دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
GENERALIZATION OF THE METHOD OF INSCRIBED HYPERSPHERES FOR OPTIMIZATION IN ENGINEERING APPLICATIONS
تعمیم روش کرههای محاطی در بهینهسازی مهندسی
3
13
6202
FA
بهروز
فرشی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه علم و صنعت ایران
علی
علی نیا نیازی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه علم و صنعت ایران
Journal Article
2010
04
17
The aim of this paper is to enhance the capability of a robust optimization method, which has so far been only employed for cases involving inequality constraints, in order to consider nonlinear equalities as well. In extending this algorithm, the main useful features of the original, as outlined below, have been maintained to the best extent possible.Categorizing optimization methods (those based on the generation of a trajectory of points converging to an optimum in the feasible part of the design space, as defined by the constraints) are known as methods of centers. One of the robust methods of centers is known as the inscribed hyperspheres method. In this method, the objective function and constraints are linearized about the current design point using Taylor series expansion. The useable side of the linearized objective function and the constraints provide a closed polytope in usable-feasible design space. Then, the center of the largest hypersphere inscribed inside this polytope is found by the linear programming (LP) algorithm. The center of this hypersphere is selected as the new design point and the process continues until desired convergence to the optimum is achieved. Thus, the sequence of generated design points, all in the feasible space defined by the constraints and objective function, lie in nearly equidistant positions from them, as a series of center points.Since, in this manner, the trajectory of improving design points funnels down the middle of the design space, some important features of the procedure can be discussed, as given below. Firstly, from an engineering practical point of view, it is highly desirable to converge to the optimum through the feasible design space with few or no constraint violations. Secondly, since the definition of a closed polytope in an n dimensional space can be defined with as few as (n+1) independent constraints, only the near active constraints that adequately define the interior of the feasible-useable design polytop need be considered in each cycle; which, in other words, enhances efficiency in practical applications where a large multitude of constraints must be satisfied. Thirdly, taking the center of the hypersphere as the new design point in each cycle results in maintaining a uniform margin of safety (i.e. generated points being approximately equidistant, with respect to nearly active constraints) in the sequence of points generated in the optimization cycles. Fourthly, as the movement towards the optimum takes place in the middle of feasible space, it is less sensitive to the errors in linearization of constraints, with respect to their exact definition, while only one complete analysis and constraint evaluation need be made in each cycle of advancement towards the optimum, which greatly enhances the efficiency.The inscribed hyperspheres method has so far suffered from the drawback of not being able to handle equalities directly in its formulation. The work presented here is a direct approach to remedy the situation and extend the applicability of this useful method to a larger gamut of engineering problems, where equality constraints are inherently part of the problem. This paper deals with extension and generalization of the method for inclusion of linear and/or nonlinear equality constraints, in addition to inequality constraints, for general applications. Therefore, three techniques are presented and discussed, which, while achieving this goal, also maintain the useful characteristics of the original inscribed hypersphere method outlined above. In the first technique presented, at the end of each cycle of the optimization process, the center of the hypersphere is projected onto the intersection of linearized equality constraint surfaces. In the second technique, the center of the hypersphere is forced to lie in the subspace formed by the intersection of the equalities. Therefore, the linearization of nonlinear equality constraints necessitates a restoration movement at the end of each cycle. In the third technique, in inscribing the hyper-sphere in feasible-usable design space, it is forced to be tangent to all the linearized surfaces of nonlinear equality constraints. Whereupon, as the optimization steps proceed, the radii of hyperspheres shrink to near zero while the center points maintain their position on the intersection of equality constraints. Results of applied numerical examples from mathematical and engineering optimization literature show the efficacy and advantages of the proposed method.
