پرویز گیلاوند، حمیدرضا حیدری،
دوره 40، شماره 2 - ( 11-1400 )
چکیده
در این مقاله، تاثیر نانوسیال آب-اکسید‌آهن (Fe3O4) بر انتقال حرارت یک کانال در حضور میدان مغناطیسی متغیر عمود بر جریان، با ایجاد موانع به‌صورت محوری با استفاده از مدل تک‌فازی مخلوط مطالعه می‌شود. اثرات میدان مغناطیسی با نوشتن کدهایی به معادلات حاکم بر فروسیال اضافه شده و هندسه مسئله در نرم‌افزار Gambit 2.4 تولید و شبکه‌بندی می‌شود. شبکه حاصل به‌صورت سه‌بعدی تشکیل شده و معادلات دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر مسئله نیز بر‌اساس روش حجم محدود با کمک نرم‌افزار فلوئنت تحلیل می‌شود. همچنین اثر پارامترهایی نظیر اثر موانع در مسیر جریان، عدد بی‌بعد شدت میدان مغناطیسی و عدد بی‌بعد رینولدز بر انتقال حرارت مطالعه شده است. نتایج نشان میدهد، ایجاد موانع در مسیر جریان باعث اغتشاش در جریان سیال شده، که این اغتشاش باعث افزایش انتقال حرارت کلی می‌شود. همچنین اعمال میدان مغناطیسی بر نانوسیال مغناطیسی سبب نفوذ لایه مرزی خنک در قسمت‌های مرکزی کانال شده و با افزایش شدت میدان مغناطیسی نفوذ این لایه نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه مقدار عدد ناسلت و انتقال حرارت افزایش یافته که این بهبود انتقال حرارت و عدد ناسلت با افزایش عدد رینولدز بیشتر می‌شود.
امین پنجه باشی نقش، کاوه اسماعیلی ترکانپوری،
دوره 40، شماره 2 - ( 11-1400 )
چکیده
یکی از روشهای جدید برای تأمین انرژی سیستم‌های الکتریکی کم مصرف، استفاده از انرژی مکانیکی ارتعاشات سازه‌ها است. در این روش با استفاده از مبدل پیزوالکتریک، انرژی ناشی از ارتعاشات به الکتریسته تبدیل می‌شود. مزیت این روش عدم نیاز به تعویض یا شارژ باتری وسیله الکتریکی است. در این مقاله به بررسی برداشت انرژی توسط یک تیر یکسر گیردار ساخته شده از جنس مواد هدفمند با لایه پیزوالکتریک پرداخته شده است. مدل‌سازی ریاضی سیستم ارائه شده و معادلات کوپل دینامیکی ارتعاش سیستم و ولتاژ تولید شده توسط پیزو الکتریک‌ها استخراج می‌شود و سپس تأثیر پارامترهای برادشت‌کننده روی توان تولیدی مطالعه می‌شود. با توجه به‌وجود نامعینی در پارامترهای سیستم برداشت‌کننده انرژی، برای اولین بار تأثیر نامعینی‌ها روی مقدار انرژی تولیدشده به‌صورت آماری با استفاده از روش مونت- کارلو بررسی می‌شوند. نتایج حاکی از این است هرچند میزان توان قابل استحصال در فرکانس طبیعی اول به‌مراتب بیشتر از سایر فرکانس‌ها است ولی در حوالی فرکانس طبیعی اول تأثیر نامعینی در سیستم افزایش پیدا کرده و قابلیت اطمینان برداشت‌کننده کاهش پیدا می‌کند.
