مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در وسایل نقلیه متداول حدود %40 از انرژی سوخت به توان مفید تبدیل شده و بقیه توسط سیستم خنک‌کاری و اگزوز به محیط هدایت می‌گردد که علاوه بر اتلاف انرژی یکی از اصلی‌ترین منابع آلایندگی هوا نیز به شمار می‌رود. در حال حاضر در سرتاسر جهان برای جابه‌جایی غذاهای آماده از محل تولید، مانند رستوران‌ها به مقصد ضمن حفظ کیفیت آن‌ها از سفارش‌های آنلاین برای مشتریان خود استفاده می‌شود. بااین‌حال در طول این مسیر به دلیل مسافت‌های طولانی و به‌تبع آن اتلاف حرارت از محفظه حمل غذا، مشکلاتی در زمینه سردشدن غذا و یا گرم‌شدن نوشیدنی‌ها در سفارش‌های آنلاین به وجود می‌آید؛ لذا استفاده از یک ترموسیفون در مسیر گازهای خروجی از اگزوز برای بازیافت حرارت اتلافی، یکی از روش‌هایی است که می‌تواند با کاربرد گرمایشی مورداستفاده قرار گیرد. همچنین برای کاربرد سرمایشی نیز می‌توان از خنک‌کننده ترموالکتریک به کمک الکتریسیته وسیله نقلیه استفاده نمود. در این تحقیق یک سیکل ترکیبی (محفظه گرمایشی - سرمایشی) سیار برای گرم نگه‌داشتن محفظه گرم تا دمای حدود °C48 پس از زمان 25 دقیقه با استفاده از ترموسیفون با بهترین نسبت پرشدگی %75 و سرد نمودن محفظه سرد تا دمای حدود °C5 در مدت‌زمان 8 دقیقه با کمک خنک‌کننده ترموالکتریک طراحی و ساخته شده است.

چکیده امروزه موتورهای الکتریکی، نقش مهمی در تولید انرژی در جهان ایفا می‌کنند. به همین دلیل بهبود پارامترهای موتور الکتریکی به‌منظور بهبود عملکرد موتور از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه‌های بهبود عملکرد موتورهای الکتریکی استفاده از مغناطیس دائم در ساختار موتورهای القایی می‌باشد. این نوع موتورها به‌عنوان موتورهای لاین استارت شناخته می‌شوند. استفاده از مغناطیس دائم باعث حذف تلفات اهمی و به دنبال آن افزایش راندمان می‌شود. باتوجه‌به این که مغناطیس دائم مهم‌ترین نقش را در این موتورها دارد، کوچک‌ترین تغییری در خواص مغناطیسی آهنربای استفاده شده، باعث بروز اختلال در عملکرد ماشین خواهد شد. یکی از پدیده‌های مهمی که خواص آهنربای هسته را تغییر می‌دهد، پدیده مغناطیس زدایی است. با وجود این که این پدیده اثرات بسیار مخربی بر عملکرد موتور دارد، اما همچنان طراحی موتورهای الکتریکی بدون درنظرگرفتن این مسئله انجام می‌شود. در این مقاله یک موتور لاین استارت طراحی شده است. این موتور تحت شرایط مغناطیس زدایی شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند عملکرد و راندمان موتور در حالت مغناطیس زدایی کاهش قابل‌توجهی دارد. همچنین جریان در موتورهای مغناطیس زدایی شده افزایش‌یافته، باعث کاهش بیشتر خواص مغناطیسی آهنربا می‌شود. این اثر به‌صورت پیش‌رونده بارها تکرار شده تا زمانی که خاصیت مغناطیس دائم استفاده شده از بین برود. در نهایت یک مدل تحلیلی برای بررسی و طراحی موتورهای الکتریکی، با درنظرگرفتن اثرات مغناطیس زدایی ارائه شد. نتایج نشان داد استفاده از مدل تحلیلی طراحی موتور با درنظرگرفتن اثرات مغناطیس زدایی می‌تواند جایگزین مناسبی برای استفاده از روش‌های مرسوم در طراحی موتورهای الکتریکی باشد.

