دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Numerical Simulation of Turbulent Flow in a Novel Passive Self-Cooling System حل عددی جریان آشفته در یک سیستم خودخنک‌کن جدید غیرفعال 1 24 3766 10.47176/jcme.45.1.1061 FA سیده زهرا سجادی دانشکده نفت و گاز گچساران، دانشگاه یاسوج، گچساران، ایران 0000-0001-6838-4571 محمدرضا سلیم پور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2025 08 11 In this study, a rectangular component with internal heat generation is considered, which incorporates parallel cooling channels. Some of these channels are active (containing flowing coolant fluid), while others are passive (containing stagnant fluid). The active and passive channels are interconnected through micro thermal switches. When heat flux increases in a specific region of the component, the passive channels in that region convert to active channels, thereby enhancing cooling in high heat-flux areas and reducing the components’ temperature. The fluid flow in this research is assumed to be steady and turbulent. Results demonstrate that cooling is more effective near the channel inlets where thermal switches activate, with cooling performance improving as heat flux increases. The maximum observed temperature difference in turbulent flow was 56°C, occurring when thermal switches opened the pathway between active and passive channels at 200 mm from the inlet of the second channel. The proposed novel self-regulating passive cooling system was evaluated, with calculations confirming optimal heat transfer and cooling performance in this configuration. The positioning of thermal switches relative to the maximum heat flux application zone significantly impacts cooling effectiveness. When switches open before the peak heat flux region, maximum component temperature is substantially reduced. Additionally, components with lower thermal conductivity exhibit greater reductions in peak temperature when utilizing this new passive cooling system. در این مطالعه، یک قطعه مستطیلی شکل با تولید حرارت داخلی مورد بررسی قرار گرفته‌است. برای خنک‌سازی این قطعه، کانال‌های موازی درون آن تعبیه شده‌اند. بخشی از این کانال‌ها به‌عنوان کانال‌های فعال (دارای جریان سیال خنک‌کننده) و بخش دیگر به‌عنوان کانال‌های غیرفعال (حاوی سیال ساکن) عمل می‌کنند. این کانال‌ها توسط میکروترموستات‌های گرمایی به یکدیگر متصل شده‌اند. با افزایش شار حرارتی در نواحی مختلف قطعه، کانال‌های غیرفعال در همان ناحیه به کانال‌های فعال تبدیل می‌شوند و در نتیجه خنک‌کاری در مناطق با شار حرارتی بالا بهبود یافته و دمای کلی قطعه کاهش می‌یابد. در این پژوهش، جریان سیال به‌صورت دائمی و آشفته در نظر گرفته شده‌است. نتایج نشان می‌دهند که عملکرد خنک‌کنندگی در نقاط فعال‌سازی ترموستات‌ها، به‌ویژه در نزدیکی ورودی کانال‌ها، مؤثرتر بوده و با افزایش شار حرارتی، بهبود می‌یابد. بیشترین اختلاف دمای ماکزیمم، 56 درجه سانتیگراد در جریان آشفته و در فاصله 200 میلی‌متری از ابتدای کانال دوم مشاهده شده ‌است. در این حالت، ترموستات‌ها مسیر بین کانال‌های فعال و غیرفعال را باز کرده‌اند. بهینه‌سازی سیستم خودخنک‌کن غیرفعال پیشنهادی نشان می‌دهد که این روش منجر به حداکثر انتقال حرارت و کاهش دمای قطعه می‌شود. همچنین، موقعیت ترموستات‌ها نسبت به محل اعمال شار حرارتی ماکزیمم تأثیر قابل‌توجهی در عملکرد خنک‌کاری دارد. در صورتی که بازشدگی ترموستات‌ها قبل از ناحیه با شار حرارتی ماکزیمم اتفاق بیفتد، دمای ماکزیمم قطعه به‌صورت چشمگیری کاهش می‌یابد. علاوه‌براین، با کاهش ضریب هدایت حرارتی قطعه، استفاده از سیستم خودخنک‌کن غیرفعال جدید موجب کاهش بیشتر دمای ماکزیمم می‌شود.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3766_79cae1be0fbae74dafbf8399ee2209cb.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Buckling Analysis of Graphene Platelet-Reinforced Functionally Graded Nanoplates Resting on Elastic Foundation Using a Meshfree Formulation Based on Nonlocal Strain-Gradient Theory تحلیل کمانش نانوصفحه‌های تابعی مدرج تقویت‌شده با نانوگرافن بر بستر کشسان با استفاده از روش بدون شبکه بر اساس نظریه گرادیان کرنش غیر محلی 25 51 3758 10.47176/jcme.45.1.1070 FA سجاد توحیدی گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد فرزاد شهابیان گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد 0000-0001-9202-4947 محمدحسین قدیری‌راد گروه مهندسی عمران، دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان Journal Article 2025 12 24 In this research, a novel size-dependent meshfree