نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

---

مسئلۀ جریان پتانسیل تراکم ناپذیر سه بعدی در مجاری با مقطع مستطیلی با متد اختلاف محدود به دو روش حل شده است. در روش اول از یک شبکۀ متعامد استفاده شده و در روش دوم از یک شبکۀ منطبق بر بدنه بهره گرفته شده و مسئله در فضای انتقال یافته که در آن شبکه به یک شبکۀ متعامد تبدیل شده، حل شده است. مقایسۀ نتایج نشان می دهند که روش دوم از دقت بیشتری برخوردار بوده و جت طراحی نازلهای با مقاطع مستطیلی مناسبتر است.

---

در تحلیل دینامیکی شناورهای دریایی تحت تأثیر امواج، طراح نیاز به دانستن نیروهای ناشی از میدان امواج برخوردی1 و پراکنده2 شده از روی شناور دارد. کار حاضر، براساس تئوری جریان پتانسیل به حل میدان اطراف جسم شناور در حضور سطح آزاد و با در نظر گرفتن اثر بستر دریا پرداخته است. از این تئوری، نیروهای موجی وارد بر دو نمونۀ متداول از بویه های دریایی3 با بدنه های دیسکی و کروی محاسبه شده اند. مقایسۀ این محاسبات با نتایج حاصل از روش هاسکیند مؤید دقت خوب تئوری ارائه شده است.

---

از روش سنتز احتراقی برای تولید کامپوزیت ذره ای Fe-(Ti,W)C استفاده شده است. راکتور ساده ای طراحی و ساخته شد که امکان انجام آزمایشها را تحت خلاء و آتمسفر خاص و شرایط کنترل پذیر از نظر دما و احتراق اولیه فراهم می سازد. نمونه هایی از مخلوط پودرهای آهن، تیتانیم، تنگستن و کربن با نسبتهای متفاوت از W/Ti تهیه شد و توسط جرقۀ الکتریکی تحت W/Ti در مخلوط اولیه کامپوزیتهای متفاوتی شامل WC در زمینۀ Fe-Ti، WC+(Ti,W)C در زمینۀ Fe و (Ti,W)C درر زمینۀ Fe تولید شد. فاز WC دارای ساختمان بلوری با مورفولوژی زاویه دار است ولی فاز (Ti,W)C مانند کاربید تیتانیم دارای مورفولوژی مدور است.

---

آهن اسفنجی (DRI) به سبب داشتن سطح ویژۀ بسیار بالا، تمایل به اکسیداسیون مجدد و در برخی موارد احتراق ناگهانی (خودسوزی) در محیطهای حاوی اکسیژن دارد. در این پژوهش رفتار اکسیداسیون مجدد و خودسوزی آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهنهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. سینتیک و مکانیزم اکسیداسیون مجدد و همچنین دمای خودسوزی هریک از نمونه های آهن اسفنجی توسط اکسیداسیون مجدد در شرایط ایزوترم و غیر ایزوترم شناسایی شد. مطالعات بر روی ترکیب شیمیایی، ریزساختار، تخلخل و توزیع تخلخل هریک از انواع آهن اسفنجی برای تعیین ارتباط بین این خواص و خصوصیات مواد اولیه انجام شد. رفتار اکسیداسیون مجدد آهن اسفنجی وابسته به خواص شیمیایی و ساختار فیزیکی آن است که این خواص متأثر از مواد اولیه به کار رفته در تهیه آن هستند. آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهن هماتیتی در مقایسه با نمونۀ مشابه از سنگ آهن مگنتیتی نسبت به خودسوزی ایمنتر است و همچنین آهن اسفنجی تهیه شده از سنگ آهنهای با عیار پایین و گوگرددار نسبت به خودسوزی حساسیت بیشتری دارد.

