ORIGINAL_ARTICLE
بهبود کارآیی برداشتکننده انرژی دوپایا به کمک کنترل آشوب
رفتار آشوبناک در برداشتکنندههای انرژی دوپایا باعث کاهش شدید انرژی برداشتشده میشود. علاوه بر کاهش انرژی برداشتشده، وجود این رفتار سبب میشود تا طراحی مدارهای واسط، پیچیده و پرهزینه شود. در این پژوهش، کنترل آشوب در برداشتکنندههای انرژی دوپایا مورد بررسی قرار گرفتهاست. یک کنترلکننده، با کنترل بازخورد دارای تاخیر، برای از بین بردن آشوب به برداشتکننده انرژی دوپایا اضافه شده است. سپس، محدوده پایداری بهره کنترل به کمک نگاشت پوآنکاره محاسبه شده است. همچنین، اثر پارامترهای اصلی برداشتکننده بر پایداری سامانه کنترل مطالعه شده است. پاسخ شبیهسازی عددی برداشتکننده انرژی دوپایای کنترلشده، نشان میدهد که رفتار آشوبناک بهخوبی توسط کنترلکننده به رفتار تناوبی تبدیل میشود. نمودار توازن انرژی نشان میدهد که انرژی صرف شده جهت کنترل برداشتکننده در مدت کوتاهی بازیابی میشود. برداشتکننده انرژی دوپایا با کنترلکننده آشوب، از نظر انرژی و توان خروجی، نسبت به برداشتکننده دوپایا بدون کنترلکننده، به طور قابل ملاحظهای بهبود یافته است. توسط تغییر در بهره کنترلی، مدت زمان عبور انرژی تولیدی برداشتکننده با کنترلکننده از برداشتکننده بدون کنترلکننده به کمترین میزان خود رسید.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2166_07440803bdb090f9a31785c34ce21625.pdf
2021-05-22
1
14
10.22044/jsfm.2021.2166
برداشت انرژی
برداشتکننده انرژی دوپایا
کنترل آشوب
توازن انرژی
معین
محمدپور
m_mohammadpour@sbu.ac.ir
1
دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
شیرین
باقری کزازی
shirin.baqeri@yahoo.com
2
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
پدرام
صفرپور
p_safarpour@sbu.ac.ir
3
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
رقیه
گوگساز قوچانی
r_gavagsaz@sbu.ac.ir
4
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
مجید
زندی
m_zandi@sbu.ac.ir
5
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
LEAD_AUTHOR
[1] Wang J, Geng L, Ding L, Zhu H, Yurchenko D (2020) The state-of-the-art review on energy harvesting from flow-induced vibrations. Appl Energy 267(1): 114902.
1
[2] مامندی ا، جعفری ی (1400) بررسی بازدهی برداشت انرژی ارتعاشی تیر پیزوالکتریک با استفاده از روش اجزای محدود. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 218-208 :(1)51.
2
[3] Dell’Anna F, Dong T, Li P, Wen Y, Yang Z, Casu MR, Azadmehr M, Berg Y. (2018) State-of-the-art power management circuits for piezoelectric energy harvesters. IEEE Circuits Syst Mag 18(3): 27-48.
3
[4] Salazar R, Serrano M, Abdelkefi A (2020) Fatigue in piezoelectric ceramic vibrational energy harvesting: A review. Appl Energy 270(4): 115161.
4
[5] Gholikhani M, Roshani H, Dessouky S, Papagiannakis AT. (2020) A critical review of roadway energy harvesting technologies. Appl Energy 261(7): 114388.
5
[6] Rafiqu S (2018) Piezoelectric vibration energy harvesting. Modeling & Experiments. Springer.
6
[7] سلمانی ح، رحیمی غ (1397) بررسی اثر تغییرات نمایی سطح مقطع بر ولتاژ خروجی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک با غیرخطینگی هندسی، اینرسی، ماده و میرایی مجله مهندسی مکانیک مدرس 442-434 :(2)18.
7
[8] معینفرد ح، خادم باشی م (1396) مدلسازی برداشت انرژی الکتریکی با استفاده از مواد پیزوالکتریک تحت تحریک اتفاقی از پایه. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 10-1 :(1)6.
8
[9] Hosseini R, Hamedi M (2015) Improvements in energy harvesting capabilities by using different shapes of piezoelectric bimorphs. J Micromech Microeng 25(12): 125008.
9
[10] Selvan K, Mohamed Ali M (2016) Micro-scale energy harvesting devices: Review of methodological performances in the last decade. Renew Sustain Energy Rev 54(2016): 1035-1047.
10
[11] Deng Q, Kammoun M, Erturk A, Sharma P. (2014) Nanoscale flexoelectric energy harvesting. Int J Solids Struct 51(18):3218-3225.
11
[12] Petrini F, Giaralis A, Wang Z (2019) Optimal tuned mass-damper-inerter (TMDI) design in wind-excited tall buildings for occupants comfort serviceability performance and energy harvesting. Eng. Struct. 204(11): 109904.
12
[13] Tran N, Ghayesh M, Arjomandi M (2018) Ambient vibration energy harvesters: A review on nonlinear techniques for performance enhancement. Int J Eng Sci 127(5): 162-185.
13
[14] حسینی مقدم س، لطافتی م­ح، حسینی ر (1396) برداشت انرژی ارتعاشی با استفاده از تیر یک سردرگیر با دو لایه پیزوالکتریک. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 9-1 :(1)7.
14
[15] Joo HK, Sapsis TP (2014) Performance measures for single-degree-of-freedom energy harvesters under stochastic excitation. J Sound Vib 333(19): 4695-4710.
15
[16] Haji Hosseinloo A, Turitsyn K. (2017) Effective kinetic energy harvesting via structural instabilities. Act Passiv Smart Struct Integr Syst 10164(617): 101641G.
16
[17] Yildirim T, Ghayesh M, Li W, Alici G. (2017) A review on performance enhancement techniques for ambient vibration energy harvesters. Renew. Sustain. Energy Rev 71(4): 435-449.
17
[18] Daqaq M, Masana R, Erturk A, Dane Quinn D (2014) On the Role of Nonlinearities in Vibratory Energy Harvesting: A Critical Review and Discussion. App Mech Rev 66(4): 040801.
18
[19] McInnes C, Gorman D, Cartmell M (2008) Enhanced vibrational energy harvesting using nonlinear stochastic resonance. J Sound Vib 318(4-5): 655-662.
19
[20] Cottone F, Vocca H, Gammaitoni L. (2009) Nonlinear Energy Harvesting. Am. Phys. Soc. 102(8):080601.
20
[21] Harne R, Wang K. (2013) A review of the recent research on vibration energy harvesting via bistable systems. Smart Mater Struct 22(2): 023001.
21
[22] Daqaq M, Crespo R, Ha S. (2020) On the efficacy of charging a battery using a chaotic energy harvester. Nonlinear Dyn 99(2): 1525-1537.
22
[23] Kumar A, Ali S, Arockiarajan A. (2016) Enhanced energy harvesting from nonlinear oscillators via chaos control. IFAC-PapersOnline 49(1): 35-40.
23
[24] Ott E, Grebogi C, Yorke J (1990) Controlling chaos. Phys Rev Lett 64(11): 1196-1199.
24
[25] Huynh B, Tjahjowidodo T, Zhong ZW, Wang Y, Srikanth N (2018) Design and experiment of controlled bistable vortex induced vibration energy harvesting systems operating in chaotic regions. Mech Syst Signal Process 98(1): 1097-1115.
25
[26] Schuster H, Parlitz U, Kocarev L (2008) Handbook of Chaos Control. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co .KGaA.
26
[27] Masana R, Daqaq M (2011) Relative performance of a vibratory energy harvester in mono- and bi-stable potentials. J Sound Vib 21(10): 6036-6052.
27
[28] Xu C, Liang Z, Ren B, Di W, Luo H, Wang D, Wang K, Chen Z (2013) Bi-stable energy harvesting based on a simply supported piezoelectric buckled beam. J Appl Phys 114(11): 4507.
28
[29] Erturk A, Hoffmann J, Inman D. (2009) A piezomagnetoelastic structure for broadband vibration energy harvesting. Appl Phys 94(25): 4102.
29
[30] Panyam M, Masana R, Daqaq MF. (2014) On approximating the effective bandwidth of bi-stable energy harvesters. Int J Non Linear Mech 67(12): 153-163.
30
[31] Pyragas K (1992) Continuous control of chaos by self-controlling feedback. Phys. Lett. Sect. A Gen At Solid State Phys 170(6): 421-428.
31
[32] Fradkov A, Evans R. (2005) Control of chaos: Methods and applications in engineering. Annu Rev Control 29(1): 33-56.
32
[33] Pyragas K. (2006) Delayed feedback control of chaos. Philos. Trans R Soc A Math Phys Eng 364(1846): 2309-2334.
33
[34] Kittel A, Parisi J, Pyragas K (1995) Delayed feedback control of chaos by self-adapted delay time. Phys Lett 198(5-6): 433-436.
34
[35] Gani A, Salami M, Khan M (2003) Active vibration control of a beam with piezoelectric patches: Real-time implementation with xPC target. IEEE Conference on Control Applications - Proceedings 1(10): 538-544.
35
[36] Rahman N, Alam M (2012) Active vibration control of a piezoelectric beam using PID controller: Experimental study. Latin American J Solid Structures 9(4): 657-673.
36
[37] Yousefpour A, Haji Hosseinloo A, Hairi Yazdi M, Bahrami A (2020) Disturbance observer–based terminal sliding mode control for effective performance of a nonlinear vibration energy harvester. J Intell Mater Syst Struct 31(12): 1495-1510.
37
[38] Park J, Kwon O (2005) A novel criterion for delayed feedback control of time-delay chaotic systems. Chaos, Solitons & Fractals 23(2): 495-501.
38
ORIGINAL_ARTICLE
کوپل مدل پلاستیسیته دوسطحی دافالیاس-پوپوف با روشهای تخمینی تنش-کرنش ریشه ناچ در مسائل تنش-صفحهای تحت بار تکمحوره یکسویه
در اکثر قطعات مکانیکی، ناپیوستگی هندسی یا ناچ وجود دارد. معمولا پاسخ ماده در اطراف این ناپیوستگیها الاستوپلاستیک است. چون تحلیلهای پلاستیسیته پیچیده و زمانبر هستند، محققین، روشهای تخمینی بر اساس رفتار الاستیک خطی ماده پیشنهاد دادهاند. در این مقاله، روش تخمینی جدیدی برپایه کوپلکردن مدل پلاستیسیته دوسطحی دافالیاس-پوپوف، با روشهای نیوبر نموی و چگالی انرژی کرنشی معادل نموی، ارائه میشود. اگرچه روش جدید معادلات سادهای دارد، اما مدل پلاستیسیته دافالیاس-پوپوف دارای چالشها و پیچیدگیهایی است. نحوهی تعیین پارامتر شکل و اثر خط مرزی بر پیشبینی مدل، از جمله این چالشهاست. به منظور بررسی صحت مدل پیشنهادی و همچنین بررسی چالشها، یک ورق با سوراخ بیضیشکل، تحت کشش تکمحوره یکسویه، مورد مطالعه قرار میگیرد. فرض شدهاست که مساله تنشصفحهای و سوراخ عاری از تنش بوده و رفتار الاستوپلاستیک ورق با معادله رامبرگ-آزگود بیان میشود. نتایج نشان میدهد که در عمده مسائل مهندسی، که در آنها محدوده کرنش کمتر از 20 درصد است، میتوان از اثر خط مرزی بر پیشبینی مدل دافالیاس-پوپوف صرفنظر کرد. همچنین نشانداده شده است که پارامتر شکل در یک بازه خاص، مقدار بهینه دارد. نتایج نشان میدهد که دقت روش پیشنهادی در تخمین تنش-کرنش، قابل قبول میباشد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2167_b91eabe082585108f90928c0a679bad7.pdf
2021-05-22
15
24
10.22044/jsfm.2021.2167
تنش-کرنش پلاستیک
ناچ
دافالیاس-پوپوف
نیوبر نموی
چگالی انرژی کرنشی معادل نموی
فرزین
توکلی
f_tavakkoli@email.kntu.ac.ir
1
دانشجوی دکتری، آزمایشگاه خواص مکانیکی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،تهران، ایران
AUTHOR
دکتر رحمت الله
قاجار
ghajar@kntu.ac.ir
2
استاد، آزمایشگاه خواص مکانیکی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،تهران، ایران
LEAD_AUTHOR
[1] Neuber H (1961) Theory of stress concentration for shear-strained prismatical bodies with arbitrary nonlinear stress-strain law. J of Appl Mech 28(4): 544-550
1
[2] Conle A, Nowack H (1977) Verification of a Neuber-based notch analysis by the companion-specimen method. Exp Mech 17(2): 57-63.
2
[3] Molski K, Glinka G (1981) A method of elastic-plastic stress and strain calculation at a notch root. Mat Science and Eng 50(1): 93-100.
3
[4] Barkey ME (1993) Calculation of notch strains under multiaxial nominal loading [PhD Dissertation]. Urbana, IL: University of Illiois at Urbana-Champaign.
4
[5] Singh M, Glinka G, Dubey R (1996) Elastic-plastic stress-strain calculation in notched bodies subjected to non-proportional loading. Int J of Fract 76(1): 39-60.
5
[6] Ye D, Hertel O, Vormwald M (2008) A unified expression of elastic–plastic notch stress–strain calculation in bodies subjected to multiaxial cyclic loading. Int J of Solids and Structures 45(24): 6177-6189.
6
[7] Ince A, Glinka G (2013) A numerical method for elasto-plastic notch-root stress–strain analysis. The J of Strain Anal for Eng Design 48(4): 229-244.
7
[8] Jianhui L, Shengnan W, Wuyin J, Wen G (2014) A modified method for calculating notch-root stresses and strains under multiaxial loading. Advances in Mech Eng 6: 513804.
8
[9] Campagnolo A, Berto F, Marangon C (2016) Cyclic plasticity in three-dimensional notched components under in-phase multiaxial loading at R=−1. Theo and Appl Fract Mech 81: 76-88.
9
[10] Meggiolaro MA, de Castro JTP, Martha LF (2016) A unified rule to estimate multiaxial elastoplastic notch stresses and strains under in-phase proportional loadings. Frattura ed Integrità Strutturale 10(38): 128-134.
10
[11] Meggiolaro MA, de Castro JTP, Martha LF, Marques LF (2017) On the estimation of multiaxial elastoplastic notch stresses and strains under in-phase proportional loadings. Int J of Fatigue 100: 549-562.
11
[12] Meggiolaro MA, de Castro JTP, de Oliveira Góes RC (2016) Elastoplastic nominal stress effects in the estimation of the notch-tip behavior in tension. Theo and Appl Fract Mech 84: 86-92.
12
[13] Li J, Zhang ZP, Li CW (2017) Elastic-plastic stress-strain calculation at notch root under monotonic, uniaxial and multiaxial loadings. Theo and Appl Fract Mech; 92: 33-46.
13
[14] Ince A, Bang D (2017) Deviatoric Neuber method for stress and strain analysis at notches under multiaxial loadings. Int J of Fatigue 102: 229-240.
14
[15] Li J, Zhang ZP, Li CW (2017) A coupled Armstrong-Frederick type plasticity correction methodology for calculating multiaxial notch stresses and strains. J of Failure Anal and Prevention 17(4): 706-716.
15
[16] Makhutov NA, Reznikov DO (2019) Generalization of Neuber’s rule for the assessmnet of local stresses and strain in stress concentration zones for a wide range of applied strains. Proc Struct Integrity 14: 199-206.
16
[17] Makhutov NA, Reznikov DO (2019) Assessmnet of local stresses and strain in notched components subjected to extreme loading. Proc Struct Integrity 22: 93-101.
17
[18] Sethuraman R, Gupta SV (2004) Evaluation of notch root elastoplastic stress-strain state for general loading using an elastic solution. Int J of Pres Vessels and Piping 81(4): 313-25.
18
[19] Roostaei A, Ling Y, Jahed H, Glinka G (2020) Application of Neuber’s and Glinka’s notch plasticity correction rules to asymmetric magnesium alloys under cyclic load. Theo and Appl Fract Mech 105: 102431.
19
[20] Khan A, Huang S (1995) Continuum theory of plasticity. John Wiley and Sons.
20
[21] Dafalias Y, Popov E (1975) A model of nonlinearly hardening materials for complex loading. Acta mechanica 21(3): 173-192.
21
[22] Dafalis Y (1975) On cyclic and anisotropic plasticity. 1: A general model including material behavior under stress reversals. 2: Anisotropic hardening for initially orthotropic materials [PhD. Dissertation]. Berkely: University of California.
