دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Digital Droplet Polymerase Chain Reaction Device Using a Microfluidic Chip واکنش زنجیره‌ای پلیمراز دیجیتال قطره‌ای با استفاده از تراشه میکروفلوئیدیکی 1943 1950 11023 FA امین بهرامی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران هاجر مقدس گروه مهندسی مکانیک، دانشکده نفت و گاز، دانشگاه یاسوج، گچساران، ایران محمدسعید سعیدی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران Journal Article Research on DNA is particularly important in the diagnosis, control, and treatment of many diseases, including cancer. Today, the use of digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) for different DNA tests has attracted much researchers’ attention. A large number of micron-sized droplets are required to perform ddPCR. In the present study, a ddPCR system was designed, fabricated, and evaluated using a microfluidic chip. The system comprises a microfluidic chip for droplet generation and a thermal cycling device needed for PCR. The droplet generation in the microchip was simulated in 3D. The simulation results were validated. The average error is about 5% in the radius of the droplets. The constructed thermal cycling device controls the chip temperature with a precision of ±1.5°C. The in-chip PCR process was successfully performed by applying 25 heat cycles. The fluorescent property was observed in most droplets that prove the thermal cycling device can provide the conditions for DNA proliferation in the laboratory. The images were processed, and different levels of fluorescent light were identified in the droplets. The coefficient of variation of the selected droplets is 2.5%, which gives a good accuracy compared to the acceptable amount for these types of systems (less than 8%). The results obtained from this fully native device can be used in many fields, including cancer detection, examination of malignant tissue, and evaluation of the success in tissue surgery. تحقیقات بر روی DNA در تشخیص، کنترل و درمان بسیاری از بیماری‌ها ازجمله سرطان اهمیت ویژه‌ای دارد. امروزه استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز دیجیتال قطره‌ای (ddPCR) برای آزمایشات مختلف بر روی DNA توجه محققان زیادی را جلب کرده است. برای انجام ddPCR به تعداد زیادی قطره با ابعاد میکرونی نیاز است. در مطالعه حاضر، یک سیستم ddPCR با استفاده از تراشه میکروفلوئیدیکی طراحی، ساخته و ارزیابی شد. این سیستم شامل یک تراشه میکروفلوئیدیکی برای تولید قطره و یک دستگاه تامین‌کننده چرخه‌های حرارتی مورد نیاز در PCR است. تولید قطره در ریزتراشه به‌صورت سه‌بعدی شبیه‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی اعتبارسنجی شد. خطای متوسط در شعاع قطرات تولیدشده حدود ۵% است. دستگاه چرخه حرارتی ساخته‌شده، دمای تراشه را با دقت ۱/۵±درجه سانتی‌گراد کنترل می‌کند. فرآیند PCR درون تراشه با اعمال ۲۵ چرخه حرارتی با موفقیت انجام شد. در اکثر قطرات خاصیت فلورسنت مشاهده شد که اثبات می‌کند دستگاه چرخه حرارتی شرایط تکثیر DNA را در آزمایشگاه به‌خوبی فراهم کرده است. تصاویر پردازش و سطوح مختلف نور فلورسنت در قطرات شناسایی شد. ضریب تغییرات قطرات انتخاب‌شده در برنامه پردازش، برابر با ۲/۵% است که در مقایسه با حالت قابل قبول برای این نوع سیستم‌ها (کمتر از ۸%) دقت مطلوبی را ارایه می‌دهد. نتایج به‌دست‌آمده از این دستگاه کاملاً بومی، می‌تواند در زمینه‌های متعددی ازجمله تشخیص سرطان، بررسی بافت سرطانی و ارزیابی موفقیت عمل بافت‌برداری استفاده شود. https://mme.modares.ac.ir/article_11023_7d787bb950167c81630d2f1256eec848.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Semi-empirical Investigation of the Effect of Finlet on the Turbulent Boundary Layer Trailing Edge Noise مطالعه نیمه‌تجربی تاثیر فینلت روی نویز لبه‌فرار لایه مرزی آشفته 1951 1965 11024 FA عباس افشاری گروه هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران علی‌اکبر دهقان گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران محسن دهقانی‌محمدآبادی گروه هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران مجتبی دهقان‌منشادی گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران Journal Article The study of turbulent boundary layer trailing edge noise as one of the most important aerodynamic sound generation mechanisms is a fundamental issue in design and production of equipment with minimum noise. In the present study, the utilization of finlets as a turbulent boundary layer trailing edge noise control technique is investigated. For this purpose, a flat-plate model, equipped with surface pressure transducers has been designed and built and the main parameters of trailing edge noise including the surface pressure spectra, the spanwise length scale, and eddy convection velocity in the trailing edge region have been measured. Moreover, in order to study the structure of the boundary layer flow downstream of the surface treatments, a single hot-wire anemometer has been used. The results showed that the presence of finlets leads to a significant reduction in the surface pressure spectra at all frequency ranges except for frequencies close to the maximum surface pressure spectrum. Furthermore, passing the flow structures through the finlets, although did not create significant changes to the spanwise length scale at high frequencies, however, they have led to an increase at low to mid frequencies. Finally, the Amiet-Roger model has been used to evaluate the changes in far field trailing edge noise due to the presence of the finlets and the results show the effectiveness of finlets in reducing trailing edge noise over a wide range of frequencies. مطالعه نویز لبه‌فرار لایه مرزی آشفته به‌عنوان یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های تولید نویز آیرودینامیکی، موضوعی بنیادی در طراحی و تولید تجهیزات با حداقل نویز است. در مطالعه حاضر، کارآیی فینلت به‌عنوان یک روش کنترل نویز لبه‌فرار لایه مرزی آشفته مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور یک مدل صفحه تخت، مجهز به سنسورهای فشار سطحی، طراحی و ساخته شده و پارامترهای اصلی نویز لبه‌فرار شامل طیف فشار سطح، طول مشخصه در راستای دهانه مدل و سرعت جابه‌جایی ساختارهای گردابه‌ای در محدوده لبه‌فرار مدل اندازه‌گیری شده است. همچنین، برای مطالعه ساختار جریان لایه مرزی در پایین‌دست فینلت‌ها، از جریان‌سنج سیم داغ یک‌بعدی استفاده شده است. نتایج نشان داد، حضور فینلت‌ها در بالادست لبه‌فرار مدل منجر به کاهش قابل توجه طیف فشار سطح در محدوده لبه‌فرار صفحه تخت در تمامی محدوده فرکانسی به استثنای فرکانس‌های نزدیک به ماکزیمم طیف فشار سطح شده است. همچنین عبور ساختارهای جریان از فضای بین فینلت‌ها، اگر چه منجر به ایجاد تغییر چندانی در طول مشخصه در راستای دهانه مدل در فرکانس‌های بالا نشده، اما باعث افزایش آن در فرکانس‌های پایین و تا اندازه‌ای میانی شده است. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی امیت- راجر، تغییرات نویز لبه‌فرار در دوردست ناشی از نصب فینلت‌ها پیش‌بینی شده که نتایج نشان‌دهنده کارآیی مناسب فینلت‌ها در کاهش نویز لبه‌فرار لایه مرزی آشفته در محدوده وسیعی از فرکانس‌ها است. https://mme.modares.ac.ir/article_11024_8c3c27ac7d298331a1bdfd0a5e8703d3.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 3D Printing of Shape-Memory Polymer based on Polylactic-Acid and Thermoplastic-Elastomer: Investigating of Shape-Memory and Thermo-Viscoelastic Properties چاپ سه‌بعدی پلیمر هوشمند لایه‌ای بر پایه پلی‌لاکتیک‌اسید و پلی‌یورتان‌ترموپلاستیک: بررسی خواص حافظه‌شکلی و ترموویسکوالاستیک 1967 1978 11025 FA امیر حسن‌زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمد گلزار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0003-3873-7262 Journal Article Smart polymers as a subset of smart materials have the ability to memorize their original form and return after reforming by inducing some stimulus. In this study, shape-memory polymers were manufactured in layers by 3D printing methods. Using this method, by controlling the percentage of each material in the sample and layer design the shape memory properties are investigated. The advantages of this method compared to other methods such as blending are the control simplicity of the impacting factors on the shape memory property, construction of complex parts, and improved shape memory property. TPU with elastic property and semi-crystalline PLA materials were used to achieve shape memory property and the samples printed out in TPU-UP and PLA -UP states to investigate the layer design effect. The results of shape memory tests showed that the number of layers, their arrangement, and shape memory properties can be