مهندسی مکانیک شریف (شریف ویژه مهندسی مکانیک)
سال:1389 | دوره:26-3 | شماره:1 (ویژه مهندسی مکانیک) |تعداد مقالات:14

در تحقیق حاضر از روشی جدید برای طراحی حرارتی محیط زندگی انسان استفاده شده است. هدف این تحقیق استفاده از روش معکوس برای تعیین دمای دیوارها و دمای هوای یک اتاق مسکونی یک نفره به منظور ایجاد شرایط آسایش حرارتی است. این روش را که با یک سیستم معادلات بدوضع توصیف می شود، «مدل سازی معکوس» می نامند. در این کار برای خوش وضع کردن دستگاه معادلات ذکر شده از روش «منظم سازی تیخونوف» استفاده شده است. استفاده از روش معکوس منجر به تعیین شرایط مطلوب حرارتی (دمای دیوارها و دمای هوا) در اطراف شخص شده و این شرایط، با قیود خطا و یکنواختی تعیین شده، دما و شار مورد نیاز روی بدن شخص را برای ماندن در محدوده حرارتی مطلوب ایجاد می کند. نتایج حاکی از آن است که جواب های حاصل از روش معکوس، علاوه بر برقراری شرایط آسایش حرارتی در سرتاسر فضای مسکونی، مشکلاتی از قبیل نارضایتی ناشی از پدیده تابش نامتقارن را نیز ندارند.

در این پژوهش رفتار یک نازل دوسیاله القایی بررسی شده است. در طراحی این نازل از رویکردی مبتنی بر تحلیل جریان تک فازی در ارتباط با شرایط عملکردی یک نازل مبنا استفاده شده است که روشی را برای تخمین اندازه مجرای مایع بر اساس معادله برنولی و قطر گلوگاه بر پایه وقوع خفگی پیش روی قرار می دهد. نازل با استفاده از چیدمانی تجربی با قابلیت تامین هم زمان و پایای جریان هوای فشرده، جریان مایع و ولتاژ الکتریکی مورد آزمایش قرار گرفته است. فشار هوای فشرده از طریق تقویت لایه عایق دی الکتریک روی الکترود القایی، و ولتاژ به دلیل تشدید میدان الکتریکی موجب بهبود باردارسازی می شوند. افزایش فشار در یک ولتاژ ثابت حاکی از وجود یک فشار بهینه است که گذر از آن فشار با تقویت باردارسازی تماسی موجب تضعیف باردارسازی القایی می شود. ازدیاد دبی مایع با وقوع پدیده خیس شدگی الکترود سبب کاهش باردارسازی القایی می شود، تاخیر در وقوع این پدیده مستلزم اعمال سطوح بالاتری از فشار هوا است. عملکرد نازل در مقایسه با نازل مبنا از مطابقت کمی و کیفی بسیار مناسبی برخوردار است که تاییدی بر قابلیت استفاده از رویکرد تک فازی است. نازل علاوه بر تامین سطوح بالاتری از باردارسازی القایی در فشار و ولتاژهای بالا، مصرف کم تری از هوای فشرده را نیز در تمامی شرایط مشابه نسبت به نازل مبنا به نمایش می گذارد.

در فرایند جوشکاری انفجاری، دو یا چند صفحه فلزی (صفحه فلز یا همان فلز پایه و صفحه پران) در فشار زیادی که توسط ماده یی منفجره ایجاد شده، به یکدیگر متصل می شوند. در این نوشتار ضمن معرفی اتصال فارسی بر و محاسبات مربوطه، و نیز باتوجه به روابط موجود جوشکاری انفجاری فلزات آلومینیوم و مس انجام می شود. استحکام اتصال ایجادشده با آزمایش های طراحی شده برشی بررسی می شود. در نهایت، نتایج حاصل از آزمایش های برش و نسبت دادن مقدار کمینه سرعت برخورد به مناطق اتصال نیافته، روابط مربوط به بارگذاری انفجاری با اعمال ضریب مناسب تصحیح، و مدل جدیدی ارائه می شود. نتیجه این که ایجاد اتصال فارسی بر علاوه بر قابلیت کاربرد در اتصال هم راستای فلزات غیرهم جنس، قابل استفاده در ارزیابی روابط مهم فرایند جوشکاری انفجاری نیز هست. برای دست یابی و تسلط به عوامل تاثیرگذار در اتصال انفجاری در دیگر ترکیبات فلزی، می توان با ایجاد اتصال فارسی بر و سپس کنترل بهتر عوامل دخیل در فرایند، به اتصال کاملا موفقی دست یافت. این روش از صرف هزینه های گزاف و زمان طولانی آزمایش ها جلوگیری می کند.