22
ORIGINAL_ARTICLE
مدلسازی دینامیکی و طراحی کنترل وضعیت یک فضاپیما در حضور تلاطم
این مقاله به مدلسازی دینامیک تلاطم سوخت داخل مخزن فضاپیما و تأثیر آن بر کنترل فضاپیما پرداخته است. تلاطم ناشی از حرکت سوخت موجود در مخزن سیستم پیشران فضاپیما بر کنترل و پایداری آن بسیار تأثیرگذار است. این تأثیر که از تداخل نیرویی و گشتاوری تلاطم با سیستم کنترل فضاپیما ناشی میشود، بهصورت فیدبکی در سیستم کنترل ظاهر خواهد شد. با توجه بهسادگی تحلیل معادلات حرکت یک جرم متمرکز و جسم صلب نسبت به معادلات دینامیک سیال و به دنبال آن کاهش یافتن حجم محاسبات، میتوان دینامیک تلاطم سوخت را با یک مدل مکانیکی جایگزین نمود؛ بنابراین در این پژوهش برای بررسی اثر دینامیک تلاطم سوخت مایع بر کنترل و پایداری فضاپیما، تلاطم سوخت بهصورت یک سیستم مکانیکی خطی مدلسازی شده است. بدین منظور دو مدل جرم-فنر و پاندول برای مدلسازی دینامیک تلاطم موردبررسی قرار گرفته و پارامترهای هریک نیز برای شبیهسازی مدهای غالب تلاطم محاسبه گردیده است. به ازای هر دو مدل جرم-فنر و پاندول، معادلات دینامیک سیستم خطی سازی شده و سپس با قرار دادن مقادیر پارامترهای فیزیکی هرکدام از سیستمها و در نظر گرفتن متغیرهای حالت و کنترل، معادلات سیستم به فرم فضای حالت استخراج شده و درنهایت کنترلکننده بهینه خطی بر روی آن اعمال گردید. نتایج پاسخ زمانی متغیرهای حالت در هر دو مدل و همچنین متغیرهای کنترلی نشان از پایداری سیستم و کاهش اثر تلاطم در وضعیت ماهواره دارد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2168_e9ee56a66c4272dad54bfe59f162db71.pdf
2021-05-22
25
40
10.22044/jsfm.2021.2168
تلاطم سوخت
فضاپیما
مدل جرم و فنر
مدل پاندول
کنترلر LQR
عبدالمجید
خوشنود
khoshnood@kntu.ac.ir
1
دانشیار ، دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
LEAD_AUTHOR
علی
امین زاده
aliaminzadeh@email.kntu.ac.ir
2
دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
AUTHOR
سید مهدی
حسنی
smh1384@gmail.com
3
دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
AUTHOR
پیمان
نیک پی
p.nikpey@sri.ac.ir
4
عضو هیات علمی، پژوهشکده سامانه های ماهواره، تهران، ایران
AUTHOR
[1] Zhukoskii NE (1964) On the motion of a rigid body having cavities filled with a homogeneous liquid. Collected Works.
1
[2] Okhotsimskii DE (1960) Theory of the motion of a body with cavities partly filled with a liquid. NASA.
2
[3] Dodge FT (2000) The new dynamic behavior of liquids in moving containers. Southwest Research Inst. San Ant., TX.
3
[4] Jafari A, Khoshnood AM, Roshanian J (2010) Nonlinear dynamic modeling and active vibration control of a system with fuel sloshing. World Acad Sci, Eng Tech 61: 269-274.
4
[5] Chatman YR (2008) Modeling and Parameter Estimation of Spacecraft Lateral Fuel Slosh. Theses - Daytona Beach 28.
5
[6] Kurode S, Bandyopadhyay B, Gandhi B (2009) Sliding mode observer for estimation of slosh states in a moving container. in Ind Tech, ICIT. IEEE International Conference on.
6
[7] Thakar PS, Bandyopadhyay B, Gandhi B, Kurode S (2012) Robust control of rotary slosh using integral sliding modes. in Variable Struc Sys (VSS), 12th International Workshop on.
7
[8] Cho S, McClamroch M, Reyhanoglu M (2000) Feedback control of a space vehicle with unactuated fuel slosh dynamics. in AIAA Guid., Nav., and Cont. Conf. and Exh.
8
[9] Reyhanoglu M, Hervas JR (2011) Nonlinear control of a spacecraft with multiple fuel slosh modes. in Dec. and Cont. and Europ. Cont. Conf. (CDC-ECC), 50th IEEE Conf. on.
9
[10] Reyhanoglu M, Hervas JR (2012) Nonlinear dynamics and control of space vehicles with multiple fuel slosh modes. Cont Eng Prac 20: 912-918.
10
[11] Souza LCG de, Souza AG de (2014) Satellite attitude control system design considering the fuel slosh dynamics. Shock and Vib 2014.
11
[12] Hervas JR, Reyhanoglu M (2014) Thrust-vector control of a three-axis stabilized upper-stage rocket with fuel slosh dynamics. Acta Astro 98: 120-127.
12
[13] Navabi M, Davoodi A (2017) 3D modeling and control of fuel sloshing in a spacecraft. in 2017 IEEE 4th Int. Conf. on Know.-Based Eng. and Inn. (KBEI).
13
[14] Zhang H, Wang ZJJOS (2016) Attitude control and sloshing suppression for liquid-filled spacecraft in the presence of sinusoidal disturbance. J Sound Vib 383: 64-75.
14
[15] Deng M, Yue BJAA (2017) Nonlinear model and attitude dynamics of flexible spacecraft with large amplitude slosh. ACTA Astronaut 133: 111-120.
15
[16] Gasbarri P, Sabatini M, Pisculli AJAA (2016) Dynamic modelling and stability parametric analysis of a flexible spacecraft with fuel slosh. ACTA Astronaut 127: 141-159.
16
[17] Navabi M, Davoodi A, Reyhanoglu M (2019) Modeling and control of a nonlinear coupled spacecraft-fuel system. ACTA Astronaut 162: 436-446.
17
[18] Coulter N, Moncayo H (2020) Comparison of Optimal and Bioinspired Adaptive Control Laws for Spacecraft Sloshing Dynamics. J Spc Rock57: 12-32.
18
[19] Coulter N (2018) design of an attitude control system for a spacecraft with propellant slosh dynamics. Dissertations and Theses 424.
19
[20] Mazmanyan L, Ayoubi MA (2018) Fuzzy attitude control of spacecraft with fuel sloshing via linear matrix inequalities. IEEE T Aero Elec Sys 54: 2526-2536.
20
[21] Navabi M, Davoodi A (2019) 2D Modeling and Fuzzy Control of Slosh Dynamics in a Spacecraft. in 2019 5th Conf. on Know. Based Eng. and Inn. (KBEI).
21
[22] Navabi M, Davoodi A, Reyhanoglu M (2020) Optimum fuzzy sliding mode control of fuel sloshing in a spacecraft using PSO algorithm. ACTA Astronaut 167: 331-342.
22
[23] محمد نوابی و علی داودی، (2019) "مدل سازی و کنترل تلاطم سوخت و اثر آن روی وضعیت فضاپیما"، علوم و فناوری فضایی، 11، 11-22.
23
[24] Navabi M, Davodi A (2019) Modeling of Fuel Sloshing in a Spacecraft and Control it by Active Control Method Using Nonlinear Control. Modares Mechanical Engineering 19: 2121-2128.
24
ORIGINAL_ARTICLE
کنترلکننده ترمینال غیر منفرد مودلغزشی مرتبه کسری با استفاده از الگوریتم سوپرتوئیستینگ برای ربات دو درجه آزادی
در این تحقیق، الگوریتم سوپرتوئیستینگ به همراه تعریف سطح لغزش به صورت ترمینال غیر منفرد مودلغزشی با استفاده از حسابان مرتبه کسری ، ارائه شده است. در کنترل به روش مقاوم در رباتها، یکی از مسائل مورد بررسی کاهش خطای سیستم و همچنین کاهش پدیده چترینگ میباشد. یکی از کاربردهای کنترلکننده مود لغزشی مرتبه بالاتر کاهش چترینگ است. همچنین استفاده از حسابان کسری در طراحی کنترلکننده دقت بیشتری را به ارمغان میآورد و باعث کاهش خطا در سیستم میشود. نوآوری کار حاضر، استفاده از کنترلکننده مودلغزشی مرتبه بالاتر با استفاده از الگوریتم سوپرتوئیستینگ و ترمینال غیر منفرد مود لغزشی مرتبه کسری برای ربات سری دو لینکی میباشد. طراحی کنترلکننده مورداستفاده به گونه ایست که مستقل از مدل ربات بوده و بر اساس خطای سیستم، کنترلکننده شکل گرفته است. تجزیه و تحلیل پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از روش لیاپانوف انجامشده است. نتیجه طراحی صورت گرفته از دقت بالا و همگرایی سریع و مقاوم بودن مناسبی برخوردار است.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2169_09a73a4b0e2d07d2d171d5109d3cc322.pdf
2021-05-22
41
56
10.22044/jsfm.2021.2169
ربات
مودلغزشی مرتبه بالاتر
الگوریتم سوپرتوئیستینگ
حسابان کسری
کنترل مودلغزشی ترمینال غیر منفرد
مهناز
شریف نیا
m.sharifniya@live.com
1
دانشگاه صنعتی شاهرودانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرودد
AUTHOR
حبیب
احمدی
habibahmadif@shahroodut.ac.ir
2
دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود
LEAD_AUTHOR
[1] Das S (2008) Functional fractional calculus for system identification and controls. Springer, Berlin, Heidelberg.
1
[2] Capelas de Oliveira E (2019) Solved Exercises in fractional calculus. Springer.
2
[3] David S, Balthazar J.M, Julio B, Oliveira C (2012) The fractional-nonlinear robotic manipulator: Modeling and dyn. sim., AIP pp. 298-305.
3
[4] Coronel-Escamilla A,Torres F, Gómez-Aguilar J, Escobar-Jiméne R, Guerrero-Ramírez R (2018) On the trajectory tracking control for an SCARA robot manipulator in a fractional model driven by induction motors with PSO tuning. Multibody Syst Dyn 43(3) 257-277.
4
[5] Goodwine B (2014) Modeling a multi-robot system with fractional-order differential equations. (ICRA), IEEE 1763-1768.
5
[6] Wensong J, Zhongyu W, Mourelatos Z.P (2016) Application of nonequidistant fractional-order accumulation model on trajectory prediction of space manipulator. IEEE ASME Trans Mechatron 21(3): 1420-1427.
6
[7] Al-Saggaf UM, Bettayeb M, Djennoune S (2017) Super-twisting algorithm-based sliding-mode observer for Synchronization of nonlinear incommensurate fractional-order chaotic systems Subject to unknown inputs. Arab J Sci Eng 42(7): 3065-3075.
7
[8] Mujumdar A, Tamhane B, Kurode S (2014) Fractional order modeling and control of a flexible manipulator using sliding modes. IEEE 2011-2016.
8
[9] Chen H, Chen W, Chen B (2013) Robust synchronization of incommensurate fractional-order chaotic systems via second-order sliding mode technique. IEEE 3147-3151.
9
[10] Bettayeb R.F.M ,Rahman M.H (2018) Control of serial link manipulator using a fraction al order controller. IREACO 11(1).
10
[11] Mohammed RH, Bendary F, Elserafi K (2016) Trajectory tracking control for robot manipulator using fractional order-fuzzy-PID controller. Int J Comput Appl 134(15): 8887.
11
[12] Moreno AR, Sandoval VJ (2013) Fractional order PD and PID position control of an angular manipulator of 3DOF. IEEE 89-94.
12
[13] Angel L, Viola J (2018) Fractional order PID for tracking control of a parallel robotic manipulator type delta. ISA Trans 79 172-188.
13
[14] Dumlu A (2018) Practical position tracking control of a robotic manipulator based on fractional order sliding mode controller. Elektronika ir Elektrotechnika 24(5): 19-25.
14
[15] Rahmani M, Rahman M.H (2019) A new adaptive fractional sliding mode control of a MEMS gyroscope. Microsyst Technol 2(9): 3409-3416.
15
[16] Mujumdar A, Kurode S, Tamhane B (2013) Fractional order sliding mode control for single link flexible manipulator, (CCA). IEEE 288-293.
16
[17] Ghasemi I, Ranjbar Noei A, Sadati J (2018) Sliding mode based fractional-order iterative learning control for a nonlinear robot manipulator with bounded disturbance. Meas Control 40(1): 49-60.
17
[18] Senejohnny D, Faieghi M, Delavari H (2017) Adaptive second-order fractional sliding mode controlwith application to water tanks level control.
18
[19] Muñoz-Vázquez AJ, Sánchez-Torres DJ, Parra-Vega V, Sánchez-Orta A, Martínez-Reyes F (2020) A fractional super-twisting control of electrically driven mechanical systems. Meas Control 42(3): 485-492.
19
[20] Caponetto R, Graziani S, Tomasello V, Pisano A (2015) Identification and fractional super-twisting robust control of IPMC actuators. Fract Calc Appl Anal 18(6): 1358.
20
[21] Levant A (1993) Sliding order and sliding accuracy in sliding mode control; Int J Control 58(6): 1247-1263.
21
[22] Patel A (2018) Observer based fractional second-oreder nonsingular terminal multisegment sliding mode control of SRM position regulation system. IAEME.
22
[23] Yu S, Yu X, Shirinzadeh B, Man Z (2005) Continuous finite-time control for robotic manipulators with terminal sliding mode. Automatica 41(11): 1957-1964.
23
[24] Wang YY, Chen JW, LGu LY, Li XD (2015) Time delay control of hydraulic manipulators with continuous nonsingular terminal sliding mode. J Cent South Univ 22(12): 4616-4624.
24
[25] Ma X, Zhao Y, Di Y (2020) Trajectory Tracking control of robot manipulators based on U-model. Math Probl Eng 2020(8): 1-10.
25
[26] Divandari M, Rezaie B, Ranjbar Noei A (2019) Speed control of switched reluctance motor via fuzzy fast terminal sliding-mode control. Comput Electr Eng 80: 106472.
26
[27] Baek J, Kwon W, Kang C (2020) A new widely and stably adaptive sliding-mode control with nonsingular terminal sliding variable for robot manipulators. IEEE 43443-43454.
27
[28] Babaie M, Rahmani Z, Rezaie B (2019) Designing a switching controller based on control performance assessment index and a fuzzy supervisor for perturbed discrete-time systems subject to uncertainty. Autom Control Comp S 53: 116-126.
28
[29] Wang Y, Gu L, Gao M, Zhu K (2016) Multivariable output feedback adaptive terminal sliding mode control for underwater vehicles. Asian J Control 18: 247-265(1).
29
[30] Nguyen S.D, Vo HD, Seo TI (2017) Nonlinear adaptive control based on fuzzy sliding mode technique and fuzzy-based compensator. ISA Trans 70: 309-321.
30
[31] Wang Y, Jiang S, Chen B, Wu H (2018) A new continuous fractional-order nonsingular terminal sliding mode control for cable-driven manipulators. Adv Eng Softw 119: 21-29.
31
[32] Deng W, Yao J, Ma D (2017) Robust adaptive precision motion control of hydraulic actuators with valve dead-zone compensation. ISA Trans 70: 269-278.
32
[33] Sadeghi R, Madani SM, Ataei M, Kashkooli MA, Ademi S (2018) Super-twisting sliding mode direct power control of a brushless doubly fed induction generator. IEEE Trans Indus Electronics 65(11): 9147-9156.
33
[34] Jin M, Lee J, Chang PH, Choi C (2009) Practical nonsingular terminal sliding-mode control of robot manipulators for high-accuracy tracking control IEEE Trans Indus Electronics 56(9): 3593-3601.
34
[35] Kali Y, Saad M, Benjelloun K, Khairallah C (2018) Super-twisting algorithm with time delay estimation for uncertain robot manipulators. Nonlinear Dyn 93(2): 557-569.
35
[36] Kilbas AA, Srivastava HM, Trujillo JJ (2006) Theory and applications of fractional differential equations. elsevier.
36
[37] Rivera J, Garcia L, Mora M, Raygoza J, Ortega S (2011) Super-twisting sliding mode in motion control systems. Sliding Mode Control 237-254.
37
[38] Sabatier J, Lanusse P, Melchior P, Oustaloup A (2015) Fractional order differentiation and robust control design. Springer, Dordrecht.
38
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی اثر ضربه کم سرعت بر انرژی شکست نمونه آزمایش ضربه سقوطی با شیار ماشینکاری شده در فولاد API X65
یکی از اهداف مهم در آزمایش ضربه سقوطی بدست آوردن مقدار انرژی شکست به منظور ارزیابی بهتر خواص دینامیکی ماده آزمایش شده میباشد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر ضربه کم سرعت بر انرژی شکست نمونه آزمایش ضربه سقوطی از جنس API X65 است. از آنجایی که ممکن است در مواردی در اثر ضربه ناگهانی و ایجاد تغییر شکل دائم انرژی شکست فولاد تحت تأثیر قرار گیرد، بررسی این موضوع اهمیت دارد. نمونه بررسی شده در این آزمایش فولاد API X65 از نوع شیاردار لبهای با شیار شورن به عمق 1/5 میلیمتر می-باشد که از بدنه لوله فولادی با درز جوش مارپیچ با قطر خارجی 1219 میلیمتر و ضخامت دیواره 3/14 میلیمتر جدا شدند. این فولاد در صنعت نفت و گاز در دنیا کاربرد وسیعی دارد. آزمایش انجام شده بر روی 21 نمونه صورت پذیرفت. در مرحله اول ارتفاع سقوط چکش طوری در نظر گرفته شد که نمونهها دچار شکست نشده و فقط ناحیه مجاور نوک ترک وارد منطقه پلاستیک شود. در ادامه با اعمال ضربه دوم از ارتفاع استاندارد 2 متری نمونهها تحت شکست قرار گرفتند. با تحلیل دادههای آزمایشگاهی انرژی شکست برای هر نمونه محاسبه و با یکدیگر مقایسه شد. با ترسیم نمودار انرژی شکست بر حسب انرژی ضربه اولیه مشاهده شد با افزایش انرژی ضربه اولیه در نمونه، انرژی شکست آن کاهش می یابد. در انتها یک رابطه خطی با دقت قابل قبول برای این کاهش انرژی پیشنهاد شد که رابطه مستقیم بین انرژی شکست را با انرژی ضربه اولیه نشان میدهد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2170_370e1fcd630d135912e8a0476ea45542.pdf
2021-05-22
57
71
10.22044/jsfm.2021.2170
آزمایش ضربه سقوطی
فولاد API X65
ضربه کم سرعت
انرژی شکست
شیار شورن
احسان
فتحی عسگرآباد
eh@yahoo.com
1
دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند
AUTHOR
سید حجت
هاشمی
s_h_hashemi@yahoo.com
2
استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند
LEAD_AUTHOR
[1] API Specification 5L (2012) Specification for Line Pipe. 45th edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC.
