دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Determination of convective velocity of eddies in turbulent channel flows using acoustic wave propagation محاسبه سرعت جابجایی گردابه‌های جریان آشفته در یک مجرا به کمک انتشار امواج صوتی 1 17 3663 10.47176/jcme.44.2.1053 FA مهدی رسمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران مهرداد تقی زاده منظری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران 0000-0003-0297-7053 Journal Article 2025 06 09 In recent years, the use of turbulent flow noise in internal flows, as a non-invasive method for measuring fluid flow velocity, has increasingly attracted the attention of engineers. The main challenge in this method is establishing a meaningful relationship between the characteristics of turbulent flow and the sound signals received on the wall. This paper investigates turbulent flow in a straight rectangular channel to explain the connection between turbulent flow structures and the acoustic signals recorded on the channel walls. The friction Reynolds number of the flow is 395, and the flow analysis is carried out using the Large Eddy Simulation (LES) method for a three-dimensional channel. After solving the flow field and obtaining the incompressible sources, the acoustic field is also derived using a hybrid acoustic model. Analyses showed that, at low Mach numbers, incompressible pressure fluctuations, known as pseudo-sound, dominate the sound spectrum. These fluctuations originate from the local convection of turbulent vortices on the channel walls and leave significant effects on the wall surface. These effects are measurable, and by tracking them along the channel walls, it is possible to determine the convection velocities of flow structures at different length scales. For large, energy-dominant structures (integral length scales), the convection velocities range between 0.6 to 0.8 times the mean channel velocity. It was also found that, with increasing the mean flow velocity, the accuracy of the velocity measurement obtained from this method is improved در سال‌های اخیر استفاده از صدای جریان آشفته در جریان‌های داخلی به‌عنوان یک روش غیر تهاجمی اندازه‌گیری سرعت جریان سیال بیش از پیش توجه مهندسان را به خود جذب کرده است. چالش اصلی در این روش ایجاد ارتباط معنی‌دار بین خصوصیات جریان آشفته و صدای دریافتی بر روی دیواره است. مقاله حاضر به مطالعه جریان‌ آشفته در یک مجرای مستقیم با مقطع مستطیلی شکل می‌پردازد تا ارتباط بین ساختارهای جریان آشفته و سیگنال‌های صوتی ثبت شده بر دیواره‌های مجرا را تشریح نماید. عدد رینولدز اصطکاکی جریان برابر 395 بوده و تحلیل جریان با استفاده از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ1 برای یک مجرای سه بعدی انجام می‌شود. بعد از حل میدان جریان و به‌دست آوردن منابع تراکم‌ناپذیر، میدان آکوستیک نیز با استفاده از یک مدل ترکیبی آکوستیک بدست می‌آید. تحلیل‌ها نشان داد که در اعداد ماخ پایین، نوسانات فشار غیرقابل تراکم که به‌عنوان شبه‌صدا شناخته می‌شوند، در طیف صدا غالب هستند. این نوسانات از جابجایی محلی گردابه‌های آشفته بر روی دیواره‌های مجرا ناشی می‌شوند و اثرات قابل توجهی از خود بر روی دیوار به‌جای می‌گذارند. این اثرات قابل اندازه‌گیری است و با ردیابی آن‌ها دیواره مجرا، می‌توان سرعت‌های جابجایی ساختارهای جریان در مقیاس‌های طولی مختلف را تعیین کرد. برای ساختارهای بزرگ و غالب از نظر انرژی (مقیاس‌های طولی انتگرالی)، سرعت‌های انتقال در بازه‌ای بین 6/0 تا 8/0 سرعت متوسط کانال هستند. همچنین مشخص شد که با افزایش سرعت متوسط جریان، دقت سرعت اندازه‌گیری شده از این روش نیز بالاتر می‌باشد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3663_ddf9029977a61241841edeae15e9b53f.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Numerical Implementation of a Hyperelastic-Viscoplastic Constitutive Model to Simulate the Mechanical Behaviour of Two Segmented Thermoplastic Elastomer Polymers پیاده‌سازی عددی مدل ساختاری هایپرالاستیک-ویسکوپلاستیک برای شبیه‌سازی رفتار مکانیکی پلیمرهای الاستومر گرمانرم با ساختار دو فازی 19 47 3664 10.47176/jcme.44.2.1054 FA احسان احمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان ، ایران محمد رضا فروزان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان ، ایران پیمان مصدق دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان ، ایران منیژه آقایی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان ، اصفهان ، ایران Journal Article 2025 06 19 Thermoplastic polyurethane (TPU) elastomers are widely used in industries such as automotive and medical due to their unique mechanical properties. However, their complex deformation behavior, resulting from the interaction between soft amorphous and hard crystalline phases, necessitates accurate numerical modeling for reliable prediction under various loading conditions. This study aims to characterize the deformation