فولادهای مرتبه یی با استفاده از چیدمان و ضخامت های مختلف فولادهای ساده کربنی و زنگ نزن آستنیتی، به عنوان الکترود فرایند ذوب سرباره یی الکتریکی، تولید شدند. انرژی ضربه چارپی نمونه های فولاد مرتبه یی در حالت تقسیم کننده ترک بررسی شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که انرژی ضربه یی نمونه ها به نوع و کسر حجمی فازهای تشکیل دهنده بستگی دارد. با استفاده از نیم رخ توزیع سختی و هم چنین مساحت زیر منحنی نمودار تنشکرنش حاصل از آزمایش کشش تک فازهای تشکیل دهنده کامپوزیت ها، دو مدل ریاضی به منظور پیش بینی انرژی ضربه نمونه ها به کمک قانون مخلوط فازها ارائه شده است. بین نتایج عملی و نتایج حاصل از دو مدل ارائه شده، توافق خوبی برقرار است.

رفتار سازه یی زانویی ها به عنوان بخشی از یک لوله خمیده، تحت بارگذاری های خمشی درون صفحه یی و برون صفحه یی) بدون فشار داخلی یا همراه با آن) بررسی شده است. ضرایب انعطاف پذیری و تمرکز تنش به عنوان مشخصه های این عضو، تحت بارگذاری های یادشده مورد بررسی قرار گرفت و تغییرات آن ها با پارامترهای هندسی و نیز شرایط بارگذاری با استفاده از روش اجزاء محدود ارزیابی، و نتایج حاصله به صورت نمودار ارائه شد. همچنین نتایج حاصل از بررسی حاضر با نتایجی که از روابط تقریبی و دستورالعمل های موجود در منابع دیگر به دست می آیند مقایسه و موارد انطباق یا اختلاف نشان داده شده است.

امروزه استفاده از پروانه های نیمه مغروق (SPP) برای شناورهای تندرو، با توجه به بازدهی بالا و داشتن قابلیت مانور افزایش روزافزونی یافته است. با توجه به نحوه عملکرد این نوع پروانه ها که هم در حالت دوفازی (آب و هوا)، و هم در سرعت دورانی بالا کار می کند محاسبات و تحلیل عددی آن بسیار پیچیده است. آزمایش های انجام شده روی هندسه پروانه و شرایط فیزیکی آن نشان می دهد که پارامترهای هندسی- نظیر تعداد پره ها، گام، فرم پروفیل پره- و شرایط کارکرد آن- نظیر ارتفاع غوطه وری، زاویه محور، سرعت شناور و سرعت دورانی پروانه- تاثیر به سزایی بر عملکرد هیدرودینامیکی پروانه نیمه مغروق دارد. در این نوشتار، با استفاده از داده های حاصل از نتایج تجربی موجودمرجع نسبت به تعیین شرایط گذرا اقدام، و با کمک روش المان مرزی به محاسبات و تحلیل هیدرودینامیکی این نوع پروانه پرداخته شده است. این نتایج تجربی به عنوان شرایط مرزی مهم در حل به روش المان مرزی اعمال شده است. در روش حاضر دو نوع پروانه نیمه مغروق نوع اول (SPP101) و پروانه نیمه مغروق نوع دوم (SPP102) برای محاسبات در نظر گرفته شده است، همچنین نتایج حاصله- شامل ضرایب تراست، گشتاور و راندمان- در مقایسه با نتایج تجربی دیگران نشان می دهد که روش المان مرزی با شرایط مرزی تعریف شده مطلوب و رضایت بخش است و می تواند برای تحلیل این نوع پروانه ها مرجع مناسبی باشد.

هدف این نوشتار ارائه روشی برای به دست آوردن شکل بهینه ورق اولیه در قطعات پرس کاری شده است. در این روش چگونگی شکل پذیری قطعه از نقطه نظر پارگی و چروکیدگی قابل پیش بینی است و استفاده از این روش در مرحله طراحی قالب بسیار مناسب است. به عبارت دیگر، با داشتن شکل سه بعدی قطعه، مشخصات مکانیکی ورق و شرایط فیزیکی فرایند می توان به تمامی اهداف فوق دست یافت. در این روش از نظریه تغییر شکل کلی خمیرسانی (پلاستیسیته) استفاده شده است. با توجه به قرار داشتن شکل اولیه ورق در صفحه افق، ارتفاع تغییر شکل در هر نقطه معلوم است و مساله از حالت سه بعدی به دوبعدی کاهش می یابد که در کاهش حجم محاسبات بسیار موثر است. همچنین به منظور دسترسی به مناسب ترین حدس اولیه در حل سیستم معادلات، از یک روش ویژه در تصویر کردن المان های واقع بر قطعه سه بعدی بر صفحه افق استفاده شده است. با حل سیستم معادلات علاوه بر شکل بهینه ورق اولیه، مولفه های کرنش های اصلی نیز مشخص می شود. نتایج به دست آمده از این روش برای چند قطعه صنعتی با نتایج تجربی و همچنین نرم افزارهای تجاری موجود مورد مقایسه قرار گرفته است.