1
[2] Dieter GE. (1961) Mechanical Metallurgy. McGrew-Hill, United State of America: 370-390.
2
[3] Zhao J, Hu W, Wang X, Kang J, Yuan G, Di H, Misra RDK (2016) Effect of microstructure on the crack propagation behavior of microalloyed 560 MPa (X80) strip during ultra-fast cooling. Mat Sci Eng A-Struct 666: 214-224.
3
[4] Majidi-Jirandehi A, Hashemi SH (2017) Investigation of macroscopic fracture surface characteristics of spiral welded API X65 gas transportation pipeline steel. Modares Mechanical Engineering 17(11): 219-228. (In Persian)
4
[5] Ferahat H, Ahmadi-Brooghani SY (2017) Studying the behavior of A356/SiCp composite foam under low-velocity impact loading. Journal of Solid and Fluide Mechanics 7(2): 129-147. (In Persian)
5
[6] Jonson W (1972) Impact strength of materials. Edward Arnold Co.
6
[7] Scheider I, Nonn A, Lee S, Völling A, Mondry A, Kalwa C (2014) A damage mechanics based evaluation of dynamic fracture resistance in gas pipelines, 20th European Conference on Fracture (ECF20), Procedia Materials Science 3, Trondheim, Norway: 1956-1964.
7
[8] Asgarabad EF, Hashemi SH (2020) Experimental measurement and numerical evaluation of fracture energy in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel. Modares Mechanical Engineering 20(5): 1145-1156. (In Persian)
8
[9] Asgarabad EF, Hashemi SH (2020) Experimental and numerical study of energy absorbtion in drop weight tear test specimen with Chevron notch on API X65 steel. Journal of Solid and Fluide Mechanics 10(2): 95-110. (In Persian)
9
[10] Sayah Badkhor M, Mirzababaie mostofi T, Babaei H (2020) Low-velocity impact response of plate with different geometries under hydrodynamic load: Experimental investigation and process optimization by response surface methodology. Modares Mechanical Engineering 20(4) :807-818.
10
[11] Yu PS, Ru CQ (2016) Analysis of energy absorptions in drop-weight tear tests of pipeline steel. Eng Fract Mech 160: 138-146.
11
[12] Rudland DL, Wilkowski GM, Feng Z, Wang YY, Horsley D, Glover A (2003) Experimental investigation of CTOA in linepipe steels. Eng Fract Mech 70: 567-577.
12
[13] Hari Manoj Simha C, Xu S, Tyson WR (2014) Non-local phenomenological damage-mechanics-based modeling of the Drop-Weight Tear Test. Eng Fract Mech 118: 66-82.
13
[14] Hari Manoj Simha C, Xu S, Tyson WR (2015) Computational modeling of the drop-weight tear test: A comparison of two failure modeling approaches. Engineering Fracture Mechanics. 148: 304-323.
14
[15] Tazimi M, Hashemi SH, Rahnama S (2020) Experimental Study of Fracture Surface Characteristics of Inhomogeneous Drop Weight Tear Test Specimen Made from API X65 Steel. Journal of Solid and Fluide Mechanics 10(1): 77-91. (In Persian)
15
[16] Fang J, Zhang J, Wang L (2014) Evaluation of cracking behavior and critical CTOA values of pipeline steel from DWTT Specimens. Eng Fract Mech 124-125: 18-29.
16
[17] Moradpour MA, Tayebimanesh AS, Hashemi SH (2017) Study of low velocity impact on charpy fracture energy in API X65 steel. 25th Annual Conference of Mechanical Engineering (ISME), Department of Mechanical Engineering, Uniersity of Tarbiat Modares, Tehran, Iran.
17
[18] API RP 5L3 (1996) Recommended practice conducting drop-weight tear test on line pipe. 3rd edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC: 1-9.
18
[19] Godse R, Gurlan J, Suresh S (1988) Effects of residual stresses in fractue toughness testing of hard metals. Mat Sci Eng A-Struct 105-106: 383-387.
19
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل ارتعاش آزاد غیرخطی قطاع دایره ای توخالی در تماس با سیال
در این پژوهش رفتار ارتعاش غیرخطی قطاع دایروی در تماس با سیال بررسی شده است.ابتدا جابه جایی ها در مختصات قطبی برحسب تئوری تغییر شکلبرشی مرتبه اول در نظر گرفته شده است.کرنش ها بر اساس روابط غیرخطی فون کارمن تعیین شده است.سپس با درنظرگرفتن انرژی های جنبشی و پتانسیلو استفاده از اصل همیلتون معادلات حاکم بر حرکت تعیین شده است.فشار دینامیکی وارد ازسیال بر قطاع با استفاده از حل معادله لاپلاس تابع پتانسیل سرعتسیال و برابری سرعت در سطح تماس سیال و قطاع بر حسب جابه جایی عمودی قطاع بدست آمده است. شکل مودهای فرضی براساس شکل مودهای ارتعاشخطی درنظر گرفته شده است.با استفاده از شکل مودهای فرضی وروش گالرکین معادلات حاکم به معادلات دیفرانسیل زمانی غیرخطی تبدیل شده است.معادلاتدیفرانسیلی غیر خطی براساس روش اختلالات حل شده و فرکانس طبیعی غیرخطی تعیین گردیده است.در انتها برای یک ورق قطاع نمونه نتایج عددی ارائهشده و اثر پارامترهایی چون نسبت ابعادی، زاویه قطاع،شرایط مرزی،چگالی سیال و ارتفاع سیال بررسی شده است . همچنین نتایج بدست آمده بدون درنظرگرفتن سیال با پژوهش های حاضر)روش DQM ( صحت سنجی شده است که همگرایی خوبی را نشان می دهد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2171_23fb09f13f2210d53f93281c88c31a72.pdf
2021-05-22
73
86
10.22044/jsfm.2021.2171
ارتعاشات غیرخطی
قطاع دایره ای توخالی
درتماس با سیال
روش گالرکین
رضا
شهوه
rezashahveh@gmail.com
1
دانشجوی دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات
AUTHOR
علی اصغر
جعفری
ajafari@kntu.ac.ir
2
استاد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
AUTHOR
عادل
مقصودپور
a.maghsoudpour@srbiau.ac.ir
3
استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات
LEAD_AUTHOR
علی رضا
محمدزاده
a-mohamadzadeh@srbiau.ac.ir
4
استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات
AUTHOR
[1] Kwak MK, Kim KC (1991) Axisymmetric vibration of circular plates in contact with fluid. J Sound Vib 146(3): 381-389.
1
[2] Kim JW, Webster WC (1996) The drag of an airplane taking off from a floating runway. Proc. 2nd Int. Workshop Very Large Floating Struct. Hayama, Japan 235-241.
2
[3] Watanabe E, Utsunomiya T, Tanigaki S (1998) A transient response analysis of a very large floating structure by finite element method. Struct Eng/Earthquake Eng 15(2): 155-163.
3
[4] Ohta H, Torii T, Hayashi N, Watanabe E, Utsunomiya T, Sekita K, Sunahara S (1999) Effect of attachment of a horizontal/vertical plate on the wave response of a VLFS. Proc. 3rd Int. Wksp Very Large Floating Structures, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, Hawaii, USA.
4
[5] Endo H (2000) The behavior of a VLFS and an airplane during takeoff/landing run in wave condition. Mar Struct 13(4-5): 477-491.
5
[6] Amabili M (2000) Eigenvalue problems for vibrating structures coupled with quiescent fluids with free surface J Sound Vib 231(1): 79-97.
6
[7] Myung MJ, Choi YH, Jeong KH (2003) Fluid bounding effect on natural frequencies of fluid-coupled circular plates. Ksme Int J 17(9): 1297-1315.
7
[8] Renard J, Langlet A, Pennetier O (2003) Response of a large-liquid system to a moving pressure step: Transient and stationary aspects. J Sound Vib 265(4): 699-724.
8
[9] Renard J, Langlet A, Girault G (2006) Response of an infinite free plate-liquid system to a moving load: theoretical stationary response in the subsonic case. J Sound Vib 292(1-2): 124-147.
9
[10] Renard J, Langlet A (2008) Moving pressure running over a plate coupled with a liquid: The analytical stationary response in the one-dimensional case. J Sound Vib 310(3): 650-662.
10
[11] Kozlovsky (2009) Vibration of plates in contact with viscous fluid: Extension of Lamb’s model. J Sound Vib 326(1): 332-339.
11
[12] Hosseini Hashemi Sh, Karimi M, Rokni H, Damavandi T (2010) Vibration analysis of rectangular Mindlin plates on elastic foundations and vertically in contact with stationary fluid by the Ritz method. Ocean Eng 37(2-3): 174-185.
12
[13] Askari E, Jeong KH, Amabili M (2013) Hydroelastic vibration of circular plates immersed in a liquid-filled container with free surface. J Sound Vib 332(12): 3064-3085.
13
[14] Tariverdilo S, Shahmardani M, Mirzapour J, Shabani, R (2013) Asymmetric free vibration of circular plate in contact with incompressible fluid. Appl Math Model 37(1): 228-239.
14
[15] خورشیدی کوروش و عنصری نژاد سعید (1395) تحلیل دقیق ارتعاش آزاد ورق های قطاعی کوپل شده با لایه پیزوالکتریک با بکارگیری تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول. مجله مکانیک سازه­ها و شاره­ها 138-125 :(4)6.
15
[16] Khorshidi K, Akbari F, Ghadirian H (2017) Experimental and analytical modal studies of vibrating rectangular plates in contact with a bounded fluid. Ocean Eng 140(1): 146-154.
16
[17] Canales FG, Mantari JL (2017) Laminated composite plates in contact with a bounded fluid. Free vibration analysis via unified formulation. Compos Struct 162: 374-387.
17
[18] Hosseini Hashemin SH, Kalbasi H, Rokni H,Damavandi T (2011) Free vibration analysis of piezoelectric coupled annular plates with variable thickness. Appl Math Model 35(7): 3527-3540.
18
[19] F Hejripour F, Saidi AR (2011) Nonlinear free vibration analysis of annular sector plates using differential quadrature method. Mech Eng Sci 226(2): 485-497.
19
[20] Jomehzadeh E, Saidi AR (2009) Analytical solution for free vibration of transversely isotropic sector plates using a boundary layer function. Thin Wall Struct 47(1): 82-88.
20
[21] Tanmoy B, Mohanty AR (2017) Large amplitude axisymmetric vibration of a circular plate having a circumferential crack. Int J Mech Sci 124-125: 194-202.
21
[22] Nayfeh AH, Mook DT (2008) Nonlinear oscillations. John Wiley & Sons, New York.
22
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل ارتعاشات پوسته استوانهای دایروی متقارن محوری با استفاده از تئوری مرتبه بالا برای تقریب جابهجایی عرضی به وسیله المانمحدود
در این پژوهش به بررسی تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته دایروی استوانهای متقارن محوری پرداخته شده است. از تئوری مرتبه بالا برای تقریب جابهجایی عرضی در این پژوهش استفاده شده است. ازاینرو جابه جایی عرضی بر مبنای بسط فوریه، تا سه جمله گسترش یافته است. با توجه به متقارن محوری بودن پوسته استوانه، فقط مد محوری بررسی شده است. انرژیهای کرنشی و جنبشی برای پوسته دایروی استوانه ای بهدست آمده و برای استخراج معادلات از اصل همیلتون استفاده شده است. با درنظر گرفتن روش گلرکین و استفاده از روش المان محدود، ماتریسهای سختی و جرم بهدست آمده است. برای این منظور از تابع شکلهای خطی برای همه مجهولات استفاده شده و برای صحه گذاری پژوهش، از مقایسه فرکانسهای مد محوری نتایج با پژوهشهای پیشین استفاده شده است. در نهایت فرکانسهای مد محوری و شکل مدهای محوری برای پوسته دایروی استوانهای برای شرایط تکیه گاهی مختلف از جمله ساده- ساده، گیردار- گیردار، ساده- گیردار و گیردار- آزاد آورده شده است.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2172_84b8c46bb68006df2516ccc80439662f.pdf
2021-05-22
87
97
10.22044/jsfm.2021.2172
پوسته استوانهای دایروی
تحلیل ارتعاشات
تئوری مرتبه بالا
المان محدود
میرابوالفضل
مختاری
s.abolfazl.mokhtari@aut.ac.ir
1
استادیار، گروه خلبانی، دانشکده پرواز، دانشگاه افسری امام علی(ع)، تهران، تهران، ایران
LEAD_AUTHOR
کاظم
ایمانی
imani_ka@yahoo.com
2
استادیار، گروه خلبانی، دانشکده پرواز، دانشگاه افسری امام علی(ع)، تهران، تهران، ایران
AUTHOR
محسن
رستمی
cpt.rostami@gmail.com
3
استادیار، گروه خلبانی، دانشکده پرواز، دانشگاه افسری امام علی(ع)، تهران، تهران، ایران
AUTHOR
[1] Love AE. XVI (1888) The small free vibrations and deformation of a thin elastic shell. Philos T R Soc Lond 179: 491-546.
1
[2] Timoshenko SP (1921) On the correction factor for shear of the differential equation for transverse vibrations of bars of uniform cross-section Phil Mag.
2
[3] Reddy JN, Phan ND (1985) Stability and vibration of isotropic, orthotropic and laminated plates according to a higher-order shear deformation theory. J Sound Vib 98(2): 157-170.
3
[4] Reddy JN (2006) Theory and analysis of elastic plates and shells. CRC press.
4
[5] Dawe DJ (1975) High-order triangular finite element for shell analysis. Int J Solids Struct 11: 1097-1110.
5
[6] Zhou J, Deng Z, Hou X (2010) Transient thermal response in thick orthotropic hollow cylinders with finite length: High order shell theory. ACTA Mech Solida Sin 23(2): 156-166.
6
[7] Forsberg K (1969) Axisymmetric and beam-type vibrations of thin cylindrical shells. AIAA J 7(2): 221-227.
7
[8] Chung H (1981) Free vibration analysis of circular cylindrical shells. J Sound Vib 74(3): 331-350.
8
[9] Senjanović I, Ćatipović I, Alujević N, Vladimir N, Čakmak D 2018 A finite strip for the vibration analysis of rotating cylindrical shells. Thin Wall Struct 122:158-72.
9
[10] Cho M, Kim KO, Kim MH (1996) Efficient higher-order shell theory for laminated composites. Compos Struct 34(2): 197-212.
10
[11] Senjanović I, Ćatipović I, Alujević N, Vladimir N, Čakmak D (2018) A finite strip for the vibration analysis of rotating cylindrical shells 122: 158-172.
11
[12] Sayyad AS, Ghugal YM (2019) Static and free vibration analysis of laminated composite and sandwich spherical shells using a generalized higher-order shell theory. Compos Struct 219(8).
12
[13] Pellicano F (2007) Vibrations of circular cylindrical shells: Theory and experiments. J Sound Vib 303(1–2): 154-170.
13
ORIGINAL_ARTICLE
کنترل فعال ارتعاشات و کاهش نیروی برشی توربین بادی 5 مگاواتی بهوسیله عملگر ژیروسکوپ
یکی از دغدغههای اساسی در فنآوریهای انرژی تجدید پذیر مانند توربین بادی، هزینههای اقتصادی و صرفه جویی در هزینههای مرتبط با ساخت آن است. کاهش ارتعاشات سازه توربین بادی میتواند خستگی مکانیکی سازه ناشی از بارهای باد را کاهش داده و منجر به کاهش مواد مصرفی و هزینه شود. علاوه بر این اگر نیروی برشی و ممان خمشی در پایه سازه توربین کاهش یابد، میتوان از فونداسیون با ابعاد کوچکتر و مصالح کمتر استفاده کرد. همه این عوامل تاثیر مثبت در کاهشی هزینه یک توربین بادی دارد. در این مطالعه یک ژیروسکوپ پایدارساز جهت کاهش ارتعاشات ناشی از باد در یک توربین 5 مگاواتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای اینکار مدل معتبر فست مورد استفاده قرار گرفته است. علاوهبر این از دو نسخه ژیروسکوپ استفاده شده است در حالت اول ژیروسکوپ بصورت غیرفعال نقش پایدار ساز داشته و در حالت دوم به عنوان عملگر فعال عمل می کند. همچنین یک کنترل کننده PID جهت کنترل سیستم فعال طراحی شده است. تاثیر عملگر ژیروسکوپ بر ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی ناشی از بارهای باد از طریق شبیهسازی مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که سیستم پیشنهادی در حالت فعال توانایی کاهش میزان ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی پایه توربین را در حدود 32 درصد و در حالت غیرفعال در حدود 14 درصد داراست.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2173_e9166a14d11cb2582dc5b84ea13f66b6.pdf
2021-05-22
99
118
10.22044/jsfm.2021.2173
توربینبادی
ژیروسکوپ
کنترل کننده فعال
کنترل ارتعاش و نیروی برشی
گشتاور پایه
وحید
مصطفوی
vahid.mostafavi339@gmail.com
1
کارشناسی ارشد مکاترونیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران
LEAD_AUTHOR
مهدی
سلیمانی
msoleymani@gmail.com
2
دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه اراک، اراک، ایران
AUTHOR
مهدی
بقایی
mehdi.bgh@gmail.com
3
دکتری هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
AUTHOR
[1] International Energy Agency (2019) Global energy and CO2 status report: 3-23, Available at: www.iea.org.