رامین سلامت ممکانی، امین ازهری،
دوره 40، شماره 2 - ( 11-1400 )
چکیده
پایداری دینامیکی و روانگرایی سدهای باطله یکی از معضلات ژئوتکنیکی است که از دیرباز محققان این حوزه را به چالش کشیده است. در این مطالعه پاسخ لرزه‌ای سد باطله معدن فسفات اسفوردی واقع در منطقه لرزه‌خیز بافق استان یزد مورد بررسی قرارگرفته است. به این منظور از کد تفاضل محدود فلک (Flac2D) و به‌کارگیری دو مدل رفتاری موهر- کلمب و فین- بایرن برای مدل‌سازی بهره گرفته شده است. به‌منظور محاسبه و تعیین مناطق مستعد روانگرایی و یا روانگرا شده کدنویسی به‌صورت تابع فیش در نرم‌افزار انجام می‌شود. جابه‌جایی‌های افقی و قائم (نشست) در بدنه سد، فشار منفذی اضافی، نواحی شکست و روانگرایی ناشی از بار لرزه‌ای با استفاده از دو مدل رفتاری انتخاب‌شده، تحت زلزله 6/4 ریشتری که در سال 1383 در یزد اتفاق افتاد، تعیین شده‌اند. بیشینه جابه‌جایی افقی در پایین‌دست بدنه سد با توجه به مدل رفتاری موهر- کلمب و فین- بایرن به‌ترتیب 5 و 35 سانتی‌متر مشاهده شده است. همچنین نشست حاصل از این بار لرزه‌ای در بالادست تاج سد، با استفاده از دو مدل رفتاری تعیین‌شده، به‌ترتیب 4 و 23 سانتی‌متر مشاهده شده است. نسبت فشار آب منفذی اضافی (ru)، در دو مدل رفتاری استفاده شده، کمتر از حد روانگرایی (0/8) به‌دست‌آمده که حداکثر مقدار آن 0/7 برای مدل رفتاری فین- بایرن و 0/2 برای مدل رفتاری موهر- کلمب به‌دست‌آمده است. به‌طور کلی نتایج نشان می‌دهند که با توجه به در نظر گرفتن تأثیر تجمعی توالی بار لرزه‌ای در مدل رفتاری فین– بایرن، این مدل رفتاری درک بهتری از پدیده روانگرایی را ارائه میدهد.
نیما مشهدی محمدرضا، حسام عمرانپور،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
یکی از مسائل مهم در مهندسی، یافتن نقاط بهینه سراسری توابع مورد استفاده است. یافتن چنین نقطه‌ای در برخی از توابع به‌علت‌هایی نظیر تعداد ابعاد بالا یا عدم توانایی مشتق‌گیری از تابع، به‌راحتی امکان پذیر نیست. همچنین در مدل‌سازی مهندسی روابط بسیاری از توابع در اختیار نیست اما به‌صورت جعبه سیاه می‌توان به آنها ورودی داد و از آنها خروجی گرفت. از این‌رو با دلایل مطرح شده، الگوریتم‌های فراابتکاری ارائه می‌شوند.
در این مقاله الگوریتمی‌فراابتکاری برگرفته از رفتار تاوه‌ها در فیزیک شاره ارائه شده است. الگوریتم از دیدگاه فنی از تاوههایی ساخته می‌شود. هر تاوه شامل چند ذره است. ذرات با استفاده از ماتریس دوران ارائه شده حرکت میکنند. این حرکت موجب جستجوی محلی می‌شود. همچنین هر تاوه با انتخاب یکی از تاوه‌های دیگر با الگوریتم انتخاب، سعی در فرار از بهینه محلی و رسیدن به بهینه سراسری دارد. الگوریتم با عملگرهای خود به اکتشاف و استخراج در تابع مورد نظر میپردازد. نوآوری دیگر این مقاله، ارائه دو معیار ارزیابی جدید برای الگوریتم‌های بهینه‌سازی است. این دو معیار رفتار و همگرایی الگوریتم‌ها را در طی مسیر رسیدن به نقطه بهینه سراسری و یا افتادن در بهینه محلی، نشان می‌دهند. الگوریتم پیشنهادی پیاده‌سازی شده و با الگوریتم‌های بهینه‌سازی عددی مرز دانش مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. مشاهده شد که روش پیشنهادی می‌تواند روی اکثر توابع معیار، از بیست و چهار تابع معیار در ابعاد مختلف، به نتایج بهتری نسبت به سایر روش‌ها دست یابد. ( تمام کدها در صفحه http://web.nit.ac.ir/ h.omranpour/ در دسترس است).