behavior of TPU through experimental testing and the implementation of a suitable constitutive model. A phenomenological material framework was developed and implemented in the ABAQUS/Explicit finite element software via a user-defined VUMAT subroutine. The model consists of an equilibrium hyperelastic component representing the soft phase, based on the Arruda-Boyce eight-chain model, and a elastic-viscoplastic- component for the hard phase. The latter is formulated using a linear elastic spring, a nonlinear viscous damper based on a modified Ree-Eyring model, and a frictional element. The model parameters were calibrated using a series of uniaxial compression tests under monotonic and cyclic loading at various strain rates at room temperature. The results showed that, as the fraction of the hard component increased, TPU exhibits stronger plastic behavior, with more energy dissipation and less shape recovery. Moreover, when subjected to a strain of -1.0 after each loading-unloading cycle, it exhibits a residual strain that is not fully recovered even several weeks after the end of the test. Furthermore, the model demonstrates the capability to simulate TPU response under other loading scenarios such as tension and stress relaxation. This work offers physical insight into the deformation mechanisms of TPU and provides a practical modeling tool for its complex elastomeric-plastic behavior. کاربرد گسترده‌ی الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان (TPU) به‌ویژه در صنایع خودروسازی و پزشکی، نیاز به توسعه‌ی مدل‌های عددی دقیق جهت پیش‌بینی پاسخ این مواد دوفازی در مواجهه با بارگذاری‌های مختلف را به‌عنوان یک ضرورت مطرح کرده است. هدف از این مطالعه، شناسایی رفتار تغییر شکل الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان‌ها از طریق انجام آزمایش‌های تجربی و تطبیق یک مدل ماده مناسب با آن و سپس پیاده‌سازی مدل ساختاری در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس بهروش حلگر صریح از طریق زیرروال VUMAT است. چارچوب مادی پدیده شناختی شامل یک مؤلفه تعادلی برای توصیف پاسخ غیراتلافی هایپرالاستیک فاز نرم بیشکل و یک مؤلفه الاستیک-ویسکوپلاستیک برای تغییرات در فاز سخت بلورین TPU است. در این چارچوب، فاز نرم به‌صورت یک عنصر فنری هایپرالاستیک مدل هشت زنجیرهای آرودا-بویس و فاز سخت به‌صورت ترکیبی از یک فنر الاستیک خطی، میراگر ویسکوپلاستیک غیرخطی مدل ری- اِیرینگ اصلاح شده و یک عنصر اصطکاکی مدل‌سازی شده است. صحت پیاده‌سازی مدل با استفاده از آزمون‌های فشار تک‌محوره به‌صورت یکنواخت و چرخ‌های در نرخ‌ کرنش‌های مختلف در شرایط همدما مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش درصد فاز سخت، TPU رفتارهای پلاستیکی قوی‌تر، با اتلاف انرژی بیشتر و بازیابی شکل کمتر نشان می‌دهد و با اعمال کرنش فشاری یک، پس از هر چرخه بارگذاری- باربرداری، کرنش پسماند حاصل، حتی تا چند هفته پس از پایان آزمایش به‌طور کامل بازیابی نمی‌شود. تطابق بین مدل و داده‌‌های آزمایشگاهی برای TPUهای نماینده، نه‌تنها بینش فیزیکی از مکانیزم‌های تغییر شکل مواد TPU ارائه داد بلکه قابلیت‌های شبیه‌‌سازی پدیده‌های اصلی از جمله رفتارهای الاستیک و ویسکو پلاستیک وابسته به زمان و رژیم نرم‌شوندگی را که وابسته به درصد فاز سخت TPU هستند، به‌خوبی توصیف کرد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3664_b67fb3360ae5597d85a005153451dd4e.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Evaluation of Signal Processing and Deep Learning Methods for Inter-Beat Interval Extraction from Ballistocardiography Signals ارزیابی روش‌های پردازش سیگنال و یادگیری عمیق برای استخراج فواصل ضربان به ضربان از سیگنال بالیستوکاردیوگرافی 49 61 3678 10.47176/jcme.44.2.1056 FA رویا تباشیری اصفهانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان،‌ ایران علی لقمانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران امیر اخوان دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران امیرطه تائبی دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه لیهای، ایالت پنسیلوانیا، آمریکا Journal Article 2025 07 08 Cardiovascular diseases remain the leading cause of mortality worldwide, highlighting the critical need for continuous and non-invasive monitoring of cardiac function to enable early detection and effective management. Ballistocardiography (BCG), which captures the mechanical forces associated with cardiac activity, holds great promise for unobtrusive heart monitoring in daily-life settings without requiring direct electrode contact. However, the inherent complexity and high susceptibility to noise in BCG signals make the accurate extraction of key cardiac parameters—particularly inter-beat intervals (IBIs)—a challenging task. This study presents a comprehensive evaluation of five distinct signal processing and deep learning approaches for IBI estimation from BCG signals, validated against synchronized electrocardiogram (ECG) recordings. In contrast to the previous works, we employ a publicly available dataset distinct from those commonly used, enabling a broader assessment of method generalizability—particularly for the CLIE algorithm. The evaluated methods include: Continuous Local Interval Estimator (CLIE), CLIE with adaptive windowing, Multilayer Perceptron (MLP), Convolutional Neural Network (CNN), and Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) network. For the deep learning methods (MLP and CNN), we propose novel network architectures specifically tailored to the characteristics of BCG signals, leading to improved performance compared to conventional designs. Furthermore, our BiLSTM-based method not only incorporates testing on a dataset different from that of previous reference studies, but also focuses on the accurate prediction of R-peak locations in the BCG signal, from which IBIs are subsequently derived. Evaluation based on Mean Absolute Error (MAE), 95th percentile error, and correlation coefficient shows that the CLIE method achieved the best overall IBI estimation accuracy, with an MAE of 28.7 milliseconds and the highest correlation coefficient (0.77). The BiLSTM method, while having a slightly higher MAE (40.1 milliseconds), demonstrated superior robustness to outliers by achieving the lowest 95th percentile error (9.5%). The MLP and CNN methods showed moderate performance, and the adaptive windowing variant of CLIE performed the worst. These findings demonstrate that accurate IBI extraction from BCG signals is feasible, and that both the CLIE and BiLSTM approaches are promising candidates for implementation in intelligent, home-based cardiac monitoring systems—offering, respectively, high accuracy and strong resilience to large errors. بیماری‌های قلبی-عروقی یکی از اصلی‌ترین عامل مرگ‌ومیر در جهان هستند و پایش مداوم و غیرتهاجمی شاخص‌های قلبی برای تشخیص زودهنگام و مدیریت این بیماری‌ها حیاتی است. سیگنال بالیستوکاردیوگرافی (BCG)، که بازتابی از نیروهای مکانیکی ناشی از فعالیت قلبی است، پتانسیل بالایی برای پایش سلامت قلب در محیط‌های روزمره و بدون نیاز به اتصال الکترود به بدن را فراهم می‌کند. با این حال، ماهیت پیچیده و حساس به نویز این سیگنال، استخراج دقیق پارامترهای کلیدی مانند فواصل ضربان به ضربان (IBI) را به یک چالش تبدیل کرده است. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی جامع پنج رویکرد متفاوت پردازش سیگنال و یادگیری عمیق برای استخراج دقیق IBI از سیگنال BCG و اعتبارسنجی آن‌ها با سیگنال مرجع الکتروکاردیوگرام (ECG) است. بدین منظور، از یک مجموعه داده عمومی شامل سیگنال‌های همزمان BCG و ECG از ۴۰ شرکت‌کننده استفاده شد. در این مطالعه روش‌های تخمین‌گر فاصله‌ای محلی پیوسته (CLIE)، روش CLIE با پنجره تطبیقی، شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، شبکه عصبی کانولوشنال (CNN) و شبکه عصبی حافظه طولانی کوتاه‌مدت دوطرفه (BiLSTM) ارزیابی‌شده است. نتایج ارزیابی با استفاده از معیارهای میانگین خطای مطلق (MAE)، صدک ۹۵ خطا و ضریب همبستگی نشان داد که روش CLIE با MAE برابر با 7/28 میلی‌ثانیه و بالاترین ضریب همبستگی (۷۷/0) بهترین عملکرد کلی را در دقت تخمین IBI داشته است. از سوی دیگر، روش BiLSTM با وجود خطای میانگین کمی بالاتر (1/40 میلی‌ثانیه)، با ثبت کمترین مقدار برای صدک ۹۵ خطا (5/9٪)، پایداری و قابلیت اطمینان بالایی در کنترل خطاهای بزرگ از خود نشان داد. روش‌های MLP و CNN عملکردی متوسط و روش پنجره تطبیقی ضعیف‌ترین عملکرد را داشتند. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد که استخراج دقیق IBI از سیگنال BCG امری امکان‌پذیر است و روش‌های CLIE و BiLSTM به ترتیب به دلیل دقت بالا و پایداری مناسب، گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای توسعه سیستم‌های پایش سلامت هوشمند و خانگی هستند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3678_2151b4c76b4dcb048d06a5c32942b6f6.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Evaluation of the Creep Behavior of HP35Nb Heat Resistant Steel Using Finite Element Method ارزیابی رفتار خزشی فولاد مقاوم به حرارت HP35Nb با روش شبیه‌سازی اجزای محدود 63 78 3679 10.47176/jcme.44.2.1059 FA ابوذر طاهری زاده دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران یاسمین محمدی دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2025 07 13 Prediction of creep behavior in heat-resistant alloys, especially under elevated stress and temperature conditions, is crucial for the design and optimization of industrial components. Significant risks and costs often arise from sudden damage and failure due to creep. Experimental tests for evaluation of creep behavior are time-consuming and expensive; thus, developing accurate numerical models for creep prediction is essential. The power law model and theta projection model are known as two widely-used methods. This study investigated the creep behavior of HP35Nb