1
[2] Enviromental Protection Agency (2017) Inventory of U.S. Greenhouse gas emissions and sinks report: 522-525, Available at: www.epa.gov.
2
[3] Energy Information Agency (2019) U.S. Energy-related carbon dioxide emissions report: 4-14, Available at: www.eia.gov.
3
[4] World Wide Energy Association (2021) Global wind installation in 2020 report:1-2, Available at: www.wwea.org.
4
[5] Stephy T, et al. (2020) 2018 Cost of wind energy review. National Renewable Energy Lab (NREL).
5
[6] Fitzgerald B, et al. (2020) Vibration control of wind turbines: Recent advances and emerging trends Int J Sustain Struct Mater-Sys 4(2-4): 347-472.
6
[7] Sayigh A, Milborrow D (Eds.) (2019) The age of wind energy: Progress and future directions from a global perspective. Springer Nature, Switzerland. 313-314.
7
[8] Taylor M (2012) Renewable energy technologies: Cost analysis series, wind power. Renew Energ 1(5): 1-64.
8
[9] Bossanyi EA (2003) Individual blade pitch control for load reduction. Wind Energy 6(2): 119-128.
9
[10] Argyriadis K, Hille N. (2004). Determination of fatigue loading on a wind turbine with oil damping device. Proc 2004 EWEC: (1-6).
10
[11] Murtagh P, et al. (2008) Passive control of wind turbine vibrations including blade/tower interaction and rotationally sampled turbulence. Wind Energy 11(4): 305-317.
11
[12] Colwell S, Basu B (2009) Tuned liquid column dampers in offshore wind turbines for structural control. Adv Earthq Engn 31(2): 358-368.
12
[13] Karimi HR, Zapateiro M, Luo N (2010) Semiactive vibration control of offshore wind turbine towers with tuned liquid column dampers using H∞ output feedback control. IEEE Intl Conf Contr 2245-2249.
13
[14] Lackner MA, Rotea MA (2011) Passive structural control of offshore wind turbines. Wind Energy 14(3): 373-388.
14
[15] Jie L, Zili Z, Jianbing C (2012) Experimental study on vibration control of offshore wind turbines using a ball vibration absorber. Energy Power Eng 4(3):153-157.
15
[16] Si Y, Karimi HR, Gao H (2014) Modelling and optimization of a passive structural control design for a spar-type floating wind turbine. Adv Earthq Engn 69: 168-182.
16
[17] Caterino N (2015) Semi-active control of a wind turbine via magnetorheological dampers. J Sound Vib 345: 1-17.
17
[18] Zuo H, Bi K, Hao H (2017) Using multiple tuned mass dampers to control offshore wind turbine vibrations under multiple hazards. Eng Struct 141: 303-315.
18
[19] Jahangiri V, Sun C (2019) Integrated bi-directional vibration control and energy harvesting of monopile offshore wind turbines. Ocean Eng 178: 260-269.
19
[20] Guntur S, et al. (2017) A validation and code-to-code verification of FAST for a megawatt-scale wind turbine with aeroelastically tailored blades. Wind Energy Sci 2(2): 443-468.
20
[21] Guntur S, et al. (2016) Fast v8 verification and validation using experiments from aeroelastically tailored megawatt-scale wind turbine blades. National Renewable Energy Laboratory Report: 7-17, Available at: www. nrel. gov/docs.
21
[22] Jonkman JM (2007) Dynamics modeling and loads analysis of an offshore floating wind turbine. National Renewable Energy Report: 51-71, Available at: www. nrel. gov/docs.
22
[23] Jonkman J, et al. (2009) Definition of a 5-MW reference wind turbine for offshore system development. National Renewable Energy Lab Report: 6-11, Available at: www.nrel. gov/docs.
23
[24] Svensson H (2010) Design of foundations for wind turbines. Eng Struct: 10-13, ISSN 0281-6679.
24
[25] Söndgen S, Predki W (2013) Power loss and axial load carrying capacity of radial cylindrical roller bearings. Power Transm Eng 42-47.
25
[26] Nelias D, et al. (1994) Power loss prediction in high-speed roller bearings. Tribology S 27: 465-478.
26
[27] American Roller Bearigs Company (2013) Heavy duty bearings catalog 201223. 1350 4th St Dr NW Hickory, NC 28601.
27
[28] Jonkman BJ, Buhl Jr ML (2006) TurbSim user's guide. National Renewable Energy Lab Report: 5-17. Available at: www.wind.nrel.gov/designcodes /preprocessors/turbsim.
28
[29] Ünker F, Çuvalcı O (2015) Seismic motion control of a column using a gyroscope. Procedia Soc Behav Sci 195: 2316-2325.
29
[30] Ziegler JG, Nichols NB (1993) Optimum settings for automatic controllers. ASME J Dyn Syst Meas Contr 115(2(B)): 220-222.
30
[31] IRENA (2020) Renewable Power generation costs in 2019 report: 25-30. Available at: www.irena.org/publications.
31
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل اندرکنش سیال-سازه در خط لوله با انشعاب متقارن و غیرمتقارن حاوی جریان توربولانس: مطالعه موردی
تحلیل اندرکنش سیال-سازه خط لوله حاوی سیال، یکی از مسائل قابل توجه در صنایع نفت و گاز میباشد. در این پژوهش، یکی از خطوط فرایندی شرکت پتروشیمی بیستون حاوی سیال پارافین (حدود 90 درصد) و الفین (حدود 10 درصد) با دو طرح متفاوت متقارن و غیر متقارن مورد بررسی قرار گرفته است. بررسیها شامل دو بخش عملی و مدلسازی می باشد. در بخش مدلسازی، ابتدا خط لوله در نرم افزار انسیس- فلوئنت شبیهسازی شده و نتایج اجزای محدود به صورت کوپل یکطرفه به بخش طراحی نرم افزار وارد می شود. نتایج بررسیهای عملی و اجزای محدود نشان داد که علت اصلی ارتعاش این خط ناشی از اغتشاشات و فشار نوسانی از جانب سیال بر جداره لوله میباشد و با ترکیبی از قیدهای الاستیک و ثابت، میتوان جابجایی خط لوله را کنترل کرد. همخوانی بسیار خوبی بین نتایج شبیهسازی و نتایج عملی وجود دارد. همچنین نتایج نشان داد که دامنه ارتعاش پس از اقدامات حمایتی مرکب، در خط لوله با انشعاب نامتقارن، تا 94 درصد، و در طرح متقارن تا 86 درصد کاهش دارد. بنابراین ساپورتگذاری مرکب، نتایج مطلوبی در پی خواهد داشت.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2174_cc5a7d9b74057c4b52d3e2ff370d0c2a.pdf
2021-05-22
119
131
10.22044/jsfm.2021.2174
لوله حاوی سیال
اندر کنش سیال- سازه
مدلسازی
اجزاء محدود
امید
حاجی علیانی
o.hajialyani@bispc.net
1
دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه
AUTHOR
محمود
حشمتی
m.heshmati@kut.ac.ir
2
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
LEAD_AUTHOR
[1] Zhai HB, Wu ZY, Liu YS, Yue ZF (2013) In-plane dynamic response analysis of curved pipe conveying fluid subjected to random excitation. Nucl Eng Des 256: 214-226.
1
[2] Mirramezani M, Mirdamadi HR, Ghayour M (2013) Innovative coupled fluid–structure interaction model for carbon nano-tubes conveying fluid by considering the size effects of nano-flow and nano-structure. Comput Mater Sci 77:161-171.
2
[3] Abolpour B, Shamsoddini R (2019) A predictive formula for the Nusselt number of compressible laminar fluid flow passing the thermal developing zone of a hot tube. Heat Transfer Asian Res 48(4): 1529-1543.
3
[4] He Y, Bayly AE, Hassanpour A (2018) Coupling CFD-DEM with dynamic meshing: A new approach for fluid-structure interaction in particle-fluid flows. Powder Technol 325: 620-631.
4
[5] Tuković Ž, Karač A, Cardiff P, Jasak H, Ivanković A (2018) OpenFOAM finite volume solver for fluid-solid interaction. Trans FAMENA 42(3): 1-31.
5
[6] Zhai HB, Wu ZY, Liu YS, Yue ZF (2013) In-plane dynamic response analysis of curved pipe conveying fluid subjected to random excitation. Nucl Eng Des 256: 214-226.
6
[7] Shankarachar SM, Radhakrishna M, Babu PR (2015) An experimental study of flow induced vibration of elastically restrained pipe conveying fluid. In Proceedings of the 15th International Mechanical Engineering Congress & Exposition IMECE15.
7
[8] Veerapandi R, Karthikeyan G, Jinu DG, Kannaiah R (2014) Experimental study and analysis of flow induced vibration in a pipeline. Int J Eng Res Tech 3(5): 1996-1999.
8
]9[ مشاک م ع، کرامت ع (1399) اندرکنش سیال-سازه ناشی از ضربه قوچ در خط لوله تحت فشار با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی هندسی دیواره لوله. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر 20-1 :(7)52.
9
]10[ تشکری بافقی م، الهامی ر، ربیعی ع (1394) تحلیل عددی پدیده تعامل سیال– سازه بر روی پره توربین. دو فصلنامه علمی پژوهشی مکانیک سیالات و آیرودینامیک 11-1 :(2)4.
10
]11[ کریمیان علی آبادی ح، احمدی ا، کرامت ع (1397) مطالعه جریان گذرا در لوله ویسکوالاستیک با احتساب اثرات اندرکنشی بر مبنای پاسخ تحلیلی در حوزه فرکانس. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 160-151 :(4)52.
11
[12] Keim D, Andrienko G, Fekete JD, Görg C, Kohlhammer J, Melançon G (2008) Visual analytics: Definition, process, and challenges. Inf Visualization 4950:154-175.
12
[13] An C, Su J (2015) Dynamic behavior of pipes conveying gas–liquid two-phase flow. Nucl Eng Des 292: 204-212.
13
[14] Zhai HB, Wu ZY, Liu YS, Yue ZF (2013) In-plane dynamic response analysis of curved pipe conveying fluid subjected to random excitation. Nucl Eng Des 256: 214-226.
14
[15] Rezaee M, Arab Maleki V (2017) Vibration Characteristics of fluid-conveying pipes in presence of a dynamic vibration absorber. Modares Mechanical Engineering 17(7): 31-38. (In Persian)
15
[16] De La Torre O, Escaler X, Goggins J (2017) Experimental study of the dynamic response of partially filled pipes focused on natural frequencies and mode shapes. In ASME 2017 Pressure Vessels and Piping Conference. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection.
16
[17] Chao C, Xu X, Kwelle SO, Fan X (2018) Significance of gas-liquid interfaces for two-phase flows in micro-channels. Chem Eng Sci 192: 114-125.
17
[18] Heshmati M, Amini Y, Daneshmand F (2019) Vibration and instability analysis of closed-cell poroelastic pipes conveying fluid. Eur J Mech A Solids 73: 356-365.
18
[19] Keramat A, Tijsseling AS, Hou Q, Ahmadi A (2012) Fluid–structure interaction with pipe-wall viscoelasticity during water hammer. J Fluids Struct 28: 434-455.
19
[20] Ahmadi A, Keramat A (2010) Investigation of fluid–structure interaction with various types of junction coupling. J Fluids Struct 26(7-8): 1123-1141.
20
[21] Keramat A, Ahmadi A (2012) Axial wave propagation in viscoelastic bars using a new finite-element-based method. J Eng Math 77(1): 105-117.
21
[22] Zanganeh R, Ahmadi A, Keramat A (2015) Fluid–structure interaction with viscoelastic supports during waterhammer in a pipeline. J Fluids Struct 54: 215-234.
22
[23] V Ranade V (2002) 3 Turbulent flow processes. Proc Sys Eng 5:57-83.
23
[24] Fluent User Services Center:
24
www.fluentusers.com
25
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تاثیر پارامترهای فرآیند پوششدهی با لیزر روی مشخصههای هندسی و سختی فولاد 4-17
پوششدهی با لیزر یکی از روشهای اصلاح سطح پیشرفته میباشد. در این فرآیند، لایه نازکی از یک ماده بر روی سطح قطعات رسوب داده میشود .در این پژوهش، پوششدهی فولاد 4-17 با استفاده از لیزر پالسی Nd:YAG با توان 400 وات و پودر 316L انجام پذیرفت. فرکانس لیزر، عرض پالس و سرعت اسکن به عنوان متغیرهای ورودی فرآیند و پارامترهای ارتفاع پوشش، عرض پوشش، میزان ترشوندگی، نرخ انحلال و میکروسختی به عنوان پارامترهای خروجی فرآیند در نظر گرفته شدند. اثر تغییر متغیرهای ورودی بر روی پارامترهای خروجی فرآیند بررسی شد و متغیرهای ورودی مناسب برای پوششدهی استخراج گردید. نتایج نشان داد با افزایش فرکانس و عرض پالس، ارتفاع پوشش و میکروسختی کاهش یافت اما عرض پوشش، نرخ انحلال و زاویه ترشوندگی افزایش یافت. با افزایش سرعت اسکن، ارتفاع پوشش و میکروسختی افزایش یافت اما عرض پوشش، نرخ انحلال و زاویه ترشوندگی کاهش یافت. سرعت اسکن 5 میلیمتر بر ثانیه، عرض پالس 10 میلی ثانیه و فرکانس 10 هرتز پارامترهای مناسب برای ایجاد یک پوشش با دوام مناسب بود. میانگین میکروسختی پوشش برای نمونه بهینه 590 ویکرز بود که تقریبا 3/1 برابر فلز پایه به دست آمد. مقدار میکروسختی با افزایش فاصله از فلز پایه به سمت پوشش افزایش یافت. سختی در نزدیکی سطح مشترک کاهش یافت. این میتواند به میزان بیشتر دانههای ستونی نسبت داده شود که نزدیک سطح مشترک پوشش تشکیل شدند.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2175_9b45e31a4f38f08d95642eb1ec821cec.pdf
2021-05-22
133
143
10.22044/jsfm.2021.2175
پوشش دهی با لیزر
فولاد 4-17
پودر 316L
مشخصات هندسی پوشش
میکروسختی
علی
خرم
alikhorram@ymail.com
1
استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، تهران
LEAD_AUTHOR
[1] Overton G, Annderson SG, Belforte DA, Hausken T (2010) Laser marketplace: How wide is the chashm. Laser Focus World 46: 32-49.
1
[2]. D’Oliveira AS, Silva PS, Vilar R (2002) Microstructural Features of Consecutive Layers of Satellite 6 Deposited By Laser Cladding. Surf Coat Technol 153: 203-209.
2
[3] Jendrzejewski R, Conde A, Damborenea J, Sliwinski G (2002) Characterisation of the Laser-Clad Stellite Layers for Protective Coatings. Mater Des 23: 83-88.
3
[4] Vollertsen F, Partes K, Meijer J (2005) State of the art of the laser hardening and cladding. Proc. 3rd int. WLT. Munich, 281-298.
4
[5] Khorram A, Davoodi Jamaloei A, Paidar M, Cao X (2019) Laser cladding of Inconel 718 with 75Cr3C2+25(80Ni20Cr) powder: Statistical modeling and optimization. Surf Coat Technol 378: 124933.
5
[6] Ming Q, Lim LC, Chen ZD (1998) Laser cladding of nickel-based hardfacing alloys. Surf Coat Technol 106: 174-182.
6
[7] Bourahima F, Helbert AL, Rege M, Ji V, Solas D, Baudin T (2018) Laser cladding of Ni based powder on a Cu-Ni-Al glassmold: influence of the process parameters on bonding quality and coating geometry. J Alloy Compd 771: 1018-1028
7
[8] Olakanmia EO, Nyadongo ST, Malikongwa K, Lawal SA, Botes A, Pityana SL (2019) Multi-variable optimisation of the quality characteristics of fiber-laser cladded Inconel-625 composite coatings. Surf Coat Technol 357: 289-303
8
[9] Kim J, Peng Y (2000) Melt pool shape and dilution of laser cladding with wire feeding. J Mater Process Technol 104(3): 284-293.
9
[10] Sun Y, Hao M (2012) Statistical analysis and optimization of process parameters in Ti6Al4V laser cladding using Nd:YAG laser. Opt Lasers Eng 50(7): 985-995.
10
[11] Nenadl O, Ocelík V, Palavra A, Hosson JD (2014) The Prediction of Coating Geometry from Main Processing Parameters in Laser Cladding. Phys Procedia 56: 220-227.
11
[12] Shi Y, Li Y, Liu J, Yuan Z (2018) Investigation on the parameter optimization and performance of laser cladding a gradient composite coating by a mixed powder of Co50 and Ni/WC on 20CrMnTi low carbon alloy steel. Opt Lasers Tech 99: 256-270.
12
[13] Moazami Goodarzi D, Pekkarinen J, Salminen A (2017) Analysis of laser cladding process parameter influence on the clad bead geometry. Weld World 61: 883-891.
13
[14] Liu H, Hu Z, Qin X, Wang Y, Zhang J, Huang S (2017) Parameter optimization and experimental study of the sprocket repairing using laser cladding. Int J Adv Manuf Tech 91: 3967-3975.
