دانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Numerical Simulation of Turbulent Half-corrugated Channel Flow by Hydrophilic and Hydrophobic Surfacesشبیهسازی عددی جریان آشفته کانال نیمموج با سطوح آبدوست و آبگریز120316310.29252/jcme.36.2.1FAمحمدرضاراستاندانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهانJournal Article20221231In the first part of the present study, a two dimensional half-corrugated channel flow is simulated at Reynolds number of 104, in no-slip condition (hydrophilic surfaces( using various low Reynolds turbulence models as well as standard k-ε model; and an appropriate turbulence model (k-ω 1998 model( is proposed. Then, in order to evaluate the proposed solution method in simulation of flow adjacent to hydrophobic surfaces, turbulent flow is simulated in simple channel and the results are compared with the literature. Finally, two dimensional half-corrugated channel flow at Reynolds number of 104 is simulated again in vicinity of hydrophobic surfaces for varoius slip lengths. The results show that this method is capable of drag reduction in such a way that an increase of 200 μm in slip length leads to a massive drag reduction up to 38%. In addition, to access a significant drag reduction in turbulent flows, the non-dimensionalized slip length should be larger than the minimum.چکیده- در بخش نخست، جریان دو بعدی کانال نیمموجی در عدد رینولدز 104 و شرایط بدون لغزش (سطح آبدوست) توسط برخی مدلهای آشفتگی عدد رینولدز پایین و همچنین مدل رینولدز بالای k-ε شبیهسازی شده و مدل مناسب آشفتگی (1998 k-ω) معرفی شده است. سپس برای ارزیابی روش حل انتخاب شده و هماهنگی آن با شرط لغزش ناویر (سطح آبگریز)، شبیهسازیها در جریان آشفته کانال ساده انجام گرفته و با نتایج سایر محققین مقایسه شده است. درنهایت با درنظر گرفتن مجدد جریان دو بعدی کانال نیمموج در عدد رینولدز 104 ، شبیهسازی این جریان در مجاورت سطوح آبگریز با طول لغزشهای مختلف انجام شده است. نتایج حاکی از توانایی قابل توجه این روش در کاهش نیروی پسا است بهنحوی که بهازای طول لغزش 200 میکرومتر کاهش نیروی پسای قابل توجه 38 درصد بهدست آمده است. بهعلاوه بررسی اثر طول لغزش روی کاهش نیروی پسا نشانگر آن است که با افزایش این پارامتر، نیروی پسای اصطکاکی و فشاری کاهش بیشتری مییابد. همچنین برای دستیابی به کاهش نیروی پسای قابل توجه در جریان آشفته، نیاز است تا مقدار طول لغزش بیبعد از مقدار حداقلی بزرگتر باشد.https://jcme.iut.ac.ir/article_3163_6b931d7fd29ba55a61f5ae53602ae716.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Reliability Study of Energy Harvesting from Sea Waves by Piezoelectric Patches Consideraing Random JONSWAP Wave Theoryبررسی قابلیت اطمینان برداشت انرژی از امواج دریا بهوسیله تیر پیزوالکتریک با درنظر گرفتن تئوری موج تصادفی جانسواپ2134316410.29252/jcme.36.2.21FAمیرمحمداتفاقدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریزJournal Article20221231One of the new methods for powering low-power electronic devices employed in the sea, is using of mechanical energies of sea waves. In this method, piezoelectric material is employed to convert the mechanical energy of sea waves into electrical energy. The advantage of this method is based on not implementing the battery charging system. Although, many studies have been done about energy harvesting from sea waves, energy harvesting with considering random JONWSAP wave theory is not fully studied up to now. The random JONSWAP wave model is a more realistic approximation of sea waves in comparison of Airy wave model. Therefore, in this paper a vertical beam with the piezoelectric patches, which is fixed to the seabed, is considered as energy harvester system. The energy harvesting system is simulated by MATLAB software, and then the vibration response of the beam and consequently the generated power is obtained considering the JONWSAP wave theory. In addition, the reliability of the system and the effect of piezoelectric patches uncertainties on the generated power are studied by statistical method. Furthermore, the failure possibility of harvester based on violation criteria is investigated.