عدم توجه به وجود مرز بین مواد در میدان حل، حتی در استفاده از روش های حل عددی با دقت بالا، نظیر روش سهمی گون تکه یی (PPM)، به اختلالاتی همچون ناپایداری و واگرایی نتایج طی فرایند حل عددی یا نادرستی نتایج می انجامد. به منظور جلوگیری از بروز چنین مواردی، از روش های دنبال سازی مرز استفاده می شود. در روش های دنبال سازی مرز، موقعیت و شکل مرز بین دو ماده در هر بازه زمانی تعیین، و سپس خواص سلول های شامل این مرز (سلول های مخلوط) با استفاده از روابطی خاص تحت عنوان «مدل مخلوط» محاسبه می شود. در بررسی حاضر برای حل عددی معادلات از روش گودونفی PPM استفاده شده و برای افزایش دقت این روش در برخورد با مسائل چند ماده یی، از میان انواع روش های دنبال سازی مرز، روش حجم مایع (VOF) انتخاب شده است. از میان مدل های مخلوط موجود نیز، مدل «هم فشار- هم انرژی» و مدل «کسر حجمی ثابت» انتخاب شده و به منظور یافتن مدل مناسب تر، نتایج استفاده از آن دو با هم مقایسه شده است. نتایج عددی حاصل از استفاده از روش VOF در حل مساله لوله شاک چند ماده یی، بهبود قابل ملاحظه یی را در مقایسه با روش PPM نشان می دهد.

یکی از اهداف اصلی در تونل باد، ایجاد جریان قابل کنترل و پایا با حداقل آشفتگی (توربولانس) در مقطع کاری است. یکی از عوامل افزایش شدت آشفتگی در مقطع کاری ناپایداری ها و جدایش جریان در ابتدا و انتهای منقبض کننده تونل است. از میان روش های متعدد کاهش شدت آشفتگی در مقطع کاری، انتقال اجباری جریان با استفاده از نصب سیم نازک در قسمت خروجی منقبض کننده، یکی از جدیدترین و کم هزینه ترین روش ها است. در این پژوهش تاثیر نصب سیم نازک در چهار موقعیت در قسمت محدب منقبض کننده، بر توزیع فشار جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که رفتار جریان در منقبض کننده برای سرعت های پایین و بالا متفاوت است. با نصب سیم نازک در x/L=0.79، 54 سانتی متر از شروع مقطع کاری، گرادیان نامطلوب فشار نسبت به موقعیت های دیگر ضعیف تر و در نتیجه ناپایداری جریان کم تر می شود. برای این حالت کم ترین شدت آشفتگی در مقطع کاری تونل باد نیز حاصل شده است.

بیش غلتی یکی از خطرناک ترین حالات از انواع تصادفات است. هدف از این پژوهش، بررسی چگونگی تاثیر پارامترهای سیستم تعلیق بر حد پایداری غلتشی خودرو اس یو وی (خودروی اسپرت ورزشی) در شرایط بروز بیش غلتی است. برای این منظور، ضمن بررسی معادلات بیش غلتی شبه ایستایی خودرو در حالت صلب و به همراه سیستم تعلیق، شاخص پایداری دینامیکی مشخص شد. سپس مدلی کامل با 105 درجه آزادی در محیط ADAMS با استفاده از اطلاعات خودرو ML320، به عنوان خودرو مرجع، توسعه داده شده است. برای اطمینان از رفتار مدل توسعه داده شده در محیط مجازی، سعی شد تا از طریق شبیه سازی، رفتار مدل مجازی در مانورهای استاندارد با نتایج آزمایش واقعی خودرو مرجع، صحه گذاری شود. سپس با استفاده از تغییر پارامترهای سیستم تعلیق مدل صحه گذاری شده با رفتار دینامیکی قابل قبول، مقدار و نحوه اثر آن پارامترها در شرایط بحرانی بروز بیش غلتی در دو مانور قلاب ماهی و آزمایش-ل ارائه شده است. در پایان، به منظور بررسی رفتار بیش غلتی، حدود پایداری استاتیکی و دینامیکی خودرو بررسی شده تا به کمک این نتایج، مراحل طراحی و توسعه خودرو با کم ترین هزینه و زمان، به منظور دست یابی به خودرویی ایمن تر در مواجهه با شرایط بیش غلتی انجام گیرد.

