https://sjme.journals.sharif.edu/ مجله ی مهندسی مکانیک شریف fa daily 1 Sun, 21 Dec 2025 00:00:00 +0330 Sun, 21 Dec 2025 00:00:00 +0330 https://sjme.journals.sharif.edu/article_24161.html - https://sjme.journals.sharif.edu/article_24024.html در پژوهش حاضر به روش تجربی، اثر پیش ‌خلأسازی در فرآیند راه‌اندازی یک دیفیوزر گلوگاه ثانویه در بستر شبیه‌ساز ارتفاع بالا با استفاده از 4 نسبت سطح ورودی دیفیوزر به سطح‌های‌ خروجی نازل‌: 27/1، 91/1، 1/4، و 81/7 تحت هوای فشرده بررسی شده است. نسبت سطح‌ها از طریق 4 نازل مخروطی با نسبت انبساط‌های مختلف تغییر داده شده‌اند. آزمایش‌ها با استفاده از اندازه‌گیری فشار روی دیواره‌های دیفیوزر و محفظه‌ی خلأ در حالت‌های با و بدون پیش ‌خلأسازی انجام شده‌اند. بررسی عملکرد دیفیوزر در فرآیند راه‌اندازی نشان داده است که افزایش نسبت سطح ورودی دیفیوزر به خروجی نازل در محدوده‌ای از فشار محفظه‌ی نازل سبب شکل‌گیری نوسان فشار متناوب در تمام طول دیفیوزر و محفظه‌ی خلأ شده است. همچنین مشاهده شده است که پیش ‌خلأسازی فضای داخلی دیفیوزر و محفظه‌ی خلأ، تغییری در عملکرد دیفیوزر در حضور نوسان فشار ایجاد نکرده و پیش‌ خلأسازی، فقط در زمان راه‌اندازی و شروع نوسان‌های مذکور مؤثر بوده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24023.html در پژوهش حاضر، در ابتدا مدل قرنیه‌ی یک بیمار با استفاده از داده­های چشم­پزشکی تهیه شده است. پس از تخصیص خواص مکانیکی، عمل شبیه­سازی کاشت رینگ درون قرنیه با متغیر درنظرگرفتن عوامل: شعاع رینگ، زاویه‌ی رینگ، ارتفاع کاشت رینگ، و منطقه‌ی کاشت رینگ و به تعداد 288 شبیه‌سازی انجام شده است. در ادامه، به کمک الگوریتم ژنتیک و استخراج ضرایب زرنیکه، پارامترهای مربوط به کیفیت دید برای هر حالت شبیه­سازی به‌دست آمده است. سپس با استفاده از دو الگوریتم جنگل تصادفی و یادگیری عمیق، داده­ها را آموزش داده و پلتفرمی ایجاد شده است که بتواند برای چشم همان بیمار، نتیجه‌ی عمل جراحی را با تغییر هر یک از عوامل پیش­بینی کند. پارامترهای میانگین مربعات خطا، جذر میانگین مربعات خطا، و ضریب تعیین برای هر حالت گزارش شده ­است. همچنین، درستی پیش­بینی داده­های آموزش‌یافته بر روی یک مدل خاص بررسی شده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24021.html در پژوهش حاضر، چارچوبی نوآورانه مبتنی بر فناوری رایانش لبه‌ای برای پایش بلادرنگ وضعیت تجهیزات صنعتی ارائه شده است. طراحی سخت‌افزار و ثابت‌افزار به گونه‌ای انجام شده است که تمام وظایف حیاتی از دریافت و پیش‌پردازش داده‌ها تا استخراج ویژگی‌ها و آموزش الگوریتم با وجود محدودیت حافظه و توان پردازشی بر روی گره‌ی لبه‌ای، یعنی میکروکنترلر، ممکن باشد. با دریافت داده‌های ارتعاشی به وسیله‌ی یک شتاب‌سنج سه‌محوره و ذخیره‌سازی داده‌ها برای آموزش در حافظه‌ی فلش میکروکنترلر، یک خودرمزگذار با سه لایه‌ی پنهان برای مدل‌سازی رفتار سالم ماشین بر روی لبه‌‌ آموزش داده شده و خطای بازسازی داده‌ها برای شناسایی ناهنجاری‌ها استفاده شده است. طبق بررسی‌های انجام‌شده، احتمالاً پژوهش حاضر، اولین پژوهشی است که یک شبکه‌ی عصبی مصنوعی را روی میکروکنترلر آموزش داده و کل فرآیند پایش وضعیت را بر روی لبه‌ پیاده‌سازی کرده است. آزمایش چارچوب پیشنهادی روی یک پمپ گریز از مرکز نشان می‌دهد که سیستم پیشنهادی می‌تواند انواع عیوب پمپ را با دقت بالای 9/99% شناسایی کند. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24022.html با توجه به محدودیت منابع فسیلی و چالش‌های زیست‌محیطی نیروگاه‌های سنتی، توسعه‌ی فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر در راستای تأمین نیازهای جهانی، توجه گسترده‌ای را به خود معطوف کرده است. استفاده از پمپ معکوس برای بازیابی انرژی در نیروگاه‌های برقابی کوچک احداث‌شده در شبکه‌ی توزیع و انتقال آب در سال‌های اخیر فراگیر شده است. در مطالعه‌ی حاضر، عملکرد یک پمپ معکوس سانتریفیوژ به‌صورت‌های عددی و تجربی در محدوده‌ی کاری بررسی شده است. پمپ معکوس تجهیزی برای کنترل جریان ورودی به پروانه ندارد و کاهش قابل‌توجهی در راندمان در شرایط خارج از طراحی اتفاق می‌افتد. برای بهبود کارایی پمپ معکوس، یک دیفیوزر با پره طراحی و تأثیر زاویه‌ی پره‌های ثابت در عملکرد توربینی به‌صورت عددی تحلیل شده است. توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در دیفیوزری، که پره‌های ثابت با زاویه‌ی 25 درجه دارد، یکنواخت‌تر بوده و راندمان در نقطه‌ی عملکردی، 63/2٪ افزایش یافته است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24020.html با افزایش ظرفیت انرژی باد و رشد تقاضای انرژی، به‌کارگیری روش‌های کنترل جریان برای بهبود عملکرد توربین‌های بادی ضرورت یافته است. در مطالعه‌ی حاضر، تأثیر محرک پلاسما به‌عنوان روش کنترل جریان فعال در عملکرد آئرودینامیکی توربین بادی محور عمودی داریوس به‌صورت عددی بررسی شده است. معادله‌های ناپایای ناویراستوکس در چارچوب حجم محدود و مدل فشار مبنا حل شده‌اند. ابتدا، فیزیک جریان و گشتاورهای آئرودینامیکی پیش از اعمال پلاسما تحلیل شده‌اند. سپس سه موقعیت طولی 25/0، 5/0، و 75/0 وتر برای نصب محرک پلاسما در نظر گرفته شده‌‌اند. برای پیاده‌سازی عملگر پلاسما با استفاده از مدل شای، رفتار دینامیکی عملگر به‌‌صورت یک تابع معین در کد عددی توصیف شده است. نتایج نشان داده است که موقعیت 25/0 وتر برای اعمال پلاسما، از بین انتخاب‌های دیگر مؤثرتر بوده و سبب بهبود ضریب توان توربین تا حدود 20٪ شده است. همچنین، بر مبنای الگوی جریان می‌توان دریافت که اعمال پلاسما با کاهش آثار واماندگی دینامیکی و با افزایش زاویه‌ی رخداد واماندگی، ضمن به تأخیرافتادن پدیده‌ی اخیر، با حذف گردابه‌های ناخواسته، موجب بهبود پروفیل نیرو و گشتاور آئرودینامیکی و درنهایت، سبب افزایش توان خروجی توربین شده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24005.html در نوشتار حاضر از آزمون‌های تجربی و شبیه‌سازی عددی برای مطالعه‌ی سه‌محوره‌ی تنش، پارامتر زاویه‌ی لود، و تأثیر آن‌ها در رفتار شکست نرم