method is proposed within the framework of the nonlocal strain-gradient theory in order to evaluate the buckling behavior of functionally graded metal–semiconductor nanoplates reinforced with graphene nanoplatelets. The nanoplates with elastically restrained edges are rested on a Winkler–Pasternak elastic foundation. The presented model simultaneously accounts for the effects of nonlocal stiffness and strain gradient, thereby covering the intrinsic softening and stiffening mechanisms at the nanoscale. The governing equations are derived using the principle of minimum total potential energy, and are discretized using the moving Kriging meshfree method. This method effectively resolves the higher-order derivatives appearing in the nonlocal strain-gradient theory. The mechanical properties corresponding to each layer of the plate through the thickness, reinforced by graphene nanoplatelets, are determined using the modified Halpin–Tsai micromechanical model together with the rule of mixtures. Comparison of the results obtained from the proposed method with available analytical and numerical approaches confirms the accuracy and computational efficiency of the proposed method. Furthermore, a parameter-based investigation is carried out to clarify the effects of material gradation, graphene weight fraction, nonlocal and strain-gradient parameters, circular cutout size, the stiffness of the elastic foundation and stiffnesses of the elastically restrained edges on the buckling responses of the functionally graded graphene-reinforced nanoplates. در این پژوهش، یک روش نوین بدون شبکه وابسته به اندازه در چارچوب نظریه گرادیان کرنش غیرمحلی برای ارزیابی رفتار کمانش نانوصفحه‌های فلز–نیمه‌هادی تابعی مدرج تقویت‌شده با نانو صفحه‌های گرافن بر روی بستر کشسان وینکلر-پاسترناک و دارای مهار مرزی کشسان پیشنهاد شده است. این رویکرد به‌طور همزمان اثر سختی غیرمحلی و گرادیان کرنش را در نظر می‌گیرد و سازوکارهای نرم‌شدن و سخت‌شدن ذاتی در مقیاس نانو را پوشش می‌دهد. معادله‌های حاکم با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل استخراج شده و با استفاده از روش بدون شبکه کریجینگ متحرک گسسته‌سازی می‌شوند. این روش به‌طور مؤثر مشتق‌های مرتبه بالای موجود در نظریه گرادیان کرنش غیرمحلی را حل می‌کند. ویژگی‌های مکانیکی مربوط به هر لایه از صفحه در راستای ضخامت، که با استفاده از نانوگرافن‌ها تقویت شده است، از طریق مدل میکرومکانیکی اصلاح‌شده هالپین–تسای همراه با قانون مخلوط، تعیین شده است. مقایسه نتیجه‌های حاصل از تحلیل با روش‌های تحلیلی و عددی موجود، صحت و کارآیی محاسباتی روش پیشنهادی را تأیید می‌کند. در این پژوهش، تأثیر گرادیان ماده، سهم وزنی گرافن، متغیرهای غیرمحلی و گرادیان کرنش، ابعاد بازشوی دایره‌ای، سختی بستر کشسان و اثر سختی مهار کشسان تکیه‌گاهی بر پاسخ‌های کمانشی نانوصفحه‌های تابعی مدرج تقویت‌شده با گرافن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3758_3df07fdae1ab273a967aaa1d355b8bb6.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Investigating the Effect of Bidirectional Functionally Graded Structure on the Mechanical Behavior of Bone and Fatigue Life of Dental Implants بررسی اثر ساختار مدرج تابعی دوجهته بر رفتار مکانیکی استخوان و عمر خستگی ایمپلنت دندان 53 72 3767 10.47176/jcme.45.1.1067 FA علی رضامند چالشتری دانشکده‌ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران مهدی سلمانی تهرانی دانشکده‌ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2025 11 01 Nowadays, due to high quality and efficiency of dental implants, implantation is considered as the best method for replacing the missing teeth. However, some challenges such as the stress-shielding phenomenon can affect the successfulness of this approach. In this research, the effect of a bidirectional functionally graded titanium-hydroxyapatite structure on the mechanical properties and fatigue life of a dental implant screw, by providing a suitable function for changing the mechanical properties from titanium to hydroxyapatite in the implant screw, was investigated using the finite element simulation. The aim of this study is to compare the performance of the bidirectional functionally graded implant screw with unidirectional functionally graded and titanium implant screws, to reduce the stress-shielding phenomenon and evaluate its fatigue life. Some simplifying assumptions such as isotropic linear elastic behavior