چکیده جهت سهولت در حمل و نقل برج توربین باد، برج از چند بخش مجزا ساخته شده و به یکدیگر فلنج و به وسیله فرایند جوشکاری تثبیت می‌گردند. یک پیامد ناخواسته در فرایند جوش‌کاری، اعوجاج ناشی از توزیع ناهمگون حرارت در فلنج است. این پیامد به صورت تنش پسماند و تغییر شکل‌های دایمی‌در فلنج پدیدار می‌شوند. در این تحقیق اعوجاج در جوش‌کاری فلنج برج توربین باد مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج عددی و تجربی نشان می‌دهند که میزان شار حرارتی بیشرین تاثیر را روی اعوجاج فلنج دارد. با نوشتن یک سابروتین و استفاده از حلقه‌های تکرار و شرطی، مسیر حرکت نازل جوشکاری برای برنامه تعریف و با دقت مناسبی میزان اعوجاج ناشی از توزیع حرارت پیش‌بینی می‌شود. مقایسه نتایج عددی و تجربی نشان می‌دهد که اختلاف نتایج جابجایی بستگی به ناحیه سطح مقطع فلنج و موقعیت زاویه‌ای آن دارد. در ناحیه بیرونی فلنج این اختلاف در تمام موقعیت‌ها نزدیک به صفر درصد است. در نواحی میانی سطح مقطع در موقعیت زاویه‌ای۶۰ درجه این اختلاف۳۳ درصد است که نسبت به موقعیت‌های صفر، ۳۰ و ۹۰ درجه کمترین درصد اختلاف را دارد. در نواحی داخلی فلنج در موقعیت زاویه‌ای 30 درجه اختلاف جابجایی ۱۴ درصد بوده که نسبت به سایر موقعیت‌ها کمترین اختلاف را دارد.

چکیده این مقاله به بررسی پدیده فلاتر در یک ورق مستطیلی-شکل در جریان هوای مافوق صوت می‌پردازد. فلاتر، یک ارتعاش خود برانگیخته است که در معرض جریان سیال اتفاق می‌افتد. در این پژوهش، ابتدا پدیده فلاتر و روش شناسایی آن بر اساس تحلیل مقادیر ویژه مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس با استفاده از فرضیات ورق کیرشهف، معادله حرکت ورق استخراج شده و با مدل آیرودینامیکی پیستون مرتبه اول کوپل می‌شود. در ادامه، معادله کوپل‌شده سازه-سیال با استفاده از روش تفاضل مربعات (DQM) به صورت ماتریسی حل می‌شود. استفاده از روش عددی DQM در قالب ماتریسی، مزایایی از جمله دقت و سرعت بالا را برای حل مسئله فلاتر فراهم می‌کند، به شرطی که تعداد لایه مناسبی برای نقاط مرزی انتخاب شود. همچنین نتایج نشان می‌دهد که اولین پدیده فلاتر در یک ورق از جنس آلومینیوم با طول و عرض ۱ متر و ضخامت ۵ میلیمتر، در شرایط جوی سطح آزاد دریا و با شرایط مرزی دو سر گیردار و دو سر آزاد، در فشار دینامیکی بدون بعد ۶۱۷ (معادل ۳.۳۹۵ ماخ) رخ می‌دهد. فرمول‌بندی ارائه شده می‌تواند به عنوان یک پایه برای حل و محاسبه سرعت فلاتر اجسام مختلف در جریان هوای مافوق صوت مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده در سال های اخیر در بسیاری از صنایع از جمله صنایع هوایی و ریلی، برای تولید رینگ های بدون درز از فرایند نورد حلقوی استفاده می شود. علت این امر مزایای این فرایند همچون صرفه جویی در هزینه و مواد، کیفیت بالا و بازدهی بالا می‌باشد. در این تحقیق شکل‌دهی اسپول جلو و عقب کمپرسور یک موتور هواپیما به کمک فرآیند نورد حلقوی مورد بررسی قرارگرفته است. به دلیل پیچیده‌ بودن اشکال سطح داخلی و بیرونی این اسپول‌ها، شبیه‌سازی فرآیند نورد حلقوی برای آن‌ها دشوار می‌باشد. برای شبیه‌سازی انجام شده، بررسی تنش‌های اعمالی به غلتک اصلی با فرض شکل‌پذیر بون غلتک‌ها انجام شده است. همچنین نیروهای وارد بر غلتک اصلی در حالتی که غلتک‌‌ها شکل‌پذیر فرض شده‌اند، استخراج و با نتایج قبلی که کلیه غلتک‌ها صلب می‌باشد مقایسه شده‌اند. در هر دو اسپول فرم‌های پیچیده بر روی سطح غلتک طراحی‌شده وجود دارد. اگر از تمرکز تنشی که در نقاط نوک‌تیز ایجاد‌شده در زمان المان‌بندی صرفنظر شود، تنش‌های ایجاد-شده بر‌روی سایر قسمت‌های قالب در حدود 400 مگاپاسگال می‌باشد. بنابراین برای اسپول جلو و عقب می توان از فولاد H13 جهت ساخت کلیه قالب‌ها استفاده نمود. اما پیشنهاد می‌گردد که تا حد امکان سطح پوسته سخت‌کاری شده و بعد از ساخت قالب‌ها و استفاده از آن‌ها جهت تولید انبوه پوسته‌ها، به طور مداوم این سطوح بازبینی گردد.

