دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Optimization of CDA airfoil Geometry of a transonic Axial Compressor, using Genetic Algorithm And CFD بهینه‌سازی هندسی پره کنترل دیفیوژن کمپرسور محوری گذر‌صوت با استفاده از الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی 1 9 11454 10.48311/mme.25.1.1 FA نگین سادات حسینی نوید دانشگاه علم و صنعت ایران 0009-0000-8841-8820 رضا تقوی زنوز دانشگاه علم و صنعت ایران Journal Article In recent years, due to the optimal geometry and lower pressure drop, diffusion control vanes have significant applications, especially in the aviation industry and in subsonic and transsonic conditions. In the current research, the airfoil of the axial stator compressor section designed in the National Aerospace Laboratory of India has been selected as the basic geometry. The goal of optimization is to minimize the pressure drop of the entire fluid flow and consequently reduce the drop rate. The working method in this research is the change in the profile geometry of the blade by changing the parameters of the parsec method, which leads to the creation of new geometries at each stage of the code execution. The used optimization method is developed based on Genetic Algorithm. For the aerodynamic analysis of the generated geometry in each step and extracting the total pressure drop value, the MATLAB code is coupled with Ansys software and in each step, after numerical solution for each generated geometry, the total pressure drop value is extracted and returned to the code. Finally, the work output of the vane is more optimal and with a lower pressure drop, which is finally compared with the original vane and introduced as a suitable alternative. The total pressure drop between inlet and outlet in the optimized vane has decreased by 18% compared to the original vane, and the mass flow rate has also increased by 0.083 kg/s, which is a significant amount. The improvement of various aerodynamic characteristics such as Mach number distribution and pressure and drop coefficients can also be seen between the two basic and optimized blades, which is detailed at the end of the article در سال‌های اخیر، پره‌های کنترل پدیده انتشار به‌علت هندسه بهینه و افت فشار پایین‌تر به‌خصوص در صنایع هوایی و در شرایط فروصوت وگذر‌صوت کاربرد قابل توجهی دارند. در پژوهش حاضر، ایرفویل مقطع استاتورکمپرسور محوری طراحی شده در آزمایشگاه ملی هوافضای کشور هندوستان به‌عنوان هندسه مبنا انتخاب گردیده است. هدف بهینه‌سازی، کمینه کردن افت فشار کل جریان سیال و به تبع آن کاهش میزان افت می‌باشد. روش کار در این پژوهش، تغییر در هندسه پروفیل پره به‌وسیله تغییر در پارامترهای روش پارسک (Parsec) بوده که منجر به ایجاد هندسه‌های جدید در هر مرحله از اجرای کد می‌گردد. روش بهینه‌سازی مورد استفاده بر اساس روندنمای ژنتیک توسعه یافته است. برای تحلیل آیرودینامیکی هندسه تولید‌شده در هر مرحله و استخراج مقدار افت فشار کل، کد متلب با نرم‌افزار انسیس کوپل شده و در هر مرحله پس از حل عددی برای هر هندسه تولید شده، مقدار افت فشار کل استخراج و به کد برگشت داده می‌شود. در نهایت خروجی کار پره‌ بهینه‌تر و با افت فشار کمتر بوده که در نهایت با پره اصلی مقایسه شده و به‌عنوان جایگزین مناسب معرفی شده است. مقدار افت فشار کل بین ورودی و خروجی در پره بهینه‌شده نسبت به پره اصلی ۱۸ درصد کاهش داشته و دبی جرمی نیز مقدارkg/s ۰۸۳/۰ افزایش داشته است که میزان قابل توجهی است. بهبود ویژگی‌های آیرودینامیکی مختلف نظیر توزیع عدد ماخ و ضرایب فشار و افت نیز بین دو پره مبنا و بهینه‌شده قابل مشاهده است که در بخش انتهای مقاله به تفصیل آورده شده است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11454_8b36cb431b5aa0d245be4e62cdb8e6b3.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Experimental Study of Spray Characteristics of Pressure-Swirl Atomizers and Determination of Droplet Size Distribution Function مطالعه تجربی مشخصه های اسپری اتمایزر فشاری-پیچشی و تعیین تابع توزیع اندازه قطرات 11 21 11455 10.48311/mme.25.1.11 FA مازیار شفائی روشنی دانشگاه تهران عباس عونی دانشگاه تهران Journal Article cost-effectiveness, and reliability. Despite numerous experimental studies on pressure-swirl atomizer spray, a comprehensive mathematical model for predicting spray characteristics has not yet been presented. Additionally, there is no consensus on the distribution function accurately describing droplet size