یکی از روشهای بهینهسازی روش «کرههای محاطی» است که در آن حرکت به سمت جواب بهینه از داخل فضای قابل قبولِ طراحی نسبت به قیود صورت میگیرد و لذا از جمله روش مرکزها بهشمار میرود. در این روش مسیر حرکت به سوی نقطهی بهینه در فاصلهی تقریباً یکسانی نسبت به قیود فعال قرار دارد و از همین رو نسبت به خطیکردن قیود حساسیت نشان نمیدهد. این روش پیشتر برای قیود نامساوی به کار گرفته شده است. در این تحقیق این روش تعمیم مییابد تا قابلیت در نظر گرفتن قیود تساوی خطی یا غیرخطی را در کنار قیود نامساوی برای مسائل بهینهسازی کسب کند. در این راستا سعی شده است تا حد ممکن خصوصیات ذاتی مناسبِ موجود در روش کرههای محاطی حفظ شود. برای نیل به این منظور سه شیوه ارائه شده است. نتایج به دست آمده از حل مثالهای گوناگون در مهندسی نشان از کارایی این روش است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6202_6ca5be4c4692bbbf8de8412f7861c553.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
EFFECTS OF VERTICAL POSITIONS OF CANARD ON THE VELOCITY FIELD ON A DELTA WING
تأثیر موقعیت عمودی کانارد بر میدان سرعت روی بال مثلثی
15
21
6203
FA
محمدرضا
سلطانی
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
محمد
ایزدخواه
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
علیرضا
داوری
دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات
Journal Article
2010
04
17
A series of subsonic wind tunnel experiments were carried out to investigate effects of the presence and positions of a canard on the velocity field over a delta wing. In this research, flow field measurements on a one-meter aluminum alloy model are performed. In order to understand canard influence, the canard was set at two vertical positions, high and mid, with respect to the wing level. Flowfield measurements were performed to study the mechanism of canard-wing vortex interactions. The data show that canard vertical positions have a significant influence on the vortices locations, as well as on vortex breakdown. Results of the flow field measured by a specific rake show that the wing leading edge vortex becomes stronger by increasing The angle of attack. In addition, the vertical distance of the vortex, with respect to the wing surface, increases, and the position of the vortex breakdown moves upstream. The pressure loss induced by the canard vortex on the wing surface moves the wing vortex toward the leading edge. When the two vortices are placed at an appropriate distance from each other, their merging can lead to a sudden pressure loss. In the mid canard configuration case, both canard and wing vortices merge at x/c $\succ$ 0.5, and, as a result of this phenomenon, abrupt pressure loss occurs and a stable vortical flow is maintained on the wing. It is shown that low alpha canard deflections, with respect to the wing or free stream, makes significant changes to the flowfield over the wing.
در این نوشتار اثرات کانارد بر میدان جریان روی بال و توزیع فشار آن بهصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. کلیه آزمایشها بر روی ترکیببندی بال، کانارد و نیمبدنه و در دو حالت کانارد وسط و کانارد بالا بهصورت چسبیده به جلوی بال در یک تونل بادِ مادونِ صوت در ایران انجام گرفته است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که حضور کانارد سبب قویتر و پایدارترشدن گردابهی لبهی حملهی بال شده و آن را به سمت لبهی حمله متمایل میسازد. در زوایای حملهی پایین انحراف کانارد، تأثیر گردابهی آن بر جریان روی بال بیشتر میشود. همچنین در حالت کانارد وسط ادغام گردابههای کانارد و بال موجب تقویت بیشتر جریان گردابهییِ تشکیلشده در روی بال میشود.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6203_5437726733c8b6d71fd76720139f8a3b.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
ZERO DIMENSIONAL MODELING OF AXIAL AND CENTRIFUGAL COMPRESSORS OF A TURBOJET AND VALIDATION BY TEST RESULTS
مدلسازی صفربعدی کمپرسور محوری و گریز از مرکز یک توربو جت و ارزیابی آن به کمک نتایج آزمایشهای تجربی
23
27
6204
FA
حسین
پورفرزانه
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
علی
حاجیلوی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
محمد
فرشچی
دانشکده مهندسی هوافضا - دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2009
12
28
The conceptual design phase of a gas turbine compressor, in which parametrical studies are of more attention, demands a general but comprehensive model. Accordingly, simulation of an engine compressor performance not only reduces the cost and risk in the development and manufacturing phases, but becomes a tool to inspect the engine compressor performance and functionality during the engine compressor working life. Therefore, a suitable model with acceptable precision, which is empirically validated, will help to give a quick estimate of engine compressor performance.Dimensionless modeling is one of the prevalent and applicable modeling methods for different stages of gas turbine compressor design. This methodology is geometry independent and, by supplying major gas turbine compressor parameters, provides a precise model to predict engine compressor performance in a wide operational range. This model provides a fairly accurate estimate of the engine compressor function in preliminary phases of conceptual design. As a result, before getting through comprehensive analysis, costly manufacturing and tests, an acceptable prevision of engine compressor functionality will be at hand. Many recent methods, including genetic algorithms and fuzzy logic, require the engine compressor to be tested and, thereby, interpolating or extrapolating to forecast the rest of the range. But the technique presented here develops a model without operational testing of the engine compressor. A custom dimensionless technique is a scaling method with a constant coefficient. In this method, using the on-design points of a gas turbine compressor, and by scaling a standard performance map, the corresponding engine compressor performance map is achieved.Using the constant coefficient scaling method around the on-design point, acceptable results are achieved, but, for off-design points it gives unsatisfying results due to increasing magnitude of error. Knowing that a gas turbine compressor often operates within off-design points range, it is realized that a model with a wide range of acceptability is required. Hence, a two-stage approach is taken. The first is dimensionless modeling of gas turbine compressor using variable coefficient scaling in on and off design points, and then testing of the engine compressor within possible ranges at Sharif Gas Turbine Lab. Obtaining the test results, the modeling predictions are validated.
