ORIGINAL_ARTICLE جلد این شماره http://mme.modares.ac.ir/article-1-11713-fa.pdf 2016-02-20 0 0 Cover http://mme.modares.ac.ir/article-1-11713-en.pdf 2016-02-20 0 0
ORIGINAL_ARTICLE شناسه این شماره http://mme.modares.ac.ir/article-1-7577-fa.pdf 2016-02-20 0 0 IFC http://mme.modares.ac.ir/article-1-7577-en.pdf 2016-02-20 0 0
ORIGINAL_ARTICLE فهرست این شماره http://mme.modares.ac.ir/article-1-4614-fa.pdf 2016-02-20 0 0 Content http://mme.modares.ac.ir/article-1-4614-en.pdf 2016-02-20 0 0
ORIGINAL_ARTICLE کاربرد روش متعامدسازی گرام-اشمیت در کمی سازی عدم قطعیت مسائل دینامیک سیالات محاسباتی با توابع توزیع احتمال دلخواه در مقاله حاضر کمی‌سازی عدم قطعیت در دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از بسط چند جمله‌ای آشوب و روش متعامد سازی گرام-اشمیت مورد بررسی قرار گرفته است. روش گرام اشمیت در مطالعات پیشین برای تولید چند جمله‌ای‌های متعامد بسط چند جمله‌ای آشوب در روش تصویر مورد استفاده قرار گرفته است. برای اولین بار در این مطالعه از روش متعامدسازی گرام-اشمیت برای تولید چند جمله‌ای‌های متعامد بسط چند جمله‌ای آشوب در روش رگرسیون استفاده شده است. برای اعتبار بخشی به کد عددی توسعه داده شده ابتدا چند جمله‌ای‌های گرام-اشمیت خروجی کد عددی برای توابع توزیع احتمال گاوسی و یکنواخت با چند جمله‌ای‌های متناظر اَسکی مقایسه شدند. سپس روش عددی توسعه یافته با انجام آنالیز عدم قطعیت بر روی یک تابع تحلیلی کلاسیک و مقایسه نتایج عددی و تحلیلی صحه سنجی گردید. در ادامه مسئله انتقال حرارت تصادفی در یک کانال شیار دار مورد بررسی قرار گرفت. متغیرهای سرعت ورودی، دمای دیوار داغ و رسانایی سیال با توابع توزیع احتمال دلخواه به عنوان پارامترهای تصادفی مسئله در نظر گرفته شد. با جفت کردن کد عددی توسعه داده شده با یک حلگر دینامیک سیالات محاسباتی این مسئله کمی‌سازی عدم قطعیت مورد تحلیل قرار گرفت. برای اعتبار بخشی به نتایج یک شبیه‌سازی مونته کارلو با تعداد 2000 نمونه تصادفی نیز انجام گردید. نتایج حاصل نشان‌گر تطابق بسیار خوب نتایج بسط چند جمله‌ای آشوب گرام-اشمیت و مونته-کارلو می‌باشد. همچنین با مطالعه اندیس‌های حساسیت سوبول میزان تأثیر هر یک از پارامترهای تصادفی ورودی بر نتایج مورد بررسی قرار گرفت. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6945-fa.pdf 2015-11-11 1 8 کمی‌سازی عدم قطعیت بسط چند جمله‌ای آشوب گرام-اشمیت دینامیک سیالات محاسباتی Application of Gram-Schmidt orthogonalization method in uncertainty quantification of computational fluid dynamics problems with arbitrary probability distribution functions In the present paper, nondeterministic CFD has been performed using polynomial chaos expansion and Gram-Schmidt orthogonalization method. The Gram-Schmidt method has been used in the literature for constructing orthogonal basis of polynomial chaos expansion in the projection method. In the present study, for the first time the Gram-Schmidt method is used in regression method. For the purpose of code verification, the output numerical basis of code for uniform and Gaussian probability distribution functions is compared to their corresponding analytical basis. The numerical method is further validated using a classical challenging function. Comparison of numerical and analytical statistics shows that developed numerical method is able to return reliable results for statistical quantities of interest. Subsequently, the problem of stochastic heat transfer in a grooved channel was investigated. The inlet velocity, hot wall temperature and fluid conductivity were considered uncertain with arbitrary probability distribution functions. The UQ analysis was performed by coupling the UQ code with a CFD code. The validity of numerical results was evaluated using a Monte-Carlo simulation with 2000 LHS samples. Comparison of polynomial chaos expansion and Monte-Carlo simulation results reveals an acceptable agreement. In addition a sensitivity analysis was carried out using Sobol indices and sensitivity of results on each input uncertain parameter was studied. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6945-en.pdf 2015-11-11 1 8 uncertainty quantification polynomial chaos expansion Gram-Schmidt CFD Saeed Salehi 1 University of Tehran AUTHOR Mehrdad Raisee Dehkordi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE یک روش نوین و جامع برای شکل‌دهی به کمک لیزر سطوح استوانه‌ای با شعاع انحنای دلخواه شکل‌دهی به کمک لیزر، یک فرآیند شکل‌دهی انعطاف‌پذیر می‌باشد که نیاز به ابزار سخت یا نیروهای خارجی ندارد. در این مقاله، شکل‌دهی با لیزر سطوح استوانه‌ای با شعاع انحنای دلخواه به صورت تحلیلی و تجربی مورد بررسی قرار می‌گیرد. از آنجایی که فرآیند شکل‌دهی با لیزر یک فرآیند شکل‌دهی بدون قالب می‌باشد تولید یک شکل مطلوب از بلانک اولیه با این فرآیند بسیار مشکل می‌باشد. زیرا در فرآیند شکل‌دهی با لیزر، پارامترهای متغیری شامل توان لیزر، قطر پرتوی لیزر، سرعت اسکن لیزر و ابعاد بلانک اولیه هستند که مستقیماً بر شکل نهایی قطعه تولید شده اثر می‌گذارند. همچنین علاوه بر پارامترهای ذکر شده در بالا، در فرآیند شکل‌دهی یک سطح استوانه‌ای، یک پارامتر جدید یعنی تعداد خطوط تابش‌دهی به پارامترهای متغیر اضافه می‌شود. در نتیجه، پیچیدگی شکل‌دهی با لیزر یک سطح استوانه‌ای بیشتر از یک خمکاری با لیزر ساده خواهد بود. در این مقاله یک روش تحلیلی جهت شکل‌دهی با لیزر سطوح استوانه‌ای با شعاع انحنای دلخواه ارائه می‌شود. در روش ارائه شده، با در نظر گرفتن محدودیت‌های دستگاه لیزر شامل توان لیزر، قطر پرتوی لیزر و سرعت حرکت لیزر، تعداد خطوط تابش‌دهی و فاصله بین آنها جهت تولید سطوح استوانه‌ای با شعاع انحنای دلخواه پیشنهاد می‌شود. همچنین با استفاده از آزمایش‌های تجربی کارآیی و دقت روش ارائه شده مورد بررسی و تایید قرار می‌گیرد. نتایج تحلیلی و تجربی نشان می‌دهند که با استفاده از روش تحلیلی ارائه شده، سطوح استوانه‌ای با هر شعاع انحنای دلخواه می توانند با دقت بسیار خوبی تولید می‌شوند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3641-fa.pdf 2015-11-11 9 16 شکل‌دهی با لیزر سطح استوانه‌ای بررسی تئوری و تجربی A novel and comprehensive method for laser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature Laser forming is a flexible forming process that needs no hard tooling or external forces. In this paper, laser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature is investigated analytically and experimentally. As the laser forming process is a die-less forming process, production of a desired shape from initial blank is very difficult with this process. Because in the laser forming process, there are some variable parameters such as laser power, laser beam diameter, laser scanning speed and dimensions of initial blank that directly affect the final shape of the produced part. Also, in addition to above mentioned parameters, in the laser forming process of a cylindrical surface, a new parameter says number of irradiating lines is added to variable parameters. Therefore complexity of laser forming of a cylindrical surface will be more than a simple laser bending. In this paper, an analytical method for laser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature is proposed. In the proposed method, with the aim of technical limitations of laser machine such as laser power, laser beam diameter and laser scanning speed, the number of irradiating lines and the distance between neighbor lines are proposed for production cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature. Also, using experimental tests the performance and accuracy of the proposed method are investigated and verified. Analytical and experimental results show that with the proposed analytical method, cylindrical surfaces with any arbitrary radius of curvature can be produced with a very good accuracy. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3641-en.pdf 2015-11-11 9 16 Laser forming Cylindrical surface Theoretical and Experimental Investigation Mehdi Safari 1 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE شناسائی ترک خستگی در سازه‌های تیری شکل با استفاده از الگوریتم بهینه سازی اجتماع گربه تشخیص به موقع وجود ترک درسازه ها، از رخ دادن خسارت جلوگیری می‌کند، لذا امروزه چالشی در ارائه روش‌های کارآمد در زمینه پایش سلامتی سازه‌ها وجود دارد. بسیاری از تحقیقات انجام شده، بر پایه شناسائی ترک در سازه‌ها بر پایه مدل‌هایی است که در آن از اثر بسته شدن ترک صرف نظر شده است که این امر سبب بوجود آمدن خطای قابل توجهی در شناسائی ترک می‌گردد. از آنجا که شناسائی ترک خستگی مشکل‌تر از شناسائی سایر عیوب می باشد، بنابراین هدف از این تحقیق ارائه الگوریتمی کارآ برای شناسائی ترک خستگی در تیرهاست که از المان‌های مهم انواع سازه‌ها می‌باشند. بدین منظور برای محاسبه دقیق فرکانس های طبیعی تیر، از مدلی استفاده می‌شود که درآن ترک به صورت ترک خستگی و با رفتار باز و بسته شونده مدل شده است. سپس مسأله شناسائی پارامترهای ترک (مکان و عمق ترک) به صورت یک مساله بهینه‌سازی تعریف می‌شود که در آن هدف کمینه کردن اختلاف فرکانس‌های طبیعی محاسبه شده توسط مدل و فرکانس‌های طبیعی اندازه‌گیری شده می‌باشد. با انتخاب الگوریتم مناسب جهت شناسایی ترک، الگوریتمی از بین الگوریتم های فرااکتشافی انتخاب می شود تا بتواند تنها با استفاده از دو فرکانس طبیعی به شناسایی ترک بپردازد. از اینرو با بررسی های انجام گرفته، مساله بهینه سازی مورد نظر با استفاده از الگوریتم اجتماع گربه حل شده است. علاوه بر این به منظور صحه‌گذاری، نتایج بدست آمده به ازای پارامترهای مختلف ترک با نتایج حاصل از تست تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است که حاکی از دقت خوب روش پیشنهادی است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9892-fa.pdf 2015-11-11 17 24 شناسائی ترک ترک خستگی الگوریتم اجتماع گربه Breathing crack identification in beam-type structures using cat swarm optimization algorithm Early crack detection in structures prevents the occurrence of damage. Therefore, there is challenge in the literature to provide efficient methods in the field of structural health monitoring. A lot of researches that have been done on the crack identification in structures, are based on the models which ignore crack closure effects that make a significant error in the crack identification. Since it is more difficult to identify breathing crack than other damages, the purpose of this research is providing an efficient algorithm to identify breathing crack in beam-type structures which are important elements in various types of structures. In order to calculate natural frequencies of the beam accurately, in this research the fatigue crack model is used, which considers crack as breathing one with opening and closing behaviour. Then the problem of identifying crack parameters (location and depth of the crack) is defined as an optimization problem with the aim of minimizing the differences between natural frequencies calculated by the model and measured natural frequencies. In order to choose an appropriate algorithm to identify breathing crack, algorithms among various meta-heuristic algorithms are selected, which is able to identify the crack using only two natural frequencies. Regarding the surveys conducted, the optimization problem is solved using cat swarm optimization (CSO) algorithm. Moreover, in order to validate, the results are obtained for different crack parameters, have been compared with those of experimental tests. The results indicate that the proposed method has good accuracy http://mme.modares.ac.ir/article-1-9892-en.pdf 2015-11-11 17 24 Crack detection breathing crack CSO algorithm Reza Hassannejad 1 Assistant Professor of Mechanical Engineering-Faculty of University of Tabriz AUTHOR Shahin Tasoujian 2 AUTHOR Mohammad Reza Alipour 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بهینه‌سازی جاذب انرژی لانه‌زنبوری با استفاده از الگوریتم ژنتیک بر اساس سطوح پاسخ و طراحی آزمایش‌ها؛ بخش نخست: مشخصات ضربه‌پذیری در این مقاله، جاذب انرژی از نوع لانه‌زنبوری طراحی و با پیاده‌سازی الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شده است. هدف، جذب تمام یا بخش عمده انرژی جنبشی در برخورد است. هم‌زمان کاهش سطح شوک وارده نیز به عنوان یک هدف طراحی اعمال شده است. در بخش نخست، مشخصه‌های ضربه‌پذیری و رفتار ساختار لانه‌زنبوری دربرابر ضربه استخراج و بررسی پارامتری انجام شده است. در بخش دوم از نتایج جهت بهینه‌سازی جاذب ضربه استفاده شده‌است. در این بخش بارگذاری دینامیکی ساختار لانه زنبوری در نرم‌افزار المان محدود داینا شبیه‌سازی شده است. جهت بررسی اثر و اهمیت فاکتورهای موثر در عملکرد جذب انرژی، مطالعه پارامتری انجام شده است. جهت کاهش حجم محاسباتی، ساختار لانه‌زنبوری به‌صورت هندسه‌ تکرارشونده Y مدل شده است. به روش طراحی آزمایش‌ها اثر مشخصات ماده مانند مدول یانگ، تنش تسلیم، مدول مماسی و مشخصات هندسه ماده مانند اندازه سلول، ضخامت فویل و همچنین اثر سرعت برخورد بررسی شده است. تعداد 25 هندسه با ارتفاع یکسان و اندازه سلول و ضخامت مختلف شبیه‌سازی و تغییرات تنش میانگین و بیشینه و انرژی‌های ویژه با ضخامت و اندازه سلول مطالعه شده است. نتایج نشان داد که خصوصیات ضربه‌پذیری ساختار شامل تنش میانگین و بیشینه، به ضخامت و اندازه سلول وابستگی زیاد دارد در حالی که این مقادیر به مدول یانگ ماده و ضریب اصطکاک و ارتفاع سلول وابستگی کمتری دارد. تغییر در هندسه سلول لانه‌زنبوری تنش میانگین فروریزش را بیش از تنش بیشینه متاثر می‌کند. در این میان اثر تغییر ضخامت نسبت به تغییر ابعاد سلول اهمیت بیشتری دارد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-5173-fa.pdf 2015-11-11 25 36 لانه زنبوری ضربه‌پذیری کد المان محدود داینا طراحی آزمایش‌ها مطالعه پارامتری Optimization of honeycomb impact attenuator using genetic algorithm based on response surface method and design of experiment; Part I: crashworthiness In this study, the design and optimization of a honeycomb energy absorber is performed using genetic algorithm. The main design goal is to absorb almost whole impact energy. Simultaneously, the reducing of the shock force level is also considered as a main objective. In the first part, the crashworthiness behavior of honeycomb structure is parametrically studied. The results are utilized in the second part to optimize shock absorber design. In this part, aluminum honeycomb structure under dynamic loading is investigated using simulation in LS-dyna finite element code. Parametric studies are invoked to identify the influence of different model parameters on crashworthiness characteristics of honeycomb structure. Reducing the computational cost, a repeatable model of 'Y' cross section column is numerically simulated. The effects of changes in material properties including Young's modulus, yield stress, tangent modulus, geometrical properties such as cell size, foil thickness, as well as the effects of impact velocity on the deformation behavior of the structure were investigated. A number of 25 different geometries with same height and various cell sizes and thicknesses are studied and effects of thickness and cell size on the energy absorption properties is investigated. Results showed that crashworthiness parameters such as mean and peak stress depend mainly on cell size and thickness values, while the friction coefficient and young's modulus are of less importance. Any change in absorber’s geometry affects the mean collapse stress more severe than the peak stress. In the meantime, thickness change is more effective in comparison with cell size change. http://mme.modares.ac.ir/article-1-5173-en.pdf 2015-11-11 25 36 Honeycomb structure Crashworthiness LS-Dyna finite element code Design of experiment parametric study Maryam Alisadeghi 1 AUTHOR Jamshid Fazilati 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بهینه‌سازی جاذب انرژی لانه‌زنبوری با استفاده از الگوریتم ژنتیک بر اساس سطوح پاسخ و طراحی آزمایش‌ها؛ بخش دوم: فرایند بهینه‌سازی در‌ این تحقیق، مجموعه جاذب انرژی از نوع لانه‌زنبوری با پیاده‌سازی الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شده‌‌است. هدف بهینه‌سازی، جذب تمام یا بخش عمده انرژی حرکتی ‏سازه و هم‌زمان محدودسازی سطح شوک ایجاد‌شده است. ابتدا، مشخصه‌های ضربه‌پذیری و حساسیت رفتاری ساختار لانه‌زنبوری در ضربه به صورت روابط صریح ریاضی ‏استخراج و در ادامه از روابط رفتاری استخراج‌شده جهت بهینه‌سازی استفاده شده ‌است. جاذب انرژی وظیفه مستهلک‌کردن انرژی برخورد و کاهش آسیب به سازه و ‏محموله آن را برعهده دارد. بنابراین قابلیت جذب انرژی، هم‌زمان با اعمال محدودیت شوک نیرویی عوامل طراحی تلقی می‌شود. هم‌زمان رعایت قیود حجمی و جرمی ‏مجموعه جاذب از محدودیت‌های طراحی برای استفاده صنعتی است. با استفاده از نتایج بخش نخست مقاله، سطوح پاسخ ساختار لانه‌زنبوری برای تغییر پارامترهای ‏ضربه‌پذیری مانند تنش میانگین و بیشینه استخراج شده‌است. بهینه‌سازی چندهدفه جاذب انرژی با روش الگوریتم ژنتیک و با استفاده از روابط پاسخ انجام شده‌است. در ‏بهینه‌سازی، هدف اصلی کمینه‌سازی جرم و حجم جاذب قرار داده شده است و حداکثر مجاز نیروی بیشینه و انرژی جذب شده به صورت قید در مساله وارد شده است. ‏خصوصیات هندسی لانه‌زنبوری شامل اندازه سلول، ضخامت، ارتفاع و مساحت از متغیرهای طراحی و ظرفیت جذب، حجم و جرم و سطح شوک خروجی بهینه‌سازی ‏هستند. صحت الگوریتم بهینه‌سازی با استفاده از نتایج مراجع ارزیابی شده و مشخصات مجموعه جاذب انرژی برای یک مساله نمونه به دست آمده است. نتایج نشان ‏می‌دهد که بهینه‌سازی جرمی و حجمی نتایج مشابهی ارائه می‌کند و کاهش سطح شوک مجاز، ابعاد جاذب بهینه را به‌سمت افزایش ارتفاع تغییر داده است.‏ http://mme.modares.ac.ir/article-1-7226-fa.pdf 2015-11-11 37 45 لانه زنبوری کد المان محدود داینا جاذب انرژی سطوح پاسخ بهینه‌سازی Optimization of honeycomb impact attenuator using genetic algorithm based on response surface method and design of experiment; Part II: Optimization In this study, honeycomb energy absorber is optimized using genetic algorithm. The design goal is to absorb whole impact energy within a ‎limited shock load level. First the crashworthiness and parameter sensitivity of honeycomb structure is extracted as explicit functions that ‎are utilized to find optimized shock absorber configuration. Energy absorber must depreciate the impact kinetic energy and mitigate its ‎defects on the structure and aboard. So the energy absorption capacity while the shock load is kept limited are the main design objectives. ‎The volume and mass restrictions are also important objectives from an application point of view. Based on the simulation results ‎available in the article Part I, the honeycomb response surfaces of crashworthiness parameters including the mean and peak crushing ‎stresses are extracted. Utilizing the genetic algorithm based on response functions, the multi-objective optimized energy absorber is ‎investigated. The main objective of the optimization problem is set to minimization of mass or volume while the maximum allowable shock ‎and minimum energy absorption capacity are included as the problem constraints. The geometric specifications of honeycomb structure ‎including cell-size, foil thickness, height and absorber face area are among the design variables with optimization outputs of energy ‎absorption capacity, volume, mass, and shock level. Some optimization results are compared with those available in the literature and a ‎typical problem is handled. Results show that mass and volume optimized geometries are almost similar and reduction of acceptable shock ‎level makes the optimized geometry height to rise.‎ http://mme.modares.ac.ir/article-1-7226-en.pdf 2015-11-11 37 45 Honeycomb structure LS-Dyna finite element code impact attenuator Response surface Optimization Maryam Alisadeghi 1 AUTHOR Jamshid Fazilati 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE حل تحلیلی میدان های الکتروالاستیک در محیط های پیزوالکتریک همسانگرد جانبی با توزیع متناوب نانوساختارهای کوانتومی: بررسی اثر هندسه نانوساختارها تعیین دقیق میدان‌های الکتروالاستیک در مواد پیزوالکتریک دارای نانوساختارهای کوانتومی به منظور تعیین رفتار و عملکرد دقیق الکترومکانیکی اینگونه مواد دارای اهمیت فراوان است. در این مقاله دستگاه معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر محیط پیزوالکتریک در حضور نانوساختارهای کوانتومی تشکیل داده شده و با استفاده از روش سری فوریه، راه حلی تحلیلی، کلی و جامع برای حل و بدست آوردن میدان‌های الکتروالاستیک در مواد پیزوالکتریک همسانگرد جانبی در اثر وجود نانوساختارهای کوانتومی با توزیع متناوب ارائه می‌شود. از ویژگی‌های منحصر بفرد این روش حل، درنظر گرفتن کلیه اندرکنش‌های میدان‌های الکتریکی و مکانیکی از یک سو و کلیه اندرکنش‌های میان نانوساختارها از سوی دیگر می‌باشد. نشان داده می شود که بر خلاف توزیع متناوب نقطه‌های کوانتومی، در حالت توزیع متناوب سیم‌های کوانتومی هیچگونه میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی در محیط پیزوالکتریک القا نخواهد شد. به علاوه، با استفاده از این روش حل می‌توان میدان‌های الکتروالاستیک را بر اثر وجود نانوساختارهای کوانتومی با شکل‌های دلخواه تعیین نمود. مسائل متنوعی از توزیع متناوب سیم‌های کوانتومی با هندسه‌های مختلف مقاطع آن‌ها و همچنین توزیع متناوب نقطه‌های کوانتومی با هندسه‌های متداول مورد حل و بررسی قرار می‌گیرند و اثر تغییر در هندسه نانوساختارهای کوانتومی تشریح می‌شود. بر اساس نتایج بدست آمده تغییر در هندسه نانوساختارهای کوانتومی می‌تواند تا چندین برابر میدان‌های الکتروالاستیک ایجاد شده در محیط پیزوالکتریک را تحت تاثیر قرار دهد و لذا تعیین هندسه نانوساختارهای کوانتومی و متعاقبا تعیین دقیق میدان‌های الکتروالاستیک ناشی از آن‌ها از اهمیت زیادی در استفاده از این نانوساختارها در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی و تکنولوژیکی برخوردار می‌باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3394-fa.pdf 2015-11-11 46 54 میدان های الکتروالاستیک مواد پیزوالکتریک همسانگرد جانبی نانوساختارهای کوانتومی سیم های کوانتومی نقطه های کوانتومی Analytical solutions for electro-elastic fields of periodic quantum nanostructures within transversely isotropic piezoelectric media: studying the geometry effects Accurate determination of the electro-elastic fields of quantum nanostructures within piezoelectric media is an important issue for realizing the electro-mechanical behavior of these nanostructures. In this paper, the governing partial differential equations corresponding to piezoelectric media containing quantum nanostructures are presented and subsequently, generalized analytical solutions based on Fourier series technique are developed for determination of the coupled electro-elastic fields in transversely isotropic piezoelectric barrier due to periodically distributed quantum nanostructures. The electro-elastic couplings of the piezoelectric barrier as well as the interactions between the quantum nanostructures are exhibited within the framework of the presented analytical solution. It is observed that no electric field and no electric potential will be induced anywhere in the medium for periodic distribution of quantum wires. The presented analytical solution is capable of treating different shapes and geometries of quantum wires/quantum dots. The electro-elastic fields of various shapes of sections of quantum wires and different geometries of quantum dots are studied and the effects of the geometry of periodically distributed quantum nanostructures are demonstrated. The results show that geometry of quantum nanostructures may highly affect the induced electro-elastic fields and therefore, accurate determination of the geometry of quantum nanostructures as well as the induced electro-elastic fields would be essential for employment of these nanostructures in different fields of research and technology. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3394-en.pdf 2015-11-11 46 54 Electro-elastic fields Transversely isotropic piezoelectric media Quantum nanostructures Quantum wires Quantum dots Ehsan Rashidinejad 1 Department of Civil Engineering - Sharif University of Technology AUTHOR Hossein Mohammad Shoja 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE تولید کامپوزیت سطحی آلومینیم 5083 با ذرات اکسید تیتانیم و بررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و سایش آن تولید نانو کامپوزیت یک چالشی بزرگ می‌باشد، چون توزیع یکنواخت ذرات تقویت کننده با اندازه نانو در زمینه فلزی با روش‌های متالوژی پودر و فرآیندهای حالت مایع دشوار می‌باشد. فرآوری اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند حالت جامد می‌باشد که برای تغییر و اصلاح ریزساختار، بهبود خواص مکانیکی و تولید کامپوزیت سطحی استفاده می‌شود. در این پژوهش، با استفاده از فرآوری اصطکاکی اغتشاشی به تولید کامپوزیت سطحی زمینه فلزی بر روی سطح ورق آلومینیم 5083 با ذرات تقویت کننده اکسید تیتانیم در دو نوع 5 میکرون و 80 نانو استفاده گردید. کامپوزیت تولید شده با فرآوری اصطکاکی اغتشاشی توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. اثر اندازه پودر و تعداد پاس فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر ریزساختار، میکروسختی، استحکام کششی و خواص سایشی کامپوزیت تولید شده، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که تولید لایه نانو کامپوزیتی با ذرات اکسید تیتانیم دارای ساختاری با دانه‌های ریزتر، سختی، استحکام و ازدیاد طول بالاتری نسبت به کامپوزیت سطحی با ذرات میکرون اکسید تیتانیم دارد. همچنین نتایج نشان می‌دهد با افزایش تعداد پاس، توزیع ذرات بهتر، سختی، استحکام و ازدیاد طول بالاتر به دست می‌آید. بهترین نتیجه سختی، رفتار کششی و مقاومت به سایش در مقایسه با فلز پایه، مربوط به نمونه چهار پاسه با تغییر جهت چرخش در هر پاس که با ذرات نانو تقویت شده است، می‌باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2665-fa.pdf 2015-11-11 55 62 فرآوری اصطکاکی اغتشاشی اکسید تیتانیم خواص مکانیکی سایش تعداد پاس Fabrication of Al5083/TiO2 surface composite by friction stir processing and investigation of microstructural, mechanical and wear properties The fabrication of nano‐composites is quite challenging because uniform dispersion of nano‐sized reinforcements in metallic substrate is difficult to achieve using powder metallurgy or liquid processing methods. Friction stir processing (FSP) is a new solid-state process used to modify the refinement of microstructure, improvement of material’s mechanical properties and production of surface layer composites. In this investigation via friction stir processing, metal matrix composite surface (MMCs) was fabricated on surface of 5083 aluminum sheets by means of 5 μm and 80 nm TiO2 particles. The friction processed surface composite layer was analyzed throughoptical and scanning electron microscopical studies. Effects of reinforcing particle size and FSP pass number on the microstructure, microhardness, on tensile and wear properties of the developed surfaces were investigated. Results show that the created nanocomposite layer by TiO2 particles exhibits a microstructure with smaller grains and higher hardness, strength, and elongation compared to the composite TiO2 layer by particles. Increasing FSP pass number results in improved distribution of particles, finer grains, and higher hardness, strength, elongation, and wear resistance. The surface composite layer resulted in four passes with change in rotation direction with nano particle reinforcement exhibited better properties in hardness, tensile behavior and wear resistance compared tothe behavior of the base metal. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2665-en.pdf 2015-11-11 55 62 Friction stir processing dioxide titanium Mechanical Properties wear number of pass Saeed Ahmadi Fard 1 AUTHOR Shahab Kazemi 2 AUTHOR Akbar Heidarpour 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مقایسه بازده عملی کنترلرهای جانمایی‎قطب و مودلغزشی برای کنترل موقعیت ربات‌ موازی کابلی صفحه‌ای با پردازش تصویر در این مقاله مدل‌سازی و کنترل ربات موازی کابلی صفحه‌ای بر اساس بازخورد پردازش تصویر ارائه شده است. نوآوری‌های اصلی مقاله در سه زمینه می‌باشد. در ابتدا، روشی بر اساس استفاده از سینماتیک مکانیزم‌های چهارمیله‌ای برای شبیه‌سازی ربات موازی کابلی صفحه‌ای استفاده شده است. این مدل با توجه به کاهش دادن تعداد مجهولات، زمان محاسبات را بسیار پایین آورده و آنرا برای استفاده در کاربردهای برخط مطلوب ساخته است. به عنوان دومین نوآوری، برای گرفتن بازخورد از مکان عملگر نهایی، روش پردازش تصویر با سرعت بالا مورد استفاده واقع شده است، استفاده از پردازش تصویر در مقایسه با سایر روش‌های گرفتن بازخورد مکان بسیار سریعتر است و اغتشاشات کمتر بر آن تاثیر می‌‌گذارند. نحوه پیاده‌سازی فر‌آیند پردازش تصویر برای ربات موازی کابلی به صورت کامل در مقاله ارایه گردیده است. نوآوری سوم مقاله نیز به کارگیری دو روش کنترلی کلاسیک و مدرن برای مقایسه و همچنین به دست آوردن مناسب‌ترین کنترلر است. کنترلر جانمایی قطب به عنوان یک کنترلر کلاسیک پیاده‌سازی شده است، که نتایج خوبی را ارائه می‌دهد هرچند در موردی نامعینی‌های سیستم دچار مشکل می‌گردد. بنابراین به عنوان جایگزین این کنترلر برای تخمین نامعینی‌ها، کنترلر بر اساس مود لغزشی پیاده‌سازی می‌گردد. این کنترلر هرچند دچار پدیده نوسانات در مبدا می‌شود، اما بازدهی بسیار عالی در پیاده‌سازی و تعقیب مسیر دلخواه دارد. موفقیت این دو کنترلر بیانگر تطبیق مدل پیشنهادی با ربات موازی کابلی بوده و همچنین هرکدام از آن‌ها به عنوان روشی برای کنترل ربات پیشنهاد می‌گردند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1366-fa.pdf 2015-11-11 63 74 ربات موازی کابلی صفحه‌ای سینماتیک کنترل بر مبنای پردازش تصویر کنترل Practical Performance Comparison of Pole placement and Sliding Mode Controller for Position Control of Cable-driven Parallel Robots Using Visual Servoing This paper presents implementation of position control for planar cable-driven parallel robots using Visual servoing. The main contribution of this paper contains three objectives. First, a method is used toward kinematic modeling of the robot using four-bar linkage kinematic concept, which could be used in online control approaches for real-time purposes due to decreasing of the unknown parameters and computation time. In order to track the position of End-Effector, an online image processing procedure is developed and implemented. Finally, as the third contribution, two different controllers in classic and modern approaches are applied in order to validate the model with plant and obtain the most promising controller. As classic controller, pole placement approach is suggested and results demonstrate weaknesses in modeling the uncertainties although they represent acceptable performance. Due to the latter incapability, sliding mode controller is utilized and experimental tests represent effectiveness of this method. Result of the latter procedure is an inimitable operation on the desired task however, it suffers from chattering effect. Moreover, results of these controllers confirm accommodation between the model and robot. The whole procedure imposed, could be applied for any kind of cable-driven parallel robot. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1366-en.pdf 2015-11-11 63 74 Cable-driven parallel robots Kinematic Visual servoing Control Hassan Bayani 1 AUTHOR Mehdi Tale Masouleh 2 AUTHOR Ahmad Kalhor 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE کنترل پذیری گیره ایی شبکه های دینامیکی بر اساس عملکرد حرکت همگام انتخاب مناسب نوع و تعداد گره های کنترل شونده، نقش مهمی در بهبود کنترل پذیری و عملکرد شبکه های دینامیکی دارد. در این مقاله انتخاب گره های کنترل شونده بر اساس معیارهای مرکزیت گره ها در شبکه انجام شده است. برای هر معیار، کنترل پذیری و عملکرد حرکت همگام در شبکه های دینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته است و بر این اساس، کمینه تعداد گره های کنترل شونده به منظور دستیابی به عملکرد مطلوب، برای چندین مدل ساختاری شبکه ها بدست آمده است. نتایج بررسی کنترل پذیری گیره ایی در شبکه های دینامیکی تصادفی نشان می دهد که کمترین تعداد گره های کنترل شونده، برای معیار مرکزیت میانی است. مشابه همین نتیجه برای شبکه های جهان کوچک نیز برقرار است با این تفاوت که در شبکه های متراکم تر، تعداد گره های کنترل شونده افزایش می یابد. بررسی نتایج در شبکه های مستقل از مقیاس نشان می دهد که معیار مرکزیت نزدیکی انتخابی مناسب بوده و بخصوص در شبکه ها با تعداد گره های بالاتر، منجر به کاهش تعداد گره های کنترل شونده می شود. نتیجه مهم دیگر، کاهش تعداد گره های کنترل شونده برای یک عملکرد مطلوب و بهبود کنترل پذیری با افزایش ضریب همسایگی در شبکه های جهان کوچک است. مشابه این نتیجه برای افزایش ضریب تجانس در شبکه های مستقل از مقیاس است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1259-fa.pdf 2015-11-11 75 83 شبکه های دینامیکی حرکت همگام کنترل پذیری گیره ایی حداقل گره های کنترل شونده Pinning controllability of dynamical networks based on synchronized motion performance The right selection of the type and the number of driver nodes, play an important role in improving the controllability and the performance of the dynamical networks. In this paper the controllability and the performance of a network has been studied when a new approach for selecting the driver nodes, based on the three main node centrality criteria, has been proposed. For each criterion, the percentage of the least number of driver nodes to achieve the desired performance has been calculated for several network model structures. The results for pure random networks show that for the ‘’betweenness centrality criterion’’ the number of driver nodes is minimal. Similar results hold for Small World networks subject to the fact that for dense, the number of driver nodes increases. It is shown that the ‘’closseness centrality criterion’’ is the proper choice for the State Free networks especially when the network is dense. Another important result is that in Small World networks, increasing the nearest neighborhood coefficient, decrease the number of driver nodes for a desired performance. Similar results hold for Scale Free networks where increasing the heterogeneity coefficient improves the network pinning controllability. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1259-en.pdf 2015-11-11 75 83 Dynamical networks pinning controllability minimum driver nodes desired performance Ali Ghaffari 1 K.N. Toosi university of technology AUTHOR Soleyman Arebi 2 K.N.Toosi university of technology AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE محاسبه ضریب شدت تنش ترک‌های سطحی در یک خانواده از دیسک‌های دوار نازک و ضخیم با استفاده از تابع وزن دو بعدی در این پژوهش خانواده‌ای از دیسک‌های دوار پرکاربرد در صنایع توربین و کمپرسور ایران از دیدگاه مکانیک شکست مطالعه می‌شود. در شرایط کاری، تحت اثر بارهای مکانیکی و حرارتی ترک‌ در دیواره داخلی دیسک جوانه می‌زند. هدف از این پژوهش ارائه یک تابع وزن دوبعدی برای مجموعه‌ای از دیسک‌های دوار حاوی ترک‌های طولی نیم بیضوی می‌باشد. بدین منظور، ابتدا شکل عمومی تابع وزن دوبعدی بر اساس توابع وزن ترک‌های محاط انتخاب می‌شود. تعیین ضرایب ثابت شکل عمومی این تابع وزن بر اساس نتایج ضریب شدت تنش مرجع در هندسه ترک‌دار تحت بارگذاری مرجع حاصل می‌شود. عدم وابستگی نتایج به تعداد جملات تابع وزن بررسی می‌شود. پس از استخراج تابع وزن برای دیسک‌هایی در گستره 90 تا 420 میلیمتر ضخامت، امکان تعیین ضریب شدت تنش ترک در دیسک‌ها تحت بارگذاری دلخواه فراهم می‌گردد. این تابع وزن می‌تواند مقادیر ضریب شدت تنش برای هر نقطه دلخواه روی جبهه ترک، که سطوح آن تحت بارگذاری یک یا دوبعدی قرار دارند، را محاسبه نماید. نتایج نشان می‌دهد که در نسبت عمق ترک‌های بزرگ، ضریب شدت تنش در نقاط سطحی با افزایش نسبت ارتفاع پایه به ضخامت دیسک افزایش می‌یابد. در یک نسبت منظر معین شکل هندسی دیسک بر روی ضریب شدت تنش ترک موثر می‌باشد. مقایسه نتایج حاصل از تابع وزن و نتایج حاصل از روش اجزاء محدود از تطابق مناسبی برخوردار می‌باشد. امکان شبیه سازی رشد ترک خستگی و پیش بینی زمان بازبینی دیسک‌ها با به کارگیری این تابع وزن به سادگی فراهم می‌شود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7431-fa.pdf 2015-11-11 84 94 دیسک دوار تابع وزن دو بعدی ضریب شدت تنش ترک سطحی Stress intensity factor calculation for surface crack in a family of thin and thick rotating disks using two dimensional weight functions A family of rotating disks used in Iranian turbine and compressor industry is investigated. Mechanical and thermal loads due to working condition would lead to the crack initiation in the inner surface of the disk. The aim of this paper is the development of the two-dimensional weight function for the rotating disks containing semi-elliptical longitudinal cracks. The general form of the two-dimensional weight function is related to the proposed weight functions for embedded cracked domain in literature. In order to determine the unknown coefficient of the weight function, the reference stress intensity factors for cracked geometry subjected to reference loads are calculated. The analysis indicated that the results are independent of the number of terms in proposed weight function expansion. Extracting the weight function for disks with from 90 to 420 mm thickness enables one to predict the stress intensity factor for cracks in the structure subjected to arbitrary loading. The stress intensity factor for each point on the crack front subjecting to one or two dimensional loads would be calculated using the derived weight function. The results reveal that the increasing of the height to thickness ratio in rotating disks leads to the increase of the stress intensity factor for high depth ratio crack ones. Results show that the configuration of the disk sections affects the stress intensity factors of the same aspect ratio cracks in the structures. The comparison of the results obtained from the weight function method and those obtained with FEM are in good agreement. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7431-en.pdf 2015-11-11 84 94 Rotating disk Two-dimensional weight function Stress Intensity Factor Surface crack Rahmatollah Ghajar 1 AUTHOR Meysam Davoodabadi 2 AUTHOR Hamed Saeidi Googarchin 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بازیابی تعادل یک ربات چهارپا با تنظیم بهینه نیرو‌های قیدی و شتاب‌های بدنه حفظ و بازیابی تعادل در هنگام اعمال نیروهای خارجی یک موضوع بسیار مهم برای ربات‌های چهارپا می‌باشد. اهمیت این موضوع به این دلیل است که ربات‌های چهارپا باید در محیط‌های ناهموار حرکت کرده و این نیروها جزء لاینفک این سطوح می‌باشند. بنابراین در این مقاله به بررسی بازیابی تعادل یک ربات چهارپا پس از اعمال یک نیروی خارجی بر آن پرداخته می‌شود. بدین منظور، ابتدا مدل دینامیکی کامل یک ربات چهارپا استخراج شده و سپس یک روش حذف قیود برای به‌دست آوردن معادلات بدون قیود ارائه می‌شود. با بهره‌گیری از مبانی عملکردی کنترل تناسبی-مشتقی، شتاب‌های مطلوب جهت حفظ و بازیابی تعادل محاسبه می‌شوند. از آنجا که این شتاب‌ها ممکن است سبب لغزش پاهای ربات و همچنین از بین رفتن پایداری ربات گردند، یک مسئله بهینه‌سازی برای محاسبه همزمان نیروهای قیدی کف پا و شتاب‌های بدنه ارائه خواهد شد. بهینه کردن نیروهای قیدی همزمان با محاسبه شتاب‌های بدنه به منظور توزیع مناسب نیروهای قیدی برای جلوگیری از لغزش پاها صورت می‌پذیرد. از آنجا که در مسئله بهینه‌سازی شروط پایداری و عدم لغزش به عنوان قیود خطی فرمول‌بندی می‌شوند، روش فوق به‌آسانی به یک مسئله خطی و مقید حداقل مربعات خطا تبدیل شده که سبب می‌شود مسئله به صورت برخط قابل پیاده‌سازی باشد. در انتها عملکرد الگوریتم ارائه شده بر روی یک ربات چهارپا در شبیه‌سازی مورد بررسی قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی در فاز‌های ایستادن بر روی چهار پا و راه رفتن صورت می‌پذیرد و نتایج به‌دست آمده بحث خواهند شد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4396-fa.pdf 2015-11-11 95 106 ربات چهارپا بازیابی تعادل بهینه‌سازی پایداری عدم لغزش Balance recovery of a quadruped robot by optimal regulation of contact forces and body accelerations Maintaining and restoring robot balance in the presence of external disturbances is a significant capability for a quadruped robot. This is due the fact that these robots move over uneven terrains which may be themselves the sources of the disturbances. In this article, the balance recovery problem of a quadruped robot after an external disturbance will be investigated. To this end, as first stage, the equations of motion of a whole-body model of a robot and also a constraint elimination method will be proposed. In order to recover robot balance, the desired accelerations will be computed based on the concepts of a PD controller and by using the desired velocities and the positions of the main body. However, these accelerations maybe lead to slip stance feet or lose robot stability. Therefore, an optimization problem will be defined to calculate the admissible accelerations and the contact forces simultaneously. The optimal regulation of the contact forces will be done to distribute the contact forces among all stance legs to avoid feet slippage. Since the stability and the slippage avoidance conditions are formulated as linear constraints, the optimization can be solved as a linear constrained least squares error. To evaluate the effectiveness of the proposed algorithm, it will be examined on a quadruped robot in the simulation in two different case studies: in standing situation and walking gait. Finally, obtained results will be discussed. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4396-en.pdf 2015-11-11 95 106 Quadruped robots Balance recovery Optimization stability Slippage avoidance Seyed Ali Akbar Moosavian 1 AUTHOR Mahdi Khorram 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE پارامترهای موثر در نیروی فرآیند اکستروژن پیش‌فرم پره آلیاژ Ti-6Al-4V ننرم افزار المان محدود سه‌بعدی "دفرم" برای توصیف رفتار تغییرشکل پلاستیک قطعه‌کار Ti-6Al-4V در طی فرآیند اکستروژن پیش‌فرم پره استفاده شده است. تحت شرایط اکستروژن مختلف، بررسی آنالیز عددی پارامتر نیروی فرآیند در طی فرآیند اکستروژن ارائه شده است. اثرات نسبی دمای بیلت، ضریب اصطکاک و دمای قالب روی نیروی فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین ضریب اصطکاک فرآیند، آزمون فشار حلقه روی آلیاژ Ti-6Al-4V با روانکاری شیشه انجام پذیرفت. همچنین آزمایش تجربی برای تولید پیش‌فرم پره Ti-6Al-4V توسط فرآیند اکستروژن با موفقیت انجام پذیرفت. مشاهده شد که درجه حرارت اولیه بیلت تاثیر زیادی در نیروی فرآیند اکستروژن پیش‌فرم پره آلیاژ Ti-6Al-4V دارد. تاثیر دمای قالب در مقایسه با تاثیر دمای بیلت در نیروی فرآیند کمتر می‌باشد. با افزایش دمای قالب، نیروی فرآیند کاهش می‌یابد. در آزمون‌های تجربی مشاهده شد که فرآیند انتقال بیلت از کوره به قالب تاثیر بسزایی در انجام یا عدم انجام فرآیند اکستروژن دارد زیرا فرآیند انتقال بیلت از کوره به قالب مستقیما باعث تغییر دمای اولیه بیلت درست قبل از فرآیند اکستروژن می‌شود. با کاهش زمان انتقال و جاگذاری بیلت از کوره به قالب، دمای بیلت در اثر مجاورت بیلت با هوای محیط، کاهش کمتری داشته و در نتیجه شکل‌دهی آن آسان‌تر می‌شود. همچنین با افزایش ضریب اصطکاک، نیروی لازم جهت اکستروژن پیش‌فرم پره آلیاژ Ti-6Al-4V نیز افزایش می‌یابد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9804-fa.pdf 2015-11-15 107 112 فرآیند اکستروژن پیش‌فرم پره آلیاژ Ti-6Al-4V Effective parameters on force of Ti-6Al-4V alloy blade preform extrusion process "DEFORM" three-dimensional finite element software is used to describe the behavior of plastic deformation of Ti-6Al-4V workpiece during blade preform extrusion process. Under different conditions of extrusion, numerical analysis of the process force parameter during extrusion process is presented. The relative effects of billet temperature, friction coefficient and die temperature on process force were investigated. To determine the process friction coefficient, the ring compression test of Ti-6Al-4V alloy with glass lubrication was performed. Also experimental tests were successfully done in order to manufacture blade preform. It was observed that billet temperature has much effect on force of Ti-6Al-4V alloy blade preform extrusion process. Die temperature has effect on the process force but its effect is not as much as the effect of the billet temperature. By increasing of the die temperature, the process force decreases. Experimental tests showed that the billet transfer process from the furnace to die has important effect on done or not done of the extrusion process because the billet transfer process from the furnace to die is cause of alters the billet initial temperature just before extrusion process. By reducing of the placing and transfer time of billet from the furnace to die, due to the vicinity of the billet and air, billet temperature have less reduction and therefore it becomes easier to shape. Also by increasing the friction coefficient, the force required for extrusion of Ti-6Al-4V alloy blades preform increased. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9804-en.pdf 2015-11-15 107 112 Extrusion process blade preform Ti-6Al-4V alloy Mehdi Tajdari 1 AUTHOR Ali Abdollahi Khangahi 2 AUTHOR Hamid Arabi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مطالعه تحلیلی و تجربی اثر فاق بر عمر خستگی نمونه‌های استوانه‌ای فولاد HSLA100 در بارگذاری خمشی چرخان این مقاله به بررسی اثر فاق بر عمر خستگی فولاد "HSLA100 " که عمدتا در صنایع دریایی کاربرد دارد، می‌پردازد. آزمایش‌های تجربی کشش ساده و خستگی بر روی نمونه‌های استوانه‌ای ساده و فاقدار این فولاد انجام شده و مشخصات مکانیکی و هم‌چنین نمودار تنش‌عمر نمونه‌های ساده و فاقدار به دست آمده‌‌‌اند. در این تحقیق به منظور بررسی کامل‌تر اثر فاق و همچنین اندازه هندسی بر روی عمر خستگی نمونه‌ها، دو نوع هندسه فاق و همچنین دو اندازه متفاوت برای نمونه های آزمایش در نظر گرفته شده است. از آزمایش‌های خستگی انجام شده بر‌روی نمونه‌های فاقدار و هم‌چنین از طریق نظریه ضعیف‌ترین عضو ضریب حد خستگی فاق محاسبه شده است. برای محاسبه این ضریب از طریق نظریه ضعیف‌ترین عضو، ابتدا یک مدلسازی اولیه در آباکوس انجام شده و سپس از طریق برنامه‌نویسی میدان تنش در حالت خمشی چرخان به دست آمده است. برای بررسی بهتر ویژگی‌های نظریه ضعیف‌ترین عضو در محاسبه ضریب حد خستگی، این ضریب از روش‌های کلاسیک که براساس منحنی‌های تجربی هستند نیز محاسبه شده و با داده‌های حاصل از آزمایش مقایسه شده است. در نهایت مقایسه نتایج نظری و آزمایشگاهی نشان داد که نظریه ضعیف‌ترین عضو دقت بهتری نسبت به روش‌های کلاسیک مورد مطالعه در این تحقیق دارد و به نتایج آزمایش نزدیک‌تر است. علاوه بر این، در نظریه ضعیف‌ترین عضو از نتایج آنالیز المان محدود برای پیش‌بینی ضریب حد خستگی نمونه‌های فاقدار استفاده می‌شود که این امر استفاده از این نظریه در انجام آنالیز خستگی قطعات پیچیده را تسهیل می‌کند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4205-fa.pdf 2015-11-15 113 120 شکست خستگی نظریه ضعیف‌ترین عضو حد خستگی فولاد Theoretical and experimental investigation of notch effect on fatigue life of cylindrical HSLA100 steel specimens in rotating bending load This research investigates notch effect on fatigue life of HSLA100 steel which is widely applicable in the marine industry. Experimental tensile tests and rotating bending fatigue tests were performed on both smooth and notched cylindrical specimens and the corresponding mechanical properties and S-N curves were obtained. To better investigate the notch and also size effect on fatigue life of the specimens, two different notch geometries and specimen dimensions were used. To calculate the fatigue strength factor, stress distribution under bending load is simulated for smooth and notched specimens. Then, the stress distribution under bending load is converted to stress distribution under rotating bending load using an in-house developed code. Finally, using an in-house developed code, the fatigue strength factor of the specimens is calculated by weakest link theory. In order to better investigate the weakest-link theory, in calculating the fatigue strength factor, this factor is calculated from the classical methods and compared with experimental results. Finally, Comparison of theoretical with experimental results shows that the weakest-link theory gives better predictions than other classical methods and the results are closer to experimental ones. Also, Weakest-link theory uses the finite element results to predict notch effect. This facilitates the use of this theory in fatigue design of complicated specimens. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4205-en.pdf 2015-11-15 113 120 HSLA100 Fatigue Weakest-link theory strength factor HSLA100 steel Javad Amirian 1 AUTHOR Hesam Safari 2 AUTHOR Mehdi Shirani 3 AUTHOR Saeed Shabani 4 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مدل‎سازی حرارتی - هیدرولیکی و بهینه‎سازی مبدل‎های حرارتی چندجریانی صفحه‎ای- فین‎دار با فین‎های مستطیلی با استفاده از الگوریتم ژنتیک در این مقاله، به منظور مدل‎سازی و بهینه‎سازی مبدل‎های حرارتی صفحه‎ای- فین‎دار چندجریانی با فین‎های مستطیلی یک روش شرح و بسط داده می‎شود. روشی که به منظور مدل‎سازی حرارتی این نوع مبدل‎های حرارتی در این مقاله پیشنهاد می‎گردد، بر مبنای یکنواخت‎سازی حرارتی کلیه جریان‎های حرارتی موجود می‎باشد. بر این مبنا جریان‎های حرارتی موجود در یک مبدل حرارتی چند جریانی با در نظرگرفتن دو اصل توزیع مساوی جریان های حرارتی در هر کانال و اصل یکنواخت سازی عملکرد حرارتی در هر کانال در آن توزیع می‎گردد. در این روش با رسم منحنی ترکیبی مربوط به جریان‎های حرارتی موجود می‎توان بازه‎های آنتالپی در کل مبدل حرارتی را تعیین نمود. این بازه‎های آنتالپی هر یک به صورت مستقل طراحی شده و سپس با استفاده از تغییر افت فشار در هر بازه به کمک تغییر پارامترهای هندسی فین‎ها، ارتفاع تمام این بازه‎های طراحی شده یکسان می‎گردد. مدل‎سازی هندسی، حرارتی و هیدرولیکی این نوع مبدل حرارتی بر مبنای پارامترهای هندسی فین‎های مستطیلی انجام و کمینه‎سازی هزینه نهایی سالیانه شامل مجموع هزینه‎های سرمایه‎گذاری و عملیاتی در نظرگرفته شده است. متغیرهای اصلی این مساله پارامترهای هندسی فین‎ها مانند گام، ارتفاع و ضخامت فین می‎باشد. از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه‎سازی تابع هدف در این مقاله استفاده شده است. روش ارایه شده بر یک مطالعه موردی اعمال و نتایج مستخرج از روش حاضر با نتایج مراجع دیگر مقایسه شده است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6292-fa.pdf 2015-11-15 121 131 مبدل‎های حرارتی چند جریانی صفحه‎ای- فین‎دار فین‎های مستطیلی هزینه نهایی سالیانه افت فشار یکنواخت ‎سازی عملکرد حرارتی Hydraulic and Thermal Modeling and Optimization of Rectangular Finned Multi Stream Plate-Fin Heat Exchangers by Genetic Algorithm The modeling and optimization of a rectangular finned multi stream plate-fin heat exchangers is presented in this paper. The proposed method for thermal modeling of this type of heat exchangers is based on uniform heat distribution along the plates. So, the heat streams are distributed along the multi stream heat exchanger based on two principles: equal quantity of stream channel distribution and uniform heat distribution in each of the channels. The geometric, thermal and hydraulic modeling and design of the multi stream heat exchanger is carried out based on rectangular fin specifications. The total annual cost (TAC), the summation of capital investment and operating and maintenance costs are regarded as objective function to be minimized. The main variables are heat exchanger core dimension such as length, width, height and the fin geometric parameters such as fin pitch and height. The genetic algorithm is utilized as optimization tool to minimize the total annual cost of the multi stream plate fin heat exchanger. The proposed method is applied to a case study. The results of the current method is compared with the literatures. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6292-en.pdf 2015-11-15 121 131 Multi Stream Plate- Fin Heat Exchanger Rectangular Fin Total Annual Cost Pressure drop Uniform Heat Distribution Amir Farhang Sotoodeh 1 AUTHOR Majid Amidpour 2 AUTHOR Mehrangiz Ghazi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE کنترل بهینه غیرخطی مساله ملاقات مداری برای مدار هدف دایروی و بیضوی مساله‌ی ملاقات و اتصال مداری یکی از چالش برانگیزترین مسائل هوافضایی است. موقعیت و وضعیت فضاپمایی که قصد ملاقات با هدفی را دارد با معادلات غیرخطی حرکت نسبی سنجیده می‌شود. این فضاپیما باید به نوعی کنترل شود تا ملاقاتی امن و پایدار با رعایت ملزومات و قیود مساله صورت پذیرد. در این مقاله برای مدار دایروی دینامیک ملاقات به فرم مرتبه دوم معادلات حرکت نسبی غیرخطی کلوهسی-ویلتشایر و برای مدار بیضوی معادلات شونر-همپل متغیر با زمان لحاظ شده است. تابع هزینه کنترل بهینه طوری در نظر گرفته شده است که علاوه بر بهینگی مصرف سوخت، حالتهای همواری استخراج شود. کنترل بهینه غیر خطی برای این مساله با استفاده از معادله ریکاتی وابسته به حالت بر اساس روش تحلیلی مقادیر ویژه ماتریس همیلتونین استخراج شده و نتایج با تنظیم کننده مربعی خطی مقایسه شده است. مقاومت، پایداری و همواری جواب‌ها در حضور عدم قطعیت‌های وارد به سیستم نشان داده شده وکارآمدتر بودن کنترل کننده غیرخطی نسبت به روش‌های موجود مشاهده شده است. به علاوه کنترل بهینه برای ملاقات با هدف در مدار بیضوی به صورت مستقل حل و تحلیل شده است. نتایج و مسیرهای بهینه با استفاده از انتقالی مناسب در دستگاه اینرسی بیان شده اند تا بتواند مورد استفاده در اهداف هدایتی و ناوبری قرار گیرد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4796-fa.pdf 2015-11-21 132 142 ملاقات و اتصال مداری معادلات کلوهسی ویلتشایر شونر همپل کنترل بهینه غیرخطی معادله ریکاتی وابسته به حالت Nonlinear Optimal Control of Orbital Rendezvous Problem for Circular and Elliptical Target Orbit The orbital rendezvous and docking with Position and attitude nonlinear dynamics is one of the most challenging problems in the Aerospace engineering. The attitude and position of a chaser spacecraft, desired to rendezvous with a target spacecraft, have to be determined with respect to the target, as a result relative equations have to be considered. The chaser is controlled by actuators to rendezvous safely and stably under the conditions and requirements. In this paper rendezvous dynamics for target in a circular orbit is assumed as nonlinear second-order clohessy-wiltshire relative motion equations. Shauner and hempel relative equations are considered for target in elliptical orbit. Cost function has been chosen in a manner to minimize the control effort and to give smooth states. Nonlinear optimal control for rendezvous with a target in circular orbit using state dependent riccati equation by means of eigen vectors of the Hamiltonian matric is compared with linear quadratic regulator method for both linear and nonlinear systems and then stability and robustness of the results are analysed. Optimal control of a elliptical rendezvous is discussed independently. For navigational porpose it is important to express relative motion in inertial frame, this is accomplished by introducing an appropriate transformation. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4796-en.pdf 2015-11-21 132 142 Rendezvous and docking Clohessy-Wiltshire Schauner-Hempel nonlinear optimal control State Dependent Riccati Equation Mohammad Navabi 1 AUTHOR Mehdi Reza Akhloumadi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مطالعه عددی توربین داریوس با استفاده از مدل شش درجه آزادی برای درنظرگرفتن اثر اینرسی و برهم‌کنش میان سیال و جسم صلب توربین بادی داریوس برخلاف توربین‌های محورافقی با مشکل خود راه‌اندازی و نوسان بالا در گشتاور خروجی مواجه است. محاسبه شتاب و گشتاور نوسانی توربین‌های بادی محورعمودی، به دلیل نیاز به تکنیک‌های مبتنی بر شبکه‌بندی و حل همزمان معادلات اویلری حاکم بر جریان سیال و معادلات لاگرانژی حاکم بر بدنه صلب توربین، از پیچیدگی و محاسبات بالایی برخوردار بوده و تابعی از ممان اینرسی توربین است. اما در بیشتر مطالعات پیشین بدون توجه به این اثر، سرعت زاویه‌ای توربین ثابت فرض شده است. در این مطالعه با محاسبه برآیند نیروهای آیرودینامیکی ناشی از باد و نیروهای خارجی ناشی از اصطکاک و ژنراتور، از قانون دوم نیوتن، شتاب، و با انتگرال‌گیری از آن در گام‌های زمانی، سرعت و موقعیت توربین محاسبه می‌شود. معادلات حاکم بر سیال بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو حل شده است. شبیه‌سازی به‌صورت غیرپایا و از شبکه پویا برای بررسی حرکت روتور استفاده شده است. نتایج توانسته اثر متقابل جریان باد و تیغه‌های صلب در روند افزایش سرعت توربین را بررسی و حرکت روتور را از لحظه سرعت صفر تا زمانی که توربین به سرعت حدی خود می‌رسد شبیه‌سازی کند. علل کاهش گشتاور در سرعت دورانی پایین‌تر از حد بهینه بررسی و نشان داده شده واماندگی بالا و گریز جریان از داخل روتور بدون برخورد با تیغه‌ها، در سرعت‌های دورانی پایین، موجب افت توان تولیدی می‌شود. ممان اینرسی نقش مهمی بر فرکانس و دامنه‌ی سرعت زاویه‌ای، نوسانات گشتاور خروجی و توان خروجی توربین داشته که در تحلیل پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-8068-fa.pdf 2015-11-21 143 152 توربین باد داریوس برهم‌کنش سیال و جسم صلب Numerical simulation of darrieus wind turbine Using 6DOF model to consider the effect of inertia and the fluid-solid interaction Unlike HAWT, Darrieus wind turbines is faced with the self-start problem and high fluctuations at output torque. Because of the need for techniques based on meshing and coupling Eulerian fluid equations and the Lagrangian equations for moving rigid body, the calculation of rigid body acceleration and fluctuations torque of VAWT is very complicated and it is a function of the moment of inertia of the turbine. In most studies, regardless of this effect, the angular velocity of turbine is assumed to be fixed. In this study, for calculating the turbine rotational speed and position, the sum of wind-driven aerodynamic forces and external forces caused by friction and generators are calculated and placed into Newton's second law to calculate the acceleration, and integrating it in time steps. The simulation is performed unsteady and dynamic mesh is used for moving the rotor. The results could check the interaction between wind and rigid blades on the in the process of increasing the rotational speed of turbine, and simulate the rotor from the moment of rest until the turbine reaches its final rotational speed. The causes of reduction in torque at low rotational speed is investigated and it has been shown that high dynamic stall and passing high exergy flow into the rotor without interaction with blades results the power reduction. Moment of inertia has significant impact on the frequency and amplitude of rotational velocity, fluctuations of output torque and output power, which is important in mechanical analysis of blades’ fatigue. http://mme.modares.ac.ir/article-1-8068-en.pdf 2015-11-21 143 152 CFD 6DOF VAWT Fluid–solid interaction 6DOF Moment of inertia Alireza Arab Golarche 1 Ferdowsi University Of Mashhad AUTHOR Mohammad Moghiman 2 AUTHOR Seyyed Mohammad Javadi MalAbad 3 Quchan University of Advanced Technology AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی رفتار مکانیکی سرخ‌رگ‌ها‌ی انسانی در تغییر شکل‌های بزرگ بر اساس تئوری الاستیسیته غیرخطی رفتار مکانیکی سلول‌ها و بافت‌های زنده غیرخطی بوده و تغییر شکل‌های آن‌ها بزرگ است. به کارگیری یک مدل مکانیکی مناسب که بتواند این رفتار را پیش‌بینی کند، قدم مهمی در پیش‌گیری و درمان بیماری‌های مختلف و ساخت بافت‌های مصنوعی محسوب می‌شود. در این مقاله با استفاده از تئوری الاستیسیته غیرخطی و مدل غیرخطی مونی-ریولین به تحلیل مکانیکی سرخ رگهای انسانی تحت فشار داخلی و کشش محوری پرداخته شده است. در ابتدا با استفاده از نتایج تحقیق تجربی انجام شده در تست تنش دومحوره، ثوابت الاستیک ماده برای سرخ‌رگ ها محاسبه شده اند. برای مدلسازی، سرخ‌رگ به صورت یک استوانه جدار ضخیم بلند، همگن و همسانگرد در نظر گرفته شده است. توزیع تنش‌های شعاعی و محیطی بر اساس فشار کمینه و بیشینه خون محاسبه گردیده است. تغییرات قطر سرخ‌رگ تحت اثر فشار داخلی محاسبه شده است که در مقایسه با نتایج تجربی مطابقت خوبی را نشان می دهد. نمودار‌های توزیع تنش بر حسب شعاع رسم شده است و بیانگر این موضوع است که لایه‌های داخلی سرخ‌رگ‌ها نسبت به لایه‌های خارجی، سهم بسیار بیشتری در تحمل تنش‌ها دارند. هم‌چنین محاسبه ثوابت الاستیک برای سرخ‌رگ‌های افراد در سنین مختلف نشان می‌دهد که با افزایش سن، سرخ‌رگ‌ها سخت‌تر شده و قابلیت انعطاف‌پذیری آن‌ها کاهش می یابد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3909-fa.pdf 2015-11-21 153 158 الاستیسیته غیرخطی تغییرشکل‌های بزرگ سرخ‌رگ تست تنش دومحوره Mechanical Behavior of Human Arteries in Large Deformation Using Non-Linear Elasticity Theory Mechanical behavior of live cells and tissues is non-linear and their deformations are large. Using a suitable mechanical model that could predicts this behavior, is an important step in the prevention and treatment of various diseases and the production of artificial tissues. In this paper, using the non-linear elasticity theory and non-linear Mooney-Rivlin model, mechanical analysis of human arteries has been studied under internal pressure and axial tension. In the first By using the experimental study was conducted of biaxial test, the elastic constants of the arteries are calculated. For modeling, the arteries are considered as long homogeneous and isotropic cylinders. Radial and circumferential stress distribution on the minimum and maximum blood pressure is calculated. Variation of artery radius due to internal pressure is calculated and compared with the reported experimental data, and a good agreement is seen. The stress distribution curves versus radius are plotted which show that the inner layers of the arteries have much greater role in stress distribution than the outer layers. The elastic constants which are calculated for different ages show that the arteries of older people become stiffer and their flexibility decrease. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3909-en.pdf 2015-11-21 153 158 Non-Linear Elasticity large deformation Artery Biaxial Test Alireza Saidi 1 AUTHOR Amin Safi Jahanshahi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بهبود جوشش استخری با ایجاد میکرو/نانوساختارهای متخلخل الکترونشست شده روی سطح مس جوشش، روش انتقال حرارت مؤثر و کارآمدی می‌باشد که در زندگی روزمره و صنعت کاربرد دارد. تغییر ساختار شیمیایی و فیزیکی سطح گرم مانند ایجاد تخلخل به منظور بهبود فرآیند جوشش از موضوعات موردتوجه در دهه اخیر می باشد. در این مقاله، سطوح میکرو/نانوساختار متخلخل فلزی به منظور بهبود انتقال حرارت جوششی بر روی سطح فلز مس به روش‌ الکترونشست یک و دو مرحله‌ای ساخته می‌شود. به منظور شناسایی ساختار، تصاویر در مقیاس‌های میکرو و نانو از سطح گرفته شده و خواص سطح مانند تخلخل و زبری اندازه گیری می‌شود. در مرحله بعد، تاثیر این ساختارها بر میزان بهبود انتقال حرارت جوششی به صورت آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده و منحنی انتقال حرارت جوششی که شار حرارتی بر حسب سوپرهیت دیواره را نشان می‌دهد، برای سطوح دومرحله‌ای که از لحاظ مکانیکی پایدارتر هستند، با سیال آب استخراج می‌گردد. مقایسه نتایج منحنی های جوشش سطوح بهبودیافته با سطح صاف و نتایج سایر محققین، میزان افزایش ضریب انتقال حرارت و شار حرارتی بحرانی را نشان می دهد. همچنین مقایسه تغییر زمان فرآیند الکترودپوزیشن در ساختارهای حاصله نشان می‌دهد افزایش تخلخل و مویینگی و استحکام در ساختار با زمان کمتر(30 ثانیه‌ای)، باعث بهبود بیشتر فرآیند جوشش هسته‌ای می‌گردد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1193-fa.pdf 2015-11-21 159 167 جوشش هسته ای استخری میکرو/نانوساختار الکترونشست سطح مس Pool boiling enhancement by electrodeposited porous micro/nanostructured on copper surface Boiling is a remarkably efficient heat transfer method and is commonly used in daily life and industrial applications. Changing the physical and chemical structure of hot surface in some methods as making a porosity in a manner of enhancing boiling process is an interesting topic in recent decay. In this paper, porous metal micro/nano structural surfaces is produced in order to augmentation of boiling heat transfer on copper surface by the one- and two-stage electrodeposition method. The pictures in micro and nanoscale are captured to identification of structure and surface characteristics as porosity and capillarity are estimated. Next, the effects of structures in enhancing the pool boiling are measured experimentally. So then, boiling heat transfer profiles that demonstrate heat flux versus wall superheat, are derived for water fluid. Pool boiling curves of enhanced surfaces is compared with polished surface and results of other researchers to determine the efficiency improvement. Furthermore, comparison the effect of electrodeposition process time on obtained structures shows higher porosity, capillary and strength of structure with lower process time (30 sec) lead to further enhancement of pool boiling. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1193-en.pdf 2015-11-21 159 167 Nucleate pool boiling Micro/nano structure Electrodeposition Copper surface Amir Mirza Gheitaghy 1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology AUTHOR Hamid Saffari 2 Associate Prof., Head of Department, School of Mechanical Engineering/ Iran University of Science and Technology AUTHOR Jafar Salehi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی عددی و مقایسه جذب نانوذرات مغناطیسی در بافت سالم و سرطانی تحت تاثیر میدان مغناطیسی غیر یکنواخت پیشرفت‌های اخیر در کاربرد نانوذرات مغناطیسی، آن‌ها را به گزینه‌های خوبی برای حمل هدایت‌شده و کنترل شده دارو‌ها خصوصا در درمان سرطان تبدیل کرده است. بنابراین بررسی حرکت آن‌ها در رگ و بافت دارای اهمیت است. هدف از این پژوهش بررسی حرکت و نفوذ نانوذرات مغناطیسی داخل رگ و بافت سالم و سرطانی اطراف آن در دو حالت اعمال و عدم اعمال میدان مغناطیسی خارجی است. به این منظور یک کد محاسباتی برای حل معادلات کوپل شده پیوستگی، ممنتوم و غلظت تحت تاثیر میدان مغناطیسی خارجی توسعه داده شده است. در این مطالعه رگ به صورت یک کانال دو بعدی و خون به صورت یک سیال غیر نیوتنی که ویسکوزیته آن از قانون توانی پیروی می‌کند فرض شده‌اند. نتایج نشان‌دهنده آن است که جذب نانوذرات در بافت سرطانی بدون اعمال میدان مغناطیسی پایین است در حالی که با به کارگیری میدان مغناطیسی مقدار جذب نانوذرات در بافت سرطانی چندین برابر خواهد شد. هم‌چنین نتایج کاهش چندین برابری نسبت جذب نانوذرات در بافت سالم به جذب آن‌ها در بافت سرطانی با اعمال میدان مغناطیسی خارجی را نشان دادند. از این رو می‌توان انتظار داشت با به کارگیری میدان مغناطیسی خارجی تاثیر درمان افزایش و اثرات سوء جانبی درمان کاهش یابد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3721-fa.pdf 2015-11-21 168 174 نانوذرات میدان مغناطیسی خون بافت سرطان Numerical Investigation of Magnetic Nanoparticles Absorption in Healthy and Cancerous Tissue under the Influence of Non-Uniform Magnetic Field Recent development in applications of magnetic nanoparticles makes them a good candidate as drug carriers especially for tumor treatment. Therefore it is important to analyze the behavior of magnetic nanoparticles in the blood vessel and tissue. The purpose of the current study is to investigate the magnetic nanoparticles movement and absorption in blood vessel and healthy and cancerous tissue under the influence of non-uniform external magnetic field. An in house finite volume based code is developed and utilized to solve the coupled governing nonlinear differential equations, mass, momentum and concentration under the influence of non-uniform external magnetic field. The 2D cannel is considered as geometry of vessel and blood is assumed to be non-Newtonian. The power law equation is used for blood viscosity. Results show the absorption of magnetic nanoparticles is low in cancerous tissue without of magnetic field, but by applying magnetic field absorption of them multiplied. Also, ratio of magnetic nanoparticles absorption in healthy tissue to cancerous tissue decrease sorely by applying magnetic field. Therefore, treatment is more effective and has fewer side effects by applying magnetic field. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3721-en.pdf 2015-11-21 168 174 nanoparticles Magnetic Field Blood tissue Cancer Azadeh Shahidian 1 AUTHOR Seyed Mohammad Ali Nemati 2 AUTHOR Majid Ghasemi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مطالعه میکروسختی و لایه سفید در فرزکاری فولاد سخت با استفاده از روش طراحی آزمایش رویه پاسخ فولادهای سخت با دارا بودن استحکام و مقاومت سایشی بالا، کاربرد گسترده‌ای در صنعت خودروسازی، قالب‌سازی و ساخت سرمته‌های حفاری دارند. ماشینکاری این مواد در حالت سخت‌کاری شده با هدف دستیابی به دقت ابعادی و هندسی بالا، افزایش تولیدپذیری و بهبود خواص قطعه‌کار رو به گسترش است. در این پژوهش، رابطه بین پارامترهای برش و کیفیت سطح نهایی در فرزکاری سخت قطعه‌کاری از جنس فولاد ۴۳۴۰ و در حضور روان‌کاری با حداقل سیال برشی بررسی گردیده است. پارامترهای سرعت برشی، نرخ پیشروی، عمق برش محوری و شعاعی، به عنوان پارامترهای اصلی فرآیند فرزکاری سخت در سه سطح درنظرگرفته شدند و با استفاده از روش طراحی آزمایش رویه پاسخ، اثر این پارامترها روی میکروسختی سطح و ضخامت لایه سفید بررسی گردید. تحلیل واریانس نشان داد که مدل درجه 2 برای تخمین میکروسختی سطح به خوبی می‌تواند نتایج تجربی را تخمین بزند درحالی‌که مدل خطی تغییرات ضخامت لایه سفید را بهتر برآورد می‌کرد. تحلیل آماری نیز مشخص نمود که تمامی پارامترهای برش اثر افزاینده‌ای روی اندازه میکروسختی و ضخامت لایه سفید داشتند. نرخ پیشروی با 1/73%، سرعت برشی با 4/14% سهم تأثیر بالاتری را روی میکروسختی به خود اختصاص دادند. ضخامت لایه سفید نیز با تغییر شرایط برش بین 6/7 تا 1/16 میکرومتر تغییر می‌کرد و سرعت برشی با سهم 3/81% و نرخ پیشروی با سهم 4/9%، موثرترین پارامترهای روی ضخامت آن لایه بودند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6057-fa.pdf 2015-11-21 175 182 فولاد سخت میکروسختی لایه سفید سطوح پاسخ Investigation of Microhardness and White Layer in Milling of Hardened Steel Using Response Surface Methodology Hard steels are widely used in automotive industry, molding and production of well drilling bits because of its high wear resistance and strength. The tendency to hard machine of these steels is growing in order to achieve high dimensional and geometrical accuracy, increased productivity and improved workpiece properties. In this research, relation between cutting parameters and final surface integrity in hard milling process of a workpiece made out of 4340 steel while using minimum quantity lubrication system is studied. Different parameters were considered in three levels as main milling parameters including: cutting speed, feed rate, axial and radial depth of cut and consequently the effect of these parameters on surface microhardness and white layer thickness were studied using Response Surface Methodology (RSM). The analysis of variance (ANOVA) showed that a model of quadratic polynomial function would work perfectly in order to estimate microhardness and it can also estimate experimental results while a linear model can evaluate white layer thickness changes, better. Also, Statistical analysis revealed that all cutting parameters increase microhardness and white layer thickness. Feed rate with 73.1% and cutting speed with 14.4% had more effect on microhardness comparatively. White layer thickness also varied between 7.6 μm to 16.1 μm while different cutting conditions were applied and cutting speed with 81.3% and feed rate with 9.4% had the most effects on white layer thickness. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6057-en.pdf 2015-11-21 175 182 Hard Steel Microhardness White Layer Response surface Hamed Hassanpour 1 tarbiat modares university, mechanical engineering AUTHOR Mohammad Hossein Sadeghi 2 AUTHOR Amir Rasti 3 tarbiat modares university AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تأثیر جریان جوشکاری بر ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش رسوب سخت‌پوشانی بر روی فولاد کربنی قطعات مهندسی در حین کار در معرض پدیده‌های مخربی نظیر سایش قرار دارند که در نتیجه ممکن است دچار تخریب گردند. لذا برای محافظت از آنها و کاهش هزینه‌های ناشی از تعویض قطعات معیوب و افزایش بهره‌وری، استفاده از جوشکاری به عنوان یکی از راه‌های ایجاد پوشش مقاوم به سایش بر روی قطعات، مورد توجه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر تأثیر جریان جوشکاری بر کیفیت روکش نهایی حاصل از جوشکاری با الکترود دستی و با استفاده از الکترود سخت‌پوشانی پایه آهنی بر روی فولاد کربنی، مورد ارزیابی قرار گرفته است. ترکیب شیمیایی روکش جوشکاری با استفاده از روش کوانتومتری مورد ارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ‌های‌ نوری و الکترون روبشی و آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو اشعه X و آزمون‌ پراش پرتو X جهت مطالعه ریزساختار و بررسی فازهای تشکیل شده در روکش و از آزمون‌های ریزسختی سنجی و سایش پین بر دیسک جهت بررسی سختی و مقاومت به سایش روکش نهایی استفاده گردید. نتایج متالوگرافی و پراش پرتو X نشان دهنده حضور فازهای مارتنزیت و آستنیت باقیمانده در ساختار روکش نهایی است. آنالیز ترکیب شیمیایی، ریزسختی سنجی و سایش نشان داد با افزایش شدت جریان، رقت جوش افزایش یافته و لذا عناصر آلیاژی تأثیر گذار بر سختی و مقاومت به سایش در رسوب جوش کاهش یافته در نتیجه سختی و مقاومت به سایش اندکی کاهش می‌یابد. بررسی سطوح ساییده شده نیز نشانگر آن است که مکانیزم سایش روکش نهایی از نوع سایش خراشان میباشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7055-fa.pdf 2015-11-28 183 188 سخت‌پوشانی جوشکاری ریز ساختار ریزسختی مقاومت سایشی Effect of welding current on microstructure, hardness and wear resistance of hardfacing deposit on carbon steel Engineering components during service are exposed to destructive phenomena such as wear which may lead to their destruction. For their protection and reduction of costs of replacement of these defective components and also increasing productivity, attention is given to welding processes for depositing a wear-resistant layer on the components. In this research, the effect of welding current on last layer weld quality deposited on carbon steel by shielded metal arc welding process using Fe-based hardfacing electrodes is investigated. The chemical composition of the weld deposit layers was studied by quantometery. Optical and scanning electron microscopes, energy dispersive X-ray fluorescence and X-ray diffraction were used for microstructural studies. Microhardness and pin on disk wear tests were also employed for microhardness and wear resistance evaluations. The metallography and X-ray diffraction results show presence of martensite and retained austenite in the microstructure of the last deposited weld layer. The results of chemical analysis and microhardness and wear-resistant tests show that increasing the current increases weld dilution which leads to reduction of alloying elements affecting hardness and wear resistance of the weld deposit and hence these properties decrease slightly. Evaluation of the worn surfaces shows that the wear mechanism on the last deposited layer is of abrasive wear type. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7055-en.pdf 2015-11-28 183 188 Hardfacing Welding Microstructure Microhardness Wear Resistance Majid Mohamadi Ziarani 1 AUTHOR Nasrallah Bani Mostafa Arab 2 AUTHOR Hassan Jafari 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE کنترل‌کننده‌ی مد لغزشی مرتبه دوم تطبیقی برای سیستم‌ های نامعین غیرخطی دو ورودی-دو خروجی و کاربرد در هلیکوپتر دو درجه آزادی در این مقاله، کنترل‌کننده مد لغزشی مرتبه دوم تطبیقی با سطح لغزشی انتگرالی،کل برای سیستم‌های نامعین غیرخطی دو ورودی – دو خروجی طراحی شده و مقاوم بودن سیستم در حضور عدم قطعیت‌ها و اختلالات خارجی کران‌دار تضمین شده است. هدف طراحی کنترل‌کننده‌ای است که با وجود اثر کوپلینگ در سیستم، پایداری و ردیابی مسیر مطلوب را تضمین نماید. به منظور حصول این هدف، مدل سیستم به دو زیرسیستم تقسیم می‌شود و اثر کوپلینگ موجود بین دو زیر سیستم به عنوان نامعینی مدل در نظر گرفته شده است. روش مد لغزشی با سطح لغزشی تناسبی انتگرالی به کار برده شده در مقایسه با مد لغزشی کلاسیک دارای مزایای بسیاری است و برای سیستم‌هایی که آفست یا خطای حالت ماندگار زیادی دارند کارایی بهتری از خود نشان می‌دهد. برای جلوگیری از پدیده چترینگ، روش‌ مد لغزشی مرتبه دوم پیشنهاد شده است. با استفاده از بهره سوئیچینگ تطبیقی، روش جدیدی ارائه شده که برخلاف روش‌های دیگر در این روش به کران بالای نامعینی‌ها و عدم قطعیت‌های سیستم نیازی نیست و در عین حال بهره سوئیچینگ مطابق با شرایط سیستم، افزایش و کاهش می‌یابد. خاصیت مقاوم بودن سیستم در برابر نامعینی‌ها و اختلالات خارجی اعمال شده به سیستم و پایداری سیستم با دو مرحله استفاده از تابع لیاپانف تضمین می‌گردد. درنهایت روش پیشنهادی جهت کنترل زاویه سمت و ارتفاع هلیکوپتر آزمایشگاهی با دو درجه آزادی اعمال می‌شود. نتایج شبیه‌سازی عملکرد مناسب الگوریتم طراحی شده را با وجود اختلالات خارجی و نامعینی‌های مدل نشان می‌دهد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11372-fa.pdf 2015-11-28 189 199 کنترل غیرخطی مد لغزشی مرتبه دوم سیستم‌های دو ورودی – دو خروجی هلیکوپتر آزمایشگاهی سیستم‌های مکاترونیک Adaptive Second Order Sliding Mode Controller for Two-input Two output Uncertain Nonlinear Systems and Application to a 2-DOF Helicopter Model In this paper, the adaptive second order sliding mode (SOSM) controller is designed for two input - two output (TITO) uncertain nonlinear systems and the robustness properties are ensured in the presence of uncertainties and bounded external disturbances. The objective is to design a controller that ensure stability and path tracking despite the effects of coupling. To this end, the system model is divided into two subsystems, and the coupling effects between such subsystems are considered as uncertainties. The sliding mode approach with PI sliding surface is used to remove the offset and converge the steady state error to zero. To avoid chattering phenomenon, Second order sliding mode method is proposed. Using adaptive switching gain, a new method is presented which unlike other methods, does not require the upper bound of the system uncertainties in the design procedure. Robustness properties against system uncertainties and external disturbances is shown by the Lyapunov stability theorem. Finally, the proposed method is used to control azimuth and elevation angle of as a laboratory helicopter with two degrees of freedom. Simulation results show performance of the algorithm in the presence of perturbations. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11372-en.pdf 2015-11-28 189 199 nonlinear Control SOSM TITO Systems Laboratory helicopter Mechatronic systems Kazem Zare 1 AUTHOR Hamid Reza Koofigar 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE شبیه سازی و آنالیز حساسیت ارتعاشات غیرخطی حرکت های کوپل غلت و عمودی یک شناور امروزه مطالعه رفتار شناور در امواج دریا مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در این مقاله، مدل‌سازی ریاضی حرکت غیرخطی کوپل غلت و حرکت عمودی شناور در امواج دریا تحت تحریک هارمونیک در راستای حرکت عمودی مورد بررسی قرار گرفته است. پس از استخراج معادلات کوپل حاکم بر حرکت شناور، روش مقیاس‌های چندگانه برای حل معادلات غیرخطی به کاربرده شده است. به منظور اعتبار سنجی، پاسخ‌های بدست آمده به روش مقیاس‌های چندگانه با حل عددی معادله مقایسه شده و تطابق خوبی بدست آمده است. از آنجا که حل تحلیلی حرکت شناور در مقیاس‌های بزرگ نیازمند محاسبات زمانبر است، حرکت شناور با یک سیستم مکانیکی معادل شامل جرم-فنر–دمپر و پاندول تحت شرایط مشابه مدل شده است و پارامترهای سیستم معادل استخراج شده است. سپس پاسخ حاصل از معادلات حاکم بر حرکت سیستم معادل با نتایج حل تحلیلی معادله اصلی مقایسه شده است که تطابق خوبی بین آنها دیده می شود. در نهایت آنالیز حساسیت سیستم در حالت تحریک هارمونیک با استفاده از روش موضعی و مشتق جزئی انجام شده و در نهایت نتایج بدست آمده با هم مقایسه شده‌اند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9829-fa.pdf 2015-11-28 200 208 شناور حرکت های کوپل غلت و عمودی روش مقیاس های چندگانه تحریک هارمونیک آنالیز حساسیت Nonlinear vibrations modeling and sensitivity analysis of the coupled roll and heave motions of a ship In recent decades, study of the behavior of ship motion in waves is considered by researchers. In this paper, mathematical modeling of nonlinear coupling of roll and heave modes of a ship under harmonic excitation in heave direction is studied. The method of multiple scales is used to solve nonlinear equations. Equations of motion in harmonic excitation is studied. In order to validate the responses obtained by the method of multiple scales, the response obtained for a sample is compared with the numerical solution of the equation and good agreement is obtained. Analysis ship motion requires time consuming computations in large scaled model. In addition to evalution of nonlinear coupling roll motion with heave in forced vibrations, the motion is modeled with a simple mechanical system includes mass–spring-damper and pendulum under identical conditions and the response of equal system with response of the original system is consistent. Sensitivity analysis was carried out for nonlinear coupling of roll and heave in harmonic excitation with local and partial derivative methods and the results from two methods is compared. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9829-en.pdf 2015-11-28 200 208 Ship Coupled Roll and Heave Motions Method of multiple scales Harmonic Excitation Sensitivity analysis Neda Rahmat 1 AUTHOR Saeed Ebrahimi 2 AUTHOR Abbas Mazidi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE کنترل غیرخطی تحمل خطای پرواز هواپیمای مسافربری در حضور خطا و شکست عملگرهای کنترلی آسیب‌دیدگی عملگرهای کنترلی از عمده دلایل از دست رفتن کنترل هواپیما حین پرواز است. دینامیک هواپیما به شدت تحت تأثیر خطا و شکست اجزای سیستم کنترل پرواز قرار گرفته و در صورت عدم صدور فرمان کنترل اصلاحی توسط کنترلر تحمل خطا، پیامدهای نامطلوبی همچون ناپایداری و کاهش عملکرد سیستم را در پی داشته و سوانح هوایی مرگباری به وقوع خواهد پیوست. این مقاله شامل ارائه‌ یک تکنیک کنترلی تحمل خطا مبتنی بر روش کنترل بهینه غیرخطی با استفاده از معادله‌ی ریکاتی وابسته به حالت است. دو سناریوی خطا و شکست شامل کاهش کارایی الویتور و از مهار خارج شدن ایلرون یک هواپیمای تجاری بزرگ مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد روش بهینه غیرخطی در مقایسه با کنترل بهینه خطی ارزیابی می‌شود. برای نخستین بار است که این تکنیک به عنوان روش کنترلی تحمل خطای پرواز در سطح تحقیقات داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی‌ها، اثربخشی رویکرد غیرخطی پیشنهادی را در بازیابی پایداری و حفظ مسیر پروازی به اثبات می‌رساند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7177-fa.pdf 2015-11-30 209 220 کنترل تحمل خطا کنترل بهینه غیرخطی معادله ریکاتی وابسته به حالت خطای عملگر شکست عملگر Nonlinear fault-tolerant flight control for a transport aircraft in presence of actuators fault and failure Aircraft actuator damage is one of the main causes of the loss of control during the flight. The Aircraft dynamic are severely affected by the faults and failures and if the corrective command signals are not supplied immediately, damages will lead aircraft to catastrophic consequences such as instability and system performance degradation and deadly plane crashes will be occurred. This paper presents a fault-tolerant control technique based on nonlinear optimal control method using State-Dependent Riccati Equation. Two fault and failure scenarios including loss of elevator effectiveness and aileron hard-over for a large transport aircraft is considered and the performance of State-Dependent Riccati Equation method is evaluated in comparison with its linear counterpart (Linear Quadratic Regulator). For the first time this technique as a fault-tolerant flight control method has used in the internal investigations. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed nonlinear approach in restoring stability and maintaining the flight path. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7177-en.pdf 2015-11-30 209 220 Fault-tolerant control nonlinear optimal control State-Dependent Riccati equation Actuator fault Actuator failure Mohammad Navabi 1 AUTHOR Parastoo Roozgard 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE طراحی سیستم کنترل مبتنی بر بازخورد موقعیت و تخمین اختلال در تثبیت موقعیت دینامیکی شناورهای دریایی. در این مقاله یک روش جدید طراحی سیستم کنترل مبتنی بر بازخورد سیگنال موقعیت و مشاهده‌گر اختلال برای تثبیت موقعیت دینامیکی شناور‌های دریایی ارائه شده‌است. این سیستم از یک کنترل‌کننده در مسیر مستقیم و یک فیلتر-مشاهده‌گر پیشنهادی در مسیر بازخورد تشکیل شده‌است. ساختار فیلتر-مشاهده‌گر ترکیبی از یک فیلتر شکافدار اصلاح‌شده و یک مشاهده‌گر غیرخطی ‌بوده که به صورت سری به هم متصل شده‌اند. وظیفه فیلتر، تخمین حرکت فرکانس پایین و حذف حرکت فرکانس موج شناور با استفاده از سیگنال موقعیت است. اختلال فرکانس پایین و سرعت شناور توسط مشاهده‌گر غیرخطی و با استفاده از حرکت فرکانس پایین شناور تخمین‌زده می‌شود. مستقل بودن فیلتر از مشاهده‌گر باعث افزایش کیفیت و دقت در تخمین حرکت فرکانس پایین، اختلال و سرعت شناور می‌شود که به نوبه خود باعث افزایش کیفیت عملکرد سیستم کنترل می‌گردد. علاوه بر این، فیلترینگ و تخمین حرکت فرکانس پایین مستقل از مدل‌های شناور و اختلال فرکانس پایین بوده و لذا نسبت به نامعینی‌های مدل مقاوم است. در شبیه‌سازی عددی، اهمیت و تاثیر فیلترینگ موج و تخمین اختلال فرکانس پایین بر کاهش نوسانات سیگنال کنترل بررسی می‌شود که از نقطه نظر کاهش سایش و خرابی محرک‌ها، کاهش مصرف سوخت و مقاوم شدن سیستم کنترل در مقابل اختلال‌های محیطی بر روی یک شناور سطحی اهمیت دارد. علاوه بر این، عملکرد سیستم کنترل پیشنهادی با عملکرد روش متداول مقایسه شده و صحت و برتری عملکرد آن نشان‌داده می‌شود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9679-fa.pdf 2015-11-30 221 231 کنترل مبتنی بر خروجی تثبیت موقعیت دینامیکی فیلترکردن موج تخمین حالت شناورهای دریایی Control System Design Based on Position Feedback and Disturbance Estimation in Dynamic Positioning of Marine Vessels This paper presents a new approch in the design of output feedback control system based on disturbance observer for dynamic positioning vessels. The proposed control system includes a controller and a structure of a modified notch filter and a nonlinear observer. The filter is used for estimating low-frequency motions and removing the wave-frequency motions by using vessel position mesurement. The low-frequency disturbances and vessel-velocites are estimated in nonliner observer using the low-frequency vessel motion. In this structre, wave filtering and low-frequency motion estimation are independent from the estimation of low-frequency disturbances and vessel velocities. It causes to incease the accuracy of filtering and estimation which results in desirable performance of control system. Also, filtering is independent of the vessel and low frequency disturbances models, and therefore it is not affected by modeling uncertainty. The effect of wave filtering and low-frequency disturbances estimation in DP control system from the point of reducing control signal flactutions were evaluated with numerical simulation. This is important in view of reduction of wear and tear in propaltion system and fuel consumption in a surface vessel. Futhermore, simulation results show that the proposed method has better performances in comparision with conventional method. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9679-en.pdf 2015-11-30 221 231 Output feedback control Dynamic positioning Wave filtering State Estimation Marine Mehdi Loueipour 1 PhD Student / Isfahan University of Technology AUTHOR Mohammad Danesh 2 AUTHOR Mehdi Keshmiri 3 Faculty / Isfahan University of Technology AUTHOR Mohsen Mojiri 4 Faculty / Isfahan University of Technology AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE شبیه سازی عملکرد حرارتی سیستم پمپ حرارتی خورشیدی انبساط مستقیم جهت گرمایش آب در شرایط اقلیمی شهر کرمانشاه سیستم های پمپ حرارتی خورشیدی انبساط مستقیم، امروزه به صورت گسترده جهت گرمایش آب مصرفی ساختمان ها و مراکز صنعتی، گرمایش فضاهای خانگی و صنعتی و همچنین در صنعت تهویه مطبوع، مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستم ها عمل انتقال انرژی از منبع با دمای کمتر به منبع با دمای بیشتر را انجام می‌دهند. در سیستم پمپ حرارتی خورشیدی انبساط مستقیم، به منظور انتقال بهینه ی گرمای ناشی از تابش خورشیدی به مبرد، از کلکتور خورشیدی صفحه تخت به عنوان تبخیرکننده استفاده می شود. در این مقاله، با استفاده از شبیه سازی عددی، عملکرد حرارتی یک پمپ حرارتی خورشیدی انبساط مستقیم به منظور گرمایش آب خانگی یک منزل مسکونی در شهرکرمانشاه، مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم شامل یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت با مساحت 4 مترمربع، یک تانک ذخیره آب گرم به حجم 150 لیتر، یک کمپرسور چرخشی نوع هرمتیک و یک شیرانبساط ترموستاتیکی بوده و سیال عامل مورد استفاده در سیستم، مبرد R134a می باشد. نتایج نشان میدهد که در شرایط آب و هوایی شهر کرمانشاه، تعداد ساعات کارکرد سیستم در طول ماه های مختلف بین 37 تا 130 ساعت متغیر بوده و همچنین میانگین ماهانه ضریب عملکرد گرمایی سیستم و بازده کلکتور خورشیدی به ترتیب بین مقادیر 96/3 تا 71/6 و 68 تا 99 درصد متغیر میباشد. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف از جمله تابش خورشیدی، دمای محیط، مساحت سطح کلکتور، سرعت کمپرسور، تعداد پوشش کلکتور و سرعت باد نیز بر عملکرد حرارتی این سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10804-fa.pdf 2015-11-30 232 242 پمپ حرارتی کلکتور خورشیدی کمپرسور ضریب عملکرد گرمایی تابش خورشیدی Simulation Study on the Thermal Performance of a direct-expansion solar-assisted heat pump for water heating in Kermanshah climate Direct-expansion solar-assisted heat pumps (DX-SAHP) have been used widely to heat the consuming water of buildings and industrial facilities, domestic and industrial space heating and also, air conditioning. These systems transfer energy from lower temperature source to a higher temperature source. In DX-SAHP systems, In order to optimize the heat transfer of solar radiation to the refrigerant, the flat plate solar collector is used as the evaporator. In this paper, the thermal performance of a DX-SAHP has been studied using numerical simulation for heating the water of a house in Kermanshah. The system mainly employs a bare flat-plate solar collector with a surface area of 4 m2, a hot water tank with the volume of 150 L, a rotary-type hermetic compressor, a thermostatic expansion valve and R-134a is also used as working fluid in the system. The results show that the hours of system operation, during different months in the climate of Kermanshah, vary between 37 to 130 hours and the monthly average COP and the solar collector efficiency vary between 3.96 to 6.71 and 68 to 99 percent respectively. The effect of various parameters, including solar radiation, ambient temperature, collector area, compressor speed, number of collector cover and wind speed have been analyzed on the thermal performance of the system. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10804-en.pdf 2015-11-30 232 242 Heat pump Solar Collector Compressor Coefficient of thermal performance Solar radiation Habibollah Safarzarzadeh 1 AUTHOR Sobhan Fathollahi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر صفحات همسانگرد حاوی گشودگی‌های چندضلعی منتظم با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات یکی از نگرانی‌های طرّاحان، شکست سازه‌ها در نتیجه‌ی تمرکز تنش در ناپیوستگی‌های هندسی است. ضریب تمرکز تنش در اثر وجود گشودگی، پارامتری کلیدی در کاهش ظرفیت تحمل بار سازه است. در تحلیل صفحات همسانگرد حاوی گشودگی، هندسه‌ی گشودگی، شعاع انحنای گوشه‌ی گشودگی، جهت‌گیری(زاویه‌‌ی چرخش) گشودگی و زاویه‌ی بار از جمله پارامترهای تأثیرگذار بر میزان تمرکز تنش در اطراف گشودگی می‌باشند. لذا در این تحقیق سعی شده است تا با استفاده از روش الگوریتم اجتماع ذرات، پارامتر‌های بهینه جهت دستیابی به کمترین مقدار تنش در اطراف گشودگی‌های چندضلعی در صفحات همسانگرد تحت کشش تک محوره معرفی شود. در مطالعه‌ی حاضر، از روشی تحلیلی برای محاسبه‌ی تنش در اطراف گشودگی‌های مختلف استفاده شده است. مطابق این روش با استفاده از نگاشت همنوا روش متغیّر مختلط موسخلیشیولی که فقط برای گشودگی‌های دایروی و بیضوی بود، به سایر گشودگی‌ها تعمیم داده شده است. نتایج ارائه شده در این باره نشان می‌دهد که با انتخاب شکل مناسب گشودگی و انتخاب پارامترهای بهینه‌ی آن می‌توان ضریب تمرکز تنش صفحات دارای گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد و حتی در مواردی به ضریب تمرکز تنشی کمتر از تمرکز تنش ناشی از گشودگی دایره‌ای دست یافت. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6033-fa.pdf 2015-11-30 243 253 صفحات همسانگرد الگوریتم اجتماع ذرات گشودگی چند ضلعی حل تحلیلی Optimization of effective parameters on isotropic plates with regular polygonal cutouts using particle swarm Algorithm One of the designers concerns is structural failure as a result of stress concentration in the geometrical discontinuities. Stress concentration factor in the presence of cutout, is a key parameter in reducing the structural load-bearing capacity. In the analysis of perforated isotropic plates, the effective parameters on stress distribution around cutouts are the cutout geometry, curvature radius of cutout corner, rotation angle of cutout and load angle. In this study, using PSO method it has been tried to introduce the optimum parameters to achieve the minimum amount of stress around the n-sided cutouts in isotropic plates under uniaxial tension. In this paper, an analytical method has been used to calculate the stress around cutouts with different shapes. According to this method, by using the conformal mapping, Muskhelishvili’s complex variable method which is only for circular and elliptical cutouts, has been developed for the other cutouts. The results presented in this case shows that by choosing the appropriate shape of cutout and the optimal effective parameters, stress concentration factor can be significantly reduced and lowest stress concentration factor rather than amount of stress concentration corresponding to circular hole can be achieved. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6033-en.pdf 2015-11-30 243 253 isotropic plates Particle Swarm Algorithm polygonal cutout analytical method Mohammad Jafari 1 AUTHOR Seyed Ahmad Mahmodzadeh Hosseini 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE ارزیابی دقت روش‌های حوزه‌ی زمان شناسایی مودال از نوع چندورودی-چندخروجی در آنالیز مودال آزمایشگاهی و عملیاتی در پژوهش‌هایی که تاکنون در زمینه آنالیز مودال صورت گرفته، توجه کمتری به روش‌های حوزه زمان شده است. همچنین تاکنون روش‌های مربوط به این دسته با یکدیگر مقایسه نشده‌اند. در این پژوهش مقایسه‌ای بین سه روش‌ مطرح چندورودی- چندخروجی در حوزه زمان برای دو حالت آنالیز مودال آزمایشگاهی و عملیاتی صورت گرفته است. بدین ترتیب خواص مودال سازه هم از داده‌های مستقیم پاسخ زمانی ضربه و هم از داده‌های بدست آمده از تابع همبستگی داده‌های زمانی تحریک اتفاقی استخراج شده است. برای انجام این مقایسه‌ها، در دو حالت سیستم گسسته (جرم و فنر) و سیستم پیوسته (تیر) ابتدا پارامترهای موثر در دقت خواص مودال استخراج شده تعیین شده است. همچنین حساسیت هر سه روش مذکور، نسبت به پارامترهای موثر سنجیده شده است به طوری به ازای چند مقدار مختلف از هر کدام از پارامترها، دقت جواب‌های به دست آمده برای سیستم گسسته مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان مقایسه‌ای بین نتایج بدست‌ آمده صورت گرفته و کارایی هر کدام از روش‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست‌ آمده بیانگر آنست که یکی از روش‌ها برای هر دو حالت آنالیز مودال آزمایشگاهی و عملیاتی، دقیق‌تر و قابل اعتمادتر است و این روش حساسیت کمتری نسبت به پارامترهای تاثیر گذار دارد. لذا استفاده از این روش برای شناسایی مودال سازه‌ها در فعالیت‌های مهندسی مبتنی بر داده‌های عملیاتی پیشنهاد می‌گردد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3347-fa.pdf 2015-11-30 254 264 داده‌های زمانی تابع همبستگی فرکانس داده‌برداری فرکانس طبیعی ضریب میرایی A Survey on Time Domain MIMO Identification Techniques for Experimental and Operational Modal Analysis A comparison between three different time domain MIMO modal identification techniques i.e. ERA, EITD and PRCE is performed. The comparison is executed for discontinuous (mass and spring) and continuous (beam) systems in two different cases; i. e. experimental and operational modal analysis techniques. For this purpose the modal parameters of the system are measured using both direct time history data of impulse response (EMA) as well as correlation function of random response of the structure (OMA). From the results it is noted that some parameters like sampling frequency and total recording time have effect on their accuracy. Sensitivities of the results due to these parameters are measured and reported for all three considered methods. For this purpose the effecting parameters are altered between a couple of values and the sensitivity of the results is studied for all methods in both EMA and OMA cases. Finally, a comparison between the results of different methods is done and the accuracy of the methods is studied. It is concluded that ERA is the most accurate and reliable method with the least sensitivity to effecting parameters in both EMA and OMA cases. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3347-en.pdf 2015-11-30 254 264 Time history data correlation function sampling frequency Natural Frequency damping coefficient Seyed Ali Hosseini Kordkheili 1 AUTHOR Sajjad Hajirezaie 2 AUTHOR Seyed Hassan Momeni Massuleh 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی همگرایی درروش آیزوژئومتریک در قالب مسئله‌ی الاستیک آزمون فشار قطری با تکینگی حاصل بار نقطه‌ای با غنی‌سازیِ h و p و ترکیب آن‌ها درروش آیزوژئومتریک با امکان انتخاب پیوستگی‌های مختلفی که این روش در اختیار می‌گذارد، همگرایی و خطای انتخاب توابع شکل با درجات و پیوستگی‌های مختلف بررسی شد. این کار در قالب تحلیل عددی یک مسئله‌ی واقعی و پرکاربرد به نام آزمون فشار قطری انجام شد. نکته‌ی مثبت این مسئله دایره‌ای بودن هندسه‌ی مسئله بود، زیرا که روش آیزوژئومتریک با استفاده از توابع شکل نربز توانایی بالقوه‌ای را در اختیار طراح قرار می‌دهد تا با استفاده از کمترین تعداد المان، هندسه‌ی دقیق دایره‌ای مسئله را تولید کند. بارگذاری نقطه‌ای شرایط تکینگی را به مسئله وارد کرد. غنی‌سازی به‌صورت یکنواخت انجام شد تا پارامترهای تأثیرگذار به نوع توابع شکل ، درجه و پیوستگی آن‌ها محدود شود. با استفاده از غنی‌سازی‌های مختلف و افزایش درجات آزادی میزان همگرایی جواب تقریبی به جواب دقیقِ حاصل از تئوری الاستیسیته تحت بررسی قرار گرفت. دیده شد که خطا درروش آیزوژئومتریک و در حضور تکینگی مذکور لزوماً با افزایش درجه‌ی توابع شکل کاهش نمی‌یابد بلکه میزان پیوستگی عامل تعیین‌کننده‌ی دیگری در مقدار خطا است. همچنین دیده شد که نرخ همگرایی در حضور تکینگی برای تمامی درجات توابع شکل نربز و لاگرانژی و تمام پیوستگی‌ها به یک مقدار همگرا می‌شود. درروند غنی‌سازی در ابتدا حداقل تعداد المان و درجات آزادی استفاده شد تا تحلیل و بررسی مسئله قابل‌فهم و ملموس باشد. سپس در مراحل بعدی با روش‌های h و p و ترکیب آن‌ها غنی‌سازی صورت گرفت. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6049-fa.pdf 2015-11-30 265 271 آیزوژئومتریک آزمون فشار قطری تکینگی همگرایی Study of convergence in Isogeometric method in the framework of “Diametral Compression Test” elasticity problem with point load singularity Applying and combining h and p refinement techniques in isogeometric method with the possibility of continuity elevation that this method provides, convergence and error of using different kinds of shape functions with different orders and continuities is investigated. It is done in a numerical analysis framework of a practical and well known problem called “Diametral Compression Test”. The advantage of this case is its circular geometry, since IGA provides designers with high potency of the possibility of using minimum elements to make the exact circular geometry. The point load inserts singularity to the problem. The refinement is utilized uniformly as the effective parameters are limited to the kind, order and continuity of shape functions. With different refinement techniques the convergence of approximated solution to the exact solution of linear elasticity is examined. It is concluded that with the singularity that mentioned, the error in IGA is not necessarily reduced with raise in order, more precisely the level of continuity is another important issue to determine error raise. It is also seen that in the presence of point load singularity the rate of error converges to the same value for all degrees of NURBS and lagrangian shape functions with any continuity. At the beginning of refinement process the minimum number of elements is used to make the process clearer to understand. In next steps h and p techniques and their combination is used to refine the model. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6049-en.pdf 2015-11-30 265 271 Isogeometric Diametrical Compression Test singularity Convergence Behrooz Hassani 1 Professor/Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University AUTHOR Emad Bidkhori 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE فرمول‌بندی اجزای محدود برای تحلیل استاتیکی غیرخطی ورق‌های اورتوتروپ با استفاده ازتئوری ورق اصلاح شده دو متغیره در این مقاله به ارائه فرمول‌بندی اجزای محدود برای تحلیل خمش غیرخطی ورق‌های ایزوتروپ و ارتوتروپ براساس تئوری دومتغیره اصلاح شده پرداخته شده است. تئوری دو متغیره اصلاح شده یک تئوری برشی مرتبه بالا بوده که قابلیت مناسبی در تحلیل ورق‌های نازک و ضخیم دارد. این تئوری اثرات برش خارج از صفحه در امتداد ضخامت را به صورت سهمی پیش‌بینی می‌کند بنابراین در این تئوری شرایط سطوح بدون تنش ارضا می‌شود و نیازی به ضریب اصلاح برش نیست. اثر ترم‌های غیرخطی فون- کارمن در روابط کرنش- جابجایی لحاظ شده و از اصل همیلتون جهت بدست آوردن معادله حاکمه استفاده شده است. پس از تشکیل شکل ضعیف معادلات حاکمه، به منظور گسسته‌سازی دامنه‌ی مساله، یک المان مستطیلی چهار گره‌ای طراحی گردیده است که دارای 6 درجه آزادی در هر گره می‌باشد. به منظور حل معادلات حاکمه کوپل و غیرخطی از روش نیوتن- رافسون استفاده شده است. فرمول بندی اجزای محدود ارائه شده در قالب یک کد در نرم افزار متلب تدوین شده است که این کد قابلیت تحلیل ورق‌های نازک و ضخیم ایزوتروپ و ارتوتروپ تحت شرایط تکیه‌گاهی مختلف را دارد. به منظور بررسی روش پیشنهادی و کد تدوین شده، چند مساله شناخته شده حل شده است و نتایج بدست آمده حاکی از صحت روابط و کارآیی کد دارد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-8057-fa.pdf 2015-11-30 272 278 روش اجزای محدود خمش غیرخطی تئوری دو متغیره اصلاح شده ورق‌ ضخیم روش نیوتن- رافسون Finite element formulation for non-linear static analysis of orthotropic plates using two-variable refined plate theory A finite element formulation for bending analysis of isotropic and orthotropic plates based on two-variable refined plate theory is developed in this paper. The two-variable refined plate theory which can be used for both thin and thick plates predicts parabolic variation of transverse shear stresses across the plate thickness and therefore, it does not need shear correction factor in the formulation and the zero stress conditions are satisfied on free surfaces. The von-Karman nonlinear terms are considered in strain-displacement equations and governing equations are derived using the Hamilton's principle. After constructing weak form equations, a new 4-node rectangular plate element with six degrees of freedom at each node is used for discretization of the domain. The non-linear coupled governing equations are solved by Newton–Raphson method. The finite element code is written in MATLAB which can be used for analysis of thin and thick, isotropic and orthotropic plates with various boundary conditions. Some benchmark problems are solved by the developed code and the obtained displacements and stresses are compared with the existing results in the literature which show the accuracy and efficiency of presented finite element formulation. http://mme.modares.ac.ir/article-1-8057-en.pdf 2015-11-30 272 278 finite element method Non-linear bending Two-Variable Refined Plate Theory Thick Plate Newton–Raphson Method Seyed Jafar Rouzegar 1 AUTHOR Seyed Mohammad Sayedain 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE ارائه یک مدل مفهومی برای تحلیل رفتار دینامیکی سرشاسی خودرو در مرحله اولیه طراحی امروزه در صنعت خودرو سازی از محاسبات مهندسی به کمک رایانه(CAE) برای بهبود عملکرد نویز و ارتعاشات خودرو استفاده بسیار زیادی می‌شود. پیچیدگی بسیار زیاد بدنه خودرو، باعث می‌گردد مدل‌های محاسبات مهندسی به کمک رایانه بسیار پیچیده شده و این امر بهینه‌سازی مدل پیشرفته را بسیار دشوار می‌نماید. مدل‌سازی مفهومی می‌تواند جایگزین بسیار مناسبی جهت پوشش دادن به محدودیت‌های ذکر شده باشد. با کمک مدل مفهومی می‌توان خصوصیات دینامیکی سازه خودرو شامل فرکانس‌های طبیعی و شکل مودها را در مرحله اولیه طراحی و با حجم محاسبات بسیار کم مورد مطالعه قرار داد. بدین منظور یک مدل مفهومی توسعه داده شده برای سازه سرشاسی مدنظر ارائه شد. مدل مفهومی توسعه داده شده با استفاده از تیرهای معادل برای اعضاء تیرمانند در سازه و پنل‌های اصلی، ساخته شده است. هم‌چنین قابلیت اطمینان مدل‌ ساخته شده به کمک نتایج تحلیل دینامیکی مدل المان محدود پیشرفته و همچنین آزمایش‌های تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. دو معیار مقایسه‌ای فرکانس-های طبیعی و شکل مودهای متناظر برای اعتبارسنجی استفاده شده است. نتایج حاصله حاکی از همبستگی نتایج مدلسازی و آزمایش تجربی در محدوده فرکانس‌های پایین دارد. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که مدل‌سازی مفهومی توسعه داده شده در این پژوهش ابزاری بسیار قوی و موثر برای شناسایی و بهبود مشخصات دینامیکی اصلی سازه خودرو در مرحله اولیه طراحی می‌باشد.. http://mme.modares.ac.ir/article-1-495-fa.pdf 2015-11-30 279 286 مدل‌سازی مفهومی مدل پیشرفته فرکانس طبیعی و شکل مود آنالیز تجربی بهبود مشخصات دینامیکی A conceptual model for the dynamical analysis of vehicle wheelhouse in the early stage of design Nowadays the Computer Aided Engineering (CAE) technique is widely used for improving Noise Vibration Harshness (NVH) performance of vehicles. High complexities in the Body In White (BIW) of vehicles lead the developed CAE models to become complex by which the optimization process will become very hard. Concept modeling could be a suitable replacement to overcome the mentioned limitations. Dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes could be studied in the early phase of design with very low amount of calculations with the concept model. For this purpose, a developed concept model has been presented for the wheelhouse. The developed concept model uses approximated equivalent beam elements to model the beam like and panels of the structures. Also, the experimental test and numerical model have been utilized for the validation of the developed concept model. Two criteria of natural frequencies and corresponding mode shapes have been considered as the measure of validation. The results showed good correlation with corresponding advanced CAE models as well as experimental tests in low frequency range. The results showed that the developed concept model in this research is a powerful and effective tool to enhance and optimize the NVH performance of the vehicle in the early stage of design. http://mme.modares.ac.ir/article-1-495-en.pdf 2015-11-30 279 286 Concept Model Advanced Model Natural Frequency and Mode Shape Experimental analysis Enhance NVH Performance Omid Zargar 1 AUTHOR Abolfazl Masoumi 2 AUTHOR Mohammad Reza Ashoori 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تغییر ضریب اصطکاک و تنش در پدیده‌ی خستگی مالشی به کمک دستگاه جدید طراحی شده در مقاله‌ی حاضر به بررسی تغییر ضریب اصطکاک که یکی از پارامترهای اصلی و مهم در پدیده‌ی خستگی مالشی می‌باشد، پرداخته شده است. اندازه‌گیری ضریب اصطکاک به کمک دستگاه طراحی شده انجام گرفته است. مزیت استفاده از دستگاه طراحی شده این می‌باشد که دقت آن در اندازه‌گیری فشار تماسی و نیروی اصطکاکی و در نتیجه ضریب اصطکاک با حداقل خطا انجام می‌شود. آلیاژ مورد استفاده در این تست، آلیاژ آلومینیم 3T -2024 Al می‌باشد که یکی از آلیاژهای پرکاربرد در سازه‌های هوا فضایی است. در این پژوهش ضریب اصطکاک به صورت پارامتری که تابعی از بارهای عمودی و بارهای محوری سیکلی می‌باشد، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نکته‌ی مهم دیگر در انجام تست‌ها، تغییر تنش اصطکاکی در بارهای عمودی و بارهای محوری متفاوت می‌باشد که بررسی گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که با افزایش بار عمودی، ضریب اصطکاک کاهش یافته است اما تنش اصطکاکی افزایش می‌یابد. تغییر تنش اصطکاکی پارامتری تعیین کننده در بررسی سایش ایجاد شده بین سطوح می‌باشد. از نتایج حاصل می‌توان در تحلیل‌های عددی نظیر تخمین عمر و یا پیش بینی محل شکست اتصالاتی همچون اتصالات دو لبه‌ی برشی که تحت خستگی مالشی می‌باشند، استفاده نمود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1739-fa.pdf 2015-12-01 287 294 ضریب اصطکاک خستگی مالشی فشار تماسی بارهای عمودی بارهای محوری Investigation of Variation of Friction Coefficient and Frictional Stress Using a New Designed Device In this paper, the variation of coefficient of friction, which is one of the main and important parameters in fretting fatigue, has been investigated experimentally. Measuring of coefficient of friction has been performed with the designed device by the researchers. The advantage of using the above device is that it can almost accurately measure the contact pressure and friction force and thus the coefficient of friction. Al alloy 2024-T3 has been used as it is the frequently used alloy in aerospace structures. The coefficient of friction is considered here as a parameter which is a function of normal and cyclic axial load. Another important point in performing the test is the variation of frictional stress at different normal and axial loads which is measured. Results show that as the normal load increases, the coefficient of friction reduces but the frictional stress increases. Changing the frictional stress is the main parameter in investigating wear between interfaces. The above results can be applied in numerical analyses such as life prediction and/or predicting joints fracture section such as double shear lap joints which experience fretting fatigue. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1739-en.pdf 2015-12-01 287 294 Friction coefficient Fretting fatigue Contact pressure Normal load Axial load Amin Rouzbeh 1 AUTHOR Tajbakhsh Navid Chakherlou 2 AUTHOR Hadi Taghizadeh 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تجربی و شبیه سازی اثر پارامترهای سوراخکاری اصطکاکی بر طول بوش در ورق فولاد زنگ‌نزن AISI 304 سوراخکاری اصطکاکی یکی از روش‌های غیرمرسوم ولی کاربردی برای ایجاد و شکل‌دهی سوراخ در ورق‌های نازک می‌باشد. در این روش یک ابزار چرخان در ورق نفوذ کرده و در یک مرحله بدون ایجاد براده ضمن سوراخ کردن ورق، یک بوش در طرف دیگر ایجاد می‌کند. ابزار مورد استفاده در این روش دارای شکل مخروطی و بدون لبه برنده است و از حرارت ایجاد شده بر اثر اصطکاک بین ابزار و قطعه‌کار، برای نرم کردن ماده، نفوذ به قطعه‌کار و ایجاد بوش استفاده می‌شود. در این فرآیند، درجه حرارت قطعه کار در حین عملیات بالا و به تبع آن میزان شکل‌دهی نیز زیاد می‌باشد. لذا شبیه سازی به روش اجزای محدود، ابزار مناسبی برای درک جریان ماده، تنش، کرنش و طول بوش می‌باشد. در این مقاله از نرم افزار اباکوس برای شبیه‌سازی رفتار فرآیند سوراخکاری اصطکاکی استفاده شد. برای صحت‌سنجی نتایج شبیه سازی، طول بوش ایجاد شده توسط ابزار با قطرهای مختلف در سرعت‌های پیشروی و دورانی متفاوت اندازه گیری و با داده های حاصل از آزمایشهای تجربی مقایسه شدند. هدف این تحقیق تعیین پارامترهای فرآیند برای ایجاد بوش با ضخامت یکنواخت و بررسی تاثیر آن‌ها بر فرم بوش می‌باشد. دراین راستا، طراحی آزمایش با روش عاملی کامل صورت گرفت و نتایج با استفاده از روش آماری تحلیل واریانس تفسیر گردید. مشخص شد که بیشترین تاثیر بر طول بوش ایجاد شده در سوراخکاری اصطکاکی را ابتدا قطر ابزار با 94% تاثیر، سپس سرعت پیشروی با 3% و در نهایت کمترین اثر را سرعت دورانی با 2% تاثیر دارا می‌باشند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-5505-fa.pdf 2015-11-30 295 302 فولاد زنگ نزن AISI 304 سوراخکاری اصطکاکی طراحی آزمایش شبیه سازی اجزای محدود Experimental investigation and simulation of the effects of friction drilling parameters on length of bush in stainless steel AISI304 sheet Friction drilling is a nontraditional hole-making process used to create and form the holes in thin sheets. The process involves penetration of a rotating conical tool into a sheet metal work piece and creation of a bushed hole in a single step. The tools are conical without having cutting edges, and the heat caused by friction between the tool and workpiece is used to soften the material, penetrate into the workpiece and make the bush. In this process, the temperature is high, and so that the deformation. The simulation by finite element analysis is a useful tool for understanding the material flow, stress, strain and length of bush. In this research, Abacus software was used to simulate the behavior of friction drilling. To verify the simulation results, the length of bushes created by tools with different diameters at different rotational speeds and federate were measured, and results were compared with experimental data. The aim of this study was to determine the process parameters to provide the bush with a uniform thickness, and study their effect on the shape of bush. Therefore, DOE was performed using a full factorial method and results were interpreted using ANOVA. Results showed that the tool diameter has the greatest effect (95%) on the length of bush during friction drilling, then feed rate (3%) and finally rotational speed (2%) has the smallest effect. http://mme.modares.ac.ir/article-1-5505-en.pdf 2015-11-30 295 302 Stainless steel AISI 304 Friction drilling Design of experiment Finite element simulation Sajjad Khisheh 1 AUTHOR Hossein Amirabadi 2 AUTHOR Seyed Mohammad Hossein Seyedkashi 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE شبیه سازی و تحلیل جریان در مولد بخار افقی نیروگاه هسته ای بوشهر مولدهای بخار به عنوان رابط میان مدار اول و دوم نیروگاه‌های هسته‌ای آبی تحت فشار در تولید بخار لازم برای حرکت توربین و در نتیجه تولید برق از اهمیت بسزایی برخوردار می‌باشند. تحلیل ترموهیدرولیک با هدف ایجاد مدلی مناسب در پیش‌بینی پراکندگی بخار در فضای مولد بخار می‌تواند طراحی و بررسی این جزء مهم از نیروگاه را تحت تاثیر قرار دهد. در این گونه مدلسازی‌های ترموهیدرولیکی، شبیه‌سازی و آنالیز جریان دوفازی عبوری از دسته لوله‌ها در طراحی و آنالیزهای ایمنی از اهمیت بالایی در طراحی مولدهای بخار برخوردار است. پیچیدگی بالا در هندسه مولد بخار در کنار تعداد زیاد لوله ها بر دشواری هر چه بیشتر تحلیل‌های عددی می‌افزاید. در شبیه سازی حاضر بکمک دینامیک سیالات محاسباتی دسته لوله‌ها به عنوان جسم متخلخل مدل شده است و در تحلیل معادلات حاکم بر جسم متخلخل از معادلات مرتبط به نیروی درگ و نیروی مقاوم ناشی از دیواره‌ی دسته لوله‌های مولد بخار بکمک معادلات تجربی موجود در پژوهش های مشابه بهره گرفته شده است. در تحلیل حاضر انتقال حرارت از مدار اول به مدار دوم به صورت سه بعدی و با استفاده از چشمه‌ی انرژی در مولد بخار در نظر گرفته شده است. در کنار صحت سنجی مطالعه‌ی میدان جریان بکمک تئوری جسم متخلخل، کاهش دامنه محاسباتی با اعمال شرایط مرزی مناسب مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده گردید که کسر حجمی بخار بدست آمده با در نظر گرفتن شرایط مرزی خروجی مناسب در مقایسه با فعالیت‌های عددی مشابه تطبیق مناسبی را نسبت به نتایج تجربی ارائه می‌نماید. http://mme.modares.ac.ir/article-1-5266-fa.pdf 2015-12-01 303 310 دینامیک سیالات محاسباتی مولد بخار جسم متخلخل کسر حجمی بخار Simulation and Analysis of Bushehr Nuclear Power Plant Steam Generator Steam generators as an interface between first and second loop of light water nuclear power plants is very important in design and safety analysis. Thermo hydraulic analysis can affect the design and operation of a horizontal steam generator using prediction of vapor distribution. In this kind of thermo hydraulic analysis, simulation and study of the tube bundles is crucial in design and safety study of the steam generator two phase flow field. In this research, due to high complexity of the numerical simulation, the tube bundles have been assumed as the porous media. Two phase flow field correlations such as interfacial drag force and tube bundle resistance force have obtained by the equations that have been reported in the similar computational fluid dynamic researches. The heat transfer from primary side fluid to the secondary is calculated three-dimensionally each iteration and is supplied as a heat source on the secondary flow field calculation. Besides porous media flow field validation, decrease of computational domain has been studied using appropriate boundary conditions. It was observed that the computed void fraction compared to the experimental results show better accuracy than similar computational fluid dynamic investigations http://mme.modares.ac.ir/article-1-5266-en.pdf 2015-12-01 303 310 Computational Fluid Dynamics Steam Generator Porous Media Volume Fraction Ataollah Rabiee 1 shiraz university AUTHOR Amir Hossein Kamalinia 2 AUTHOR Kamal Hadad 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سه بعدی حرکت نانوذرات بیولوژیکی با استفاده از نانوربات AFM در نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، جهت جابه‌جایی میکرو/نانوذرات مختلف، محاسبه‌ی دقیق نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن به منظور عدم آسیب دیدن و جابه‌جایی دقیق میکرو/نانوذرات هدف، امری ضروری می‌باشد. برای رسیدن به این هدف نیاز به مدل‌سازی دقیق سینماتیک و دینامیک نانومنیپولیشن می‌باشد که پیش از این به صورت دوبعدی صورت پذیرفته است. در این مقاله به مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سه‌بعدی نانومنیپولیشن جهت نزدیک‌تر شدن هرچه بیشتر نتایج مدل‌سازی به نتایج حاصل از نانومنیپولیشن واقعی پرداخته شده است. برای این منظور با در نظر گرفتن شکل کروی برای میکرو/نانوذرات هدف، ابتدا روابط سینماتیک سه بعدی منیپولیشن استخراج شده است. سپس مدل تماسی جی‌کاآر جهت استفاده در منیپولیشن ارائه شده و معادلات سختی تیرک مستطیلی در سه بعد استخراج شده است. در آخرین مرحله از بخش مدل‌سازی، دینامیک سه‌بعدی حرکت میکرو/نانوذرات هدف استخراج شده و معادلات نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن به دست آمده است. پس از آن با شبیه‌سازی معادلات به دست آمده، مقادیر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن سه بعدی برای دو ذره‌ی بیولوژیکی دی‌اِن‌اِی و پلاکت محاسبه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر شروع به حرکت غلتشی ذرات مورد بررسی حول محور x قبل از غلتش حول محورهای y و z و همچنین نیروی بحرانی لازم بیشتر برای جابه‌جایی ذرات دی‌اِن‌اِی نسبت به پلاکت می‌باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11686-fa.pdf 2015-12-01 311 316 نانومنیپولیشن نانوذرات بیولوژیکی دینامیک سه بعدی نیرو و زمان بحرانی میکروسکوپ نیروی اتمی 3D-Dynamic Modeling and simulation of biological nanoparticle motion using AFM nano–robot In nanomanipulation using atomic force microscopy, for the displacement of various micro/nanoparticles, calculation of accurate critical force and time of manipulation in order to not damage and precise manipulation of micro/nanoparticles, is necessary. To achieve this goal requires accurate modeling of kinematics and dynamics of a two-dimensional nanomanipulation that already has been done. In this paper, three-dimensional nanomanipulation modeling and simulation dynamic has been done for more simulation results closer to the results of real nanomanipulation. For this purpose, by taking a spherical shape for micro/nanoparticle, three-dimensional kinematic relations manipulation extracted. Then, JKR contact model for use in manipulation provided and rectangular beam stiffness equations derived in three dimensions. In the final stage of the modeling of the dynamics of the three-dimensional micro/nanoparticles to extract force equations and critical time manipulation obtained. Then the equations obtained by simulation, three-dimensional manipulation amount of force and critical time for both DNA and platelets biological particle is calculated. The results indicate start rolling motion of the particles studied before rolling around on the x-axis and y axis and z as well as the critical need for displacement of particles of the platelet-derived DNA. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11686-en.pdf 2015-12-01 311 316 Nanomanipulation Biological nanoparticle 3D-Dynamic Critical force and time Atomic force microscope Moein Taheri 1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مسیریابی ربات موازی صفحه ای 3-RRR برای جلوگیری از تداخل های مکانیکی به کمک روش میدان پتانسیل مجازی این مقاله به مسیریابی ربات موازی صفحه ای 3-RRR برای جلوگیری از تداخل مکانیکی در فضای کاری آن می پردازد. برای رسیدن به این هدف از روش میدان پتانسیل مجازی استفاده می شود. برای جلوگیری از گیر کردن ربات در کمینه های نسبی میدان پتانسیل، یک روش جدید که ترکیبی از روش میدان پتانسیل مجازی، منطق شرطی و روش های کمکی مانع مجازی پیرو، مانع مجازی متعامد و مانع مجازی محیطی است به عنوان یک الگوریتم هیبریدی ارائه شده است. سپس حل معکوس سینماتیکی ربات موازی صفحه ای 3-RRR انجام می گردد و الگوریتم هیبریدی فوق الذکر بر روی آن پیاده می شود. در این مقاله دو حالت مختلف مورد بررسی قرار می گیرد، در ابتدا این روش برای یک ربات بستر پویا شبیه سازی می شود و سپس به ربات موازی صفحه ای 3-RRR تعمیم داده می شود. برای قابل اجرا و سریع بودن روش، این الگوریتم توسط زبان برنامه نویسی C نوشته و نتایج توسط نرم‌افزار متلب به نمایش درمی آیند. نتایج شبیه سازی نشان دهنده آن است که این الگوریتم هیبریدی ارائه شده برای هر دو حالت ربات بستر پویا و ربات موازی صفحه ای 3-RRR قابل اجرا می باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6086-fa.pdf 2015-12-01 317 325 ربات موازی صفحه ای 3-RRR مسیریابی الگوریتم اجتناب از مانع روش میدان پتانسیل مجازی روش مانع مجازی پیرو Path Planning of 3-RRR Planar Parallel Robot by Avoiding Mechanical Interferences via Artificial Potential Field This paper deals with the collision-free path planning of planar parallel robot by avoiding mechanical interferences and obstacle within the workspace. For this purpose, an Artificial Potential Field approach is developed. As the main contribution of this paper, In order to circumvent the local minima problem of the potential fields, a novel approach is proposed which is a combination of Potential Field approach, Fuzzy Logic and also a novel algorithm consisting of Following Obstacle as well as Virtual Obstacle methods, as a hybrid method. Moreover, the inverse kinematic problem of the 3-RRR planar parallel robot is analyzed and then the aforementioned hybrid method is applied to this mechanism in singular-free case. It is worth mentioning that, in this paper, all the probable collisions, i.e., the collision between the mechanism and the obstacles and also among the links, are taken into accounts. Two general cases have been considered in collision-free path planning simulation; the first case considered a mobile robot in several workspaces and the second one was assigned to the 3-RRR planar parallel robot path planning. Results of the simulations, which are implemented in C programming language for the sake of real-time purposes. reveal that for the both cases, the newly proposed hybrid path planning method is efficient enough for the mobile robot, or the end-effector of the planar parallel robot to reach the goal without colliding with the obstacles. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6086-en.pdf 2015-12-01 317 325 3-RRR planar parallel robot Path planning Obstacle avoidance artifitial potential field approach following obstacle method Mehdi Tale Masouleh 1 AUTHOR Hossein Kazemi 2 Faculty of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology AUTHOR Pouria Nozari Porshokuhi 3 Faculty of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology AUTHOR Roya Sabbagh Novin 4 PhD Student, Mechanical Engineering Department, University of Utah AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE ارائه یک روش گالرکین ناپیوسته برای جریان های دوفازی در محیط متخلخل به وسیله محدود کننده شیب MLP اصلاح شده در این تحقیق حل عددی جریان های دوفازی تراکم ناپذیر در محیط های متخلخل با استفاده از روش های مرتبه بالای پنالتی داخلی گالرکین ناپیوسته مورد توجه قرار گرفته است. در فرمولاسیون به کار رفته فشار و درجه اشباع فاز ترکننده (Pw,Sw) یه عنوان مجهولات اصلی، به همراه شرط مرزی ترکیبی (رابین) در نظر گرفته شده است. هدف از این مدل تعیین دقیق تر محل گرادیان های شدید ناشی از محل تماس دو فاز در محیط متخلخل ناهمگن می باشد. در مدل ارائه شده، میدان سرعت با استفاده از پس فرآیند نگاشت H(div) در فضای راویارت-توماس مرتبه پایین (RT0) بازسازی می گردد. در این تحقیق با استفاده از مقیاس نمودن ترم های پنالتی و همچنین فرمولاسیون وزنی عملگر متوسط، بهبود قابل توجهی در فرمولاسیون گسسته سازی مکانی معادله های حاکم ایجاد شده است که موجب کاهش ناپایداری ها در محیط های ناهمگن می گردد. برای جلوگیری از نوسان های غیرفیزیکی در مقادیر درجه اشباع در پایان هر گام زمانی از محدود کننده شیب غیر نوسانیMLP اصلاح شده استفاده می گردد. این محدودکننده شیب بدلیل عملکرد مطلوب و سازگار با مدل، بعنوان یکی از نوآوری های اصلی این تحقیق تلقی می گردد. صحت سنجی مدل با استفاده از مسائل شناخته شده باکلی- لورت و مک ورتر انجام گرفته است. همچنین به منظور بیان توانایی مدل در تسخیر شوک های ناگهانی محل تماس فاز های سیال دو مسئله عددی در زمینه های مدلسازی بازیافت ثانویه در مخازن نفتی و ردیابی آلاینده های امتزاج ناپذیر در آبخوان ها ارائه گردیده است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9664-fa.pdf 2015-12-01 326 336 جربان دوفازی بقاء محلی محدود کننده شیب روش گالرکین ناپیوسته پنالتی داخلی A discontinuous Galerkin method for two-phase flow in porous media using modified MLP slope limiter In this article, a numerical solution of incompressible two-phase flow in isothermal condition, based on wetting pressure-wetting saturation formulation (Pw,Sw) using high order primal discontinuous Galerkin (DG) methods is considered which can capture the shock fronts of two-phase flow in heterogeneous porous media. In this presented model, the velocity field is reconstructed by a H(div) post-process in lowest order of Raviart-Thomas space (RT0). Also in this study, the scaled penalty and weighted average (harmonic average) formulation significantly improve the especial discretization formulation of governing equations which cause to reduce the instabilities in heterogamous media. The modified MLP slope limiter is used to remove the non-physical saturation values at end of each time step. In this study, the slope limiter should be considered as one of the main novelties due to the impressive effects in results stabilization. The proposed model is verified by pseudo 1D Buckley-Leverett and Mcwhorter problems. Two test cases, a problem for modeling the secondary recovery of petroleum reservoirs and other one a problem for detecting immiscible contamination are used to show the abilities of shock capturing two phases interface in porous media. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9664-en.pdf 2015-12-01 326 336 two-phase flow local conservation Slope limiter discontinuous Galerkin method Interior penalty Mehdi Jamei 1 Professor (Assistant) at Behbahan Khatam Alanbia University of Technology AUTHOR Hamid Reza Ghafouri 2 Professor of Civil Engineering, Dean of Engineering Faculty Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE شبیه‌سازی دینامیک توربوپمپ موتور سوخت مایع همراه با اثر مسیرهای هیدرولیک درونی پمپ رفتار دینامیکی پارامترهای هیدرولیکی جریان در رژیم گذرای عملکردِ توربوپمپ موتورهای سوخت مایع، متاثر از عوامل متعددی است. در این مقاله، عواملی چون؛ اینرسی پمپ‌ها، موازنه‌ی توان پمپ‌ها با توربین، افزایش دمای سیال هنگام عبور از پمپ و تغییر بازده با تغییر دور توربوپمپ شبیه‌سازی شده‌اند. نخستین بار، پرشدگی مسیرهای اصلی پمپ و هم‌چنین پرشدگی مسیرهای هیدرولیکی درونی پمپ نیز، در کنار معادلات اصلی پمپ، شبیه‌سازی و به‌کارگیری شده‌اند. این شبیه‌سازی با نوشتن معادلات دیفرانسیل حاکم بر هر عامل، کوپل کردن کلیه‌ی معادلات و سپس حل مساله به روش حجم محدود در نرم‌افزار سیمولینک متلب انجام شده است. نتایجِ مدل ریاضیِ حاصل با داده‌های تجربیِ‌ یک توربوپمپ واقعی مقایسه شده و نشان داده شده که در صورتی که اثر مسیرهای هیدرولیکی درونی پمپ، در نظر گرفته نشود، «زمان تاخیر استارت توربوپمپ» تطابقی با نتایج ندارد و با اعمال این اثر، تطابق مناسب و قابل قبولی برقرار می‌شود. هم‌چنین نشان داده شده است که با افزایش مقاومت و اندوکتانس مسیر درونیِ پمپ، می‌توان زمان تاخیر استارت را تغییر داد و از آن به عنوان پارامتر بهینه‌ کردن فرایند استارت موتور استفاده نمود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4384-fa.pdf 2015-12-05 337 345 موتور سوخت مایع توربوپمپ دینامیک حجم محدود جریان‌های هیدرولیکی درونی Dynamic Simulation of the LPRE Turbopump with Considering the Internal Hydraulic Flows of the pump Dynamic of variation of the hydraulic parameters in the transient operating regime of the liquid propellant rocket engine (LPRE) depends on many factors. In this paper some of these factors such as pump inertia, power balance of pumps with turbine, temperature rise of working fluid in pump passages and variation of pump efficiency with the turbopump rotational speed are simulated. For the first time, filling of the inlet main pipeline and filling of the internal hydraulic channels of pump along with main pump equations are also simulated. To achieve this purpose, governing differential equations of each factor are derived, coupled with each other, and then solved by means of Finite Volume method in Simulink-MATLAB software. Results of this mathematical model are compared with experimental data of a real turbopump and shown that, without considering the internal hydraulic channels of the pump, “ the delay time of the turbopump” is not matched with real results, but by taking the mentioned hydraulic effects into consideration, acceptable agreement would be achieved. Also shown, by changing the resistance and inductance values of internal channels of pump, the settling time of turbopump could be changed, and used as a good factor to optimize the LPRE start process. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4384-en.pdf 2015-12-05 337 345 LPRE Turbopump Dynamic Finite volume Internal hydraulic flow Mohammad Javad Montazeri 1 K.N. Toosi University of Technology AUTHOR Reza Ebrahimi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE حل دقیق خمشی صفحات مدرج هدفمند چندلایه مگنتو-الکترو-الاستیک واقع بر روی بستر ارتجاعی با لحاظ اثرات لغزش بین لایه‌ای در این مطالعه برای تحلیل استاتیکی صفحات مدرج هدفمند شامل لایه‌هایی دارای خواص مگنتو-الکترو-الاستیک، یک روش حل سه بعدی با استفاده از سری پیانو ارائه شده است. صفحه‌ی مورد نظر بر روی بستر ارتجاعی قرار گرفته است و اثرات لغزش بین لایه‌ای نیز در تحلیل با استفاده از مدل فنر بین لایه‌ای تعمیم‌یافته لحاظ شده است. بدون توجه به تعداد لایه‌ها، معادلات حرکت، معادلات گوس (برای الکترواستاتیک و مغناطش ساکن) و معادلات مربوط به شرایط مرزی و بین لایه‌ای به طور دقیق ارضاء شده است.در این روش هیچ فرضی بر روی مولفه‌های جابه‌جایی، تنش و میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در طول راستای ضخامت در نظر گرفته نشده است. در نهایت معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم با استفاده از روش فضای حالت حل شده است. فرمولاسیون پیشنهادی از طریق مقایسه با سایر نتایج موجود اعتبارسنجی شده است. با اعمال بارگذاری الکتریکی و مکانیکی بر صفحه، تاثیر پارامترهای مربوط به سختی بستر ارتجاعی، شاخص تغییرات خواص مواد و لغزش بین لایه‌ای بر روی پاسخ استاتیکی صفحه‌ی مدرج هدفمند ساخته شده از لایه‌های دارای خواص مگنتو-الکترو-الاستیک (FGMEE)، مورد بررسی قرار گرفته است. قابل ذکر است که مسائلی چون ورق‌های پیزوالکتریک، پیزومگنتیک، الاستیک، و نیز مسائلی چون تحلیل ورق‌های واقع بر بستر ارتجاعی یا ورق‌های با نقص بین لایه‌ای حالت خاصی از فرمولاسیون پیشنهادی در این مقاله می-باشد. روش حل دقیق به دست آمده برای بررسی دقت تئوری‌های صفحات FGMEE چندلایه و اعتبارسنجی برنامه‌های که به روش‌های المان محدود ارائه می‌شوند قابل استفاده خواهد بود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7684-fa.pdf 2015-12-05 346 356 مواد هدفمند حل دقیق صفحات مگنتو-الکترو-الاستیک An exact bending solution for functionally graded magneto-electro-elastic plates resting on elastic foundations with considering interfacial imperfections A three-dimensional (3D) Peano series solution is presented for the static analysis of functionally graded (FG) and layered magneto-electro-elastic (MEE) plates resting on elastic foundations with considering imperfect interfacial bonding. The interfacial imperfection is modeled using a generalized spring layer. Regardless of the number of layers, the equations of motion, Gauss’ equations for electrostatics and magnetostatics, the boundary and interface conditions are satisfied exactly. No assumption on deformations, stresses, magnetic and electric field along the thickness direction is introduced. The governing partial differential equations are finally solved using the state-space method. The present formulation has been validated through comparison with other similar works available in the open literature. Effects of two-parameter elastic foundation, gradient index, bonding imperfection, applied mechanical and electrical loads on the static and dynamic response of the functionally graded magneto-electro-elastic (FGMEE) plate are discussed. It is worthy to note that the present novel exact formulation includes all previous solutions, such as piezoelectric, piezomagnetic, purely elastic solution, elastic foundation and interlayer slip problems, as special cases. The obtained exact solution can be used to assess the accuracy of layered FGMEE plate theories and/or validating finite element codes. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7684-en.pdf 2015-12-05 346 356 Functionally materials Exact solution Magneto-electro-elastic plates Naser Cheraghi 1 AUTHOR Mojtaba Lazgy Nazargah 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تاثیر تنش‌های پسماند ناشی از کوئنچ و ماشینکاری بر اعوجاج قطعات جدارنازک یکی از مشکلات اصلی در ماشینکاری قطعات جدار نازک از جنس آلیاژهای استحکام بالای آلومینیم، اعوجاج و ناپایداری ابعادی قطعات بعد از ماشینکاری است که منجر به افزایش نرخ قطعات معیوب و افزایش هزینه‌های تولید می‌گردد. در این مقاله رابطه تنش‌های پسماند ناشی از کوئنچ و ماشینکاری قطعات، با میزان اعوجاج یک قطعه جدار نازک از جنس آلیاژ 7075Al مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، دو گروه آزمایش انجام شده است. در مرحله اول به بررسی ارتباط تنش‌های پسماند ناشی از فرایند کوئنچ با اعوجاج پرداخته شده است. با انجام آزمایش‌های تجربی، اثر بخشی دو روش کوئنچ پلیمری و کوئنچ معکوس در کاهش تنش‌های پسماند در مقایسه با کوئنچ در آب بررسی شده است و رابطه سطح تنش‌ها با میزان اعوجاج بررسی شده است. در مرحله دوم با آزمایش‌هایی با شرایط مختلف ماشینکاری و اندازه‌گیری نیرو، حرارت و تنش پسماند در قطعات، تاثیر این پارامتر‌ها بر میزان اعوجاج قطعات بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد هر دو نوع تنش‌، در ایجاد اعوجاج در قطعات موثر هستند و که می‌بایست با انتخاب استراتژی‌های مناسب تا حد امکان سطح این تنش‌ها را کاهش داد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4833-fa.pdf 2015-12-05 357 366 تنش پسماند اعوجاج ماشینکاری کوئنچ قطعات جدار نازک آلیاژ 7075-Al Effect of machining and quench-induced residual stress on the distortion of thin-walled parts The main problems in machining of thin-walled parts made of high-strength aluminum alloys are distortion and dimensional instability, which lead to an increase in distorted part scraps and production costs. This article attempts to investigate the correlation between machining-induced and quench-induced residual stresses and the distortion of thin-walled parts made of AL7075 alloy. The experiments are carried out in two steps. In the first step, the effects of polymer and uphill quenching methods in comparison with water quenching in the reduction of residual stresses are investigated on an experimental basis. By conducting the machining tests, the effect of residual stress on distortion is investigated. In the second step, several experiments are carried out under different machining conditions. To study the effect of mechanical and thermal loads on the residual stresses and distortion, the machining force and temperature of cutting area are measured. Finally, the correlation between the machining-induced residual stress and distortion is studied by measurement of stress on some parts. The results indicate that both machining and quench-induced residual stresses are effective in distortion of thin walled parts. http://mme.modares.ac.ir/article-1-4833-en.pdf 2015-12-05 357 366 Residual Stress Distortion Machining Quenching Thin-walled part AL7075 Saeed Amini 1 AUTHOR Soroush Masoudi 2 AUTHOR Ghasem Amirian 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE تحلیل کمانش پوسته‌های مخروطی کامپوزیتی نسبتاً جدار ضخیم با استفاده از روش گالرکین و تفاضل مربعات هدف از این تحقیق، ارائه روش نیمه تحلیلی جهت بررسی کمانش پوسته‌های مخروطی کامپوزیتی نسبتاً جدار ضخیم تحت بار محوری می‎باشد. بدین منظور جهت استخراج معادلات تعادل سیستم، از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول پوسته‌ها استفاده شده است. معادلات تعادل با اعمال اصل مینیمم پتانسیل انرژی به تابع انرژی استخراج شده است که به صورت معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی می‌باشند. در ادامه به کمک روش‌های گالرکین و تفاضل مربعات، معادلات دیفرانسیل به معادلات جبری تبدیل شده و سپس معادله استاندارد مقدار ویژه تشکیل و بار بحرانی کمانش محاسبه شده است. همچنین، برای بررسی صحت استخراج معادلات و روش حل استفاده شده در این تحقیق، نتایج به‌دست آمده با نتایج حاصل از تحقیقات دیگر محققین در این زمینه و نتایج تحلیل عددی حاصل از نرم افزار اجزای محدود آباکوس، مقایسه شده‌اند. بررسی نتایج نشان از سرعت همگرایی و صحت روش تفاضل مربعات و دقت مطلوب روش گالرکین در محاسبه بار بحرانی کمانش پوسته مورد بررسی دارد. در نهایت، اثر زاویه مخروط، زاویه الیاف، شرایط مرزی مختلف، نسبت‌های ضخامت به شعاع و طول به شعاع بر روی بار بحرانی کمانش بررسی گردیده است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11467-fa.pdf 2015-12-05 367 375 بار بحرانی کمانش پوسته مخروطی کامپوزیتی روش گالرکین روش تفاضل مربعات تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول Buckling analysis of moderately thick composite conical shells using Galerkin and DQ methods The objective of this investigation is to present a semi-analytical method for studying the buckling of the moderately thick composite conical shells under axial compressive load. In order to derive the equilibrium equations of the conical shell, first order shear deformation shell theory is used. The equilibrium equations are derived by applying the principle of minimum potential energy to the energy function that they are in the type of partial differential equations. In the following, the partial differential equations are transformed to algebraic type by using Galerkin and differential quadrature methods and then the standard eigenvalue equation is formed and critical buckling load is calculated. Also, to validate the results obtained in this study, comparisons are made with outcomes of previous literatures and the results of Abaqus finite element software. Analyzing the results, shows the convergence speed and good accuracy of differential quadrature method and desired precision of Galerkin method in calculating the critical buckling load. Finally, the effect of cone angle, fiber orientation, boundary conditions, ratios of thickness to radius and length to radius of the critical buckling load are studied. http://mme.modares.ac.ir/article-1-11467-en.pdf 2015-12-05 367 375 Critical Buckling Load Composite Conical Shell Galerkin Method Differential Quadrature Method First order Shear Deformation Mohsen Hoseini 1 AUTHOR Mostafa Talebitooti 2 Qom University of Technology AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE مقایسه و توسعه مدل چند فازی شبه‌-پتانسیل برای معادلات حالت مختلف تاکنون مدل‌های متعددی به‌منظور ترکیب نمودن معادلات حالت با مدل شبه‌پتانسیل پیشنهادشده است. در این مقاله، معادلات حالت مختلف بر پایه‌ی مدل گانگ و چنگ در جریان‌های تک جزئی- چند فازی به کمک روش شبکه بولتزمن بررسی‌شده است. در ابتدا، هشت معادله در 4 دسته طبقه‌بندی‌شده که شامل معادله حالت شان و چن، معادله حالت مکعبی، معادله حالت غیر مکعبی و معادله حالت ترکیبی مکعبی و غیرمکعبی می‌باشند، بررسی‌شده‌اند. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که هر نوع از معادلات حالت به‌طور نسبی جریان‌های پارازیتی و بیشینه نسبت چگالی قابل‌دستیابی یکسانی دارند. به علاوه، اگرچه با انتخاب یک پارامتر وزنی مناسب برای هر معادله حالت خطای شبیه-سازی به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد، نتایج این بررسی نشان می‌دهد که دستیابی به یک پارامتر ثابت برای معادله حالت غیرمکعبی غیرممکن است. بنابراین، ابتدا یک معادله جهت پیش‌بینی پارامتر بهینه برای معادلات حالت شان و چن و مکعبی ارائه‌شده است. هم‌چنین، یافته‌ها حاکی از آن است که مدل‌های غیرمکعبی، مکعبی و ترکیبی مکعبی و غیرمکعبی به ترتیب قابلیت استفاده در گستره وسیع‌تر دما و نسبت چگالی بزرگ‌تر را دارند. بنابراین در این مقاله، یک عبارت جدید برای محاسبه‌ی پارامتر وزنی مناسب که تابعی از دما است، در نظر گرفته‌شده است تا جایگزین پارمتر ثابت برای معادلات غیرمکعبی شود. نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از این تابع، مطابقت بسیار خوبی با ساختار ماکسول(نتایج تئوری) حاصل از معادلات حالت را نشان می‌دهند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-734-fa.pdf 2015-12-05 376 386 روش شبکه بولتزمن جریان های چند فازی مدل شبه‌پتانسیلی معادله حالت Comparison and Development of multi-phase Pseudo-potential model for various equations of state Numerous models have been proposed to incorporate various equations of state (EOS) into the pseudo potential model. This paper presents an investigation of different EOS types based on the Gong and Cheng model in multiphase-single component flows by the lattice Boltzmann method. Primarily, it is conducted to investigate eight EOS’s classified in four categories; the Shan- Chen EOS, the cubic EOS, the non-cubic EOS, and the cubic and non-cubic combination EOS. The results show that each EOS type results in producing relatively similar spurious currents and has a maximum achievable density ratio. Although by choosing a proper beta parameter for every EOS the simulation errors decrease dramatically, our results show it is impossible to set a constant parameter for the non-cubic EOS. Therefore, a new equation is introduced to predict an efficient beta for the cubic and the Shan- Chen EOS’s. It is also found that the non-cubic, cubic, and non-cubic and cubic combination EOS’s have a wider temperature range and larger density ratios respectively. Hence, we determine a temperature dependent function for the beta parameter prediction instead of using a fixed value for the non-cubic EOS. The results are noticeably in better agreement with those of the Maxwell construction (theoretical results). http://mme.modares.ac.ir/article-1-734-en.pdf 2015-12-05 376 386 Lattice Boltzmann method (LBM) Multiphase flows Pseudo Potential Model Equation of state Seyed Meysam Khatoonabadi 1 AUTHOR Mahmoud Ashrafizadeh 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE تشخیص موقعیت دوبعدی منبع صدا در صفحه شیشه‌ای با نرخ داده برداری پایین در این پژوهش موقعیت مکانی صدای ایجاد شده به روی یک صفحه شیشه‌ای با استفاده از حسگرهای صوتی تشخیص داده شده است. برای این منظور در بخش آزمایشی این تحقیق از صدای اصابت توپ پینگ‌پنگ به صفحه شیشه‌ای، استفاده شده است. پیش از این اکثر پژوهش‌های منتشر شده متکی به تعداد بالای حسگرها با نرخ داده برداری بالا بوده‌اند. در پژوهش حاضر روش نوینی برای تعیین موقعیت منبع صدا ارائه شده است. در این روش با کاهش تعداد حسگرها به دو عدد از یک الگوی مشخص در استفاده از نقاط کمکی استفاده شده است. در الگوی پیشنهادی موقعیت قرارگیری نقاط با توجه به مشخصات فرکانسی سیگنال دریافتی از دو حسگر، بر روی خطوطی مشخص محدود می‌گردد. برای سنجش درستی و کارایی روش، سیگنال دریافتی ناشی از برخورد توپ به روی یک صفحه شیشه‌ای ذخیره شد. به‌منظور تشخیص موقعیت ضربات، یک بردار ویژگی مبتنی بر آنتروپی سیگنال تقریب و جزئیات تبدیل موجک فضای فرکانسی ضربات و مشخصات هندسی توسعه یافت. در نهایت با پردازش سیگنال‌ها موقعیت منبع صدا تعیین گردید و میانگین مقادیر خطا در تشخیص موقعیت منبع صدا و انحراف معیار به ترتیب 17 سانتی‌متر و1.34 حاصل شده‌اند. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6127-fa.pdf 2016-02-20 387 393 تشخیص موقعیت صدا حس‌گر ارزان قیمت استخراج ویژگی Sound Localization in Glass Plate Using Low Sampling Rate In this study the sound localization is implemented to find the impact position on the surface of a glass plate using acoustical sensors. As an experimental example, the sound caused by ping pong ball impact on the glass plate is used. Most of the published paper algorithms are based on using large number of sensor with high sampling rates. In this study a new method is extended due to sound localization. In the proposed method, by reducing the number of sensors into two, a pattern for secondary points is extended. In the specified pattern, locations of points are restricted according to the sensors signal frequency specification. To achieve this goal, a database is gathered from sound caused by ball impact on the glass plate. Furthermore, in order to specify sound localization, space feature based on entropy of wavelet transform coefficient signals from frequency domain of impacts and geometrical specification was extracted. Finally by implementing signal processing into the data the location of impacts are specified. The results show average values of error and Standard deviation 17 centimeter and 1.34, respectively. http://mme.modares.ac.ir/article-1-6127-en.pdf 2016-02-20 387 393 Sound Localization Low cost sensor Feature Extraction Seyed Amir Hoseini Sabzevari 1 AUTHOR Majid Moavenian 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بهبود عملکرد حرارتی پره‌های مستطیلی شکل‌ سوراخ‌دار در این مقاله، جریان آرام غیر قابل تراکم سه بعدی هوا بر روی پره‌های سوراخ‌دار مستطیلی شکل با سوراخ دایره‌ای به صورت عددی مطالعه گردید. هندسه مورد مطالعه پره-ای با 1 تا 2 سوراخ با مقطع دایره‌ای، در طول پره می‌باشد که پره‌ها بر روی یک سطح صاف قرار گرفته‌اند. برای حل معادلات از روش الگوریتم سیمپل استفاده شده‌است که در آن جهت تجزیه معادلات مومنتم و انرژی، روش بالادست جریان مرتبه دوم بکار رفته است. محاسبات برای عدد رینولدز در محدوده 100 تا 350 بر حسب ضخامت پره انجام شده است. در این تحقیق ابتدا مکان بهینه قرارگیری سوراخ در پره‌های سوراخ‌دار تعیین شد سپس عملکرد حرارتی و عدد نوسلت متوسط پره‌های سوراخ‌دار با پره توپر مقایسه گردید. در این تحقیق برای اولین بار از سوراخ دایره‌ای استفاده شد و همانطور که انتظار می‌رفت عملکرد حرارتی بالاتری نسبت به پره توپر دارد که بصورت عددی ثابت شده است. طبق این تحقیق پره سوراخ‌دار با دو سوراخ ، بیشترین میزان انتقال حرارت را نسبت به پره سوراخ‌دار با یک سوراخ و پره توپر دارا می‌باشد. بر اساس نتایج مطالعه‌ی حاضر، ضریب انتقال حرارت پره سوراخ‌دار با دو سوراخ بیشترین مقدار را داراست و وزن کمتری نسبت به پره توپر دارد. استفاده از سوراخ دایره‌ای، صرفه اقتصادی و سهولت عملی بیشتری را نسبت به دیگر روش‌های بهبود عملکرد پره دارد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1580-fa.pdf 2015-12-05 394 404 جریان آرام پره سوراخ‌دار عملکرد پره عدد نوسلت مکان بهینه Improving heat performance of rectangular fins This paper studies the numerical analysis of a three dimensional incompressible laminar fluid flow on rectangular fins with circular perforations which stands on a flat surface. Perforations by circle cross sections are scattered on the length of the fin and the number of holes is variable between 1 to 2. The Simple algorithm is the main approach to solve the problem. To the end of discretization of momentum and energy equations, the second order upwind technique has been employed. The Reynolds number is assumed between 100 to 350 concerned to the thickness of the fin. The main contribution of this paper is finding the optimum place of perforations and afterwards compare the thermal performance and Nusselt number of the fins with one and two perforation and solid fin. The results showed the fin with two perforation has the higher thermal performance than both the fin with one perforation and solid fin. The main novelty of this paper is in using circular perforation, as expected, due to the lower weight of fin with two perforation than other mentioned fins it has bigger heat transfer coefficient compared to both others. The advantages of circular perforation can be mention as economical reasons and simpleness of implementation as compared to other developed techniques in the literature. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1580-en.pdf 2015-12-05 394 404 laminar flow Perforated fin Fin performance Nusselt number Optimum place Afshin Ahmadi Nadooshan 1 AUTHOR Shekoufeh Mohammadi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تأثیر ثابت توانی به‌عنوان معیاری برای طراحی استاتیکی ورق چند لایه پیزوالکتریک هدفمند در بارگذاری حرارتی در این مقاله، تحلیل ورق پیزوالکتریک هدفمند با لایه‌های پیزوالکتریک تحت گرادیان حرارتی به روش المان محدود مورد بحث و بررسی قرارگرفته‌است. برای مدل کردن توزیع پیوسته خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی در راستای ضخامت، از مدل توانی ساده استفاده‌ شده است. با در نظر گرفتن جملات حرارتی در معادلات مشخصه ماده پیزوالکتریک (جملاتی که باعث جفت‌شدگی تغییرات دما به خواص پیزوالکتریک می‌شود) و استفاده از فرضیات سینماتیکی تئوری مرتبه اول برشی ورق، معادلات مشخصه ماده پیزوالکتریک بازنویسی شده است. سپس با استفاده از اصل کار مجازی، معادلات حاکم بر یک ورق پیزوالکتریک هدفمند به‌دست‌آمده و به روش المان محدود حل‌شده-است. برای حل معادلات از المان هشت گره‌ای استفاده‌شده است. نتایج برای سه نوع لایه چینی به ازای بارگذاری‌ حرارتی به‌دست‌آمده است. نمودارهای خیز و ولتاژ به ازای لایه‌ها و ثابت‌های توانی مختلف در شرایط مرزی مختلف نشان داده‌شده است. در این مقاله به بررسی تأثیر ثابت توانی بر رفتار استاتیکی (خیز و ولتاژ) ورق هدفمند تحت بارگذاری حرارتی پرداخته می‌شود. بررسی این پاسخ‌ها می تواند به عنوان معیارها و پارامترهایی برای طراحی سنسورها و مواد هوشمند در محیط های حرارتی درنظر گرفته ‌شود. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7416-fa.pdf 2015-12-05 405 415 پیزوالکتریک مواد هدفمند المان محدود بارگذاری حرارتی Investigation of power law index as a design criterion of statically loaded multilayered functionally graded piezoelectric plate in thermal environments This paper investigates static behavior of multilayered functionally grated piezoelectric plates under thermal loads. The plate with functionally graded piezoelectric material (FGPM) is assumed to be graded through the thickness by a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Considering the thermal coefficients of piezoelectric material in the constitutive equations (the terms that will couple temperature effects to the piezoelectric properties, named pyroelectric constants) and using the kinematic assumptions of first-order shear plate theory (FSDT), the constitutive equation of FGP plate is written. Then, by using principle of virtual work, the governing equations of a FGP plate is obtained. These equations are solved by finite element method using eight node shell element. Functionally graded piezoelectric plate under static loading, different layers and boundary conditions are considered and results in various thermal loadings have been obtained. Deflection and voltage results for different power law exponent and different boundary conditions are shown. In this paper, the influence of power law index on the static behavior of FGPM plate (including deflection and voltage) under thermal loading is investigated. These responses can be used as a criteria for design of FGP sensors and actuators in the thermal environment. http://mme.modares.ac.ir/article-1-7416-en.pdf 2015-12-05 405 415 Piezoelectric FGPM Finite element Thermal loading Bashir Behjat 1 AUTHOR Hossein Normohammadi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تجربی تأثیر افزودن نانو لوله‌های کربنی بر نفوذ شبه استاتیکی برش پانچ در چند لایه‌های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی در این مقاله تاثیر افزودن نانو لوله‌های کربنی در رفتار خواص شبه استاتیکی برش پانچ(QS-PS) و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های چندلایه‌ای هیبریدی به طور تجربی مورد بررسی قرار می‌گیرد. مواد کامپوزیتی از 12 لایه الیاف شیشه با بافت دو بعدی با چگالی سطحیg/m^2 200 به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. سیستم رزین نیز از یک اپوکسی، دیکلیسیدیل اتر بیسفنول نوع آ با نام تجاری ایپون 828 به عنوان پایه و از سیکلوآلیفاتیک آمین اصلاح شده با نام تجاری اف205 به عنوان سفت‌کننده ساخته شده است. در این پژوهش از نانو لوله‌ای کربنی چند دیواره (MWCNTs) اصلاح شده با هیدرواکسید (-COOH) استفاده شد. نانوذرات با درصدهای وزنی 0، 1/0، 5/0 و 1 نسبت به وزن کل ماتریس استفاده گردید. نتایج آزمون کشش نشان می‌دهد با افزودن نانو لوله‌های کربنی خواص کششی رزین تغییر می‌یابد. بیشترین تغییر در مدول نمونه‌ 5/0 درصد وزنی با افزایش حدود 31 درصد دیده می‌شود. همچنین بیشترین تغییر در خواص کششی نانوکامپوزیت‌های هیبریدی در چقرمگی شکست نمونه 5/0 درصد وزنی با افزایش حدود 14 درصد همراه با افزایش در استحکام کششی و کرنش شکست مشاهده گردید. نتایج برش پانچ نشان می‌دهد که اضافه کردن نانو لوله‌های کربنی تأثیر کمی در کل انرژی جذب شده دارد به طوری که بیشترین مقدار مربوط به نمونه 1/0 با حدود 4 درصد افزایش نسبت به نمونه‌های خالص است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9667-fa.pdf 2015-12-05 416 424 نانو کامپوزیت برش پانچ نانو لوله‌های کربنی خواص مکانیکی و انرژی جذب شده Experimental investigation of the effect of the addition of carbon nanotubes on the quasi-static punch shear penetration of the laminated glass / epoxy composite In this paper, the effects of adding carbon nanotubes to quasi-static punch shear properties (QS-PS) and mechanical properties of hybrid laminated composites has been investigated experimentally. The nanocomposites have 12 layers of 2D woven glass fiber with area density of 200g/m2, is manufactured by Hand lay-up method. Epoxy resin systems is made of a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA), Epon 828, as the epoxy prepolymer and Epikure F-205 as the curing agent. In this study, was used the multi-walled carbon nanotube (MWCNTs) modified with hydroxide (-COOH), with weight fraction 0, 0.1, 0.5 and 1 respect to total weight of resin. Results of tensile test have showed, addition of carbon nanotubes can change tensile properties of matrix. Maximum increase can be seen in modulus of the resin of 0.5% nanotubes content around 31%. Moreover, the results of tensile properties of hybrid laminated nanocomposites show maximum change in toughness of sample of 0.5% nanotube content around 14% with increasing tensile strength and fracture strain. The results punch shear test show that the adding of carbon nanotubes has little effect on total energy absorbed so that maximum increase is around 4% in sample of 0.5 %. http://mme.modares.ac.ir/article-1-9667-en.pdf 2015-12-05 416 424 Nanocomposite punch shear Carbon nanotubes mechanical properties and energy absorbed Mohammad Sadeghi 1 AUTHOR Mohammad Hossein Pol 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تأثیر استفاده از مدل‌های خزش نورتن و آسیب لیو - موراکامی در تعیین پارامتر مکانیک شکست در رژیم خزش (C*) پارامتر مکانیک شکست خزشی، C*، ابزاری مهم در تعیین نرخ رشد ترک خزشی و عمر باقی‌مانده قطعات ترک‌دار با دمای کاری بالا است. برای محاسبه این پارامتر می‌توان از روش‌های تجربی، اجزاء محدود و روش‌هایی که اصطلاحاً "روش‌های مهندسی" نامیده می‌شوند استفاده نمود. در این مقاله به‌منظور بررسی تأثیر استفاده از مدل‌های خزش نورتن و آسیب لیو - موراکامی در تعیین مقادیر C* برای یک نمونه کشش فشرده (CT)، مدل‌‌های رفتار خزشی توسعه داده شده و زیربرنامه‌ی مربوطه به مدل آسیب لیو- موراکامی جهت استفاده در نرم‌افزار تجاری آباکوس ایجاد گردیده است. هر کدام از مدل‌های یادشده دارای ثوابتی وابسته به دما می‌باشند که برای دو آلیاژ پرکاربرد در صنایع نیروگاهی، فولاد P91 و سوپر آلیاژ IN718 به ترتیب در دماهای 650 و 620 درجه سانتی‌گراد محاسبه شده و به کمک نتایج آزمون خزش صحه سنجی شده‌اند. در این مقاله تأثیر کاربرد دو مدل رفتار خزشی نورتن و آسیب لیو-موراکامی بر مقادیر C*مورد مطالعه قرار گرفته و دقت هر یک در مقایسه با مقادیر تجربی و مقدار به‌دست آمده از روش مهندسی تنش مبنا سنجیده شده‌ است. نتایج نشان می‌دهند مدل رفتاری لیو-موراکامی دقت بالاتری در تعیین مقادیر C* داراست ولی همچنان روش تنش مبنا سریع‌ترین و کاربردی‌ترین شیوه در تعیین این پارامتر است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10533-fa.pdf 2016-02-20 425 434 پارامتر شکست در رژیم خزش رشد ترک خزشی مکانیک آسیب روش تنش مبنا Investigating effect of Norton and Liu – Murakami creep models in determination of creep fracture mechanic parameter (C*) Creep fracture mechanic parameter, C*, is an essential tool for creep crack growth rate estimation and so remnant life determination of components operating at high temperature. For determining this parameter experimental works, FE methods, and engineering approaches can be utilized. In this paper in order to facilitate FE methods in C* determination for a CT specimen, creep behavior models of Norton and Liu-Murakami were developed and related subroutines were created. Each of the aforementioned models has its own temperature dependent material coefficients which were determined and validated based on creep rupture tests on crack free uniaxial specimens of P91 steel and IN718 super alloy respectively in 650˚C and 620˚C temperature. In this study creep fracture mechanic parameter value of a CT specimen made of P91 steel were derived by application of Norton and Liu-Murakami creep behavior models and results were compared with results of the experimental tests and reference stress engineering approach results. The results indicate that Liu-Murakami creep behavior model most exactly estimates creep fracture mechanics parameter, but yet reference stress engineering approach is the most economical way to determine this parameter. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10533-en.pdf 2016-02-20 425 434 Creep Fracture Parameter Creep Crack Growth Damage Mechanics Reference Stress Method Soheil Nakhodchi 1 AUTHOR Ehsan Saberi 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تجربی فرآیند شکل دهی لوله های آلومینیومی با روش دمش گاز در دماهای بالا و تولید قطعات با سطح مقطع مربعی در سال‌های اخیر استفاده از آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم به دلیل داشتن نسبت استحکام به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی در صنایع هوا فضا و خودروسازی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. مشکل اصلی در کاربرد این آلیاژها شکل‌پذیری کم در دمای اتاق می‌باشد. برای رفع این مشکل از شکل‌دهی در دماهای بالا استفاده می‌شود. از آنجاکه دمای مقاومت حرارتی روغن بیشتر از 300°c نمی‌باشد، برای شکل‌دهی در دماهای بالا باید از سیالات دیگر مانند هوا و گاز نیتروژن استفاده کرد. در این پژوهش، تجهیزات شکل‌دهی دمشی در دماهای بالا ساخته شده و تغییر مقطع لوله‌های آلومینیومی AA6063 از دایره به مربع به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت و با نتایج حاصله در دمای محیط مقایسه شده است. پس از تولید قطعات مربعی توزیع ضخامت، شعاع گوشه، فشار شکل‌دهی و اثر زمان اعمال فشار بر شکل‌گیری گوشه‌های نمونه‌های تولید شده در دما‌های مختلف باهم مقایسه شد و محل وقوع پارگی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد با افزایش دما، کاهش محسوسی در شعاع شکل گرفته شده و فشار شکل دهی خواهیم داشت، به طوری که شعاع از مقدار 19.5mm در دمای محیط با فشار شکل‌دهی 154bar به شعاع 5.8mm در دمای 500°c با فشار شکل‌دهی 11bar می‌رسد. نتایج نشان می‌دهد با افزایش زمان اعمال فشار و در واقع کاهش سرعت فرآیند، گوشه‌های شکل گرفته شده تیزتر خواهد شد. با بررسی پارگی مشاهده شده است که اکثر پارگی‌ها در ناحیه تبدیل مقطع دایره به مربع که دارای بیشترین تغییر شکل و کرنش کششی است اتفاق می‌افتد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1213-fa.pdf 2016-02-20 435 442 آلومینیوم شکل دهی با دمش گاز در دمای بالا قطعه مربعی Experimental investigation of Aluminum tubes hot gas forming and production of square cross-section specimens In recent years, aluminum, magnesium and titanium alloys are highly regarded in the aerospace and automotive industries due to their high strength to weight ratio and resistance to corrosion. The main problem of the use of these alloys is their low formability at room temperature. To solve this problem, the metal forming process is done at high temperatures. Since oil’s heat resistant temperature is not more than 300°c, other fluids such as air and nitrogen gas should be used in high temperatures. In this study, blow forming equipment at high temperatures has developed, and changing of AL6063 tubes cross-section from circular to square has investigated experimentally and compared with the results of the experiments at room temperature. After producing square products, thickness distribution, corner’s radius, forming pressure, and effect of pressure time in corner’s radius at different temperatures were compared and the location of bursting was also examined. The results indicated that by increasing temperature, formed radius and pressure time reduces significantly, so that the amount of radius decreases from 19.5 mm in the temperature of 25°c and 154 bar forming pressure, to 5.8 mm in the temperature of 500°c at 11 bar forming pressure. The results showed that by increasing time pressure, which causes to decrease velocity of process, the formed corners has been sharper. By investigating burst of specimens, bursting occurs in the area of converting circular cross section to square one, which has a high deformation and tensile strain. http://mme.modares.ac.ir/article-1-1213-en.pdf 2016-02-20 435 442 Aluminum gas forming at high temperatures square parts Mehrdad Nasrollahzade 1 AUTHOR Hassan Moslemi Naeini 2 AUTHOR Seyed Jalal Hashemi 3 AUTHOR Behnam Abbaszadeh 4 AUTHOR Javad Shahbazi Karami 5 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE تاثیر پوشش های چند لایه TiN/TiCN/Al2O3 روی سطح مته کاربید تنگستن بر عملیات سوراخکاری چدن گرافیت کروی کاربیدهای سمانته از معمولترین مواد ابزارهای ماشینکاری می باشند. به منظور بهبود فرایند ماشینکاری، سطوح ابزارهای برشی باید در برابر سایش مقاوم بوده، دارای سختی بالا و از نظر شیمیایی خنثی باشند. در سالهای اخیر پوشش های متنوعی به منظور بهبود خواص سایشی ابزارهای کاربید تنگستن ارائه شده اند. در این تحقیق اثر پوشش چند لایه TiN/TiCN/Al2O3 بر بهبود فرآیند سوراخکاری چدن گرافیت کروی بررسی شده است. لایه خارجی پوشش از جنسAl2O3 انتخاب گردید که دارای مقاومت به سایش بالا بوده و لایه داخلی TiN با چسبندگی عالی به سطح کاربید تنگستن بود. لایه میانی از جنس TiCN انتخاب شد زیرا این لایه سازگازی مناسبی با لایه داخلی و خارجی دارد. در ابتدا مته‌ها از جنس کاربید تنگستن ساخته و سپس پوشش سه لایه روی سطح مته کاربید تنگستن به روش لایه‌نشانی شیمیایی بخار اعمال شد. میزان سایش مته، صافی سطح و تلرانس سوراخ ماشینکاری شده در شرایط کاری سوراخکاری مورد بررسی قرار گرفت. سطح سایش و ساختار پوشش بوسیله میکروسکپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. . ضخامت پوششهای اعمالی 10 میکرومتر بود. نتایج نشان داد پوشش چند لایه تاثیر چشمگیری بر بهبود مقاومت به سایش مته نسبت به مته بدون پوشش داشته است. به علاوه، مشاهده گردید که صافی سطح و تلرانس سوراخکاری با استفاده از مته پوشش دار بهبود یافته است. دلیل این پدیده کاهش سایش و پایداری ابعادی مته‌ها در حین عملیات ماشینکاری است. به علاوه با توجه به ساختار سطح سایش، مشخص شد که مکانیزم سایش مته از نوع سایش خراشیدگی می باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10425-fa.pdf 2016-02-20 443 449 مته تنگستن کارباید پوشش چند لایه TiN/TiCN/Al2O3 چدن گرافیت کروی سایش ابزار Effect of TiN/TiCN/Al2O3 multilayer coating on Tungsten Carbide drill on drilling process of spherodized cast iron Cemented carbides are the most common cutting tool materials. To improve machining process, the surface of the cutting tools must be wear resitance with high hardness and chemical inertness. In recent years, several coatings have been developed for tungsten carbide. In this paper, the effect of TiN/TiCN/Al2O3 multicoatings on the performance of drilling process of spherodized cast iron was studied. The external layer is Al2O3 which has high resitance to wear and TiN was chosen as internal layer because of it excellent adhesion to the tungsten carbide surface. The intermediate layer was TiCN because of its compatibility with the other layers. At first, drills were prepared by machining process and then the triple layer coating was applied on the surface of tungsten carbide drills by chemical vapor deposition method. The coating process was performed under usual industrial condition. The thickness of the coatings was 10 micrometers. The wear of drills, the surface roughness and the hole diameter tolerance were investigated. The structure of coating and wear surface was studied by scanning electron microscopy. It was found that the multiple coating significantly improved the wear resistance of the drill compared to uncoated tolls. In addition, it was found that the surface roughness and hole diameter tolerances improved by drilling with coated tools. The reason of this would be the lower wear rate and resulting dimension stability of the coated tools. In addition, according ot wear surface structure, it was concluded that the mechanism of wear was abrasion. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10425-en.pdf 2016-02-20 443 449 Tungsten Carbide drill TiN/TiCN/Al2O3 muti layer coating Spherodized cast iron Tool wear Fariborz Jalali 1 AUTHOR Mojtaba Ghatee 2 AUTHOR Seyed Majid Hashemian 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی اثر روانکار بر پرشدگی عمق کانال صفحات دوقطبی فلزی با الگوهای شکل‌دهی محدب و مقعر در فرآیند شکل‌دهی لاستیکی فرآیند شکل‌دهی لاستیکی، یک روش عملی و کم هزینه برای تولید صفحات دوقطبی فلزی با کانال‌های جریان چند آرایه پیچیده می‌باشد. در این پژوهش، به بررسی اثر روانکار بر میزان پرشدگی کانال‌های صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن 316 و با ضخامت 0.1 میلی‌متر که با استفاده از فرایند شکل‌دهی لاستیکی شکل داده شده است، می‌پردازد. بدین منظور از یک لاستیک پلی اورتان با عدد سختی شور 85A و ضخامت 25 میلی‌متر و سه حالت روانکاری خشک، روغن SAE10 و نایلون پلی پروپیلن استفاده شده است. در ابتدا پروفیل پرشدگی و توزیع ضخامت صفحات شکل‌گرفته برای دو قالب محدب و مقعر در حالت بدون استفاده از روانکار بررسی شد. در ادامه به منظور افزایش بیشتر در عمق پرشدگی و رسیدن به توزیع ضخامت یکنواخت‌تر، تاثیر روانکار بررسی گردید. نتایج نشان داد که در فرآیند شکل‌دهی لاستیکی، به منظور افزایش بیشتر در عمق پرشدگی و توزیع ضخامت یکنواخت‌تر در کانال‌های صفحات تولیدی می‌توان از روانکار استفاده کرد. همچنین در بین روانکارهای موجود، نایلون پلی پروپیلن به منظور مقاومت کششی بالا و ضخامت کم، بهترین گزینه برای تولید صفحات دوقطبی می‌باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10538-fa.pdf 2016-02-20 450 460 شکل‌دهی لاستیکی روانکار سیال و جامد پرشدگی قالب توزیع ضخامت صفحه دوقطبی فلزی Investigation of lubricant effect on depth filling of metallic bipolar plates with concave and convex patterns in rubber pad forming process Rubber pad forming is a practical and low-cost method of producing metal bi-polar plates with complicated multi- array contours since it only needs a rigid die and a flexible rubber. In this study, 316 stainless steel sheets with the thickness of 0.1 mm were used. To form the plates, a polyurethane rubber was used with the hardness shore of A 85 with the thickness of 25 mm. In order to increase the depth of the channel flow and form filling plates with a high depth-to-width ratio, firstly, the effects of lubricants on shaping metal plates were ignored. Subsequently, by implementing lubricants, their effects on achieving a higher filling depth and a more uniform thickness distribution were investigated. The results showed that in rubber pad forming process, lubricants could be used to further enhance the depth of filling and have a uniform thickness distribution in the channels of generated plates. Moreover, among available lubricants, polypropylene nylon will be the best alternative for the production of bipolar plates due to its high tensile strength and low thickness. http://mme.modares.ac.ir/article-1-10538-en.pdf 2016-02-20 450 460 Rubber Pad forming Solid and oil Lubricant Depth filling Thickness distribution of metallic bipolar Majid Elyasi 1 AUTHOR Farzad Ahmadi 2 AUTHOR Morteza Hosseinzadeh 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی دقت ابعادی میکروکانال‌های صفحات دوقطبی فلزی در فرایند شکل‌دهی لاستیکی صفحات دو قطبی فلزی یکی از بخش‌های اصلی تشکیل دهنده‌ی پیل سوختی می‌باشند. برای تولید این صفحات از روش‌های متنوعی استفاده می‌شود که در این میان می-توان فرایند‌های شکل‌دهی‌الکترومغناطیسی، هیدروفرمینگ، پرسکاری و شکل‌دهی لاستیکی را نام برد. در این پژوهش، تاثیر متغیر‌های فرایند بر دقت ابعادی صفحات دو قطبی فلزی در فرایند شکل‌دهی لاستیکی بررسی شد. بدین منظور از نرم افزار آباکوس/استاندارد در شبیه سازی فرایند مورد نظر استفاده گردید و صحت نتایج بدست‌آمده از شبیه‌سازی، با استفاده از نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. در روش تجربی از یک قالب با شیارهای موازی مستقیم برای شکل‌دهی صفحات دوقطبی از جنس فولاد زنگ نزن 316 با ضخامت 1.0 میلی‌متر استفاده شد. متغیر‌های مورد مطالعه شامل نیروی شکل‌دهی، سختی لایه لاستیکی، ضخامت لایه لاستیکی و لقی بین سنبه و محفظه نگهدانده لایه لاستیکی بر روی دقت ابعادی نمونه‌های شکل‌داده شده می‌باشد. به این منظور از لایه ‌های لاستیکی با سختی 55، 70 ، 85 و 90 شورA و ضخامت‌های 5.1تا 5.5 میلی‌متر استفاده شده است. پس از انجام آزمایش‌های مورد نظر و بررسی نتایج مشخص گردید که اختلافی بین عمق کنال‌های کناری و میانی ‌می‌باشد که این اختلاف با افزایش نیروی شکل‌دهی کاهش یافته و در نهایت موجب افزایش دقت ابعادی شده است. مطابق با نتایج این پژوهش افزایش سختی لایه لاستیکی و ضخامت آن موجب افزایش دقت ابعادی می‌گردد. به علاوه میزان لقی بین سنبه و محفظه نگه‌دارنده لایه لاستیکی نیز موجب کاهش اختلاف عمق کانال‌های کناری و میانی و در نتیجه موجب افزایش دقت ابعادی نمونه‌های شکل‌داده شده است. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3810-fa.pdf 2016-02-20 461 471 صفحات دو قطبی فلزی شکل دهی لاستیکی ضخامت لاستیک سختی لاستیک دقت ابعادی Investigation of dimensional accuracy of metallic bipolar plate\'s micro channel in rubber pad forming process Metallic bipolar plate is one of the main parts of fuel cell. Several methods were used by researchers to manufacturing bipolar plate such as stamping, hydroforming and electromagnet forming. The effect of process parameters on dimensional accuracy of metallic bipolar plates in rubber pad forming process has been investigated in this study. ABAQUS/Standard finite element software is used to simulate the process. The accuracy of the results of simulation process is evaluated by using experimental results. To perform experimental procedures, rigid die with parallel flow field is used to form SS316 bipolar plate with 0.1 mm thick. For this purpose the effect of punch load, rubber hardness, rubber thickness and clearance between die and container on the dimensional accuracy of the formed parts is investigated. In this regard, rubber layer with hardness of 55, 70, 85 and 90 Shore A and thickness of 1.5mm up to 5.5mm were used. The result show difference between lateral and central channel depth, the amount of disparity will decrease by increasing in punch load, as a result the dimensional accuracy will increase. According to the result, increase in hardness and thickness of the rubber layer lead to improve the dimensional accuracy. Also considering clearance between die and container decrease the difference between lateral and central channel depth and eventually cause increasing in dimensional accuracy of formed part. http://mme.modares.ac.ir/article-1-3810-en.pdf 2016-02-20 461 471 Metallic bipolar plates Rubber Pad forming Rubber thickness Hardness of rubber Dimensional accuracy Majid Elyasi 1 AUTHOR Hossein Talebi Ghadikolaee 2 AUTHOR Morteza Hosseinzadeh 3 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE بررسی تمرکز تنش در مواد مرکب تک لایه یک جهته با ترک های زاویه دار و دندانه ای در این مقاله با استفاده از مدل شیرلگ اصلاح شده و اثر بر هم نهی، به بررسی تمرکز تنش در یک ماده مرکب الیافی تک‌جهته با ترک‌های نامتقارن (زاویه دار و دندانه ای) پرداخته شده است. بر خلاف مدل اولیه شیرلگ، در مدل اصلاح شده فیبر و زمینه هر دو دارای قابلیت تحمل بار کششی می‌باشند. با استفاده از معادلات تعادل فیبر و زمینه برای یک المان حجمی معادلات تفاضل دیفرانسیلی استخراج و با اعمال شرایط مرزی، معادلات میدان های جابجایی و تنش حل می‌گردند. با استفاده از روش بر هم نهی برای تک لایه‌ای با تعداد N فیبر و r فیبر شکسته حداکثر تمرکز تنش در نوک ترک‌های زاویه‌دار و دندانه ای محاسبه می‌گردد. نتایج ضعف مدل اولیه شیرلگ در بررسی دقیق تمرکز تنش در مواد مرکب تک لایه برای مقادیر بزرگتر نسبت مدول الاستیسیته زمینه به الیاف را نشان می‌دهد. در ماده مرکب شیشه- اپوکسی با ترکهای نامتقارن دندانه ای و زاویه‌دار در مدل اصلاح شده، بیشینه تمرکز تنش نسبت به ترک هم‌راستا به ترتیب 39 و 43 درصد کاهش می‌یابد. با افزایش نسبت مدول الاستیسیته زمینه به فیبر، بیشینه ضریب تمرکز تنش در اولین فیبر سالم نوک ترک کاهش می‌یابد. هنگامیکه نسبت مدول الاستیسیته زمینه به فیبر به سمت صفر میل می‌نماید نتایج مدل حاضر تطابق خوبی با مدل شیرلگ اولیه نشان می‌دهد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2310-fa.pdf 2016-02-20 472 480 تک لایه ماده مرکب شیر لگ تمرکز تنش ترک زاویه دار دندانه ای An investigation on the stress concentration factor in unidirectional composite lamina with angled and staggered crack In this paper by using of modified shear-lag model and superposition technique, the stress concentration factor in a unidirectional composite lamina with angled and staggered cracks is investigated. Unlike classical shear-lag model, in modified model, both the fiber and matrix are able to sustain axial loads. For a unit cell of fiber and matrix , the differential-difference equations of equilibrium were derived and solved for displacements and stress fields within the lamina. For a total fiber N and row of r, number of break fiber ,by superposition technique, The maximum stress concentration factor of lamina with angled and staggered breaks was calculated. Results show that the classical shear-lag model can not predict the stress concentration factor accurately when value of Matrix-to-Fiber moduli ratio is increased. In glass-epoxy lamina with staggered and angled cracks, the maximum stress concentration factor decreases by 39% and 43%, respectively, versus the aligned fiber breaks. By increasing the Matrix-to-Fiber moduli and Matrix-to-Fiber volume fraction ratios the maximum stress concentration factor decreases. As Em/Ef approaches to zero, results have a good agreement with primary shear-lag model. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2310-en.pdf 2016-02-20 472 480 Composite Lamina Shear-Lag Modified Shear-Lag Crack Stress Concentration Angled Staggered Saeed Rahnama 1 AUTHOR Mehdi maleki 2 AUTHOR
ORIGINAL_ARTICLE تعیین قطر بهینه مبدل حرارتی هوا – زمین به روش تحلیلی جهت کاربرد تهویه مطبوع در تحقیق حاضر یک مدل تحلیلی جدید برای مبدل حرارتی هوا – زمین ارائه شده است. بدین منظور، معادله گذرای انرژی به کمک قضیه دوهامل برای بخش خاک حل شده و توزیع دمای خاک با استفاده از مفهوم تابع جی به دست آمده است، سپس دمای سیال خروجی از مبدل با حل معادله انرژی در راستای طول محاسبه شده است. نتایج مدل حاضر با نتایج تجربی مقایسه شده و نسبت به دیگر مدل‌های موجود همخوانی بهتری مشاهده شد. در ادامه با استفاده از مدل جدید به بررسی پارامتری و امکان سنجی استفاده از این سامانه در شهر تهران در دوره عملکرد دائم سه ماهه تابستان با دو دمای ورودی مختلف به مبدل پرداخته شده است. از بررسی پارامتری مشخص گردید که به ازای هر دبی‌ جرمی،‌ قطر بهینه‌ متناظر با آن برای مبدل بدست می‌آید. همچنین مشاهده شد که قطر بهینه مبدل تابعی از دبی جرمی و زمان عملکرد سامانه می‌باشد و به دمای خاک و دمای ورودی به مبدل وابسته نیست. پیشنهاد گردید برای تأمین دبی جرمی بزرگ، از چند مبدل با دبی جرمی کوچکتر استفاده شود که در این صورت دمای خروجی از مبدل کاهش می‌یابد؛ با استفاده از مدل حاضر می‌توان عمق و فاصله دفن مبدل‌ها از یکدیگر را محاسبه نمود. همچنین مشخص گردید که این سامانه برای شهرهایی با اقلیم آب و هوایی کوهستانی و متوسط دمای سالیانه محیط پایین، به تنهایی قادر به تأمین آسایش حرارتی در دوره عملکرد دائم سه ماهه تابستان می‌باشد. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2049-fa.pdf 2016-02-20 481 490 مبدل حرارتی هوا - زمین مدل تحلیلی قطر بهینه Determination of optimum diameter of Earth to Air Heat Exchanger by analytical method for air conditioning In the present study, a new analytical model for Earth to Air Heat Exchanger is presented. To this end, transient energy equation is solved employing duhamel's theorem and the soil temperature distribution is achieved with the concept of G function. Then, the outlet temperature will be achieved by solving the energy equation along the length of heat exchanger. In comparison to previous models, the present results are in better agreement with those obtained experimentally. Parametric investigation and feasibility study of this system in Tehran has been made using this analytical model for summer season with two different input temperatures. Parametric investigation showed for each mass flow rate, the corresponding optimum diameter is gained. It is observed that optimum diameter is a function of mass flow rate and operation time and independent of soil and input temperature of heat exchanger. For major mass flow rate supply, utilization of heat exchangers with minor mass flow rate is suggested; accordingly the temperature of heat exchanger is decreased. The depth and distance between heat exchangers can be calculated by the present model. It is also revealed this system can solely supply thermal comfort in continuous summer operation for cities with cold climate and low annual average temperature. http://mme.modares.ac.ir/article-1-2049-en.pdf 2016-02-20 481 490 Earth to Air Heat Exchanger analytical model Optimum diameter Seyed Ali Mirahmadi Golrodbari 1 AUTHOR Mehdi Maerefat 2 AUTHOR Amin Haghighi Poshtiri 3 AUTHOR Asgar Minaei 4 AUTHOR