dispersion. In the present study, the main characteristics of pressure-swirl atomizer spray, including discharge coefficient, spray cone angle and droplet size distribution, were experimentally investigated using the shadowgraph technique. The study spanned a wide range of Reynolds numbers, from 1250 to 8500, encompassing laminar, transition, and atomization regimes. The findings showed that the discharge coefficient initially declined during the transition stage, followed by a gradual increase up to the atomization regime. In the atomization regime, the discharge coefficient remained almost constant. A similar trend was observed for the spray cone angle throughout the transient and atomization phases. The gamma distribution function provided a favourable fit with the experimental drop size distribution in the near-ligament location, where primary breakup mechanisms dominate. The log-normal distribution function showed superior fitting with the experimental droplet size distribution for regions distant from the liquid sheet disintegration point, where secondary breakup mechanisms exert a more pronounced influence on droplet dispersion. Overall, these findings provide valuable insights into spray characteristics and associated uncertainties. کیفیت پاشش اسپری در عملکرد سیستم‌های احتراقی تاثیر قابل توجهی دارد. اتمایزرهای فشاری-‌پیچشی به علت سادگی و ارزانی و عملکرد مناسب آنها، بطور گسترده در موتورهای احتراقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. علی‎رغم مطالعات تجربی بسیار در حوزه اسپری اتمایزرهای فشاری-پیچشی، به دلیل عدم شناخت کامل مکانیزم‎های پاشش، هنوز مدل ریاضی جامعی برای پیش‌بینی مشخصه‎های اتمایزر ارائه نگردیده و در خصوص تابع توزیع توصیف کننده پراکندگی اندازه قطرات، اتفاق نظر وجود ندارد. در مطالعه حاضر، مشخصه‌های اصلی اسپری اتمایزرهای فشاری-پیچشی شامل ضریب ‌تخلیه، زاویه مخروط پاشش و توزیع اندازه قطرات، با استفاده از تکنیک سایه‌نگاری مورد بررسی تجربی قرار گرفت. این مطالعه در طیف گسترده ایی از اعداد رینولدز از 1250 تا8500 در رژیم‌های آرام، گذار و اتمیزاسیون، انجام شد. یافته‌ها نشان داد که با افزایش عدد رینولدز، ضریب ‌تخلیه پس از یک کاهش ناگهانی در شروع مرحله گذار، مجددا افزایش یافته و در رژیم اتمیزاسیون تقریبا ثابت می‌ماند. روند مشابهی برای زاویه مخروط اسپری در سراسر رژیم‎های گذار و اتمیزاسیون مشاهده شد. تابع توزیع گاما انطباق مطلوبی را با توزیع اندازه قطرات آزمایشی، در محل نزدیک به رباط ها، در جایی که مکانیسم های شکست اولیه غالب هستند؛ نشان داد. تابع توزیع لاگ-نرمال برازش خوبی با توزیع اندازه قطرات تجربی برای نواحی دور از شکست اولیه ورقه مایع، درجایی که مکانیسم‌های شکست ثانویه تأثیر بیشتری بر پراکندگی قطرات دارند؛ نشان داد. یافته های این مطالعه، بینش ارزشمندی را در مورد مشخصه‎های اسپری اتمایزر فشاری-پیچشی و عدم قطعیت‌های مرتبط با آن، ارائه می‌دهد

https://mme.modares.ac.ir/article_11455_20ba66f905957b34253d9d7abde919f3.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Application of Neuro-Fuzzy Network for Optimizing Steam Pipeline Expansion Loops in Process Industries به کارگیری شبکه نوروفازی جهت بهینه‌سازی حلقه‌های انبساط خط لوله بخار در صنایع فرآیندی 23 32 11456 10.48311/mme.25.1.23 FA یوسف شهابی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز عرفان میرشکاری دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز Journal Article This research examines the optimization of expansion loops in steam pipeline systems using a neuro-fuzzy network. Stress analysis was conducted based on the ASME B31.3 design code using CAESAR II software. Additionally, a neuro-fuzzy network was developed and optimized in MATLAB. The results indicate that the neuro-fuzzy network outperforms traditional methods and the MLP neural network. Combining this network with the Bee Colony Optimization algorithm led to the identification of an optimal loop that minimizes pipeline length and reduces static and thermal stresses. The optimized loop obtained from the Perceptron network increased the loop length by 20 cm (1.14%) and reduced the total sum of standard stresses by 14.6%. In contrast, the optimized loop from the neuro-fuzzy network reduced the loop length by 120 cm (6.78%) and decreased the total sum of standard stresses by 9.5%. These findings demonstrate that the application of artificial intelligence techniques in expansion loop design significantly