در مراحل مختلف طراحی یک کمپرسور لازم است مدلسازی آن صورت پذیرد تا قبل از ساخت و انجام آزمایشهای تجربی، رفتارسنجی کمپرسور با دقت مناسب امکانپذیر شود. یکی از روشهای مدلسازی رایج و کارا در مراحل مختلف طراحی، شبیهسازی صفربعدی با استفاده از روش مقیاس با ضریب ثابت است. این روش در سرعتهای نزدیک نقطهی طرح جواب قابل قبولی میدهد؛ ولی در نقاط خارج طرح و با فاصله گرفتن از آن، خطا سیر صعودی دارد و در جاهایی غیرقابل قبول میشود. در این نوشتار برای رفع این مشکل روش جدیدی توسعه داده میشود که در آن بهجای بهکارگیری ضریب ثابت در روش مقیاس، از ضریب متغیر استفاده میشود. این ضریب متغیر براساس مطالعه روی نتایج آزمون چند نوع کمپرسور حاصل میشود. در این نوشتار با استفاده از این روش جدید، رفتار یک کمپرسور محوری و یک کمپرسور گریز از مرکزِ یک نوع توربوجت مدلسازی و ارائه میشود. بهمنظور ارزیابی نتایج مدل و مقایسهی آن با نتایج تجربی، یکسری آزمایشهای سازمانیافته در آزمایشگاه توربین گازی دانشگاه صنعتی شریف صورت گرفته است. مقایسهی نتایج حاصل از مدلسازی با نتایج تجربی نشان از دقت قابل قبول مدل دارد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6204_51460ea65d18a5efca5e6cb91ab871dc.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE INTERACTION BETWEEN SUPERSONIC JET, SUBSONIC CROSSFLOW AND A FIN LOCATED DOWNSTREAM OF THE JET ON THE FLOWFIELD
بررسی تجربی اندرکنش جت مافوق صوت، جریان جانبی مادون صوت و بالک واقع در پاییندست جت بر میدان جریان
29
37
6205
FA
محمد
حججی
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
محمدرضا
سلطانی
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
محمد
طیبی رهنی
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2010
03
08
The problem of jet into a cross flow is a classic problem in fluid mechanics and has many engineering applications. Much work has been done in the field of jet into a cross flow, however, not much of it has been involved with the interactions of supersonic jets in compressible subsonic cross flow, especially their interaction with the control surfaces located downstream. In this study, the effects of a fin located in the vortical flowfield generated by the perpendicular exhausting of a supersonic jet into a high subsonic crossflow, have been investigated. Some of the individual achievements of this research are parametric studies of jet into freestream dynamic pressure ratio (J) and the location of fins. For this purpose, a flat plate equipped with pressure holes, a fin with a NACA 0012 airfoil, a special rake to determine total pressure and a special hardware to provide supersonic jet were designed, manufactured and used. The free stream and the exhausted jet Mach numbers were held constant (0.7 and 2.5, respectively). The results related to the interactions between the jet, the freestream, and the fin downstream (the case where the fin is at the plane of symmetry) show that, when the fin is located in the near field of the jet, the strength of the counter rotating vortex pair (CRVP), due to interaction with the fin, increases. However, when the fin is located in the farfield, few changes are observed. For the case where the fin is in the near field with a lateral distance from the plane of symmetry, strong interaction between the fin and one of the vortices of CRVP is observed. In some cases, this vortex and the related jet plume were also burst. For cases where the fin is in the farfield, with a lateral distance from the plane of symmetry, the flow field is not affected by the presence of the fin and the vortices pass near the fin without much change.