آلومینیوم 6T-6061 استفاده ‌شده است. برای مطالعه‌ی مقادیر سه‌محوره‌ی تنش منفی، به‌جای انجام آزمون دومحوره، از آزمون‌های تک‌محوره‌ی کششی و فشاری بر روی هندسه‌های خاص استفاده شده است؛ که شامل: نمونه‌ی دمبلی و نمونه‌های مستطیلی حاوی حفره‌ی بیضوی با انحنا بوده‌اند. مقادیر سه‌‌محوره‌ی تنش منفی در بازه‌ی 355/0- تا 555/0- به‌دست آمده‌اند. با مقایسه‌ی نتایج آزمون‌های تجربی و شبیه‌سازی، می‌توان نتیجه گرفت که هر دو روش مقادیر کرنش شکست، مطابقت یکسانی را پیش‌بینی می‌کنند. براساس کانتورهای آسیب، ناحیه‌ای که شکست در آن آغاز شده است، با نواحی دارای بیشترین کرنش خمیری هم‌پوشانی داشته است، هر چند مقدار آن تحت تأثیر مقدار تنش سه‌محوره و زاویه‌ی لود بوده است. براساس داده‌های به‌دست‌آمده مشاهده شده است که در تنش سه‌محوره‌های مثبت، کرنش شکست ابتدا افزایش و سپس کاهش یافته است، در حالی ‌که در تنش سه‌محوره‌های منفی، این روند برعکس بوده و کرنش شکست، ابتدا کاهش و سپس افزایش پیدا کرده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24078.html در پژوهش حاضر به بررسی کارایی مدل تعادل جمعیت در شبیه‌سازی جریان دوغاب یخ پرداخته شده است. هدف، رفع نقص مطالعات پیشین بوده است، که تغییر اندازه‌ی ذرات یخ را نادیده می‌گرفتند. نتایج نشان داده است که استفاده از مدل تعادل جمعیت، خطای محاسباتی را در جریان‌های آشفته با کسر حجمی کمتر از ۱۰٪، به زیر ۵٪ کاهش می‌دهد. همچنین مشخص شده است که افزایش کسر حجمی و سرعت جریان، باعث بزرگ‌ترشدن میانگین قطر ذرات می‌شود. با بررسی مکانیزم‌های مختلف تجمیع و شکست ذرات مشخص شده است که ترکیب پیشنهادی لوو، دقیق‌ترین نتایج را در مقایسه با داده‌های تجربی به دست می‌دهد. نتایج نشان داده است که توزیع اندازه‌ی ذرات به محدوده‌ی مجاز قطر در مدل بستگی دارد. درنهایت، محدوده‌ی بهینه برای استفاده از سیستم‌های دوغاب یخ بین ۱۰ تا ۲۰ درصد حجمی یخ تعیین شده است، زیرا در خارج از محدوده‌ی ذکرشده، ضریب انتقال حرارت کاهش و افت فشار به‌شدت افزایش می‌یابد. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24087.html در پژوهش حاضر، فرایند مدل‌سازی یک شبه‌حشره‌ی ‌سنجاقک ۱۸ درجه‌ی آزادی و با درنظرگرفتن آئرودینامیک شبه‌پایا ارائه شده است. ابتدا معادله‌های دینامیکی حرکت با استفاده از روش نیوتن– اویلر برای بدنه و چهار بال صلب و به‌صورت کامل استخراج شده‌اند. سپس پدیده‌های آئرودینامیکی ناپایا، شامل واماندگی به‌تأخیرافتاده، برا چرخشی و اینرسی جرم افزوده در قالب مدل شبه‌پایا به مدل دینامیکی اضافه شده‌اند. ساختار نهایی مدل، شامل نیروها و گشتاورهای متقابل بین اجزا، به‌منظور شبیه‌سازی غیرخطی دقیق و طراحی کنترل‌کننده توسعه یافته است. در پایان، با استفاده از مطالعه‌های تجربی، ضرایب و نیروهای آئرودینامیکی استخراج و مدل اعتبارسنجی شده و عملکرد پرنده در سناریوی پرواز شناور و دورزدن با دقت بررسی شده است. تلفیق دقیق دینامیک چندجسمی با مدل آئرودینامیک شبه‌پایا، وجه تمایز اصلی مطالعه‌ی پژوهشی حاضر محسوب می‌شود. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24167.html در پژوهش حاضر، عملکرد یک سیستم ترکیبی مبتنی بر فرآیند ترموشیمیایی و پیل سوختی با الکترولیت هدایت پروتونی برای تولید از دیدگاه انرژی و آلایندگی بررسی شده است. به‌منظور مدل­سازی رفتار سیستم، از روش­های رگرسیونی مبتنی بر یادگیری ماشین استفاده شده و پس از پیش‌پردازش داده­ها،  آموزش و اعتبارسنجی مدل‌ها صورت گرفته است. سپس بهینه­سازی سیستم با هدف بیشینه­سازی توان خروجی و کمینه­سازی آلایندگی زیست‌محیطی انجام گرفته است. نتایج نشان می­دهند که افزایش چگالی جریان و دمای ورودی موجب افزایش توان تولیدی می­شود، در حالی که چگالی جریان­های بالا منجر به افزایش انتشار دی­اکسیدکربن می‌شوند. شرایط بهینه‌ی سیستم در چگالی جریان 5798 آمپر بر مترمربع، دمای 800 درجه‌ی سلسیوس، و نسبت مصرف سوخت 80/0 به‌دست آمده است. کمینه‌ی میزان دی­اکسیدکربن منتشرشده در چگالی­های کمتر از 3500 آمپر بر مترمربع و مستقل از نسبت مصرف سوخت، در بازه‌ی 500 تا 800 کیلوگرم بر مگاوات ساعت یه‌دست آمده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24092.html بحران جهانی انرژی، توجه گسترده‌ای را به سمت مولدهای بادی بدون پره (BWPGs) به‌عنوان راهکاری نوین برای تولید انرژی پاک جلب کرده است؛ که با استفاده از پدیده‌ی ارتعاش‌های القایی جریان باد، انرژی مکانیکی ناشی از نوسان‌های میله را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. از میان عوامل مؤثر در افزایش بازده مولدهای BWPG، پایداری فرکانس طبیعی سیستم در ناحیه‌ی تشدید، اهمیت ویژه‌ای دارد. هدف پژوهش حاضر، ارائه‌ی روشی بهینه برای کنترل ارتعاش‌های مولدهای بادی بدون پره از طریق تنظیم سفتی مؤثر سازه است؛ سفتی که مستقیماً با طول مؤثر میله در ارتباط است. با کنترل پارامتر اخیر، فرکانس طبیعی سازه در مجاورت فرکانس تشدید حفظ می‌شود و در نتیجه، بیشینه‌ی توان قابل استحصال از جریان باد حاصل می‌شود. در مطالعه‌ی حاضر، تأثیر پارامترهای کلیدی، مانند سفتی، جرم، و میرایی به‌صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. سپس با استفاده از روش‌های بهینه‌سازی دینامیکی، ابعاد و ویژگی‌های طراحی به‌گونه‌ای تعیین شده‌اند که فرکانس طبیعی سیستم در محدوده‌ی تشدید باقی بماند. نتایج شبیه‌سازی عددی با داده‌های تجربی تطبیق یافته و اعتبار مدل تحلیلی و اثربخشی روش کنترل پیشنهادی به‌صورت کمّی تأیید شده است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24162.html - https://sjme.journals.sharif.edu/article_23980.html پایش سلامت ماشین‌های دوار یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های مهندسی شامل اندازه‌گیری و تحلیل پارامترهای مؤثر بر عملکرد آنها است که به منظور ارزیابی وضعیت فعلی و پیش‌بینی عملکرد آتی دستگاه‌ها انجام می‌شود. از آنجایی‌که خواص رزونانسی یا مودال یک ساختار مکانیکی تحت تأثیر خواص فیزیکی آن است بنابراین هرگونه تغییر در خواص فیزیکی یک سازه باعث تغییر در پارامترهای مودال آن