reduces thermal stresses and enhances design efficiency در این پژوهش، بهینه‌سازی حلقه‌های انبساط در خطوط لوله بخار با بهره‌گیری از شبکه نوروفازی بررسی شده است. تحلیل تنش بر اساس استاندارد ASME B31.3 و با استفاده از نرم‌افزار CAESAR II انجام شده است. همچنین، شبکه نوروفازی در نرم‌افزار MATLAB ایجاد و بهینه‌سازی گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که شبکه نوروفازی نسبت به روش‌های سنتی و شبکه عصبی پرسپترون (Perceptron) عملکرد بهتری داشته و ترکیب آن با الگوریتم کلونی زنبور عسل (Bee Colony Algorithm) منجر به یافتن حلقه بهینه‌ای شده است که کاهش طول خط لوله و به حداقل رسیدن تنش‌های استاتیکی و حرارتی را در پی دارد. حلقه بهینه شبکه پرسپترون باعث افزایش طول حلقه به میزان ۲۰ سانتی‌متر (۱۴/۱ درصد) و کاهش مجموع تنش‌های معیار به میزان 6/۱4 درصد شد. در حالی که حلقه بهینه شبکه نوروفازی موجب کاهش طول حلقه به میزان ۱۲۰ سانتی‌متر (۷۸/۶ درصد) و کاهش مجموع تنش‌های معیار به میزان ۵/۹ درصد گردید. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از روش‌های هوش مصنوعی در طراحی حلقه‌های انبساط، موجب کاهش تنش‌های حرارتی و افزایش کارایی طراحی می‌شود

https://mme.modares.ac.ir/article_11456_e19099504769f3f7eb7e2f8b933db898.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Experimental Investigation of Strength of Vortex Shedding from a Semicircular Cylinder Dual Bluff Body بررسی تجربی قدرت ریزش گردابه‌های ناشی از مدل دوتایی استوانه نیم‌دایره‌ای 33 41 11457 10.48311/mme.25.1.33 FA احسان اردکانی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران محمد علی اردکانی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران فواد فرحانی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران Journal Article One of the methods to improve the performance of the vortex flowmeter, especially for low flowrate, is to use a dual bluff model that increases the vortex shedding frequency. In this experimental research work, the vortex shedding from a dual cylindrical bluff model of semicircular cross-section, at different l d ratios, where d is the diameter and l is the distance between the two semicircular cylinders in series is measured and investigated using a wind tunnel and hot-wire anemometer. Results show that the Strouhal number for dual bluff body depends on the Reynolds number and l d . In the range of 0/8≤ l d <2 , the Strouhal number has changes and jumps compared to the Reynolds number. Therefore, it is not suitable for vortex flowmeter application. also show that the velocity frequency spectrum, it can be determined that the highest value of the turbulent intensity is related to the oscillating velocity with the vortex shedding frequency, and therefore, to investigate the strength of vortex shedding frequency, the turbulent intensity was investigated, that the value of turbulent intensity depends on Reynolds number and l d . Considering the standard deviation of the repeatability of the Strouhal number reading and also the strength of the vortex shedding frequency (investigation of the turbulent intensity), for 0< l d <0/8 and 2≤ l d ≤3 , a dual cylindrical bluff model of semicircular cross-section, placed in series, is suitable for vortex flowmeter application یکی از روش‌ها، برای بهبود عملکرد دبی‌سنج گردابه‌ای، به‌ویژه برای دبی‌های کم، استفاده نمودن از جسم لبه‌پهن دوتایی می‌باشد که سبب تقویت فرکانس ریزش گردابه‌ها می‌شود. در این تحقیق تجربی با استفاده از تونل باد و جریان‌سنج سیم‌داغ، ریزش گردابه‌های ناشی از مدل دوتایی با سطح مقطع نیم‌دایره بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که مقدار عدد استروهال برای مدل دوتایی به عدد رینولدز و نسبت بی‌بعد l d ( d قطر و l شکاف بین دو استوانه نیم‌دایره‌ای) بستگی دارد. در بازه 0/8≤ l d <2 عدد استروهال نسبت به عدد رینولدز دارای تغییرات و پرش می‌باشد، لذا مناسب استفاده در دبی‌سنج نمی‌باشد. با بررسی طیف فرکانسی سرعت لحظه‌ای، می‌توان تشخیص داد که بیش‌ترین مقدار از شدت اغتشاش‌ها مربوط به سرعت نوسانی با فرکانس ریزش گردابه‌ها است و از این رو برای بررسی قدرت سرعت نوسانی ریزش گردابه‌ها، شدت اغتشاش‌ها بررسی شد که مقدار آن به عدد رینولدز و نسبت l d بستگی دارد. با توجه به میزان انحراف معیار عدد استروهال نسبت به عدد رینولدز و همچنین قدرت فرکانس ریزش گردابه‌ها (بررسی شدت اغتشاش‌ها) استفاده از مدل دوتایی با سطح مقطع نیم‌دایره برای فاصله 0< l d <0/8 و 2≤ l d ≤3 جهت استفاده در دبی‌سنج گردابه‌ای پیشنهاد می‌شود.