---

در این مقاله جریان نوسانی آرام دو بعدی حول استوانه و نوسان استوانه در سیال ساکن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور با استفاده از روش حجم محدود و به کمک الگوریتم سیمپل سی، معادله های نویر استوکس برای جریان آرام نوسانی دو بعدی حول یک استوانه در یک شبکه منطبق بر بدنه از نوع O و هم مکان حل شده است. در این بررسی اعداد بدون بعد کیولگان کارپنتر و استوکس در محدوده ای انتخاب شده اند که متناظر با رژیمهای متنوع جریان آرام است که عموما سه بعدی هستند. نتایج حاصل از این شبیه سازی و مقایسه با نتایج عددی و تجربی سایرین نشاندهنده قابلیت خوب مدل دو بعدی در معرفی سینماتیک رژیمهای متنوع جریان و ریزش گردابه هاست. در رابطه با نیرو های وارد بر استوانه این بررسی نشان می دهد در حالاتی که رژیم جریان منظم است انطباق خوبی بین نیروی طولی حاصل از این محاسبات و نتیجه حاصل از معادله موریسون وجود دارد و در مورد جریانهای نا منظم که از یک سیکل به سیکل دیگر تغییرمی کنند این انطباق ضعیفتر شده و دقت معادله موریسون کاهش می یابد. مقایسه ضرایب پسا و اینرسی حاصل از این مدل و کار تجربی و عددی دیگران، انطباق خوبی را نشان می دهد. بررسی تغییرات زمانی نیروی طولی وارد بر استوانه اطلاعات دقیقی در ارتباط با ریزش گردابه ها در هر سیکل و فرکانس ریزش آنها و نحوه تغییر مود ارائه می دهد. به دلیل تغییر پیوسته مود رژیم جریان در طی زمان، متوسط نیروی طولی و عرضی در طی سیکلهای متوالی ملاک خوبی برای براورد نیروی وارد بر استوانه نیست. در عین حال این مدل به خوبی توانسته تغییرات زمانی نیروی طولی و عرضی یک مود خالص را شبیه سازی و بر نتایج تجربی انطباق دهد.

---

کاربید تیتانیم به عنوان استحکام بخشی مناسب برای تولید کامپوزیتهای ذره ای زمینه فلزی به کار می رود. یکی از مشکلات استفاده از این کاربید به عنوان استحکام بخش در کامپوزیتهای زمینه مسی، عدم ترشوندگی کاربید تیتانیم در سیستم Cu-TiC است. این خاصیت با کاهش نسبت کربن به تیتانیم در کاربید، بهبود می یابد. در این مقاله، روشی عملی برای بهبود توزیع ذرات کاربید تیتانیم در مس مذاب ارائه شده و برای این منظور بر نسبت C/Ti در کاربید تیتانیم تاکید شده است. مشاهده شد که نسبت C/Ti در مخلوط خام حاوی پودرهای تیتانیم و کربن، با این نسبت در کاربید پس از احتراق برابر است اما در مخلوط خامی که حاوی مس باشد، نسبت C/Ti در کاربید پس از احتراق بیشتر است. با توجه به ارتباط پارامتر شبکه کاربید تیتانیم با نسبت C/Ti در این کاربید و در مخلوط خام، نموداری رسم شد که از طریق آن می توان نسبت C/Ti در مخلوط خام را به این نسبت در کاربید ربط داد. در آلیاژسازهایی که حاوی 30 درصد وزنی مس بوده و نسبت C/Ti در مخلوط اولیه برابر 1 باشد. پس از احتراق، شبکه پیوسته ای از کاربید تیتانیم با نسبت 1C/Ti= به دست می آید که قابلیت پخش شدن در مس مذاب را ندارند. با کاهش این نسبت به 3/0، ذرات کاربید تیتانیم با نسبت 5/0 به دست می آید که به راحتی در مس مذاب پخش می شود. واژگان کلیدی: سنتز احتراقی، کاربید تیتانیم