for the jawbone were employed. The implant screw and the abutment were modeled as an integrated unit. A rigid ceramic crown with simplified geometry was modeled tied to the abutment. For modeling the jawbone geometry, the section of the lower jaw in the molar teeth area was adopted. The influence of adjacent teeth was ignored, and a single tooth was modeled within the jawbone. The results indicate that the bidirectional functionally graded structure for the screw may reduce the stress-shielding effect. Moreover, compared to the unidirectional functionally graded case, the displacements experienced by the jawbone decrease and hence, prevent damaging the adjacent teeth and jawbone. It is worth mentioning that the proposed bidirectional functionally graded screw satisfy the infinite fatigue life condition, as it should be. امروزه با توجه به کیفیت و کارایی بالای ایمپلنت‌های دندانی، کاشت ایمپلنت بهترین روش جایگزینی برای دندان‌های ازدست‌رفته به‌شمار می‌رود. با این‌ حال، چالش‌هایی مانند پدیده‌‌ی سپر تنشی می‌تواند بر موفقیت این روش اثرگذار باشد. در این مقاله، با ارائه‌ی تابعی مناسب برای تغییر خواص مکانیکی از تیتانیوم به هیدروکسی‌آپاتیت در پیچ ایمپلنت به تاثیر ساختار مدرج تابعی دوجهته‌ی تیتانیوم-هیدروکسی‌آپاتیت بر خواص مکانیکی و عمر خستگی پیچ ایمپلنت دندانی، با استفاده از شبیه‌سازی اجزای محدود پرداخته شده است. هدف اصلی این مقاله، مقایسه‌ی عملکرد این ساختار با ساختارهای مدرج تابعی تک‌جهته و یکنواخت برای پیچ ایمپلنت، به‌منظور کاهش پدیده‌ی سپر تنشی و بررسی عمر خستگی آن است. به دلیل تمرکز پژوهش تنها بر پیچ ایمپلنت، برخی فرض‌های ساده‌کننده، مانند در نظر گرفتن رفتار کشسان خطی و همسان‌گرد برای استخوان فک، به‌کار گرفته شده‌اند. در شبیه‌سازی‌ها، با چشم‌پوشی از اثر دندان‌های کناری پیچ ایمپلنت و اباتمنت به‌صورت یکپارچه و تاج سرامیکی با هندسه‌ی ساده‌شده و به‌صورت صلب مدل شده‌اند. هندسه‌ی مقطع استخوان نیز برگرفته از بخشی از فک پایین که دندان‌های آسیاب قرار دارند، برگزیده شده است. نتایج نشان می‌دهند که ساختار مدرج تابعی دوجهته می‌تواند اثر پدیده‌ی‌ سپر تنشی را کاهش دهد. افزون بر این، نسبت به ایمپلنت با ساختار مدرج تابعی تک‌جهته، جابه‌جایی‌ها در استخوان فک کاهش یافته، از آسیب رسیدن به دندان‌های کناری و استخوان فک در درازمدت، جلوگیری می‌شود. ساختار مدرج تابعی دوجهته همچنین، شرط عمر نامحدود را نیز برآورده می‌کند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3767_d74cb35426f3d808325876f45b69dbf1.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Energy-Based Progressive Collapse Assessment of Steel FrameBuildings for Planning Multi-Stage Explosive Demolition ارزیابی انرژی- ‌محور فروریزش پیشرونده قاب‌های فولادی برای برنامه‌ریزی تخریب انفجاری چندمرحله‌ای 73 90 3768 10.47176/jcme.45.1.1075 FA حمید محرمی دانشکده مهندسی عمران ومحیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0003-1770-6483 علیرضا فرهودی دانشکده مهندسی عمران ومحیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2026 01 24 This study proposes a practical method for planning multi-stage explosive demolition of multi-story steel structures using nonlinear dynamic analysis and energy-based performance measures in SAP2000. A ten-story steel moment-resisting frame with composite floors is modelled by considering inelastic behaviour through concentrated plastic hinges, second-order effects, and direct time integration with viscous damping. Critical columns at one of the intermediate stories and at the ground story are divided into three blasting groups at each level and removed sequentially with a fixed short interval. At the same time, the delay between the two story-level sequences is treated as the main demolishing variable and examined across multiple scenarios. Performance is assessed using three dimensionless indicators representing collapse efficiency, kinetic response severity with residual motion, and energy-balance consistency. A hierarchical selection rule is applied first, excluding scenarios that fail the energy-consistency requirement and then, ranking the remaining cases primarily by collapse efficiency and secondly by the kinetic indicator. Results show that an intermediate inter-story delay produces a decisive gravity-driven collapse with strong but controlled motion, while very small or very large delays tend to cause incomplete collapse or persistent oscillations. Additional analyses on eight- and