ایرلیفت پمپ دستگاهی است که با بهره گیری از نیروی شناوری ایجاد شده براثر تزریق گاز در یک ستون مایع، قادر به پمپاژ مایع مورد نظر یا حتی ذرات جامد موجود در مایع به ارتفاع بالاتر است. در این نوشتار تاثیر پارامترهای موثر- نظیر قطر لوله، نسبت شناوری، رژیم جریان و طول لوله- بر عملکرد یک ایرلیفت پمپ، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این تحقیق شرایط و ناحیه کارکرد بهینه این پمپ ها تعیین شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از این تحلیل عددی با نتایج تجربی موجود نشان دهنده دقت مطلوب این روش است. نتایج نشان می دهند که افزایش نسبت شناوری و کاهش قطر لوله باعث بهبود عملکرد این پمپ ها می شود. همچنین افزایش طول لوله تاثیر به سزایی در کارایی این پمپ ها ندارد.

در این نوشتار با استفاده از مدل نفت سیاه، یک روش عددی برای شبیه سازی مخازن هیدروکربنی سه بعدی ارائه شده است. در این راستا، سیال مخزن به صورت سه فازی- سه جزئی مدل سازی می شود، از اثر تغییرات دما صرف نظر می شود، تراکم پذیری سنگ مخزن و نیز اثر فشار موئینگی لحاظ می شود. معادلات حاکم بر جریان برای هر دو حالت اشباع و زیر اشباع ارائه شده و اثر جملات مختلف آن تبیین می شود، سپس روش حل عددی اختلاف محدود که بر روی یک شبکه یا سازمان پیاده سازی شده به طور کامل تشریح می شود. روش عددی مورد استفاده از اختلاف مرکزی در مکان و روش اویلر پسرو در زمان استفاده می کند. همچنین روش خطی سازی معادلات و الگوریتم حل عددی ارائه می شود. برای ارزیابی روش حل پیشنهادی، دو مساله نمونه مربوط به مخازن واقعی مشهور به SPE-1 و SPE-8 حل، و نتایج شبیه سازی با داده های موجود در منابع علمی مقایسه می شود. نتایج عددی حاصل حاکی از تطابق خوب این نتایج با نتایج حاصل از سایر شبیه سازها است.

نوع مواد اولیه مورد استفاده در تهیه نانوذرات مغناطیسی از اهمیت به سزایی برخوردار است. در بین مواد اولیه، عامل کمپلکس کننده یکی از مواد موثر بر اندازه ذرات، دمای زینترکردن و خواص مغناطیسی پودر هگزا فریت باریم تهیه شده به روش سل- ژل احتراقی است. در این نوشتار با توجه به اهمیت نوع و میزان عامل کمپلکس کننده در اثرگذاری بر خواص ذرات مغناطیسی تهیه شده به روش سل- ژل احتراقی، دو نوع عامل کمپلکس کننده- اسید سیتریک و گلایسین- در تهیه پودر نانو ذرات هگزا فریت باریم مورد استفاده قرار گرفته، و سپس با استفاده از مغناطیس سنج ارتعاشی (VSM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و تفرق اشعه ایکس (XRD) تاثیر این عامل ها بر خواص مغناطیسی، ساختاری و فازی پودر هگزافریت باریم مورد بررسی قرار گرفت. بهترین خواص مغناطیسی سخت در دمای 900 درجه سانتی گراد و اندازه ذرات 31 نانومتر به وسیله عامل کمپلکس کننده گلایسین به دست آمده است.

در این تحقیق با استفاده از انجام عملیات گرمایی در دماهای مختلف و سپس سرد کردن با سرعت های متفاوت، بر روی فولاد AISI 4340، ساختارهایی از فریت با اندازه دانه های مختلف به دست آمد. در ادامه، با عملیات گرمایی تابکاری بین بحرانی در دماهای مختلف و عملیات گرمایی بازپخت آستنیتی (استمپرینگ) به ساختارهای دوفازی فریت- بینایت دست یافتیم. عدد اندازه دانه فریت با استاندارد ASTM-E 112، و درصد حجمی آن با استفاده از روش آنالیز تصویری تعیین شد. البته دماهای عملیات گرمایی تابکاری بین بحرانی چنان انتخاب شدند که درصد حجمی فاز فریت در همه ساختارها تقریبا یکسان (حدود %34) باشد. نتایج آزمون های خواص مکانیکی- نظیر سختی، کشش، و ضربه نشان داد که همانند دیگر مواد، با ریزشدن اندازه دانه فریت، سختی و استحکام افزایش می یابد. بین اندازه دانه و استحکام تسلیم رابطه هال- پچ برقرار است. همچنین با ریزشدن دانه ها درصد ازدیاد طول یکنواخت کاهش، و درصد ازدیاد طول کل افزایش می یابد.