alloy under varying stress conditions and elevated temperatures through simulations using both power law and theta projection models. A comparison of the numerical results with experimental data was conducted to assess the accuracy of each model in predicting creep behavior. The findings showed that the theta projection model, due to its ability to represent all three stages of creep, aligned more closely with the experimental data and was identified as a suitable choice for predicting the long-term creep. This model was able to estimate rupture time with minimal discrepancy compared to the experimental results, and displayed consistent performance under both high and low stresses. In contrast, the power law model demonstrated high accuracy during the initial and secondary stages of creep, but its predicted strains were lower than the experimental values in the tertiary stage. Moreover, at elevated stresses, the power law model exhibited significant deviation from the experimental data, while its predictions were more accurate at lower stresses. پیش‌بینی رفتار خزشی آلیاژهای مقاوم به حرارت در شرایط تنش و دمای بالا، نقش کلیدی در طراحی و بهینه‌سازی قطعات صنعتی دارد. آسیب و گسیختگی ناگهانی می‌تواند خطرات و هزینه‌های قابل‌توجهی را تحمیل کند. آزمون‌های تجربی برای بررسی رفتار خزشی تحت شرایط واقعی، فرایندی زمان‌بر و پرهزینه است. بنابراین، توسعه مدل‌های عددی دقیق برای پیش‌بینی خزش، امری ضروری است. انتخاب مدلی مناسب و سازگار با ویژگی‌های خزشی ماده، تأثیر قابل‌توجهی در دقت پیش‌بینی‌ها دارد. لازم است باتوجه به رفتار خزشی ترکیب موردنظر مدل متناسب انتخاب شود. مدل‌های مختلفی برای توصیف رفتار خزشی توسعه یافته‌اند که در این میان، مدل قانون توان و مدل تتا پروجکشن به‌عنوان دو مدل پرکاربرد شناخته می‌شوند. در این پژوهش، رفتار خزشی آلیاژ HP35Nb تحت شرایط مختلف تنش و دمای بالا با استفاده از این دو مدل شبیه‌سازی شد. نتایج با داده‌های تجربی مقاله خزشی این آلیاژ مقایسه شد تا دقت هر مدل در پیش‌بینی رفتار خزشی مشخص شود. به‌منظور تعیین شرایط کارکرد بهینه دو مدل تتا پروجکشن و قانون توان در پیش‌بینی رفتار خزشی ماده به‌ویژه تعیین عملکرد آن‌ها در مراحل مختلف خزش، نتایج حل عددی مدل‌ها در شرایط مرزی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل تتا پروجکشن، به دلیل توانایی در توصیف هر سه مرحله خزش به‌ویژه در دما و تنش‌های بالا، تطابق بیشتری با داده‌های آزمایشگاهی داشته و گزینه مناسبی برای پیش‌بینی خزش در شرایط بلندمدت است. این مدل توانست زمان گسیختگی را بادقت مناسبی پیش‌بینی و در تنش‌های بالا و پایین عملکرد پایداری داشته باشد. در مقابل، مدل قانون توان در مرحله اول و دوم خزش دقت بالایی داشت اما در مرحله سوم، کرنش‌های کمتری از مقدار واقعی پیش‌بینی‌ کرد. بعلاوه، در تنش‌های بالاتر، مدل قانون توان دچار انحراف قابل‌توجهی از داده‌های تجربی شد، درحالی‌که در تنش‌های پایین عملکرد بهتری داشت.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3679_74791edf1f8e8b8289a5067737630874.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Impact of Calcified Plaque Material Properties on TAVI Performance: A Finite Element Analysis تأثیر ویژگی‌های مادی پلاک کلسیفیه بر عملکرد تاوی: تحلیل اجزای محدود 79 104 3677 10.47176/jcme.44.2.1055 FA محمد اسدی دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصقهان، اصفهان، ایران، صندوق پستی 8415683111. مهدی سلمانی تهرانی دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصقهان، اصفهان، ایران، صندوق پستی 8415683111. زهرا متین قهفرخی - دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران - گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران Journal Article 2025 07 01 Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has revolutionized the treatment of aortic stenosis, offering a minimally invasive alternative to traditional open-heart surgery. Despite its advantages, TAVI procedures are still associated with substantial complications, including embolism, paravalvular leak, aortic root rupture, and prosthesis migration. To enhance procedural safety and efficacy, advanced computational simulations are increasingly being employed as powerful tools to aid clinicians in pre-operative planning and mitigate potential risks. In this paper, a patient-specific approach was utilized to reconstruct a high-fidelity 3D model of a patient's heart from CT scan images using Mimics software. To achieve this, three distinct finite element simulations were performed to model the TAVI implantation process under various conditions; a healthy valve without calcification, and valves with calcified plaques exhibiting two different mechanical properties. The simulation results demonstrated that the presence and specific mechanical characteristics of calcified plaques within the native aortic valve profoundly impact the stress distribution and structural deformations of both the host cardiac