easily controlled and designed. The results of DMTA test indicated that the recovery temperature in layered samples is lower than the other methods and the percentage of PLA and TPU can be controlled the recovery temperature. The recovery speed of layered samples in this study is very higher than previous studies, due to the amount of saved energy in TPU and the multilayered construction. Shape memory tests depicted that TPU increases the recovery ratio and the PLA increases the fixity ratio. The reason lay in the increase of the switching point percentage including crystallization, Tg, and reduction of cross-links which play the role of network cross. پلیمرهای هوشمند به‌عنوان زیرمجموعه مواد هوشمند قادر هستند شکل اولیه خود را ذخیره و پس از تغییر شکل با اعمال محرک‌ها به حالت اولیه خود بازگردند. در این تحقیق از روش‌های چاپ ‌سه‌بعدی برای ساخت پلیمرهای هوشمند به‌صورت لایه‌ای استفاده شده است. در این روش با کنترل درصد هر ماده در نمونه و چینش لایه‌ها به‌راحتی می‌توان خواص حافظه‌شکلی را طراحی و کنترل نمود. از جمله مزایای این روش نسبت به روش‌های دیگر مانند مخلوط‌کردن، سادگی کنترل عوامل موثر بر خاصیت حافظه‌شکلی، ساخت قطعات پیچیده و خاصیت حافظه‌شکلی بهتر است. مواد مورد استفاده TPU با خاصیت الاستیکی و PLA ترموپلاست نیمه‌کریستالی برای رسیدن به خواص حافظه‌شکلی بررسی شدند و جهت بررسی اثر لایه‌چینی، نمونه‌ها در دو حالت TPU-UP و PLA-UP چاپ شدند. نتایج آزمون‌های حافظه‌شکلی نشان داد که با کنترل تعداد لایه‌ها و نحوه چینش، خواص حافظه‌شکلی به سادگی قابل کنترل و طراحی است. نتایج آزمون DMTA نشان داد که دمای بازیابی در نمونه‌های لایه‌ای نسبت به روش‌های دیگر کمتر است و با تنظیم مقدار استفاده از دو ماده PLA و TPU می‌توان دمای بازیابی را کنترل نمود. سرعت بازگشت در نمونه‌های لایه‌ای نسبت به تحقیقات گذشته بسیار بالا است که از مقادیر انرژی ذخیره‌شده در TPU و لایه‌ای‌بودن نشات می‌گیرد. نتایج آزمون حافظه‌شکلی نشان داد که TPU نقش اساسی در افزایش نسبت بازیابی و PLA در افزایش نسبت تثبیت دارد. این امر به‌دلیل افزایش درصد کلیدهای شبکه که شامل سه عامل کریستاله‌شدن، دمای Tg و کاهش تعداد پیوندهای عرضی است. https://mme.modares.ac.ir/article_11025_977f8b33d303564416bf9f4ab1c39720.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Exergy Analysis of A36 Mild Steel Welding Process and Investigation of Hammering, Parallel Heating and Vibration Method on Residual Stress Reduction تحلیل اگزرژی فرآیند جوشکاری در فولاد نرمه A36 و بررسی روش‌های چکش‌کاری، گرمایش موازی و روش ارتعاشی جهت کاهش تنش‌های پسماند 1979 1989 11026 FA مجتبی ماموریان گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران سیدعلی ناقدی‌فر گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران منا محمدی‌نیشابوری گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران Journal Article Residual stress is one of the most substantial defects of welded parts caused by intensive thermal gradient. In this study, different mechanical and thermal techniques for reducing residual stresses have been investigated and the effectiveness of contributing parameters has been discussed afterwards. Subsequently, some equations have been proposed for welding energy and exergy efficiency and the effects of parallel flame heating, vibration method, and hammer working method on reducing welding residual stresses are expressed. The results show that by using parallel heating technique, the enhancement of flame power would result in reducing both energy and exergy efficiencies. However, the decremental rate of the two efficiencies would slow down and they approach to an asymptotic value. Increasing the speed of welding improves two efficiencies more than 2 times. On the other hand, the normalized entropy is reduced by increasing the heat input of the flames. This fact is an indicator of a reduction in welding residual stress. This reduction is more at high speeds. Eventually, the ratio of the two efficiencies shows that in this study, economical power was about 1800j/s. The reduction of normalized entropy for the vibration, hammering, and parallel flame methods are 0.001, 0.1, and 10, respectively. Overall, it is expected that thermal methods are more efficient than mechanical methods in reducing residual stresses. یکی از مهم‌ترین عیوب قطعات جوشکاری‌شده که در اثر گرادیان‌های شدید گرمایی ایجاد می‌شود، تنش‌های پسماند است. در این تحقیق روش‌های مختلف مکانیکی و حرارتی جهت کاهش تنش‌های پسماند بررسی شده و پارامترهای مختلف موثر مورد بحث قرار گرفته است. در همین راستا، روابطی برای بازده انرژی و اگزرژی برای جوشکاری ارایه شده و سپس تاثیرات گرمایش شعله‌های موازی، روش ارتعاشی و روش چکش‌کاری بر کاهش تنش‌های پسماند جوشکاری به‌کمک این دو بازده بیان شده است. نتایج نشان می‌دهد که در روش گرمایش موازی، با افزایش توان شعله‌ها، هر دو بازده انرژی و اگزرژی کاهش یافته اما از روند کاهشی این دو بازده، به مرور کاسته می‌شود و به مقدار صفر میل می‌کند. افزایش سرعت جوشکاری نیز هر دو بازده را تا بیش از ۲ برابر افزایش می‌دهد. از طرفی آنتروپی بی‌بعدشده با افزایش گرمای ورودی شعله‌ها، کاهش می‌یابد که نشان از کاهش تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری است. این کاهش در سرعت‌های بالاتر، بیشتر است. همچنین نسبت دو بازده نشان می‌دهد که در این بررسی، توان حدود ۱۸۰۰ژول بر ثانیه، مقداری بهینه از نظر اقتصادی خواهد بود. مرتبه کاهش تولید آنتروپی بی‌بعدشده برای روش ارتعاشی ۰/۰۰۱، روش چکش‌کاری ۰/۱ و روش شعله موازی ۱۰ است. می‌توان انتظار داشت روش‌های گرمایشی کارآیی بیشتری نسبت به روش‌های مکانیکی در کاهش تنش‌های پسماند دارا هستند. https://mme.modares.ac.ir/article_11026_42e499e591496cb71d9a11ae109dc962.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Detection and Size Classification of Defects on Outer Race of Angular Contact Ball Bearing Using Acoustic Emission Signals with Artificial Neural Network تشخیص تجربی عیب و دسته‌بندی اندازه آن در حلقه خارجی یاتاقان غلتشی تماس زاویه‌ای با روش نشر صوتی و شبکه عصبی مصنوعی 1991 2000 11027 FA آرمی مسرخانی گروه طراحی کاربردی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران سیدمحمد جعفری گروه طراحی کاربردی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران عباس رهی گروه طراحی کاربردی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران Journal Article In this paper, experimental defect diagnosis and the classification of its size in the outer race of angular contact ball bearing with acoustic emission method and artificial neural network are presented. In an experimental system, bearings are loaded at four speeds of 600, 900, 1200, and 1500rpm with four loads from low to high. Loads are applied to the outer race with the help of four bolts with equal and specific torques. Since the bearing is angular type, this type of loading is converted to radial and axial combined loading simultaneously and differs from conventional loads in deep groove bearings. Acoustic emission waves are recorded using broadband sensors in two states, healthy and defective. Therefore, to diagnose the defect, different states can be compared with the healthy. The spark method was used to create an artificially seeded defect. In analyzing the results, a new parameter called “the total time above threshold” was introduced to increase the efficiency of defect diagnosis and classification of its size. With the help of the introduced parameter and 4 conventional acoustic emission parameters and using an artificial neural network, the performance of the artificial intelligence system was 95.1% in defect diagnosis and 94.4% in defect size classification. در این مقاله، تشخیص تجربی عیب و دسته‏بندی اندازه آن در حلقه خارجی یاتاقان غلتشی تماس زاویه‌ای با روش نشر صوتی و شبکه عصبی مصنوعی ارایه شده است. در یک سیستم آزمایشگاهی، یاتاقان‌ها در چهار سرعت ۶۰۰، ۹۰۰، ۱۲۰۰ و ۱۵۰۰دور در دقیقه با چهار بارگذاری از کم به زیاد بارگذاری شدند. بارگذاری به‌کمک ۴ عدد پیچ با گشتاورهای مساوی و مشخص به حلقه خارجی اعمال شدند. این نوع بارگذاری به‌دلیل اینکه یاتاقان تماس زاویه‌ای است به بارگذاری ترکیبی شعاعی و محوری به‌صورت همزمان تبدیل می‌شود و با بارگذاری‏های مرسوم در یاتاقان‏های شیار عمیق متفاوت است. امواج نشر صوتی به‌کمک حسگرهای باند پهن، در دو حالت سالم و معیوب ثبت می‏شود. بنابراین برای تشخیص عیب، می‏توان حالت‏های مختلف را با حالت سالم مقایسه کرد. برای ایجاد عیب‌کندگی به‌صورت مصنوعی، از روش اسپارک استفاده شد. در بررسی نتایج پارامتر جدیدی به‌منظور افزایش بازده تشخیص عیب و دسته‏بندی اندازه آن، به نام مجموع زمان بالای حد آستانه معرفی شد. با کمک پارامتر معرفی‌شده و ۴ پارامتر نشر صوتی و با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، عملکرد سامانه هوش مصنوعی در تشخیص عیب ۹۵/۱% و در دسته‏بندی اندازه عیب ۹۴/۴% بود. https://mme.modares.ac.ir/article_11027_b13b768ca3df456b8a0423880c3b239b.