دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
ANALYTICAL STUDY OF RESONANT CAPTURE IN ROTATING UNBALANCED SYSTEMS AND EFFECT OF A FREE UNBALANCED DISK ON SYSTEM BEHAVIOR
بررسی تحلیلی قفلشدگی تشدید در سیستمهای نامیزان دوار و اثر یک نامیزانی دوار آزاد بر رفتار سیستم
3
15
6359
10.24200/j40.2017.6359
FA
سیروان
فرهادی
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه کردستان
Journal Article
2015
04
11
Vibration \ problems in \ rotating machines \ can be extremely frustrating and may lead to great damages, reduced reliability, and unpleasant side-effects. Unbalanced rotating masses are a main source of machine vibrations. In an unbalanced rotating system with elastic supports, mass center displacements induce an oscillatory force into the support and cause base vibrations. On the other hand, base vibrations introduce an oscillatory torque to the rotor and cause velocity oscillations. In this way, a reciprocal action forms a complex set of nonlinear equations which depend on actuating torque, giving a wide range of harmonic, periodic and chaotic solutions. Close to the system natural frequency, bases high amplitude vibrations result in considerable power waste and prevent rotor acceleration. In such a case, system may suffer power shortage and remain in resonance. This phenomenon is named resonant capture.In this article, it is proposed to interrupt capture mechanism by adding a free unbalanced mass to the system. It is predicted that system base vibrations force the added mass to rotate or vibrate, and the reacting forces will affect the base motions. This may delay the capture mechanism and provide enough time for the system to accelerate and escape the capture region.To evaluate the efficiency of the proposed method, an unbalanced rotating system with elastic supports is considered. The nonlinear governing equations of motion are derived and using harmonic balance method, capture region is defined. Numerical results are provided to assess the validity of obtained solutions. Then a free rotating unbalanced disk is added to the system. Using harmonic balance method and numerical solutions, effect of the added free unbalanced disk on the capture range is discussed. Numerical results are provided for different unbalanced added discs and different initial conditions. Obtained results show that the added unbalanced mass can improve the system capability to narrow the capture region and escape it.
در سیستمهای دوار با پایهی کشسان، نامیزانی سیستم باعث ارتعاشات پایه میشود. این ارتعاشات نیز موجب اعمال یک گشتاور نوسانی به روتور و نوسانیشدن سرعت دوران میشود. بنابراین یک سازوکار انعکاسی شکل میگیرد که میتواند رفتاری غیرخطی با طیف متفاوتی از پاسخها را به نمایش بگذارد. در مجاورت بسامد طبیعی، ارتعاشات بزرگ پایه موجب افزایش چشمگیر توان مصرفی میشود و از افزایش سرعت روتور جلوگیری میکند. در این حالت ممکن است سیستم توان کافی برای گذر از تشدید را نداشته و دچار قفلشدگی تشدید شود. در این نوشتار پیشنهاد شده است بهمنظور ایجاد اغتشاش در شکلگیری سازوکار قفلشدگی، یک نامیزانی آزاد به سیستم اضافه شود. برای بررسی کارایی این روش، معادلات دینامیکی سیستم استخراج شده و به روش هارمونیک بالانس و روش عددی حل شدهاست. نتایج به دست آمده نشان میدهد با افزودن یک نامیزانی آزاد، میتوان محدودهی قفلشدگی و امکان گذر از آن را بهبود داد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6359_54c9d0ebe55901e83e728dd99cdb984c.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
OPTIMUM DESIGN, FABRICATION, AND TEST OF A RADIAL FLOW COMPRESSOR VOLUTE
طراحی بهینه، ساخت و آزمون محفظه ی کمپرسور جریان شعاعی
17
28
6367
10.24200/j40.2017.6367
FA
محمد
مجدم
دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی
علی
حاجیلوی بنیسی
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2015
09
01
Volute is one of the main components in radial flow compressors where the working fluid is collected and delivered to the compressor downstream pipelines. Volute design has direct and strong effects on the compressor performance and its stable operating range. This component causes distorted pressure fields in upstream flow passages which can lead to mechanical forces on the impeller. In the current research, based on the fundamental concepts of volute design, a new approach for volute design is considered and the effective parameters on volute performance are recognized. Using computational fluid dynamic (CFD) tools, the optimum values of effective parameters which lead to an increase in volute pressure ratio and static pressure recovery coefficient as well as decreasing the total pressure loss coefficient and the net radial force are explored.Considering the exit cone and the tongue area geometry design criteria, the models are numerically evaluated at the design point and off-design conditions to select the optimum model for fabrication and testing. The new volute is installed at a compressor test rig and the compressor characteristic curves are obtained. At the design point, area variation by 40\% results in 14\% variation in static pressure recovery factor and 18\% variation in total pressure loss coefficient, however, it leads to increase the net radial force on impeller up to 100\%. Experimental results, which are used for numerical model verification, show that the compressor pressure ratio and the isentropic efficiency are increased by 2.5\% and 1.9\% at 70,000rpm respectively.