five-story steel structures indicate that the proposed assessment logic remains robust with changes in structural height and can support engineers in selecting effective blasting schedules. در این پژوهش، یک روش عملی برای برنامه‌ریزی تخریب انفجاری چندمرحله‌ای سازه‌های فولادی چندطبقه با تکیه بر تحلیل دینامیکی غیرخطی و معیارهای عملکرد انرژی‌محور در نرم‌افزار SAP2000 ارائه می‌شود. سازه مرجع، یک قاب خمشی فولادی ده‌طبقه با کف‌های مرکب است که با درنظرگرفتن رفتار غیرالاستیک از طریق مفاصل پلاستیک متمرکز، اثرات مرتبه دوم و انتگرال‌گیری مستقیم زمانی همراه با میرایی ویسکوز مدل‌سازی شده است. ستون‌های بحرانی در یک طبقه میانی و در طبقه اول، در هر تراز به سه گروه انفجاری تقسیم شده و با فاصله زمانی کوتاه و ثابت به‌صورت متوالی حذف می‌شوند. در حالی‌که تأخیر زمانی بین توالی حذف در دو تراز به‌عنوان متغیر اصلی طرح در چندین سناریو بررسی می‌گردد. ارزیابی سناریوها با استفاده از سه شاخص بی‌بُعد انجام می‌شود که به‌ترتیب بیانگر کارایی فروریزش، شدت پاسخ جنبشی همراه با حرکت باقیمانده و سازگاری موازنه انرژی هستند. برای انتخاب سناریوی مناسب، یک قاعده روش انتخاب سلسله‌مراتبی به‌کار گرفته شده است. در این ، روش ابتدا سناریوهای فاقد سازگاری انرژی حذف شده و سپس سناریوهای باقی‌مانده اغلب بر اساس شاخص کارایی فروریزش و در صورت نیاز با بهره‌گیری از شاخص جنبشی رتبه‌بندی می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد یک مقدار میانی از تأخیر بین‌ترازی، فروریزش گرانشی قاطع همراه با پاسخ حرکتی شدید اما کنترل‌شده ایجاد می‌کند، در حالی که تأخیرهای بسیار کوچک یا بسیار بزرگ معمولاً به فروریزش ناقص یا نوسانات ماندگار منجر می‌شوند. همچنین تحلیل‌های تکمیلی روی سازه‌های فولادی هشت و پنج طبقه نشان می‌دهد منطق ارزیابی و روش انتخاب پیشنهادی نسبت به تغییر ارتفاع سازه پایدار بوده و می‌تواند به‌عنوان ابزاری کمّی برای مجریان تخریب انفجاری در انتخاب زمان‌بندی مؤثر انفجار مورد استفاده قرار گیرد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3768_28d437661d95291767e7402dfe969962.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Investigation and Analysis of Turbulence Models in Turbulent Flow in Tubular Thermal Economizers بررسی و تحلیل مدل‌های توربولانسی در جریان آشفته دراکونومایزرهای حرارتی لوله‌ای 91 115 3770 10.47176/jcme.45.1.1021 FA احمدرضا رحمتی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران محمد کریمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران Journal Article 2026 01 04 Turbulence models serve as essential tools for analyzing and simulating the behavior of turbulent flows in tubular thermal economizers. This study presents a comprehensive and in‑depth assessment of several turbulence models, each characterized by its specific capabilities and applications. These models facilitate an improved understanding of heat transfer mechanisms and flow behavior under varying operating conditions. For the economizer of the Isfahan thermal power plant with a capacity of 120 MW, the evaluated results indicate that the actual heat transfer coefficient of the outlet water is 98.68 W/m²·K, while that of the outlet flue gas is 78.16 W/m²·K. The simulations and analyses were conducted using ANSYS Fluent. According to the obtained results, the LES model was identified as the most accurate approach, achieving a turbulence prediction accuracy of 99.39%. Furthermore, the LES model estimated the outlet water heat transfer coefficient as 80.68 W/m²·K and the outlet gas heat transfer coefficient as 67.16 W/m²·K, values that closely match the actual measurements from the Isfahan power plant. These findings not only demonstrate the superior performance of the LES model but also highlight its potential for application in the design optimization and performance enhancement of thermal economizers. مدل‌های توربولانسی به‌ عنوان ابزارهای کلیدی در تحلیل و شبیه‌‌سازی رفتار جریان‌‌های آشفته در اکونومایزر‌های حرارتی لوله‌ای شناخته می‌شوند. این پژوهش به بررسی و تحلیل جامع و عمیق مدل‌های مختلف توربولانسی می‌پردازد که هر یک دارای ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فردی هستند. این مدل‌ها این امکان را فراهم می سازد که به درک بهتری از جابجایی حرارت و رفتار جریان در شرایط مختلف دست یافت. نتایج بررسی شده روی اکونومایزر نیروگاه حرارتی برق اصفهان با ظرفیت 120 مگاوات نشان می‌دهند که ضریب انتقال حرارت آب خروجی واقعی برابر با 98/68 وات بر متر مربع کلوین و ضریب انتقال حرارت گاز خروجی برابر با 78/16 وات بر متر مربع کلوین است. برای شبیه‌‌سازی و تحلیل مدل‌ها از نرم‌افزار انسیس فلوئنت استفاده شده است. بر اساس نتایج بدست آمده از شبیه‌‌سازی، مدل LES به‌عنوان بهترین گزینه شناسایی شده است و قادر است با دقتی برابر با 39/99 درصد، جریان آشفته را به‌خوبی شبیه‌‌سازی کند. این مدل همچنین توانسته است ضریب انتقال حرارت آب خروجی را 80/68 وات بر متر مربع کلوین و ضریب انتقال حرارت گاز خروجی را 67/16 وات بر متر مربع کلوین در مدل‌‌سازی بدست آورده است که با عدد واقعی بدست آمده از نیروگاه اصفهان بسیار نزدیک است. این یافته‌ها نه تنها نشان‌دهنده کارایی بالای مدل LES هستند، بلکه می‌توانند در طراحی و بهبود عملکرد اکونومایزرهای حرارتی مورد استفاده قرارگیرند.