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Effect of Parison Thickness and Blowing Pressure on Distribution of Wall Thickness in Extrusion Blow Molding اثر ضخامت پاریسون و فشار دمشی روی توزیع ضخامت در فرآیند قالب‌گیری دمشی اکستروژن 2001 2008 11028 FA مهدی بابایی‌کلایی گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران عباس ذوالفقاری گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران حمید باصری گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران Journal Article Blow molding is one of the most widely used processes for producing hollow plastic parts. In this process, the wall thickness uniformity of blow molded part is a prime concern. Processing parameters such as blowing pressure, melting temperature, and parison thickness affect the uniformity. In this paper, extrusion blow molding process for Peugeot 405 and Peugeot Pars water tanks has been studied by simulations and experiments. The effects of parison thickness in three levels and blowing pressure in two levels were investigated on the wall thickness of blow molded part. Parison thickness was varied by manipulating air gap between mandrel and die. The results indicated that the increase of blowing pressure had no effect on the part thickness. However, the parison thickness significantly influenced the thickness of molded part. Parison thickness was optimized by considering the weight and required strength of the part, so that, the material consumed was decreased. Also, Polyflow software was used to simulate the blow molding process. For this purpose, the initial parison geometry was experimentally determined by a measurement set-up, then the inflation process was simulated on this real parison. A good agreement was obtained between thicknesses of part in the experiments and simulations. قالب‌گیری دمشی یکی از فرآیندهای پرکاربرد برای تولید قطعات پلاستیکی توخالی است. در این فرآیند، یکنواختی ضخامت دیواره قطعه قالب‌گیری دمشی‌شده یک نگرانی اساسی است. پارامترهای فرآیند مانند فشار دمشی، دمای مذاب و ضخامت پاریسون بر یکنواختی تاثیر می‌گذارند. در این مقاله، فرآیند قالب‌گیری دمشی اکستروژن برای مخزن آب پژو ۴۰۵ و پارس با شبیه‌سازی و آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر ضخامت دیواره پاریسون در سه سطح و فشار دمشی در دو سطح بر ضخامت نهایی دیواره قطعه قالب‌گیری دمشی‌شده، بررسی شد. ضخامت پاریسون با استفاده از تغییر گپ هوایی بین ماندرل و دای، تغییر داده شد. نتایج نشان داد که فشار باد در هنگام دمش قطعه هیچ گونه تاثیری بر ضخامت دیواره قطعه ندارد. با این حال، ضخامت دیواره پاریسون به‌طور قابل توجهی بر ضخامت دیواره قطعه قالب‌گیری‌شده تاثیر می‌گذارد. ضخامت پاریسون با در نظرگرفتن وزن و استحکام مورد نیاز قطعه بهینه شد، به‌طوری که مقدار ماده مصرفی کاهش یافت. همچنین از نرم‌افزار پلی‌فلو برای شبیه‌سازی فرآیند قالب‌گیری دمشی استفاده شد. برای شبیه‌سازی، هندسه پاریسون اولیه به‌صورت تجربی توسط تجهیزات اندازه‌گیری تعیین شد. سپس فرآیند دمش در این پاریسون واقعی شبیه‌سازی شد. تطابق خوبی بین ضخامت قطعه در آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌ها به‌دست آمد. https://mme.modares.ac.ir/article_11028_f9e70773c750b0b4ef0b7b2a0b07fe67.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Investigation of the Effect of Nano-particle Concentrations on the First and Second Laws efficiency in CI engine fueled with Diesel/Biodiesel blend بررسی تجربی اثر غلظت نانوذرات بر عملکرد موتور اشتعال تراکمی با سوخت دیزل/بیودیزل از دیدگاه قانون اول و دوم 2009 2016 11029 FA آیت قره‌قانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران Journal Article Reducing fossil fuel sources together with tighter environmental laws to control the engine exhaust emissions makes the use of cleaner and renewable fuels inevitable. Therefore, the use of biodiesel fuel as a strategy to conserve energy and reduce emissions is becoming increasingly important in engines. On the other hand, biodiesel fuels increase NOx emissions in the engines, which necessitate the use of water additives to reduce the combustion temperature. To compensate for the negative effect of water addition by reducing combustion quality and thus reducing thermal and exergy efficiency, the use of metal-based nano-particles additive can be a reliable solution. In this study, the effect of adding different concentrations of nano-particles on improving efficiency of the first and second laws as well as fuel consumption of a single-cylinder engine with different fuel combinations with BXWYNZ formula (diesel fuel with X% biodiesel mass, Y% water mass%, and Zppm nano-particles), has been studied experimentally. The results of this study show that adding 60ppm nano-particles to B0W5 will improve about 3% efficiency in the first law and 2.5% efficiency in the second law compared to pure diesel fuel. These values were about 4 and 3.8% for 90ppm nano-particles, and 5 and 4.7% for 120ppm nano-particles, respectively. In addition, based on the experimental results, the B15W5N120 has 7.5% higher first-law efficiency and 7% higher second-law efficiency than pure diesel fuel. کاهش منابع انرژی‌های فسیلی همراه با تشدید قوانین زیست‌محیطی برای کنترل آلاینده‌های خروجی از موتور، استفاده از سوخت‌های پاک‌تر و تجدیدپذیر را اجتناب‌ناپذیر کرده است. از این‌رو، استفاده از سوخت بیودیزل هم به‌عنوان راه‌کاری برای حفظ منابع انرژی و هم کاهنده آلاینده‌ها اهمیت بسیاری در موتورها پیدا کرده است. از طرفی، سوخت بیودیزل باعث افزایش آلاینده ناکس (NOx) در موتورها می‌شود که استفاده از افزودنی آب برای کاهش دمای احتراق را ناگزیر می‌کند. برای جبران اثر منفی استفاده از آب کاهش کیفیت احتراق و در نتیجه کاهش راندمان حرارتی و اگزرژی، استفاده از افزودنی نانوذرات فلزی می‌تواند راه‌حل قابل اطمینانی باشد. در این مطالعه، اثر افزودن غلظت‌های مختلف نانوذرات بر بهبود راندمان قانون اول و دوم و نیز مصرف سوخت یک موتور تک‌سیلندر که با ترکیب‌های مختلف سوخت با فرمول BXWYNZ (سوخت دیزل با X% جرمی بیودیزل، Y% جرمی آب و Zبخش در میلیون نانوذره) کار می‌کند، مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که افزودن ۶۰بخش در میلیون نانوذره به ترکیب B۰W۵ باعث بهبود حدود ۳% در بازده قانون اول و ۲/۵% در بازده قانون دوم، نسبت به سوخت دیزل خالص خواهد شد. این مقادیر برای افزودن ۹۰بخش در میلیون نانوذره به‌ترتیب حدود ۴ و ۳/۸% و برای ۱۲۰بخش در میلیون نانوذره به ترتیب ۵ و ۴/۷% هستند. به‌علاوه، براساس نتایج تجربی به‌دست‌آمده، ترکیب B۱۵W۵N۱۲۰ دارای ۷/۵% بازده قانون اول بالاتر و ۷% بازده قانون دوم بالاتر نسبت به سوخت دیزل خالص است. https://mme.modares.ac.ir/article_11029_34c19f785e19b343fe2f54b3202f632c.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 The Correlation between Microstructure Features and Tensile Properties of Ti-6Al-4V Alloy Using Artificial Neuron Networks ارتباط بین ویژگی‌های ریزساختاری و خواص کششی در آلیاژ Ti-6Al-4V با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی 2017 2027 11030 FA علیرضا فلاحی آرزودار گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران مصطفی آسمانی گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article The present study investigates the influence of three different microstructure features including volume fraction of α phase (A), thickness of α phase (B), and aspect ratio of primary α (C) on tensile properties of Ti-6Al-4V alloy, by response surface methodology with central composite design (CCD). The experimental data required for the design of experiment (DOE) and analysis of variance (ANOVA) is predicted using the artificial neural network (ANN). First using the experimental data of other researchers, the ANN with two hidden layers by the error propagation algorithm was trained. The main objective of this study is to compare the two feedforward and feedback neural networks in as well as examine the influence of microstructure on the mechanical properties of the Ti-6Al-4V alloy. The results showed that the feedback neural network has higher accuracy than the feedforward neural network to predict the values of yield strength and elongation. Besides, according to ANOVA and response surface method, C, B2, AB2, and A2C factors and A, C, B2, BC, and A2B factors have more significant effects on yield strength and elongation in Ti-6Al-4V alloy, respectively. در مطالعه حاضر، تأثیر سه پارامتر ریزساختاری ازجمله کسر حجمی فاز α (A)، ضخامت لایه α (B) و نسبت ابعادی فاز α اولیه (C) بر روی استحکام تسلیم و ازدیاد طول در آلیاژ Ti-۶Al-۴V با استفاده از روش رویه پاسخ با طرح مرکب مرکزی مورد بررسی قرار گرفت. داده‌های مورد نیاز برای طراحی آزمایش و تحلیل واریانس از طریق شبکه عصبی مصنوعی، پیش‌بینی شدند. به این منظور ابتدا با استفاده از داده‌های تجربی سایر محققین شبکه عصبی مصنوعی با دو لایه پنهان توسط الگوریتم پس انتشار خطا تعلیم داده شد. هدف اصلی این مطالعه مقایسه قابلیت پیش‌بینی دو شبکه پیش‌خور و پس‌خور و همچنین بررسی چگونگی تأثیر ویژگی‌های ریزساختاری بر خواص مکانیکی آلیاژ Ti-۶Al-۴V است. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پس‌خور نسبت به شبکه پیش‌خور به‌ازای پارامترهای ورودی توانایی پیش‌بینی مناسب و دقیق‌تری از مقادیر استحکام تسلیم و ازدیاد طول آلیاژ Ti-۶Al-۴V دارد. همچنین از تحلیل واریانس و تکنیک رویه پاسخ مشخص شد، عناصر مرتبه اول و دوم C، B۲، AB۲ و A۲C به‌علاوه عناصر A، C، B۲، BC و A۲B به ترتیب از موثرترین فاکتورهای تأثیرگذار بر تعریف رفتار استحکام تسلیم و ازدیاد طول آلیاژ Ti-۶Al-۴V هستند. https://mme.modares.ac.ir/article_11030_11a32152b03a749d6bfcc5865300518e.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental and Numerical Investigation of Droplet Flow in Plastic and Metallic Wire Mesh Demisters مطالعه عددی و آزمایشگاهی جریان قطره‌ای در دمیسترهای شبکه سیمی فلزی و پلاستیکی 2029 2043 11031 FA فرهاد حسین‌نژاد گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران رامین کوهی‌کمالی گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article In the current study, experimental and numerical methods have been used to investigate the pressure drop and the separation efficiency of wire mesh demisters in an air-water system. Using the designed and manufactured experimental model, various parameters such as air velocity, packing density, and wire diameter in plastic and metallic demisters have been studied. Numerical simulation was carried out in two-dimensional and transient form using K-epsilon (k-ε) turbulence model in commercial software ANSYS Fluent and validated against experimental results. The Eulerian-Lagrangian discrete phase model was also used to simulate the water droplet trajectory at diameters of 0.2 and 0.05mm. The numerical simulation results are sufficiently accurate compared to the experimental data. The numerical solver predicts separation efficiency with error of about 20% and pressure drop with error of less than 20% compared to experimental data. The numerical simulation results show that increasing the diameter of water droplets at higher air velocities and higher packing densities is more effective and increases the separation efficiency up to 36%. Also, increasing the packing density increases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.2mm and decreases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.05mm. The results show that the separation efficiency of plastic demister is more than the separation efficiency of metallic demister and in lower packing densities, the use of plastic demister is advisable. در مطالعه حاضر با استفاده از روش‌های عددی و آزمایشگاهی به بررسی اُفت فشار و بازده جداسازی دمیسترهای شبکه سیمی در یک سیستم آب- هوا پرداخته شده است. با استفاده از مدل آزمایشگاهی طراحی و ساخته‌شده، پارامترهایی نظیر سرعت هوا، چگالی فشردگی و قطر سیم شبکه در دمیسترهایی از جنس فلزی و پلاستیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه‌سازی عددی به‌صورت دوبعدی و حالت گذرا با استفاده از مدل آشفتگی کی- اپسیلون در نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام و با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شد. همچنین از مدل فاز گسسته با دیدگاه اویلری- لاگرانژی برای شبیه‌سازی مسیر حرکت قطرات آب در قطرهای ۰/۲ و ۰/۰۵میلی‌متر استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی عددی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی از دقت قابل قبولی برخوردار است. حلگر عددی، بازده جداسازی را با خطای حدود ۲۰% و اُفت فشار را با خطایی کمتر از ۲۰%، نسبت به داده‌های آزمایشگاهی پیش‌بینی می‌کند. نتایج شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد افزایش قطر قطرات آب در سرعت‌های بالاتر و چگالی‌های فشردگی بیشتر، موثرتر بوده و موجب افزایش بازده جداسازی تا حدود ۳۶% می‌شود. همچنین افزایش چگالی فشردگی برای قطراتی با قطر ۰/۲میلی‌متر باعث افزایش بازده جداسازی و برای قطراتی با قطر ۰/۰۵میلی‌متر موجب کاهش بازده جداسازی می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که بازده جداسازی دمیستر پلاستیکی بیشتر از دمیستر فلزی است و در چگالی‌های فشردگی پایین‌تر، استفاده از آن توصیه می‌شود. https://mme.modares.ac.ir/article_11031_09d7de7eb33cc3b65f4e19b43f8bc81e.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 The Influence of Uniform and Localized Blast Loading on the Response of Single-Layered Circular Plates: Experimental Study and Regression Analysis Using Response Surface Methodology اثر بارگذاری انفجاری یکنواخت و محلی روی پاسخ ورق‌های تک‌لایه دایره‌ای: مطالعه تجربی و تحلیل رگرسیونی با استفاده از روش رویه پاسخ 2045 2060 11032 FA مصطفی سیاح‌بادخور گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی برق، مکانیک و کامپیوتر، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران توحید میرزابابای‌مستوفی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی برق، مکانیک و کامپیوتر، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران هاشم بابایی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article In the present study, the experimental study and regression analysis of the dynamic response of circular plates under uniform and localized blast loading were investigated. To this end, several experiments were performed on steel plates under different conditions in the experimental section. In order to complete the database and perform a comprehensive analysis, fourteen series of experiments and 562 data in the open literature were added to the experimental results of the present study. Subsequently, the effect of the radius and thickness of the plate, the impulse of applied load, the mechanical properties of the plate, the loading radius, and the standoff distance on the maximum deflections of circular plates were simultaneously investigated using the Design-Expert software package and response surface methodology. In order to find a significant model, the confidence level of 95% was considered in the analysis. Two separate analyses were done based on the types of loading. The values of R2 for uniform and localized blast loading are equal to 0.9712 and 0.9548, respectively. The results show that the predicted values of the models are in good agreement with the experimental data and the presented models are suitable. Optimal conditions for the minimum deflection of the circular plates under dynamic loading with uniform and local distribution were also presented. در مطالعه حاضر، به بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی پاسخ دینامیکی ورق‌های دایره‌ای تحت بار انفجاری یکنواخت و محلی پرداخته شده است. بدین منظور در بخش مطالعه آزمایشگاهی، آزمایش‌هایی روی ورق‌های فولادی در شرایط مختلف انجام شد. به‌منظور تکمیل بانک اطلاعاتی و انجام یک تحلیل جامع، چهارده سری آزمایش و ۵۶۲ داده موجود در ادبیات تحقیق به نتایج تجربی مطالعه حاضر اضافه شد. در ادامه، با استفاده از نرم‌افزار طراح آزمایش و روش رویه پاسخ، اثر شعاع و ضخامت ورق، شدت بار وارده، خواص مکانیکی ورق، شعاع بارگذاری و فاصله استقرار روی خیز ورق‌های دایره‌ای به‌صورت هم‌زمان بررسی شد. به‌منظور دستیابی به یک مدل معنی‌دار، سطح اطمینان ۹۵% در تحلیل در نظر گرفته شد. با توجه به نوع بارگذاری‌ها، دو تحلیل جداگانه انجام شد. مقادیر R۲ برای بارگذاری دینامیکی با توزیع یکنواخت و محلی به ترتیب برابر ۰/۹۷۱۲ و ۰/۹۵۴۸ به‌دست آمد. نتایج حاصل حاکی از آن است که مقادیر به‌دست‌آمده از پیش‌بینی مدل‌ها با داده‌های تجربی مطابقت خوبی دارد و مدل‌های ارایه‌شده مناسب هستند. شرایط بهینه برای کمترین تغییر شکل ورق‌های تک‌لایه دایره‌ای تحت بارگذاری دینامیکی با توزیع یکنواخت و محلی نیز ارایه شد. https://mme.modares.ac.ir/article_11032_b43500a3d5362c75c3b893ca2d8a3c0f.