---

امروزه تکنیکهای مدولاسیون پهنای پالس به طور وسیعی برای کنترل ولتاژ و جریان خروجی مبدلهای AC/DC به‌کار می‌روند. از میان این روشها، مدولاسیون بردار فضایی 1 (SVM) به خاطر سادگی و خواص مطلوب آن در کنترل اینورترهای سه فاز به صورت دیجیتالی مورد توجه فراوان قرار گرفته است. محدودیت این روش، پیچیده و زمان‌بر بودن محاسبات مورد نیاز برای اجرای آن به صورت زمان حقیقی است که ماکزیمم فرکانس سوییچینگ و در نتیجه پهنای باند سیستم کنترلی را محدود می‌سازد. این مسئله به‌ویژه در اجرای روش SVM در مبدلهای چند سطحی که در مقایسه با نوع دو سطحی از حجم محاسبات بیشتری برخوردارند، محدودیتهای بیشتری را سبب می‌شود. به‌عبارت دیگر، با افزایش تعداد سطوح ولتاژ خروجی، پیچیدگی سخت‌افزاری و نرم افزاری روش به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. بنابراین ارائه روشی دقیق و سریع برای اجرای SVM به صورت زمان حقیقی بر روی مبدلهای چندسطحی، باعث بهبود عملکرد این‌گونه مبدلها می‌شود. این مقاله به ارائه چنین روشی می‌پردازد. در این مقاله به طور خاص روش کلاسه‌بندی بردارها که در سال 1996 برای اولین بار برای سادگی اجرا، افزایش دقت محاسباتی، کاهش زمان محاسباتی و همچنین کاهش سخت‌افزار مورد نیاز برای اجرای SVM بر روی مبدلهای دو سطحی مطرح شده، به مبدلهای m سطحی تعمیم داده می‌شود. روش ارائه شده در مقایسه با روش متعارف، امکان استفاده از پردازنده‌های با سرعت پردازش کمتر و ارزان قیمت‌تر را فراهم می‌سازد. همچنین با توجه به کاهش زمانهای محاسباتی، پردازنده به‌کارگرفته شده می‌تواند برای اهداف چندمنظوره استفاده شود. اعتبار معادلات تحلیلی و ریاضی به‌دست آمده به کمک شبیه‌سازی رایانه‌ای برروی یک مبدل سه سطحی به اثبات رسیده است. .

---

در مقاله حاضر یک مدل مشخصه الاستیک بر اساس نرخ همگرد اویلری تانسور کرنش لگاریتمی ارائه شده است. با استفاده از مدل مذکور تغییر شکل بزرگ یک سیکل بسته شامل کشش، برش، فشار و برش معکوس تحلیل شده است. از آنجا که تغییر شکل جسم سیکل بستهای را طی میکند و ماده الاستیک و همسانگرد است، باید در انتهای سیکل مقادیر تنش قائم و برشی مساوی صفر باشد. با استفاده از مدلهای مشخصه نرخی موجود پاسخ غیر صفر برای مؤلفههای تنش در انتهای سیکل به‌دست می‌آید. با استفاده از مدل مشخصه ارائه شده، مؤلفه‌‌های قائم و برشی تنش در انتهای سیکل بسته دقیقاً مساوی صفر به‌دست می‌‌آیند.

---

با پیشرفت سیستمهای رادار روشهای متنوعی برای پردازش سیگنال وآشکارسازی در رادارها پدید آمده است. برخی از روشهای نوین پردازش سیگنال رادار از تبدیلهای زمان- فرکانس، به ویژه تبدیل موجک که یک تبدیل خطی زمان- فرکانس است، استفاده می‌کنند. از مهمترین کاربردهای تبدیل موجک در پردازش سیگنال، حذف تداخل از سیگنال دریافتی است. در روشهای مرسوم آشکارسازی، ابتدا تداخل حذف شده و سپس از یک آشکارساز ساده استفاده می‌شود. ما نیز با استفاده از روشهای مبتنی بر تبدیل موجک تداخل را حذف کرده، آن گاه آشکارساز ساده‌ای مانند آشکارساز انرژی به کار می‌بریم. هدف ما در این مقاله آن است که نشان دهیم در موارد عملی و رایج که عملکرد فیلتر منطبق یا فیلترهای شبه منطبق کاهش می‌یابند پردازش‌های مبتنی بر تبدیل موجک کارامدتر ند. همچنین بهبود عملکرد آشکارساز انرژی برای اهداف با سرعت شعاعی کم یا نزدیک سرعت کور در مواردی‌که به جای فیلتر MTI از نویززدائی بر پایه تبدیل موجک استفاده شود از دیگر دستاوردهای این تحقیق است