14
[15] Moradi M, Ashoori A, Hasanib A (2020) Additive manufacturing of stellite 6 superalloy by direct laser metal deposition – Part 1: Effects of laser power and focal plane position. Opt Lasers Tech 131: 106328
15
[16] Moradi M, Hasani A, Malekshahi Beiranvand Z, Ashoori A, Additive manufacturing of stellite 6 superalloy by direct laser metal deposition – Part 2: Effects of scanning pattern and laser power reduction in differrent layers. Opt Lasers Tech 131: 106455
16
[17] Khorram A, Davoodi jamaloei A, jafari A (2019) Surface transformation hardening of Ti-5Al-2.5Sn alloy by pulsed nd:yag laser: an experimental study. Int J Adv Manuf Tech 100: 3085-3099.
17
ORIGINAL_ARTICLE
تأثیر پوشش آلومینایدی روی عمر خزشی سوپرآلیاژ پایه نیکل Rene-80
در این مقاله، عمر خزشی سوپرآلیاژ Rene-80 در دو حالت بدون پوشش و پوششدار بصورت تجربی مورد مطالعه قرار میگیرد. محدوده دمای کاری این سوپرآلیاژ در حدوده760–982 درجه سانتیگراد میباشد، به منظور افزایش مقاومت آن در برابر عواملی تخریب سطحی چون اکسیداسیون، خوردگی داغ و فرسایش در دمای بالا، پوشش بر روی آن اعمال میشود و کاربرد آن بدون پوشش توصیه نمیگردد. در این مقاله پوششهای آلومینایدی نفوذی با دو روش جداگانه نفوذی-پودری و نفوذی-دوغابی به ترتیب با نام تجاری Codep-B و IP1041 بر روی این سوپرآلیاژ اعمال شد و تأثیر این پوششها بر روی عمر خزشی این سوپرآلیاژ در دمای ۹۸۲ درجه سانتیگراد به همراه متالوگرافی نمونهها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار میگیرد. بدین منظور، نمونههای مطابق با استاندارد ASTM-E8 تولید و بعد از پوششدهی به همراه نمونههای بدون پوشش تحت آزمون خزش مطابق با استاندارد ASTM-E139 قرار گرفتند. پارامترهای کنترلی شامل دما، تنش و عمر خزشی نمونههای بدون پوشش مطابق با استاندارد C50TF28 ارزیابی میشود. نمونههای خزشی بدون پوشش به طور میانگین پس از ۳۳ ساعت استحکام خود را از دست داده و گسیخته شدهاند. نمونههای پوششدار آلومینایدی ساده پودری به طور میانگین پس از ۴۵ ساعت و نمونههای پوشش آلومینایدی سلیسیم دوغابی به طور میانگین پس از ۵۱ ساعت استحکام خود را از دست دادهاند. نتایج نشان داد که پوششها باعث افزایش عمر خزشی نمونههای پوششدار نسبت به نمونههای بدون پوشش حداقل در حدود ۱۲ ساعت میشود.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2176_f93fca9afb1cb38ecc603f563d5d2447.pdf
2021-05-22
145
156
10.22044/jsfm.2021.2176
خزش
سوپرآلیاژ
پوشش نفوذی
آلومینایزینگ
مهرداد
کریمی
mehrdadkarimi729@gmail.com
1
دانشجوی کارشناسیارشد سوانح هوایی و صلاحیتهایپروازی، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران
AUTHOR
مصطفی
لیوانی
m.livani@ssau.ac.ir
2
استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران
LEAD_AUTHOR
حمیدرضا
زارعی
zarei@ssau.ac.ir
3
دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری،تهران، ایران
AUTHOR
[1] Erickson, GL (1994) Super alloy development for aero and industrial gas Turbine. ASM Int. Cannon-Muskegon Corporation, Michigan.
1
[2] Domas PA, Antolovich SD (1985) A mechanistically based model for high temperature notched LCF of rené 80. Eng Fract Mech 21(1): 203-214.
2
[3] Goswami T, Hanninen H (2001) Dwell effects on high temperature fatigue damage mechanisms. Mat Des 22(3): 217-236.
3
[4] Safari J, Nategh S (2006) On the heat treatment of Rene-80 nickel-base superalloy. J Mat Proc Tech 176(1): 240-250.
4
[5] Cappelli PG (1978) Coating processes in high temperature alloy for gas Turbines. Appl Sci Pub, London.
5
[6] Pettit FS, Goward GW (1983) Coatings for high temperature applications. Appl Sci Pub, London.
6
[7] Chang WH (1987) Tensile embitterment of turbine blade alloys after high-temperature exposure, Superalloy. Mater Sci Eng 88.
7
[8] Kameda J, Bloomer TE, Sugita Y, Ito A, Sakurai S (1997) Mechanical properties of aluminized CoCrAlY coatings in advanced gas turbine blades. Mat Sci Eng A 234-236: 489-492.
8
[9] Goward GW (1970) Current research on the surface protection of superalloys for gas turbine engines. J Met 31.
9
[10] Eskner M (2004) Mechanical Behavior of gas turbine coatings. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology.
10
[11] Kolkman HJ (1987) Creep, fatigue and their interaction in coated and uncoated René 80. 91Mater. Sci Eng 89: 81-91.
11
[12] Webb G, Strangman T, Frani N, Date C, Willson L Rana R (1996) Prediction of oxidation assisted crack growth behaviour within hot section gas turbine components. Superalloys 345-352.
12
[13] Matsuda N, Umezawa S, Kojima Y (1991) Effect of corrosion resistance coating on fatigue-creep interaction live of NI base supperalloy Rene 80. J Soc Mat Sci 40(449): 165.
13
[14] Seong-Ho H, Gi-Ryong L, Chang-Yong J, In-Bae K, Hak-Min K (1993) A study on the creep behavior of Rene 80 superalloy. Kor J Mat Res 3(6): 575-584.
14
[15] Rahmani K, Nategh S (2008) Influence of aluminide diffusion coating on the tensile properties of the Ni-base superalloy René 80. Surf Coat Tech 202(8): 1385-1391.
15
[16] Rahmani K, Nategh S (2008) Influence of aluminide diffusion coating on low cycle fatigue properties of Ren´e 80. Mat Sci Eng A 486: 686-695
16
[17] Aghaie-Khafri M, Farahany S (2010) Creep life prediction of thermally exposed Rene 80 superalloy. J Mat Eng Perf 19: 1065-1070.
17
[۱۸] میراسماعیلی سم، رضاییزاده سیبنی ظ (1391) بررسی تأثیر ناخالصی آهن بر ریزساختار و رفتار خزش فرو روندگی سوپرآلیاژ ریختگی Al-Ni -Mn –Mg. اولین همایش بین المللی و ششمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران، تهران.
18
[۱۹] طاهری م، سالمی گلعذانی ع، شیروانی ک (1391) تأثیر پوشش آلومینایدی بر رفتار خزشی سوپرآلیاژ پایه نیکلیGTD-111 . مواد نوین 68-61 :(7)3.
19
[۲۰] آزادی م، رضانژاد س (1394) ارایه مدل تخمین عمر خزش برای سوپرآلیاژ مورد استفاده در پره توربین قطعه توربوشارژ. نهمین همایش بین المللی موتورهای درونسوز، تهران.
20
]21[ کلاگر عم، چراغزاده م، تبریزی ن، شهریاری مس (1395) تأثیر شرایط کاری بر ریزساختار و مکانیزمهای تغییر فرم خزشی پرههای توربین گاز از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل IN738LC. مهندسی متالورژی 160-146 :(2)19.
21
[۲۲] سلیمانی س (1396) بررسی تغییر شکل خزشی ابرآلیاژهای تککریستالی پایه نیکل با استفاده از پلاستیسیته­ی نابجایی­های گسسته. مجله مهندسی مکانیک مدرس 179-171 :(7)17.
22
[۲۳] هانیه آرو و محمد آزادی (۱۳۹۸) مدلسازی رفتار خزشی در آلیاژ آلومینیوم، سلیسیوم، مس، نیکل، منیزیم در دماها و سطوح تنش مختلف. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شارهها 76-61 :(2)9.
23
[24] ASTM standard (1998) Test method for tension testing of metallic material, E8: 62.
24
[25] Technical data sheet (2017) IPAL Diffusion Coating, IP1041.
25
[26] Test method for conducting creep (2018) Creep-rupture, and stress-rupture test of metallic materials. ASTM-E139 Standard.
26
[27] Air Force technical publication, T.O. 2J-J85-66, C50TF28, T.O.2j.j79-53 5-55.
27
ORIGINAL_ARTICLE
مقایسه خواص خستگی خمشی و خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم تحت شرایط کاری سامانه رینگ- پیستون موتور
پدیده خستگی سایشی در قطعات رینگ و پیستون موتور، باعث ایجاد آسیب و خرابی میگردد. در این پژوهش، رفتارهای خستگی سایشی و خستگی خمشی در آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم پیستون، مقایسه شده است. سپس، تاثیر روانکاری و نیروی تماسی بر عمر خستگی سایشی ماده نیز، بررسی گردیده است. برای این منظور، آزمونهای خستگی در شرایط بارگذاری کاملا معکوسشونده و در دمای محیط انجام شد. برای ایجاد شرایط کاری مشابه، از رینگ پیستون به عنوان پد سایشی استفاده گردید. ضمنا رفتار شکست ماده طی پدیده خستگی، به کمک میکروسکوپ روبشی نشر میدانی، مطالعه شد. نتایج مشخص کرد که رفتار شکست آلیاژ آلومینیوم پیستون عمدتا ترد بوده است و در برخی نواحی رفتار شکست نیمه ترد مشاهده شد. همچنین، عمر خستگی سایشی ماده بین 84 تا 95 درصد نسبت به عمر خستگی خمشی، کاهش یافت. اعمال روانکار باعث افزایش قابل توجه 43 تا 75 درصدی عمر خستگی گردید. استفاده از روغن و کاهش نیروی تماسی از 20 به 10 نیوتن، باعث بهبود 16 برابری عمر خستگی سایشی در آلیاژ کوئنچشده آلومینیوم- سیلیسیوم، تحت سطح تنش 150 مگاپاسکال گردید.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2177_c06de679a85afbc6a81ebb4d5002e654.pdf
2021-05-22
157
174
10.22044/jsfm.2021.2177
خستگی خمشی
خستگی فرتینگ
روانکاری با روغن
نیروی تماسی
آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم
محمد صادق
اقارب پرست
sadeghaghareb@gmail.com
1
فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان
AUTHOR
محمد حسین
حاجی اسماعیلی
m_azadi1@yahoo.com
2
فارغ التحصیل کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان
AUTHOR
محمد
آزادی
m.azadi.1983@gmail.com
3
دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان
LEAD_AUTHOR
[1] Mangardich D, Abrari F, Fawaz Z (2019) A fracture mechanics-based approach for the fretting fatigue of aircraft engine fan dovetail attachments. Int J Fatigue 129: 105213.
1
[2] Farris NH, Murthy H, Matlik JF (2003) Chapter 4.11, Fretting fatigue. Comprehensive Structural Integrity 4: 281-326.
2
[3] Pistons and engine testing. Editor: MAHLE GmbH, Springer Vieweg, (2016).
3
[4] Sunde SL, Berto F, Haugen B (2018) Predicting fretting fatigue in engineering design. Int J Fatigue 117: 314-326.
4
[5] Hills DA, Nowell D (2014) Mechanics of fretting fatigue-Oxford's contribution. Tribol Int 76: 1-5.
5
[6] Zeren M (2007) The effect of heat-treatment on aluminum-based piston alloys. Mater Design 28: 2511-2517.
6
[7] Peng J, Wang B, Jin X, Xu Z, Liu J, Cai Z, Luo Z, Zhu M (2019) Effect of contact pressure on torsional fretting fatigue damage evolution of a 7075 aluminum alloy. Tribol Int 137: 1-10.
7
[8] Peng J, Jin X, Xu Z, Zhang J, Cai Z, Luo Z, Zhu M (2018) Study on the damage evolution of torsional fretting fatigue in a 7075 aluminum alloy. Wear 402-403: 160-168.
8
[9] Peng J, Liu J, Cai Z, Shen M, Song C, Zhu M (2013) Study on bending fretting fatigue damages of 7075 aluminum alloy. Tribol Int 59: 38-46.
9
[10] Cai Z, Zhu M, Lin X (2010) Friction and wear of 7075 aluminum alloy induced by torsional fretting. Trans Nonferr Metal Soc 20(3): 371-376.
10
[11] Sangral S, Achyuth K, Patel M, Jayaprakash M (2019) Effect of fretting on fatigue behavior of Al alloys considering environmental effect. Mater Today: Proc 15(1): 119-125.
11
[12] de Pannemaecker A, Fouvry S, Buffiere JY, Brochu M (2018) Modelling the fretting fatigue crack growth: from short crack correction strategies to microstructural approaches. Int J Fatigue 117: 75-89.
12
[13] Kim K, Yoon MJ (2014) Fretting fatigue simulation for aluminum alloy using cohesive zone law approach. Int J Mech Sci 85: 30-37.
13
[14] Muthu J (2014) Fatigue life of 7075-T6 aluminum alloy under fretting condition. Theor Appl Fract Mech 74: 200-208.
14
[15] Ferre R, Fouvry S, Berthel B, Amargier R, Ruiz-Sabariego JA (2013) Prediction of the fretting fatigue crack nucleation endurance of a Ti-6V-4Al/Ti-6V-4Al interface: Influence of plasticity and tensile/shear fatigue properties. Procedia Eng 66: 803-812.
15
[16] Sarhan AD, Zalnezhad E, Hamdi M (2013) The influence of higher surface hardness on fretting fatigue life of hard-anodized aerospace Al7075-T6 alloy. Mater Sci Eng A 560: 377-387.
16
[17] Shinde SR, Hoeppner DW (2006) Fretting fatigue behavior in 7075-T6 aluminum alloy. Wear 261(3-4): 426-434.
17
[18] Du D, Liu D, Zhang X, Tang J. (2019) Fretting fatigue behaviors and surface integrity of Ag-TiN soft solid lubricating films on titanium alloy. Appl Surf Sci 488: 269-276.
18
[19] Gean MC, Farris TN (2009) Elevated temperature fretting fatigue of Ti-17 with surface treatments. Tribol Int 42: 1340-1345.
19
[20] Chakherlou TN, Mirzajanzadeh M, Vogwell J (2009) Effect of hole lubrication on the fretting fatigue life of double shear lap joints: An experimental and numerical study. Eng Fail Anal 16: 2388-2399.
20
[21] Gou T, Liu Z, Correia J, de Jesus MP (2020) Experimental study on fretting-fatigue of bridge cable wires. Int J Fatigue 131: 105321.
21
[22] Chao J (2019) Fretting-fatigue induced failure of a connecting rod. Eng Fail Anal 96: 186-201.
22
[23] Hojjati-Talemi R, Zahedi A, De Baets P (2015) Fretting fatigue failure mechanism of automotive shock absorber valve, Int J Fatigue 73: 58-65.
23
[24] Zalnezhad E, Sarhan AAD, Jahanshahi P (2014) A new fretting fatigue testing machine design, utilizing rotating-bending principal approach. Int J Adv Manuf Technol 70: 2211-2219.
24
[25] Neu RW (2011) Progress in standardization of freeting terminology and testing. Tribol Int 44: 1371-1377.
25
[26] Azadi M, Zolfaghari M, Hajiesmaeili MH, Rezanezhad S (2019) Fretting fatigue test machine with functionality in lubricant and high temperature. Patent Number: 98399, International Category: G01N/34.
26
[27] Technical Report (2008) Piston Ring, Irankhodro Powertrain Company.
27
[28] Ahmed Ali M, Xianjun H, Turkson R, Ezzat M (2015) An analytical study of tribological parameters between piston ring and cylinder liner in internal combustion engines. Proc Inst Mech Eng Part K: J Multi-body Dyn, 4: 329-349.
28
[29] Takiguchi M, Ando H, Takimoto T, Uratsuka A (1996) Characteristics of friction and lubrication of two-ring piston. JSAE Review 17: 11-16.
29
[30] Achyuth K, Patel M, Sangral M, Jayaprakash M (2019) Fretting wear degradation behavior of Al-Si-Ni based cast aluminum alloy under different environment. Mater Today: Proc 15: 103-108.
30
[31] Yang Y, Wang C, Gesang Y, Shang H, Wang R, Liang Y, Wang T, Chen Q, Shao T (2021) Fretting wear evolution of γ-TiAl alloy. Tribol Int 154: 106721.
31
[32] Reddappa HN, Suresh KR, Niranjan HB, Satyanarayana KG (2012) Studies on mechanical and wear properties of Al6061/beryl composites. J Miner Mater Charact Eng 11: 704-708.
32
[33] Gladston JAK, Dinaharan I, Sheriff NM, Selvam JDR (2017) Dry sliding wear behavior of AA6061 aluminum alloy composites reinforced rice husk ash particulates produced using compocasting. J Asian Ceram Soc 5: 1-9.
33
[34] Choi HJ, Lee SM, Bae DH (2010) Wear characteristic of aluminum-based composites containing multi-walled carbon nanotubes. Wear 270: 12-18.
34
[35] Kontou A, Talor RI, Spikes HA (2021) Effects of dispersant and ZDDP additives on fretting wear. Tribol Lett 69: 6.
35
[36] Azadi M, Bahmanabadi H, Gruen F, Winter G (2020) Evaluation of tensile and low-cycle fatigue properties at elevated temperatures in piston aluminum-silicon alloys with and without nano-clay-particles and heat treatment. Mater Sci Eng A 788: 139497.
