارت با افزودن نانوذرات افزایش می یابد. نتایج به دست آمده از مدل اغتشاشی k-ε و روش تجربی، تفاوت 10٪ تا 13٪ را نشان می دهد. پژوهش انجام شده نشان می دهد، نانوسیال ترکیبی با عملکرد حرارتی مناسب، می تواند یکی از سیالات عامل در سیکل های حرارتی آینده باشد.

یخچال های خانگی به بخشی ضروری از زندگی مدرن تبدیل شده اند. از آنجایی که این وسایل به شبکه برق متصل هستند و در طول روز و سال کارکرد پیوسته دارند، انرژی زیادی مصرف می کنند. مطالعات تجربی نشان می دهند که افزودن مواد تغییر فاز در یخچال ها در مکان های مختلف باعث بهبود بازده انرژی یخچال ها می شود. در این مطالعه تاثیر افزودن محفظه حاوی ماده تغییر فاز دهنده بر عملکرد حرارتی و مصرف برق یک یخچال/فریزر معمولی تک درب مطالعه می گردد. محفظه ماده تغییر فاز دهنده با جنس های مختلف شامل مس، آلومینیوم و استیل به سطح زیرین اواپراتور متصل می گردد. آب با دمای ذوب صفر درجه سانتیگراد به عنوان ماده تغییر فاز استفاده شده است. برای مطالعه اثر افزایش هدایت حرارتی آب، فین هایی با جنس مشابه با محفظه قرار داده می شود تا اثر آن بر توزیع دمایی و مصرف انرژی مقایسه گردد. نتایج نشان می دهد که وجود محفظه آب در تماس با سطح زیرین اواپراتور به دلیل پتانسیل آب به عنوان ماده تغییر فاز دهنده در جذب و رهاسازی انرژی سرمایشی به کاهش دمای کابین کمک می کند. هم چنین نتایج نشان می دهد که مس به دلیل رسانایی حرارتی بالاتر برای محفظه آب مناسب تر بوده و باعث کنترل دمایی بهتر می گردد. علاوه بر این، بکارگیری فین در درون محفظه آب علاوه بر محدودتر کردن محدوده دمایی کابین، به طور میانگین باعث کاهش بیشتر 1 تا 4 درصدی مصرف انرژی در مقایسه با حالت بدون فین می شود.