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3770_7f6caf1f0ba788cd7953d817724c2b6e.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 An enrichment Technique for the Finite Point Method by Equilibrated Singular Basis Functions for Weak Singularities غنی سازی روش نقاط محدود با استفاده از توابع پایه متعادل شده تکین برای مسائل دارای تکینگی ضعیف 117 129 3771 10.47176/jcme.45.1.1081 FA مهران ابوالقاسمی دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان نیما نور محمدی دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان Journal Article 2026 04 07 This paper presents a novel approach to improve the accuracy and stability of the finite point method (FPM) in the vicinity of points with weak singularities by incorporating equilibrated singular basis functions (EqSBFs). Singular points play a crucial role in the intensification of the flux field in applied physics. Conventional numerical methods fail to correctly capture the solution function in singular areas due to the usage of smooth basis functions. FPM is a meshfree method based on strong point-wise application of the governing partial differential equation (PDE) along with the boundary conditions, which in its classical form suffers from inconsistency of its polynomial type basis functions with the singular region, leading to accuracy reduction, slow convergence, and local instabilities. To address this issue, EqSBFs are incorporated alongside the conventional smooth basis functions. EqSBFs are derived by the weighted residual imposition of the homogeneous PDE, with the capability of automatically identifying the singularity order of the problem, thus avoiding the solution of a parallel identical problem to extract the required singular terms. EqSBFs may be simply merged with the smooth basis functions of the FPM through the weighted least squares (WLS) approximation. The proposed formulation significantly improves the numerical representation of the singular solution, while maintaining the desirable advantages of the FPM. در این مقاله، رویکردی نوین برای بهبود دقت و پایداری روش بدون شبکه نقاط محدود در تحلیل مسائل هارمونیک با بهکارگیری توابع پایه متعادلشده تکین ارائه می‌شود. هدف این رویکرد، ارتقای توان مدل‌سازی تابع پاسخ در مواضعی است که دارای تکینگی ضعیف بوده و مشتق تابع پاسخ دچار ناپیوستگی موضعی می‌شود. روش نقاط محدود روشی بدون شبکه بر مبنای اعمال فرم قوی معادلات دیفرانسیل بوده و به دلیل استفاده از بسطهای هموار، در مجاورت تکینگی دچار آشفتگی پاسخ و افت کیفیت حل میشود؛ زیرا چنین بسطهایی فاقد توانایی بازنمایی جمله‌های غیرهموار هستند. در مقابل، توابع پایه متعادلشده تکین قابلیت بازسازی جملات غنیکننده حل با مرتبه متناسب با هندسه مسئله را دارا میباشند. این توابع از ارضای انتگرال باقیمانده وزنی صورت همگن معادله دیفرانسیل توسط تبدیلی ویژه با قابلیت بازسازی جملات تکین به دست میآیند. ویژگی مهم آنها قابلیت تشخیص خودکار مرتبه تکینگی مسئله است، بدون آن که نیازمند تحلیل یک مسئله معادل در کنار مسئله اصلی، چنان که در روشهای مشابه همچون اجزای محدود توسعهیافته مرسوم است، باشند. این توابع به سادگی با پایههای هموار روش نقاط محدود در ضمن عملیات تقریب حداقل مربعات وزندار ترکیب میشوند و از این منظر، درجات آزادی جدیدی به سیستم نهایی حل اضافه نمیکنند. مقایسه نتایج روش پیشنهادی در مسئله مرسوم موتز نشاندهنده قابلیت مناسب تقریب و ارتقای آن نسبت به روش نقاط محدود استاندارد است.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3771_201e5bacd665709851b77148e225b332.