---

فولاد مقاوم در دمای بالای 25Cr-35Ni دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خزش در دمای بالاست. نتایج بررسیهای به عمل آمده نشان دهنده آن است که این فولاد در شرایط ریختگی دارای جوش پذیری مطلوبی بوده ولی چنانچه جوشکاری بر روی فولاد پیر شده انجام گیرد احتمال ایجاد ترکهایی در منطقه مجاور جوش به سمت فلز پایه وجود دارد. لذا در این پژوهش تاثیر ریز ساختار میکروسکوپی بر جوش‌پذیری این نوع فولاد مورد بررسی قرار گرفته است. ریز ساختار فولاد 25Cr-35Ni در شرایط ریختگی دارای زمینه آستنیتی و شبکه‌ای از کاربیدهای اولیه بوده در حالی که ریز ساختار این فولاد در شرایط پیر شده دارای زمینه آستنیتی و شبکه‌ای از کاربیدهای اولیه همراه با کاربیدهای ریز ثانویه است. تغییر مرفولوژی کاربیدهای اولیه همراه با تشکیل کاربیدهای ثانویه سبب کاهش انعطاف پذیری نمونه پیر شده و افزایش حساسیت آن به ترک خوردن در طی جوشکاری به خصوص از میان کاربیدهای اولیه شده و جوش پذیری این فولاد را در شرایط پیر شده کاهش می‌دهد. ترکها از نوع بین دانه‌ای و از میان کاربیدهای اولیه (یوتکتیک) است. کاربیدهای از نوع NbC و M23C6 در نمونه ریختگی و کاربیدهای از نوع Ni16Nb6Si7 و M23C6 در نمونه پیر شده وجود دارد.

---

افزایش دما در فرایند احیای مستقیم به خاطر فواید آن نظیر افزایش سرعت تولید و بهبود کیفیت محصول همواره مورد توجه تولیدکنندگان آهن اسفنجی است. پارامتر محدود کننده افزایش دمای احیا پدیده چسبندگی یا خوشه‌شدن آهن اسفنجی در راکتور احیای مستقیم است و بنابراین در عمل نمی‌توان دما را از حد معینی بالاتر برد. ثابت شده است که پوشش‌دهی گندله با برخی مواد و سپس استفاده از آن در احیای مستقیم اثر قابل توجهی بر جلوگیری از چسبندگی و کاهش آن دارد. در این تحقیق میل به چسبندگی گندله تولیدی از کنسانتره سنگ آهن گل گهر و چادرملو در دماهای مختلف بررسی شد. همچنین چسبندگی این گندله در حالتی که با مقادیر مختلف آهک هیدراته پوشش داده شده بود در یک دما ثابت مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش دمای احیای درجه خوشه‌شدن این گندله به طور خطی در محدوده دمایی مورد مطالعه افزایش می‌یابد و در مقابل در حالت پوشش داده شده مقاومت خوبی در مقابل خوشه‌شدن از خود نشان می‌دهد. این رفتار عالی در حالی است که احیاپذیری و فلزی‌شدن این گندله در طی احیای مستقیم به خاطر ماهیت پوشش آهک هیدراته که متخلخل و ناپیوسته است تفاوت چندانی با گندله بدون پوشش ندارد.