در این نوشتار اثرات تداخلی ناشی از حضور بالک در میدان گردابهییِ ناشی از تخلیهی متعامدِ یک جتِ مافوق صوت در جریان جانبیِ مادون صوتِ تراکمپذیر ــ که اهمیت ویژهیی در هدایت برخی اجسام پرنده دارد ــ مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی این اثرات، میدان جریان با استفاده از یک ریک مخصوص در پاییندست بالک اندازهگیری شده است. نتایج حاصله نشان میدهد که اثرات حضور بالک در امتداد صفحهی تقارن و در نواحی نزدیک به جت بیشتر بهصورت تقویت جفتگردابهی چرخان است و با فاصله گرفتن بالک از محل تخلیهی جت بهتدریج این اثرات از بین میرود. همچنین، حضور بالک در نواحی نزدیک به جت با یک فاصلهی عرضی موجب تداخل یکی از گردابهها و بالک، و گاهی نیز موجب از بین رفتن گردابهی درگیر با بالک میشود؛ در حالی که در نواحی دوردست این فاصلهی عرضی تأثیرات اساسی بر میدان جریان نمیگذارد و بیشتر بهصورت آشفتگی گردابهی درگیر با بالک مشاهده میشود.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6205_a358d8e63b710b800ebcd63fd7d22c4f.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
MODELLING OF BLAST WAVE LOADS IMPOSED ON SHIP DECKS AND THEIR LOCAL STRUCTURAL RESPONSE
مدلسازی بارهای ضربهیی انفجاری مؤثر بر عرشهی شناورها و تحلیل پاسخ محلی سازهیی در مقابل آنها
47
56
6213
FA
محمدحسین
صادقی
دانشکده مهندسی دریا- دانشگاه صنعتی امیرکبیر
محمدرضا
خدمتی
دانشکده مهندسی دریا- دانشگاه صنعتی امیرکبیر
امین
نجفی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2010
08
16
In this paper, a method for modelling blast loads, induced as a result of firing guns installed on ship decks, and also their local structural response have been studied. First, it is attempted to give a better estimation of the distribution of the impulsive loads induced through firing deck guns, by improving an existing modelling method based on a scaling approach. Formulation of a free field muzzle blast wave using Friedlander waveform is discussed. The values of the parameters involved in the Friedlander waveform function, including the pick incident overpressure, blast arrival time and phase duration, are then expanded in detail. The formulation is further extended for far fields. The developed formulations are implemented in a computer code, enabling the user to obtain the distributions of pick incident overpressure, blast arrival time and phase duration for different locations lying on the surface of the structure under consideration. The outputs of the computer code are available in either graphical or tabular formats. The developed code, in combination with a finite element code, may be used for structural assessment of blast loaded structures. Then, the accuracy of the developed algorithm is evaluated against experimental data for a stiffened steel plate subjected to lateral blast loads. The values of maximum deflections obtained numerically and experimentally for the stiffened plate are compared against each other. It is revealed that the developed algorithm is capable of performing useful analyses for modelling blast loads and investigating their effect on structures. In the next step, using the expanded modelling procedure, the distribution of blast wave loads affecting the deck of an aluminium boat is estimated and, then, the local structural response of the deck structure to such loads is studied applying a non-linear finite element method. The analyses performed are of a non-linear transient dynamic type, and the effects of tructural damping, and also heat affected zones due to welding, are considered in them.
در این نوشتار چگونگی مدلسازی بارهای انفجاری منتجه از شلیک تسلیحات عرشهی شناورها مورد مطالعه قرار گرفته است. در آغاز با بهبود یک روش مدلسازی موجود، تخمینی بهتر از توزیع بارهای ضربهیی ناشی از شلیک تسلیحات عرشه ارائه میشود. سپس صحت نتایج حاصل از کاربرد مدل بهبودیافته، با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود ارزیابی میشود. آنگاه، ضمن تخمین توزیع بارهای ضربهیی انفجاری مؤثر بر عرشه یک شناور آلومینیمی تخمین، پاسخ محلی سازهی عرشه به این نوع بارها مورد مطالعه قرار میگیرد. مشاهده میشود که ورقها در میانهی مرزهای خود مستعد تسلیمشدن هستند و با افزایش فرکانس شلیک در معرض افزایش ارتعاشات قرار میگیرند. در فرکانسی خاص از شلیک )حدود نصف فرکانس طبیعی سازه(، بحرانیترین حالت برای ورق اتفاق میافتد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6213_278678ed405602328ad0d622b3d6a72d.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
DESIGN, SIMULATION AND ANALYSIS OF BULGE TUBE MANUFACTURING BY AN EXPLOSIVE FORMING PROCESS
طراحی، شبیهسازی و آنالیز فرایند تولید برآمدگیلوله روش شکلدهی انفجاری
57
65
6210
FA
مهدی
ظهور
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
محمد
رضوانی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
Journal Article
2010
10
02
Explosive forming is an alternative forming approach among metalworking processes, such as hydroforming, which can be applied in bulge forming to manufacture metal bulge tubes. Bulge forming is a manufacturing process that is important and desirable as a technology that can be used to make seamless, lightweight and near-net-shaped industrial components. Due to its capability of creating complex shapes in a single step, the process is being applied in the automotive and aerospace industries, where the demand for increased structural strength and decreased vehicle weight makes it a very attractive manufacturing method. The bulging process is an expansion of a part of a tube, in the radial direction, by mechanical or hydraulic means. The main benefit of bulging is to accommodate the movement of pipes, due to thermal and mechanical changes in the system.In this research work, the finite element simulation of the bulge forming process was carried out to demonstrate the design, analysis and manufacturing of a bulge tube by an underwater explosive forming process. In addition, the effects of process parameters on the quality of the product were studied. Then, the type of explosive material was selected and the quantity of material required for explosive forming was calculated using energy and Douglas methods. To make the workpart by physical explosive forming, a die-setup and a process were designed.Then, for modeling the explosive forming process, AUTO-CAD and HYPER-MESH were utilized. Simulation and analysis of the explosive process was undertaken using finite element software called LS-DYNA. Finally, the verification of numerical results was performed using energy and Douglas methods.