tissue and the prosthetic valve. Specifically, calcified lesions significantly altered the biomechanical environment, leading to localized stress concentrations and altered leaflet coaptation. This research underscores the critical importance of accurately incorporating the mechanical properties of calcified plaques into computational models for precise prediction of implanted prosthetic valve behavior and optimization of TAVI outcomes. These findings contribute valuable insights for personalized procedural planning and the development of next-generation TAVI devices. درمان تنگی دریچه‌ی آئورت با استفاده از کاشت دریچه آئورت ترنسکتتر (تاوی) به‌عنوان روش جایگزین کم‌تهاجمی برای جراحی قلب باز مطرح شده است. با این حال، عوارضی مانند آمبولی، نشت پاراوالویولار، پارگی ریشه آئورت و جابه‌جایی پروتز، هم‌چنان چالش‌های قابل توجهی به‌شمار می‌روند. شبیه‌سازی‌های محاسباتی پیشرفته ابزاری قدرتمند برای حمایت از پزشکان در برنامه‌ریزی روش تاوی و کاهش عوارض احتمالی ارائه می‌دهند. در این مقاله، برای بررسی تأثیر پلاک‌های کلسیفیه بر عملکرد زیست-مکانیکی ایمپلنت تاوی، یک مدل سه‌بعدی از قلب بیمار بر اساس تصاویر سی‌تی‌اسکن و با به‌کارگیری نرم‌افزار میمیکس بازسازی شد. سپس برای مدل‌سازی عملکرد ایمپلنت تاوی در شرایط مختلف، سه شبیه‌سازی جداگانه‌ی اجزای محدود انجام شد. یک شبیه‌سازی برای دریچه‌ی سالم بدون کلسیفیکاسیون و دو دریچه نیز با پلاک‌های کلسیفیه، با دو گونه‌ی متفاوت از ویژگی‌های مکانیکی، انجام شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که وجود و ویژگی‌های مکانیکی خاص پلاک‌های کلسیفیه در دریچه‌ی آئورت بومی، بر توزیع تنش و تغییرشکل‌های ساختاری بافت قلبی میزبان و دریچه‌ی پروتزی تأثیر می‌گذارد. به‌ویژه، ضایعات کلسیفیه محیط زیست‌مکانیکی را به‌طور قابل توجهی تغییر داده و به تمرکز تنش‌های موضعی و تغییر در هم‌پوشانی برگچه‌ها می‌انجامد. این پژوهش بر اهمیت گنجاندن دقیق خواص مکانیکی پلاک‌های کلسیفیه در مدل‌های محاسباتی برای پیش‌بینی دقیق رفتار دریچهی پروتزی کاشته شده و بهینه‌سازی نتایج تاوی تأکید می‌کند. این یافته‌ها بینش‌های ارزشمندی را برای برنامه‌ریزی شخصی‌سازی شده، برای انجام عمل و توسعه‌ی نسل بعدی دستگاه‌های تاوی ارائه می‌دهند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3677_71d7232b9fed020ca23729017873089e.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Simulation of Tumor Growth and Division Under Chemical Driving Forces Using the Phase Field Method شبیه‌سازی رشد و تقسیم تومور تحت نیروهای محرکه شیمیایی با استفاده از روش میدان فاز 105 126 3719 10.47176/jcme.44.2.1058 FA پیمان نادری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان مهدی جوانبخت دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان احمدرضا پیشه ور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان Journal Article 2025 07 12 In this paper, growth and division of tumors are investigated using the phase field modeling. By considering the environment as fluid, conditions such as chemotaxis and haptotaxis processes are used to study the growth and division of tumors. In this model, growth pressure, velocity field and different concentrations coupled with the phase field equation are used to simulate the membrane of the tumor, separating it from the extracellular matrix (ECM). Also, processes such as chemotaxis and haptotaxis, different meshes, initial tumor ovalities, interface thicknesses and surface tensions are used to model the tumor evolution. The obtained results show that in tumors with higher initial ovality, the evolution accelerates but the morphology remains unchanged. Using this model, a membrane thickness range is found, out of which the growth is unphysically suppressed. Large and small surface tension coefficient suppresses the growth and leads to the interface widening, respectively. The physical range of the surface tension coefficient is also found, below which the growth is suppressed and above which interface widening occurs. The rate of tumor growth increases by adding the haptotaxis and in particular, chemotaxis. The former results in tumor dividing while the latter causes the tumor branching. Higher taxis coefficient results in higher branching rate. Chemotaxis shows a larger effect on the tumor morphology and kinetics than the haptotaxis. Combining both mechanisms leads to simultaneous tumor division and branching. The obtained results help for a better understanding of the key parameters in tumor growth and division. در این مقاله، رشد و تقسیم تومورها با استفاده از روش میدان فاز بررسی می‌گردد. با در نظر گرفتن محیط تومور به عنوان سیال، رشد و تقسیم تحت نیروهای محرکه شیمیایی مطالعه می‌شود. برای شبیه‌سازی مرز مشترک جداکننده تومور و ماده زمینه خارج سلولی، روابط فشار رشد، میدان سرعت و غلظت‌های مختلف به صورت جفت شده با معادلات میدان فاز استفاده می‌شوند. همچنین، فرایندهایی مانند کموتاکسی و