یکی از روشهای جدید برای تأمین انرژی سیستمهای الکتریکی کم مصرف مورد استفاده در دریا، استفاده از انرژی مکانیکی امواج است. در این روش با استفاده از مبدل پیزوالکتریک، انرژی ناشی از امواج دریا به الکتریسیته تبدیل میشود. مزیت این روش عدم نیاز به تعویض یا شارژ باتری سیستم مورد نظر است. در تحقیقات پیشین، مطالعاتی در زمینه برداشت انرژی از امواج دریا انجام شده ولی تحقیقی کامل در زمینه برداشت انرژی با درنظر گرفتن مدل موج تصادفی جانسواپ انجام نشده است. مدل موج تصادفی جانسواپ تقریب بهتری برای شبیهسازی امواج دریا نسبت به مدل موج منظم ایری است. بههمین منظور در این مقاله یک تیر قائم متصل به کف دریا که مجهز به وصلههای پیزوالکتریک است، بهعنوان برداشت کننده انرژی درنظر گرفته شده و بعد از مدلسازی با استفاده از نرمافزار متلب شبیهسازی میشود. در ادامه با درنظر گرفتن مدل موج نامنظم جانسواپ پاسخ ارتعاشی تیر و به تبع آن توان تولیدی محاسبه شده و قابلیت اطمینان سیستم و تأثیر مقدار نامعینیهای وصلههای پیزوالکتریک روی توان تولیدی بهصورت آماری بررسی میشود. درنهایت احتمال خرابی برداشت کننده انرژی بر پایه تعریف مناسبی از معیار تخطی مطالعه شده است.https://jcme.iut.ac.ir/article_3164_f6e95e8d5594aec12c0e7a5ecb43032c.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Analysis of Particle Dispersion in Turbulent Mixed Convection of CuO-water Nanofluidتحلیل نحوه پخش نانوذرات در جریان جابهجایی مختلط آشفته نانوسیال آب و اکسید مس3547316510.29252/jcme.36.2.35FAفرزادبازدیدیطهرانیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهرانJournal Article20221231In the present paper, turbulent convection of CuO-Water Nanofluid in a vertical channel is investigated numerically. In order to simulate the flow, the fluid is considered as a continuous phase while the discrete nanoparticles are dispersed through it. The dispersion of CuO nanoparticles in different flow conditions are studied in order to find the effective mechanisms of particles dispersion in the channel. The results show that in the fully developed turbulent convection flow, thermophoresis is more dominant than Brownian motion of nanoparticles and therefore the nanoparticles aggregation are more in the central areas of the channel. While in entrance region, where the boundary layer is not fully formed, the particles dispersion are more uniform. Also, an increase in the nanoparticles concentration will increase the turbulent velocity fluctuations in regions near the wall and this two-sided effect will cause improvement in turbulent flow thermal transmitance than the laminar flow.در این پژوهش، جریان جابهجایی آشفته نانوسیال آب و اکسید مس در یک کانال قائم بهصورت عددی مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد. جهت مدلسازی جریان فاز سیال بهصورت پیوسته درنظر گرفته میشود، در حالی که نانوذرات بهصورت فاز گسسته در سیال پایه پخش شدهاند. نحوه پخش نانوذرات اکسید مس در سیال پایه در شرایط جریانی مختلف مطالعه میشود تا مکانیزمهای مؤثر بر توزیع نانوذرات در مقطع کانال مشخص شود. نتایج مبین این نکته است که در شرایط جریان جابهجایی آشفته و در ناحیه کاملاً توسعه یافته اثر پدیده ترموفورسیس بر حرکت براونی نانوذرات غلبه کرده و از اینرو تجمع ذرات در نواحی مرکزی کانال بیشتر است. اما در ناحیه ورودی که لایه مرزی بهطور کامل شکل نگرفته است، توزیع نانوذرات یکنواختتر است. همچنین افزایش کسر حجمی نانوذرات به افزایش نوسانات سرعت آشفتگی در نواحی نزدیک به دیواره کمک کرده و این اثر متقابل موجب بهبود بیشتر انتقال حرارت در جریان آشفته نسبت به جریان آرام میشود.https://jcme.iut.ac.ir/article_3165_946b3d5398c25511cf7c10afad273c91.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231An Improvement of Vermeer-de Borst Constitutive Model for Numerical Simulation of the Shear Behavior of Rockfillsارتقاء مدل رفتاری ورمر- دبورست بهمنظور شبیهسازی عددی رفتار برشی مصالح سنگریزهای4962316610.29252/jcme.36.2.49FAمرتضیسالاریدانشکده مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهدJournal Article20221231The most important features and phenomena of the deformation behavior of rockfills are stress-dependent stiffness, hardening and dilative (or contractive) behaviors, as well as breakage, rotation and redistribution of particle size. An elasto-plastic constitutive model has been suggested by Vermeer and de Borst to simulate the shear behavior of soils, concretes and rocks. This research has tried to improve this model for numerical simulation of the shear behavior of rock fills. The improvement of the model has been performed through proposing new mobilized dilation and friction angles functions and new relationships for some parameters. For validation, a series of large-scale triaxial tests performed on the rockfill shell of Masjed-e-Soleyman dam have been simulated with the improved model. The results show that the improved Vermeer-De Borst model has a good accuracy to simulate the shear behavior of rockfills numerically.