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 The Extended Finite Element Method Numerical and Experimental Analysis of Mechanical Behavior of Polysulfone/58s Bioactive Glass Synthesized through Solvent Casting Method تحلیل عددی المان محدود توسعه‌یافته و تجربی رفتار مکانیکی کامپوزیت پلی‌سولفون- شیشه زیست‌فعال s58 تهیه‌شده توسط روش ریخته‌گری حلال 2061 2073 11033 FA آرنگ پژوهشگر گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران امیرحسین مغنیان گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام‌خمینی(ره)، قزوین، ایران سیدعلی صدوق‌ونینی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article The composites derived from the bioactive glasses, such as BG/polysulfone, have better mechanical properties than pure materials and their characteristics are closer to human bone. In this study, the unknown fracture behavior of 58s BG/PSF composite has been investigated. The extended finite element method (XFEM) was used, in order to model the fracture behavior of 58s BG/PSF composite with greater accuracy. The XFEM doesn’t require remeshing at each step and achieves the precise approximation of singularities by incorporating discontinuity behavior into the elements using the enrichment functions. The aim of using the XFEM was to obtain stress intensity factors, displacements, stress and strain around the crack tip, fracture toughness as well as strain energy release rate. Moreover, the 58s BG/PSF composite with 30% bioactive glass particles was synthesized using solvent casting method and the bending failure test was performed according to the relevant standard. Also, to demonstrate the quality of the interface between the glass particles and polysulfone, SEM investigation was performed on the fracture surface. The obtained fracture toughness was in the range of 1.4 to 1.6 کامپوزیت‌های زیست‌فعال، مانند پلی‌سولفون- شیشه زیست‌فعال، خواص مکانیکی بهتری نسبت به مواد خالص دارند و خواص آنها به استخوان انسان نزدیک‌تر است. در این پژوهش، از روش المان محدود توسعه‌یافته استفاده شده است، تا رفتار ناشناخته شکست کامپوزیت با دقت قابل قبول مدل‌سازی شود. در روش المان محدود توسعه‌یافته، استفاده از مش‌ریزی در هر مرحله ضروری نیست و با بهره‌گیری از توابع تحلیلی خاص (توابع غنی‌ساز) برای هر ناپیوستگی، دقت تقریب در تکینگی‌ها افزایش می‌یابد. هدف از استفاده از روش المان محدود توسعه‌یافته، به‌دست‌آوردن ضریب شدت تنش، جابه‌جایی‌ها، تنش در اطراف نوک ترک، چقرمگی شکست و نرخ آزاد‌سازی انرژی کرنشی است. علاوه‌بر این، کامپوزیت پلی‌سولفون- شیشه s۵۸ با ۳۰% حجمی شیشه زیست‌فعال و با استفاده از روش ریخته‌گری حلال تولید و آزمون شکست خمشی براساس استاندارد مربوطه انجام شد. همچنین برای ظاهرسازی کیفیت ناپیوستگی در فصل مشترک ذرات شیشه و زمینه پلی‌سولفون، تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح شکست نمونه‌های آزمون خمش تهیه شد. رابطه بسیار نزدیکی بین ناپیوستگی اجزای کامپوزیت و ضعف در پاسخ مکانیکی و شکست کامپوزیت ساخته‌شده وجود دارد. چقرمگی شکست به‌دست‌آمده در محدوده ۱/۴ تا ۱/۶مگاپاسکال در رادیکال‌متر و نرخ آزاد‌سازی انرژی کرنشی در محدوده ۱۶۰۰ تا ۱۹۰۰ژول بر متر مربع و قابل مقایسه با مقادیر مربوط به استخوان طبیعی بدن انسان است. همچنین ضریب شدت تنش و نرخ آزاد‌سازی انرژی کرنشی توسط کدنویسی در متلب و مدل‌سازی در آباکوس به‌دست آمده و با نتایج تجربی و تحلیلی مقایسه شده‌اند که بیانگر مطابقت خوب نتایج عددی با نتایج تجربی و تحلیلی است. https://mme.modares.ac.ir/article_11033_ea9f6bbe0b86ae4c80610e31aacb8358.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Investigation of Size Effect on the Bubble-Droplet Coalescence in Water بررسی تجربی اثر اندازه در ائتلاف قطره- حباب در محیط آبی 2075 2085 11034 FA حسام آمی‌احمدی گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران عادل عبادی گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران سیدمصطفی حسینعلی‌پور گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران 0000-0002-6128-8920 Journal Article Nowadays, the interaction between gas bubbles and oil droplets plays an important role in the efficiency of many industrial processes. Therefore, it is of great importance to study the influencing factors on these processes. So, in the present paper, the effect of droplet and bubble size on the drainage time of the trapped intervening film between droplet and bubble was investigated. Six series of experiments were conducted for various sizes and three characteristic time scales including drainage time, coverage time, and rupture time were measured. Each of these experiments was repeated at least five times. The results showed that the drainage time changed independently of the droplet/bubble size. Moreover, it was observed that due to the nature of the phenomenon, the measured drainage times in each equivalent size are notably scattered, which means that the microscopic interactions in the water film and between bubble-droplet interfaces have significant impacts on the drainage time. Also, in the current experiment, it was found that the volume of the intervening film between droplet and bubble has no vital role in the drainage time of the mediate water film. امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، برهم‌کنش حباب‌های گازی و قطرات نفتی نقش به‌سزایی در تعیین راندمان کلی سیستم بازی می‌کند. لذا شناخت پارامترهای اثرگذار بر این فرآیندها حایز اهمیت خواهد بود. از این‌رو، در مقاله حاضر به بررسی نقش اندازه قطره و حباب بر زمان تخلیه فیلم بینابینی به‌دام‌افتاده بین قطره و حباب پرداخته شد. ضمن این مطالعه شش سری آزمایش در شش اندازه مختلف مورد بررسی قرار گرفت و در طی آنها زمان مورد نیاز جهت تخلیه فیلم، زمان پوشش و زمان شکست فیلم که از جمله زمان‌های مشخصه فرآیند ائتلاف هستند، اندازه‌گیری شد. هر کدام از این سری آزمایش‌ها حداقل پنج‌بار تکرار شدند. نتایج حاکی از آن بودند که زمان تخلیه مستقل از اندازه قطره و حباب در حال تغییر است. علاوه‌بر آن، مشاهده شد که در هر اندازه قطره و حباب، زمان تخلیه ناشی از تکرارهای به‌دست‌آمده دارای پراکندگی‌های بسیار زیادی هستند که البته این پراکندگی‌ها ناشی از طبیعت پدیده مورد نظر بوده است و این بدان معنا است که پدیده‌های میکروسکوپیکی که در فیلم آب و بین سطوح مشترک قطره- حباب رخ می‌دهند، دارای اثرات بسیار زیادی بر تعیین زمان تخلیه هستند. همچنین ضمن این آزمایش مشخص شد که حجم فیلم به‌دام‌افتاده بین قطره و حباب، تاثیر چندانی بر زمان تخلیه فیلم آب بینابینی نخواهد داشت. https://mme.modares.ac.ir/article_11034_5f123c605d90ec98e3b8544d49136c31.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Study and Numerical Simulation of Ductile Fracture on In-Situ Tensile Specimens Using GTN Micromechanical Damage Model بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی شکست نرم در نمونه‌های کششی با به‌کارگیری مدل آسیب میکرومکانیکی جی‌تی‌ان 2087 2099 11035 FA حامد قلی‌پور گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران فریدرضا بیگلری گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article The present study is devoted to experimental and numerical investigation of in-situ tensile tests to recognize the mechanisms of ductile fracture under different stress states. The GTN model, which is a micromechanical based damage model, has used for numerical simulations. The parameters related to this model for St12 steel were identified by response surface method (RSM) through minimizing the difference between numerical and experimental results of the tensile test on a standard specimen. The void related parameters of GTN model were determined 0.00107, 0.00716, 0.01, and 0.15 for ff, fc, fN, f0, respectively. After calibrating the damage model for the studied material, the tensile tests were carried out on the in-situ specimens with different geometries. The fractographic analysis was performed to identify the ductile fracture under a wide range of stress states and two failure mechanisms were observed. The calibrated damage model was applied to FE simulations of in-situ tensile specimens for numerical study of the experimentally observed fracture phenomenon. The extracted numerical results showed a good agreement with experimental observations comparing load-displacement plots with a margin of error within 5%. The location of fracture initiation, crack growth orientation, and the displacement at fracture zone in numerical studies also showed close correspondence with experiments. مطالعه حاضر به بررسی تجربی و عددی نمونه‌های کششی برای مطالعه و شناسایی مکانیزم شکست نرم تحت حالت‌های مختلف تنش می‌پردازد. مدل جی‌تی‌ان که یک مدل آسیب میکرومکانیکی است، برای شبیه‌سازی‌های عددی استفاده شده ‌است. پارامترهای مرتبط با این مدل برای فولاد اس‌تی‌۱۲ با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) با حداقل اختلاف بین نتایج عددی و تجربی آزمون کشش بر روی نمونه استاندارد تعیین شدند. پارامترهای مربوط به حفره در مدل جی‌تی‌ان به‌ترتیب ۰/۰۰۱۰۷، ۰/۰۰۷۱۶، ۰/۰۱ و ۰/۱۵ برای ff, fc, fN, f۰, تعیین شدند. پس از کالیبراسیون مدل آسیب برای ماده مورد مطالعه، آزمون‌های کشش بر روی نمونه‌های کششی با هندسه‌های مختلف انجام شدند. بررسی شکست‌نگاری برای فهم مکانیزم شکست نرم تحت طیف گسترده‌ای از حالت‌های تنش انجام و دو مکانیزم شکست شناسایی شد. مدل آسیب کالیبره‌شده، برای شبیه‌سازی المان محدود نمونه‌های کششی به‌منظور مطالعه عددی مکانیزم‌های شکست مشاهده‌شده در آزمون‌های تجربی استفاده شد. نتایج عددی استخراج‌شده مطابقت خوبی با مشاهدات تجربی داشت، به‌طوری که نمودار نیرو- جابه‌جایی حاشیه خطا حدود ۵% را نشان می‌دهد. محل شروع شکست، جهت رشد ترک و مقدار جابه‌جایی در نقطه شکست در مطالعات عددی نیز نشان‌دهنده مطابقت نزدیک با آزمایشات تجربی بود. https://mme.modares.ac.ir/article_11035_0bf76a53f4021dd7bd49affd1419a2e7.