محفظه یکی از اجزای اصلی کمپرسور جریان شعاعی است و نقش آن جمعآوری و تحویل جریان به تجهیزات پس از کمپرسور است. طراحی محفظه، بر نسبت فشار، بازده و محدودهی عملکرد پایدار کمپرسور تأثیر مستقیم و قابل توجهی دارد. محفظه میتواند باعث ایجاد ناهمگونیِ فشار در اجزای بالادست خود شود که منجر به ایجاد یک نیروی خالص بر محور پروانه میشود. در پژوهش حاضر، براساس شناسایی اصول طراحی و پارامترهای مؤثر بر عملکرد محفظه، یک روش طراحی بهینه ارائه میشود. سپس با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی، مقادیر بهینهی پارامترها که منجر به افزایش نسبت فشار سکون، افرایش بازیابی فشار استاتیک، کاهش افت فشار سکون و نیز کاهش نیروی خالص شعاعی در محفظه میشوند، شناسایی خواهد شد. مدلهای مختلف در نقطهی طراحی و نقاط خارج طرح ارزیابی و طرح بهینه با اضافهکردن ملاحظات مربوط به زبانه و مخروط خروجی ساخته میشود و روی بستر آزمون نصب و نتایج عملکردی آن استخراج خواهد شد. نتایج نشان میدهد، در نقطهی طراحی حدود ۴۰ درصد تغییر در مساحت خروجی، منجر به ۱۴ درصد تغییر در ضریب بازیابی فشار، و ۱۸ درصد تغییر در افت فشار میشود؛ در حالی که نیروی محوری را تا دو برابر تغییر میدهد. نتایج آزمون کمپرسور با محفظهی جدید که در اعتبارسنجی نتایج عددی کاربرد دارد، نشان میدهد که در سرعت دورانی ۷۰ هزار دوربردقیقه، ۲٫۵ درصد نسبت فشار و ۱٫۹ درصد بازده آیزنتروپیک کمپرسور افزایش یافته است که بهبود حائز اهمیتی است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6367_d37098615fc0ffe36d5ee89b76bea5b9.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
FREE VIBRATION OF SINGLE-LAYERED GRAPHENE SHEETS BASED ON DIFFERENT GRADIENT ELASTICITY THEORIES
ارتعاش آزاد صفحات گرافن تک لایه با استفاده از نظریه های مختلف گرادیان الاستیسیته
29
36
6365
10.24200/j40.2017.6365
FA
سیما
ضیایی
دانشکده مهندسی ، گروه مهندسی مکانیک - دانشگاه یاسوج
Journal Article
2015
09
19
The unique electrical and mechanical properties of carbon nano-structures make them desired materials with a wide range of applicability. Hence, the study of their mechanical behavior is an important topic which has attracted a great deal of attention. Graphene, a two-dimensional carbon nano-structures with an one-atom thickness, exhibits so wonderful electrical, mechanical, thermal and optical properties which make it suitable to use in micro-/nano-electromechanical system such as nano-scale electromechanical resonators, vibrational behavior of which affects their functionality.The importance of incorporating the size effect on continuum mechanics to simulate the mechanical behavior of nano-structures is well-known. To this end, different higher-order continuum mechanics that contain additional material constants have been developed. However, the recognition of an efficient non-classical theory with respect to nano-materials is a challenging process. Modified couple stress theory, Eringens nonlocal elasticity, and Aifantiss theory are some of non-classical theories used because of existence one material length scale. Although Eringens nonlocal elasticity is the popular theory to simulate mechanical behavior of carbon nano-structures, its microstructure-dependent constitutive model does not allow the construction of the energy functional. Hence, this article is aimed at investigating the utilization of modified couple stress theory and Aifantiss theory to estimate natural frequencies of simply-supported single-layered graphene sheets. For this purpose, it is tried to estimate material length scale of theories by point-by-point matching between available first natural frequency of graphene sheets determined by molecular dynamic method and the obtained data. According to the results, modified couple stress theory cannot be used unless one substitutes square of length scale parameter with a minus value in stain energy equation or adds the gradient velocity to the kinetic energy equation by a new material length scale. The former leads to a non-positive definite strain energy function, and the later makes a gradient elasticity theory with two material length scales. Aifantiss theory is more applicable than modified couple stress theory in this situation. It is also seen that the higher order natural frequencies, estimated by different gradient elasticity theories and, material length scale of which is fixed by using molecular dynamic data, are different, although this difference decreases with an increase in side-length of square nano-plate. It can be concluded that chirality, side-length of nano-plate, and the used gradient elasticity theory affect the material length scales, as well.
خواص منحصر به فرد الکتریکی و مکانیکی نانوسازههای کربنی آنها را در زمره موادی قرار داده که کاربردهای متنوعی دارند، و این مهم مطالعهی رفتار مکانیکی آنها را حائز اهمیت گردانده است. در این پژوهش با استفاده از نظریهی آیفانتیس و تنش کوپل بهبود یافته بهبودیافته به پیشبینی رفتار ارتعاشی نانوصفحات گرافن با شرایط مرزی ساده پرداخته شده است. نتایج نشان میدهد که نظریهی آیفانتیس را میتوان بهعنوان نظریهیی با یک مقیاس طول برای این مهم استفاده کرد در حالی که نظریهی تنش کوپل شاید چندان مناسب نباشد. همچنین دیده میشود که پارامتر مقیاس طول نهتنها تابعی از کایرالیتی و سایز نانوصفحات مربعی است بلکه با تغییر نظریهی غیرکلاسیک نیز تغییر میکند. شایان ذکر است که نظریههای گرادیان الاستیسیته مقیاس شده ضرورتاً در تقریب بسامدهای مرتبه بالاتر باهم تطابق ندارند هرچند که اختلاف آنها با افزایش طول ورق مربعی کاهش مییابد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6365_0740eac636891417be83220650f096b4.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
COMPARISON OF DIFFERENT THEORIES OF PREDICTING FATIGUE FAILURE OF NOTCHED CK45 CYLINDRICAL SPECIMENS
مقایسه ی نظریه های مختلف پیش بینی شکست خستگی نمونههای فاقدار فولاد CK۴۵
37
47
6362
10.24200/j40.2017.6362
FA
جواد
امیریان
دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان
مهدی
شیرانی
پژوهشکده ی علوم و فنون زیردریا، دانشگاه صنعتی اصفهان
Journal Article
2015
10
28
Typically, fatigue failure of a component happens at a notch where the stress level rises because of the stress concentration effect. Notch is usually defined as a geometric discontinuity. Notch may be introduced either by design or by the manufacturing process. A hole in a component is an example of a design notch. Material and fabrication defects, such as weld defects, inclusions, casting defects, or machining marks, are notches which are introduced due to the manufacturing process. A variety of methods are available to predict fatigue failure of notched specimens. The purpose of the present investigation is to rank such methods according to their predictive capability. Tensile tests were conducted on CK45 steel specimens and mechanical properties and stress-strain curve were obtained. Rotating bending fatigue tests were performed at room temperature on smooth and notched cylindrical specimens, and S-N curves were obtained. To better investigate the notch-size effect on fatigue life of the cylindrical specimens, two different notch geometries were used. Based on the obtained experimental S-N curve for smooth specimens, fatigue strength reduction factor or fatigue life for notched specimens were predicted by Neuber, Peterson, maximum stress, critical distance (Point method, Line method, Area method) and weakest-link (Area method, Volume method) theories and comparison of experimental results were considered. The predictions by maximum stress and stress gradient methods were conservative, which is some consolation to engineering designers; nevertheless, the errors were high. Neuber, Peterson and critical distance methods are based on stress gradient in notch root radius and predictions by these methods were not accurate. Also, Peterson, Neuber and Stress gradient methods are not consistent with finite element results. The predicted fatigue strength reduction factors by weakest-link methods were the closest to the experimental results. Finally, the weakest-link theory is recommended in terms of predictive capability, availability of the required materials data, and the compatibility with FEA stresses to predict fatigue strength factor among the studied methods in this research.