این تحقیق بهمنظور طراحی، آنالیز و تولید برآمدگی لوله بهروش شکلدهی انفجاری با واسطهی آب انجام شد. همچنین اثر پارامترهای فرایند بر روی کیفیت محصول مورد مطالعه قرار گرفت. بعد از انتخاب مادهی منفجره و با استفاده از روشهای عددی، داگلاس\مرجع{۱} و انرژی\مرجع{۲}، مقدار مادهی منفجرهی مورد نیاز برای تغییر شکل انفجاری محاسبه شد. برای ساخت محصول مورد نظر بهروش فیزیکی، یک سری قالب و چیدمان مادهی منفجره طراحی شد. همچنین بهمنظور مدلسازی فرایند تغییر شکل انفجاری، از نرمافزارهای AUTOCAD و HYPERMESH استفاده شد. سپس، برای شبیهسازی و آنالیز فرایند انفجاری بهروش اجزاء محدود، از نرمافزار LS-DYNA استفاده شد. سرانجام، اعتبارسنجی نتایج عددی به دست آمده، با استفاده از روش داگلاس و روش انرژی صورت گرفت.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6210_b90e38d838f42d00461fbb22a8cf5b4c.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
DEVELOPING AN IMPROVED SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS METHOD FOR SIMULATING THE MOTION OF SOLID BODIES IN A NEWTONIAN FLUID
توسعهی روش «هیدرودینامیک ذرهی هموار تعمیمیافته برای شبیهسازی حرکت اجسام جامد معلق در سیال نیوتنی
67
75
6211
FA
محمدرضا
هاشمی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
روح اله
فاتحی
دانشکده مهندسی ، دانشگاه خلیج فارس بوشهر
مهرداد
منظری
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2010
10
26
In this paper, a Smoothed Particle\ Hydrodynamics method is introduced to simulate particulate flow problems seen in, for example, biological or refinery industries. To this end, the capability of the Smoothed Particle Hydrodynamics method has been improved using a new solid boundary treatment method, along with the so-called renormalized spatial derivative schemes. In this method, a sufficiently accurate pressure is obtained at the solid surface using the fluid equation of motion. As a result of this, the fluid-solid interaction forces can be efficiently calculated.In order to alleviate the problems caused by deficiencies in the SPH particle distribution in the neighborhood of the solid surfaces, renormalized schemes are acquired for the first and second order spatial derivatives. These schemes lead to a consistent method and facilitate the implementation of the proposed solid boundary treatment method.Using a weakly compressible SPH scheme can potentially lead to severe pressure oscillations that eventually cause a failure in the solution procedure. Here,the spurious pressure oscillations are reduced by using a modified continuity equation, in which the first and second order derivations of the pressure field are taken into account.The proposed method is verified by comparing the results of the simulations of falling circular cylinders with the available data, in a two-dimensional closed channel, filled with an incompressible Newtonian fluid. The falling of a single solid body comes as the first benchmark problem in the context of particulate flows. It is shown that the result has good agreement with those previously reported, while it is independent from the resolution of the domain discretization. In the second benchmark, the so-called drafting-kissing and tumbling of two falling cylinders is simulated. The solid-solid collision is treated by using a simple repulsive force. Good agreement with the available data is achieved. The last simulation in this paper shows the resulting deviation in the falling path of a single solid body in the presence of an obstacle placed on the side wall of the closed channel.