هپتوتاکسی و شرایط مختلفی از شبکه‌بندی حل، شکل اولیه تومور، ضخامت مرز مشترک و ضریب کشش سطحی در مدل‌سازی تکامل تومور استفاده می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که در تومورهایی با شکل اولیه بیضی‌گون کشیده‌تر، رشد تسریع می‌شود؛ اما، شکل نهایی تغییری نمی‌کند. با استفاده از این مدل، محدوده‌ای برای ضخامت مرز مشترک به دست آمد که در آن رشد به صورت غیرفیزیکی متوقف می‌شود. هم چنین، محدوده فیزیکی برای ضریب کشش سطحی به نحوی به دست آمد که کمتر از آن، توقف رشد و بیشتر از آن، باز شدن بیش از حد مرز مشترک رخ می‌دهد. با اضافه شدن هپتوتاکسی و به خصوص کموتاکسی، نرخ رشد تومور افزایش می‌یابد. اولی موجب تقسیم شدن، در حالی که دومی باعث شاخه‌ای شدن تومور می‌گردد. هرچه ضریب بیشتر باشد، شاخه‌ای شدن بیشتر به وقوع می‌پیوندد. کموتاکسی نسبت به هپتوتاکسی اثر بیشتری بر روی شکل و سرعت تغییرات تومور می‌گذارد. با ترکیب اثر هر دو عامل، تقسیم و شاخه‌ای شدن، به صورت هم‌زمان، دیده می‌شود. نتایج به دست آمده در درک بهتر عوامل کلیدی در رشد و تقسیم تومور کمک می‌کند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3719_9e740b84bb48a64dde25061566299467.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Robust Optimization Model for Project Scheduling Problem with Resource Constraints ارائه مدل بهینه‌سازی استوار برای مسئله زمان‌بندی پروژه با محدودیت منابع 127 149 3720 10.47176/jcme.44.2.1060 FA نسیم نهاوندی دانشکده مهندسی صنایع و سیستم ها، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-1445-6557 مژده مرادی دانشکده مهندسی صنایع و سیستم ها، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2025 07 27 Accurate management of projects is necessary to keep companies competitive. The resource-constrained project scheduling problem (RCPSP) includes activities that must be planned according to priority and resource constraints, and minimize the project completion time. This has become a well-known standard problem in the field of project planning, and various formats of the initial RCPSP have been developed. On the other hand, due to the inherent uncertainty of the project environment, which causes uncertainty in the time and resource parameters, examining such issues considering this uncertainty at the same time as the complexity of the issue is very necessary. The purpose of this research is to provide an approach for the allocation of limited resources in the multi-project scheduling problem, with the uncertainty of the duration of the project activities. Also, in the space of this problem, the selection of the supplier of resources has been considered as the objectives of the problem. After introducing the stable model based on the scenario, the answers were analyzed using the meta-heuristic algorithm of multi-objective genetic, and the results show that with an increase in the cost of providing resources, the cost of the whole project increases, but this increase is more in the fourth scenario. This increase is not only in the cost, but also leads to an increase in the project time. On the other hand, the risk of supplier failure can affect the cost and time of the project. As the risk of supplier failure increases, the cost increases and the highest increase occurs in scenario 1, while in scenario 3, the lowest cost increase occurs due to the risk of supplier failure. ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ دﻗﯿﻖ ﭘﺮوژهﻫﺎ ﺑﺮای ﺣﻔﻆ ﺷﺮﮐﺖﻫﺎ در ﻋﺮﺻﻪ رﻗﺎﺑﺖ اﻣﺮی ﺿﺮوری اﺳﺖ. مسئله زمان‌بندی پروژه با محدودیت منابع (RCPSP) شامل فعالیت‌هایی می‌شود که باید با توجه به محدودیت‌های اولویت و منابع، برنامه‌ریزی شده و زمان اتمام پروژه به حداقل برسد. این مسئله به طور استاندارد به مسئله شناخته شده در زمینه برنامه‌ریزی پروژه تبدیل شده است و فرمت‌های مختلف RCPSP اولیه توسعه یافته است. از طرفی با توجه به عدم قطعیت ذاتی محیط پروژه که موجب عدم قطعیت در پارامتر‌های زمان و منبع می‌شود. بررسی این‌گونه مسائل با در نظر گرفتن این عدم قطعیت در عین پیچیدگی مسئله ضرورت زیادی دارد. هدف از این تحقیق ارائه‌ی رویکردی برای تخصیص منابع محدود مسئله زمان‌بندی چند پروژه‌ای با عدم قطعیت مدت زمان فعالیت‌های پروژه است. همچنین در فضای این مسئله انتخاب تامین کننده‌ی منابع هم به عنوان اهداف مسئله در نظر گرفته شده است. پس از معرفی مدل استوار مبتنی بر سناریو جواب‌ها با استفاده از الگوریتم فراابتکاری ژنتیک چند‌هدفه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و نتایج نشان می‌دهد با افزایش هزینه تامین منابع هزینه کل پروژه افزایش می‌یابد. چهار سناریو در مدل تحقیق حاضر در نظر گرفته می‌شود که شامل مازاد نیروی کار و کمبود منابع؛ کمبود نیروی کار و مازاد منابع، افزایش قیمت محصولات پروژه و افزایش هزینه، عدم افزایش قیمت محصولات پروژه و عدم افزایش هزینه است. با افزایش هزینه تامین منابع بیشترین افزایش در سناریوی چهارم رخ می‌دهد. این افزایش صرفا در هزینه نیست و منجر به افزایش زمان پروژه نیز می‌شود از سوی دیگر ریسک شکست تامین کننده می‌تواند بر هزینه و زمان پروژه اثرگذار باشد. با افزایش ریسک شکست تامین کننده هزینه افزایش یافته و بیشترین افزایش در سناریوی یک رخ می‌دهد درحالی که در سناریوی سه کمترین افزایش هزینه به دلیل ریسک شکست تامین کننده رخ می‌دهد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3720_532b81fa223a1b1ec74139a5b8151d12.