36
[37] Li Y, Yang Y, Wu Y, Wang L, Liu X (2010) Quantitative comparison of three Ni-containing phases to the elevated-temperature properties of Al-Si piston alloys. Mater Sci Eng A 527(26): 7132-7137.
37
[38] Zolfaghari M, Azadi M, Azadi M (2021) Characterization of high-cycle bending fatigue behaviors for piston aluminum matrix SiO2 nano-composites in comparison with aluminum-silicon alloys. Int J Metalcast 15: 152-168.
38
[39] Rezanejad S, Azadi M, Azadi M (2019) Influence of heat treatment on high‑cycle fatigue and fracture behaviors of piston aluminum alloy under fully‑reversed cyclic bending. Met Mater Int 27: 860-870.
39
[40] Budynas RG, Nisbett JK (2019) Shigley's Mechanical Engineering Design. 11th edn. McGraw-Hill.
40
[41] Liu J, Zhang Q, Zue Z, Xiong Y, Ren F, Volinsky A (2013) Microstructure evolution of Al-12Si-CuNiMg alloy under high temperature low cycle fatigue. Mater Sci Eng A 574: 186-190.
41
[42] Zhang G, Zhang J, Li B, Cai W (2013) Double-stage hardening behavior and fracture characteristics of a heavily alloyed Al-Si piston alloy during low-cycle fatigue loading. Mater Sci Eng A 561: 26-33.
42
[43] Pape JA, Neu RW (2007) Subsurface damage development during fretting fatigue of high strength steel. Tribol Int 40: 1111-1119.
43
[44] Azadi M, Rezanezhad S, Zolfaghari M, Azadi M (2020) Investigation of tribological and compressive behaviors of Al/SiO2 nanocomposites after T6 heat treatment. Sadhana 45: 28.
44
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی اثر فاصله استقرار خرج انفجاری روی تغییر شکل ورقهای فلزی دایروی
در این مقاله به بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی پاسخ دینامیکی ورقهای فلزی تحت بار انفجاری پرداخته شده است. بدین منظور در بخش تجربی، 86 آزمایش روی ورقهای فلزی در شرایط مختلف انجام شد. این ورقها از جنسهای فولاد، مس و آلومینیوم و به شکل دایره بودند. با استفاده از نرمافزار طراح آزمایش و روش سطح پاسخ اثر پارامترهای اندازهگیری شده در آزمایش تجربی که عبارتند از ضخامت ورق، ایمپالس بارگذاری، جرم خرج و فاصله استقرار روی خیز ورقهای دایرهای بهصورت همزمان بررسی شدند. در این بررسی جنس ورقها به عنوان یک پارامتر مستقل کیفی در نظر گرفته شده است. بهمنظور دستیابی به یک مدل معنیدار، سطح اطمینان 95% در بررسی در نظر گرفته شد. در این بررسی مقدار R2 و R_adj^2 به تریتب برابر 9746/0 و 9673/0 به دست آمده است. نتایج بهدستآمده در بخش تحلیل آماری حاکی از آن است که مقادیر بهدستآمده از پیشبینی مدلها با دادههای تجربی مطابقت خوبی دارد و مدلهای ارائهشده مناسب است. شرایط بهینه برای کمترین تغییر شکل ورقهای تکلایه دایرهای تحت بارگذاری دینامیکی نیز ارائه شد. ایمپالس بارگذاری بیشترین و جرم خرج کمترین تاثیر را روی تغییر شکل ورق دارند.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2178_df7cab0c39139f149af5592f3ca5c390.pdf
2021-05-22
175
191
10.22044/jsfm.2021.2178
بارگذاری دینامیکی
آزمایش تجربی
تحلیل رگرسیونی
روش سطح پاسخ
مصطفی
سیاح بادخور
mostafa.sayah@eyc.ac.ir
1
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوانکی، ایوانکی، ایران
AUTHOR
توحید
میرزابابای مستوفی
t.m.mostofi@eyc.ac.ir
2
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوانکی، ایوانکی، ایران
AUTHOR
هاشم
بابایی
ghbabaei@guilan.ac.ir
3
دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
LEAD_AUTHOR
[1] Rezasefat M, Mostofi TM, Ozbakkaloglu T (2019) Repeated localized impulsive loading on monolithic and multi-layered metallic plates. Thin Wall Struc 144: 106332.
1
[2] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M, Lu G, Ruan D (2019) Large transverse deformation of double-layered rectangular plates subjected to gas mixture detonation load. Int J Impact Eng 125: 93-106.
2
[3] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M (2017) The influence of gas mixture detonation loads on large plastic deformation of thin quadrangular plates: Experimental investigation and empirical modelling. Thin Walled Struct 118: 1-11.
3
[4] Nurick GN, Martin JB (1989) Deformation of thin plates subjected to impulsive loading—a review: Part I: Theoretical considerations. Int J Impact Eng 8(2): 159-170.
4
[5] Nurick GN, Martin JB (1989) Deformation of thin plates subjected to impulsive loading—a review part II: experimental studies. Int J Impact Eng 8(2): 171-186.
5
[6] Nurick GN, Radford AM (1997) Deformation and tearing of clamped circular plates subjected to ocalized central blast loads. In: Recent developments in computational and applied mechanics: A volume in honour of John B. Martin. Barcelona, Spain: International Centre for Numerical Methods in Engineering 276-301.
6
[7] Chung Kim Yuen S, Nurick GN (2000) The significance of the thickness of a plate when subjected to localized blast load. In: 16th international symposium on military aspects of blast and shock, MABS 16, Oxford, UK, 491-499.
7
[8] Cloete T, Nurick G, Palmer R (2005) The deformation and shear failure of peripherally clamped centrally supported blast loaded circular plates. Int J Impact Eng 32(1): 92-117.
8
[9] Jacob N, Nurick GN, Langdon GS (2007) The effect of stand-off distance on the failure of fully clamped circular mild steel plates subjected to blast loads. Eng Struct 29(10): 2723-2736.
9
[10] Babaei H, Darvizeh A (2011) Investigation into the response of fully clamped circular steel, copper, and aluminum plates subjected to shock loading. Mech Based Des Struct 39(4): 507-526.
10
[11] Babaei H, Darvizeh A (2012) Analytical study of plastic deformation of clamped circular plates subjected to impulsive loading. J Mech Mater Struct 7(4):309-322.
11
[12] Gharababaei, H, Darvizeh A (2010) Experimental and analytical investigation of large deformation of thin circular plates subjected to localized and uniform impulsive loading. Mech Based Des Struct 38(2): 171-189.
12
[13] Gharababaei H, Nariman-Zadeh N, Darvizeh A (2010) A simple modelling method for deflection of circular plates under impulsive loading using dimensionless analysis and singular value decomposition. J Mech 26(03): 355-361.
13
[14] Huang W, Jia B, Zhang W, Huang X, Li D, Ren P (2016) Dynamic failure of clamped metallic circular plates subjected to underwater impulsive loads. Int J Impact Eng 94: 96-108.
14
[15] Huang W, Zhang W, Ye N, Gao Y, Ren P (2016) Dynamic response and failure of PVC foam core metallic sandwich subjected to underwater impulsive loading. Compos Part B-Eng 97: 226-238.
15
[16] Badkhor MS, Hasanzadeh M, Mostofi TM (2019) Numerical investigation and optimization on performance of sandwich panel structures with honeycomb core subjected to blast loading by response surface methodology. Amirkabir J Mech Eng 52(10):121-30. (in Persian)
16
[17] Bigdeli A, Damghani Nouri M (2019) Experimental and numerical analysis and multi-objective optimization of quasi-static compressive test on thin-walled cylindrical with internal networking. Mech Adv Mater Struc 26: 1644-1660.
17
[18] Badkhor MS, Mostofi TM, Babaei H (2020) Low-velocity impact response of plate with different geometries under hydrodynamic load: experimental investigation and process optimization by response surface methodology. Modares Mech Eng 20(4): 807-18. (in Persian)
18
[19] Mostofi TM, Badkhor MS (2020) Experimental study and optimization of dynamic response of polymer-coated metal plates subjected to impact loading using response surface methodology. Modares Mech Eng 20(4):1011-23. (in Persian)
19
[20] Badkhor MS, Mostofi TM, Babaei H (2020) Dynamic response of metal powder subjected to low-velocity impact loading: experimental investigation and optimization using response surface methodology. Modares Mech Eng 20(4):863-76. (in Persian)
20
[21] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M (2016) Theoretical analysis on the effect of uniform and localized impulsive loading on the dynamic plastic behavior of fully clamped thin quadrangular plates. Thin-Walled Struct 109: 367-376.
21
[22] Mostofi TM, Golbaf A, Mahmoudi A, Alitavoli M, Babaei H (2018) Closed-form analytical analysis on the effect of coupled membrane and bending strains on the dynamic plastic behaviour of fully clamped thin quadrangular plates due to uniform and localized impulsive loading. Thin-Walled Struct 123: 48-56.
22
[23] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Armoudli E (2017) On dimensionless numbers for the dynamic plastic response of quadrangular mild steel plates subjected to localized and uniform impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part E J Process MechEng 231(5): 939-950.
23
[24] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T (2020) New dimensionless numbers for deformation of circular mild steel plates with large strains as a result of localized and uniform impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part L J Mater Des Appl 234(2): 231-245.
24
[25] Rezasefat M, Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Ziya-Shamami M, Alitavoli M (2019) Dynamic plastic response of double-layered circular metallic plates due to localized impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part L J Mater Des Appl 233(7): 1449-1471.
25
[26] Babaei H, Mostofi T.M, Alitavoli M, Darvizeh A (2016) Empirical modelling for prediction of large deformation of clamped circular plates in gas detonation forming process. Exp Tech 40(6): 1485-1494.
26
[27] Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Alitavoli M (2017) Experimental and theoretical study on large ductile transverse deformations of rectangular plates subjected to shock load due to gas mixture detonation. Strain 53(4): e12235.
27
[28] Babaei H, Mostofi TM, Namdari-Khalilabad M, Alitavoli M, Mohammadi K (2017) Gas mixture detonation method, a novel processing technique for metal powder compaction: Experimental investigation and empirical modeling. Powder Tech 315: 171-81.
28
[29] Babaei H, Mostofi TM, Sadraei SH (2015) Effect of gas detonation on response of circular plate-experimental and theoretical. Struct Eng Mech 56(4): 535-548.
29
[30] Mostofi TM, Badkhor MS, Ghasemi E (2019) Experimental investigation and optimal analysis of the high-velocity forming process of bilayer plates. J Solid Fluid Mech 9(3) 65-80.
30
[31] Mostofi TM, Babaei H (2019) Plastic deformation of polymeric-coated aluminum plates subjected to gas mixture detonation loading: Part I: Experimental studies. J Solid Fluid Mech 9(1): 71-83.
31
[32] Mostofi TM, Babaei H (2019) Plastic deformation of polymeric-coated aluminum plates subjected to gas mixture detonation loading: Part II: Analytical and empirical modelling. J Solid Fluid Mech 9(2): 15-2.
32
[33] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M, Hosseinzadeh S (2017) On dimensionless numbers for predicting large ductile transverse deformation of monolithic and multi-layered metallic square targets struck normally by rigid spherical projectile. Thin-Walled Struct 112: 118-124.
33
[34] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M (2017) Experimental and analytical investigation into large ductile transverse deformation of monolithic and multi-layered metallic square targets struck normally by rigid spherical projectile. Thin Walled Struct 107: 257-265.
34
[35] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M, Saeidinejad A (2017) Experimental investigation and dimensionless analysis of forming of rectangular plates subjected to hydrodynamic loading. J Appl Mech Tech Phys 58(1): 139-147.
35
[36] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T (2020) Modeling and prediction of fatigue life in composite materials by using singular value decomposition method. Proc Inst Mech Eng-Part L J Mater Des Appl 234(2): 246-254.
36
[37] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M (2020) Experimental investigation and analytical modelling for forming of circular-clamped plates by using gases mixture detonation. Proc Inst Mech Eng-Part C J Mech Eng Sci 234(5): 1102-1111.
37
[38] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Alitavoli M (2015) Experimental study and analytical modeling for inelastic response of rectangular plates under hydrodynamic loads. Journal of Modares Mechanical Engineering 15(4): 361-368. (In Persian)
38
[39] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Alitavoli M (2017) Experimental and theoretical study of large deformation of rectangular plates subjected to water hammer shock loading. Proc Inst Mech Eng-Part E: J Process Mech Eng 231(3): 490-496.
39
[40] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Alitavoli M
40
(2015) Study on the response of circular thin plate under low velocity impact. Geomech Eng 9(2): 207-218.
41
[41] Ziya-Shamami M, Babaei H, Mostofi TM, Khodarahmi H (2020) Structural response of monolithic and multi-layered circular metallic plates under repeated uniformly distributed impulsive loading: An experimental study. Thin-Walled Struct 157: 107024.
42
[42] Mostofi TM, Sayah-Badkhor M, Rezasefat M, Ozbakkaloglu T, Babaei H (2020) Gas mixture detonation load on polyurea-coated aluminum plates. Thin-Walled Struct 155: 106851.
43
ORIGINAL_ARTICLE
امکان سنجی اجرای فرآیند ترکیبی پرسکاری در کانال هممقطع زاویهدار و اکستروژن مستقیم به منظور تولید میله دو جنسی آلومینیوم – مس
در این تحقیق امکانسنجی تولید میلة دو جنسی آلومینیوم- مس با هدف ایجاد یک پیوند بین لایهای مستحکم و بهبود خواص مکانیکی آن در مقایسه با مواد سازنده، مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور، از یک فرایند اکستروژن در کانالهای هم مقطع زاویهدار (طی حداکثر چهار پاس) و دو مرحله فرآیند اکستروژن مستقیم، قبل و بعد از این فرآیند استفاده شده است. تأثیر میزان کرنش ذخیره شده در نمونهها طی هر مرحله از فرآیند ترکیبی، بر روی استحکام پیوند و برخی خصوصیات مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. استحکام تسلیم فشاری و استحکام برشی پیوند برای نمونههای دو فلزی تحت دو بار اکستروژن مستقیم به ترتیب برابر263 مگاپاسکال و 4/9 مگاپاسکال اندازهگیری گردید. انجام فرآیند ECAP و تکرار آن در بین فرآیندهای اکستروژن مستقیم، باعث افزایش این مقادیر شده است؛ بطوریکه برای نمونههای دو فلزی تحت دو بار اکستروژن مستقیم بعلاوة چهار پاس فرآیند ECAP، افزایش 38 درصدی در استحکام تسلیم فشاری و 5/1 برابری در استحکام برشی پیوند به همراه داشته است. مقایسة سختی نمونههای اولیه و نهایی نشان میدهد که سختی نمونههای تولید شده بطور قابل ملاحظهای افزایش یافته است. نوع ریزساختار حاصل شده در مس و آلومینیوم در هرکدام از نمونههای دو فلزی و مشاهدة لایة پیوندی، مؤید نتایج بدست آمده میباشد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2179_06882335f82f05c6dbe9dc34ee32cf1a.pdf
2021-05-22
193
207
10.22044/jsfm.2021.2179
تغییر شکل پلاستیک شدید
اکستروژن در کانالهای هم مقطع زاویه دار
میلةدو جنسی
استحکام برشی پیوند
خلیل
خلیلی
kkhalili@birjand.ac.ir
1
استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
LEAD_AUTHOR
حمید
بهلولی
hamidbohlooli@iaubir.ac.ir
2
دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
AUTHOR
محمدرضا
مرکی
maraki@birjandut.ac.ir
3
مربی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران
AUTHOR
[1] Sasaki TT, Morris RA, Thompson GB, Syarif Y, Fox D (2010) Formation of ultra-fine copper grains in copper-clad aluminum wire. Scr Mater 63(5): 488-491.
1
[2] Abbasi M, Taheri AK, Salehi MT (2001) Growth rate of intermetallic compounds in Al/Cu bimetal produced by cold roll welding process. J Alloys Compd 319(1-2): 233-241.
2
[3] Rhee KY, Han WY, Park HJ, Kim SS (2004) Fabrication of aluminum/copper clad composite using hot hydrostatic extrusion process and its material characteristics. Mater Sci Eng A 384(1-2): 70-76.
3
[4] Hug E, Bellido N (2011) Brittleness study of intermetallic (Cu, Al) layers in copper-clad aluminium thin wires. Mater Sci Eng A 528(22-23): 7103-7106.
4
[5] Alizadeh M, Samiei M, Salahinejad E (2017) Post-annealing, fractographic and corrosion failure analyses on tri-modal Mn-particulate Al/Cu multilayered composites. Vacuum 139: 87-92.
5
[6] Langdon TG (2007) The processing of ultrafine - grained materials through the application of severe plastic deformation. J Mater Sci 42: 3388-3397.
6
[7] Valiev RZ, Islamgaliev RK, Alexandrov IV (2000) Buik Nanostructured Materials from severe plastic deformation. Progress in Materials Science 45: 89-103.
7
[8] Asadi P, Besharati Givi M,Faraji G (2010) Producing Ultrafine- grained AZ91 from as-cast AZ91 by FSP. Mater Manuf Process 25: 1219-1226.
8
[9] Nosrati HG, Khalili KH, Gerdooei M (2020) Theoretical and numerical investigation of required torque in ECAP-Conform process. Metall Mater Trans B 51(2): 519-528.
9
[10] Shokuhfar A, Shamsborhan M (2014) Finite element analysis of planar twist channel angular extrusion (PTCAE) as a novel severe plastic deformation method. J Mech Sci Technol 28(5): 1753-1757.