وابستگی سختی به سطح تنش، رفتار سخت شوندگی و اتساعی، همچنین خردشدگی، چرخش و بازتوزیع اندازه ذرات مهمترین ویژگیها و پدیدههای تغییر شکلی مصالح سنگریزهای هستند. ورمر و دبورست مدلی الاستوپلاستیک برای شبیهسازی رفتار برشی خاک، بتن و سنگ پیشنهاد دادهاند. این مقاله درصدد آن است که مدل مذکور را به شیوهای ارتقاء دهد تا قابلیت شبیهسازی رفتار برشی مصالح سنگریزهای را داشته باشد. ارتقاء مدل بهواسطه پیشنهاد توابع زاویه اتساع و اصطکاک بسیج شده جدید و نیز روابط جدیدی برای بعضی پارامترهای مدل صورت گرفته است. برای اعتبارسنجی، آزمایشهای سه محوری بزرگ مقیاس انجام شده روی مصالح سنگریزهای پوسته سد مسجد سلیمان با مدل ارتقاء یافته شبیهسازی شده است. نتایج مطالعه نشان میدهد مدل ورمر- دبورست ارتقاء یافته دقت بسیار مناسبی در شبیهسازی عددی رفتار برشی مصالح سنگریزهای دارد.https://jcme.iut.ac.ir/article_3166_a3780ae3d4225d213200f4117e5fdaef.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231A Cyclical Integrated Production and Maintenance Systems Planning with Consideration of Identical Maintenance Periodsبرنامهریزی یکپارچه تولید و نگهداری و تعمیرات با درنظر گرفتن دورههای یکسان نت6378316710.29252/jcme.36.2.63FAمسعودربانیدانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه تهران، تهرانحامدفرخیاصلدانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهرانJournal Article20221231Integrating the concepts of maintenance and production planning strategies is one of the most recent and important issues for the reason of their effects on the final product price. This paper considers different situations for production lines, separately and independently, in ordinary time and overtime, assuming possibility of outsourcing. This paper aims to find an optimal maintenance strategy and to integrate maintenance strategy with production planning in batch production environment in order to reduce backorder sales and decrease the production and maintenance cost in the specified planning horizon. Therefore, a new mathematical formulation is proposed for this problem. The proposed mathematical model is solved with two metaheuristic algorithms, namely simulated annealing and harmony search algorithms, and the obtained results are compared with each other. Regarding numerical results, two applied algorithms show acceptable results and the performance of the algorithms are almost identical.موضوع نگهداری و تعمیرات و یکپارچه کردن آن با مسئله زمانبندی تولید، با توجه به نقش تأثیرگذار آن در قیمت تمام شده محصول نهایی، از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این پژوهش حالات مختلف برای هر خط تولید بهصورت مستقل و مجزا، در زمانهای کاری عادی و اضافهکاری و با درنظر گرفتن امکان برونسپاری، مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف این پژوهش پیدا کردن استراتژی بهینه نگهداری و تعمیرات و یکپارچهسازی آن با برنامهریزی تولید در یک سیستم تولید دستهای است، به نحوی که بدون سفارش عقب افتاده، پاسخگوی تقاضا باشد و جمع هزینههای تولید و نگهداری و تعمیرات را در یک افق برنامهریزی محدود حداقل کند. بدینمنظور یک مدل ریاضی برای این مسئله مورد بررسی پیشنهاد شده است. برای حل مدل ریاضی، از دو روش فرا ابتکاری شبیهسازی تبرید و جستجوی هارمونی استفاده شده است و پاسخها مورد مقایسه قرار گرفتهاند. دو الگوریتم از نظر کیفیت جوابها عملکرد قابل قبول و نزدیکی را فراهم آوردهاند.https://jcme.iut.ac.ir/article_3167_128f66ab1ac2c48861c7fd9ada60525f.