شکست خستگی معمولاً در فاق موجود در سطح ماده ــٓجایی که بهعلت تمرکز تنش، مقدار تنش افزایش یافته استٓــ رخ میدهد. نظریههای مختلفی برای پیشبینی شکست خستگی نمونههای فلزی فاقدار ارائه شده است. این نوشتار به ارزیابی نظریههای مختلف پیشبینی شکست خستگی نمونههای فاقدار فولادی براساس قابلیت پیشبینی آنها میپردازد. آزمایشهای تجربی کششی ساده و خستگی از نوع خمش چرخان روی نمونههای استوانهیی ساده و فاقدار فولاد ۴۵CK انجام شده و مشخصات مکانیکی و همچنین نمودار تنشٓـ عمر نمونهی ساده و نمونههای فاقدار به دست آمدهاند. نظریههای بیشینه تنش، نیوبر، پترسون، تغییرات تنش، فاصلهی بحرانی و ضعیفترین اتصال برای پیشبینی ضریب کاهش استحکام خستگی نمونههای فاقدار فولاد ۴۵CK استفاده شدهاند و نتایج این نظریهها با نتایج آزمایش مقایسه شده است. مقایسهی نتایج نظری و آزمایشگاهی نشان داده که نظریهی ضعیفترین اتصال نسبت به نظریههای کلاسیک از دقت بهتری برخوردار است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6362_8fd3445585c0963e7cea44b30d6d2160.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
EXPERIMENTAL ANALYSIS OF PENETRATION INTO WOVEN FABRIC TARGET IMPREGNATED WITH SHEAR THICKENING FLUID WITH CLAY NANOPARTICLES
تحلیل تجربی نفوذ در اهداف پارچهیی بافته شده آغشته به سیال سختشونده ی برشی تقویت شده با نانوذرات خاک رس
49
54
6360
10.24200/j40.2017.6360
FA
اسماعیل
بلالی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
سیدعلی
صدوق ونینی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
ناصر
کردانی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه مازندران
قدرت اله
اسکافی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان
Journal Article
2015
11
08
Fluids can be divided into several classifications in terms of their viscosity behavior with relation to shear rate. One of these classes is the Newtonian \u{fb02}uids, which exhibit a constant viscosity with the increase of shear rate. The main feature of Shear Thickening Fluid )STF( exhibits an increased viscosity with the increase of shear rate. The shear thickening phenomenon occurs in most of the concentrated colloidal suspensions containing hard solid particles in fluid. The behavior of continuous phase has a significant impact on the properties of the STF. Due to the appearance of OH bonds on the surface of silica particles and also the appearance of this type of bond in the polyethylene glycol, the formation of hydrogen bonds. In this paper, glass fiber reinforced shear thickening fluid and shear thickening fluid with clay nanoparticles under quasi-static tests is investigated. A shear thickening fluid was prepared successfully and rheological behavior was was investigated. One of the disadvantages of shear thickening fluid (STF) is high concentration. To prepare shear thickening fluid polyethylene glycol as a base fluid and the silica nanoparticles is added slowly to the fluid. After to create shear thickening fluid clay nano particles are added to the fluid. Glass fabrics were soaked in STF/ethanol (1:3) solution to prepare STF-glass fabric composite and STF- nanoclay-glass composite. For better immersion of fibers, at first STF is diluted in ethanol, and then the fibers are left there in for a specified period in order to impregnate all fibers with the fluid. The composites sensitivity to the impact will be reduced through ethanol combining with the fluid and its elimination. After this stage, to eliminate the ethanol in the sample, it is heated at a temperature range of $60-{70^0}C$. Quasi-static resistant tests were carried out on three modes the neat glass fabrics and STF- glass fabric and STF-nanoclay glass fabrics composites. The current study clearly displays a significant enhancement in penetration resistance of glass fabric impregnated with STF-nanoclay.