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Simulation of Strain-Induced Grain Boundary Migration via Coupling Phase-Field and Crystal Plasticity Methods: Effect of Representative Volume Element Size شبیه‌سازی حرکت مرزدانه متاثر از کرنش با کوپل میدان‌فاز–کریستال‌پلاستیسیته: اثر اندازه المان حجمک نماینده 131 149 3772 10.47176/jcme.45.1.1080 FA محمد شادپور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران محمد جعفری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران مصطفی جمشیدیان دانشکده مهندسی، دانشگاه استرالیای غربی، کراولی، استرالیا Journal Article 2026 03 11 Multiscale modeling of microstructural evolution in polycrystalline metals is commonly conducted based on the concept of a representative volume element (RVE), which characterizes the response of a material point. In this study, a coupled phase field and dislocation density-based crystal plasticity framework is used to investigate the effect of RVE size on the kinetics of static strain-induced grain boundary migration. The finite element-based crystal plasticity model is employed to compute the stored deformation energy distribution within individual grains, while the phase field model describes the subsequent grain boundary migration during high-temperature annealing. The simulations of grain growth are performed for a polycrystalline aluminum with elastic cubic symmetry under plastic uniaxial loading. The RVE size is varied in the range from 10 to 60µm for simulations of static strain-induced grain boundary migration. The initial average grain diameter for all RVEs is 3 µm. The periodic boundary condition is applied to statistical RVEs with sufficient scale separation between the microstructure and macrostructure. To determine the optimum RVE size under a specific boundary condition, a convergence analysis is performed by plotting the grain growth component as a function of RVE size. The simulation results indicate that an RVE size of 30 µm statistically provides a representative response for tensile loading conditions. The outcomes of this work provide valuable insights for determining the optimum RVE size and for the design of thermomechanical processing strategies in metallic materials. مدل‌سازی چندمقیاسی1 رشد میکروساختار2 در فلزات چندبلوری3، معمولا بر پایه مفهوم المان حجمک نماینده4 صورت می‌گیرد. این مفهوم، رفتار یک نقطه مادی5 را در مقیاس ماکروسکوپی6 نمایش می‌دهد. در این پژوهش، با استفاده از روش کوپل‌شده7 میدان فاز8 و کریستال پلاستیسیته9 بر مبنای چگالی نابجایی10، تأثیر اندازه‌ی المان حجمک نماینده بر سینتیک حرکت مرزدانه ناشی از کرنش11 پلاستیک در فلز آلومینیوم بررسی می‌شود. مدل کریستال پلاستیسیته12 بر مبنای چگالی نابجایی برای محاسبه‌ی توزیع انرژی تغییرشکل ذخیره‌شده13 در هر دانه14 و مدل میدان فاز برای توصیف حرکت مرزدانه‌ها در طی فرآیند عملیات حرارتی15 به‌کار گرفته می‌شود. اندازه المان حجمک نماینده در محدوده 10 تا 60 میکرومتر تغییر می‌کند و میانگین قطر اولیه دانه‌ها برای همه المان‌های حجمک نماینده‌ سه میکرومتر و شرایط مرزی تکرار شونده درنظر گرفته می‌شود. برای تعیین اندازه بهینه المان حجمک نماینده، تحلیل همگرایی با رسم نمودار پارامترهای میکروساختار به صورت تابعی از زمان عملیات حرارتی برای اندازه‌های مختلف المان حجمک نماینده انجام می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که از نظر آماری، اندازه المان حجمک نماینده 30 میکرومتر و بیشتر برای توصیف رفتار ماده در شرایط بارگذاری کششی مناسب است. این نتایج می‌تواند برای انتخاب ابعاد بهینه‌ی المان حجمک نماینده و طراحی فرآیندهای ترمومکانیکی16 در مهندسی مواد، مورد استفاده قرار گیرد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3772_83ddfbd1c4f871159c148d7a010e69be.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Thermodynamic-Environmental Assessment of Converting Iran’s Gas Power Plants to Combined Cycle ارزیابی ترمودینامیکی-زیست‌محیطی تبدیل نیروگاه‌های گازی ایران به سیکل‌ترکیبی 151 180 3773 10.47176/jcme.45.1.1074 FA احمدرضا رحمتی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران نعمت اله مزروعی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران Journal Article 2026 01 20 This study presents a thermodynamic and environmental analysis of four configurations of E-class and F-class gas turbines and their corresponding combined cycles (CCGT-E and CCGT-F) to explain some of the advantages of combined cycles over gas turbine cycles. Energy and exergy analyses were conducted to evaluate efficiency, exergy destruction, specific CO2 emissions (SCE), and sustainability indices. A novel environmental exergy sustainability index (EESI) was developed and its mathematical