---

بررسی ویژگیهای هیدرولیکی جریانهای دو فازی، یکی از موضوعات مهم و اساسی در مهندسی هیدرولیک است. این نوع جریان در سازه‌هایی نظیر تونلهای تحت فشار، کالورتها، مجاری انتقال فاضلاب و اتصالات رخ می‌دهد. جریانهای دو فازی بر حسب شرایط هندسی و مشخصات فیزیکی سیالات و مشخصات هیدرولیکی جریان نظیر دبی‌های هوا و آب و شیب مجرا، به گروههای مختلفی نظیر حبابی، لایه نازک و یا توده‌ای تقسیم‌بندی می‌شوند. الگوی جریان چگونگی توزیع هر فاز جریان در برابر فاز دیگر است. از مهمترین الگوهای محتمل جریان آب و هوا در مجاری تحت‌فشار نظیر تونلهای آب‌بر می‌توان به الگوهای لخته‌ای، موجی و چینه‌ای اشاره کرد. ورود هوا به داخل آب و تشکیل جریان دو‌ فازی واکنشهای شدید بین دو فاز و نوسانات شدید فشار را به همراه دارد و در نتیجه می‌تواند خسارتهای قابل ملاحظه‌ای در سازه تونل و تأسیسات جانبی ایجاد کند. در این مقاله نتایج آزمایشات انجام شده روی مدل آزمایشگاهی تونل تحت‌فشار که حاوی جریان همزمان آب و هواست، ارائه می‌شود. تحلیل نتایج نشان می‌دهد، با ورود هوا به تونل و شکل‌گیری جریان دو‌ فازی، نوسانات شدید فشار در مجرا به وجود آمده و بسته به مشخصات هندسی مجرا و هیدرولیکی جریان، فشار ماکزیمم وارد بر مجرا می‌تواند تا 10 برابر فشار هیدرواستاتیکی افزایش یابد. نتایج ارائه شده منحنیها و روابطی‌اند که نوسانات فشار (مقادیر فشار ماکزیمم و می‌نیمم) وارده بر مجرا و مرز‌بندیهای جریان و مشخصات هیدرولیکی ناپایداری را بر حسب متغیرهای هندسی مجرا و هیدرولیکی جریان نشان می‌دهند.

---

در این تحقیق دگرگونی فازی آناتاز به روتیل توسط عملیات حرارتی و آسیاکاری بررسی شد. فرایندآسیاکاری در دو نوع آسیا (آسیای سیاره‌ای و تامبلر) با نسبت وزنی پودر به گلوله 1 به 40 و در زمانهای گوناگون (2 تا 48 ساعت ) انجام شد. همچنین تعدادی آزمایش بر روی نمونه های آسیاکاری نشده در کوره لوله‌ای در دما و زمانهای گوناگون انجام شد. نتایج به دست آمده از آزمایشها نشان داد که دگرگونی آناتاز به روتیل در نمونه های آسیاکاری نشده بسیار کند است به طوری که در دمای 980 درجه سانتیگراد پس از گذشت 48 ساعت، دگرگونی کامل شد در حالی که در نمونه های آسیاکاری شده، سرعت دگرگونی بیشتر بود. انرژی اکتیواسیون دگرگونی فازی آناتاز به روتیل در نمونه هایی که آسیاکاری نشده بودند، 440 کیلوژول بر مول به دست آمد. آزمایشهای گوناگون نشان داد سرعت دگرگونی در آسیای سیاره‌ای بیشتر از آسیای تامبلر است، به طوری که در آسیای سیاره‌ای بعد از گذشت 16 ساعت، دگرگونی تقریباً کامل می‌شود اما در آسیای تامبلر پس از گذشت 48 ساعت دگرگونی کامل نشد و مقداری فاز آناتاز در نمونه موجود بود. نتایج XRD نشان داد که دگرگونی آناتاز به روتیل درهر دونوع آسیا، از طریق فازمیانی سریلانکیت انجام می‌شود در حالی که این فاز درنمونه هایی که آسیاکاری نشده بودند، مشاهده نشد.