در این نوشتار با ارائهی روشی جدید در اعمال شرط مرزی جامد و استفاده از رویههای اصلاحشدهی مشتقگیری مکانی، قابلیتهای روش هیدرودینامیک ذرهی هموار در حل مسائل جریان سیال حاوی اجسام معلق افزایش یافته است. روش معرفی شده بهمنظور اعمال مرز جامد امکان محاسبهی بهینهی نیروهای تعاملی سیال ـجامد را فراهم میکند، و رویههای اصلاحشدهی گسستهسازی مشتقات مکانی موجب حفظ سازگاری روش و نیز تسهیل اعمال روش جدید در مرز جامد میشود. نوسانات غیرفیزیکی فشار نیز با اصلاح معادلهی پیوستگی کاهش یافته است. نتایج حاصل از شبیهسازی دوبعدی سقوط اجسام جامد دایرهییشکل در کانال حاوی سیال نیوتنی تراکمناپذیر، با نتایج موجود در سایر مقالات مقایسه و اعتبار روش ارزیابی شده است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6211_ab95b7982455cebe71b301e7516d5997.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
DETERMINATION OF THE OPTIMUM SLOPE AND SURFACE AZIMUTH ANGLES OF SOLAR FLAT \r\nCOLLECTORS FOR AREAS IN SOUTHEAST OF IRAN
تعیین زوایای بهینهی شیب سطح و سمتالرأس کلکتورهای تخت(مسطح)خورشیدی در مناطقی از جنوب شرق ایران
77
86
6209
FA
پویان
طالبی زاده
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه شهید باهنر کرمان
مظفرعلی
مهرابیان
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه شهید باهنرکرمان
مرتضی
عبدل زاده
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی کرمان
Journal Article
2010
06
27
For receiving maximum solar energy, the collectors surface should be perpendicular to the suns rays, and this can be accomplished when the solar trackers are used to follow the sun instantaneously. The main problem in this regard is, however, the high cost of this kind of tracker. So, instead of employing solar trackers, the angles of the collectors surface could be changed manually every day or month or season, in order to adjust the collector almost perpendicular to the suns rays. In this paper, the slope and surface azimuth angles of solar collectors are determined for maximum solar energy gain in six Iranian cities: Kerman, Yazd, Zahedan, Birjand, Shiraz and Tabas. The genetic algorithm is used in order to calculate optimum solar angles and maximum solar energy gain. The slope and surface azimuth angles are considered the two main variables of solar collectors, as well as the optimum variables, and the solar energy gain is considered as the cost function in the optimization process. The daily, monthly, seasonally, and yearly optimum angles are calculated employing different models. Note that the values of seasonally optimum angles are achieved by averaging the monthly optimum slope angles for that season and the value of yearly is achieved by averaging the monthly optimum slope angles in the whole year. The results show that the optimum azimuth angle is zero for maximum solar energy gain. It is noticed that the maximum solar energy gain in different days of a year is accomplished in different slope angles and it is not economical to use a solar tracker in order to change the angle each day. However, the solar energy gain computed using the daily and monthly optimum angles is almost the same. In other words, changing the angles of solar collectors each day using the solar trackers is not economical, but, changing the angles each month to gain more solar energy compared to fixed solar collectors is very useful. Furthermore, the results show that increasing the ground reflection coefficient increases the optimum slope angle considerably, but, however, it has little effect on maximum solar energy gain. The data of maximum solar energy gain are useful in order to determine the best location for constructing a solar power plant in southeast Iran. The results show that among the cities considered in this paper, Yazd has the most solar energy gain and is the best place for building a solar system.
در این نوشتار پس از محاسبهی زاویهی شیب و سمتالرأس کلکتورهای خورشیدی بهمنظور دریافت بیشترین تشعشع خورشید در شهرهای کرمان، یزد، زاهدان، بیرجند، شیراز و طبس، میزان انرژی رسیده به سطح پانل طبق زوایای بهدست آمده محاسبه شد. زوایای بهینه در روزها، ماهها و فصول مختلف سال و همچنین درکل سال با استفاده از مدلهای مختلف تشعشعی بهدست آمد. در تمامی این مدلها تأثیرات تشعشع انعکاسی زمین نیز در نظر گرفته شد. نتایج حاصله نشان میدهد که زاویهی سمتالرأس برای دریافت بیشترین تشعشع خورشید صفر است. از طرفی دریافت بیشترین انرژی از خورشید در روزهای مختلف سال در زوایای شیب مختلفی صورت میگیرد؛ این در حالی است که مقدار انرژی بهدست آمده برحسب زوایای بهینهی روزانه و ماهانه تفاوت قابل ملاحظهیی ندارد. از این رو تغییر زاویه بهصورت روزانه با استفاده از دنبالکننده مقرون به صرفه نیست. بیشینه انرژی بهدست آمده برای بررسی مکانهای مناسب در جنوب شرق ایران بهمنظور احداث نیروگاهها و تأسیسات مختلف خورشیدی مفیدند. لازم به ذکر است که در این مقاله از الگوریتم ژنتیک بهعنوان ابزاری برای بهینهسازی و یافتن زوایای بهینه استفاده شد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6209_149ee7dd59b619bd88c77c43ed6cd0b8.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
VIBRATION ANALYSIS OF ANNULAR DISKS BY EQUIVALENT ELECTRO-MECHANICAL CIRCUIT METHOD
تحلیل ارتعاشات آزاد دیسک حلقوی به روش مدار معادل الکترومکانیکی
87
93
6208
FA
حسن
نحوی
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی اصفهان
نیما
نوری
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی اصفهان
Journal Article
2010
07
03
In this paper, the vibration of an annular disk with a linearly varying cross-section is analyzed by means of Bessels functions and an equivalent electro-mechanical circuit method. By using the equivalent electrical equations, natural frequencies and magnification factors are obtained.This is done by writing the equations of motion for the disk vibration and rewriting the equation to make it similar to a three component Kirchhoff circuit.The method can be used to obtain the resonance frequency of an ultrasonic transducer as well as the resonance frequency of a circuit. In this method, the vibration of an annular disk is investigated separately in radial and torsional components.The results of the method were first verified for the cylindrical disks with uniform thickness and proved to be compatible with the previously developed methods for extracting natural frequencies of such shapes. Then, the effects of variations of geometrical parameters, namely; the ratio of the outer radius over the inner radius and the relation between the angular and radial displacement amplitude magnification on the natural frequencies, are studied. The results show that by fixing the inner radius, the torsional and radial resonance frequencies are decreased as the outer radius is increased. Although the inner radius affects the natural frequencies, it is observed that the primary factor is the outer radius. The relationship between the magnifications and the geometrical radius ratio is also analyzed, which shows a weak relationship between them. Correspondingly, the finite element method is used to analyze the modal shapes by ANSYS software. It is shown that the frequency values calculated by applying the presented theory are in good agreement with the simulation results by ANSYS. The method is also capable of providing benchmark values for researchers to validate other variable thickness annular plates. The drawback of this analysis is that it assumes a very thin annular disk. For thick disks, the vibrations are complex and the method of this paper is not applicable.