https://mme.modares.ac.ir/article_11457_57b4b4a28e16316cdd028bf6e23ae100.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Experimental Investigation of Very High Cycle Fatigue in DP1000 Steel بررسی تجربی خستگی سیکل بسیار بالا در فولاد دوفازی 1000DP 43 54 11458 10.48311/mme.25.1.43 FA حسین قاسمی مبارکه دانشگاه بیرجند سعید رهنما دانشگاه بیرجند رضوان عابدینی دانشگاه علم و صنعت ایران رضا مسعودی نژاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شیان جیائوتنگ، چین Journal Article This study investigated damage initiation in the microstructure of DP1000 dual-phase steel under ultrasonic very high cycle fatigue (VHCF) conditions. The microstructure of this steel consists of ferrite and martensite phases, a combination of which provides outstanding mechanical properties such as high strength and fatigue resistance. In this study, a precise heat treatment method was employed to optimize the steels microstructure, resulting in a uniform distribution of 50% soft ferrite and 50% hard martensite. Additionally, the design of hourglass-shaped specimens for ultrasonic fatigue testing (20 kHz) and the implementation of a novel combined cooling system enabled stable temperature control during testing. This temperature control method allowed very high cycle fatigue testing to be conducted for the first time without the influence of thermal stresses, yielding results with greater accuracy and reliability compared to previous research. During the test, the displacement of the specimens free end was measured using a laser sensor and the S-N diagram was constructed. The results demonstrated that the optimized microstructure delayed damage initiation and reduced the crack growth rate, whereas an improper phase’s distribution accelerated crack growth این پژوهش به بررسی شروع آسیب در ریزساختار فولاد دوفازی DP1000 تحت شرایط خستگی با سیکل بسیار بالا (VHCF) پرداخته است. ریزساختار این فولاد شامل فازهای فریت و مارتنزیت است که ترکیب این فازها خواص مکانیکی برجسته‌ای مانند استحکام بالا و مقاومت به خستگی را فراهم می‌کند. در این مطالعه، از یک روش دقیق عملیات حرارتی استفاده شد که منجر به بهینه‌سازی ریزساختار فولاد گردید. این فرآیند، توزیعی یکنواخت از فازهای فریت نرم (50%) و مارتنزیت سخت (50%) ایجاد کرد. همچنین، طراحی نمونه‌های دمبلی شکل برای آزمون خستگی فراصوت (20 کیلوهرتز) و استفاده از یک سیستم خنک‌کاری ترکیبی جدید، امکان کنترل پایدار دمای نمونه‌ها را در طول آزمایش فراهم ساخت. این روش کنترل دما، شرایطی را ایجاد کرد که آزمون‌ خستگی با سیکل بسیار بالا برای اولین بار بدون تأثیر تنش‌های حرارتی انجام شوند و نتایج با دقت و اطمینان بالاتری نسبت به تحقیقات پیشین ثبت شوند. به طوری که شکست برا اثر خستگی در تنش‌های 250 تا 300 مگاپاسکال اتفاق می‌افتد که منجر به بهبود 10 درصدی نسبت به سایر تحقیقات شده است. در این آزمایش، جابجایی انتهای آزاد نمونه‌ها با حسگر لیزری اندازه‌گیری و نمودار S-N ترسیم شد. نتایج نشان داد که ریزساختار بهینه‌شده، موجب تأخیر در شروع آسیب و کاهش نرخ رشد ترک گردید، در حالی که توزیع نامناسب فازها منجر به تسریع رشد ترک‌ها شد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11458_42a3ddf2e1df611a280d556f1c81996a.