چکیده پوسته‌های کامپوزیتی به دلیل وزن کم و استحکام زیاد در صنایع متنوعی به‌صورت گسترده استفاده می‌شوند که برای طراحی این سازه‌ها تحلیل‌های مهندسی مختلفی صورت می‌گیرد و یکی از مهم‌ترین مطالعات، بررسی کمانش پوسته‌ها در بار محوری است. هدف این پژوهش بررسی روش همبستگی ارتعاشی بر روی استوانه‌ کامپوزیتی دارای عیب تورق می‌باشد. عیب تورق در شرایط مختلفی در سازه ایجاد می‌شود و تاثیر زیادی بر استحکام استوانه می‌گذارد. لذا در پژوهش حاضر ابعاد و تعداد مختلف تورق در نمونه‌های متنوعی تحت روش همبستگی ارتعاشی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش از الیاف کربن T300 برای تقویت‌کننده و از رزین گرما سخت LY556 برای زمینه استفاده شد. هاردنر و شتاب‌دهنده ترکیب شده با رزین در این پژوهش به ترتیب HY917 و DY70 می‌باشند. لایه چینی در نمونه‌ها با زوایای [55 90 90 55] به روش رشته پیچی انجام گرفت که با استفاده از ورق تفلون بین لایه‌های ۲ و ۳ عیب تورق مصنوعی ایجاد شد. نمونه‌های ساخته شده در نیروهای فشاری مختلف تحت آزمون مودال قرار گرفتند و سپس به روش آزمون مخرب کمانشی بار بحرانی نمونه‌ها بدست آمد. با استفاده از نرم‌افزار مدل‌سازی عددی به‌صورت تحلیل خطی و غیرخطی بار بحرانی کمانش و فرکانسی طبیعی در بارهای محوری فشاری مختلف محاسبه شده و با نتایج تجربی مقایسه شدند. روش همبستگی ارتعاشی با نتایج تجربی و مدل‌سازی عددی غیرخطی در نمونه‌های بدون عیب با دقت 3 درصد توانست بار بحرانی کمانش را پیش‌بینی کند اما در نمونه‌های دارای عیب تورق دقت این روش بسیار کم بود.

چکیده در این پژوهش، چندین نمونه ورق فلزی ضخیم از منطقه شکست و اطراف آن مربوط به یک جرثقیل جهت بررسی علل تخریب مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه مورد بررسی مربوط به یک جرثقیل ریلی ساخت آلمان است که در سال 1974 ساخته شده است. جهت بررسی علل تخریب، ابتدا سطح شکست و سطح خارجی نمونه توسط میکروسکوپ استریو مورد مطالعه قرار گرفت. سپس، آنالیز شیمیایی نمونه توسط روش طیف‌سنجی نشری تعیین شد. جهت بررسی‌های ریزساختاری، نمونه‌های متالوگرافی از مقطع عرضی تهیه شد و توسط میکروسکوپ نوری مطالعه شد. جهت تعیین خواص مکانیکی، آزمون‌های سختی سنجی و کشش در دمای محیط انجام شد. جهت تکمیل مطالعات، سطح شکست توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. براساس مطالعات انجام شده و نتایج به دست آمده از آزمایش‌ها، عامل اصلی شکست، خوردگی خستگی است. حفره‌های نسبتا عمیق خوردگی در سطح به همراه ترک‌های سطحی در نواحی بدون پوشش نشان‌دهنده وقوع خوردگی است که با در نظرگرفتن زمان سرویس، وجود تنش‌های کاری (عمدتا سیکلی) و شرایط بارگذاری بیش از حد مجاز در مقاطع زمانی خاص منجر به شکست شده است.