در این نوشتار ارتعاشات پیچشی و شعاعی دیسکهای حلقوی ایزوتروپیک با تغییرات خطی ضخامت در راستای شعاعی و با استفاده از روش مدار الکترومکانیکی معادل و توابع بسل حل شده است. بهکمک این مدار،فرکانسهای طبیعی و روابط آن برای ارتعاشات پیچشی و شعاعی و همچنین ضرایب بزرگنمایی )نسبت دامنه سرعت( آن به دست آمده است. سپس تغییرات فرکانسهای طبیعی و ضرایب بزرگنمایی نسبت به تغییرات پارامترهای هندسی، ازجمله شعاع داخلی و خارجی، مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه، شکل مودها و فرکانسهای طبیعی دیسک از نرمافزار اجزاء محدود استخراج و با نتایج حاصل از روش مدار معادل مکانیکی مقایسه شده است. همخوانی خوبی بین این نتایج مشاهده شده است. روش مطرحشده در این نوشتار بهعنوان یک الگوریتم حل برای بررسی ارتعاشات دیسکها با ضخامت متغیر نیز قابل استفاده است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6208_1f965a7a84336f0f163ce9039de3d006.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
INVESTIGATION OF DRAG FORCE ON HALF TUBULAR FRUSTUM WITH AND WITHOUT ROUGHNESS
بررسی نیروی پسای نیممخروط ناقص توخالی با و بدون پوشش زبری
95
100
6207
FA
وحید
قاسم پور پیله رود
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
منوچهر
راد
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2010
08
28
Experimental analysis of aerodynamic forces and the numerical solution of flow around bodies for different shapes have been carried out before, in wind and water tunnels. There are different ways in order to achieve higher velocity in vehicles. One of these methods is using a body with a special form. In this article, the drag force of a half tubular frustum is investigated for two different flow directions; from big diameters in the front inlet and small diameters in the front, in an open-circuit suction wind tunnel, and the effect of flow direction on drag force is investigated. Measurement of drag force and drag coefficient for a half tubular frustum can be used for different applications, like ships and air vessels with lift force. One way of reducing fuel consumption is drag reduction and this would increase velocity in vehicles. On the other hand, reducing drag force reduces initial costs, because smaller and cheaper driving systems are needed and this would be economical in the long-term.In this article, a model with 34.29cm length is used. The big diameter of this model is 10cm and the small diameter is 4cm. Due to growing marine organisms on the outer surface of ships, we have a rough surface, which is a source of problems, such as drag force increasing on the wetted area. The effect of roughness on a half tubular frustum is also investigated and it is obtained, in both conditions of flow inlet, the drag coefficient of the rough model is higher than that of the smooth one. Viscous drag for the condition where flow direction is from the small diameter in front is higher than the condition where the flow direction is from the big diameter in front. When the flow direction is from the big diameter in front, we have separation on the outer surface and under the flat plate of the half tubular frustum. Under this condition, pressure drag is the biggest portion of total drag.In the present study, a computational fluid dynamic (CFD) simulation of this body is performed and commercial CFD software package FLUENT 6.3.26 is used for simulation. From CFD simulation it is obvious that, when flow direction is from a big diameter, the pressure of the big diameter is higher than that of the small diameter side, and the velocity of the big side is less than that of the small side. In contrast to the mentioned condition, if the flow direction is from a small diameter in front, the inlet velocity in the small diameter side is higher than the outlet velocity and we can use this high velocity for different applications, like for ships and air vessels. The result of this paper can even be used for increasing the efficiency of wind turbines.Finally, the results of experimental and numerical solutions are compared and it is determined that there is little difference between them. The reasons for this discrepancy could be formation of vortexes and the wake.