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 25 1 2024 12 21 Experimental Analysis of Impact Loading on Sandwich Panels with Glass/Epoxy Composite Faces and Cork Core تحلیل تجربی بارگذاری ضربه روی ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیت شیشه/اپوکسی و هسته چوب پنبه 55 63 11459 10.48311/mme.25.1.55 FA احمد گرامی دانشگاه تربیت مدرس هادی وحیدی دانشگاه تربیت مدرس حامدی احمدی دانشگاه تربیت مدرس 0000-0003-3869-4012 غلامحسین لیاقت دانشگاه تربیت مدرس Journal Article This research experimentally investigates the effect of cork layer configuration on the Impact loading behavior of glass/epoxy hybrid composites. Three types of specimens were fabricated and subjected to a 9.32 g spherical projectile impact test: GE8 (8-layer glass/epoxy composite without cork), LSPC1 (with 1 mm thick cork layers alternating between glass fiber layers), and SPC (with a 3 mm thick cork layer in the center). The results showed that the LSPC1 specimen exhibited significantly higher ballistic resistance, with the highest ballistic limit velocity (135 m/s). Furthermore, this specimen demonstrated the lowest damage (including bulging, petaling, and delamination) and the highest energy absorption (84.9 J). This superior performance is attributed to the uniform distribution of thin cork layers, multi-stage energy absorption at multiple fiber/cork interfaces, plastic deformation of cork cells under buckling and crushing, and crack growth resistance. This study demonstrates that the use of thin and alternating cork layers is an effective strategy to significantly improve the ballistic resistance of glass/epoxy composites and highlights the importance of engineered layup design for achieving optimal impact performance. The findings of this research can be used in the design and manufacturing of lightweight and impact-resistant structures in the aerospace, automotive, and protective equipment industries این پژوهش به بررسی تجربی تاثیر پیکربندی لایه‌های چوبپنبه بر رفتار ضربه ای ساختار ساندویچی با رویه های شیشه/اپوکسی و هسته چوبپنبه می‌پردازد. سه نوع نمونه شامل: GE8 (کامپوزیت شیشه/اپوکسی 8 لایه بدون چوب پنبه)، LSPC1 (با لایه‌های 1میلی‌متری چوب پنبه متناوب بین لایه‌های الیاف شیشه) و SPC (با یک لایه 3 میلی‌متری چوب پنبه در مرکز) ساخته شده و تحت آزمایش برخورد یک پرتابه با دماغه کروی 9.32 گرمی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که نمونه LSPC1 با بیشترین سرعت حد بالستیک (135 متر بر ثانیه) به طور قابل توجهی از دو نمونه دیگر مقاوم‌تر است. همچنین، این نمونه کمترین میزان آسیب ( برآمدگی، شکاف و جدایش بین لایه‌ای) و بیشترین جذب انرژی (84.9 ژول) را نشان داد. این عملکرد برتر به توزیع یکنواخت لایه‌های نازک چوبپنبه، جذب انرژی چند مرحله‌ای در فصل مشترک‌های لایههای کامپوزیت/چوب پنبه، تغییر شکل پلاستیک سلول‌های چوبپنبه تحت کمانش موضعی و لهیدگی و ممانعت از رشد ترک نسبت داده می‌شود. این مطالعه نشان می‌دهد که استفاده از لایه‌های نازک و متناوب چوب پنبه، راهکاری موثر برای بهبود قابل ملاحظه مقاومت بالستیک کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی است و بر اهمیت طراحی مهندسی شده لایه‌چینی برای دستیابی به عملکرد بهینه در برابر ضربه تاکید دارد. نتایج این تحقیق می‌تواند در طراحی و ساخت سازه های سبک و مقاوم در برابر ضربه در صنایع هوافضا، خودرو و تجهیزات حفاظتی مورد استفاده قرار گیرد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11459_da56910e9cfdd3202aca15bcd589f301.pdf