---

در این تحقیق تغییرات ریزساختار مخلوط پودرهای مس، نیکل و روی برای تولید آلیاژهای نیکل سیلور به روش آلیاژسازی مکانیکی بررسی شد. در این راستا تاثیر پارامترهایی نظیر مدت زمان آسیا کردن، نسبت وزن گلوله به پودر و ترکیب شیمیایی آلیاژ بر تغییرات ساختاری اجزاء فرایند آلیاژسازی مکانیکی و رنگ محصول، مورد مطالعه قرار گرفت. نمونه های آسیا شده برای بررسی ساختار و روند آلیاژسازی تحت آزمایش های XRD و SEM قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که تولید آلیاژهای نیکل سیلور در گستره وسیعی از ترکیب شیمیایی به خوبی میسر است و تعیین مقدار بهینه نسبت گلوله به پودر، انرژی آسیاکردن و مدت زمان آسیا کردن متضمن کیفیت بالای پودر تولیدی با اندازه دانه کریستالی زیر 15 نانومتر است. درصد روی در مخلوط نیز تاثیر به سزایی در کاهش مدت زمان آلیاژسازی مکانیکی دارد و نسبت گلوله به پودر بیشتر از 25 تاثیر چندانی در کاهش حداقل زمان آلیاژسازی مخلوط Cu-Ni-Zn ندارد.

---

کانال پارچه‌ای عمودی نجات، وسیله‌ای مناسب برای فرود از ساختمانهای بلند ونجات افراد در مواقع اضطراری به شمار می‌رود. مکانیزم عمل آن بر اساس استفاده از خاصیت کشسانی در جهت پود منسوج است که با اعمال فشار بر اندام فرد در حال فرود، باعث ایجاد اصطکاک شده و کاربر با باز و بسته کردن دستها و پاهایش می‌تواند سرعت فرود را تنظیم کند. در این تحقیق نحوه تاثیر فشار جداره کانال بر اندام نزول کننده، با استفاده از روابط حاکم در مخازن جدار نازک، مدلسازی شده وروابط لازم برای محاسبه مشخصه‌های منسوج مناسب، تحت عنوان رابطه فرود استخراج شده است. تاثیر مشخصات فیزیکی کاربر، … توسط معادله حاصل با مدل ساخته شده مقایسه شده و پیش بینیهای مربوط به یک مدل واقعی با تاثیر وزن و ابعاد کاربر از نتایج آن حاصل شده است.

---

---

---

---

جداسازی ذرات، کاربردهای زیادی هم در پزشکی و بیولوژی و هم در صنعت دارد. در این پژوهش جداسازی ذرات پلی‌استایرن با قطر 10، 20 و 30 میکرومتر در جریان سیال در یک میکروکانال بررسی می‌شود. میکروکانال از یک ناحیه مارپیچ و یک ناحیه مستقیم ولی تحت اثر امواج آکوستیکی یا صوتی تشکیل شده است. در ناحیه مارپیچ، ذرات تحت اثرات هیدرودینامیکی جداسازی اولیه می‌شوند؛ سپس ذرات وارد ناحیه مستقیم میکروکانال می‌شوند و جداسازی نهایی ذرات تحت تأثیر نیروی ناشی از امواج صوتی صورت می‌گیرد. اثر فرکانس امواج صوتی و تعداد حلقه‌های ناحیه مارپیچ بر جداسازی بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که برای ابعاد و پارامترهای جریان تعیین شده، در فرکانس 1 مگاهرتز موج صوتی و تعداد حلقه‌های 2 برای ناحیه مارپیچ میکروکانال، ذرات در انتهای مسیر، در موقعیت مناسبی برای جداسازی نسبت به یکدیگر قرار دارند. علاوه بر آن، نتایج به‌دست ‌‌آمده نشان می‌دهد که جداسازی ذرات با این سیستم ترکیبی نسبت به روش‌های ساده عملکرد بهتری دارد و نرخ جداسازی می‌تواند 100 درصد نیز باشد.