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Enhancement of the Accuracy of Experimental Drag Coefficient Calculation of an Airfoil by Including the Turbulence Velocity Terms in the Wake Region افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسای یک ایرفویل با احتساب ترم‌های سرعت اغتشاشی در ناحیه دنباله 2101 2112 11036 FA غلامحسین ملکی گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران سیاوش طباطبائیان گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران محمدرضا سلطانی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران علیرضا داوری گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Journal Article In the present study, the instantaneous velocity profile behind an airfoil at two different Reynolds numbers has been measured experimentally. Data are used to study the wake profile and the corresponding drag coefficient force of the airfoil in different conditions. In the conventional and common methods for calculation of the drag force coefficient through the velocity measurement behind an airfoil, turbulence velocity terms of the momentum equation are ignored. However at moderate to high angles of attack where the flow becomes turbulent and separation occurs, the nature of the flow becomes three dimensional and disregarding the components of the fluctuation of velocity (in three dimensions) in calculation of the drag coefficient of airfoil may result in erroneous information. In the present study, in order to increase the accuracy of the experimental drag coefficient of the airfoil for moderate to high angles of attack, turbulence velocity terms in experimental drag coefficient calculation are considered and this causes an acceptable compatibility between experimental and numerical results whereas for low angles of attack, disregarding the effects of turbulence velocity terms in experimental drag coefficient calculation will improve the accuracy of the experimental drag coefficient and a desired compatibility between experimental and numerical data will be established. در مطالعه حاضر، پروفیل سرعت لحظه‌ای در پشت یک ایرفویل به‌صورت تجربی در دو عدد رینولدز متفاوت اندازه‌گیری شده است. داده‌های حاصل از این اندازه‌گیری برای مطالعه پروفیل دنباله و ضریب نیروی پسای ایرفویل در شرایط گوناگون استفاده می‌شود. در روش‌های مرسوم و متداول برای محاسبه ضریب نیروی پسای ایرفویل از طریق اندازه‌گیری سرعت در پشت ایرفویل، از ترم‌های سرعت اغتشاشی معادله مومنتوم صرفه‌نظر می‌شود. اگرچه، در زوایای حمله متوسط به بالا که جریان مغشوش می‌شود و جدایش هم اتفاق می‌افتد، ماهیت جریان سه‌بعدی می‌شود و نادیده‌گرفتن ترم‌های اغتشاشی سرعت (در سه‌بعد) در محاسبه ضریب پسای ایرفویل ممکن است منجر به کسب داده‌های اشتباه شود. در مطالعه حاضر به‌منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل برای محدوده زوایای حمله متوسط به بالا، ترم‌های سرعت اغتشاشی در محاسبه ضریب پسای ایرفویل لحاظ می‌شود و این امر منجر به برقراری همخوانی مطلوب بین نتایج عددی و تجربی می‌شود، در حالی که برای محدوده زوایای حمله اندک، به‌منظور افزایش دقت محاسبه تجربی ضریب پسا و ایجاد یک تطابق مطلوب بین نتایج عددی و تجربی، می‌توان از اثرات ترم‌های سرعت اغتشاشی در محاسبه تجربی ضریب پسای ایرفویل صرفه‌نظر کرد. https://mme.modares.ac.ir/article_11036_bbf37bc29caa653170cf5a578f1e7464.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Study of the Effect of Nebulizer on the Performance Coefficient of Direct Expansion Air Conditioning Systems ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺗﺎﺛﯿﺮ ﻧﺒﻮﻻیﺰر ﺑﺮ ﺿﺮیﺐ ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺳﯿﺴﺘﻢ‌ﻫﺎی ﺗﻬﻮیﻪ ﻣﻄﺒﻮع اﻧﺒﺴﺎط ﻣﺴﺘﻘﯿﻢ 2113 2120 11037 FA امین جودت گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران مجتبی نجفیان بخش تحقیق و توسعه، شرکت توسعه فناوری، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران Journal Article In this experimental study, the condensed water in the evaporator coil was injected using the nebulizer technology into the condenser inlet air and its effect on the performance coefficient was studied. The testing equipment employed in the present study consisted of an air conditioner tunnel with the dimensions of 200×35×35cm, which had the compression refrigeration cycle of 1-ton refrigeration with R404a refrigerant. A data logger with pressure and temperature sensors installed at various points of the unit accurately recorded the measured data. The results indicated that the use of a nebulizer would reduce the compressor outlet pressure and compressor power consumption and also increase the performance coefficient. By increasing the air temperature to the condenser from 21 to 36°C, the use of a nebulizer reduced compressor outlet pressure by more than 27%, decreased compressor power consumption by more than 8%, and increased the performance coefficient more than 64%. The results demonstrate the nebulizer technology could be used on hot days of the year by recycling wastewater from air conditioning systems, as a practical and low-cost method to increase the efficiency of direct expansion air conditioning systems. در این پژوهش به‌صورت تجربی، با استفاده از تکنولوژی نبولایزر، اثر تزریق آب تقطیر‌شده در کویل تبخیر‌کننده، بر هوای ورودی چگالنده در جهت افزایش ضریب عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع انبساط مستقیم مطالعه شده‌ است. دستگاه آزمایشگاهی از یک تونل تهویه مطبوع به ابعاد ۳۵×۳۵×۲۰۰سانتی‌متر تشکیل شده است که دارای یک چرخه تبرید تراکمی به ظرفیت یک تن تبرید با مبرد R۴۰۴a است. سیستم کنترلی و ثبت داده‌ها به‌همراه سنسورهای فشار و دمای نصب‌شده در نقاط مختلف این دستگاه، قابلیت ثبت داده‌های اندازه‌گیری را با دقت خوب تامین نموده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از نبولایزر سبب کاهش فشار خروجی و توان مصرفی کمپرسور شده و ضریب عملکرد چرخه تبرید را افزایش خواهد داد. با افزایش دمای هوای عبوری از سطح چگالنده، استفاده از نبولایزر اثربخشی بیشتری خواهد داشت. با افزایش دمای هوای عبوری چگالنده از ۲۱ به ۳۶درجه سانتی‌گراد، استفاده از نبولایزر موجب کاهش فشار خروجی کمپرسور تا بیش از ۲۷%، کاهش توان مصرفی کمپرسور بیش از ۸% و افزایش ضریب عملکرد چرخه تبرید بیش از ۶۴% خواهد شد. نتایج نشان می‌دهد تکنولوژی نبولایزر در روزهای گرم سال می‌تواند با بازیافت آب اتلافی سیستم‌های تهویه مطبوع، به‌عنوان روشی عملی و کم‌هزینه جهت افزایش ضریب عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع انبساط مستقیم استفاده شود. https://mme.modares.ac.ir/article_11037_d00498d9f077780f5be58d0956ce0458.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 The Effect of Exhaust Gas Recirculation on Combustion and Emission of RCCI Engine Fueled with Diesel-CNG Fuel بررسی تاثیر بازخورانی گازهای اگزوز در احتراق و آلایندگی موتور با احتراق RCCI با سوخت دیزل- گاز طبیعی 2121 2128 11038 FA سعید غفارزاده گروه قوای محرکه خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران علی نصیری‌طوسی گروه قوای محرکه خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران محمدتقی زرین‌کلاه گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شریف، تهران، ایران Journal Article RCCI as low temperature combustion is one of the common methods for reducing nitrogen oxides and soot pollutants. In this study, the effect of exhaust gas recirculation on combustion and emission of an RCCI engine, fueled with diesel and CNG was investigated. The investigated engine is a single-cylinder engine with diesel direct injection to the combustion chamber as high-reactivity fuel and a port fuel injection of CNG fuel as low-reactivity fuel. The start of injection, the injection shape, and the injection duration of both injectors are controlled by the developed ECU. Since the engine tested has good stability in the premix ratio of 60% and is capable of operating with high EGR percentage, it was selected for investigation. The results of this study show that with an increase of the exhaust gas recirculation rate from 0 to 34%, the amount