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 On the Use of Error Weight Function in the Numerical Solution of Nonlocal Problems Using the Finite Element Method استفاده از تابع وزن خطا در حل عددی مسائل غیرمحلی با استفاده از روش اجزای محدود 151 165 3721 10.47176/jcme.44.2.1062 FA علی گرامی دانشکده مهندسی مکانیک. دانشگاه صنعتی اصفهان محمد سیلانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان مهدی جوانبخت دانشکده مهندسی مکانیک. دانشگاه صنعتی اصفهان Journal Article 2025 08 30 Various functions can serve as weight functions in the numerical solution of nonlocal problems, including the error function. The value of the error function at a given point depends on the nonlocal parameter and the distance from the target point. To reduce computational costs in numerical procedures, interactions are often neglected between the points with a distance above a specific radius (interaction radius). Consequently, a relationship between the radius and the nonlocal parameter in the error function is established to determine the optimal interaction radius. Due to the widespread utilization of the finite element method in the solution of non-local problems, and considering application of the integral value of the weight function in two-phase kernels, the effect of element size on the calculation of the integral value is investigated. The findings indicate that, due to discretization, the error in calculating the integral value of the weight function increases as the ratio of the element size to the nonlocal parameter grows. This can result in an integral value exceeding 1, thereby violating the normalization condition of the weight function. تابع‌های مختلفی به عنوان تابع وزن در حل عددی مسائل غیرمحلی استفاده می‌شوند که تابع خطا یکی از آن‌ها است. مقدار تابع خطا در یک نقطه، وابسته به پارامتر غیرمحلی و فاصله تا نقطه هدف است. برای کاهش هزینه محاسباتی در حل عددی، اثر متقابل نقاطی که فاصله‌شان بیشتر از یک شعاع مشخص (شعاع برهم‌کنش) است، معمولا در نظر گرفته نمی‌شود. بنابراین، با هدف تعیین شعاع برهم‌کنش بهینه، یک ارتباط بین این شعاع و پارامتر غیرمحلی در تابع خطا به دست آمد. با توجه به کاربرد گسترده روش اجزای محدود در حل مسائل غیرمحلی و کاربرد مقدار انتگرال تابع وزن در کرنل‌های دوفازی، تاثیر اندازه المان‌ در مقدار این انتگرال بررسی شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که به دلیل گسسته‌سازی، با افزایش نسبت اندازه المان به پارامتر غیرمحلی، خطا در محاسبه مقدار انتگرال تابع وزن افزایش می‌یابد. این موضوع می‌تواند منجر به مقدار انتگرال بیش از یک شود و در نتیجه شرط بهنجارشدن تابع وزن را نقض کند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3721_9e406957d45fcb6c6f38c2ada7bace91.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Modeling of Transient Nonlinear Heat Conduction with Temperature-Dependent Material Properties مدل‌سازی هدایت حرارت غیرخطی گذرا با خواص مواد وابسته به دما 167 188 3722 10.47176/jcme.44.2.1066 FA امین موسائی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان 0000-0002-4976-914X Journal Article 2025 10 12 In recent years, growing attention has been directed toward developing more realistic physical models for simulating complex and technically significant problems. This approach often leads to the formulation of nonlinear, multidimensional, and highly intricate models, whose analysis and solution require advanced numerical and analytical techniques. One of the most notable examples in this context is the transient and nonlinear heat conduction problem with temperature-dependent material properties. This paper presents, analyzes, and evaluates a comprehensive set of possible mathematical models for simulating this phenomenon, some of which are introduced here for the first time. Special emphasis is placed on the application of the Kirchhoff integral transform, typically used in steady-state nonlinear problems, and its precise implementation under transient conditions is thoroughly investigated. Based on this transform, both linear and nonlinear models are derived and compared. The linear models are particularly valuable due to their ability to yield accurate analytical solutions, facilitate inverse heat conduction analyses, enable temperature field control strategies, and offer clearer physical interpretations. Additionally, three new nonlinear models are proposed, two of which demonstrate very high accuracy, while the third, despite its lower