10
[11] Khosravifard A, Ebrahimi R (2010) Investigation of parameters affecting interface strength in Al/Cu clad bimetal rod extrusion process. Mater Design 31(1): 493-499.
11
[12] Sundaresan S , Murti KGK (1993) The formation of intermetallic phases in aluminum–austenitic stainless steel friction welds. Mater Forum 17: 301-307.
12
[13] Zare GR, Divandari M, Arabi H (2013) Investigation on interface of Al/Cu couples in compound casting. Mater Sci Tech Ser 29: 190-196.
13
[14] Liu H, Ke FJ, Pan H, Sinica AP (2007) Molecular dynamics simulation of the diffusion bonding and tensile behavior af a Cu-Al interface. Acta Phys Sin-Ch Ed 56(1): 407-419.
14
[15] Lee S, Lee MG, Lee SP, Lee GA, Kim YB, Lee JS, Bae DS (2012) Effect of bonding interface on delamination behavior of drawn Cu/Al bar clad material. Trans. Nonferrous Met Soc China 22: 645-649.
15
[16] Sheng LY, Yang F, Xi TF, Lai C, Ye HQ (2011) Influence of heat treatment on interface of Cu/Al bimetal composite fabricated by cold rolling. Composites 42(Part B): 1468-1473.
16
[17] Kazanowski P, Epler ME, Misiolek WZ (2004) Bimetal rod extrusion-process and product optimization. Mat Sci Eng A-Struct 369: 170-180.
17
[18] Luo JT, Zhao S, Zhang CH (2012) Casting−cold extrusion of Al/Cu clad composite by copper tubes with different sketch sections. J Cent South Univ 19: 882-886.
18
[19] Bereski S, Stradomeski Z (2007) Quality of bimetallic Al-Cu joint after explosive cladding. Journal of Achievement in Materials 22: 73-76.
19
[20] Aghajani Derazkola H , Simchi A (2014) Effects of alumina nanoparticles on the microstructure, strength and wear resistance of poly (methyl methacrylate)-based nanocomposites prepared by friction stir processing. J Mech Behav Biomed Mater 79: 246-253.
20
[21] Sapanathan T, Khoddam SH, Zahiri SH (2013) Spiral extrusion of aluminum/copper composite for future manufacturing of hybrid rods: A study of bond strength and interfacial characteristics. J Alloy Compd 571: 85-92.
21
[22] Kocich R, Machackova A, Kuncicka L, Fojtik F (2015) Fabrication and characterization of cold-swaged multilayered Al–Cu clad composites. Mater Design 71: 36-47.
22
[23] Eivani AR, Karimi Taheri A (2007) A new method for producing bimetallic rods. Mater Lett 61(19-20): 4110-4113.
23
[24] Davis JR (2001) Copper and copper alloys. ASM international.
24
[25] Singh R (2018) Characterization of microstructure and mechanical properties of AL6063 using FSP Multipass. Anchor Academic Publishing.
25
[26] ASM handbook mechanical testing and evaluation. ASM International, Vol. 8, 2000.
26
[27] Ranaei MA, Bohlooli H , Khalili KH (2017) Experimental study on effect of equivalent strain on evolution strength of commercially pure copper produced by equal channel angular pressing. JMEUT 47(2): 333-342.
27
[28] Ranjbarbahadori SH, Dehghani K, AkbariMousavi SAA (2015) Comparison of microstructure and mechanical properties of pure copper processed by twist extrusion and equal channel angular pressing. Mater Lett 152: 48-52.
28
[29] Bohlooli H, Khalili KH, Seyedkashi SH (2021) Experimental study on combined twist and direct extrusion on the mechanical and electrical properties of commercial pure copper. JMEUT 51(4): 1-10.
29
[30] Babaei A, Mashhadi MM (2015) Characterization of SPD processed ultrafine-grained pure copper tubes via tube cyclic expansion–extrusion. Mater Charact 101: 114-121.
30
[31] Ranaei MA, Afsari A, Ahmadi Brooghani SY, Moshksar MM (2015) Microstructure, mechanical and electrical properties of commercially pure copper deformed severely by equal channel angular pressing. Modares Mechanical Engineering 14(15): 257-266.
31
[32] Faraji G, Mashhadi MM, Bushroa AR, Babaei A (2013) TEM analysis and determination of dislocation densities in nanostructured copper tube produced via parallel tubular channel angular pressing process. Mat Sci Eng A-Struct 563: 193-198.
32
[33] Zehetbauer MJ, Stüwe HP, Vorhauer A, Schafler E, Kohout J (2005) The role of hydrostatic pressure in severe plastic deformation, in: nanomaterials by severe plastic deformation. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA 433-446.
33
[34] Zebardast M, Karimi Taheri A (2011) The cold welding of copper to aluminum using equal channel angular extrusion (ECAE) process. J Mater Process Tech 211: 1034-1043.
34
[35] Eivani AR, Mirzakoochakshirazi HR, Jafarian HR (2020) Investigation of joint interface and cracking mechanism of thick cladding of copper on aluminum by equal channel angular pressing (ECAP). Jmr & t 9(3): 3394-3405.
35
[36] Eivani AR, Karimi Taheri A (2007) A new method for estimating strain in equal channel angular extrusion. 183: 148-153.
36
[37] Bagherpour E, Reihanian M, Pardis N, Ebrahimi R, Terence Langdon G (2018) Ten Years of Severe Plastic Deformation (SPD) in Iran, part I: Equal-Channel Angular Pressing (ECAP). IJMF, Iranian Journal of Materials Forming 5(1): 71-113.
37
[38] Ahmed N (1978) Extrusion of copper clad aluminum wire. J Mech Work Technol 2: 19-32.
38
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل حساسیت توان خروجی ژنراتور ارتعاشی پیزوالکتریکی با ولتاژ ثابت به روش PAWN و VBSA
با توجه به لزوم تأمین توان موردنیاز گرههای شبکههای حسگر بیسیم و مشکلات متعددی که برای تعویض منبع انرژی این گرهها وجود دارد، نیاز به گرههایی است که بتوانند انرژی خود را تأمین کنند. در بالگردها و هواپیماها، حسگرهای زیادی برای ثبت اطلاعات نقاط مختلف سامانه وجود دارد که با توجه به وجود منابع ارتعاشی در این وسایل، تأمین توان گرههای شبکه حسگر از منابع ارتعاشی روش مناسبی برای جایگزینی باتری است. در این مقاله یک ژنراتور پیزوالکتریکی به گونه ای طراحی شد که توانایی توان مصرفی یک گره متشکل از حسگرهای بی سیم را داشته باشد. همچنین به منظور طراحی بهینه، تحلیل حساسیت توان خروجی آن تیر پیزوالکتریکی در ولتاژ ثابت ارائه شده است. با توجه به لزوم تأمین توان گره مورد نیاز در ولتاژ ثابت و تأثیر عدم قطعیتها بر توان خروجی، با استفاده از دو روش VBSA و PAWN، میزان حساسیت پارامترهای هندسی نظیر طول، عرض و ضخامت لایه های مختلف تیر پیزوالکتریک بر توان خروجی به عنوان تابع هدف سنجیده میشود و نتایج با یکدیگر مقایسه میشوند. مقایسه نتایج نشان میدهد ژنراتور طراحیشده توانایی تأمین توان موردنیاز گره در ولتاژ ثابت را دارد و طول پیزوالکتریک و تیر بیشترین تأثیر و ضخامت تیر کمترین تأثیر را بر توان خروجی داراست.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2180_9f69fb4c6436885ab548391e22c663ab.pdf
2021-05-22
209
218
10.22044/jsfm.2021.2180
ژنراتور پیزوالکتریکی
تحلیل حساسیت
شاخص حساسیت
برداشت انرژی
برداشت انرژی ارتعاشی
افراسیاب
چشم آور
asia.ch@chmail.ir
1
دکتری، مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
AUTHOR
امیر
باقری
amirbagheri@chmail.ir
2
دانشجوی دکتری مهندسی هوافضا، هسته آیرودینامیک و انتقال حرارت وسایل پرنده، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
LEAD_AUTHOR
علی
اسماعیلی
aliesmaeili@ferdowsi.um.ac.ir
3
استادیار، هسته آیرودینامیک و انتقال حرارت وسایل پرنده، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
AUTHOR
[1] Christopher DL, Townsend CP (2006) Energy Harvesting Wireless Sensors for Helicopter Damage Tracking. AHS International Forum 62.
1
[2] Wireless sensor network. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_sensor_network.
2
[3] Shaikh F K, Zeadally S (2016) Energy harvesting in wireless sensor networks: A comprehensive review. Renew Sust Energ Rev 55(1): 1041-1054.
3
[4] Arms SW, Galbreath JH, Townsend CP, Churchill DL, Corneau B, Ketcham RP, Phan N (2009) Energy harvesting wireless sensors and networked timing synchronization for aircraft structural health monitoring. 1st International Conference on Wireless Communication, 16-20.
4
[5] Chang SC (2010) A 1-mW vibration energy harvesting system for moth flight-control applications. Electrical Engineering and Computer Science. Massachusetts Institute of Technology. Massachusetts.
5
[6] Dickerson S (2011) CH-47D rotating system fault sensing for condition based maintenance. Air Force Institute of Technology.
6
[7] Smith SD (2006) Seat vibration in military propeller aircraft: Characterization. Aviat Space Envir Md 77(1): 32-40.
7
[8] Le MQ, Capsal JF, Lallart M, Hebrard Y, Ham AVD, Reffe N, Geynet L, Cottinet PJ (2015) Review on energy harvesting for structural health monitoring in aeronautical applications. Prog Aerosp Sci 79(1): 147-157.
8
[9] Esmaeili A, Sousa JMM (2017) Power density ratio optimization of bimorph piezocomposite energy harvesters using a multidisciplinary design feasible method. Compos Struct 165(1):171-179.
9
[10] Keawboonchuay C, Engel TG (2003) Electrical power generation characteristics of piezoelectric generator under quasi-static and dynamic stress conditions. IEEE T Ultrason Ferr 50(10): 1377-1382.
10
[11] حسینی ر، لطافتی م، حسینی مقدم س (1396) برداشت انرژی ارتعاشی با استفاده از تیر یک سردرگیر با دولایه پیزوالکتریک. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 9-1 :(1)7.
11
[12] خادم باشی س، معین فرد ح (1395) مدلسازی برداشت انرژی الکتریکی با استفاده از مواد پیزوالکتریک تحت تحریک اتفاقی از پایه. نشریه علمی مکانیک سازهها و شارهها 10-1 :(1)6.
12
[13] Erturk D, Inman J (2008) On mechanical modeling of cantilevered piezoelectric vibration energy harvesters. J Intel Mat Syst Str 19(1): 1311-1325.
13
[14] Erturk D, Inman J (2008) A distributed parameter electromechanical model for cantilevered piezoelectric energy harvesters. J Vib Acoust 130(4): 041002
14
[15] Erturk, D, Inman J (2009) An experimentally validated bimorph cantilever model for piezoelectric energy harvesting from base excitations. Smart Mater Struct 18(2): 025009.
15
[16] Shu YC, Lien IC (2006) Analysis of power output for piezoelectric energy harvesting systems. Smart Mater Struct 15(6): 1499.
16
[17] Roundy S, Wright PK (2004) A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics. Smart Mater Struct 13(5): 1131.
17
[18] Zhao Z, Wang S, You C (2002) Piezoelectric Micro-power Generation to Charge Supercapacitor with Optimized Duty Cycle. J Intel Mat Syst Str 21(11): 1131-1140.
18
[19] Fang KT, Li R, Sudjianto A (2006) Design and modeling for computer experiments. 1th edn. Chapman & Hall, Boston.
19
[20] Janfada M, Shahsavani D (2017) Varinace-based sensitivity analysis of deterministic model. Andishe-Ye-Amari 21(2): 33-44.
20
[21] Saltelli A, Annoni P, Azzini I, Campolongo F, Ratto M, Tarantola S (2010) Variance based sensitivity analysis of model output. Comput Phys Commun 181(2): 251-270.
21
[22] Archer GEB, Saltelli A, Sobol IM (1997) Sensitivity measures, anova-like Techniques and the use of bootstrap. J Stat Comput Sim 58(2): 99-120.
22
[23] Pianosi F, Wagener T (2015) A simple and efficient method for global sensitivity analysis based on cumulative distribution functions. Environ Modell Softw 67(1): 1-11.
23
[24] Stephens MA (1992) Introduction to Kolmogorov (1933) On the empirical determination of a distribution. In: Breakthroughs in Statistics, New York 93-105.
24
[25] Wall J (1996) Practical statistics for astronomers-ii correlation data-modelling and sample comparison. Q J Roy Astron Soc 37(1): 519.
25
ORIGINAL_ARTICLE
بهینه سازی عملکرد سیکل رانکین آلی مبتنی بر مطالعه مقایسه ای روشهای باکس-بهنکن و مرکب مرکزی
در این مقاله با کمک مدلسازی ترمودینامیکی سیکل رانکین آلی، تاثیر برخی پارامترها بر راندمان حرارتی و حرارت ورودی سیکل با استفاده از روش طرح ریزی آزمایشها مورد بررسی قرار میگیرد. بابهره گیری از این تکنیک و ترکیب آن با مدل حذف رگرسیون پس گرد مقدار راندمان حرارتی و حرارت ورودی سیکل به صورت توابعی از پارامترهای موثر معرفی می شوند. در این راستا ابتدا با مقایسه دو روش پاسخ سطح و انتخاب رویه طراحی مرکب مرکزی، مقادیر توابع پاسخ بر اساس متغیرهای ورودی مشخص شده اند. مقادیر عددی حاصل از توابع منتج از روش پاسخ سطح مرکب مرکزی همخوانی خوبی با سایر مقالات معتبر دارد. نتایج نشان میدهند که از میان پارامترهای موثر، مقادیر دمای ورودی توربین، راندمان آیزنتروپیک توربین و نسبت دبی های جرمی سیال عامل به آب خنک کننده کندانسور بیشترین تاثیر را بر راندمان حرارتی دارند و همچنین برای حرارت ورودی به سیکل نیز بیشترین تاثیر پذیری در تغییر دبی سیال عامل، اختلاف دمای کندانسور و دمای ورودی به توربین سیکل رانکین آلی مشاهده می شود. نتایج بهینه سازی عددی بر مبنای تابع مطلوبیت و رویه پاسخ مرکب مرکزی نیز نشان دهنده حصول راندمانی معادل با 36% به ازای حرارت ورودی kW130 می باشد.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2181_91f5046019bc5f4af04540b2959ece28.pdf
2021-05-22
219
232
10.22044/jsfm.2021.2181
سیکل رانکین آلی
بهینه سازی
پارامترهای طراحی
راندمان حرارتی
روش پاسخ سطح
محمد احسان
کاظمیان
m.kazemian@bam.ac.ir
1
بخش مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران
AUTHOR
سید عبدالرضا
گنجعلیخان نسب
ganj110@uk.ac.ir
2
بخش مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران
LEAD_AUTHOR
ابراهیم
جهانشاهی جواران
e.jahanshahi@uk.ac.ir
3
بخش مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران
AUTHOR
[1] Obernberger I, Thonhofer P, Reisenhofer E (2002) Description and evaluation of the new 1,000 kWel Organic Rankine Cycle process integrated in the biomass CHP plant in Lienz, Austria. Euroheat & Power 10(1): 18-25.
1
[2] Ferreira P, Catarino I, Vaz D (2017) Thermodynamic analysis for working fluids comparison in Rankine-type cycles exploiting the cryogenic exergy in Liquefied Natural Gas (LNG) regasification. Appl Therm Eng 121: 887-896.
2
[3] Saleh B, Koglbauer G, Wendland M, Fischer J (2007) Working fluids for low-temperature organic Rankine cycles. Energy 32(7):1210-1221.
3
[4] Habibzadeh A, Rashidi M (2016) Thermodynamic analysis of different working fluids used in organic rankine cycle for recovering waste heat from GT-MHR. JESTEC 11(1): 121-135.
4
[5] Chacartegui R, Sánchez D, Muñoz J, Sánchez T (2009) Alternative ORC bottoming cycles for combined cycle power plants. Appl Energy 86(10): 2162-2170.
5
[6] شوکتی ن، رنجبر س­ف (1394) تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژواکونومیکی ترکیب سیکل تولید توان زمین گرمایی با سیکل کالینا و سیکل رانکین با سیالهای آلی مختلف. مجله مکانیک سازهها و شارهها 192-177 :(1)5.
6
[7] Aboelwafa O, Fateen SEK, Soliman A, Ismail IM (2018) A review on solar Rankine cycles: Working fluids, applications, and cycle modifications. Renew Sustain Energy Rev 82: 868-885.
7
[8] چهارطاقی م، بابایی م (1393). تحلیل انرژی و اگزرژی سیکل ارگانیک رانکین با به کارگیری سیالکاری دو جزیی در شرایط مشخص منبع حرارتی. مهندسی مکانیک مدرس 156-145 :(3)14
8
[9] Badr O, Probert S, O'callaghan P (1985) Selecting a working fluid for a Rankine-cycle engine. Appl Energy 21(1):1-42.
9
[10] Mahmoudi A, Fazli M, Morad M (2018) A recent review of waste heat recovery by Organic Rankine Cycle, Appl. Therm. Eng. 143: 660-675.
10
[11] باروتکوب ح ، حنیفی میانگفشه ک ، یاری م (۱۳۹۶) طراحی و تحلیل سیستم جدید سیکل رنکین آلی با محرک اولیه توربین گاز SGT-۴۰۰ مطالعه موردی: منطقه نار- کنگان (جنوب ایران). مهندسی مکانیک مدرس 372-361 :(12)17.