of IMEP and thermal efficiency decrease by about 18%. As the EGR increases, the start, middle, and end of the combustion are delayed due to the decrease in oxygen content inside the combustion chamber. With the increase of EGR, the temperature of the combustion chamber decreased so that increasing CO and UHC production, showing an increase of 86 and 300%, respectively, while NOx decreases by 350%. احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، به‌عنوان یک احتراق دما پایین یکی از روش‌های رایج برای کاهش آلاینده‌های اکسیدهای نیتروژن و دوده است. در این تحقیق، تاثیر بازخورانی گازهای اگزوز بر احتراق و آلایندگی یک موتور دوسوخته دیزل و گاز طبیعی با سیستم احتراق اشتعال تراکمی کنترل واکنشی مورد بررسی قرار گرفت. موتور مورد تحقیق، یک موتور تک‌سیلندر با پاشش سوخت دیزل به‌عنوان سوخت با واکنش‌پذیری بالا به‌صورت مستقیم به داخل سیلندر و پاشش سوخت گاز طبیعی به‌عنوان سوخت با واکنش‌پذیری پایین در راه‌گاه است. زمان شروع پاشش، شکل پاشش و طول پاشش در هر دو انژکتور توسط ECU توسعه‌یافته، تحت کنترل هستند. با توجه به اینکه موتور مورد آزمون در نسبت پیش‌اختلاط ۶۰% از پایداری خوبی برخوردار است و قابلیت کار با درصد بالای گازهای برگشتی از اگزوز را دارد، برای بررسی انتخاب شد. نتایج حاصل از این بررسی نشان می‌دهد که با افزایش میزان بازخورانی گازهای اگزوز از صفر تا ۳۴%، مقدار IMEP و بازده حرارتی حدود ۱۸% کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش میزان بازخورانی گازهای اگزوز، شروع، میانه و انتهای احتراق به‌علت کاهش میزان اکسیژن داخل محفظه احتراق عقب می‌افتد. با افزایش EGR دمای محفظه احتراق کاهش یافته، بنابراین تولید CO و UHC روند افزایشی به ‌ترتیب ۸۶ و ۳۰۰% دارد و برعکس میزان NOx، ۳۵۰% کاهش می‌یابد. https://mme.modares.ac.ir/article_11038_641aa381139a7254f52aaf4bfc5d99da.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Design, FEM Simulation, and Implementation of a Passive Magnetic Bearing for the Reaction Wheel Actuator طراحی، شبیه‌سازی FEM و پیاده‌سازی سیستم یاتاقان مغناطیسی غیرفعال بر روی عملگر چرخ عکس‌العملی 2129 2137 11039 FA سیدحامد حسینی گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران مهران محبوب‌خواه گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران مرتضی فرهید پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران Journal Article One of the important challenges of the aerospace industry is the use of magnetic bearings and generating the electromagnetic flux in motor to increase its speed of rotation and angular momentum. In this paper, the passive magnetic bearing for the reaction wheel actuator which is used to modify the status of space satellite is designed and analyzed using the COMSOL software. The performance of constructed reaction wheel in various modes is evaluated. In the passive magnetic bearing system, when the rotor exits the center position of the rotational axis, the return force that results from repulsion between the poles of the same permanent magnet directs the rotor to the center axis position. In the paper, the axial passive magnetic bearing is designed, and the distribution of magnetic flux density and static force of the bearing is estimated using simulation in the software and the stiffness coefficient is obtained from the static properties. To reduce the power consumption of the reaction wheel, various layouts were investigated. Then, based on design and analysis results, the appropriate bearing to achieve the maximum rotational speed and the minimum power consumption is introduced. The results of the FEM analysis clarified the effects of the magnetic stacking structure on the force and magnetic stiffness of the bearing and finally, the experiments proved that the rotational speed and momentum of the reaction wheel are increased in the combined use of the mechanical and passive magnetic bearings. استفاده از یاتاقان‌های مغناطیسی به‌منظور شناورسازی محور موتورهای الکتریکی با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی و کاهش اصطکاک و افزایش دور و مومنتوم زاویه‌ای، یکی از چالش‌های موجود صنایع هوافضا است. در این مقاله، یاتاقان مغناطیسی غیرفعال برای عملگر چرخ عکس‌العملی، عملگری که برای تغییر و کنترل وضعیت ماهواره‌های فضایی به‌کار می‌رود، طراحی و با استفاده از نرم‌افزار کامسول تحلیل شده و عملکرد آن پس از ساخت در حالت‌های مختلف بررسی شده است. یاتاقان مغناطیسی غیرفعال در چرخ عکس‌العملی، وقتی روتور از موقعیت مرکزی محور دورانی خارج می‌شود، نیروی بازگردانی که نتیجه دافعه میان قطب‌های هم‌نام مغناطیس‌های دائمی است را ایجاد می‌کند و روتور را به موقعیت محور مرکزی هدایت می‌نماید. ساختار یاتاقان مغناطیسی غیرفعال محوری بر مبنای الزامات فیزیکی و مغناطیسی، طراحی و توزیع چگالی شار مغناطیسی و خصوصیات استاتیک نیرویی یاتاقان با استفاده از شبیه‌سازی در نرم‌افزار کامسول برآورد شده و ضریب سفتی از خصوصیات استاتیکی به‌دست آمده است. انتخاب صحیح چینش‌ها و استحصال سفتی بالا نقش به‌سزایی در کاهش توان مصرفی و نگهداری چرخ عکس‌العملی دارد که در این مقاله به تحلیل و طراحی آن پرداخته شده و ساختار متناسب بر روی آن پیاده شده و نتایج عملکردی دورانی و توان مصرفی آن آورده شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های اجزای محدود نشان‌دهنده تاثیرات ساختار انباشته مغناطیسی بر روی مشخصات نیرویی و سفتی مغناطیسی یاتاقان بوده و آزمایشات تجربی حاکی از افزایش سرعت دورانی و مومنتوم چرخ عکس‌العملی در حالت استفاده ترکیبی یاتاقان مغناطیسی غیرفعال و یاتاقان مکانیکی است. https://mme.modares.ac.ir/article_11039_a08bbfbdbb6a45b690539704cc4090f2.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System Models to Predict the Energy Separation Procedure in Vortex Tube Using Desirability Function مدل‌های سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی برای پیش‌بینی روند جدایش انرژی در لوله‌های گردابه‌ای با استفاده از تابع مطلوبیت 2139 2157 11040 FA محمدباقر محمدصادقی‌آزاد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران سجاد بهزادی‌پور گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران Journal Article The vortex tube is one of the widely used cooling systems in the industry. Investigating the effect of all input variables on the outlet cold temperature difference in laboratory state is time-consuming and costly. To this purpose, in the current study, attempts were made to model and predict the effect of all input variables on the outlet cold temperature difference of air and inlet air using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) method. The ANFIS method was designed with three structures of fuzzy inference systems called subtractive clustering (SC) algorithm, fuzzy c-means (FCM), and grid partition (GP) with four types of input membership functions including trimf, gaussmf, gbellmf, and pimf. For model training and testing, 326 laboratory data were used. The developed models were compared using statistical parameters of correlation coefficient, mean absolute relative deviation, standard deviation, and root mean square error (RMSD) together with general desirability function. The results showed that GP algorithm with input pimf membership function with the greatest value of correlation coefficient (0.9975) and lowest value of RMSD for test data (0.4199) and general desirability function value of 0.71 is the best method to predict outlet cold temperature difference. Using the above-mentioned method, the most optimum state of vortex tube performance for industrial applications was found to be the use of 3 or 6 nozzels, at the pressure range of 0.55 to 0.6MPa and the nozzle angle of 20 to30 degrees, and for laboratory applications was obtained to be the use of 6 nozzles, at the pressure range of 0.55 to 0.6MPa, and the nozzle angle of 25 to 35 degrees. لوله گردابه‌ای یکی از سیستم‌های سرمایشی بسیار پرکاربرد در صنعت است. بررسی تاثیر کلیه متغیرهای ورودی بر اختلاف دمای خروجی سرد در حالت آزمایشگاهی، زمان‌بر و پرهزینه است. به همین منظور در کار حاضر سعی شده تا با استفاده از روش سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی تاثیر کلیه متغیرهای ورودی بر اختلاف دمای هوای خروجی سرد و هوای ورودی، مدل‌سازی و پیش‌بینی شود. روش سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی، با سه ساختار سیستم استنتاج فازی به‌نام‌های الگوریتم خوشه‌بندی کاهشی، خوشه‌بندی اختیاری و منقطع‌سازی شبکه‌ای با چهار نوع تابع عضویت ورودی مثلثی، گاوسی، زنگوله‌ای و شبه‌پی طراحی شد. برای آموزش و آزمون مدل، از ۳۲۶ داده آزمایشگاهی استفاده شد. مقایسه مدل‌های توسعه‌یافته با استفاده از پارامترهای آماری ضریب همبستگی، میانگین انحراف نسبی مطلق، انحراف استاندارد و خطای مربع میانگین ریشه همراه با تابع مطلوبیت کلی انجام شد. نتایج نشان داد که الگوریتم منقطع‌سازی شبکه‌ای با تابع عضویت ورودی نوع شبه‌پی با دارابودن بیشترین مقدار ضریب همبستگی و کمترین مقدار خطای مربع میانگین ریشه برای داده‌های آزمون با مقادیر ۰/۹۹۷۵ و ۰/۴۱۹۹ و مقدار تابع مطلوبیت کلی۰/۷۱ بهترین روش برای پیش‌بینی اختلاف دمای خروجی سرد است. با استفاده از روش فوق، بهینه‌ترین حالت عملکرد لوله گردابه‌ای جهت کاربردهای صنعتی استفاده از ۳ یا ۶ عدد نازل، محدوده فشار ۰/۵۵ تا ۰/۶ مگاپاسکال و زاویه نازل ۲۰ تا ۳۰درجه و جهت کاربردهای آزمایشگاهی تعداد ۶ نازل، محدوده فشار ۰/۵۵ تا ۰/۶مگاپاسکال و زاویه نازل ۲۵ تا ۳۵درجه به‌دست آمد. https://mme.modares.ac.ir/article_11040_dd5c25815ea64c1c15cf6eef3ee527ea.