در این نوشتار الیاف شیشه تقویتشده با سیال سختشوندهی برشی، و سختشوندهی برشی بههمراه نانوذرات خاکرس تحت آزمون شبهاستاتیکی بررسی شده است. یکی از مزیتهای سیال ضخیمشوندهی برشی غلظت بالای آن است. برای تهیهی سیال سختشوندهی پلیاتیلن گلیکول بهصورت سیال پایه و نانوذرات سیلیکا به آرامی به سیال اضافه میشود. آزمون شبهاستاتیکی برای هرسه حالت پارچه شیشه خشک ـ سیال سختشوندهی برشی و پارچه شیشهٓـ سیال سختشوندهی برشیٓـ نانوذرات خاکرس روی سطح مشخص انجام شده است. آزمون شبهاستاتیکی برای هر سه حالت پارچههای آغشته نشده، پارچههای آغشته شده به سیال سختشوندهی برشی، و پارچههای آغشته شده به سیال سختشوندهی برشی به همراه نانو ذرات خاکرس انجام شد. نتایج مطالعات بهوضوح نشانگر افزایش قابل توجه مقاومت نفوذی پارچههای شیشهیی آغشته شده به سیال سختشوندهی برشی بههمراه نانو ذرات خاکرس است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6360_f03839d07cd8a0245e5a9837ce95badd.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
INVESTIGATION OF THE PROPER WAY TO FACILITATE LONG-TERM RETENTION OF VOCABULARY: COMPUTER-ASSISTED,
MOBILE-BASED, OR DICTIONARY INVOLVEMENT LEARNING
بررسی استفاده از رایانه، تلفن همراه و فرهنگ لغت در یادگیری لغت های زبان انگلیسی
55
61
6364
10.24200/j40.2017.6364
FA
مینو
عالمی
دانشکده ی علوم انسانی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران غرب
رویا
پشم فروش
دانشکده ی زبان های خارجی، دانشگاه خوارزمی
Journal Article
2015
11
08
With the rapid development of ubiquitous learning, the emerging technologies contribute significantly to English language learning. An increasing number of studies began to discover the effects of computer and mobile language learning on the second language areas and skills. With each language area, the relevant technologies are embedded in the context of English pedagogy to facilitate the efficiency of learning. However, to date, it seems that no research has been conducted to examine the effectiveness of dynamic methods of English vocabulary learning. To shed light on the pre-existed pedagogical values of computer and mobile language learning for the second language vocabulary, the study pursued the purpose of investigating the effectiveness of diverse teaching methods of computer-assisted, mobile-based, and dictionary-use on students long-term retention of 330 words of Coxheads (2000) academic word list. To this end, 264 freshman university students were randomly distributed into four groups and received new academic words either on paper or through computer and SMS. After learning the words of each sublist, periodical tests were given from the proposed system for the learned vocabulary to test whether students have learned the new English vocabulary over time. The findings of the current research revealed that the regular distribution of the second language academic words via the flexible proposed learning modes led to better vocabulary retention over time. The findings indicated that the students recognized more vocabulary for the recall test, given one month after the end of the training period. However, the results suggested that those received online instruction via computer-supported learning recalled vocabulary better when compared to their counterparts. The usability and convenience of the flexible proposed technology-enhanced learning modes support an overall positive response from university students. To conclude, technologies in use for English vocabulary learning promote long-term retention of vocabulary. It is, therefore, suggested that teacher education and training in the area of technology in use for second language vocabulary learning requires further research.
دربارهی اثربخشی روشهای نوین یادگیری بلندمدت لغات انگلیسی تاکنون بررسی چندانی صورت نگرفته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی مقایسهیی آموزش ۳۳۰ لغت در فهرست لغات آکادمیک Coxhead )۲۰۰۰(، با استفاده از رایانه، تلفن همراه و فرهنگ لغت در حوزهی یادگیری بلندمدت زبانآموزان در ایران، انجام شده است. در این راستا پس از برگزاری آزمون تعیین سطح آکسفورد بهعنوان آزمون مهارت، ۲۶۴ زبانآموز در رشتههای علوم پایه و فنی و مهندسی انتخاب و به سه گروه آزمایشی و یک گروه کنترل تقسیم شدند. طبق نتایج این مطالعه، زبانآموزانی که بهطور آنلاین و از طریق رایانه آموزش دیده بودند توانایی بیشتری در به خاطرسپردن لغات در درازمدت از خود نشان دادند. نتایج این تحقیق روشهای نوین آموزشی با استفاده از رایانه در یادگیری بلندمدت لغات انگلیسی را توصیه میکند.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6364_1a37d40ea2ee8b3eccfca47a89676b14.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
VIBRATIONAL ANALYSIS OF FUNCTIONALLY-GRADED MICRO-ROTORS WITH MASS ECCENTRICITY BASED ON THE COUPLE STRESS THEORY
تحلیل ارتعاشاتی میکروروتورهای دارای نامیزان و شفتهای متشکل از مواد هدفمند تابعی بر اساس نظریه ی تنش کوپلی
63
71
6366
10.24200/j40.2017.6366
FA
مهدی
هاشمی
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی شریف
محسن
اصغری
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی شریف
Journal Article
2015
11
11
In this paper, flexural vibration behavior of functionally graded micro-rotors with a mass eccentricity is investigated on the basis of the modified couple stress theory. The modified couple stress theory is a non-classical one which is capable to take into account the small-scale effects on micro-scale elements and structures with just one higher-order or non-classical material property. It should be noted that it has been experimentally verified that the classical continuum theory fails to properly simulate the mechanical behavior of small-scale flexible structures. The micro-rotor is composed of a flexible shaft and a disk at its middle. Here, the disk is assumed to have a mass eccentricity, which causes forced vibrations. Additionally, the shaft of the micro-rotor is assumed to be made of a functionally graded (FG) material with varying properties in the radial direction. In derivation of the formulation, both gyroscopic effects and rotary inertia are included. By setting the non-classical material property to zero, the formulation is reduced to the classical continuum formulation. Governing equations of motion of the micro-rotor in lateral motions as well as the general form of boundary conditions are derived with the aid of the Hamiltons principle. These equations are transformed into a partial differential equation utilizing complex functions. Next, based on the Galerkin method with two-mode truncation, analytical expressions for vibration characteristics of the micro-rotor, including first two natural requencies in both forward and backward whirl motions, are obtained for the simply-supported cases. Moreover, the amplitude of the forced vibration of the micro-rotor in steady state condition is determined. The forced vibration is due to the mass eccentricity of the disk. With these analytical results in hand, it is an opportunity to evaluate the effect of non-classical material property on the vibrational characteristics of micro-rotors. These non-classical effects have been numerically investigated in an example provided.