proof was presented. The results demonstrate that CCGT-F achieves the highest exergetic sustainability index (ESI) and EESI values of 1.13 and 1.72, respectively. CCGT-F, with a thermal efficiency of 56.31% (17.04% higher than GT-F), and CCGT-E, with an efficiency of 48.73% (14.67% higher than GT-E), exhibit superior performance. From an environmental perspective, CCGT-E and CCGT-F reduce CO2 emissions by 30.1% and 39.5% compared to GT-E, respectively. Conversion of the country's gas power plants to combined cycle could add at least 7,000 MW grid generation capacity, save fuel, and prevent at least 50,000 tons of daily CO2 emissions. مطالعه حاضر، تحلیل ترمودینامیکی و زیست‌محیطی چهار پیکربندی توربین‌های گاز کلاس E و F و سیکل‌های ترکیبی متناظر آن‌ها (CCGT-E وCCGT-F ) را ارائه نموده و بخشی از مزایای سیکل ترکیبی نسبت به سیکل توربینهای گاز تبیین شده است. تحلیل‌های انرژی و اگزرژی برای ارزیابی بازده، تخریب اگزرژی، انتشار دیاکسیدکربن ویژه (SCE)و شاخص‌های پایداری انجام شد. شاخص بدیع پایداری زیست‌محیطی- اگزرژتیکی توسعه یافته (EESI) معرفی و اثبات ریاضی آن ارائه شد. نتایج نشان داد CCGT-F به بالاترین مقادیر شاخص‌ پایداری اگزرژتیکی ESI و شاخص EESI به ترتیب برابر با 1/13 و 1/72 دست می‌یابد. CCGT-F با بازده حرارتی 56/31% (17/04% بالاتر از GT-F) و CCGT-E با بازده 48/73% (14/67% بالاتر از GT-E) عملکرد برتری دارند و از منظر زیست‌‌محیطی، CCGT-E و CCGT-F انتشار دی‎اکسیدکربن را به‌ ترتیب 30/1% و 39/5% نسبت به GT-E کاهش می‌دهند. در صورت تحقق تبدیل واحدهای گازی کشور به سیکل ترکیبی، علاوه بر افزایش ظرفیت تولید حداقل 7000 مگاواتی شبکه و صرفه جوئی سوخت، موجب بهبود شرایط زیست‌محیطی و جلوگیری از انتشار روزانه حداقل 50 هزار تن دی‎اکسیدکربن می‌گردد.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3773_5c151c2a9b76f9ef26d7e0f0d00c9a89.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Rolling Contact Fatigue Analysis of Bearings in the Presence of Oil Lubrication Considering the Effect of Pitting تحلیل خستگی تماس غلتشی بیرینگ‌ها در حضور روانکاری با روغن با در نظر گرفتن اثر حفره‌حفره شدن 181 201 3774 10.47176/jcme.45.1.1079 FA زهرا عیسوی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران، صندوق پستی ۸۴۱۵۶۸۳۱۱۱ حمید شاکرین شرکت شاکرین گیربکس اصفهان، اصفهان، ایران، کدپستی 8161195117 صالح اکبرزاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران، صندوق پستی ۸۴۱۵۶۸۳۱۱۱ Journal Article 2026 02 28 Abstract: Rolling contact fatigue is one of the most common failure mechanisms in bearings, manifesting as surface and subsurface cracks that ultimately lead to pitting. This failure, resulting from repeated stresses in the contact region between the rolling element and the raceway, can severely affect system performance, making its accurate prediction essential from a design and durability perspective. In this study, in order to achieve a more accurate estimation of fatigue life associated with pitting, the actual contact friction coefficient is first determined based on reliable experimental data, and then the Hertzian surface and subsurface stresses are calculated. The analyses indicate that the maximum subsurface shear stress plays a decisive role in the initiation of cracks associated with pitting. Subsequently, three fatigue models‚ the continuum damage mechanics model, the Ioannides–Harris empirical model, and the Zaretsky statistical model are implemented and compared. The results show that the continuum damage mechanics model provides higher accuracy under high load conditions, the Zaretsky model yields predictions close to experimental data, and the Ioannides–Harris model exhibits more conservative behavior in certain stress ranges due to the presence of a fatigue limit. The discrepancies among these predictions highlight the importance of selecting an appropriate fatigue model and the role of the fatigue threshold in life assessment. The findings of this research, by offering a simple yet accurate framework, can be applied to the design and performance improvement of industrial bearings. خستگی تماس غلتشی1 یکی از رایج‌ترین سازوکار‌های خرابی در یاتاقان‌ها است که به‌صورت ترک‌های سطحی و زیرسطحی ظاهر شده و نهایتاً به پدیده‌ی حفره‌حفره شدن2 منجر می‌شود. این خرابی که پیامد تنش‌های تکراری در ناحیه تماس بین عنصر غلتشی و مسیر غلتش است، عملکرد سامانه را به‌صورت جدی تحت تأثیر قرار می‎دهد و پیش‌بینی