precision, provides superior computational simplicity and faster performance. The findings of this study can serve as a foundation for developing more advanced thermal models and optimizing the design of engineering heat transfer systems در سال‌های اخیر، توسعه مدل‌های فیزیکی واقع‌گرایانه برای شبیه‌سازی پدیده‌های حرارتی پیچیده مورد توجه گسترده‌ای قرار گرفته است. در این پژوهش، مسئله هدایت حرارت گذرا و غیرخطی با خواص وابسته به دما بررسی شده و مجموعه‌ای از مدل‌های ریاضی برای توصیف آن ارائه می‌شود. رویکرد اصلی تحقیق بر استفاده از تبدیل انتگرالی کیرشهف برای مدل‌سازی معادله غیرخطی حرارت و تحلیل دقیق نحوه به‌کارگیری آن در شرایط گذرا است. بر اساس این روش، مدل‌های خطی و غیرخطی استخراج و مقایسه شده‌اند. مدل‌های خطی به دلیل امکان دستیابی به حل‌های تحلیلی و قابلیت استفاده در کنترل دما و حل مسائل معکوس، اهمیت ویژه‌ای دارند. همچنین سه مدل غیرخطی جدید معرفی شده است که دو مدل دقت بالا و مدل سوم با وجود دقت کمتر، از سادگی و سرعت محاسباتی بالایی برخوردار است. نتایج این پژوهش می‌تواند در طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های مهندسی حرارتی و توسعه روش‌های پیش‌بینی و کنترل دما در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3722_56e6a93212e4482d99c84a639d254b67.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 44 2 2025 11 22 Parametric Study of the Thrust Augmentor of a Pulsejet Engine in a Low-Mach-Number Compressible Flow Regime Using Unsteady Numerical Simulation مطالعه پارامتری آگمنتور تراست موتور پالس‌جت در رژیم جریان تراکم‌پذیر با عدد ماخ پایین با استفاده از شبیه‌سازی عددی غیردائم 189 224 3723 10.47176/jcme.44.2.1064 FA یوسف ریاست فرد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان مهدی نیلی احمدآبادی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان فرهاد قدک دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه جامع امام حسین(ع) Journal Article 2025 09 15 The pulsejet engine has always attracted the attention of researchers in the field of air-breathing propulsion due to its simple structure, low weight, and inexpensive manufacturing process. In this study, a parametric optimization was performed on an augmentor installed at the exhaust of a pulsejet engine. To this end, a transient axisymmetric numerical simulation of a valved pulsejet engine under flight conditions was carried out using ANSYS Fluent. The k–ω SST turbulence model was employed to capture the flow behavior, and the combustion process was modeled as a volumetric energy source. A suitable downstream section of the engine was selected to accurately compute the net thrust using the momentum equation. Simulations were conducted over multiple consecutive cycles until the flow and performance parameters exhibited harmonic oscillations. The thrust was then time-averaged over the final three cycles. Subsequently, assuming a cylindrical augmentor and parameterizing its geometry, the effects of three key parameters including the augmentor’s distance from the engine exit, its diameter and its length, on the thrust augmentation were investigated. Finally, a detailed aerodynamic analysis of the engine, with and without the augmentor, was presented. The results demonstrated that the optimized augmentor, by entraining ambient air and enhancing the exhaust momentum, increased the net thrust by approximately 170% compared to the configuration without an augmentor. موتور پالس‌جت به دلیل ساختار ساده، وزن کم و هزینه پایین تولید، همواره مورد توجه محققان حوزه پیشرانه‌های هوایی بوده است. در این پژوهش، بهینه‌سازی پارامتری آگمنتور در خروجی یک موتور پالس جت انجام گرفت. برای این هدف، ابتدا، شبیه‌سازی عددی عملکرد یک موتور پالس‌جت دارای دریچه ورودی به‌صورت گذرا و تقارن محوری در شرایط پروازی با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت بررسی شد. از مدل k-ω SST برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شد و فرایند احتراق به‌صورت منبع انرژی حجمی لحاظ گردید. مقطع مناسب در پائین‌دست موتور برای محاسبه صحیح نیروی خالص پیشرانش با استفاده از معادله مومنتوم انتخاب شد. شبیه‌سازی‌ها در چند سیکل متوالی انجام گرفت تا نوسانات پارامترهای جریانی و عملکردی موتور به‌صورت نوسانی هارمونیک تبدیل شود و سپس، مقدار نیروی پیشرانش در بازه سه سیکل انتهائی متوسط‌گیری زمانی شد. در ادامه، با فرض آگمنتور استوانه‌ای و پارامتری کردن هندسه آن، تأثیر سه پارامتر کلیدی فاصله آگمنتور از خروجی موتور، و همچنین قطر و طول آگمنتور روی افزایش میزان نیروی پیشرانش مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت، تحلیل دقیق رفتار آیرودینامیکی موتور در حالت با و بدون آگمنتور ارائه شد. نتایج نشان داد آگمنتور بهینه با مکش هوای محیط اطراف موتور و تقویت مومنتوم خروجی، منجر به افزایش 170 درصدی نیروی پیشرانش نسبت به حالت بدون آگمنتور می‌شود.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3723_afa299a4d1d8c52e75dd8a24c3ce534f.pdf