در این نوشتار خصوصیات رفتار ارتعاشی میکروروتورهای نامیزان ساخته شده از مواد هدفمند تابعی براساس نظریهی غیرکلاسیک تنش کوپلی بهطور تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. این نظریه قادر به پوشش اثرات ناشی از کوچکی ابعاد هندسی سازهها و قطعات است. ابتدا معادلات کوپل حاکم بر نوسانات عرضی مجموعه میکروروتور استخراج شده و با به کاربردن روش گلرکین و در نظر گرفتن دو مود اول خمشی، عباراتی برای دو بسامد اول طبیعی در هریک از حالات لنگزنی همجهت و خلاف جهت با دوران شفت ارائه شده است. بهعلاوه، رابطهیی برای دامنهی ارتعاشات پایدار مجموعه نامیزان استخراج شده است. اثرات خصوصیات مادی غیرکلاسیک بر بسامدهای طبیعی و دامنهی ارتعاشات با استفاده از این نتایج تحلیلی قابل بررسی است. نتایجی عددی نیز در مثالهای خاصی ارائه شده است تا تأثیرات قابل توجه خصوصیات مادی غیرکلاسیک بهصورت عددی مشخص شود.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6366_0d68b4cc6bb28b30fa1c3208864d8cf9.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
MODELING AND VIBRATION PERFORMANCE ANALYSIS OF A NONLINEAR DISPLACEMENT-VELOCITY-DEPENDENT DAMPER CONSIDERING THE EFFECT OF MOMENTUM VARIATION
مدلسازی و بررسی عملکرد ارتعاشی یک میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت با لحاظ تأثیر تغییرات اندازه حرکت سیال در روزنهی پیستون
73
82
6405
10.24200/j40.2017.6405
FA
رضا
مؤلف شهری
گروه مهندسی مکانیک ، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
جواد
جهان پور
گروه مهندسی مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
Journal Article
2015
12
16
In this paper, vibration performance analysis of a nonlinear displacement-velocity-dependent (NDVD) damper is presented. The proposed NDVD damper is constructed using the appropriate changing in the structure of a linear damper which results the damping coefficient of the proposed NDVD damper varies respect to the displacement and the velocity of damper piston. To this end, a solid cone shaped part is assembled in the interior region of the damper cylinder, which causes the fluid moves between the solid cone shaped part and inside the existing orifice on the piston. In fact, the movement of the piston results in changing the size of the gap where the fluid passes and the damping coefficient is consequently varied. In order to obtain more accurate modeling in the vibration analysis, the effect of momentum variation is also applied in the advised NDVD damper. The effect of momentum variation on the motion of a vibratory system equipped with a nonlinear displacement-velocity-dependent (NDVD) damper is elaborated and also compared with the previously published papers. In this paper, the governing equation of a mass-spring system equipped with the NDVD damper as the vibratory system is derived for three cases of free, forced and resonance vibration problems and solved by the numerical fourth-order Runge-Kutta method. The displacement profile, velocity profile, damping force and the force transmitted to the base of the system are evaluated for a mass-spring system equipped with the NDVD damper. In addition, these results for three \ cases of \ free, forced \ and \ resonance \ vibration \ problems are compared \ with the results \ obtained from the system \ equipped with a linear damper as \ well as \ the nonlinear \ displacement-dependent (NDD) damper \ presented in the \ previous works. The simulation results confirm that the recommended NDVD damper has much better performance in reducing of vibration in the system compared to the linear and NDD dampers.
در این نوشتار عملکرد ارتعاشی یک میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت مورد بررسی قرار میگیرد. میراگر پیشنهادی با اعمال تغییرات مناسب در ساختار یک میراگر خطی بهگونهیی است که دارای ضریب میرایی متغیری وابسته به جابهجایی و سرعت پیستون است. همچنین تأثیر تغییرات اندازه حرکت سیال در روزنهی پیستون بر عملکرد ارتعاشی سیستم با مطالعات پیشین مقایسه شده است. پروفیلهای جابهجایی، سرعت، نیروی میرایی و نیروی منتقل شده به پایهی سیستم برای یک سیستم جرمٓـ فنر مجهز به میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت به دست آمده است. نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده در مطالعات قبلی برای سیستم مجهز به میراگر خطی و همچنین میراگر غیرخطی فقط وابسته به مکان مقایسه شده است. پاسخهای شبیهسازی مؤید عملکرد بسیار بهتر میراگر غیرخطی وابسته به مکان و سرعت در کاهش ارتعاشات سیستم در مقایسه با سایر میراگرهای معرفی شده است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6405_50807716f20d1f2809d0bbd13c3c5c85.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
THE STRUCTURE INTERACTION MODELING OF FLUID FLOW PATTERNS IN THE DIAPHRAGM PUMP
مدلسازی تأثیرات متقابل حرکت سازه بر رفتار جریان سیال در عملکرد پمپ دیافراگمی تزریق مرکاپتان
83
91
6368
10.24200/j40.2017.6368
FA
حمید
بخشایش
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرود،
علی
سررشته داری
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرود
هوشنگ
فکری
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرود
Journal Article
2016
01
16
Diaphragm \ pumps are \ positive \ displacement pumps \ which have many applications in the petrochemical, and gas industries. As an example, Infusion pumps can be mentioned which are highly regarded in the gas industry due to the good resistance against chemical fluids. Since the diaphragm pumps are composed of various mechanical parts, some of which, such as the diaphragm, are in direct contact with the fluid, many different causes of mechanical damage are reported from some consumer companies such as Gas Company for this purpose, finding a model similar to the actual model is very useful. One of these pumps design and manufacturing methods is using commercial codes for simulation rather sophisticated and expensive laboratory methods. Since the fluid in the pump is transmitted by a diaphragm motion, the concept called the fluid structure interaction is defined due to the problems related to simulations of fluid structure interaction, animated network simulation, and geometry of the pumps, limited deal of efforts has been done in the past for numerical analysis of these pumps. Today, with significant progress made in the development of computational systems and commercial codes, a good platform for the simulation of such problems is created. There are several methods for simulating fluid structure interaction problems; one-way method is selected for this simulation due to the small deformation of the diaphragm and flow fields in front of other aspects of the model pump. In order to reduce the size of the pump dimensional model calculations, this pump is simulated using ANSYS CFX commercial code. We have generated a model that could well show some parameters of this type of pump, and so, a more efficient model can be produced by reduced construction costs via future studies. One of the results of the presented method, is introducing one-way fluid structure interaction method as a suitable modeling method. The other results worthy of being mentioned are the study on the velocity and pressure fields, the effects of functional parameters such as engine speed and displacement diaphragm pump on stream, and other outcomes that are fully addressed in a season. In order to validate the model the boundary conditions of a real sample fluid injection pump, odorant in city gas company, is used; that after comparing the amount of output in terms of displacement diaphragm with the information contained in the pump catalog, in the worst case, error rate turns out to be 10\%, and an average error is about 5\%.