می‌شود. از این رو می‌توان با نظارت پیوسته بر سیستم و پارامتر‌های آنالیز مودال، وقوع آسیب در سیستم را شناسایی کرد. در این مقاله به پایش سلامت پره توربین باد از جنس کامپوزیت با بهره‌مندی از مبانی مکانیک شکست و آنالیز ارتعاشات پرداخته می‌شود. با پایش فرکانس طبیعی مشاهده می‌شود افت فرکانس‌های طبیعی پس از عمق مشخصی از ترک، شدت گرفته است بگونه‌ایکه می‌توان پارامتری به عنوان عمق ترک بحرانی را معرفی نمود که این پارامتر با افزایش فاصله ترک از ریشه پره افزایش می‌یابد. به‌عنوان نمونه، عمق بحرانی ترک واقع در نزدیکی ریشه ۲۵۰ میلی‌متر بوده در حالی‌که برای ترک واقع در نوک پره ۳۵۰ میلی‌متر است. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24154.html سامانه‌های دوار مانند فن‌ و توربین‌ بادی برای خنک‌کاری و تولید انرژی پاک ضروری‌اند، اما نویز ناشی از آشفتگی جریان، به‌ویژه گردابه‌های نشتی نوک، چالشی اساسی است. توسعه فناوری‌های نوین کاهش نویز در این حوزه اجتناب‌ناپذیر است. در این پژوهش از ساختارهای متخلخل مبتنی بر سطوح حداقل سه‌گانه تناوبی (TPMS) برای ارزیابی عملکرد آیروآکوستیکی استفاده شد. ابتدا ضریب جذب صدا بررسی گردید و ژایرود با تخلخل 50٪ به‌عنوان گزینه بهینه انتخاب شد. سپس این ساختار در دو کاربرد اصلی، یعنی پوسته فن و کانال توربین بادی کانالی، پیاده‌سازی شد. تحلیل عددی و آزمایش تجربی به‌طور همزمان انجام گرفت تا مکانیزم‌های تولید و کاهش نویز شناسایی شوند. نتایج نشان داد TPMS به‌طور چشمگیری قدرت و ابعاد گردابه نشتی نوک را کاهش داده و سطح آشفتگی نزدیک دیواره محفظه را کنترل می‌کند. این طراحی توانست نویز ناشی از فرکانس عبور پره و برهم‌کنش آشفتگی را مهار کند. در نهایت، نویز فن 6 دسی‌بل (11٪) و انرژی صوتی تجمعی 36٪ کاهش یافت و در توربین افت 8٪ در سطح فشار صدا حاصل شد. https://sjme.journals.sharif.edu/article_24170.html در این پژوهش یک سیستم یکپارچه برای تولید هیدروژن پاک از زیست‌توده اکالیپتوس طراحی و بررسی شده است. این سیستم راکتور گازی‌سازی، راکتور اصلاح بخار-متان، راکتور جابجایی آب-گاز و غشای پالادیومی برای جداسازی هیدروژن است. ترکیب این فرآیندها امکان افزایش سهم هیدروژن در گاز سنتز و کاهش آلاینده‌ها را فراهم می‌سازد. معادلات حاکم در نرم‌افزار حلگر معادلات مهندسی پیاده‌سازی و حل شده و نتایج حاصل استخراج گردید. روش کار بر مبنای شبیه‌سازی ترمودینامیکی بوده و اعتبارسنجی نتایج با داده‌های تجربی موجود در ادبیات انجام شده است که تطابق خوبی را نشان می‌دهد. یافته‌ها حاکی از آن است که دمای گازی‌سازی نقش تعیین‌کننده‌ای در ترکیب گاز تولیدی دارد؛ به طوری‌که با افزایش دما، سهم هیدروژن در خروجی راکتور گازساز به میزان 26/15 درصد و در راکتور اصلاح بخار-متان به میزان 71/20 درصد افزایش یافته، در حالی که این مقدار در راکتور جابجایی آب-گاز 12/2 درصد کاهش نشان می‌دهد. همچنین، افزایش دما موجب افزایش شار عبوری هیدروژن از غشای پالادیومی از مقدار 29/0 به 52/1 ژول بر مترمربع ثانیه شده است.