دقیق آن از دیدگاه طراحی و دوام ضروری است. در این پژوهش، به‌منظور برآورد دقیق‌تر عمر خستگی ناشی از حفره‌حفره شدن، ابتدا ضریب اصطکاک واقعی تماس بر اساس داده‌های تجربی معتبر تعیین و سپس تنش‌های سطحی و زیرسطحی هرتز محاسبه شد. تحلیل‌ها نشان می‌دهد که تنش برشی زیرسطحی بیشینه نقش تعیین‌کننده‌ای در آغاز ترک‌های مرتبط با حفره‌حفره شدن دارد. در ادامه، سه مدل خستگی شامل مدل مکانیک آسیب پیوسته3، مدل تجربی یوانیدیس-هریس4 و مدل آماری زارتسکی5 پیاده‌سازی و مقایسه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند مدل مکانیک آسیب پیوسته در بارهای بالا دقت بیشتری داشته، مدل زارتسکی پیش‌بینی‌هایی نزدیک به داده‌های تجربی ارائه می‌کند و مدل یوانیدیس-هریس به دلیل وجود حد خستگی، رفتار محافظه‌کارانه‌تری در برخی بازه‌های تنش دارد. اختلاف این پیش‌بینی‌ها اهمیت انتخاب مدل مناسب و نقش آستانه خستگی در تحلیل عمر را برجسته می‌کند. یافته‌های این تحقیق با ارائه چارچوبی ساده، می‌تواند در طراحی و بهبود عملکرد یاتاقان‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد

https://jcme.iut.ac.ir/article_3774_73f104c9fba50050eea11d9d075247cc.pdf

دانشگاه صنعتی اصفهان روشهای عددی در مهندسی 2228-7698 45 1 2026 05 22 Numerical Simulation of the Flow on a flying boat Propeller in Different Working Conditions شبیه‌سازی عددی جریان روی ملخ یک پرنده در شرایط کاری مختلف 203 226 3775 10.47176/jcme.45.1.1077 FA محمدباقر مهکی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران 0000-0002-2108-0105 مهدی صاحبی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران Journal Article 2026 01 31 The performance of a propeller, specifically its thrust and torque, critically affects the overall efficiency of propeller-driven vehicles. This study numerically investigates a flying boat propeller with a diameter of 2 m, operating at a rotational speed of 2200 rpm and an advance speed of 180 km/h. The three‑dimensional, compressible, turbulent airflow is modeled using the SST k‑ω turbulence scheme, and blade rotation is accounted for via the moving reference frame (MRF) approach. The effects of rotational speed, blade pitch angle, and vehicle advance speed on thrust and torque are quantitatively evaluated. ANSYS Fluent commercial code was utilized for performing numerical simulations. The CFD results showed a reasonable agreement with experimental results. Key results show that increasing the rotational speed from 2000 rpm to 2200 rpm raises the thrust by approximately 180\% and the torque by 67\%. A 2‑degree increase in the blade pitch angle yields respective increases of 61\%, 42\%, and 14\% in thrust, torque, and efficiency. In contrast, the advance speed has an inverse effect: at 210 km/h, thrust, torque, and efficiency drop to only 5\%, 43\%, and 13\% of their values at 150 km/h, respectively. These findings demonstrate the strong sensitivity of the propeller performance to the operational parameters, especially advance speed, and provide quantitative benchmarks for design applications in compressible flow regimes. در پرنده‌های دارای سیستم پیشرانش ملخ، عملکرد ملخ‌، به‌ویژه از نظر تولید نیروی پیشرانش و گشتاور، تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سیستم دارد. در این مطالعه، عملکرد ملخ یک پرنده اثر سطح به قطر m 2 به روش عددی شبیه‌سازی شد. در شرایط بررسی پایه، سرعت دورانیrpm 2200 برای ملخ و سرعت پیشرویkm/h 180 برای پرنده در نظر گرفته شد.همچنین، اثر پارامترهایی چون سرعت دورانی ملخ، زاویه گام پره و سرعت پیشروی پرنده بر نیروی پیشرانش و گشتاور اعمالی بر ملخ بررسی شد. شبیه‌سازی‌های عددی به کمک نرم‌افزار تجاری ANSYS CFX انجام و جریان به صورت سه‌بعدی، تراکم‌پذیر و آشفته در نظر گرفته شد. برای در نظر گرفتن آشفتگی جریان، از مدل SST K-ω استفاده و تاثیر چرخش پره‌های ملخ نیز به کمک مدل قاب مرجع متحرک در نظر گرفته شد. نتایج این تحقیق بیانگر آن است که افزایش دور ملخ از 2000 تا rpm 2200، باعث افزایش حدود 180 و 67 درصدی در ضریب پیشرانش و ضریب توان ملخ شده است. افزایش زاویه گام پره نیز نتایجی مشابه با افزایش دور ملخ داشته است. دو درجه افزایش زاویه گام، موجب افزایش ضریب پیشرانش، ضریب توان و بازده ملخ تا 61، 42 و 14 درصد شده است. در مقابل، افزایش سرعت پیشروی پرنده، موجب کاهش زاویه حمله روی مقاطع ایرفویلی شده است. به طوری که ضریب پیشرانش، ضریب توان و بازه ملخ در سرعت پیشرویkm/h 210، برابر با 5، 43 و 13 درصد این مقادیر در سرعت km/h 150 بوده است.

https://jcme.iut.ac.ir/article_3775_f2b93ce08763fddf54bcb7beb62a2c74.pdf