یافتن الگوی صحیح جریان سیال در پمپهای دیافراگمی، توزیع نیروی حاصل از فشار اعمالی از سوی سیال بر دیافراگم و همچنین یافتن شرایط مناسب عملکرد برای طراحی به دور از حالتهای ناپایداری چون کاویتاسیون، یکی از اهداف این مطالعه است. هدف این تحقیق یافتن روشی مناسب برای شبیهسازی عملکرد این نوع از پمپها در مقابل روشهای پیچیده تحلیلی و هزینهبر آزمایشگاهی است. یک نمونه پمپ دیافراگمی متداول در ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری مورد بررسی قرار گرفته، بر اساس اطلاعات فنی استخراج شده از این پمپ، مدلی برای شبیهسازی آن با نرمافزار انسیس سی اف ایکس پیشنهاد شده است. نرخ جریان سیال مرکاپتان با توجه به اطلاعات فنی پمپ در ایستگاه دریافت و نتایج مدلسازی با آن مقایسه شده است. برخی از نتایجی که در این مقاله به آن اشاره شده است عبارتند از میدان های سرعت و فشار برای سیال ورودی و خروجی، نرخ جریان سیال برحسب جابهجایی دیافراگم، حجم سیال ورودی و خروجی برحسب زمان و همچنین نرخ جریان سیال خروجی برحسب فرکانس حرکتی دیافراگم که نتایج موجود در بیشترین حالت دارای خطایی کمتر از ۱۰ درصد میباشند.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6368_5301474419c47c03a66b5fcae6055ff5.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
HARDWARE IMPLEMENTATION OF NUMERICAL SOLUTION OF DIFFERENTIAL EQUATIONS ON FPGA
پیادهسازی سختافزاری حل عددی معادلات دیفرانسیل روی FPGA
93
99
6406
10.24200/j40.2017.6406
FA
فؤاد
فرحانی بغلانی
پژوهشکدهی مکانیک، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران
عباس
ابراهیمی چمگردانی
دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه صنعتی شریف
ایوب
نیکروان شلمانی
پژوهشکدهی مکانیک، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران
Journal Article
2016
03
05
Nowadays, CPUs and GPUs are used in computations pertaining to numerical solution of differential equations. However, the fixed hardware architecture of CPUs and GPUs makes it difficult to optimally implement many numerical solution algorithms. In recent years, a new method, based on hardware implementation of equations using Field Programmable Gate Array (FPGA), has been given much attention. The unique feature of this approach is the ability to vary the hardware architecture on the basis of the solution algorithm, which results in increased \ solution speed and a reduction in power consumption. This methodology, in which \ hardware can \ vary from one \ architecture to another for computing \ purpose is named \ Reconfigurable Computing (RC). RC can be used to solve a lot of problems such as FEM, FVM with structured or unstructured mesh.In this research, typical problems, such as mass-spring systems and wave equations, have been considered, and hardware implementation on FPGA has been used to solve the resulting differential equations. For modeling these systems, we used the software and hardware which is accessible to us, so we used a domestic FPGA board and MatLab and Xilinx ISE software products. Based on the results, advantages and challenges for hardware implementation of differential equations have been presented. Results for a single element mass-spring system show a comparable solution speed for CPU and FPGA implementation. However, with an increase in the number of elements of the mass-spring system, for example, to 6, the FPGA hardware implementation overtakes CPU and the speed of FPGA becomes almost 8 times that of CPU. Moreover, results of the solution of wave equations show that the speed with FPGA implementation is 3.6 times that of CPU. Therefore, for higher numbers of computational elements, results show the superior process speeds attainable with hardware implementation of equations using FPGA compared to the software mplementation on CPU.
حل عددی معادلات دیفرانسیل با استفاده از بسترهای CPU و GPU مبتنی بر پیادهسازی نرمافزاری است. در سالهای اخیر، راهکار جدیدی مبتنی بر پیادهسازی سختافزاری معادلات با استفاده از بستر FPGA، بهدلیل افزایش سرعت حل و کاهش توان مصرفی، مورد توجه جدی قرار گرفته است. در این پژوهش با حل چند مسئلهی نوعی، شامل سیستم جرم و فنر و معادلهی موج، روش پیادهسازی سختافزاری برای حل معادلات دیفرانسیل بر روی FPGA، مزایا و چالشهای این پیادهسازی و روشهای حل آن ارائه شده است. نتایج سرعت پردازش برای حل سیستم تک جرم و فنر نشان میدهد که سرعت CPU تقریباً برابر FPGA است ولی برای سیستم ۶ جرم و فنر سرعت FPGA ۸ برابر CPU است. همچنین نتایج سرعت پردازش حل معادلهی موج نشاندهندهی افزایش ۳٫۶ برابری سرعت FPGA نسبت به CPU است. این نتایج نشانگر افزایش کارایی FPGA با افزایش تعداد المانهای محاسباتی است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6406_4229afa620a7eb6b3727bcc1cae07d8a.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
DIFFERENT APPROACHES TO FATIGUE DESIGN OF COMPONENTS OF A HELICOPTER
روش های مختلف طراحی خستگی اجزاء بالگرد
101
120
6358
10.24200/j40.2017.6358
FA
امیررضا
شاهانی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
سیروان
محمدی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
Journal Article
2013
10
15
Fatigue design of helicopter components has proven to be a difficult and challenging task. The purpose of the fatigue evaluation of helicopter components, especially the main rotor blade, is to show that catastrophic failure expectation during its service life due to fatigue is completely gone; in addition, occurrence of Non-catastrophic cracking remains low enough so that the economic use of the helicopter structure can be achieved. The fatigue design methodology, most \ commonly applied by \ the helicopter community, was based on the Safe-Life philosophy. In spite of safety and the overall success in helicopter applications, this method \ does not account for any component strength that deviates \ from the strength \ distribution assumption made during the fatigue \ substantiation process. In recent years, due to low efficiency of Safe-Life method, using other fatigue life analysis methods, such as flaw tolerance, damage tolerance, and fault tolerance, have been felt to be more necessary.The \ Flaw Tolerant \ Safe-Life or \ Enhanced Safe-Life method provides component management requirements based on the assumption of the existence of flaws in the components critical areas. This approach is adopted only in the helicopter community. Flaw Tolerant method is based on traditional safe-life design methodology that uses special S-N curves obtained from specimens containing some defects (flaws). Damage tolerance requires that the structures retain, after a partial failure, the capability to withstand the limit load. Fault tolerance is a new damage tolerance design method which is based on equivalent initial flaw-sized concept. Since 1989, the Airworthiness Regulation evolved towards the application of Damage Tolerance principles to rotorcraft. This change forced the helicopter industries to review their design methodologies and to face new problems, linked with fracture mechanics applications to their typical structures.In this paper, various approaches to helicopter fatigue design are reviewed, and the advantages and disadvantages of each method are discussed. Then, different methods of helicopter fatigue design are compared. At the end, other aspects of helicopter fatigue design, such as influence of material on helicopter fatigue design, fatigue design of helicopter components against impact loads, and conducting tests in relation to the helicopter fatigue design are all discussed.