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Nonlinear Buckling Analysis of Nano-composite Beam with Initial Geometrical Imperfection using Finite Element Methodتحلیل غیرخطی کمانش نانوتیر کامپوزیتی با درنظر گرفتن نقص هندسی اولیه با استفاده از روش اجزاء محدود7998316810.29252/jcme.36.2.79FAمهدیمحمدیمهردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشانJournal Article20221231In this research, the nonlinear buckling analysis of Functionally Graded (FG) nano-composite beam reinforced by various distributions of Boron Nitrid Nanotube (BNNT) is investigated under electro-thermodynamical loading with considering initial geometrical imperfection. The analysis is performed based on nonlocal elasticity theory and using the Finite Element Method (FEM). Various distributions of BNNT along the beam’s thickness are considered as uniform and decreasing-increasing functionally graded; and the extended mixture model is used to estimate the properties of nano-composite beam. The elastic medium around the smart nano-composite beam is modeled as elastic foundation. The governing equations of equilibrium are derived using energy method and nonlocal elasticity theory; and the critical buckling load is obtained for various boundary conditions such as simply-simply supported (S-S) and clamped-clamped (C-C) using the FEM. The results indicate that with an increase in the geometrical imperfection parameter, the stiffness of nano-composite beam increases and consequently the stability of the system increases. The effect of FG-X distribution type is more than uniform distributions. Also, the critical buckling load of nano-composite beam increases with an increase in the electric field and elastic foundation.در این پژوهش، تحلیل کمانش غیرخطی نانوتیرکامپوزیتی مدرج تابعی تقویت شده با توزیعهای مختلف نانو لولۀ نیترید-بور براساس تئوری الاستیسیته غیرمحلی بهروش اجزاء محدود بررسی میشود. نانوتیرکامپوزیتی تحت بارگذاریهای الکتروترمومکانیکی و نقص هندسی اولیه درنظر گرفته میشود. نانولولههای نیترید- بور در راستای ضخامت تیر بهصورت یکنواخت و مدرج تابعی با چیدمان کاهشی- افزایشی توزیع شدهاند و از مدل مخلوط توسعه یافته، برای تخمین خواص نانوتیر کامپوزیتی استفاده شده است. محیط الاستیک اطراف نانوتیر کامپوزیتی هوشمند بهصورت بستر الاستیک مدلسازی شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش انرژی و تئوری غیرموضعی الاستیسیته استخراج شده و بار کمانش بحرانی برای نانوتیر کامپوزیتی با شرایط مرزی مختلف شامل دو طرف تکیهگاه ساده یا دو طرف تکیهگاه گیردار بهروش اجزاء محدود بهدست میآیند. نتایج نشان میدهد با افزایش پارامتر نقص هندسی، سفتی نانوتیر کامپوزیتی افزایش یافته، درنتیجه پایداری سازه افزایش مییابد. استحکام چیدمان کاهشی- افزایشی، بیشتر از توزیع یکنواخت است. همچنین با اعمال پارامترهای میدان الکتریکی و بستر الاستیک بار کمانش بحرانی نانوتیر کامپوزیتی افزایش مییابد.https://jcme.iut.ac.ir/article_3168_18ea1ecf700a26d54ba7eff6f293598f.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Thermal Simulation of Friction Stir Welding in 304 Stainless Steel to 5083 Aluminum Dissimilar Jointشبیهسازی حرارتی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی اتصال غیرمشابه فولاد زنگنزن 304 به آلومینیوم 5083101117316910.29252/jcme.36.2.101FAبهزادصادقیاندانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهانJournal Article20221231Friction stir welding is of the most applicable methods to join dissimilar metals. In this study, the thermal distribution during the joining of 304 stainless steel and 5083 aluminum alloy by friction stir welding method was simulated by the finite element method. Both, transient and stationary thermal solutions were used in the simulations and the two methods were compared correspondingly. To verify the model, two sheets of stainless steel and aluminum were prepared and the friction stir welding was applied. Additionally, by using thermocouples temperature, the history of points on the sheets was obtained during welding. Then, the simulation and the experimental results were compared to validate the model. Finally, an artificial neural network model was created and the effect of different input parameters on the maximum temperature under the tool was investigated.جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از روشهای بسیار کاربردی در اتصال فلزات غیرمشابه است. در این پژوهش به شبیهسازی توزیع حرارت در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی اتصال غیرمشابه فولاد زنگنزن 304 به آلیاژ آلومینیوم 5083 با استفاده از روش المان محدود پرداخته شده است. حل حرارتی برای این مسئله از دو روش حل حالت پایدار و نیز حل حالت گذرا استفاده شده و دو روش با یکدیگر مقایسه شدهاند. قابل ذکر است که، بهمنظور اعتبارسنجی مدل، ورقهای فولاد زنگنزن و آلومینیوم آمادهسازی شده و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی صورت گرفته است. بهعلاوه با بهکار بردن ترموکوپل بر قطعات، تاریخچه دمایی نقاط حین جوشکاری برای دو فلز بهدست آمد. پس از آن، نتایج حاصل از شبیهسازی حرارتی با نتایج آزمایشگاهی حاصل از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی این اتصال مقایسه و اعتبارسنجی شد. در پایان با ساخت یک مدل شبکه عصبی، تأثیر پارامترهای ورودی فرایند جوشکاری بر حداکثر دمای زیر ابزار بررسی شد.https://jcme.iut.ac.ir/article_3169_22a9b4e1e9fbae3c5f22bac3761bdaa5.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231New Mathematical Model and Algorithm for Economic Lot Scheduling Problem in Flexible Flow Shopمدل ریاضی و الگوریتم جدید برای مسئله زمانبندی اقتصادی انباشته در محیط جریان کارگاهی انعطافپذیر119138317010.29252/jcme.36.2.119FAحسنزهلیگروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهرانJournal Article20221231This paper addresses the lot sizing and scheduling problem for a number of products in flexible flow shop with identical parallel machines. The production stages are in series, while separated by finite intermediate buffers. The objective is to minimize the sum of setup and inventory holding costs per unit of time. The available mathematical model of this problem in the literature suffers from huge complexity in terms of size and computation. In this paper, a new mixed integer linear program is developed for delay with the huge dimentions of the problem. Also, a new meta heuristic algorithm is developed for the problem. The results of the numerical experiments represent a significant advantage of the proposed model and algorithm compared with the available models and algorithms in the literature.در این مقاله مسئله تعیین اندازه انباشته و زمانبندی چند محصول در محیط جریان کارگاهی انعطافپذیر با ماشینهای موازی یکسان بررسی میشود. مراحل تولید بهصورت سری بوده و بافر محدود بین مراحل متوالی درنظر گرفته شده است. تابع هدف مسئله، کمینه سازی مجموع هزینههای راهاندازی و نگهداری در واحد زمان است. مدل ریاضی موجود در ادبیات مسئله دارای پیچیدگی اندازه و پیچیدگی محاسباتی زیادی است. در این مقاله، یک مدل ریاضی خطی مختلط عدد صحیح جدید برای مسئله ارائه میشود. همچنین یک الگوریتم فرا ابتکاری کارآمد برای حل ابعاد بزرگ مسئله پیشنهاد میشود. نتایج حاصل از انجام آزمایشات عددی، بیانگر برتری قابل توجه مدل و الگوریتم پیشنهادی این مقاله در مقایسه با مدل و الگوریتمهای موجود در ادبیات مسئله است.https://jcme.iut.ac.ir/article_3170_cca0ea0c492945d0191118c78b3806eb.pdfدانشگاه صنعتی اصفهانروشهای عددی در مهندسی2228769836220221231Numerical Simulation of 2D Sediment Transport Equations via Element Free Galerkinشبیهسازی عددی دو بعدی معادلات انتقال رسوب با استفاده از روش بدون شبکه گالرکین139154317110.29252/jcme.36.2.139FAعلیرحمانی فیروزجائیدانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابلJournal Article20221231In this research, the element free Galerkin is implemented to simulate the bed-load sediment transport equations in two dimensions. In this method, which is a meshless method, the computational domain is discretized by a set of arbitrarily scattered nodes and there is no need to use meshes, elements or any other connectivity information in nodes. The hydrodynamical part of sediment transport equations is modeled using 2D shallow water equations; and the Exner equation describes the sediment continuity. Eventually, to appraise the ability of considered method, several benchmark examples are solved and then, the obtained results are compared with previously published worksدر این پژوهش، روش عددی بدون شبکه گالرکین برای شبیهسازی معادلات انتقال رسوب بستر در حالت دو بعدی بهکار گرفته شد. این روش که یکی از روشهای بدون شبکه است، با استفاده از توزیع دلخواه گرهها در دامنه محاسباتی به گسستهسازی مکانی مسئله میپردازد و در این روش، نیازی به شبکه، المان و یا هرگونه اطلاعات ارتباط بین گرهای نیست. بخش هیدرودینامیک معادلات انتقال رسوب توسط معادلات دو بعدی آبهای کم عمق مدل شده و معادله اکسنر پیوستگی رسوب را توصیف میکند. در انتها به حل مثالهای مرجع جهت بررسی صحت کارایی روش مورد استفاده پرداخته شد و نتایج حاصل با تحقیقات سابق انجام شده مقایسه شد.https://jcme.iut.ac.ir/article_3171_7dd43fabfa1c3c8c6786ae01d5053d2f.pdf