رضا زردشتی، سیدعلی سعادتدار آرانی، سیدمجید حسینی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
در این مقاله، یک روش بهینه‌سازی مقاوم برای حل مسئله طراحی مسیر ماهواره‌بر در حضور عدم قطعیت‌ها با استفاده از الگوریتم قدرتمند بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) توسعه داده شده است. با توجه به وجود عدم قطعیت‌هایی چون نامعینی در مقادیر واقعی ضرایب آیرودینامیکی، نیروی تراست موتور و جرم در مرحله صعود یک ماهواره‌بر، دستیابی به مسیر بهینه‌ای که نسبت به این عدم قطعیت‌ها مقاوم باشد حائز اهمیت است، چراکه منجر به بهبود عملکرد پروازی، کاهش بار کاری سیستم هدایت-کنترل و افزایش قابلیت اطمینان ماهواره‌بر می‌شود. لذا برای این منظور، ابتدا مسئله بهینه‌سازی با بکارگیری معیار حداکثرسازی جرم محموله به‌عنوان تابع هزینه و معادلات حرکت سه بعدی به‌عنوان قیود حاکم بر مسئله درنظر گرفته شده است. سپس با اضافه کردن پارامترهای میانگین و انحراف استاندارد عدم قطعیت‌ها، مدل بهینه‌ساز مقاوم توسعه‌یافته و از الگوریتم مذکور جهت بهینه‌سازی عددی مدل مزبور استفاده شده است. همچنین به‌منظور تحلیل نتایج عدم‌قطعیت‌ها و بازخورد مستمر آن به مدل بهینه‌ساز، از دیدگاه مونت‌کارلو استفاده شده است. در نهایت مسیر بهینه‌ای به‌دست آمده که نسبت به عدم‌قطعیت‌های مزبور، مقاوم است. نتایج شبیه‌سازی حاصله، صحت این ادعا را نشان میدهد
سوده طرفه، رامین کوهی کمالی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
مدل‌سازی درست پدیده شناوری و انتقال حرارت در بستر سیال‌های گاز-جامد، صرفاً به نوع مدل عددی انتخابی و الگوریتم‌های درگیر وابسته نیست. در واقع انتخاب مدل مناسب برای هر شرایط عملکردی خاص، اجرای صحیح هر مدل، انتخاب درست پارامترها و شروط مرزی مناسب عوامل تعیین‌کننده صحت نتایج حاصل در بررسی عملکرد بستر سیال‌ها است. در تحقیق حاضر، به منظور شبیه‌سازی دقیق فرآیند انتقال حرارت در بستر سیال‌ها، پارامترهای مهم و تأثیرگذار بر روند حل عددی به روش اویلری دو سیالی با به‌کارگیری تئوری انرژی جنبشی جریان دانه‌ای بررسی شد. به این منظور، اثرات ضریب بازگردانی ذره-ذره و ذره-دیواره، ضریب انعکاس و شیوه تعیین دمای دانه‌ای و ضریب هدایت گرمایی مؤثر بر روند حل عددی ارزیابی شد. این بررسی‌ها نخست در فرآیند گرم کردن ذرات با هوای داغ ورودی در یک بستر سیال آدیاباتیک و سپس در بستر سیالی با دیواره‌های دما ثابت و برای دو رژیم جریان پرکاربرد حبابی و آشفته انجام گرفت. نتایج نشان داد که ضریب انعکاس و هدایت گرمایی مؤثر پارامترهایی تأثیرگذار در فرآیند انتقال حرارت از دیواره به بستر هستند. به گونهای که در این شرایط مقدار صفر ضریب انعکاس سبب می‌شود که دمای هوا در رژیم حبابی حدود 7 درجه و در رژیم آشفته حدود 5 درجه بالاتر رود و مقدار واحد آن نتایج یکسانی با شرط عدم لغزش به‌دست میدهد. علاوه بر این در نظر گرفتن ضرایب هدایت گرمایی ماده جامد و گاز سبب می‌شود که دمای هوای خروجی حدود 26 درجه بیشتر از دمای به‌دست آمده با در نظر گرفتن ضرایب هدایت گرمایی مؤثر با رویکرد استاندارد باشد. فرم مشتق جزئی و جبری معادله بقای انرژی نوسانی فاز جامد در بستر سیال‌های متراکم جواب‌های یکسان به‌دست می‌دهند، هرچند در نظر گرفتن یک دمای دانه‌ای ثابت می‌تواند سبب بروز خطاهای محاسباتی شود
منصور محی الدین قمشه ای، شاهین نمازی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
این مقاله به تحلیل کمانش تیرهای گوه‌ای با پهنای ثابت و ضخامت متغیر و ساخته شده از مواد مدرج تابعی دو بعدی پرداخته است. فرض بر آنست که تیر از ترکیب فلز با سرامیک ساخته شده باشد، بطوریکه کسر حجمی هر یک از آنها در راستای طول تیر و همچنین در راستای ضخامت آن بر اساس توابع توانی تغییر کند. همچنین فرض می‌شود که تیر بطور همزمان تحت اثر نیروهای محوری متمرکز و گسترده قرار دارد. معادلات حاکم و شرایط مرزی با استفاده از اصل انرژی پتانسیل کمینه استخراج گردیده و سپس با استفاده از روش تربیع دیفرانسیلی برای تیری با شرایط مرزی یک سر گیردار حل شده‌اند. پس از تایید همگرایی و صحت تحلیل ارائه شده، تأثیر مشخصات گوناگون بر روی مقدار بار بحرانی تیر در هر دو حالت تیر تحت بار متمرکز و تیر تحت بار گسترده بر واحد طول بررسی شده‌اند که از آن جمله می‌توان به مشخصات هندسی تیر، ایندکس‌های توانی در تغییرات خواص در هر دو راستای طول و ضخامت و همچنین چگونگی تغییرات ضخامت تیر اشاره کرد. تحلیل کمانش تیر در صورت اعمال همزمان بارهای نقطه‌ای و گسترده نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در تحلیل کمانش تیر تحت بار گسترده سه الگوی توزیع برای بار در نظر گرفته شده‌اند که شامل توزیع خطی، درجه دو و نمایی است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهند که در بین الگوهای بررسی شده برای توزیع بار گسترده بیشترین مقدار بار بحرانی متعلق به توزیع خطی است و کمترین مقدار بار بحرانی متعلق به توزیع نمایی بار است.