طراحی خستگی اجزاء بالگرد کاری سخت و چالشبرانگیز است. هدف از ارزیابی خستگی بالگرد نشان دادن این نکته است که در طول عمر کاری بالگرد، انتظار واماندگی فاجعهآفرین ناشی از خستگی کاملاً از بین رفته و نیز وقوع ترکخوردگی غیرفاجعهآمیز به حد کافی در سطح پایینی باقی میماند، طوری که استفادهی اقتصادی از سازه بالگرد حاصل شود. روش طراحی خستگی که اغلب توسط جامعهی بالگردسازی اعمال شده، براساس فلسفهی «عمر مطمئن» بوده است. در سالهای بعد، بهعلت کارآمد نبودن روش عمر مطمئن لزوم استفاده از روشهای دیگر تحلیل عمر خستگی ــٓمانند روش تحمل نقص و روش تحمل آسیبٓــ بیشتر احساس شد. در این مقاله ضمن مرور روشهای مختلف طراحی خستگی بالگرد، مزایا و معایب هر روش ارائه میشود. در پایان جنبههای دیگر طراحی خستگی بالگرد مورد بررسی قرار میگیرد.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6358_4f7b10280375c3cce67b09f3615d0dae.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
INVERSE KINEMATICS AND MOTION PLANNING OF A REDUNDANT MANIPULATOR ROBOT IN AN UNKNOWN ENVIRONMENT USING FUZZY CONTROL
برنامهریزی حرکت یک ربات افزوده در یک محیط نامعین با استفاده از کنترل فازی مستقل زاویهی اعضا
121
127
6361
10.24200/j40.2017.6361
FA
مهدی
کریمی
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
امین
دادستان
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
Journal Article
2015
05
06
In this paper, a novel technique is presented for inverse kinematics and motion planning of a redundant manipulator robot in an environment with unknown obstaclesusing a fuzzy controlling is presented. Kinematic redundancy occurs when amanipulator possesses more degrees of freedom than the minimum number requiredfor executing a given task. Redundancy enhances the manipulator dexterity andflexibility which allows the redundant robot to move faster and safer in theenvironment without colliding with obstacles. In order to avoid colliding withobstacles, a high degree of freedom robot was used. Due to high degree of freedom, inverse kinematics of redundant robots is very difficult, thus a general approach to motion planning of a redundant manipulator robot is very practical and valuable. It was inspired that a human arm is capable of avoiding colliding obstacles. Therefore, in this paper, direct control of end effector position of manipulator using a multi- behavior fuzzy controller, inspired by behavior of human arm, makes a practical method to the navigation of redundant manipulator robots. In this method, the control of every link is independent from the degree of freedom of robot; the number of input and output signals are constant. Fuzzy controller system used in this research is a combination of three fuzzy controllers, which deals with a separate behavior of redundant robot. The mainobjective is still to avoid the obstacles and flexion and extension of arm. The final behavior of redundant robot is a combination of these behaviors. For illustration, some simulation results of redundant planar manipulator moving in an unknown environment is presented. Results were prepared by a Simulink model containing fuzzy control subsystems, sensor, actuators, and obstacles. The simulation and experimental results of three and six link planar manipulators in environment with one obstacle and without obstacle show a good and promising performance of the robot.
در این پژوهش یک سیستم کنترل فازی چندگانه بهمنظور برنامهریزی حرکت یک ربات افزوده در یک محیط دوبعدی با حضور موانع طراحی شده است. سیستم کنترل بهگونهیی است که مستقل از تعداد درجات آزادی سیستم است. با افزودن هر تعداد عضو به بازو تغییری در کنترلگرهای فازی، توابع عضویت و تعداد سیگنالهای ورودی و خروجی به وجود نمیآید. در طراحی کنترلگرهای فازی چند رفتار مختلف در مواجهه با خطرات و همچنین نزدیک شدن به هدف با هم آمیخته شده است. با استفاده از این روش ربات افزوده با سه و شش درجه آزادی همزمان با رسیدن به هدف از برخورد با مانع اجتناب میکند. استفاده از منطق فازی و تدوین قوانین ساده با استفاده از چند کنترلگر فازی مختلف و ترکیب خروجی آنها امکان گسترش رفتار بازوی مکانیکی را تسهیل کرده و قابلیت گسترش و بهینهسازی رفتارها را نیز محفوظ داشته است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6361_42bf071e4f766c66bf730d66ae1d44ac.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
COMPARISON OF PARTICLE SWARM OPTIMIZATION AND GENETIC ALGORITHM FOR OPTIMIZATION OF CGAM PROBLEM
بررسی عملکرد دو الگوریتم ژنتیک (GA) و اجتماع ذرات (PSO) در بهینه سازی مسئله CGAM
129
136
6363
10.24200/j40.2017.6363
FA
مهدی
کریمی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
بهداد
احرار یزدی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
بهنام
احرار یزدی
گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات مرکزی، اراک
Journal Article
2015
05
10
In the present study, a comprehensive thermodynamic modeling and optimization of CGAM problem is presented. The CGAM problem refers to a cogeneration plant which delivers 30 MW of electricity and 14kg/s of saturated steam at 20 bar. The installation consists of a gas turbine followed by an air preheater that uses part of the thermal energy of the gases leaving the turbine, and a heat-recovery steam generator in which the required steam is produced. This system is composed of air compressor, combustion chamber (CC), Air Preheater, Gas Turbine (GT), and a Heat Recovery Heat Exchanger. In this paper, at the first stage, each part of the system is modeled using thermodynamic laws; and next, with by applying economic functions, the optimization of this problem is performed. For optimization, objective functions includes the total cost rate of the system product. The environmental conditions are defined as T0 = 298.15K and P0 = 1.013 bar. The fuel for the total plant is natural gas (taken as methane) with a lower heating value (LHV) which is equal to 50000 kJ/kg. And then, solve the problem which is formulated as a set covering problem by Genetic algorithm and PSO algorithm is solved. In the end of this article, we compare these solving approaches (Genetic and PSO algorithms) to know which of them are working efficiently. The design parameters of this cycle are compressor pressure ratio $(r_{AC})$, compressor isentropic efficiency $(\eta_{AC})$, GT isentropic efficiency $(\eta_{GT})$ , CC inlet temperature $(T_3)$, and turbine inlet temperature $(T_4)$. After reviewing the results of the two algorithms, it is showed that both algorithms which to optimize the results are almost identical. However, the PSO algorithm is simple to implement and more flexible in programmingand convergence rate than compared to the capability of Genetic algorithm is capable. The results show that the PSO algorithm is more efficient than Genetic algorithm in solvinge CGAM problem.