تاکنون اندازهگیری تجربی نیروهای آئرودینامیکی و حل عددی جریان اطراف اجسام برای مدلهای مختلفی انجام گرفته است، که آزمایشات تجربی در تونلهای باد و آب صورت میگیرند. اندازهگیری نیروی پسا و ضریب پسا برای نیممخروط ناقص توخالی نیز میتواند برای بسیاری از کاربردها از جمله کشتیها، شناورها و پرتابههای خاص دارای نیروی برد، مورد استفاده قرار گیرد. در این نوشتار نیروی پسای نیممخروط ناقص توخالی در دو حالت مختلف ورود جریان از دهانهی بزرگ و دهانهی کوچک در تونل باد مدار باز مکنده مورد بررسی قرار گرفته است و اثرات جهت ورود جریان روی نیروی پسا و ضریب پسا بررسی شده است. اثر زبری نیز روی سطح نیممخروط آزمایش و نتایج آن با مدل بدون پوشش یا صاف مقایسه شده است و در نهایت نتایج بهدست آمدهی جدار صاف با حل عددی مقایسه شده و مشخص شده است که در چه حالتهایی نیروی پسا و ضریب پسای کمتری به مدل وارد میشود.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6207_e4836e4be0c438adf032fef0c8c856da.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
28.3
1
2012
09
22
A STUDY ON THE STRENGTH BEHAVIOR AND CRACK FORMATION MECHANISM IN E-GLASS FIBER \r\nUNDER CORROSION CONDITIONS
بررسی رفتار استحکامی و سازوکار شکلگیری ترک در الیاف شیشهی نوع E تحت شرایط خوردگی
101
107
6206
FA
محمود مهرداد
شکریه
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه علم و صنعت ایران
وحید
نصیر
دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه علم و صنعت ایران
Journal Article
2010
09
12
In this study, the strength behavior and crack formation mechanisms of E-glass fiber exposed to a sulfuric acid environment for different immersion times were investigated. In order to study strength degradation, E-glass fibers were immersed in sulfuric acid. The strength reduction, stiffness and fracture strain of fibers versus immersion times was studied. The corrosion mechanism of E-glass fiber exposed to acid was examined by a quantitative X-Ray Fluorescence (XRF) method. The results showed that the corrosion of E-glass fiber was accompanied by removal of Al, Ca and Fe ions from the fibers. Moreover, intact and degraded fibers were examined by Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive x-ray Microanalysis (EDX) methods to show the relation between the reaction of E-glass fiber elements and the acid environment. The ion-depletion-depth model was used to study the fracture process. The results showed that by increasing the immersion time in acid, the spiral stress, induced due to the shrinkage of the E-glass fiber surface, caused axial cracks in the fibers. Different points of the fibers in which cracks were generated were examined by the EDX method. The results were used to explain the role of Al, Ca and Fe ions in the creation of surface cracks on E-glass fibers subjected to sulfuric acid for different immersion times. By increasing the immersion time of the glass fiber in sulfuric acid, the magnitude of strength of the glass fiber was reduced. Strength degradation was caused by depletion of Al and Ca ions of the glass fiber. Moreover, this degradation depends on fiber fabrication, type and concentration of acid, and immersion time. After 192 h exposure time, based on the results of EDX, it could be seen that the depletion of Fe ions and their replacement with the hydrogen of acid caused micro-crack initiation on the glass fiber surface, where Fe ions were leached out. According to the ion-depletion-depth-model, by increasing immersion time, the crack formation mechanism was caused by the ion depletion of the E-glass fiber.
در تحقیق حاضر رفتار استحکامی و سازوکار شکلگیری ترک در الیاف شیشهی E در محیط اسید سولفوریک بررسی شده است. بهمنظور بررسی تغییرات خواص استحکامی الیاف، نمونههایی از نخ شیشهی نوع E در محیط اسید سولفوریک غوطهور شده و کاهش استحکام و سفتی و همچنین کرنش شکست با افزایش زمان غوطهوری بررسی شده است. بهمنظور بررسی سازوکار خوردگی شیشه، آزمایش XRF بر روی نمونههای نخ شیشهی سالم و خوردهشده صورت گرفت. همچنین نمونههای فوق تحت آنالیز SEM و آنالیز عنصری EDX قرار گرفتند. نتایج افت استحکام و مدول کششی الیاف شیشه برحسب زمان غوطهوری در اسید و همچنین افت کرنش شکست الیاف شیشه را نشان میدهد. این پدیده بهدلیل خروج یونهای آلومینیوم و کلسیم از ساختار شیشه است. با افزایش زمان غوطهوری در اسید ترکهای طولی و مارپیچ در سطح الیاف شکل میگیرد که ناشی از تخلیهی یونی نخ شیشه است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6206_72159bab385dd4152f9f9f4055a44084.pdf