11
[12] Wang X, Shu G, Tian H, Liu P, Jing D, Li X (2018) The effects of design parameters on the dynamic behavior of organic ranking cycle for the engine waste heat recovery. Energy 147: 440-450.
12
[13] Xi H, Zhang H, He YL, Huang Z (2019) Sensitivity analysis of operation parameters on the system performance of organic rankine cycle system using orthogonal experiment. Energy 172: 435-442.
13
[14] Zeng M, Tang L, Lin M, Wang Q (2010) Optimization of heat exchangers with vortex-generator fin by Taguchi method. Appl Therm Eng 30(13): 1775-1783.
14
[15] Verma V, Murugesan K (2014) Optimization of solar assisted ground source heat pump system for space heating application by Taguchi method and utility concept. Energ Buildings 82: 296-309.
15
[16] Kumar U, Karimi M.N (2014) Application of Taguchi’s methods for optimizing organic rankine cycle for recovering low grade industrial waste heat. IJTEE 8(2): 91-101.
16
[17] Kumar U, Karimi MN, Asjad M (2016) Parametric optimisation of the organic Rankine cycle for power generation from low-grade waste heat. Int J Sustain Energy 35(8): 774-792.
17
[18] Mohammed MK, Awad OI, Rahman M, Najafi G, Basrawi F, Alla ANA, Mamat R (2017) The optimum performance of the combined cycle power plant: A comprehensive review. Renew Sustain Energy Rev 79: 459-474.
18
[19] Bademlioglu A, Canbolat A, Yamankaradeniz N, Kaynakli O (2018) Investigation of parameters affecting Organic Rankine Cycle efficiency by using Taguchi and ANOVA methods. Appl Therm Eng 145: 221-228.
19
[20] Goyal A, Sherwani AF, Tiwari D (2021) Optimization of cyclic parameters for ORC system using response surface methodology (RSM). Energ Source Part A 43(8): 993-1006.
20
[21] محمدی م، ارغوانی هادی ج (1395) مدلسازی یکبعدی و بهینهسازی پرتابگرگازی دومرحلهای به روش پاسخ سطح. مهندسی مکانیک مدرس 139-129 :(2)16.
21
[22] Okati V, Behzadmehr A, Farsad S (2016) Analysis of a solar desalinator (humidification–dehumidification cycle) including a compound system consisting of a solar humidifier and subsurface condenser using DoE. Desalination 397: 9-21.
22
[23] مهرور ع، باستی ع، جمالی ع (1396) بهینه سازی چند هدفه پارامترهای ماشینکاری الکتروشیمیایی با استفاده از روش سطح پاسخ. مجله مکانیک سازهها و شارهها 60-49 :(4)7.
23
[24] پیرمحمد س، اسماعیلی مرزدشتی س (1396) مقایسه عملکرد جذب انرژی سازه های چند جداره مربعی و دایروی با استفاده از روش کپراس و بهینه سازی سازه دایروی با استفاده از روش سطح پاسخ. مجله مکانیک سازهها و شارهها 147-133 :(3)7.
24
[25] Chen H, Goswami DY, Stefanakos EK (2010) A review of thermodynamic cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat. Renew. Sustain. Energy Rev 14(9): 3059-3067.
25
[26] Douvartzides S, Karmalis I (2016) Working fluid selection for the Organic Rankine Cycle (ORC) exhaust heat recovery of an internal combustion engine power plant. Iop Conf Ser-Mat Sci 161(1): 012087.
26
[27] Invernizzi CM, Iora P, Manzolini G, Lasala S (2017) Thermal stability of n-pentane, cyclo-pentane and toluene as working fluids in organic Rankine engines. Appl Therm Eng 121: 172-179.
27
[28] Mohammadi A, Kasaeian A, Pourfayaz F, Ahmadi MH (2017) Thermodynamic analysis of a combined gas turbine, ORC cycle and absorption refrigeration for a CCHP system. Appl Therm Eng 111: 397-406.
28
[29] Montgomery DC (2017) Design and analysis of experiments. 9th edn. Wiley, New York.
29
ORIGINAL_ARTICLE
اثر راستای انژکتور گاز روی تشکیل مخلوط در موتور اشتعال جرقهای
سوخت گاز طبیعی فشرده به عنوان هیدروکربنی که احتراق آن کمترین آلودگی خروجی را دارد، برای کاربرد در موتورهای احتراق داخلی بسیار مورد توجه است. در این میان نقش انژکتور گاز در پخش سوخت در منیفلد هوای موتور و ورود آن به سیلندر در هنگام فرآیند مکش و تشکیل مخلوط، اهمیت بسیار دارد. در این مقاله تلاش شده تا اثر راستای پاشش روی تشکیل مخلوط داخل سیلندر یک موتور اشتعال جرقه ای بررسی شود. ابتدا یک موتور اشتعال جرقه ای با پاشش سوخت گاز با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در یک سیکل کامل شبیه سازی شده و سپس اعتبار سنجی نتایج فشار داخل سیلندر و جرم هوا و سوخت داخل سیلندر در زمان بسته شدن سوپاپ هوا، انجام شده است. در نهایت اثر راستای انژکتور گاز روی مقدار سوخت و هوای وارد شده به محفظه احتراق، نسبت لامبدا، انرژی جنبشی توربولانسی و توزیع نسبت تعادلی داخل سیلندر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که هر چند راستای انژکتور گاز تاثیر قابل توجهی روی فرآیند تشکیل مخلوط داخل سیلندر در زمان جرقه شمع ندارد ولی باعث کاهش عدد چرخش جریان داخل سیلندر می شود.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2182_0953beca7e9d1c4a19fd5158a40d71f9.pdf
2021-05-22
233
246
10.22044/jsfm.2021.2182
موتور احتراق داخلی
انژکتور گاز
تشکیل مخلوط
آرش
محمدی
amohammadi@sru.ac.ir
1
عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
LEAD_AUTHOR
[1] Middleton A, Neumann B, Khatri D )2008) Development of dedicated CNG engine with multipoint gas injection system. SAE Technical Paper 2008-28-0014.
1
[2] Garg M, Ravikrishna R (2010) CFD modeling of in-cylinder fuel-air mixing in a CNG-fueled SI engine with port gas injection. SAE Technical Paper 2010-32-0003.
2
[3] Shanmugam M, Kankariya R, Honvault N, Srinivasan J (2010) Performance and emission characterization of 1.2L MPI engine with multiple fuels (E10, LPG and CNG). SAE Int J Fuels Lubr 3(1): 334-352
3
[4] Obiols J, Soleri D, Dioc N, Moreau M (2011) Potential of concomitant injection of CNG and gasoline on a 1.6L gasoline direct injection turbocharged engine. SAE Technical Paper 2011-01-1995.
4
[5] Midhun VS, Karthikeyan S, Nagarajan S, Rairikar SD, Kavathekar KP, Thipse SS, Marathe NV (2011) Development of CNG injection engine to meet future euro-V emission norms for LCV applications. SAE Technical Paper 2011-26-0002
5
[6] Shinde TB (2012) Experimental investigation on effect of combustion chamber geometry and port fuel injection system for CNG engine. IOSR J Eng 2(7): 49-54
6
[7] Midhun VS, Karthikeyan S, Krishnan S, Tyagi, AA, Rairikar SD, Kavathekar KP, Thipse SS, Marathe NV (2013) Development of three cylinder CNG engine for LCV application. SAE Technical Paper 2013-26-0009.
7
[8] Bircann R, Kazour Y, Dauer K, Fujita M, Wells A, Francis D, Husted K, Harry K (2013) Cold performance challenges with CNG PFI injectors. SAE Technical Paper 2013-01-0863
8
[9] Chintala V, Subramanian KA (2013) A CFD study for optimization of gas injector orientation for performance improvement of a dual-fuel diesel engine. J Energy 57: 709-721
9
[10] Hall J, Bassett M, Hibberd B, Streng S (2016) Heavily downsized demonstrator engine optimized for CNG operation. SAE Int J Engines 9(4): 2250-2261
10
[11] Yang C, li W, Yin J, Shen Y (2017) Port fuel injection of CNG for downsized 1-liter 3-cylinder turbocharged Engine with high efficiency. SAE Technical Paper 2017-01-2275.
11
[12] Rahai H, Lee Y, rahimi N, Gada K (2017) Investigations of the effect of humid air on NOx and PM emissions of a CNG engine. SAE Technical Paper 2017-01-0783.
12
[13] Patel NM, Patel AD (2017) A parametric study for optimization of gas injector orientation and its effect on duel fuel engine using CNG as fuel. Int J Appl Eng Res 12(19): 8556-8559
13
[14] Patel R, Brahmbhatt P (2018) Performance characteristics comparison of CNG port and CNG direct injection in spark ignition engine. Eur J Sustain Dev Res 2(2) ;26-36
14
[15] Adlercreutz L, Cronhjort A, Stenlaas O (2019) Variation in squish length and swirl to reach higher levels of EGR in a CNG engine. SAE Technical Paper 2019-01-0081.
15
[16] Adlercreutz L, Cronhjort A, Stenlaas O, Particle emission measurements in a SI CNG engine using oils with controlled ash content. SAE Technical Paper 2019-01-0053.
16
[17] Mohammadi A (2010) Numerical simulation of spark ignition engines, numerical simulations - examples and applications in computational fluid dynamics. Lutz Angermann (Ed.). ISBN: 978-953-307, InTech.
17
[18] میرزایی ص، محمدی آ، فروتن ا (1397) بررسی تجربی تاثیر سامانه خروجی دود روی پارامترهای عملکردی موتور. دومین همایش ملی موتورهای درونسوز. دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
18
[19] میرزایی ص، محمدی آ، فجری ح ر، پریور ا ح (1398) بهبود عملکرد موتور اشتعال جرقه ای به کمک اصلاح مسیر خروجی دود. یازدهمین همایش بین المللی موتورهای درونسوز و نفت، ساپکو، تهران، ایران.
19
ORIGINAL_ARTICLE
کاربرد روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته هممکان در حل معادلات حاکم بر سیالات غیرنیوتنی با مدل هرشل- بالکلی
چکیدهیکی از روشهای بدون شبکه، روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته (DLSM) میباشد. در این روش از نقاط گرهی برای تخمین توابع شکل و گسستهسازی معادلات استفاده میشود. با افزودن نقاطی تحت عنوان نقاط هممکان،روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته هم-مکان (CDLSM) شکل میگیرد که در گسستهسازی معادلات استفاده میشوند. در این تحقیق برای تخمین توابع شکل از روش درونیاب شعاعی نقاط (RPIM) برای حل معادلات دو بعدی حاکم بر سیالات غیر نیوتنی استفاده شده است. برای شبیهسازی رفتار سیال غیرنیوتنی از مدل هرشل بالکلی کمک گرفته شده است. برای صحتسنجی نتایج از سه مثال عددی جریان بین دو صفحه موازی، جریان در حفره مربعی و نیمدایرهای با عدد رینولدز 100 استفاده شده است. در نتایج ارائه شده، معیار (MSE) میانگین مربعات خطا بررسی شده که بطور میانگین برای سه مسئله مذکور به ترتیب برابر 5-10×1/7، 6-10×3/1 و 6-10×6/1 حاصل شده است. زمان محاسباتی مسئله جریان در حفره مربعی 1000 ثانیه بوده است. همچنین حل مسئله جریان در حفره نیمدایرهای برای هر تکرار 65/0 ثانیه زمان برده است.
https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_2183_e687de5e7a814c60edb5c2e6d2469f52.pdf
2021-05-22
247
259
10.22044/jsfm.2021.2183
حداقل مربعات گسسته هم مکان
روش درونیاب شعاعی نقاط
سیالات غیرنیوتنی
مدل هرشل بالکلی
محمد
نقیان
mohammad.naghian@semnan.ac.ir
1
دانشجوی دکتری مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
AUTHOR
خسرو
حسینی
khhoseini@semnan.ac.ir
2
دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
LEAD_AUTHOR
[1] Gingold RA, Monaghan JJ (1977) Smoothed particle hydrodynamics: Theory and application to non-spherical stars. Mon. Notices Royal Astron Soc 181(3): 375-389.
1
[2] Lucy LB (1977) A numerical approach to the testing of the fission hypothesis. AJ 82: 1013-1024.
2
[3] Dilts GA (1999) Moving‐least‐squares‐particle hydrodynamics—I. Consistency and stability. Int J Numer Meth Eng 44(8): 1115-1155.
3
[4] Atluri SN, Zhu T (1998) A new meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) approach in computational mechanics. Comput Mech 22(2): 117-127.
4
[5] Lin H, Atluri SN (2001) The meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method for solving incompressible Navier-Stokes equations. Cmes-Comp Model Eng 2(2): 117-142.
5
[6] Wang JG, Yan L, Liu GR (2005) A local radial point interpolation method for dissipation process of excess pore water pressure. Int J Numer Method H 15(6): 567-587.
6
[7] Mai‐Duy N, Tanner RI (2005) Computing non‐Newtonian fluid flow with radial basis function networks. Int J Numer Methods Fluids 48(12): 1309-1336.
7
[8] Wang JG, Liu GR (2001) Radial point interpolation method for no-yielding surface models. In Proceedings of the first MIT conference on computational fluid and solid mechanics (538-540).
8
[9] Duan Q, Li X (2007) An ALE based iterative CBS algorithm for non-isothermal non-Newtonian flow with adaptive coupled finite element and meshfree method. Comput Methods in Appl Mech Eng 196(49-52): 4911-4933.
9
[10] Shamekhi A, Sadeghy K (2009) Cavity flow simulation of Carreau–Yasuda non-Newtonian fluids using PIM meshfree method. Appl Math Model 33(11): 4131-4145.
10
[11] Hon YC, Šarler B, Yun DF (2015) Local radial basis function collocation method for solving thermo-driven fluid-flow problems with free surface. Eng Anal Bound Elem 57: 2-8.
11
[12] شایان ا، دادوند ع، میرزایی ا (1394) شبیه سازی عددی جریان خارجی لزج تراکم­ناپذیر با استفاده از روش لاتیس بولتزمن بدون شبکه. مجله مکانیک سازهها و شارهها 189-175 :(4)4.
12
[13] میکاییلی ص، بهجت ب (1395) تحلیل سهبعدی خمش ورق هدفمند ضخیم با استفاده از روش بدون المان گلرکین در شرایط مرزی مختلف. مجله مکانیک سازهها و شارهها 120-109 :(2)6.
13
[14] Oliveira T, Portela A (2016) Weak-form collocation–A local meshless method in linear elasticity. Eng Anal Bound Elem 73: 144-160.
14
[15] Zamolo R, Nobile E (2017) Numerical analysis of heat conduction problems on 3D general-shaped domains by means of a RBF Collocation Meshless Method. J Phys Conf Ser 923.
15
[16] Ahlkrona J, Shcherbakov V (2017) A meshfree approach to non-Newtonian free surface ice flow: Application to the Haut Glacier d'Arolla. J Comput Phys 330: 633-649.
16
[17] Nodoushan EJ, Shakibaeinia A (2019) Multiphase mesh-free particle modeling of local sediment scouring with μ (I) rheology. J Hydroinformatics 21(2): 279-294.
17
[18] Kaennakham, S., & Chuathong, N. (2019). An automatic node-adaptive scheme applied with a RBF-collocation meshless method. Appl. Math. Comput, 348, 102-125.
18
[19] Ku CY, Xiao JE, Liu CY (2019) On Solving Nonlinear moving boundary problems with heterogeneity using the collocation meshless method. Water 11(4): 835.
19
[20] Arzani H, Afshar MH (2006) Solving Poisson’s equations by the discrete least square meshless method. WIT Trans Modelling Simul 42: 23-31.
20
[21] Firoozjaee AR, Afshar MH (2011) Steady‐state solution of incompressible Navier–Stokes equations using discrete least‐squares meshless method. Int J Numer Methods Fluids 67(3): 369-382.
21
[22] Lashckarbolok M, Jabbari E (2012) Collocated discrete least squares (CDLS) meshless method for the stream function-vorticity formulation of 2D incompressible Navier–Stokes equations. Sci Iran 19(6): 1422-1430.
22
[23] لشکربلوک م، نیکمهر ا، نوروزی ب، عابدینی ا (1394) تحلیل تنشهای برشی ناشی از پیچش مقاطع منشوری با استفاده از روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش. مجله مکانیک سازهها و شارهها 54-47 :(4)5.
23
[24] Naghian M, Lashkarbolok M, Jabbari E (2017) Numerical simulation of turbulent flows using a least squares based meshless method. Int J Civ Eng 15(1): 77-87.
24
[25] Dalimunthe HS, Surana KS (1996) p-Version least squares finite element formulation for three-dimensional, incompressible, non-isothermal, non-Newtonian fluid flow. Comput Struct 58(1): 85-105.
25
[26] Bell BC, Surana KS (1994) p‐version least squares finite element formulation for two‐dimensional, incompressible, non‐Newtonian isothermal and non‐isothermal fluid flow. Int J Numer Methods Fluids 18(2): 127-162.
26
[27] Mercan H, Atalik K (2011) Flow structure for Power-Law fluids in lid-driven arc-shape cavities. Korea Aust Rheol J 23(2): 71-80.
27
[28] لشکربلوک م (1392) حل معادلات حاکم بر حرکت دوبعدی سیالات غیرنیوتنی مستقل از زمان با استفاده از روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش. رساله دکترای مهندسی آب، مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران.
28