فاطمه جعفرزاده، سمیه مهرابیان،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
در این پژوهش، به بررسی جت پلاسمای سرد فشار اتمسفری هلیوم پرداخته می‌شود. جت از نوع تخلیه سد دیالکتریک بوده و متشکل از یک تیوپ دیالکتریک با دو الکترود حلقوی فلزی است. برای شبیه‌سازی از معادلات پیوستگی، تکانه و پایستگی انرژی به همراه معادله پواسون جهت محاسبه پتانسیل و میدان الکتریکی و معادلات حاکم بر گاز کامل استفاده می‌شود. نتایج نشان میدهد که چگالی الکترونی و یونی، پتانسیل و میدان بارفضا، انرژی درونی، دما و سرعت الکترون‌ها با زمان روندی افزایشی دارند. نیز افزایش طول پلاسما و حرکت رو به جلوی آن در امتداد محور جت، با زمان قابل مشاهده است. بنابراین انتظار می‌رود تا با افزایش زمان، مقادیر کمیت‌های مذکور افزایش یافته و طول شعله جت پلاسما بیشتر شود
مهدی کیهانپور، مجید قاسمی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
با توجه به روند رو به اتمام منابع سوخت فسیلی و ضرورت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، می‌بایست مطالعات مناسب در راستای بررسی‌های فنی و عملکردی در خصوص این منابع صورت پذیرد. لذا در این پژوهش پیل سوختی پلیمری لوله‌ای شکل به عنوان یک منبع انرژی مناسب با هندسه سه بعدی به صورت عددی، شبیه‌سازی و بررسی شده است. برای بررسی جامع، معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی، تنش- کرنش و برهم کنش سیال- جامد-گرما در حالت پایا، به‌وسیله یک کد عددی المان محدود تعریف، با یکدیگر کوپل و سپس حل شده‌اند. با فرض تغییر ولتاژ پیل از 0/95 تا 0/4 ولت، عبور جریان تراکم پذیر سوخت و هوا در داخل کانال‌ها و محیط‌های متخلخل الکترود و کاتالیست و همچنین حدود 5 درجه افزایش دمای میانگین پیل، باعث تقریباً 35 نانو متر جابجایی در بخش‌های مختلف می‌شود. این جابجایی‌های ناشی از برهم کنش سیال- جامد- گرما موجب ایجاد تنش‌های گرمایی و مکانیکی می‌شوند. تنش بیشینه در حدود 3500 کیلو نیوتن بر مترمربع در الکترولیت با توجه به محدودیت جابجایی آن (میانگین جابجایی 12/8 نانو متر) ایجاد می‌شود. سپس، رابطه تغییرات ولتاژ با چگالی جریان، تنش، سرعت جریان سوخت، جابجایی و دمای پیل سوختی نشان داده شد. همچنین نتایج نشان داد که فرض بر همکنش سیال- جامد- گرما توان پیل سوختی را تا حدود 3 درصد کاهش می‌دهند. در پایان اثر پارامترهای مختلف از جمله شعاع کانال سوخت و هوا و رسانایی الکترونی و یونی بررسی شد. به عنوان مثال، در ولتاژ 0/4 ولت، کاهش 20 درصدی شعاع کانال سوخت و هوا و همچنین افزایش 100 درصدی رسانایی الکترونی و یونی به‌ترتیب باعث افزایش حدود 2/17، 0/05، 3/69 و 40 درصد چگالی جریان الکتریکی می‌شود
مهران قمشی بزرگ،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