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Effect of Strain Rate Investigation on Forming Limit Diagram of Al-Cu Two-Layer Sheet بررسی اثر نرخ کرنش بر منحنی حد شکل‌دهی دولایه آلومینیوم- مس 2159 2169 11041 FA میلاد شبان‌پور گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران علیرضا فلاحی‌آرزودار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article The use of two-layer sheets to improve mechanical properties such as ductility and strength and to improve chemical properties such as corrosion resistance has led to an increasing number of such materials in the industry. In this study, the formability of aluminum-copper two-layer sheets at a high strain rates is investigated by electromagnetic forming method. The simulation of electromagnetic forming of the two-layer sheet was performed at high strain rate using Maxwell and Abaqus software. By making coil and die and using sheets with different geometries and grids on the sheets, the forming limit diagrams (FLD) was also extracted experimentally. The simulation results showed that the electromagnetic pressure applied on the sheet in CA lay-up was 19% higher than in AC lay-up. Using the second derivative of strain criterion, the FLD of aluminum-copper two-layer sheet was derived. The FLD of aluminum-copper two-layer sheet with an initial thickness of 0.5mm is 30% higher in the AC lay-up than in CA lay-up. The reason for this improvement is that in the AC lay-up the sheet with more ductility (copper) is in the outer layer and has greater resistance to tensile stress and necking. The outer layer with better ductility can improve the ductility of the two-layer sheet. The FLD of aluminum-copper two-layer sheets has improved 120% in right-hand side and 55% in left-hand side at high strain rates compared to static conditions. There is about a 6% differences between the simulation and experimental results for forming limit diagram. استفاده از ورق‌های دولایه به‌منظور بهبود خواص مکانیکی نظیر شکل‌پذیری، استحکام و بهبود خواص شیمیایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی، باعث افزایش روزافزون این نوع مواد در صنعت شده است. در این پژوهش شکل‌پذیری ورق دولایه آلومینیوم- مس در نرخ کرنش بالا به‌کمک روش شکل‌دهی الکترومغناطیس بررسی می‌شود. شبیه‌سازی شکل‌دهی الکترومغناطیس ورق دولایه در نرخ کرنش بالا به‌کمک نرم‌افزار ماکسول و آباکوس انجام شد. با ساخت سیم‌پیچ و قالب و استفاده از ورق با هندسه‌های متفاوت و شبکه‌بندی ورق، نمودار حد شکل‌دهی در حالت تجربی نیز استخراج شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که فشار الکترومغناطیس وارد بر ورق در چینش CA ۱۹% از چینش AC بزرگ‌تر است. با استفاده از معیار مشتق دوم کرنش، نمودار حد شکل‌دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس استخراج شد. سطح نمودار حد شکل‌دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس با ضخامت اولیه ۵/۰میلی‌متر در چینش AC نسبت به CA حدود ۳۰% بالاتر است. دلیل این بهبود این است که در چینش AC ورق با شکل‌پذیری بیشتر (مس) در لایه خارجی است و در مقابل تنش کششی وارده، مقاومت بیشتری در برابر گلویی‌شدن دارد. لایه بیرونی با شکل‌پذیری بهتر می‌تواند باعث بهبود شکل‌پذیری ورق دولایه شود. سطح نمودار حد شکل‌دهی ورق دولایه آلومینیوم- مس در نرخ کرنش بالا نسبت به حالت استاتیک در سمت راست حدود ۱۲۰ و در سمت چپ حدود ۵۰٪ بهبود داشته است. نتایج تجربی برای نمودار حد شکل‌دهی با نتایج شبیه‌سازی حدود ۶% اختلاف دارد. https://mme.modares.ac.ir/article_11041_e10559d57b97636f684ed48d171889e8.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 20 8 2020 07 22 Experimental Investigation of Elevated Temperature Single Point Incremental Forming of AA6061 Aluminum Sheet مطالعه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تجربی شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای دمابالای ورق آلیاژ آلومینیوم AA6061 2171 2184 11042 FA شایان درزی گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران محمدجواد میرنیا گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران مجید الیاسی گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران 0000-0002-1958-6422 Journal Article Single point incremental forming is a cost-effective process with high flexibility and as a result, would be a proper selection for low-batch and high-customized production compared to traditional processes such as pressing. The target market of this process usually consists of medical, automotive, and aerospace industries in which metals with high strength to weight are highly in demand. These materials are usually formed at elevated temperatures due to their low formability at room temperature. In this study, the AA6061 aluminum sheet was homogeneously heated at 25-400°C. In addition, the effects of important process variables of heat-assisted SPIF including temperature, vertical pitch, feed rate, and three types of lubricants were investigated on formability of truncated cones with various wall angles. According to the results, despite the inability of local heating in enhancing the formability of the AA6061 sheet (37% improvement of formability under optimal conditions), the homogenous heating approach which was used in this article leads to a significant improvement in formability (528%). Temperature is the most important parameters effective on the formability, while lubricant and vertical pitch are ranked as the second and third parameters, respectively and the effect of feed rate is negligible. The critical wall angle increases from 60 to 65 degrees with increasing the temperature from 25 to 400°C. In order to choose a suitable set of parameters, the surface roughness should be taken into account, which may alter the results from 1.18 to 4µm as the best and worst surface conditions, respectively. Furthermore, a truncated cone with a wall angle of 65 degrees was successfully formed to 44mm depth using an appropriate combination of process parameters. This demonstrates an outstanding improvement in formability. شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای، فرآیندی مقرون‌به‌صرفه با انعطاف‌پذیری بالا است و در نتیجه انتخابی مناسب برای تولیدهای حجم پایین- سفارشی در مقایسه با روش‌های سنتی‌تر مانند پرسکاری است. مهم‌ترین صنایع هدف این فرآیند، صنعت‌های پزشکی، خودروسازی و هوافضا است، که در جمیع آنها گرایش به سمت استفاده از فلزاتی با نسبت استحکام به وزن بالا است. این دسته از فلزات شکل‌پذیری بسیار پایینی را در دمای اتاق از خود نشان می‌دهند و برای بهبود شکل‌پذیری آنها فرآیند شکل‌دهی تدریجی در دماهای بالا صورت می‌گیرد. در این پژوهش، گرمایش ورق آلیاژی ۶۰۶۱AA در محدوده دمایی ۲۵ تا ۴۰۰درجه سانتی‌گراد، به‌صورت یکنواخت انجام شد. نحوه تاثیرگذاری پارامتر‌های فرآیندی دما، گام عمودی و سرعت پیش‌روی به همراه سه نوع روانکار بر شکل‌پذیری قطعات شکل‌داده‌شده به‌صورت مخروط‌هایی ناقص در فرآیند شکل‌دهی تدریجی تک‌نقطه‌ای داغ مطالعه شد. نتایج نشان داد که علی‌رغم ناتوان‌بودن گرمایش نقطه‌ای ورق در افزایش شکل‌پذیری ورق آلومینیوم ۶۰۶۱AA (۳۷% بهبود شکل‌پذیری تحت شرایط بهینه) در ادبیات تحقیق، روش گرمایش متفاوت مورد استفاده در این مقاله منجربه افزایش ۵۲۸% شکل‌پذیری شد. از لحاظ میزان تاثیرگذاری پارامترها بر شکل‌پذیری، دما مهم‌ترین عامل است. روانکار و گام عمودی در رده‌های بعدی قرار می‌گیرند و اثر سرعت پیش‌روی قابل چشم‌پوشی است. با افزایش دما از ۲۵ به ۴۰۰درجه سانتی‌گراد، زاویه دیواره بحرانی از ۶۰ به ۶۵درجه تغییر می‌کند. در انتخاب شرایط مناسب فرآیندی کیفیت سطح قطعات نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به‌گونه‌ای که کیفیت سطح قطعات شکل‌داده‌شده در بهترین و بدترین حالت، به ترتیب ۱/۱۸ و ۴میکرومتر به‌دست‌آمد. با استفاده از ترکیبی بهینه از پارامترهای فرآیندی، شکل‌دهی مخروطی با زاویه دیواره ۶۵ تا عمق ۴۴میلی‌متر در یک مرحله میسر شد که نشان‌دهنده افزایش شکل‌پذیری چشم‌گیری است. https://mme.modares.ac.ir/article_11042_35769af2909a9593b22f8b832ae7600e.pdf