نوشتار حاضر به مدلسازی ترمودینامیکی یک نیروگاه توربین گازی با توان تولیدی MW ۳۰ و (kg/s) ۱۴ بخار اشباع در فشار bar ۲۰ پرداخته است. این سیستم معروف به مسئله CGAM است. در مسئلهی CGAM تابع هدف شامل مجموع هزینهی سرمایهگذاری و همچنین هزینهی سوخت مصرفی است. در این نوشتار بهینهسازی با کمینهسازی تابع هدف و نیز بهکارگیری الگوریتم ژنتیک و الگوریتم اجتماع ذرات بهکمک نرمافزار متلب انجام میشود و در نهایت عملکرد این دو الگوریتم با یکدیگر مقایسه میشود. نتایج حاصل از مقایسهی تعداد توابع ارزیابی شده (NFE) این دو الگوریتم نشان میدهد که سرعت همگرایی الگوریتم اجتماع ذرات در یافتن کمترین تابع هزینه نسبت به الگوریتم ژنتیک بالاتر است. همچنین در حل مسئلهی CGAM الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات بهلحاظ پیادهسازی، انعطافپذیری، و سهولت برنامهنویسی بهمراتب از الگوریتم ژنتیک تواناتر است.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6363_b62ad4c0b1aba4071cc5167866e2d6bd.pdf
دانشگاه صنعتی شریف
مجله ی مهندسی مکانیک شریف
2676-4725
33.3
1
2017
05
22
AN INVESTIGATION ON THE EFFECT OF GRAPHENE NANO-PLATE ON PERFORMANCE OF A SHAPE-MEMORY-POLYMER BASED NANOCOMPOSITE
بررسی تاثیر وجود نانوذرات گرافن بر عملکرد نانوکامپوزیت پایه پلیمر حافظهدار
137
145
6369
10.24200/j40.2017.6369
FA
مصطفی
باغانی
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه تهران
مجید
بنی اسدی
دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه تهران
Journal Article
2016
01
16
Shape memory polymers are a class of multi-phase smart materials which have the ability to return from a deformed state (temporary or fixed shape) to their original (or permanent) shape, called as shape memory effect, (or recovery) under different thermo mechanical cycles, e.g., fixed strain stress recovery and fixed stress strain recovery. Due to their unique behavior, shape memory polymers have many applications in industry areas. Shape memory polymers have been researched, developed, and utilized in a wide range of applications such as advanced technologies in the aerospace, medical and oil exploration industries. Moreover, shape memory polymers have a promising future for application in sensors, actuators and smart devices. However, applications of shape memory polymers are restricted by their low strength. Different techniques are employed to eliminate such restrictions. Among them, addition of micro and/or nano-particles is a common practice. In this study, a numerical method, based on 3D finite element method, is introduced to investigate the effect of nano-particles on mechanical properties (e.g., the mechanical strength) and performance of shape memory polymer nano-composites. The non-linear behavior of shape memory polymers is described through employing a recently proposed visco-hyper-elastic constitutive model, and the nano-composite is simulated in the framework of the nonlinear finite element method. Effects of different volume fractions and aspect ratios of the nano-particles are investigated, and the results are presented in the form of stress strain temperature diagrams. According to the produced results, increasing the volume fraction and/or aspect ratio increases the generated elastic stress and the recovered stress. In addition, adding up to 3 percent of nano-particle volume fraction and applying strains up to 20 percent would not disrupt the performance of the material, while remarkably enforce the shape memory polymer based nano-composite.
پلیمرهای حافظهدار دستهیی از مواد هوشمندند که نسبت به تحریک حرارتی عکسالعمل نشان میدهند. این مواد پس از تغییر شکل، طی یک سری چرخههای ترمودینامیکی، شکل اولیهی خود را بازیابی میکنند. استحکام کم این مواد کاربردهای آن را محدود میکند. یکی از راههای رفع این محدودیت، طراحی نانوکامپوزیتهایی بر پایهی پلیمر حافظهدار است. در این مطالعه اثرات ناشی از افزودن نانوصفحات گرافن بر عملکرد این مواد بررسی میشود. در این راستا، از یک مدل ویسکوالاستیک برای توصیف رفتار ماده استفاده میشود. برای مدلسازی نانوکامپوزیت و بررسی اثرات درصد حجمی و نسبت منظری نانوذرات از روش اجزاء محدود استفاده شده است. بدین منظور، دو چرخه ترمودینامیکی طراحی شده و نتایج در نمودارهای تنشٓـ کرنشٓـ دما ارائه میشود. با افزایش درصد حجمی و نسبت منظری نانوذرات، مقدار تنش و مقدار تنش بازیابی شده افزایش مییابد. با افزودن تا ۳\٪ نانوذره و اعمال کرنش تا ۲۰\٪ اختلالی نیز بر روی عملکرد نانوکامپوزیت ایجاد نمیکند.
https://sjme.journals.sharif.edu/article_6369_30d228cf8d76ada772efa5437b4ce2f6.pdf