در این مقاله، ناپایداری دینامیکی ناشی از تشدید پارامتریک و تشدید خارجی ورق‌های مدرج تابعی نسبتاً ضخیم تحت عبور پی‌در‌پی جرم‌های متحرک بررسی شده است. فرض می‌شود که مدول یانگ و جرم واحد حجم ورق به‌طور پیوسته در سرتاسر ضخامت ورق تغییر کرده و از یک تابع توانی از یک کسر حجمی تبعیت میکنند. ورق‌های مستطیلی درنظرگرفته شده دارای دو تکیه‌گاه ساده در دو لبه متقابل به‌هم هستند در حالی که همه ترکیب‌های ممکن دیگر از شرایط مرزی آزاد، تکیه‌گاه ساده و گیردار برای دو لبه دیگر می‌تواند درنظرگرفته شود. معادلات دیفرانسیل پاره‌ای کوپل شده حاکم بر ورق مبتنی بر تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول با درنظرگرفتن اثرات اینرسی دورانی و تنش‌های برشی عرضی استخراج شده و همه مؤلفه‌های اینرسی جرم متحرک در فرمول‌بندی دینامیکی لحاظ شده است. با استفاده از روش گالرکین، معادلات دیفرانسیل پاره‌ای به یک مجموعه از معادلات دیفرانسیل معمولی با ضرایب وابسته به زمان تبدیل شده‌اند. از روش نیمه‌تحلیلی آنالیز هموتوپی برای به‌دست آوردن نواحی پایدار و ناپایدار و منحنی‌های تشدید خارجی در فضای پارامترهای سیستم استفاده شده است. اثر مقادیر اندیس توان کسر حجمی، نسبت ضخامت به طول ورق و ترکیب‌های متفاوت شرایط مرزی روی پایداری دینامیکی سیستم بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که کاهش اندیس توان کسر حجمی، افزایش نسبت ضخامت به طول ورق و درجه بالاتر قیود اعمال شده به دو لبه دیگر ورق (به‌ترتیب آزاد، تکیه‌گاه ساده و گیردار) سبب انتقال ناحیه ناپایدار و منحنی‌های تشدید به بالای صفحه پارامترها شده و از نقطه‌نظر فیزیکی، سیستم پایدارتر می‌شود. برای تایید نتایج روش آنالیز هموتوپی علاوه‌بر استفاده از شبیه‌سازی عددی جابجایی نقطه میانی ورق، از تئوری فلاکه نیز استفاده شده است. همچنین در یک حالت خاص، نتایج این مطالعه با نتایج مطالعه دیگر مقایسه و تایید شده است
پوریا شیخ بهائی، فرشید مسیبی،
دوره 41، شماره 1 - ( 6-1401 )
چکیده
پریداینامیک نسخه غیرمحلی مکانیک محیط‌های پیوسته است که در آن از معادلات انتگرالی به‌جای معادلات دیفرانسیل استفاده شده است. به‌دلیل عدم استفاده از مشتقات مکانی متغیرها در روابط این تئوری، استفاده از آن برای تحلیل مسائل دارای ناپیوستگی امکان‌پذیر است. در اولین پژوهش‌های منتشر شده، از پریداینامیک برای تحلیل رشد ترک در مواد ترد استفاده شده است. با اثبات قابلیت‌های این تئوری، ایده استفاده از آن برای بررسی رفتار مواد شبه‌ترد و تحلیل رفتار پلاستیک نیز به تدریج مطرح شده است. بدین منظور، فرمول‌بندی‌ها و مدل‌های جدید مبتنی بر پریداینامیک توسعه یافته‌اند. در کنار این موارد، هزینه محاسباتی زیاد روشهای مبتنی بر پریداینامیک همواره به‌عنوان نقطه ضعف اصلی این تئوری عنوان شده است. با توسعه روشهای پریداینامیک و نیز معرفی روشهای ترکیبی مبتنی بر پریداینامیک و تئوری‌های محلی، مشکل هزینه محاسباتی روشهای پریداینامیک تا حد زیادی رفع شده است. مقاله حاضر به معرفی پریداینامیک و مدل‌های مبتنی بر آن میپردازد. بدین منظور، ابتدا تئوری پریداینامیک، فرمول‌بندی‌ها و روشهای مبتنی بر آن مرور شده است. سپس در مورد نحوه مدل‌سازی مواد شبه‌ترد، تعریف رفتار پلاستیک و نیز استفاده از عملگرهای دیفرانسیلی در این تئوری بحث شده است.
